机械设计基础习题集(附解答)

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目 录

绪 论 .................................................................................................. 1

平面机构的自由度 ............................................................................ 3

平面连杆机构 .................................................................................... 8

凸轮机构 .......................................................................................... 14

齿轮机构 .......................................................................................... 18

轮系 .................................................................................................. 23

机械零件设计概论 .......................................................................... 28

联接 .................................................................................................. 30

齿轮传动 .......................................................................................... 41

蜗杆传动 .......................................................................................... 51

带、链传动 ...................................................................................... 60

轴 ...................................................................................................... 69

滑动轴承 .......................................................................................... 75

滚动轴承 .......................................................................................... 78

联轴器和离合器 .............................................................................. 91

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绪 论

1. 简述机构与机器的异同及其相互关系。

2. 简述机械的基本含义。

3. 简述构件和零件的区别与联系。

4. 简述“机械运动”的基本含义。

5. 简述“机械设计基础”课程的主要研究对象和内容。

6. 简述“机械设计基础”课程在专业学习中的性质。 .

【参考答案】

1. 共同点：①人为的实物组合体；②各组成部分之间具有确定的相对运动；不

同点：机器的主要功能是做有用功、变换能量或传递能量、物料、信息等；机构

的主要功能是传递运动和力、或变换运动形式。相互关系：机器一般由一个或若

干个机构组合而成。

2. 从结构和运动的角度看，机构和机器是相同的，一般统称为机械。

3. 构件是机械中的运动单元，零件是机械中的制造单元；构件是由一个或若干

个零件刚性组合而成。

4. 所谓“机械运动”是指宏观的、有确定规律的刚体运动。

5. 研究对象：常用机构（平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）和通用零（部）

件（螺栓、键、齿轮、带、链、轴、轴承、联轴器、离合器等）。研究内容：机

构的组成及其工作原理、结构分析、运动分析等；零（部）件结构、设计计算、

类型选择、使用维护等。

6. “机械设计基础”课程着重研究各类机械中的共性问题，为进一步深入研究

各种专门机械奠定基础；同时，“机械设计基础”课程的学习又涉及到高等数学、

机械制图、工程力学、工程材料以及机械制造基础等知识的综合运用。因此，“机

械设计基础”是课程体系中的一门专业技术基础课程。 .

平面机构的自由度

1. 什么是机构中的原动件、从动件、输出构件和机架？

2. 机构中的运动副具有哪些必要条件？

3. 运动副是如何进行分类的？

4. 平面低副有哪两种类型？

5. 简述机构运动简图的主要作用，它能表示出原机构哪些方面的特征？

6. 机构自由度的定义是什么？一个平面自由构件的自由度为多少？

7. 平面运动副中，低副和高副各引入几个约束？

8. 机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多于机构的自由

度时，机构的运动将发生什么情况？

9. 运动链和机构关系如何？

10. 画出下列机构的示意图，并计算其自由度。

(a) (b) . 11. 计算下列机构的自由度，若有虚约束、复合铰链和局部自由度，需指出。 （1）齿轮—连杆机构 （2）凸轮—连杆机构

（3）发动机机构 （4）压缩机机构

（5）滚动杠杆机构 （6）凸轮拨杆机构

（7）电锯机构 （8）发动机配气机构 .

（9）冲压机构 （10）挖掘机机构 .

【参考答案】 1. 原动件：运动参数由外界输入的活动构件；从动件：除原动件外的其余活动

构件；输出构件：输出预期运动的从动件；机架：机构运动的参考物，视作相对

固定的构件。

2. 三个条件：①两个构件；②直接接触；③相对运动。

3. ①按两构件运动平面的相互关系分：平面运动副、空间运动副；②按两构件

接触方式分：低副（面接触）、高副（点、线接触）。

4. 转动副和移动副。

5. 机构运动简图主要用于进行机构的结构分析和运动分析。机构运动简图反映

了原机构中的构件类型和数目、运动副类型、数目及其相互位置关系等特征。

6. 使机构具有确定运动所需输入的独立运动参数的数目称机构自由度。平面自

由构件的自由度为 3。

7. 每个低副引入 2 个约束；每个高副引入 1 个约束。

8. 机构具有确定运动条件：自由度＝原动件数目。原动件数目<自由度，构件运

动不确定；原动件数目>自由度，机构无法运动甚至构件破坏。

9. 运动链：由一系列构件通过运动副联接组成的可动的构件系统；机构：各构

件运动确定的运动链。

10. (a)机构示意图如图所示。

自由度计算

n=3, PL=4, PH=0

F=3n-2PL-PH

=33-24-0=1

∴该机构自由度为 1。

(b) 机构示意图如图所示。 自由度计算

n=3, PL=4, PH=0

F=3n-2PL-PH

=33-24-0=1

∴该机构自由度为 1。 3 A O 1

2 B

O 1 A 4

2

3 B

4 .

11. 解：

（1）复合铰链：1

n=4, PL=5, PH=1

F=3n-2PL-PH=34-25-11=1

（2）局部自由度：2，虚约束：2

n=5, PL=6, PH=2

F=3n-2PL-PH=35-26-12=1

（3）无复合铰链、局部自由度和虚约束

n=7, PL=10, PH=0

F=3n-2PL-PH=37-210-0=1

（4）复合铰链：1

n=7, PL=10, PH=0

F=3n-2PL-PH=37-210-0=1

（5）无复合铰链、局部自由度和虚约束

n=4, PL=5, PH=1

F=3n-2PL-PH=34-25-11=1

（6）局部自由度：1

n=3, PL=3, PH=2

F=3n-2PL-PH=33-23-12=1

（7）局部自由度：1

n=8, PL=11, PH=1

F=3n-2PL-PH=38-211-11=1

（8）局部自由度：1，虚约束：1

n=6, PL=8, PH=1

F=3n-2PL-PH=36-28-11=1

（9）复合铰链：1，局部自由度：1

n=9, PL=12, PH=2

F=3n-2PL-PH=39-212-12=1

（10）复合铰链：1

n=11, PL=15, PH=0

F=3n-2PL-PH=311-215-0=3