NCUT北方工业大学机械设计基础第四章作业及答案(1)

机械设计基础（上）绪论复习思考题1、试述构件和零件的区别与联系？2、何谓机架、原动件和从动件？第一章机械的结构分析复习思考题1、两构件构成运动副的特征是什么？2、如何区别平面及空间运动副？3、何谓自由度和约束？4、转动副与移动副的运动特点有何区别与联系？5、何谓复合铰链？计算机构自由度时应如何处理？6、机构具有确定运动的条件是什么？7、什么是虚约束？习题1、画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。

（a）(b) (c)2、一简易冲床的初拟设计方案如图。

设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转；而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。

试绘出其机构运动简图，分析其运动是否确定，并提出修改措施。

3、计算图示平面机构的自由度；机构中的原动件用圆弧箭头表示。

(a) (b) (c)(d) (e) (f)第二章平面机构的运动分析2第 3 页 共 28 页复习思考题1、已知作平面相对运动两构件上两个重合点的相对速度12A A V 及12B B V 的方向，它们的相对瞬心P 12在何处？2、当两构件组成滑动兼滚动的高副时，其速度瞬心在何处？3、如何考虑机构中不组成运动副的两构件的速度瞬心？4、利用速度瞬心，在机构运动分析中可以求哪些运动参数？5、在平面机构运动分析中，哥氏加速度大小及方向如何确定？习题1、 试求出下列机构中的所有速度瞬心。

(a) (b)(c) (d)2、图示的凸轮机构中，凸轮的角速度ω1=10s -1，R =50mm ，l A0=20mm ，试求当φ=0°、45°及90°时，构件2的速度v 。

题2图凸轮机构题3图组合机构3、图示机构，由曲柄1、连杆2、摇杆3及机架6组成铰链四杆机构，轮1′与曲柄1固接，其轴心为B，轮4分别与轮1′和轮5相切，轮5活套于轴D上。

各相切轮之间作纯滚动。

试用速度瞬心法确定曲柄1与轮5的角速比ω1/ω5。

第4章习题4.1典型棘轮机构由哪些构件组成？在棘轮机构中为保证棘爪能顺利进入棘轮轮齿的齿根，应满足的条件是什么？答：典型的棘轮机构由棘轮、驱动棘爪、摆杆和止回棘爪。

为保证棘爪能顺利进入棘轮轮齿的齿根，应满足的条件是齿面的偏斜角大于齿面摩擦角。

4.2为什么棘爪与棘轮轮齿接触处的公法线要位于棘轮与棘爪的转动中心之间？答：为了使棘爪能顺利受到棘轮轮齿金轮的齿底面而不致从棘轮轮齿尚滑脱出来。

4.3槽轮机构有什么特点？何谓运动系数τ，为什么τ必须大于零而必须小于1？答：槽轮机构的结构简单，外形尺寸小，其机械效率高，并能较平稳地、间歇地进行转位。

但因传动时尚存在柔性冲击，故常用于速度不太高的场合。

槽轮机构的运动系数是指在一个运动循环内，槽轮的运动时间与转臂的运动时间之比。

槽轮机构是间歇运动，因此运动系数必须大于零而小于1。

4.4槽轮机构的槽数z 和圆销数n 的关系如何？答：22-<z zK 4.5如何避免不完全齿轮机构在啮合开始和终止时产生的冲击？从动轮停歇期间，如何防止其运动？答：可在两轮的端面分别装上瞬心线附加杆，使从动件的角速度由零逐渐增加到某一数值从而避免冲击。

为了防止从动轮在停歇期间游动，两轮轮缘上各装有锁住弧。

4.6如图4.36示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构。

已知AB 段为凸轮的推程廓线，试在图上标注推程运动角δt 。

图4.36解：见图。

4.7图4.37所示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构。

已知凸轮为一以C为中心的圆盘，问轮廓上D点与尖顶接触时其压力角为多少？试作图加以表示。

图4.37解：4.8已知一凸轮以等角速度ω=10rad/s顺时针转动，直动推杆的运动规律及其对应的凸轮转角如表所示。

要求：（1）作出s-δ、v-δ和a-δ线图；（2）求出当δ为90︒、180︒和270︒时，推杆的s、ｖ和a值。

δ/︒h/mm推杆运动规律0~12040等加速等减速运动120~1500休止150~210-20简谐运动210~2400休止240~300-20等速运动300~3600休止解：取比例尺：μs=1mm/mm、μv=1mm/s/mm、μa=1mm/s2/mm、μδ=3︒/mm、4.9图4.38示为一对心尖顶推杆单元弧凸轮（偏心轮），其几何中心O’与凸轮转轴O的距离为L O’O=15mm，偏心轮半径R=30mm，凸轮以等角速度ω顺时针转动，试作出推杆的位移线图s-δ。

1 .绘制机构运动简图时，不属于决定机构各部分运动的因素是（D ）。

A.主动件的运动规律B.各运动副的类型C.机构的运动尺寸D.运动副的具体结构2 .用三心定理确定构件1、3的速度瞬心P13时，其位置应在（B ）的连线 上。

A. P12 和 P14B. P12 和 P23C. P13 和 P24D. P23 和 P24机构具有确定运动的条件是机构的自由度数（C ）。

A.小于主动件数B.大于主动件数C.等于主动件数D.与主动件数无关 两构件组成运动副的必要条件是两构件（AA.直接接触且具有相对运动 C.虽然不接触但具有相对运动 机构运动简图是研究机构（B A.受力分析的模型 C.应力分布的模型 A. 1B. 2C. 3D. 1 或 27 .机构中只有一个（D ）。

A.闭式运动链B.原动件C.从动件D.机架8 .若构成运动副的两构件接触形式为（C ），则为高副。

A.面接触B.点或面接触C.点或线接触D.线或面接触9 . 一个平面机构共有5个构件，含有5个低副、1个高副，则该机构的自由度是（B ）。

A. 0B. 1C. 2D. 310 .移动副的几何特征是（C ）。

A.两圆柱面接触B.两曲面接触 二.填充题（每空1分，共10分）1 .机构的组成要素是 构件 和 运动副。

2 .平面机构中，两构件通过面接触而构成的运动副称为平面低副（或移动副和 转动副），通过点、线接触而构成的运动副称为 平面高副（或平面滚滑副）。

3 .门与门框之间存在两个铰链，一般情况下把这类重复引入的约束称为 虚约 束4 .用瞬心法进行平面机构速度分析时，若需要确定机构中两个互不接触构件间机械设计基础第三章测试题 成绩一.单项选择题（每题1分，共10分）DBCAB DDCBC3. 4. 5. 6. B.直接接触但无相对运动D.既不接触也无相对运动 ） B.运动规律的模型 D.应变状态的模型平面运动副在平面机构中所提供的约束数为（D ）。

注：直径等尺寸精确到小数点后面3位，角度换算成度、分、秒的形式。

如12题，'''2(2132)arccos15.499152956.4255β⨯+===⨯学生若这样算，均算对！4-1解 分度圆直径齿顶高齿根高顶 隙中心距齿顶圆直径齿根圆直径基圆直径齿距齿厚、齿槽宽4-2解由可得模数分度圆直径4-4解分度圆半径分度圆上渐开线齿廓的曲率半径分度圆上渐开线齿廓的压力角基圆半径基圆上渐开线齿廓的曲率半径为0；压力角为。

齿顶圆半径齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径齿顶圆上渐开线齿廓的压力角4-5解正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿根圆直径：基圆直径假定则解得故当齿数时，正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆大于齿根圆；齿数，基圆小于齿根圆。

4-11解因螺旋角端面模数端面压力角当量齿数分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径4-12解（1）若采用标准直齿圆柱齿轮，则标准中心距应说明采用标准直齿圆柱齿轮传动时，实际中心距大于标准中心距，齿轮传动有齿侧间隙，传动不连续、传动精度低，产生振动和噪声。

（2）采用标准斜齿圆柱齿轮传动时，因螺旋角分度圆直径节圆与分度圆重合，注：直径等尺寸精确到小数点后面3位，角度换算成度、分、秒的形式。

如12题，'''2(2132)arccos15.499152956.4255β⨯+===⨯学生若这样算，均算对！。

一、填空题：1、在设计凸轮机构中，凸轮基圆半径取得越，所设计的机构越紧凑，但压力角，使机构的工作情况变坏。

2、设计凸轮机构，若量得其中某点的压力角超过许用值，可以用方法使最大压力角减小。

3、在凸轮机构几种基本的从动件运动规律中，运动规律使凸轮机构产生刚性冲击。

运动规律产生柔性冲击。

4、一个构件在平面运动有个自由度，一个构件在空间运动有个自由度。

5、两构件之间以线接触所组成的平面运动副，称为副，它产生个约束，而保留了个自由度。

6、机构要能够动，自由度必须，机构具有确定运动的条件是。

7、机构中的相对静止件称为，机构中按给定运动规律运动的构件称为。

8、自锁螺旋的传动效率一定小于___________。

9、螺纹中的摩擦系数f与当量摩擦系数f'的关系是______________________。

10、制造柔性螺栓的目的，螺栓的应力幅会___________。

11、螺栓联接平面表面不平，螺栓联接后会产生问题。

12、三角型与梯形螺纹，__________螺纹传动效率最高，__________螺纹自锁性最好。

13、紧螺栓联接的1.3，主要考虑是。

14、渐开线齿轮的标准压力角α为_________度，它是指___________圆上的压力角，基圆上的压力角是___________度。

15、分度圆d不变时，增大齿轮的模数,可提高齿轮的___________强度。

16、模数不变时，增大齿轮分度圆d,可提高齿轮的___________强度。

17、齿轮传动的主要失效形式有，，，，。

18、按标准中心距安装的渐开线直齿圆柱标准齿轮，节圆与重合，啮合角在数值上等于上的压力角。

19、渐开线斜齿圆柱齿轮的标准参数在面上；在尺寸计算时应按面参数代入直齿轮的计算公式。

20、蜗杆传动的正确啮合条件是。

21、渐开线标准直齿轮连续传动条件是。

22、渐开线上各处的压力角等23、渐开线上任一点的法线与基圆，渐开线上各点的曲率半径。

24、渐开线的形状唯一取决于的大小25、β＝30°时，斜齿轮当量齿数是多少。

1.如图所示，设己知四杆机构各构件的长度为，,。

试问:
1)当取杆4为机架时，是否有曲柄存在?
2)若各杆长度不变，能否以选不同杆为机架的办法获得双曲柄机构和双摇杆机构?如何获得?
3)若a、b﹑c三杆的长度不变，取杆4为机架，要获得曲柄摇杆机构,d的取值范围为何值？
2.图示为一偏置曲柄滑块机构，试求杆AB为曲柄的条件。

若偏距e=0，则杆AB为曲柄的条件是什么?
3.在图所示的铰链四杆机构中，各杆的长度为，，，，试求:
1)当取杆4为机架时，该机构的极位夹角、杆3的最大摆角、最小传动角和行程速比系数K;
2)当取杆1为机架时，将演化成何种类型的机构?为什么?并说明这时C、D两个转动副是周转副还是摆转副;
3)当取杆3为机架时，又将演化成何种机构?这时A、B两个转动副是否仍为周转副?
4.图示四杆机构，已知l AB=150 mm，l CD=300 mm，l BC=400 mm，l AD=350 mm，若该机构
是曲柄摇杆机构，试确定：
（1）图示条件下，AB是否为曲柄？
（2）若AB为机架，将演化成何种机构？
（3）若BC为机架，将演化成何种机构？
（4）若θ=60°，求机构的行程速比系数K。

（5）若AD为机架，在图中画出机构的最小传动角γmin。

机械设计基础答案(共31页) -本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-《机械设计基础》作业答案第一章平面机构的自由度和速度分析1－11－21－31－41－5自由度为：11 19211)0192(73')'2(3=--=--+⨯-⨯=--+-=FPPPnFHL 或：1182632 3=-⨯-⨯=--=HLPPnF1－6自由度为11)01122(93')'2(3=--+⨯-⨯=--+-=FPPPnFHL 或：11 22241112832 3=--=-⨯-⨯=--=HLPPnF1－10自由度为：1128301)221142(103')'2(3=--=--⨯+⨯-⨯=--+-=F P P P n F H L 或：122427211229323=--=⨯-⨯-⨯=--=HL P P n F 1－1122424323=-⨯-⨯=--=HL P P n F1－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。

1334313141P P P P ⨯=⨯ωω141314133431==P P P P ωω1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。

设s rad /101=ω，求构件3的速度3v 。

s mm P P v v P /20002001013141133=⨯===ω 1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比21/ωω。

构件1、2的瞬心为P 12P 24、P 14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心1224212141P P P P ⨯=⨯ωω 1212141224212r r P P P P ==ωω 1－16：题1-16图所示曲柄滑块机构，已知：s mm l AB /100=，s mm l BC /250=，s rad /101=ω，求机构全部瞬心、滑块速度3v 和连杆角速度2ω。

1.（本题6分）某机构运动简图如图1所示，取杆EF为原动件，计算机构的自由度，并判断机构是否有确定的运动；题1 图2.（本题8分）图示曲柄滑块机构，已知曲柄1为主动件，角速度ω为常数，AB=r，BC=1.5r，AB与BC的夹角为90°。

试求；（1）机构的全部瞬心（在图上标出）；（2）用速度瞬心法求滑块C的速度，杆2的角速度。

题2 图3. （本题10分）图示四杆机构，已知l AB=150 mm，l CD=300 mm，l BC=400 mm，l AD=350 mm，若该机构是曲柄摇杆机构，试确定：（1）图示条件下，AB是否为曲柄？（2）若AB为机架，将演化成何种机构？（3）若BC为机架，将演化成何种机构？（4）若θ=60°，求机构的行程速比系数K。

（5）若AD为机架，在图中画出机构的最小传动角γmin。

ψ题3图4.（本题8分）图示凸轮机构，凸轮实际廓线为一个圆，圆心O1，凸轮转动中心为O。

试用作图法在图上作出：（1）基圆；（2）偏距圆；（3）理论廓线；（4）利用反转法原理，在图中作出凸轮转过30°时推杆的位移S和压力角α；说明：(1) 不必作文字说明，但必须保留作图线；(2) 位移、凸轮转角与压力角只需在图上标出，不必度量出数值。

题4图5. （本题10分）已知一对渐开线直齿圆柱齿轮传动比i=4，标准模数为3 mm，α＝20︒，h a*=1，c*=0.25。

（1）若标准中心距a=150 mm，求小齿轮的齿数z1，分度圆直径d1，基圆直径d b1，齿顶圆直径d a1。

（2）若重新安装实际中心距为a’=155 mm，求此时的啮合角α’。

6. （本题8分）图示轮系，已知z1=22，z3=88，z3’= z5。

试求传动比i15。

题6图。

机械设计基础习题集及参考答案一、判断题（正确T,错误F）1. 构件是机械中独立制造的单元。

2. 能实现确定的相对运动，又能做有用功或完成能量形式转换的机械称为机器。

3. 机构是由构件组成的，构件是机构中每个作整体相对运动的单元体。

4. 所有构件一定都是由两个以上零件组成的。

二、单项选择题1. 如图所示，内燃机连杆中的连杆体1是（）。

A机构B零件C部件D构件2. 一部机器一般由原动机、传动部分、工作机及控制部分组成，本课程主要研究（）。

A原动机B传动部分C工作机D控制部分三、填空题1. 构件是机械的运动单元体，零件是机械的________ 单元体。

2. 机械是______ 和______ 的总称。

参考答案一、判断题（正确T,错误F）1. F2. T3. T4. F二、单项选择题1. B2. B三、填空题1. 制造2.机构机器((((））））I连和饰J—辅瓦6—阵口常7—■舟第一章 平面机构的自由度 、判断题（正确 T ,错误F ）1. 两构件通过点或线接触组成的运动副为低副。

（）2. 机械运动简图是用来表示机械结构的简单图形。

（）3. 两构件用平面低副联接时相对自由度为1。

（） 4. 将构件用运动副联接成具有确定运动的机构的条件是自由度数为 1。

（） 5. 运动副是两构件之间具有相对运动的联接。

（） 6. 对独立运动所加的限制称为约束。

（） 7. 由于虚约束在计算机构自由度时应将其去掉，故设计机构时应尽量避免岀现虚约束 （） 8. 在一个确定运动的机构中，计算自由度时主动件只能有一个。

（）二、单项选择题 1. 两构件通过（）接触组成的运动副称为高副。

A 面B 点或线C 点或面2. 一般情况下，门与门框之间存在两个铰链，这属于（A 复合铰链B 局部自由度C 虚约束3. 平面机构具有确定运动的条件是其自由度数等于（A 1B 从动件C 主动件D 04.所谓机架是指（ ）的构件5. 两构件组成运动副必须具备的条件是两构件（）三、填空题1. 机构是由若干构件以 ________________ 相联接，并具有 _____________________________ 的组合体2. 两构件通过 ______ 或 ______ 接触组成的运动副为高副。