机械设计基础第七版课后习题答案

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机械设计基础第七版课后习题答案

第一章

1- 1 什么是运动组合？高对和低对有什么区别？

答:运动副 :使两个部件直接接触并能产生一定的相对运动联系。

平面低副 -所有表面接触的运动副分为旋转副和移动副。平面高副 -与点或线 接触的运动副。

1-2 什么是机构运动图？它是做什么的？

答:简单的线和符号用于表示部件和运动副，每个运动副的位置按比例确 定，以表示机构的组成和传动。如此绘制的简明图形称为机构运动图。功能 :机

构的运动图不仅能显示机构的传动原理，还能通过图解法找出机构上各相关点 的运动特性 （位移、速度和加速度 ）。在分析和设计机构时，表达机构的运动是一 种简单而科学的方法。

1-3 平面机构有确定运动的条件是什么？

答:如果机构的自由度 f 大于 0 且等于活动部件的数量，则确定机构部件之 间的相对运动；这是机构有确定运动的条件。 （复习关于自由度的四个结论 P17） 第2章

2- 1 曲柄摇杆机构的快速返回特性和死点位置是什么？

答:急回特性 :当曲柄以相同速度旋转时，摇杆的往复速度不同。反向冲程期 间摇臂的平均摆动速度必须大于正常冲程期间的平均摆动速度，这是快速返回 特性。死点位置 :摇杆是驱动部分，曲柄是从动部分。当曲柄与连杆共线时，摇 杆通过连杆施加到曲柄上的驱动力 f 刚好经过曲柄的旋转中心，因此不会产生转 动曲柄的力矩。该机构的位置称为死点位置。也就是说，机构从动件卡住或运 动不确定的位置称为死点位置 （从动件的驱动角？ =0）.第三章

3- 2 通常用什么方法保持凸轮与从动件接触？

答:力锁:使用重力、弹簧力或其他外力来保持从动件始终与凸轮轮廓接触。 2/ 7

形状锁定 :使用高副元件本身的几何形状，使从动件始终与凸轮轮廓接触。

3-3 什么是刚性冲击和柔性冲击？如何避免刚性冲击？

答:刚性冲击 :从动件的速度在运动开始和推动过程结束的瞬间突然变为零。

理论上，加速度是无限的，导致无限的惯性力。该机构受到很大冲击，这 被称为刚性冲击。柔性冲击 :当从动构件以相等的加速度或减速度运动时，从动 构件的惯性力也会在某些加速度突变点发生有限的突变，从而产生冲击。这种 由有限突变引起的冲击比由无限惯性力引起的刚性冲击要软得多，所以它被称 为柔性冲击。

避免刚性冲击的方法 :为了避免刚性冲击，已知运动规律的两段运动，即开 始和结束，经常被修改以逐渐增加和降低速度。让随动件按照正弦加速度运动 （既不是刚性运动也不是柔性冲击 ）第 4 章

4- 1 棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构的运动特点是什么？给出了这些 间歇运动机构的应用实例。

答 :槽轮机构特点 :结构简单，运行可靠。它通常用于只需要恒定旋转角度的 分度机构。停止运动主要取决于槽的数量和圆柱销的数量 （运动系数 ）用途:适用 于低转速、间歇旋转的设备。例如 :电影放映机纺织机械的自动传动链装置

棘轮机构的特点 :这种齿形棘轮至少有一个齿距的过程变化，工作时会发出 噪音。应用 :起重机绞车成型机横向进给机构计数器

不完全齿轮机构的特点 :普通齿轮传动，只是轮齿不是分布在整个圆周上。

主动轮上的锁定弧和从动轮上的锁定弧相互配合锁定，保证从动轮停在预 （亠

定位置。

应用 :各种计数器多站自动机半自动机第 6 章

6- 1 设计机械零件时应满足哪些基本要求？

答 :足够的强度和刚度、摩擦和耐磨性、耐热性和抗振性 （衡量机械零件工作

能力的标准 ）。

根据时间和压力的关系，压力可以分为几类？实际应力、极限应力和容许 应力之间有什么区别？ 3/ 7

答:根据时变特性，应力可分为静态应力和可变应力。

许用应力：是零件设计时的条件应力。[。极限应力：零件设计中使用的极限

值，即材料的屈服极限值。实际压力 :工作时零件实际承受的压力。 (在静态应力

下：[(T ] = (T S /S [ (T ] = (T B /S)

s= s1 s2 s3)

6- 4 表示由下列符号代表的材料 ：Q235、35、65Mn、20CrMnTi、ZG310-

570、HT200。Q235普通碳钢，屈服强度为235,抗拉强度为375-460,延伸率 为

26%。

35：优质碳钢 (数字表示平均碳含量 )

65Mn:优质碳钢，平均碳含量为0.65%,锰含量约为1%。20铬锰钛:含碳量 为

0.20%的合金钢,铬、锰和钛的平均含量约为 1%。

ZG310-570屈服强度为310兆帕，抗拉强度为570兆帕，伸长率为15%,硬 度为 40-50HRC

铸钢HT200灰铸铁，抗拉强度为200,硬度为170-241HBS

6-5 如何确定强度计算中的许用应力？

答：通常有两种方法来确定许用应力 ：检查许用应力表 ：对于由某种材料制成并 在某种条件下工作的零件,根据以往的机械制造实践和理论分析,将它们能安 全工作的最大应力制成一个特殊的表。这种形式简单、具体、可靠,但每种形 式的适用范围都很窄。分项系数法 ：用几个系数的乘积来确定总安全系数

S=S1S2S3

S1系数考虑了计算荷载和应力的准确性，一般 s1=1-1.5考虑材料力学性

能均匀性的S2系数。考虑零件重要性的S3系数。

6-8？-1？0？每个代表什么？

答 :-1:在对称循环可变应力下，疲劳极限为 -1。0:在波动循环可变应力下， 疲4/ 7

劳极限为 0。 1.静态应力下的疲劳极限。第七章

7- 1 普通螺栓中的螺纹是右旋还是左旋、单线还是多线？如何区分？多线程 和单线程的特点是什么？

答:普通螺栓的螺纹是右旋和单螺纹的。根据螺旋缠绕的方向区分右手和左 手。根据螺旋的数量，可以区分一条线或多条线。特点 :单螺纹的螺距等于导 程，多螺纹的导程等于螺距和螺纹数的乘积。单螺纹因其螺旋角小而用于锁紧 螺纹，而多螺纹因其螺旋角大而用于传递动力和运动。 7-2 线程的主要类型是什 么？解释它们的特性和用途。

答 :机械制造中的主要螺纹类型 :三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形 螺纹和半圆形螺纹。三角形螺纹 :

普通螺纹 :具有高抗拉强度和可靠的连接自锁功能，一般适用于薄壁零件和 受冲击零件的连接。

管螺纹 （半圆螺纹 ）:螺纹深度浅，专用于连接管道。矩形螺纹 :其特点是缺少

矩形平面等点，螺母和螺钉对中精度差，螺纹根部强度弱。没有自锁。

梯形螺纹 :特点是梯形平面，效率低于矩形螺纹，无自锁。大部分用于车床 螺杆的传动螺杆和升降螺杆等。

锯齿形螺纹 :效率略低于矩形螺纹，强度更高，无自锁。它常用于起重螺旋 和重载螺旋压力机。

（三角形螺纹用于连接；锯齿、梯形和矩形用于传输。 ）

哪些参数与 7-3 螺旋对的效率相关？每个参数的变化如何影响效率？螺纹

轮廓的角度如何影响效率？甲：A2??第一等的

当摩擦角不变时，螺旋副的效率是升程角的函数。齿形角减小，效率提 高。齿廓角度变大，效率变小。 （例如，矩形螺纹变成三角形螺纹 ）7-4 螺旋对的 自锁条件和意义是什么？常用的链环螺纹是自锁的吗？ tg? tg??? ???是上

升角，p是摩擦角

答:自锁条件：一般情况越小，自锁性能越好):螺纹上升角P等效摩擦角。意 思5/ 7

是:没有支撑力，重量不会自动下滑。也就是说，螺旋副不会自动松开。当螺 母拧紧时，螺旋副的效率总是小于 50%。普通链环螺纹的自锁。

7- 5 为什么锁定装置用于螺纹连接？以几种典型的防松装置为例，绘制其结 构图，说明其工作原理和机构图。

答 :螺纹连接的自锁功能只有在静态载荷下才可靠。在振动和可变载荷作用 下，螺纹副会相对转动，从而导致自动松动现象。因此，需要一个防松装置。

例如 :(1)利用摩擦力的防松装置 :原理:螺纹之间始终保持一定的摩擦力，附 加摩擦力的大小尽可能不随载荷的大小而变化。

(1) 弹簧垫圈 :工作原理 :弹簧垫圈被压平后，利用其回弹力保持螺纹间的压力

和摩擦力。

(2) 双螺母 :工作原理 :横梁螺母与顶部相反，螺栓总是受到附加压力和附加摩

擦力的作用。结构简单，适用于低速重载。

(2)机械防松装置 :原理:螺母和螺栓通过机械方式连接成一体，消除了它们之 间相对转动的可能性。

(1) 开口销 :开口销穿过螺母的槽口和螺栓尾部的孔，以防止松动。效果很 好。

(2) 止动垫圈 :将垫圈的内翅片插入螺栓的凹槽中，拧紧螺母后，将垫圈的一 个外翅片折叠到螺母的一个凹槽中。止动件的折边分别弯向螺母和连接件的侧 边，起到防松作用。

7-6 松动螺栓连接合金螺栓连接 (承受横向外力和轴向变形 )的强度计算一起 列出，进行比较和区别，得出必要的结论。 7-10 平键链接的可能故障模式是什

么？如何确定平键的大小？答 :失效模式 :挤压失效和剪切确定尺寸 :根据挤压和剪

切的强度，再根据工作要求，确定键的类型；然后根据轴的直直径 d 检查标准 键的尺寸，键的长度取I? 1.5d，比轴上的轮毂短。第八章

8- 2 皮带传动中的弹性滑动是如何发生的？它们如何影响皮带传动？答 :弹

性滑动 :皮带和车轮表面之间的轻微相对滑动是弹性滑动，因为皮带的紧边和松 边之间的张力不相等，导致皮带两侧的弹性变形不相等。弹性滑动是不可避免 的，对皮6/ 7

带传动影响很小。当机器过载时，摩擦力无法克服从动轮上的阻力 矩。皮带沿轮面滑动，从动轮转速急剧下降，甚至不动。这种现象称为滑动， 滑动是皮带传动的主要故障模式之一，可以避免。

8- 3 皮带传动的主要故障模式是什么？设计中如何考虑？

答 :主要故障模式 :1。张力不足引起的打滑； 2.过度张力造成的疲劳损坏； 3.

疲劳寿命。

设计必须考虑在保证不打滑 （保证工况系数 ）的情况下，皮带应具有一定的疲

劳强度或使用寿命。第九章

9- 1 档变速器最基本的要求是什么？什么条件下齿形能满足上述要求？答 : 基本要求是 :恒定的传动比。

齿形形状为渐开线、摆式和弧形，满足上述要求。 （齿廓的形状必须满足这 样的要求，即无论车轮的齿廓在任何位置接触，通过接触形成的齿廓的公共法 线都必须穿过节点。 ）

9- 2 分度圆和节圆、压力角和啮合角有什么区别？

答:分度圆 :为了便于计算齿廓各部分的尺寸，选择齿轮上的一个圆作为计算 的参考。这个圆叫做齿轮的分度圆。（标准齿轮的分度圆与节圆重合，s=e）齿轮 上具有标准压力角和模数的圆称为分度圆。

节圆 :穿过节点的两个圆具有相同的圆周速度，并在它们之间进行纯滚动。

这两个圆叫做齿轮节圆。分度圆和节圆的区别 :分度圆在铸造后属于齿轮本 身，节圆是根据两个齿轮运动和啮合时的速度来确定的。

压力角 :渐开线上任何一点的法向压力方向线 （即该点的渐开线法向线 ）与该

点的速度方向之间的角度称为该点的压力角。

啮合角 :穿过节点的两个圆的公共切线与两个齿廓的公共法线之间的角度。

压力角与啮合角的差异 :压力角因选择点的不同而不同；只要确定了两个齿 轮的尺寸，啮合角就会相应地确定。