下载文档原格式
机械设计课后习题答案1-1至1-4解机构运动简图如下图所示。
图 1.11 题1-1解图图1.12 题1-2解图图1.13 题1-3解图图1.14 题1-4解图1-5 解1-6 解1-7 解1-8 解1-9 解1-10 解1-11 解1-12 解1-13解该导杆机构的全部瞬心如图所示，构件 1、3的角速比为：1-14解该正切机构的全部瞬心如图所示，构件 3的速度为：，方向垂直向上。
1-15解要求轮 1与轮2的角速度之比，首先确定轮1、轮2和机架4三个构件的三个瞬心，即，和，如图所示。
则：，轮2与轮1的转向相反。
1-16解（ 1）图a中的构件组合的自由度为：自由度为零，为一刚性桁架，所以构件之间不能产生相对运动。
（ 2）图b中的 CD 杆是虚约束，去掉与否不影响机构的运动。
故图 b中机构的自由度为：所以构件之间能产生相对运动。
题 2-1答 : a ），且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。
b ），且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。
c ），不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。
d ），且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。
题 2-2解 : 要想成为转动导杆机构，则要求与均为周转副。
（ 1 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。
见图 2-15 中位置和。
在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）；在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）。
综合这二者，要求即可。
（ 2 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。
见图 2-15 中位置和。
在位置时，从线段来看，要能绕过点要求：（极限情况取等号）；在位置时，因为导杆是无限长的，故没有过多条件限制。
（ 3 ）综合（ 1 ）、（ 2 ）两点可知，图示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件是：题 2-3 见图 2.16 。
图 2.16题 2-4解 : （ 1 ）由公式，并带入已知数据列方程有：因此空回行程所需时间；（ 2 ）因为曲柄空回行程用时，转过的角度为，因此其转速为：转 / 分钟题 2-5解 : （ 1 ）由题意踏板在水平位置上下摆动，就是曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置，此时曲柄与连杆处于两次共线位置。
![第五版机械设计课后答案解析[完整版]](https://img.taocdn.com/s1/m/3e38b736fad6195f312ba6fc.png)
机械设计第五版习题册答案机械设计是一门重要的工程学科，它涉及到机械系统的设计、分析和优化。
在学习机械设计的过程中，习题册是一种非常重要的辅助工具，可以帮助学生巩固所学的知识，提高解决问题的能力。
而《机械设计》第五版习题册则是这门学科中的经典之作。
本文将为大家提供一些《机械设计》第五版习题册的答案，以帮助读者更好地理解和掌握机械设计的知识。
首先，我们来看一道典型的习题。
题目如下：一个直径为100mm的圆形轴承，载荷为5000N，转速为1000rpm，要求寿命不低于10000小时。
根据《机械设计》第五版中的相关知识，我们可以按照以下步骤进行计算。
首先，我们需要计算轴承的基本额定寿命。
根据习题中给出的载荷和转速，我们可以使用公式L10=(C/P)^3 x 10^6来计算基本额定寿命，其中L10表示基本额定寿命，C表示基本动载荷额定值，P表示实际载荷。
根据题目中给出的数据，我们可以得到C=10000N，P=5000N，代入公式计算得到L10=8000小时。
接下来，我们需要计算修正系数。
修正系数是为了考虑实际工况下的不确定因素而引入的。
根据习题中给出的转速，我们可以使用公式a1=1-0.02 x (n/1000-1)来计算修正系数，其中a1表示修正系数，n表示转速。
代入数据计算得到a1=0.98。
然后，我们需要计算可靠度系数。
可靠度系数是为了考虑轴承在使用过程中的可靠性而引入的。
根据习题中给出的寿命要求，我们可以使用公式R=exp(-L10/T)来计算可靠度系数，其中R表示可靠度系数，L10表示基本额定寿命，T表示寿命要求。
代入数据计算得到R=0.135。
最后，我们可以计算出修正后的额定寿命。
修正后的额定寿命可以使用公式Lna=a1 x L10 x R来计算，其中Lna表示修正后的额定寿命。
代入数据计算得到Lna=870.6小时。
通过以上计算，我们可以得出结论：在给定的工况下，直径为100mm的圆形轴承的修正后额定寿命为870.6小时，满足题目要求的10000小时。
机械设计基础课后习题答案（第五版）（完整版）机械设计基础（第五版）课后习题答案(完整版)高等教育出版社杨可竺、程光蕴、李仲生主编9-1答退火：将钢加热到一定温度，并保温到一定时间后，随炉缓慢冷却的热处理方法。
主要用来消除内应力、降低硬度，便于切削。
正火：将钢加热到一定温度，保温一定时间后，空冷或风冷的热处理方法。
可消除内应力，降低硬度，便于切削加工；对一般零件，也可作为最终热处理，提高材料的机械性能。
淬火：将钢加热到一定温度，保温一定时间后，浸入到淬火介质中快速冷却的热处理方法。
可提高材料的硬度和耐磨性，但存在很大的内应力，脆性也相应增加。
淬火后一般需回火。
淬火还可提高其抗腐蚀性。
调质：淬火后加高温回火的热处理方法。
可获得强度、硬度、塑性、韧性等均较好的综合力学性能，广泛应用于较为重要的零件设计中。
表面淬火：迅速将零件表面加热到淬火温度后立即喷水冷却，使工件表层淬火的热处理方法。
主要用于中碳钢或中碳合金钢，以提高表层硬度和耐磨性，同时疲劳强度和冲击韧性都有所提高。
渗碳淬火：将工件放入渗碳介质中加热，并保温一定时间，使介质中的碳渗入到钢件中的热处理方法。
适合于低碳钢或低碳合金钢，可提高表层硬度和耐磨性，而仍保留芯部的韧性和高塑性。
9-2解见下表9-3解查教材表9-1，Q235的屈服极限查手册GB706-88标准，14号热轧工字钢的截面面积则拉断时所所的最小拉力为9-4解查教材表9-1，45钢的屈服极限许用应力把夹紧力向截面中心转化，则有拉力和弯距截面面积抗弯截面模量则最大夹紧力应力分布图如图所示图9.3 题9-4解图9-5解查手册，查手册退刀槽宽度，沟槽直径，过渡圆角半径，尾部倒角设所用螺栓为标准六角头螺栓，对于的螺栓，最小中心距，螺栓轴线与箱壁的最小距离。
9-6解查手册，当圆轴时，平键的断面尺寸为且轴上键槽尺寸、轮毂键槽尺寸。
图9.5 题9-6解图9-7解（1）取横梁作为示力体，当位于支承右侧处时由得由得由得由得（2）横梁弯矩图图9.7 题9-7解图（3）横梁上铆钉组的载荷力矩水平分力垂直分力9-8解水平分力在每个铆钉上产生的载荷垂直分力在每个铆钉上产生的载荷力矩在每个铆钉上产生的载荷各力在铆钉上的方向见图所示图9.9 题9-8解图根据力的合成可知，铆钉1的载荷最大9-9解铆钉所受最大载荷校核剪切强度校核挤压强度均合适。
机械设计第五版李建功答案一、填空题（每空1分，共30分）1、构件是机器的_运动___单元体；零件是机器的__制造___单元体；部件是机器的__装配___单元体。
2、平面运动副可以分成______高副__和____低副___，高副又可以分成__旋转副_____和___移动副____。
3、轮系运动时，所有齿轮几何轴线都固定不动的，称___定轴轮系____轮系，至少有一个齿轮几何轴线不固定的，称___行星轮系______轮系。
4、为确保拎传动的工作能力，通常规定小带轮的包角α≥___120°_______。
5、若键的标记为键B20×70GB－79，则该键为__B____平键，b＝___20___，L＝_____70___。
6、轴的促进作用就是_____车轴轴上的转动零件________________________。
按轴的贯穿情况相同，可以分成___传达运动和转矩____、___心轴_____、__转轴、传动轴_______。
7、凸轮机构是由_____机架_______、________凸轮____、______从动件______三个基本构件组成的。
8、在曲柄摇杆机构中，当曲柄SWEEPS旋转时，摇杆往复转动的平均速度相同的'运动特性称作___急回特性_________。
9、在蜗轮齿数不变的情况下，蜗杆的头数越少，则传动比就越_______大_____。
10、齿轮压板时，当主动齿轮的____齿根__促进从颤抖齿轮的___齿顶___，一对轮齿已经开始步入压板，所以已经开始压板点应属______从动轮齿顶圆______与压板线的交点；当主动齿轮的___齿顶___促进从颤抖齿轮的___齿根___，两轮齿即将瓦解压板，所以中止压板点为________主动轮齿顶圆____与压板线的交点。
11、滚动轴承内圈与轴颈的配合采用____基孔制__制，外圈与轴承孔的配合采用基轴制 _______制。
《机械优化设计》复习题解答、填空题1、用最速下降法求 f(X)=1OO(x 2- X 12) 2+(1- X 1)2 的最优解时，设 X (0)=[-0.5,0.5]T ，第一 步迭代的搜索方向为 [-47,-50]T o 2、机械优化设计采用数学规划法，其核心一是 寻找搜索方向，二是计算最优步长。
3、当优化问题是凸规划的情况下，任何局部最优解就是全域最优解。
4、应用进退法来确定搜索区间时，最后得到的三点，即为搜索区间的始点、中间点和 终点，它们的函数值形成 高一低一高 ____________ 趋势。
16、 函数 -X T HX B T X C 的梯度为Bo2 - 7、 设G 为nXi 对称正定矩阵，若n 维空间中有两个非零向量d 0，d 1，满足(d o )T Gd 1=O , 则d o 、d 1之间存在共轭关系。
9、对于无约束二元函数 f(X 1,X 2)，若在X o (X 1O ,X 2O )点处取得极小值，其必要条件是玳匕畑码J = 0 ____________，充分条件是」^ 乞詁 =0正定 。
10、 K-T _______________ 条件可以叙述为在极值点处目标函数的梯度为起作用的各 约束函数梯度的非负线性组合。
11、用黄金分割法求一元函数f(x) x 2 1Ox 36的极小点，初始搜索区间[a,b] [ 1O,1O]，经第一次区间消去后得到的新区间为 [-2.36 1O] o 12、 优化设计问题的数学模型的基本要素有 设计变量、目标函数 、 约束条件。
13、 牛顿法的搜索方向d k =—H klk ，其计算量大，且要求初始点在极小点 附近位 置。
14、将函数 f(X)=x I 2+X 22-X I X 2-10X I -4X 2+60 表示成 1x T HX B T X C 的形式15、 存在矩阵H ，向量d 1，向量d 2，当满足d 1T Hd 2=O ，向量d 1和向量d 2是关于H 共 轭。
机械设计基础（第五版）课后习题答案(完整版)高等教育出版社杨可桢、程光蕴、李仲生主编1-1至1-4解机构运动简图如下图所示。
图1.11 题1-1解图图1.12 题1-2解图图1.13 题1-3解图图1.14 题1-4解图1-5 解1-6 解1-7 解1-8 解1-9 解1-10 解1-11 解1-12 解1-13解该导杆机构的全部瞬心如图所示，构件1、3的角速比为：1-14解该正切机构的全部瞬心如图所示，构件3的速度为：，方向垂直向上。
1-15解要求轮1与轮2的角速度之比，首先确定轮1、轮2和机架4三个构件的三个瞬心，即，和，如图所示。
则：，轮2与轮1的转向相反。
1-16解（1）图a中的构件组合的自由度为：自由度为零，为一刚性桁架，所以构件之间不能产生相对运动。
（2）图b中的CD 杆是虚约束，去掉与否不影响机构的运动。
故图b中机构的自由度为：所以构件之间能产生相对运动。
题2-1答: a ），且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。
b ），且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。
c ），不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。
d ），且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。
题2-2解: 要想成为转动导杆机构，则要求与均为周转副。
（1 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。
见图2-15 中位置和。
在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）；在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）。
综合这二者，要求即可。
（2 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。
见图2-15 中位置和。
在位置时，从线段来看，要能绕过点要求：（极限情况取等号）；在位置时，因为导杆是无限长的，故没有过多条件限制。
（ 3 ）综合（ 1 ）、（ 2 ）两点可知，图示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件是：题2-3 见图2.16 。
图2.16题2-4解: （1 ）由公式，并带入已知数据列方程有：因此空回行程所需时间；（2 ）因为曲柄空回行程用时，转过的角度为，因此其转速为：转/ 分钟题2-5解: （1 ）由题意踏板在水平位置上下摆动，就是曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置，此时曲柄与连杆处于两次共线位置。
17-1解1）选择型号：因此类机组一般为中小型，所需传递的功率中等，直流发电机载荷平稳，轴的弯曲变形较小，联接之后不再拆动，故选用传递转矩大、结构简单的固定式刚性联轴器，如凸缘联轴器。
2）按传递最大功率求计算转矩转矩。
由教材表17-1查得，当工作机为发电机时的工作情况系数。
则计算转矩根据计算转矩、轴的转速、外伸轴直径d=45mm查手册，可用标准GB5843-1986铰制孔型凸缘联轴器YL9。
其许用转矩为，许用最大转速。
其他主要尺寸：螺栓孔中心所在圆直径，6只M10 螺栓。
17-2解（1）选择型号：因汽轮发电机组的转子较重，传递的转矩特大，轴有一定的弯曲变形，工作环境为高温高压蒸汽，轴有伸长，故选用耐温的齿式联轴器。
（2）求计算转矩转矩。
由教材表17-1,当工作机为发电机原动机为汽轮机时的工作情况系数仍可取。
则计算转矩根据计算转矩、轴的转速、外伸轴直径d=120mm查手册，可用标准ZB19012-1989GCLD型鼓型齿式联轴器GCLD7。
其许用转矩为，许用最大转速。
17-3图17.2 题17-3图图17.3 题17-3解图解可选用一超越离合器，如图17.3所示。
电动机1和电动机2的转速是相同的，但电动机1经过蜗杆蜗轮传动后，转速降至，并有。
当两电机同时开动时，因，超越离合器松开，传不到轴上，轴由电机2带动。
若电动机1开动后，再停止电动机2，那么当电动机2停止转动时，，，超越离合器被滚珠楔紧带动轴旋转。
所以任何时间都不会卡死。
17-4图17.4 题17-4图解（1）求计算转矩转矩。
由教材表17-1查得，当工作机为车床时的工作情况系数。
则计算转矩（2）求摩擦面数目由教材式（17-7）得由教材表17-2查得，并将、、、代入上式得摩擦面数应为10。
主动摩擦片为6片，从动摩擦片为5片时，摩擦面数即可实现。
（3）验算压强查教材表17-2，取合适。
17-5答：自行车从动链轮与内棘轮3相固联，棘爪4通过弹簧始终与棘齿啮合。
结构优化设计structural optimal design (optimum structural design)参考书：1. 孙靖民：机械优化设计，机械工业出版社，20032. 孙德敏：工程最优化方法和应用，中国科大出版社，19973. 施光燕：最优化方法，高教出版社，1999绪论1. 内容基本概念：结构(structure) 广义—系统组成；窄义—承受载荷、维持系统几何形状不变的部分，如梁杆板壳及其组合。
结构是用来支承有效载荷的。
设计(design) 完成一项新产品、新工程前的方案构思（如大小、尺寸、形状、材料、工艺过程等）。
数据—数字化--CAE优化(optimization) 从几种方案中选出最好的—优选；从设计空间中的无数种方案中用计算机选出最好的—优化。
2. 工程中的优化问题1） 桥梁2） 等强度梁，铁塔 3） 飞机、航天器4） 其他领域（控制、化工）3. 发展史: 牛顿，计算机， 钱令希；MATLAB —优化工具箱；遗传算法MATLAB —面向工程的高级语言 Optimization Toolbox 主要功能：1） 线性规划 x c TbAx ⋅≤min —— ()b Ac lp x ,,*=2） 二次规划 ⎪⎭⎫⎝⎛+≤x c x H x T T b Ax 21min —— ),,,(*b A c H qp x =一、概述（入门实例）一、 举例 1. 人字架优化已知：2B=152cm, T=0.25cm, E=2.1×105Mpa, ρ=7.8×103kg/m 3, σ=420Mpa, 2F=3×105N求：min [m(D,h)] 满足强度和稳定要求 解：变量 D,h载荷 ()hh BFF F 21221cos /+==θ--单杆内力应力 ()hTDh B F A F πσ21221+==临界应力 )(8)(22222h B D T E A F e e ++==πσ 强度条件 y σσ≤()hTDhB F π2122+y σ≤稳定条件 e σσ≤()hTDhB F π2122+)(8)(22222h B D T E ++≤π目标函数：2122)(22),(min h B TD AL h D m +==πρρ● 解析法：2122)(22),(min h B TD AL h D m +==πρρ不考虑稳定条件，由强度条件建立D,h 关系极限情况 y h D σσ=),(Thh B F D y πσ2/122)(+=→→hh B F h B TD AL h m y 2221222)(22)(+⋅=+==σρπρρ 012)(22=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=h B F dh h dm y σρcm B h 76*==→→ cm D 43.6*=校核稳定条件 ),(),(****h D h D e σσ≤，没问题。
● 图解法 p62. 汽车减振设计变量 ()Tc c c k k k x 321321,,,,,=目标函数 ),,,(3211 k k k zmim → 3. 管理p94 甲 9公斤， 3工时， 4千瓦， 600元乙 4 10 5 1200 360公斤/天，300工时/天，200千瓦/天211200600m ax x x +→2005430010336049212121≤+≤+≤+x x x x x x 4. 求解非线性方程组例 方程组： 0)(1=x f0)(=x f n∑==ni i x f x F 12)()(min二．数学模型（mathematical model ）1）设计变量(design variables) ()Tn x x x x 21,=2） 目标函数(objective function) ()x f m in3） 约束(constrains ) s.t. ()0=x h i ()m i ,,2,1 = 0)(<x g j （l j ,,2,1 =） 4） 例：标准模型 管理例 ()Tx x x 21,=())1200600(m in 21x x x f +-= s.t. (subject to)200540300103036049212121≤-+≤-+≤-+x x x x x x作业：二. 数学基础矢量代数，数学规划（一）方向导数和梯度1. 方向导数（direction derivative ）● 偏导数()()120102011001,,lim10x x x f x x x f x f x x ∆-∆+=∂∂→∆● 方向导数()()dx x f x x x x f df d x ∆-∆+∆+=∂∂→∆20102201100,,lim()()d x d x x x f x x x x f d ∆∆∆∆+-∆+∆+=→∆1220102201100,,lim()()dx x x x f x x x f d ∆∆∆-∆++→∆222010220100,,lim2211cos cos 0θθx x x f x f∂∂+∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂∂∂=2121cos cos ..0θθx x f x f()d x f T⋅∇=0定义：梯度 （gradient ）()⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂∂∂=∇=2100)(x f x fx f x g 单位向量()Td 21cos .cos θθ=结论：方向导数等于梯度与该方向的单位向量的点积。
推广：n 维向量.()()Tnx f x f x fx f x g ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂∂∂∂∂=∇= ,,2100 ()Tn d θθθcos cos cos 21 =()d x g dfT ⋅=∂∂02. 梯度的性质 ● 梯度是向量；● 函数沿梯度方向变化最大；()()d g g d x g dfT ⋅⋅⋅=⋅=∂∂ˆcos 10 ● 等值线（面） ()c x f =● 沿等值线（面）的切线方向函数变化率最小（=0）；沿等值线（面）的法线函数变化率最大。
（二）Taylor 级数—Taylor series1. 一元函数() +∆''+∆'+=2000!21)()()(x x f x x f x f x f 2. 二元函数()()()()()+∆⋅⋅∆+∆⋅+=+⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆∂∂+∆∆∂∂∂+∆∂∂+∆∂∂+∆∂∂+=x x H x x x g x f x x fx x x x fx x f x x f x x f x f x x f T T x x x x x 000222222121221212221102121221,00000 ()02222122122120xx f x x f x x f x f x H ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂=3. 多元函数()()()() +∆⋅⋅∆+∆⋅+=x x H x x x g x f x f T T 00021()()T x x x x nf f f xg 021,,0 =()02122212121110x x x x x x x x x x x xx x x x x x x n n n n n n f f f f f f f f f x H ⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=--Hess 矩阵（三）极（小）值条件1. 一元函数 ()()000>''='x f x f 驻点，极小，极大2. 二元函数0..021==x x f f 011>x x f ；022122111>x x x x x x x x f f f f 3. 多元函数● 梯度为零；● Hess 矩阵正定的（各阶主子式的行列式大于零）。
（四）凸规划—convex programming1. 全局最优和局部最优（极值）--global optimum and local optimum2. 凸集—convex set几何解释：图任选 A x ∈1，A x ∈2， 10≤≤α，有线段 ()[]A x x ∈-+211αα则 A 为凸集。
凸集的性质：● A 为凸集，α为实数，则αA 也是凸集； ● A 、B 为凸集, 则 B A +也为凸集； ● A 、B 为凸集, 则A,B 的交集也是凸集。
3. 凸函数函数)(x f 在定义域),(b a 内是凸函数的必要条件是：域内任选21,.x x ，有[])()1()()()1()(2121x f x f x f x f f αααα-+≤-+4. 凸性条件函数在定义域内是凸函数的条件是Hess 矩阵正定或半正定。
5. 凸规划定义：目标函数)(x f 和约束方程m j x g j ,2,1),.(=都是凸函数。
性质： ● c x f ≤)(的区域为凸集；●m j x g j ,2,1,.0)(=≤ 所围成的区域是凸集。
● 凸规划有唯一的极小值—全局极小值。
例题：542)(1222122141+-++-=x x x x x x x f22042442211213121=+==-+-=x x f x x x x f x x --〉4,..2*2*1==x x242412''1221''2211=-=+-=x x x x f x f x x f0)4,2(''''221211>x xx x x x f f f f作业1 判断凸性● 10223)(212221+--+=x x x x x f ●122)(1212221++-+=x x x x x x f2 判断凸规划●122)(m in 212221+-+=x x x x x f1)(......04)(......01)( (2122)221121≤-+=≤-+==--=x x x g x x x g x x x h t s ●3 建立数学模型二. 一维优化（搜索）方法（一）概述1. 一维问题：多维问题优化问题可分解为很多个一维优化问题—沿某个方向优化问题。
2. 非凸规划问题的优化方法● 网格法 *)(.min x x f i →，缩小区间，继续搜索。
● Monte Carlo 方法 b i a i i x x x )1(αα-+=， 10≤≤i α， 随机数。
比较各次得到的*j x 得解*x● 遗传算法(专题)（二）区间消去法（凸函数）1. 搜索区间的确定：高—低--高（b a f f f <>）则 区间内有极值。
2. 区间消去法原理：在区间 [a, b] 内插两个点a 1, b 1 保留有极值点区间，消去多余区间。
[]b a f f a a ,121→> []121,b a f f a a →<?21→=a a f f缩短率：LLL ∆-=λ （三）0.618法1. Fibonacci 法—理想方法，不常用。
