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机械设计第三章习题答案3-2 已知材料的力学性能 = 260MPa， = 170 MPa ，∅= 0.2 ，试绘制此材料的简化的等寿命曲线。
解： A ( 0 , 170 ) C ( 260 , 0 )∅ === = 283.33 MPa∅得′ ( , ) , 即′（ 141.67 ，141.67 ）根据点’（ 0 ， 170 ）， C （260 ， 0 ），′（ 141.67 ，141.67 ）按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D = 72 mm ， d = 62 mm ，r =3 mm 。
如用题 3-2 中的材料，设其强度极限 = 420MPa ，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。
解： = ( + – 1 )因 = = 1.2 ， = = 0.067，查附表 3-2 （p40），线性插值得 = 1.88 ，查附图 3-1 （p41）得 0.78 ，将所查值代入公式，即= 1 + （– 1 ） = 1 + 0.78 （ 1.88 – 1 ）= 1.69查附图 3-2 ，得尺寸系数 = 0.75 ；题中没有提及加工方式，按精车加工工艺，查附图 3-4 （p44），得表面质量系数 = 0.91 ；因没提及强化方式，取强化系数 = 1 ，则 = ( + -1 ) = （ + – 1 ） = 2.35A （ 0 ，） A （ 0 ，72.34 ）D （，）（ 141.67 ，60.29 ）C （ 260 ，0 ）根据A （ 0 ，72.34 ），C （ 260 ，0 ），D （ 141.67 ,60.29 ）按比例绘出该零件的极限应力线图如下图3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力 = 20 MPa ，应力幅 = 20 MPa ，试分别按○1 r = C ○2 =C 求出该截面上的计算安全系数。
解：由题 3-4 可知 = 170 MPa ， = 260 MPa ，∅ = 0.2 ， = 2.35（1）r = C方法一：直接将 3-4 所得数据代入公式 3-17 （ p27 ）工作应力点在疲劳强度区，根据变应力循环特性公式，计算其安全系数 =∅== 2.28方法二：连接 OM 并延长与AG相交，其交点坐标M’( 45.64 ,68.46 )= ’ = = 2.28（2） = C方法一：直接将相应数值代入3-21 （p28）公式中工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的应力公式，其计算安全系数= ∅==1.81方法二：过M点做纵轴的平行线，与直线AG交于M’’ ( 20 , 70.64 )= ’ = = 1.81。
第一章绪论（1）1-2 现代机械系统由哪些子系统组成, 各子系统具有什么功能？（2）答: 组成子系统及其功能如下:（3）驱动系统其功能是向机械提供运动和动力。
（4）传动系统其功能是将驱动系统的动力变换并传递给执行机构系统。
第二章执行系统其功能是利用机械能来改变左右对象的性质、状态、形状或位置, 或对作业对象进行检测、度量等, 按预定规律运动, 进行生产或达到其他预定要求。
第三章控制和信息处理系统其功能是控制驱动系统、传动系统、执行系统各部分协调有序地工作, 并准确可靠地完成整个机械系统功能。
第四章机械设计基础知识2-2 什么是机械零件的失效？它主要表现在哪些方面？答：（1）断裂失效主要表现在零件在受拉、压、弯、剪、扭等外载荷作用时, 由于某一危险截面的应力超过零件的强度极限发生的断裂, 如螺栓的断裂、齿轮轮齿根部的折断等。
（2）变形失效主要表现在作用在零件上的应力超过了材料的屈服极限, 零件产生塑性变形。
（3）表面损伤失效主要表现在零件表面的腐蚀、磨损和接触疲劳。
2-4 解释名词: 静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷、静应力、变应力、接触应力。
答: 静载荷大小、位置、方向都不变或变化缓慢的载荷。
变载荷大小、位置、方向随时间变化的载荷。
名义载荷在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。
计算载荷计算载荷就是载荷系数K和名义载荷的乘积。
静应力不随时间变化或随时间变化很小的应力。
变应力随时间变化的应力, 可以由变载荷产生, 也可由静载荷产生。
（1）2-6 机械设计中常用材料选择的基本原则是什么？（2）答：机械中材料的选择是一个比较复杂的决策问题, 其基本原则如下：①材料的使用性能应满足工作要求。
使用性能包含以下几个方面:②力学性能③物理性能④化学性能①材料的工艺性能应满足加工要求。
具体考虑以下几点:②铸造性③可锻性④焊接性⑤热处理性⑥切削加工性①力求零件生产的总成本最低。
主要考虑以下因素:②材料的相对价格③国家的资源状况④零件的总成本2-8 润滑油和润滑脂的主要质量指标有哪几项？答: 衡量润滑油的主要指标有: 粘度（动力粘度和运动粘度）、粘度指数、闪点和倾点等。
第3章主轴组件设计3.1 主轴组件的基本要求是什么？它们对加工精度有何影响？答：1) 旋转精度: 瞬时旋转中心线相对于理想旋转中心线在空间位置上的偏差，，其范围就为主轴的旋转精度，主轴组件的旋转精度是指专机在空载低速转动时，在主轴前端定位面上的测得的径向圆跳动、端面圆跳动和轴向窜动值的大小。
2) 静刚度: 是指在外加载荷作用下抵抗变形的能力。
3) 抗振性: 是指机器工作时主轴组件抵抗振动、保持主轴平稳运转的能力。
4) 热变形: 是指机器工作时，因各相对运动处的摩擦和搅油等耗损而发热造成的温差，使主轴组件在形状和位置上产生的畸变。
5) 耐磨性: 是指长期地保持其原始制造精度的能力，即精度的保持性。
由于各类机械装备的工艺特点的不同，主轴组件所传递的转速、承受的工作载荷等工作条件各异，故对主轴组件的要求也各有侧重，决不能强求一律。
3.2 主轴的轴向定位有几种？各有什么特点，适用何种场合？答：主轴的轴向定位，主要由推力轴承来实现。
推力轴承的配置型式有三种：1) 前端定位推力轴承安排在前支承处。
主轴发热后向后伸长，轴前端的轴向精度较高，但前支承结构复杂（表序号1、2和5）。
2) 后端定位推力轴承安排在后支承处。
主轴受热后向前伸长，影响轴前端的轴向位置精度和刚度，但这种结构便于轴承间隙调整（表序号3）.3) 两端定位推力轴承分别安排在前后支承处。
支承结构简单，发热量小，但主轴受热，产生变形，会改变轴承间隙，影响主轴的旋转精度（表序号4、7和8）。
3.3 选择主轴材料的依据是什么？答：主轴材料的选择应根据耐磨性和热处理后变形的大小等来考虑。
因此，无需从强度、刚度角度来考虑主轴材料的选择。
3.4 为什么数控车床的前轴承常采用三联轴承组合，如何布置？为什么？答：如图所示。
数控车床主轴的前支承常采用三联轴承组合安装，即前两轴承为同向组合，接触线朝前（大口朝外），后轴承与之背靠背（反装），则支承点应在前面第一个轴承的接触线与轴线交点处，这样可以增加主轴的前支承支承宽度，缩短主轴前端悬伸量a。
第一章绪论习题答案思考题1）机器是由哪些基本部分构成？各部分作用是什么？2）什么是专用零件？什么是通用零件？试举例说明。
3）机械设计的研究对象是什么？学习时应注意哪些问题？4）机械零件的主要失效形式及设计准则是什么？5）设计机器应满足哪些基本要求？1）答：机器是由原动机、传动装置和工作机三大部分组成。
原动机是机械设备完成其工作任务的动力来源。
传动装置是按执行机构作业的特定要求，把原动机的运动和动力传递给执行机构。
执行机构也是工作部分，直接完成机器的功能。
2）答：所谓通用零件实际是指各种机器都经常使用的零件。
如轴、轴承和齿轮等。
专用零件是某些机器使用的零件，例如：发动机中的曲轴、汽轮机中的叶片。
3）答：本课程是研究普通条件下，一般参数的通用零件的设计理论与设计方法。
学习时应注意以下问题：1）理论联系实际。
2）抓住课程体系。
3）要综合运用先修课程的知识解决机械设计问题。
4）要理解系数引入的意义。
5）要努力培养解决工程实际问题的能力。
4）答：机械零件的主要失效形式有强度失效（因强度不足而断裂）、刚度失效（过大的变形）、磨损失效（摩擦表面的过度磨损），还有打滑和过热，联接松动，管道泄漏，精度达不到要求等等。
设计准则是1)强度准则2) 刚度准则3) 耐磨性准则4) 振动稳定性准则5) 热平衡准则6) 可靠性准则5）设计任何机器都必须满足如下要求1）使用要求2）经济性要求3）安全性要求4）其他要求（1）环保要求（2）外观要求（3）体积重量要求等第二章带传动习题1. 选择题1) 带传动中，在预紧力相同的条件下，V带比平带能传递较大的功率，是因为V带__3__.(1)强度高 (2)尺寸小 (3)有楔形增压作用 (4)没有接头2) 带传动中，若小带轮为主动轮，则带的最大应力发生在带__1__处(1)进入主动轮 (2)进入从动轮 (3)退出主动轮(4)退出从动轮3) 带传动正常工作时不能保证准确的传动比是因为__4__.(1)带的材料不符合虎克定律 (2)带容易变形和磨损 (3)带在带轮上打滑 (4)带的弹性滑动4)带传动打滑总是__1__.(1)在小轮上先开始 (2)在大轮上先开始 (3)在两轮上同时开始5) V带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了_2___.(1)使结构紧凑 (2)限制弯曲应力(3)保证带和带轮接触面间有足够摩擦力 (4)限制小带轮上的包角6) 带传动的主要失效形式之一是带的__3__。
K (σ + σ )ca第三章机械零件的疲劳强度设计3－39 试推导出 σmin ＝常数或 σm ＝常数时安全系数的计算公式，并比较 r ＝常数和上述两种情况下安全系数计算公式的区别（可代入一些具体数字进行比较）3－65 一钢制零件，工作应力为：σmax =250MP a ，σmin =－50MP a 。
零件的疲劳强度综合 影 响 系 数 K σ=1.35 ， 材 料 的 力 学 性 能 为 σb =630MP a ， σs =455MP a ， σ-1=285MP a ， σ0=510MP a 。
若 许 用 安 全 系 数 对 变 应 力 取 [S σ]=1.3、对静应力取[S σ]＇=1.5，并按无限寿命 考虑，试分别用解析法和图解法校核该零件的安全系数。
（σa =150MP a ，σm =100MP a ，ψσ=0.1176） 第一种情况：r=CS =caσ-1K σ + ϕ σσ a σm= 1.33 >[S σ]安全第二种情况：σm =CS = σ -1 + ( K σ - ϕσ )σm = 1.21 <[S ]σ σam不安全第三种情况：σmin =CS = ca 2σ + ( K - ϕ )σ-1 σ σ min ( K + ϕ )(2σ + σ σ σ a min)= 1.39安全第四章摩擦、磨损及润滑概述二、分析与思考题1 按照摩擦机理分，磨损有哪几种基本类型？它们各有什么主要特点？2 机械零件的磨损过程分为哪三个阶段？在设计使用时，在设计或使用机器时如何要 求以延长零件的寿命？3 获得流体动力润滑的必要条件是什么？4 润滑剂的作用是什么？常用润滑剂有哪几种？l 2第五章 螺纹联接和螺旋传动三、计算题1、 如图示高压容器螺纹联接 的 a ）、b ）、c ）三种方案，问哪 种比较合理？并说明其它方案为什么不合理。
解答：图（b ）比较合理。
图(a)螺纹联接布置太少，两螺纹间矩太大，对于高压熔器很难保证密封性要求；图(c)螺纹联接太多，两螺纹间矩太小，不够扳手的活动空间，没法拧紧和放松。
第3章凸轮机构习题与参考答案一、单项选择题（从给出的A、B、C、D中选一个答案）1 与连杆机构相比，凸轮机构最大的缺点是。
A．惯性力难以平衡B．点、线接触，易磨损C．设计较为复杂D．不能实现间歇运动2 与其他机构相比，凸轮机构最大的优点是。
A．可实现各种预期的运动规律B．便于润滑C．制造方便，易获得较高的精度D．从动件的行程可较大3 盘形凸轮机构的压力角恒等于常数。
A．摆动尖顶推杆B．直动滚子推杆C．摆动平底推杆D．摆动滚子推杆4 对于直动推杆盘形凸轮机构来讲，在其他条件相同的情况下，偏置直动推杆与对心直动推杆相比，两者在推程段最大压力角的关系为关系。
A．偏置比对心大B．对心比偏置大C．一样大D．不一定5 下述几种运动规律中，既不会产生柔性冲击也不会产生刚性冲击，可用于高速场合。
A．等速运动规律B．摆线运动规律（正弦加速度运动规律）C．等加速等减速运动规律D．简谐运动规律（余弦加速度运动规律）6 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的推程压力角超过许用值时，可采用措施来解决。
A．增大基圆半径B．改用滚子推杆C．改变凸轮转向D．改为偏置直动尖顶推杆7．（）从动杆的行程不能太大。
A. 盘形凸轮机构B. 移动凸轮机构C. 圆柱凸轮机构8．（）对于较复杂的凸轮轮廓曲线，也能准确地获得所需要的运动规律。
A 尖顶式从动杆 B.滚子式从动杆 C. 平底式从动杆9．（）可使从动杆得到较大的行程。
A. 盘形凸轮机构 B 移动凸轮机构 C. 圆柱凸轮机构10．（）的摩擦阻力较小，传力能力大。
A 尖顶式从动杆 B. 滚子式从动杆 C 平底式从动杆11.（）的磨损较小，适用于没有内凹槽凸轮轮廓曲线的高速凸轮机构。
A. 尖顶式从动杆B.滚子式从动杆C. 平底式从动杆12．计算凸轮机构从动杆行程的基础是（）。
A 基圆 B. 转角 C 轮廓曲线13．凸轮轮廓曲线上各点的压力角是（）。
A. 不变的B. 变化的14．凸轮压力角的大小与基圆半径的关系是（）。
第三章部分题解参考3-5 图3-37所示为一冲床传动机构的设计方案。
设计者的意图是通过齿轮1带动凸轮2旋转后，经过摆杆3带动导杆4来实现冲头上下冲压的动作。
试分析此方案有无结构组成原理上的错误。
若有，应如何修改？习题3-5图习题3-5解图(a) 习题3-5解图(b) 习题3-5解图(c) 解 画出该方案的机动示意图如习题3-5解图(a)，其自由度为：14233 2345=-⨯-⨯=--=P P n F 其中：滚子为局部自由度计算可知：自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动，即结构组成原理上有错误。
解决方法：①增加一个构件和一个低副，如习题3-5解图(b)所示。
其自由度为：115243 2345=-⨯-⨯=--=P P n F ②将一个低副改为高副，如习题3-5解图(c)所示。
其自由度为：123233 2345=-⨯-⨯=--=P P n F 3-6 画出图3-38所示机构的运动简图（运动尺寸由图上量取），并计算其自由度。
习题3-6(a)图 习题3-6(d)图解(a) 习题3-6(a)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(a)解图(a)或习题3-6(a)解图(b)的两种形式。
自由度计算：1042332345=-⨯-⨯=--=P P n F习题3-6(a)解图(a)习题3-6(a)解图(b)解(d) 习题3-6(d)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(d)解图(a)或习题3-6(d)解图(b)的两种形式。
自由度计算：1042332345=-⨯-⨯=--=P P n F习题3-6(d)解图(a) 习题3-6(d)解图(b)3-7 计算图3-39所示机构的自由度，并说明各机构应有的原动件数目。
解(a) 10102732345=-⨯-⨯=--=P P n FA 、B 、C 、D 为复合铰链原动件数目应为1说明：该机构为精确直线机构。
当满足BE =BC =CD =DE ，AB =AD ，AF =CF 条件时，E 点轨迹是精确直线，其轨迹垂直于机架连心线AF解(b) 1072532345=-⨯-⨯=--=P P n FB 为复合铰链，移动副E 、F 中有一个是虚约束 原动件数目应为1说明：该机构为飞剪机构，即在物体的运动过程中将其剪切。
