西工大机械设计基础课后习题答案

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第一章

1-1.机械零件常用的材料有哪些？为零件选材时应考虑哪些主要要求？

解：机械零件常用的材料有：钢(普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢)，

铸铁，有色金属（铜及铜合金、铝及铝合金）和工程塑料。

为零件选材时应考虑的主要要求：

1.使用方面的要求：

1）零件所受载荷的大小性质，以及应力状态，

2）零件的工作条件，

3）对零件尺寸及重量的限制，

4）零件的重要程度，

5）其他特殊要求。

2.工艺方面的要求。

3.经济方面的要求。

1-2.试说明下列材料牌号的意义：Q235,45,40Cr,65Mn,ZG230-450,HT200,ZcuSn10P1,LC4.

解：Q235是指当这种材料的厚度（或直径）≤16mm时的屈服值不低于 235Mpa。

45是指该种钢的平均碳的质量分数为万分之四十五。

40Cr是指该种钢的平均碳的质量分数为万分之四十并且含有平均质量分数低于 1.5%的 Cr

元素。

65Mn是指该种钢的平均碳的质量分数为万分之六十五并且含有平均质量分数低于 1.5%的

Mn元素。

ZG230-450表明该材料为铸钢，并且屈服点为 230，抗拉强度为 450.

HT200表明该材料为灰铸铁，并且材料的最小抗拉强度值为 200Mpa.

ZCuSn10P1铸造用的含 10%Sn、1%P其余为铜元素的合金。

LC4表示铝硅系超硬铝。

1-6.标准化在机械设计中有何重要意义？

解：有利于保证产品质量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和组织专业化的大生产，以

及降低生产成本，并且简化了设计方法，缩短了设计时间，加快了设计进程，具有先进性、

规范性和实用性，遵照标准可避免或减少由于个人经验不足而出现的偏差。

第二章

2-7.为什么要提出强度理论？第二、第三强度理论各适用什么场合？

解：材料在应用中不是受简单的拉伸、剪切等简单应力状态，而是各种应力组成的复杂应力

状态，为了判断复杂应力状态下材料的失效原因，提出了四种强度理论，分别为最大拉应力

理论、最大伸长线应变理论、最大切应力理论、畸变能密度理论。

第二强度理论认为最大伸长线应变是引起断裂的主要因素，适用于石料、混凝土、铸铁等脆

性材料的失效场合。

第三强度条件：认为最大切应力是引起屈服的主要因素，适用于低碳钢等塑性材料的失效场

合。

2-15.画出图示梁的弯矩图。

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F 0,FA FB F 0, 解：MA 0,FB *3a M F* a 0

FB 0,FA

F

F 0，F1 F2 F 2F F 0 解：M A 0,F* 2a 2F* a F* 4a F2 *3a 0

F2 8/ 3F,F1 2 / 3F

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第三章

3-4.计算图示各机构的自由度，并指出复合铰链、局部自由度和虚约束。

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3-5.图示为一简易冲床的拟设计方案。设计者思路是：动力由齿轮 1输入，使轴 A连续回转；

而固定在轴 A上的凸轮 2和杠杆 3组成的凸轮机构使冲头 4上下往复运动，以达到冲压的

目的。试绘出其机构运动简图，计算机构的自由度，并分析其运动是否确定，如其运动不确

定，试提出修改措施。

n 3,PL 4,PH 1 由于 F=0,故不能运动 F 3n2PL PH 33241 0

修改措施为：

3-6.试绘出图示机构的运动简图，并计算其自由度。

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n 3,PL 4

F 3n2PL PH 3324

1

n 5,PL 7,PH

0 F 3n2PL PH 3527=1

n 5,PL 7,PH

0 F 3n2PL PH 3527=1

第四章

4-6.在图 4-11 所示的差动螺旋机构中，螺杆 1 与机架 3 在 A 处用右旋螺纹连接，导程

SA=4mm，当摇柄沿顺时针方向转动 5圈时，螺母 2向左移动 5mm，试计算螺旋副 B的

导程SB，并判断螺旋副 B的旋向。

解：由题意判断 B为右旋，A、B同向，固有：

(SA SB)1，故 5 (4 SB)10 2 2 2

SB 5mm

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第五章

5-7.根据图中所注尺寸，试问如何才能获得曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构？

解：根据曲柄存在的条件：

（1）最短杆长度+最长杆长度≤其他两杆长度之和；

（2）最短杆为连架杆。

根据题意：140+200<170+180，故满足第一条件。

当最短杆 AD为连架杆时，即 AB、CD固定时，极限位置如图所示，为曲柄摇杆机构。

当最短杆 AD为机架时，极限位置如下图所示，为双曲柄机构。

当 AD为连杆时，极限位置如下图所示，为双摇杆机构。

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5-8．图示铰链四杆机构l1 100mm,l2 200mm,l3 300mm，若要获得曲柄摇杆机构，试

问机架长度范围为多少？

解：根据曲柄存在的条件：

（1）最短杆长度+最长杆长度≤其他两杆长度之和；

（2）最短杆为连架杆。

根据题意：

（1）若l4为最长杆（l4≥300），l1+l4≤l2+l3，300≤l4≤400.

（2）若l3为最长杆（l4≤300），l1+l3≤l2+l4，200≤l4≤300.

故 200≤l4≤400.

5-10.设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度 lCD 100mm，摆角 30 ，行程速比系数 0

K=1.2。试用图解法根据最小传动角 min 40 的条件确定其余三杆的尺寸。 0

解：由 180 0 K 1，=16.36 .

0

K 1 故，先画出 CD和CD ,使得∠CDC = 300 .

，故过C和C作∠CCO和∠CCO =73.64

过 C做∠DCA= 45

交圆 O于 A点。AC=133mm， AC=91.89mm，AD=94.23mm,计算得 由于=16.36 0 0

，以 O点为圆心作圆

0

AB=20.555mm,BC=112.445mm

所以其他三杆长度为：AD=94.23mm，AB=20.555mm,BC=112.445mm

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5-11.设计一曲柄滑块机构。已知滑块行程 H=50mm,偏距 e=20mm,行程速比系数 K=1.5.试用

图解法求出曲柄和连杆的长度。

解：由 180 0 K 1，=36

0

K

1

首先，画出CC =50mm，作∠CCO =∠CCO =540，过 O作圆交偏心线于 A，

连接 AC, AC测得长度如图所示，算出 AB=21.505，BC=46.515.

5-12.设计一导杆机构。已知机架长度lAD 100mm，行程速比系数 K=1.4，试求曲柄长度。

解： 180 0 K 1，=30

. ,即∠ BCB =30 0 0 K 1 AB⊥BC,∠ACB=15 ,AC=lAD 100mm.

0

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AB=25.88mm

5-13.设计一铰链四杆机构作为加热炉炉门的启闭机构。已知炉门上两活动铰链间距离为

50mm，炉门打开后成水平位置时，要求炉门温度较低的一面朝上（如虚线所示）。设固定

铰链在 O-O轴线上，其相关尺寸如图所示，求此铰链四杆机构其余三杆的长度。

解：因为点 A、D在 O-O轴线上，由于 AB= AB, AC AC,所以运用垂直平分线定理，连 接 BB和CC，分别作其中垂线交 O-O轴线于点 A、D，因此找到 A点和 D点。

AB=67.34,CD=112.09,AD=95.74

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第六章

6-2.四种基本运动规律各有何特点？各适用何种场合？什么是刚性冲击和柔性冲击？

解：（1）等速运动规律的特点是：在从动件运动的起始点和终了点都有速度的突变，使

加速度趋于无限大，因此会引起强烈的刚性冲击。这种冲击对凸轮机构的工作影响很大，

所以匀速运动规律一般只适用于低速或从动件质量较小的场合。

（2）等加速等减速运动规律的特点是：在一个运动循环中，从动件的运动速度逐步

增大又逐步减小，避免了运动速度的突变；但在从动件运动的起始点、转折点和终了点

仍存在着加速度的有限突变，还会有一定的柔性冲击。所以这种运动规律适用于凸轮为

中、低速转动，从动件质量不大的场合。

（3）余弦加速度运动规律的特点是：推杆的加速度按余弦规律变化，且在起始点和

终点推杆的加速度有突变，有一定的柔性冲击。一般只适用于中速场合。

（4）正弦加速度运动规律的特点是：推杆的加速度按正弦规律变化，但其加速度没

有突变，可以避免柔性冲击和刚性冲击，适用于高速场合。

刚性冲击：由于加速度有突变，并且加速度值理论上为无穷大，但由于材料具有弹

性，使得加速度和惯性达到很大（不是无穷大），从而产生很强烈的冲击，把这一类冲

击称为刚性冲击。

柔性冲击：由于加速度有突变，但这一突变为有限值，引起的冲击较为平缓，故称

这一类为柔性冲击。

6-7.盘形凸轮基圆半径的选择与哪些因素有关？