機械設計基礎習題含答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——機械設計基礎習題含答案《機械設計基礎課程》習題

第1章機械設計基礎概論

1-1試舉例說明機器、機構和機械有何不同？1-2試舉例說明何謂零件、部件及標準件？

1-3機械設計過程尋常分為幾個階段？各階段的主要內(nèi)容是什么？1-4常見的零件失效形式有哪些？

1-5什么是疲乏點蝕？影響疲乏強度的主要因素有哪些？1-6什么是磨損？分為哪些類型？

1-7什么是零件的工作能力？零件的計算準則是如何得出的？1-8選擇零件材料時，應考慮那些原則？

1-9指出以下材料牌號的含義及主要用途：Q275、40Mn、40Cr、45、ZG310－570、QT600－3。

第2章現(xiàn)代設計方法簡介

2-1簡述三維CAD系統(tǒng)的特點。

2-2試寫出優(yōu)化設計數(shù)學模型的一般表達式并說明其含義。2-3簡述求解優(yōu)化問題的數(shù)值迭代法的基本思想。2-4優(yōu)化設計的一般過程是什么？2-5機械設計中常用的優(yōu)化方法有哪些？2-6常規(guī)設計方法與可靠性設計方法有何不同？2-7常用的可靠性尺度有那些？2-8簡述有限元法的基本原理。2-9機械創(chuàng)新設計的特點是什么？

2-10簡述機械創(chuàng)新設計與常規(guī)設計的關系。

第3章平面機構的組成和運動簡圖

3-1舉實例說明零件與構件之間的區(qū)別和聯(lián)系。3-2平面機構具有確定運動的條件是什么?3-3運動副分為哪幾類？它在機構中起何作用？3-4計算自由度時需注意那些事項？

3-5機構運動簡圖有何用途？怎樣繪制機構運動簡圖？3-6繪制圖示提升式水泵機構的運動簡圖，并計算機構的自由度。

3-7試繪制圖示縫紉機引線機構的運動簡圖，并計算機構的自由度。

3-8試繪制圖示沖床刀架機構的運動簡圖，并計算機構的自由度。

3-9試判斷圖a、b、c所示各構件系統(tǒng)是否為機構。若是，

1

判定它們的運動是否確定（圖中標有箭頭的構件為原動件）。

3-10計算圖a、b、c、d、e、f所示各機構的自由度，如有復合鉸鏈、局部自由度、或虛約束請指出。并判定它們的運動是否確定（圖中標有箭頭的構件為原動件）。

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第4章平面連桿機構

4-1四桿機構的急回特性是何含義？什么條件下機構才具有急回特性？4-2什么是四桿機構的死點？試舉出幾個利用和戰(zhàn)勝死點的實例。4-3試述壓力角的概念，并分析它對機構的工作性能有什么影響？4-4舉例說明鉸鏈四桿機構的三種演化方法。

4-5如下圖，已知AD=250mm；BC=265mm；CD=110mm；AB=60mm，且是主動件。試確定：⑴該鉸鏈四桿機構的類型；⑵該機構的行程速比系數(shù)K。

4-6分析圖示偏置曲柄滑塊機構有曲柄的條件。當取滑塊為主動件時，試確定機構的死點位置。

4-7如下圖，已知鉸鏈四桿機構各桿長度，試問：⑴是鉸鏈四桿機構中的哪種基本機構；

⑵若AB是原動件，在圖中畫出此機構最小傳動角出現(xiàn)的位置；

3

⑶若以AB為原動件，該機構有無急回特性，為什么？

4-8試設計一腳踏軋棉機的曲柄搖桿機構。如下圖，要求踏板機構CD在水平位置上下各擺10°，且CD的長度500mm，AD的長度是1000mm。試用圖解法求曲柄AB和連桿BC的長度？

4-9試用圖解法設計一自動上料機所用的偏置曲柄滑塊機構，如下圖。要求曲柄主動時，行程速比系數(shù)K=1.4，被推運的工件的長度l=40mm，初選偏距e=20mm，工作行程最大壓力角為αmax=45°?；瑝K的行程H應比工件的長度略大些，以保證料斗上的工件能順利下落。

4-10試用圖解法設計一搖擺導桿機構，已知機架長度為50mm，行程速比系數(shù)K=2，求曲柄的長度。4-11試用圖解法設計曲柄搖桿機構ABCD。已知搖桿CD長度是75mm，行程速比系數(shù)K=1.5，機架AD長度為100mm。搖桿的一個極限位置與機架間的夾角∠CDA=45°。

4-12已知某操縱裝置采用圖示鉸鏈四桿機構，要求兩連架桿的對應位置為υ1=45°，ψ1=50°；υ2=80°，

ψ2=70°；υ3=120°，ψ3=110°。試用解析法確定各桿的長度。

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第5章凸輪機構

5-1凸輪機構常用的四種從動件運動規(guī)律中，哪種運動規(guī)律有剛性沖擊？哪種運動規(guī)律有柔性沖擊？哪種運動規(guī)律沒有沖擊？

5-2在圖示偏置直動從動件盤形凸輪機構中，已知AB段為凸輪推程廓線，試在圖上標出推程運動角δt。

5-3已知從動件升程h=30mm，δt=150o，δs=30o，δh=120o，δs′=60o，從動件在推程作簡諧運動，在回程作等加速等減速運動，試用作圖法或公式計算繪出其運動線圖s2－t、v2－t和a2－t。

5-4設計圖示偏置直動從動件盤形凸輪。已知凸輪以等角速度ω1順時針方向回轉，偏距e=10mm，凸輪基圓半徑r0=60mm，滾子半徑rT=10mm，從動件的升程及運動規(guī)律與題5-2一致，試用圖解法繪出凸輪的輪廓并校核推程壓力角。

5-5已知條件同題5-4，試用解析法通過計算機輔助設計求凸輪理論輪廓和實際輪廓上各點的坐標值（每隔10o計算一點），推程壓力角的最大值αmax，并打印凸輪輪廓。

5-6在圖示自動車床控制刀架移動的滾子搖擺從動件凸輪機構中，已知lOA=60mm，lAB=36mm，r0=35mm，rT=8mm。從動件的運動規(guī)律如下：當凸輪以角速度ω1逆時針方向回轉150o時，從動件以簡諧運動向上擺15o；當凸輪自150o轉到180o時，從動件中止不動；當凸輪自180o轉到300o時，從動件以簡諧運動擺回原處；當凸輪自300o轉到360o時，從動件又中止不動。試繪制凸輪輪廓。

5-7試設計一平底直動從動件盤形凸輪機構。已知凸輪以等角速度ω1逆時針方向回轉，凸輪的基圓半徑r0=40mm，從動件升程h=20mm，

δt=120o，δs=30o，δh=120o，δs′=90o，從動件在推程和回程均作簡諧運動。試繪出凸輪的輪廓。

5-8用作圖法求圖示中各凸輪從圖示位置轉過45o后機構的壓力角α，并在圖上標注出來。

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即

10-16一對閉式直齒圓錐齒輪傳動，已知Σ=δ1+δ2=90o，i=2.7，z1=16，P=7.5kW，n1=840r/min，用電動機驅動，單向轉動，載荷有中等沖擊。要求結構緊湊，故大小齒輪的材料均選40Cr表面淬火，試計算此傳動。

解硬齒面閉式齒輪傳動應按彎曲強度設計，然后驗算其接觸強度。（1）許用應力

查教材表11-1齒輪40Cr表面淬火硬度：52～56HRC取54HRC。查教材圖11-7：σHlim=1220MPa查教材圖11-10：σFlim=320MPa

查教材表11-4取SH=1.2，SF=1.6故：

2）按彎曲強度設計，其設計公式：

其中：小齒輪轉矩

查教材表11-3得載荷系數(shù)K=1.3,齒寬系數(shù),取ψR=0.3

大齒輪齒數(shù)

z2=iz1=2.7×1.6=43.2，取z2=43齒數(shù)比：

u=z2/z1=43/16=2.69分度圓錐角

小齒輪當量齒數(shù)

大齒輪當量齒數(shù)

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查教材圖11-9得、齒形系數(shù)YF1=3.08,YF2=2.18則平均模數(shù)：

大端模數(shù)

取me=4mm

（3）校核其接觸強度，驗算公式：

其中：分度圓直徑d1=mez1=4×16=64mmd2=mez2=4×43=172mm錐距

齒寬b=ψRRe=0.3×91.8=27.5mm取b=28mm

則：

滿足接觸強度。

10-17已知直齒圓錐-斜齒圓柱齒輪減速器布置如圖。錐齒輪m=5mm，b=50mm，z1=25，z2=60；斜齒輪mn=6mm，z1=21，z2=84。欲使軸Ⅱ上的軸向力在軸承上的作用完全抵消，求斜齒輪3的螺旋角β3的大小和旋向。

解（1）圓錐齒輪2的相關參數(shù)分度圓直徑

d2=mez2=5×60=300mm分度圓錐角

δ2=arctanz2/z1=arctan60/25=67.38平均直徑

軸向力

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nb,sp;

（2）斜齒輪3相關參數(shù)分度圓直徑

軸向力

（3）相互關系因Fa2=Fa3得：

（4）由題圖11.5可知，圓錐齒輪2的軸向力Fa2指向大端，方向向下；斜齒輪3的軸向力Fa3方向指向上，轉動方向與錐齒輪2同向，箭頭指向右。齒輪3又是主動齒輪，根據(jù)左右手定則判斷，其符合右手定則，故斜齒輪3為右旋。

10-18如下圖蝸桿傳動，蝸桿主動，已知T1=20N?m，m=4mm，z1=2，d1=50mm，蝸輪齒數(shù)z2=50，傳動的嚙合效率η=0.75。試確定：

⑴蝸輪的轉向；

⑵蝸桿與蝸輪上作用力的大小和方向。

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10-19如下圖為蝸桿傳動和圓錐齒輪傳動組合。已知輸出軸上的錐齒輪z4的轉向n4。欲使中間

軸上的軸向力能部分抵消，試確定：

⑴蝸桿傳動的螺旋線方向和蝸桿的轉向；⑵在圖中標出各輪軸向力的方向。

10-20試設計一蝸桿傳動。已知電動機功率P1=7kW，轉速n1=1440r/min，蝸輪軸轉速為n2=

80r/min，載荷平穩(wěn)，單向傳動。蝸輪材料選錫青銅ZCuSn10P1，砂型；蝸桿選用40Cr，表面淬火。試驗算油溫是否滿足使用要求。

10-21某蝸桿減速器輸入功率P1=3kW，z1=2，箱體散熱面積為1m2，通風條件較好，室溫20℃，

第11章輪系

11-1在圖示的輪系中，已知z1=15，z2=25，z2′=15，z3=30，z3′=15，z4=30，z4′=2，z5=60，z5′

=20(m=4mm)，若n1=500r/min，求齒條6線速度v的大小和方向。

11-2圖示為一滾齒機工作臺的傳動系統(tǒng)，已知各輪齒數(shù)為z1=15，z2=28，z3=15，z4=35，z8=1，z9=40；

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A為單線滾刀zA=1，B為被切輪坯。現(xiàn)欲加工64個齒的齒輪，求傳動比i57。

11-3圖示輪系中，各輪齒數(shù)為z1=z2=z3′=z4=20，z3=z5=60，模數(shù)均為m=2mm，求⑴傳動比i15；

⑵齒輪1、2及齒輪2、3的中心距a12，a23。

11-4圖示輪系中，蝸桿1是單線右旋，轉速n1=1000r/min，z2=50，z2′=z3=20，z4=60，求輸出軸轉速nH。

11-5在圖示馬鈴薯挖掘機構中，齒輪4固定不動，挖叉固連在齒輪3上。挖薯時，十字架1回轉，挖叉始終保持一定的方向，齒輪1、2、3的齒數(shù)分別為z1、z2、z3，問各輪齒數(shù)有何關系？

11-6圖示輪系中，已知z1=22，z3=88，z3′=z5。試求傳動比i15。

11-7在圖示行星齒輪減速器中，已知z1=z2=17，z3=51。當手柄轉過90?時，轉盤H轉過多少度？11-8在圖示圓錐齒輪組成的行星輪系中，已知各輪齒數(shù)z1=20，z2=30，z2’=50，z3=80，輪1的轉速n1=50r/min，試求nH的大小和方向。

11-9求圖示輪系的傳動比i14。已知z1=z2′=25，z2=z3=20，zH=100，z4=20。11-10已知z1=17，z2=20，z3=85，z4=18，z5=24，z6=21，z7=63，求：⑴當n1=10001r/min，n4=10000r/min時，nP=？

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⑵當n1=n4時，nP=？

⑶當n1=10000r/min，n4=10001r/min時，nP=？

11-11在圖示輪系中，已知z1=z4=40，z2=z5=30，z3=z6=100，求i1H。

11-12圖示輪系中，已知z1=z3=16，z2=32，z4=80，z5=42，z6=z7=14，z8=46，求i18。

第12章帶傳動

12-1為什么在帶傳動中彈性滑動不可避免？12-2V帶傳動的最大有效拉力Fec與哪些因素有關？12-3簡述造成帶傳動傳動比不能保持恒定的原因。

12-4有一帶式輸送裝置，其異步電動機和齒輪減速器之間用普通V帶傳動，電動機功率P=8kW，轉速n1=960r/min，減速器輸入軸的轉速n2=360r/min，允許誤差為±5%，運輸裝置工作時有輕度沖擊，兩班制工作，試設計此帶傳動。

12-5一普通V帶傳動，帶的型號為B型，傳遞的功率P=9kW，帶速v=11m/s，帶與帶輪間的摩擦因數(shù)f=0.3，帶在小輪上的包角α1=170°。試求：(1)傳遞的圓周力；(2)緊邊、松邊拉力；(3)離心力在帶中引起的拉力；(4)所需的初拉力；(5)壓軸力。

12-6計算習題12-5的帶傳動中的各種應力以及最大應力。

第13章鏈傳動

13-1鏈傳動有那些特點，適用那些場合？

13-2鏈傳動中小鏈輪齒數(shù)z1不能過少，大鏈輪齒數(shù)z2不能過多，其原因是什么？13-3分析鏈傳動工作時動載荷的大小與那些因素有關。

13-4用P=5.5kW，n1=1450r/min的電動機，通過鏈傳動驅動一液體攪拌機，載荷平穩(wěn)，傳動比i=3，試設計此鏈傳動。

13-5選擇并驗算一輸送裝置用的傳動鏈。已知鏈傳動傳遞的功率P=7.5kW，主動鏈輪的轉速n1=960r/min，傳動比i=3.2，工作狀況系數(shù)KA=1.5，中心距a≤650mm（可以調(diào)理）。

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第14章軸

14-1軸按承載性質(zhì)的不同可分為哪三種？

14-2軸最常用的材料是什么？假使優(yōu)質(zhì)碳素鋼的軸剛度不足，改用合金鋼能否解決問題？14-3零件在軸上軸向固定的常見方法有哪些？各有何特點？14-4圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、IV軸是心軸、轉軸、還是傳動軸？

14-5已知一傳動軸傳遞的功率為37kW，轉速n=900r/min，假使軸上的扭切應力不許超過40MPa，試求該軸的直徑？

14-6已知一傳動軸直徑d=32mm，轉速n=1725r/min，假使軸上的扭切應力不許超過50MPa，問該軸能傳遞多大功率？

14-7圖示的轉軸，直徑d=70mm，a=320mm，傳遞的轉矩T=2350N?m，F(xiàn)=9200N。若軸的許用彎曲應力[σ-1b]=80MPa，求長度x的大小。

14-8已知一單級直齒圓柱齒輪減速器，用電動機直接拖動，電動機功率P=22kW，轉速n1=1470r/min，齒輪的模數(shù)m＝4mm，齒數(shù)z1=18，z2=82，若支承間跨距l(xiāng)=180mm（齒輪位于跨距中央），軸的材料用45號鋼調(diào)質(zhì)，試計算輸出軸危險截面處的直徑d。

14-9圖示二級圓柱齒輪減速器。已知高速級傳動比i12=2.5，低速級傳動比i34=4。若不計輪齒嚙合及軸承摩擦的功率損失，試計算三根軸傳遞轉矩之比，并按扭轉強度估算三根軸的軸徑之比。

14-10設計圖示直齒圓柱齒輪減速器的輸出軸。已知該軸傳遞的功率P=11kW，轉速n=225r/min，從動齒輪的齒數(shù)z2=72，模數(shù)m=4mm，輪轂寬度lh=70mm，選用直徑系列為2的深溝球軸承，兩軸承中心間距離為130mm。

14-11一鋼制等直徑直軸，只傳遞轉矩T=4000N?m，許用切應力[????=50MPa。長度為1800mm，要求軸每米長的扭轉角υ不超過0.5?。試求該軸的直徑。

14-12與直徑Φ75mm實心軸等扭轉強度的空心軸，其外徑do=85mm，設兩軸材料一致，試求該空

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心軸的內(nèi)徑di和減輕重量的百分率。

14-13圖示為某減速器輸出軸的裝配結構圖，指出圖中1、2、3、4處結構錯誤，并繪制正確的結構草圖。

第15章軸承

15-1滑動軸承的摩擦狀態(tài)有幾種？各有什么特點？

15-2滑動軸承有哪些類型？滑動軸承的結構型式有哪幾種？各適用在何種場合？15-3對軸瓦軸承襯的材料有哪些基本要求？15-4滾動軸承類型選擇的基本原則有哪些？

15-5角接觸軸承的內(nèi)部軸向力是如何產(chǎn)生的，其方向如何判斷？大小如何計算？角接觸軸承為何尋常成對使用？

15-6說明以下滾動軸承的意義。

6208N208/P67207C30209/P5

15-7有一非液體摩擦徑向滑動軸承，已知軸頸直徑為100mm，軸瓦寬度為100mm，軸的轉速為1200r/min，軸承材料為ZCuSn10P1，試問它允許承受多大的徑向載荷？

15-8已知某支承采用非液體摩擦徑向滑動軸承，軸承所受徑向載荷Fr=25000N，軸頸直徑d=90mm，軸的轉速為n=8.3r/min，材料為ZCuZn38Mn2Pb2，試設計此滑動軸承。

15-9已知以下軸承承受的徑向載荷Fr和軸向載荷Fa，試計算當量動載荷。（1）N207軸承，F(xiàn)r=3553NFa=0；（2）6215軸承，F(xiàn)r=6500NFa=1100N；（3）30313軸承，F(xiàn)r=8700NFa=5310N。

15-10某機械傳動裝置中，已知軸承型號是6312，軸承所受徑向載荷Fr=5400N，軸向載