機械設(shè)計基礎(chǔ)(陳立德第三版)課后答案(章全)

a目錄

第1章機械設(shè)計概述................................1

第2章摩擦、磨損及潤滑概述........................3

第3章平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析..........................12

第4章平面連桿機構(gòu)................................16

第5章凸輪機構(gòu)....................................36

第6章間歇運動機構(gòu)................................46

第7章螺紋連接與螺旋傳動..........................48

第8章帶傳動.....................................60

第9章鏈傳動.....................................73

第10章齒輪傳動....................................80

第11章蝸桿傳動....................................112

第12章齒輪系......................................124

第13章機械傳動設(shè)計................................131

第14章軸和軸轂連接................................133

第15章軸承........................................138

第16章其他常用零、部件............................152

第17章機械的平衡與調(diào)速...........................156

第18章機械設(shè)計CAD簡介...........................163

第1章機械設(shè)計概述

1.1機械設(shè)計過程通常分為哪兒個階段？各階段的主要內(nèi)容是什

么？

答：機械設(shè)計過程通?？煞譃橐韵聨讉€階段：

1.產(chǎn)品規(guī)劃主要工作是提出設(shè)計任務(wù)和明確設(shè)計要求。

2.方案設(shè)計在滿足設(shè)計任務(wù)書中設(shè)計具體要求的前提下，由

設(shè)計人員構(gòu)思出多種可行方案并進行分析比較，從中優(yōu)選出一種功能

滿足要求、工作性能可靠、結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠、結(jié)構(gòu)設(shè)計可行、成本低廉

的方案。

3.技術(shù)設(shè)計完成總體設(shè)計、部件設(shè)計、零件設(shè)計等。

4.制造及試驗制造出樣機、試用、修改、鑒定。

1.2常見的失效形式有哪兒種？

答：斷裂，過量變形，表面失效，破壞正常工作條件引起的失

效等兒種。

1.3什么叫工作能力？計算準則是如何得出的？

答：工作能力為指零件在一定的工作條件下抵抗可能出現(xiàn)的失

效的能力。對于載荷而言稱為承載能力。

根據(jù)不同的失效原因建立起來的工作能力判定條件。

1.4標準化的重要意義是什么？

答：標準化的重要意義可使零件、部件的種類減少，簡化生產(chǎn)

管理過程，降低成本，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期。

第2章摩擦、磨損及潤滑概述

2.1按摩擦副表面間的潤滑狀態(tài)，摩擦可分為哪兒類？各有何特點？

答：摩擦副可分為四類：干摩擦、液體摩擦、邊界摩擦和混合

摩擦。

干摩擦的特點是兩物體間無任何潤滑劑和保護膜，摩擦系數(shù)及

摩擦阻力最大，磨損最嚴重，在接觸區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了粘著和梨刨現(xiàn)象。液

體摩擦的特點是兩摩擦表面不直接接觸，被液體油膜完全隔開，摩擦

系數(shù)極小，摩擦是在液體的分子間進行的，稱為液體潤滑。邊界摩擦

的特點是兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，但由于邊界膜較

薄，不能完全避免金屬的直接接觸，摩擦系數(shù)較大，仍有局部磨損產(chǎn)

生?；旌夏Σ恋奶攸c是同時存在邊界潤滑和液體潤滑，摩擦系數(shù)比邊

界潤滑小，但會有磨損發(fā)生。

2.2磨損過程分兒個階段？各階段的特點是什么？

答：磨損過程分三個階段，即跑合摩合磨損階段、穩(wěn)定磨損階

段、劇烈磨損階段。各階段的特點是:跑合磨損階段磨損速度由快變

慢；穩(wěn)定磨損階段磨損緩慢，磨損率穩(wěn)定；劇烈磨損階段，磨損速度

及磨損率都急劇增大。

2.3按磨損機理的不同，磨損有哪兒種類型？

答：磨損的分類有磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損點蝕、腐蝕磨

損。

2.4哪種磨損對傳動件來說是有益的？為什么？

答：跑合磨損是有益的磨損，因為經(jīng)跑合磨損后，磨損速度減

慢，可改善工作表面的性質(zhì)，提高摩擦副的使用壽命。

2.5如何選擇適當(dāng)?shù)臐櫥瑒?/p>

答：選潤滑劑時應(yīng)根據(jù)工作載荷、運動速度、工作溫度及其它工

作條件選擇。

當(dāng)載荷大時，選粘度大的潤滑油，如有較大的沖擊時選潤滑脂

或固體潤滑劑。高速時選粘度小的潤滑油，高速高溫時可選氣體潤滑

劑；低速時選粘度小的潤滑油，低速重載時可選潤滑脂；多塵條件選

潤滑脂，多水時選耐水潤滑脂。

2.6潤滑油的潤滑方法有哪些？

答：油潤滑的潤滑方法有分散潤滑法和集中潤滑法。集中潤滑

法是連續(xù)潤滑，可實現(xiàn)壓力潤滑。分散潤滑法可以是間斷的或連續(xù)的。

間斷潤滑有人工定時潤滑、手動油杯潤滑、油芯油杯潤滑、針閥油杯

潤滑、帶油潤滑、油浴及飛濺潤滑、噴油潤滑、油零潤滑等兒種。

2.7接觸式密封中常用的密封件有哪些？

答：接觸式密封常用的密封件有0形密封圈，J形、U形、V形、

Y形、L形密封圈，以及氈圈。

2.8非接觸式密封是如何實現(xiàn)密封的？

答:非接觸式密封有曲路密封和隙縫密封，它是靠隙縫中的潤滑

脂實現(xiàn)密封的。

第3章平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

3.1機構(gòu)具有確定運動的條件是什么？

答：機構(gòu)的主動件數(shù)等于自由度數(shù)時，機構(gòu)就具有確定的相對運

動。

3.2在計算機構(gòu)的自由度時，要注意哪些事項？

答：應(yīng)注意機構(gòu)中是否包含著復(fù)合較鏈、局部自由度、虛約束。

3.3機構(gòu)運動簡圖有什么作用？如何繪制機構(gòu)運動簡圖？

答：(1)能拋開機構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的真實外形，簡明地表達

機構(gòu)的傳動原理，并能對機構(gòu)進行方案討論和運動、受力分析。

(2)繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟如下所述：

①認真研究機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及其動作原理，分清機架，確定主動件。

②循著運動傳遞的路線，搞清各構(gòu)件間相對運動的性質(zhì)，確定運

動副的種類。

③測量出運動副間的相對位置。

④選擇視圖平面和比例尺，用規(guī)定的線條和符號表示其構(gòu)件和運

動副，繪制成機構(gòu)運動簡圖。

3.4計算如題3.4圖所示各機構(gòu)的自由度，并說明欲使其具有確定運

動，需要有幾個原動件？

題3.4圖

答:a)〃=9,一=13,耳=0代入式(3.1)中可得

/=3〃一2々一耳=3x9—2x13-0=1

此機構(gòu)要具有確定的運動，需要有一個原動件。

b)6處存在局部自由度，必須取消，即把滾子與桿剛化，則

〃=3,[=3,4=2,代入式(3.1)中可得

/=3〃-2￡—乙=3x3-2x3-2=l

此機構(gòu)要具有確定的運動，需要有一個原動件。

c）〃=5,&=7,[=0代入式（3.1）中可得

E=3〃—2片一耳=3x5—2x7—0=1

此機構(gòu)要具有確定的運動，需要有一個原動件。

3.5繪制如題3.5圖所示各機構(gòu)的運動簡圖，并計算其自由度。

題3.5圖

答：取〃L=OOOlm/mm,繪制運動簡圖如題3.5答案圖所本:

圖a）：〃=3,R=4,與=0,則尸=3〃一2兄一昂=1；

圖b）：〃=3,好=4,PH=0,貝Ub=3〃—2冗一吊=1。

3.6試計算如題3.6圖所示機構(gòu)的自由度，并判斷該機構(gòu)的運

動是否確定（圖中繪有箭頭的構(gòu)件為原動件）。

題3.6圖

解：a)：〃=7,耳=10,4=0。

尸=3”—2￡-昂=3x7—2x10=1

運動確定。

b)〃=5,[=7,弓=0

尸=3〃—2兄一耳=3x5—2x7=1

運動確定

C)n=7,4=10,與=0。

尸=3〃-2兄一4=3x7-2x10=1

運動確定

d)〃=4,4=4,吊=20

b=3附-2兄一4二3乂4-2、4-2二2

運動確定。

C)4=3,4=4,吊=00

產(chǎn)=3〃-2耳-弓二3x3-2x4=1

運動確定。

f)〃=5,Px=7,4=00

產(chǎn)=3〃-2或一4=3x5-2x7=l

運動確定。

g)n=9,4=12,兄=2。

尸二3"一24-6]=3x9—2x12—2=1

運動確定

h)〃=9,4=12,4|=0。

尸=3〃-2『4=3x9—2x12=3

運動確定。

3.7試問如題3.7圖所示各機構(gòu)在組成上是否合理？如不合理，請針

對錯誤提出修改方案。

答：圖示機構(gòu)的自由度為零，故都不合理，修改方案如下：

對于題3.7圖a的機構(gòu)，在。處改為一個滑塊，如題3.7圖a所示。

對于題3.7圖b的機構(gòu)，在構(gòu)件4上增加一個轉(zhuǎn)動副，如題3.7答

案圖b所示；或在構(gòu)件4的。處添加一滑塊，如題3.7答案圖c所示。

題3.7答案圖

第4章平面連桿機構(gòu)

4.1機構(gòu)運動分析時的速度多邊形與加速度多邊形特性是什么？

答：同一構(gòu)件上各點的速度和加速度構(gòu)成的多邊形與構(gòu)件原來的

形狀相似，且字母順序一致。

4.2為什么要研究機械中的摩擦？機械中的摩擦是否全是有害的？

答：機械在運轉(zhuǎn)時，其相鄰的兩構(gòu)件間發(fā)生相對運動時，就必然

產(chǎn)生摩擦力，它一方面會消耗一部分的輸入功，使機械發(fā)熱和降低其

機械效率，另一方面又使機械磨損，影響了機械零件的強度和壽命，

降低了機械工作的可靠性，因此必須要研究機械中的摩擦。

機械中的摩擦是不一定有害的，有時會利用摩擦力進行工作，如

帶傳動和摩擦輪傳動等。

4.3何謂摩擦角？如何確定移動副中總反力的方向？

答：(1)移動或具有移動趨勢的物體所受的總反力與法向反力之

間的夾角稱為摩擦角8。

(2)總反力與相對運動方向或相對運動趨勢的方向成一鈍角

90。+0,據(jù)此來確定總反力的方向。

4.4何謂摩擦圓？如何確定轉(zhuǎn)動副中總反力的作用線?

答：（1）以轉(zhuǎn)軸的軸心為圓心，以P（尸=〃。）為半徑所作的圓稱為

摩擦圓。

（2）總反力與摩擦圓相切，其位置取決于兩構(gòu)件的相對轉(zhuǎn)動方

向，總反力產(chǎn)生的摩擦力矩與相對轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)向相反。

4.5從機械效率的觀點看，機械自鎖的條件是什么？

答：機械自鎖的條件為"0。

4.6連桿機構(gòu)中的急回特性是什么含義？什么條件下機構(gòu)才具有急

回特性？

答：（1）當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動時，搖桿來回搖動的速度不同，返回時

速度較大。機構(gòu)的這種性質(zhì)，稱為機構(gòu)的急回特性。通常用行程速度

變化系數(shù)K來表示這種特性。

（2）當(dāng)6/0時-，則K>1,機構(gòu)具有急回特性。

4.7錢鏈四桿機構(gòu)中曲柄存在的條件是什么？曲柄是否一定是最短

桿？

答：（1）最長桿與最短桿的長度之和小于或等于其余兩桿長度之

和；最短桿或相鄰桿應(yīng)為機架。

（2）曲柄不一定為最短桿，如雙曲柄機構(gòu)中，機架為最短桿。

4.8何謂連桿機構(gòu)的死點？舉出避免死點和利用死點的例子。

答：(1)主動件通過連桿作用于從動件上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中

心時的位置，稱為連桿機構(gòu)的死點位置。

(2)機車車輪在工作中應(yīng)設(shè)法避免死點位置。如采用機車車輪聯(lián)

動機構(gòu)，當(dāng)一個機構(gòu)處于死點位置時，可借助另一個機構(gòu)來越過死點;

飛機起落架是利用死點工作的，當(dāng)起落架放下時一，機構(gòu)處于死點位置,

使降落可靠。

4.9在題4.9圖示中，已知機構(gòu)的尺寸和相對位置，構(gòu)件1以等

角速度助逆時針轉(zhuǎn)動，求圖示位置C點和D點的速度及加速度，構(gòu)

件2的角速度和角加速度。

題4.9圖

解：取長度比例尺，繪制簡圖如題4.9答案圖a所示。

a)c)

題4.9答案圖

解：（1）速度分析。

①求Vy.由圖可知，VB=COI-AB,方向垂直于指向與⑥的轉(zhuǎn)向

一致。

②求V-因〃點與。點同為構(gòu)件2上的點，故有：

大?。坷?？

方向水平LABLBC

取速度比例尺”（），作速度矢量圖如題4.9答案圖b所示,

則區(qū)代表匕；6c代表％,其大小為七=4。，vCB=juv-bco

③求g。因％=-lBc，貝U

0（y2--

Oc

方向為順時針轉(zhuǎn)。

④求力。因為B、C、D為同一構(gòu)件上的三點，所以可利用速度

影像原理求得d點，連接》代表%,如題4.9答案圖b所示，其大

小為匕＞=〃「pd，方向同訪。

（2）加速度分析。

①求知。由已知條件可知：*=④：￡，方向為〃-小4=0。

②求必。根據(jù)相對運動原理，可選立下列方程式

ac=aB+&cB+acB

大?。?。匕B4LB?

方向水平BTACTBIBC

取加速度比例尺".（而52），作加速度矢量如題4.9答案圖C,

則代表以，代表分8。

由圖可知，%=4屋而方向同萬？（水平向左）；九=從反，方向

同而。

③求a2。因a'CB=a,?lCB,則

%=盆=受（方向為逆時針）

/

④求

aD=aB+aDB+aDB=aC+aDC+°DC

大??？-IAB①：，DB?/VP'。'

21O

①2」DB*

5

方向？BTADrBA.BCp?DTC

IBC

作矢量圖，如題4.9答案圖C所示，可見而代表a。。

由圖可見，許=〃“?河，方向同萬孑。

4.10如題4.10圖所示的錢鏈四桿機構(gòu)中，已知鮑=30mm,秘=75mm,

lCD=32mm,lAD=80W/M,構(gòu)件1以等角速度?=lOrad/s順時針轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)

已作出該瞬時的速度多邊形（題4.10圖b）和加速度多邊形（題4.10

圖c）o試用圖解法求：（1）構(gòu)件2上速度為零的點E的位置，并求

出該點的加速度外;（2）為加速度多邊形中各矢量標注相應(yīng)符號：（3）

求構(gòu)件2的角加速度小。

題4.10圖

解：取4=0.01%,，作結(jié)構(gòu)簡圖，如題4.10答案圖a所示。

（1）求構(gòu)件2上速度為零的點E及E點的加速度外。

b'

題4.10答案圖

①求才。唳=幼九=10x0.03=0.3%,方向如題4.10答案圖a所示,

且_LZ8。

②求也。

vc=v8+vcB

大?。?.3%?

方向水平LAB15C

取〃、,=O.Oi%m，作速度矢量圖如題4.10答案圖b所示。

因嚓=0,故在速度圖中，e與極點P相重合，即三角符號Apbc為

△BCE的影像，其作圖過程為：過8點作8E_L次,過。點作CE_L瓦，

其交點即為￡點，如題4.10答案圖a所示。

③求g、0及。＜?。

由圖可知，匕3=6c=0.01x33=0.33%,%=pc=0.0lx38=0.38%。

又因％=牡?膜，VcflcD

貝IJ@2=臃=9^~=4.4出%,方向為逆時針。

/RC，0.075s

%=產(chǎn)=黑'=lL88ra%,方向為逆時針。

lCD0.032/s

ac=。c+ac=。B+QcB+acB

2

大小0；，CD?6>,-/AB。兒B?

方向CTDLCDB-^ACfB±5C

取=0.1%,作加速度矢量圖，如題4.10答案圖c所示，則再代

表外。

ac=na-pc'=0.1x45=4.5>方向正。

④求4。利用加速度影像原理，B|J^h'c'e'-A5C￡o作圖過程為:

作Nc'b'e'=ZBCE,Nc'b'e'=NCBE，其交點即為d,則評代表與。

(2)各矢量標準符號如題4.10答案圖c所示。

(3)求構(gòu)件2的角加速度a?。

由圖可知,a'CB=^ia-cn'c=0.1x68.5=6.85^/2,又因&g=。2則

%=好=篇=2陽啖

4.11如題4.11圖所示為一四桿機構(gòu)，設(shè)已知/°B=2/°A=400mm,

I=650mm,

'AB=350mm,?,=120rad/min,求當(dāng)0/平行于QB且垂直于ZB時的義和

。梃

題4.11圖

解：取〃,=0.01%m，畫出機構(gòu)的位置圖，如題4.11答案圖a所

ZJ\o

題4.11答案圖

（1）速度分析。

、120

①求匕。VA=^AO,=—x0.2=0.4m/s,方向垂直于O/。

②求丹。因B點與A點同為構(gòu)件2上的點，故有:

vBUd+VBA

大??？0.4?

方向1O2BIO,A1AB

取速度比例尺=0.01向%1m，作速度矢量如題4.11答案圖b所示,

由圖可知:

VB=VA=Pa=Pb

③求L。因為匕=以，所以構(gòu)件2在此瞬時作平動，即匕=%=%=PG

g=?=0

2的

①=VB=pbj=40x0.01=]rad

3砥I?04s

方向為順時針轉(zhuǎn)。

（2）加速度分析。

①求知。由已知條件可知：司=叼2.加=（效）2、0.2=0.8%,方向

60/s

A―>O]，

4二0O

②求明。根據(jù)相對運動原理，可建立下列方程式

aB~aB+aB=AA+ABA+ABA

大??？就」o?B?0.80?

方向？Bro11O25BTO、LBA

取〃”=0.025%,作加速度矢量圖如題4.11答案圖c所示，則萍

彳。表Cl/jo

③求外。根據(jù)影像原理可得出:BA-.AC=b'a'-.a'c,,作圖如題4.11

答案圖c所示，可得出再代表外。

%=〃”?法0.025x47=1.18%，方向垂直向下。

4.12如題4.12圖所示為擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，設(shè)已知

lAB=60mm,/4c=120mm,曲柄AB以等角速度用=30rad/s順時針轉(zhuǎn)動。求:

（1）當(dāng)/胡。=90。時、構(gòu)件3的角速度g和角加速度/;（2）當(dāng)

4BC=905時,構(gòu)件3的角速度g和角加速度；（3）當(dāng)乙4BC=180°（B

點轉(zhuǎn)于AC之間）時，構(gòu)件3的角速度例和角加速度生。

題4.12圖

解：（1）當(dāng)Z5NC=90。時，取〃L=0.003%m，畫出機構(gòu)的位置圖，

如題4.12答案圖（一）a所示。

題4.12答案圖（一）

①求g。

V

”,=B2+V…

(1)

??

大小AB

方向IBC1ABBC

取4=0.06%,作速度矢量圖如題4.12答案圖（一）b所示,

由圖可知：pb3代表vB3，則

3"%.12x0.06=5.33出%

3一/BC-前〃L—45x0.003

方向為順時針，且g=g

②求。3。

aaa

BaBa+BB+a+a“2(2)

?

大小a4c?81祖

方向BTC15CBtAIBCBC

式中=0；?"c=5.33X45X0.03=7.20%

22

aB2—iy,,lAB—3Ox0.06=542

a2g-b2b3?4=2x5.33x27x0.06=17.3%

B3B2=202.匕8型

取4=l%n，作加速度矢量圖如題4.12答案圖（一）c所示，由

圖可知：代表4”將4%；移至B點，得:

%=2=然=潟=222.6，%

方向為逆時針轉(zhuǎn)。

（2）當(dāng)448。=90。時，取4=0.003%m，畫出機構(gòu)的位置圖，如

題4.12答案圖（二）。所示。

題4.12答案圖（二）

①求例。依據(jù)矢量方程（1），作速度矢量圖如題4.12答案圖（二）

b所不，取4=096%濡o由圖可知：她代表也B,，P，3=。，則。3=0。

②求出o依據(jù)矢量方程（2），作加速度矢量圖如題4.12答案圖（二）

c所示，取4=1%?。由圖可知：仿％'代表唯，貝U

歪="二〃〃,二一37x1=352.4ra%

lBCBC-氏35X0.003/S

方向為逆時針轉(zhuǎn)。

（3）當(dāng)乙4BC=180。時，取從=0.003%^，畫出機構(gòu)的位置圖，如

題4.12答案圖（三）a所示。

a）b）

c）

題4.12答案

①求電。依據(jù)矢量方程（1）,作速度矢量圖如題4.12答案圖（三）

b所示，取4=006%^。由圖可知：荻代表乙孫，又打、4重合，

則以a=0,鬲代表也，則

為=旦且=網(wǎng)出也=30啰

'lBCBCM20X0.003

方向為逆時針轉(zhuǎn)。

②求。3。依據(jù)矢量方程（2）,作加速度矢量如題4.12答案圖（三）

c所示，取4=1%^。由圖可知：因與"、/重合，%=0,則03=0。

4.13如題4.13圖所示，設(shè)已知加=200mm,構(gòu)件逆時針轉(zhuǎn)動,

例=30陟盆，求以及4。

題4.13圖

解：取M=0.005%^，畫出機構(gòu)的位置圖如題4.13答案圖a所

/J\O

A[OL2%

pr_.,

___°c(-_________—

3)/

C)

題4.13答案圖

(1)速度分析(求也)。

30

方向垂直于O

VB=。2+VBA2

大小?0.1?

方向水平1O,A鉛垂

取4=0.005/血，作速度矢量圖如題4.13答案圖b所示，由圖可

知：麗代表%;而代表則

力坊?4=14.5x0.005=0.073%

方向為水平。

（2）加速度分析（求心）。

aa

°B=A2+a:A2+BA2

?V?

大小2G2，BA2

方向水平4.a水平向右垂直

式中的2=。/./年=（0卜0.2=0.05%

a

BA,=2??VBA2=2（O2-VBA2=2X|^X8X0.005=0.04%

取4=0.00125%m，作加速度矢量圖如題413答案圖C所示，由

圖可知：河代表火,則

。而=0.00125x5=0.00625%

方向為水平向右。

4.14如題4.14圖所示為一機床的矩形-V形導(dǎo)軌，已知拖板1的運動

方向垂直于紙面，重心在s處，幾何尺寸如圖所示，各接觸面間的滑

動摩擦系數(shù)/=0」。求V形導(dǎo)軌處的當(dāng)量摩擦系數(shù)4。

題4.14圖

解：作用于導(dǎo)軌上壓力為％、%。

W=WX+W2

根據(jù)力矩平衡條件可知：

wy=w2

作用在左右導(dǎo)軌上的摩擦力為百、K

F,=f—^=—」/W

~sin4502sin45

所以

F=―--f

vsin450

4.15如題4.15圖所示，已知x=250mmj=200mm,用為驅(qū)動力，F(xiàn)r為

工作阻力，轉(zhuǎn)動副4、8的軸頸半徑為r,當(dāng)量摩擦系數(shù)為工，滑動

摩擦系數(shù)為/.，忽略各構(gòu)件的重力和慣性力。試作出各運動副中總反

力的作用線。

題4.15圖

答：（1）求跖、耳;。忽略各構(gòu)件的重量和慣性力，桿2為二力

桿，作用在桿2上的兩個力服和酩應(yīng)等值、共線、反向。當(dāng)考慮

摩擦后，該二力不通過較鏈中心，而與摩擦圓相切?；瑝K3向下移動,

連桿2與垂直導(dǎo)路的夾角a增大，連桿2相對于滑塊3的轉(zhuǎn)速均為順

時針方向。所以，服對軸心產(chǎn)生的摩擦力矩為逆時針方向。因而&2

應(yīng)切于摩擦圓上方。同時，滑塊1左移，￡角減小，%為順時針方向，

所以心2對軸心產(chǎn)生的摩擦力為逆時針方向。因而42應(yīng)切于摩擦圓下

方。由于丁與不應(yīng)共線，因此，它們的作用線應(yīng)是A、B兩點摩

擦圓的內(nèi)公切線，如題4.15答案圖所示。

題4.15答案圖

(2)求皈。取滑塊3為單元體，其上作用力為豆、“；、時,

且三力匯交于一點。耳；與滑塊3的速度E的夾角大于90。，如題4.15

答案所示。

(3)求時。取滑塊1為單元體，其上作用力為E、不、時,

且三力匯交于一點，質(zhì)與工的夾角大于90。，如題4.15答案圖所示。

4.16一1錢鏈四桿機構(gòu)中，已知展=500mm,/°=350mm,lAD=300mm,AD

為機架。試問：

(1)若此機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)，且AB為曲柄，求3的最大值。

(2)若此機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)，求/"的最小值。

(3)若此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)，求心的取值范圍。

解：結(jié)構(gòu)簡圖如題4.16答案圖所示。

(1)若為曲柄拴桿機構(gòu)，則AB為最短，且心+IBCTD+ICD

代入已知量求解得如W150mm,則?的最大值為150mm。

(2)若為雙曲柄機構(gòu)，則AD應(yīng)為最短，且：

①當(dāng)AB為最長時，由于可得出550mm。

②當(dāng)AB不是最長時，由于九+g4加+/6，可得出如2450mm

要滿足上述二種情況，如的最小值應(yīng)為450mm。

(3)若為雙搖桿機構(gòu)，則只能是不滿足桿長之和的條件，即為最

短桿與最長桿長度之和大于其它兩桿長度之和。

①當(dāng)5為最短時,由于如+小>，犯+%，可得出%>150mm;

②當(dāng)加為最長時，由于。+心>兒+修，可得出配>150mm,又由

于l/B<IBC+/<?￡>+IAD，可得出(AB<1150mmo

③當(dāng)兒<如<晨時，由于狐+&>3+蒯，可得出3<450mm

要滿足上述三種情況，如的取值范圍為150mme如<450mm或

550mm<1AB<1150mm。

4.17已知錢鏈四桿機構(gòu)(如題4.17圖所示)各構(gòu)件的長度，試問：

(1)這是較鏈四桿機構(gòu)基本形式中的何種機構(gòu)？

(2)若以AB為原動件，此機構(gòu)有無急回特性？為什么？

(3)當(dāng)以AB為原動件時，此機構(gòu)的最小傳動角出現(xiàn)在機構(gòu)何位置

(在圖上標出)？

題4.17圖

答：(1)因為3+展＜晨+%，且又以最短桿AB的鄰邊為機架，

則此機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)。

(2)有。因為以AB為原動件時，此機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)。

(3)%”出現(xiàn)在曲柄與機架共線時的位置，如題4.17答案圖所

示，取比例尺〃L=0901%1m，由圖可得出%m=180。-正或者囁廣心。

題4.17答案圖

4.18如題4.18圖所示的偏置曲柄滑塊機構(gòu)，已知行程速度變化系

數(shù)K=1.5,滑塊行程無=50mm,偏距e=20mm,試用圖解法求:

(1)曲柄長度3和連桿長度

(2)曲柄為原動件時機構(gòu)的最大壓力角品ax和最大傳動角?。

(3)滑塊為原動件時機構(gòu)的死點位置。

解：(1)求加、展。

板位夾角。=180。管=36。

作圖如題4.18答案所示，取〃L=1m%m，可測得：

AC}=27mm;AC2=70mmo又a+b==4G,代入"G、值后，

聯(lián)立求得：a=21.5mm,=48.5mm。

(說明：設(shè)=BC=b。將原位置圖旋轉(zhuǎn)180。后作圖)

題4.18答案圖

結(jié)論：品=^?<7=1x21.5=21.5mm

%c=4/=1x48.5=48.5mm

o由圖可知：a=arcsin'"

(2)求名max和匕max

當(dāng)夕=90。時，&為最大值，即

a=arcsin232：=arcsm型m=58.8。

max

BC48.5

當(dāng)夕=270。時，a為最小值,即

.e-\-l-sin2700=arcsin120-21'51=1.77°

而=arAcRsm一個-----

48.5

%=90；amM=9(TT.77°=88.23°

(3)滑塊為原動件時，機構(gòu)的死點位置為和482c2。

4.19設(shè)計較鏈四桿機構(gòu)(如題4.19圖所示)，已知機架長

“,=600mm,要求兩連架桿的三組對應(yīng)位置為:%=130°和%=110°、

%=80°和"=70°、仍=45。和%=30。，連架桿AB的長度如=200mm,,

連架桿CD上的標線DE的長度可取為展=400mm,試設(shè)計此四桿機

構(gòu)。

題4.19圖

解：(1)取按給定條件作出AB、DE的三組位置,

并連接。鳥和。鳥。

(2)用反轉(zhuǎn)法將。層、。員分別繞D點反轉(zhuǎn)%-%=40。,%-匕=80。,

得出B；、B；點o

(3)分別作3局、鳥為’垂直平分線九、原交于G點,連接44G

即為該校鏈四桿機構(gòu)，如題4.19答案圖所示。

R

%

題4.19答案圖

(4)由題4.19答案圖測得：=70mm,QD=25mm0桿8C、CD

的長度噎、/為

lBC=BG?4=70x10=700mm

lCD=C、D,K=25X10=250mm

4.20如題4.20圖示所示為一雙聯(lián)齒輪變速裝置，用拔叉DE操縱

雙聯(lián)齒輪移動?，F(xiàn)擬設(shè)計一四桿機構(gòu)ABCD操縱拔叉的擺動。已知

條件是：機架的=100mm,較鏈A、D的位置如題4.20圖所示，拔叉

滑塊行程為30mm,拔叉尺寸做=4c=40mm,固定軸心D在拔叉滑

塊行程的垂直等分線上。又在此四桿機構(gòu)ABCD中構(gòu)件AB為手柄,

當(dāng)手柄垂直向上位于位置時，拔叉處于g位置，當(dāng)手柄/片逆時針

轉(zhuǎn)過。=90。處于水平位置AB2時，拔叉處于與位置。試設(shè)計此四桿機

構(gòu)。

解：如題4.20答案圖所示，取〃1=0.002%^，利用剛化反轉(zhuǎn)法，

連接/。2，令繞A點反轉(zhuǎn)。角得C；點，作的垂直平分線，交

位置1于4點，連接/8GG即為該四桿機構(gòu)。

由題4.20答案圖測得

AB】=11mm,B}C}=52mm

IAB=AL,4B[=2x11=22mm

L

lBC=〃?BC=2x52=104mm

題4.20答案圖

第5章凸輪機構(gòu)

5.1滾子從動件盤形凸輪的基圓半徑如何度量？

答：是在理論輪廓上度量的。

5.2平底垂直于導(dǎo)路的直動從動件盤形凸輪機構(gòu)的壓力角等于多

大？設(shè)計凸輪機構(gòu)時，對壓力角有什么要求？

答：（1）等于零。

（2）從傳力合理，提高傳動效率來看，壓力角越小越好。設(shè)計時

規(guī)定：

?max4⑷

5.3凸輪機構(gòu)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？哪些運動規(guī)律有柔性沖擊？哪種運動規(guī)律沒有沖擊？如何

來選擇從動件的運動規(guī)律？

答：勻速運動規(guī)律有剛性沖擊；等加速-等減速和余弦加速度運動

規(guī)律有柔性沖擊；正弦加速度運動規(guī)律沒有沖擊。

在選擇從動件的運動規(guī)律時、應(yīng)根據(jù)機器工作時的運動要求來確

定。

5.4工程上設(shè)計凸輪機構(gòu)時，其基圓半徑一般如何選??？

答：先根據(jù)結(jié)構(gòu)條件初定基圓半徑小若出現(xiàn)a>[a],則需增大基

圓半徑力再重新進行設(shè)計。

5.5如題5.5圖所示為尖頂直動從動件盤形凸輪機構(gòu)的運動圖線，

但圖題5.5給出的運動線圖尚不完全，試在圖上補全各段的曲線，并

指出哪些位置有剛性沖擊，哪些位置有柔性沖擊。

題5.5圖

答：(1)補全各段的曲線，如題5.5答案圖所示。

(2)在0、b、c、e、處有剛性沖擊；在a、d處有柔性沖擊。

o

題5.5答案圖

5.6試作圖法法設(shè)計一個對心直動從動件盤形凸輪。已知理論輪

廓基圓半徑％=50mm,滾子半徑々=15mm,凸輪順時針勻速轉(zhuǎn)動。當(dāng)

凸輪轉(zhuǎn)過120。時一，從動件以等速運動規(guī)律上升30mm；再轉(zhuǎn)過150。時,

從動件以余弦加速度運動規(guī)律回到原位；凸輪轉(zhuǎn)過其余90。時，從動

件靜止不動。

解：取4=0.002%^。

(1)繪制s-e(/)曲線，如題5.6答案圖a所示，并將推程、回程各

分為6等份。

(2)以相同的比例繪制凸輪基圓及從動件的初始位置，如題5.6

答案圖b所示。

題5.6答案圖

(3)在題5.6答案圖b上，按逆時針方向(-⑼畫出推程角120。，

回程角150。,近休止角90。，并在相應(yīng)段與位移線圖對應(yīng)劃分為6等份,

得分點G、G、G....。

(4)過各分點作徑向線，并從基圓上的點G、G、Q……o開始

向外量取相應(yīng)的位移量得用、鳥、鳥....，即

Be=江應(yīng)生=方,四員=打得到反轉(zhuǎn)后滾子中心的位置。

(5)將回、與、鳥……連成光滑曲線，得凸輪理論輪廊〃。

(6)以〃上各點為圓心，片為半徑作一系列圓，此圓的包絡(luò)線為

凸輪的實際輪廊〃'，如題5.6答案圖b所示。

5.7用作圖法求出下列各凸輪從如題5.7所示位置轉(zhuǎn)到B點而與

從動件接觸時凸輪的轉(zhuǎn)角夕。（可在題5.7圖上標出來）。

如題5.7答案圖

5.8用作圖法求出下列各凸輪從如題5.8圖所示位置轉(zhuǎn)過45。后機

構(gòu)的壓力角*（可在題5.8圖上標出來）

題5.8圖

如題5.8答案圖

5.9在如題5.9圖所示偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)中，已知

圓盤半徑R,圓心與轉(zhuǎn)軸中心間的距離CU=R/2,偏距e=04/a,滾

子半徑為斤。

(1)求在如題5.9圖所示位置(9=45。)時機構(gòu)的壓力角。

(2)如分別增大半徑斤、偏距e、圓心與轉(zhuǎn)軸中心間的距離OA(三

個數(shù)值每次只改變一個)，試問從動件的上升距離和壓力角有無

變化？為什么？

題5.9圖

解：(1)因二者接觸點的法線0B與記方向一致，故。=0。。

(2)如題5.9答案圖所示，設(shè)在某瞬時，從動件占據(jù)位置H。由

圖可知。a=NOO'P。

當(dāng)心增大時，。'點上移至?！笔沟胊角減小;

當(dāng)e增大時，NOO'P增大,a增大；

當(dāng)OA增大時，a不變。

從動件的上升距離是不變化的。

題5.9答案圖

5.10一對心直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)，凸輪順時針勻速轉(zhuǎn)

動，基圓半徑〃=40mm,彳丁程力=20mm,滾子半徑/ulOmm,推程運

動角。=120。，從動件按正弦加速度規(guī)律運動，試用極坐標法求出凸輪

轉(zhuǎn)角8=30。、60。、90。時凸輪理論輪廊與實際輪廓上對應(yīng)點的坐標。

解：當(dāng)從動件按正弦加速度規(guī)律運動時，它的位移方程為

當(dāng)夕=30。、60。、90。時的位移5、$2、S3分別為

“30°1./2%-30°、…

s,=20--------sin(------)=1.82mm

112002萬120°

6001.,2萬-60°、

=20sin()=10.00mm

120°----------120°

s=20型,而(生當(dāng)=18.18mm

3120°2乃120°

(1)用極標法求理論輪廊上對應(yīng)點的坐標值。

選取凸輪轉(zhuǎn)軸中心為坐標原點，ox通過從動件的運動起始點,

則理論輪廊上某點的極坐標方程為

p=7u+5)2+e2

6=(p+/3-/3O

因該凸輪機構(gòu)為對心直動從動件，故$。=小e=0、0=0、4=0

可求得

P=r^+s

e=(p

當(dāng)*=30°時:夕[=r+S]=40+1.82=41.82mm

6\=5=30"

當(dāng)。=60°時：夕2=尸+§2=4。+10.00=50.00mm

，=02=60

當(dāng)夕=90°時：p3=r+s3=40+18.18=58.18mm

%―3=90°

(2)用極坐標方法出實際輪廓上對應(yīng)點的坐標值。

極坐標方程為

PT=y]p2+。2―22kC0S/1

%=e+

式中：

2=arctan

pdO/d(p

根據(jù)題意可得出

ds/d(p/(l-cos平)

z=arctan------=arctan-----------

PP

當(dāng)0=30°時'：/L=arctan-^-(l-cos-1—,—)Xi=12.87°

_TT.

GAG

當(dāng)夕=60°時.：/L=arctan-(1-cos^-^-—)Z=20.92°

22萬2乃3/3Un.UnUn

_TT.

ono

當(dāng)夕=90°時：/L=arctan-7--(1-cos-^-—)Zc1C=9.33°

’2萬2萬2

_TT_

式中：

*Gsin/l

△A0n-arctan——-------

p-Y、cos4

^arctan10sin12-87=3.97°

當(dāng)夕=30。時:△

141.82-10cosl2.87

當(dāng)夕=60"時：A6―仆皿2。.92。=5.20。

250-lOcos20.92°

當(dāng)夕=90°時:A…—“92。

358.18-10cos9.33°

因此可得出

當(dāng)夕=30°時:

Py\=~~+斤~-2r]kcos4

=V41.822+102~2X41.82X10XCOS12.87；

=32.15mm

%=〃+8=30,+3.97°=33.97°

當(dāng)°=60°時:

PT?-40.82mm

8T2=65.20°

當(dāng)夕=900時:

PT、=48.34mm

%=91.92°

第6章間歇運動機構(gòu)

6.1某牛頭刨床工作臺橫向進給絲桿的導(dǎo)程為5mm,與絲桿聯(lián)動

的棘輪齒數(shù)為40,求此牛頭刨床的最小橫向進給量是多少？若要求

此牛頭刨床工作臺的橫向進給量為0.5mm,則棘輪每次能轉(zhuǎn)過的角設(shè)

應(yīng)為多少？

答：牛頭刨床的橫向進給量最小為

Znin=^=0.125mm

若要求其橫向進給量為0.5mm,則棘輪每次轉(zhuǎn)過的角度應(yīng)為

刎：=36。

0.12540

6.2某外嚙合槽輪機構(gòu)中槽輪的槽數(shù)z=6,圓銷的數(shù)目41,若槽

輪的靜止時間乙=2%,試求主動撥盤的轉(zhuǎn)速〃。

答：主動撥盤的轉(zhuǎn)速為：

360、出二180：

〃=--------——=-/

2x36003/s

6.3在六角車床上六角刀架轉(zhuǎn)位用的外嚙合槽輪機構(gòu)中，已知槽

輪槽數(shù)z=6,槽輪停歇時間廿|%,運動時間q=咨，求槽輪機構(gòu)

的運動系數(shù)r及所需的圓柱銷數(shù)目。

答：運動系數(shù)■工t」=)5-.2

4+ki+l3

所需圓柱銷數(shù)目左=二=烏"丑=2

(z-2)(6-2)

6.4內(nèi)嚙合槽輪機構(gòu)能不能采用多圓柱銷撥盤?

答：不能。

第七章螺紋連接與螺旋傳動

7.1常用螺紋的種類有哪些？各用于什么場合？

答：常用螺紋的種類有普通螺紋、管螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋

和鋸齒形螺紋，前兩種主要用于聯(lián)接，后三種主要用于傳動。

7.2螺紋的主要參數(shù)有哪些？怎樣計算？

答：螺紋的主要參數(shù)有：(1)大徑d；(2)小徑4；(3)中徑4;

(4)螺距尸；(5)導(dǎo)程S；(6)升角Qtan，=￡=止；(7)牙型

7cd[兀d

角a、牙型斜角外

7.3螺紋的導(dǎo)程和螺距有何區(qū)別？螺紋的導(dǎo)程S和螺距尸與螺紋

線數(shù)〃有何關(guān)系？

答：螺距是螺紋相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離，導(dǎo)

程則是同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。

導(dǎo)程S、螺距P、螺紋線數(shù)〃之間的關(guān)系：S=nP。

7.4根據(jù)牙型的不同，螺紋可分為哪兒種？各有哪些特點？常用

的連接和傳動螺紋都有哪些牙型？

答：根據(jù)牙型的不同，螺紋可分為普通螺紋、管螺紋、矩形

螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。各種螺紋特點：普通螺紋的當(dāng)量

摩擦系數(shù)較大，自鎖性能好，強度高，廣泛應(yīng)用于各種緊固連接;

管螺紋分圓柱管螺紋和圓錐管螺紋。圓柱管螺紋用于水、煤氣、

潤滑管路系統(tǒng)等低壓場合。圓錐管螺紋適用于高溫、高壓及密封

要求較高的管路連接中。常用的連接螺紋的牙型是三角形牙型。

常用的傳動螺紋的牙型是矩形、梯形和鋸齒形牙型。

7.5螺柱連接的基本形式有哪兒種？各適用于何種場合？有何特

點？

答：螺紋連接有四種基本類型。

(1)螺柱連接。其結(jié)構(gòu)特點是被連接件的孔中不切制螺紋，裝拆

方便，結(jié)構(gòu)簡單，適用于經(jīng)常拆卸、受力較大的場合。

(2)雙頭螺栓連接。其結(jié)構(gòu)特點是被連接件中薄件制光孔，厚件

制螺紋孔，結(jié)構(gòu)緊湊。適用于連接一厚一薄零件，受力較大、經(jīng)常拆

卸的場合。

(3)螺釘連接。其結(jié)構(gòu)特點是螺釘直接旋入被連接件的螺紋孔中，

結(jié)構(gòu)簡單。適用于連

接一厚一薄件，受力較少、不經(jīng)常拆卸的場合。

(4)緊定螺釘連接。其結(jié)構(gòu)特點是緊定螺釘旋入一零件的螺紋孔

中，螺釘端部頂住另一零件，以固定兩零件的相對位置。適用于傳遞

不大的力或轉(zhuǎn)矩的場合。

7.6為什么螺紋連接通常要采用防松措施？常用的防松方法和裝

置有哪些？

答：連接用的三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷或溫度變化不

大、沖擊振動不大時不會自行脫落。但在沖擊、振動或變載的作用下,

螺紋連接會產(chǎn)生自動松脫現(xiàn)象。因此，設(shè)計螺紋連接，必須考慮防松

問題。

常用的防柱方法有摩擦防松、機械防松、永入防松和化學(xué)防松四

大類。

7.7常見的螺栓失效形式有哪兒種？失效發(fā)生的部位通常在何

處？

答：常見的螺栓失效形式有：（1）螺栓桿拉斷；（2）螺紋的壓潰

和剪斷；（3）經(jīng)常裝拆時會因磨損而發(fā)生滑扣現(xiàn)象。

失效發(fā)生的部位通常在螺紋處。

7.8被連接件受橫向載荷時一，螺栓是否一定受到剪切力？

答：被連接件受橫向載荷時，螺栓不