机械设计基础习题集(附解答)

目录绪论.................................................................................................1平面机构的自由度...........................................................................3平面连杆机构...................................................................................8凸轮机构.........................................................................................14齿轮机构.........................................................................................18轮系.................................................................................................23机械零件设计概论.........................................................................28联接.................................................................................................30齿轮传动.........................................................................................41蜗杆传动.........................................................................................51带、链传动.....................................................................................60轴.....................................................................................................69滑动轴承.........................................................................................75滚动轴承.........................................................................................78联轴器和离合器.............................................................................91I绪论1.简述机构与机器的异同及其相互关系。2.简述机械的基本含义。3.简述构件和零件的区别与联系。4.简述“机械运动”的基本含义。5.简述“机械设计基础”课程的主要研究对象和内容。6.简述“机械设计基础”课程在专业学习中的性质。1【参考答案】1.共同点：①人为的实物组合体；②各组成部分之间具有确定的相对运动；不同点：机器的主要功能是做有用功、变换能量或传递能量、物料、信息等；机构的主要功能是传递运动和力、或变换运动形式。相互关系：机器一般由一个或若干个机构组合而成。2.从结构和运动的角度看，机构和机器是相同的，一般统称为机械。3.构件是机械中的运动单元，零件是机械中的制造单元；构件是由一个或若干个零件刚性组合而成。4.所谓“机械运动”是指宏观的、有确定规律的刚体运动。5.研究对象：常用机构（平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）和通用零（部）件（螺栓、键、齿轮、带、链、轴、轴承、联轴器、离合器等）。研究内容：机构的组成及其工作原理、结构分析、运动分析等；零（部）件结构、设计计算、类型选择、使用维护等。6.“机械设计基础”课程着重研究各类机械中的共性问题，为进一步深入研究各种专门机械奠定基础；同时，“机械设计基础”课程的学习又涉及到高等数学、机械制图、工程力学、工程材料以及机械制造基础等知识的综合运用。因此，“机械设计基础”是课程体系中的一门专业技术基础课程。2平面机构的自由度1.什么是机构中的原动件、从动件、输出构件和机架？2.机构中的运动副具有哪些必要条件？3.运动副是如何进行分类的？4.平面低副有哪两种类型？5.简述机构运动简图的主要作用，它能表示出原机构哪些方面的特征？6.机构自由度的定义是什么？一个平面自由构件的自由度为多少？7.平面运动副中，低副和高副各引入几个约束？8.机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况？9.运动链和机构关系如何？10.画出下列机构的示意图，并计算其自由度。(a)(b)311.计算下列机构的自由度，若有虚约束、复合铰链和局部自由度，需指出。（1）齿轮—连杆机构（2）凸轮—连杆机构（3）发动机机构（4）压缩机机构（5）滚动杠杆机构（6）凸轮拨杆机构（7）电锯机构（8）发动机配气机构4（9）冲压机构（10）挖掘机机构5【参考答案】1.原动件：运动参数由外界输入的活动构件；从动件：除原动件外的其余活动构件；输出构件：输出预期运动的从动件；机架：机构运动的参考物，视作相对固定的构件。2.三个条件：①两个构件；②直接接触；③相对运动。3.①按两构件运动平面的相互关系分：平面运动副、空间运动副；②按两构件接触方式分：低副（面接触）、高副（点、线接触）。4.转动副和移动副。5.机构运动简图主要用于进行机构的结构分析和运动分析。机构运动简图反映了原机构中的构件类型和数目、运动副类型、数目及其相互位置关系等特征。6.使机构具有确定运动所需输入的独立运动参数的数目称机构自由度。平面自由构件的自由度为3。7.每个低副引入2个约束；每个高副引入1个约束。8.机构具有确定运动条件：自由度＝原动件数目。原动件数目自由度，构件运动不确定；原动件数目自由度，机构无法运动甚至构件破坏。9.运动链：由一系列构件通过运动副联接组成的可动的构件系统；机构：各构件运动确定的运动链。10.(a)机构示意图如图所示。32AOB144321BAO自由度计算n=3,PL=4,PH=0F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1∴该机构自由度为1。(b)机构示意图如图所示。自由度计算n=3,PL=4,PH=0F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1∴该机构自由度为1。611.解：（1）复合铰链：1n=4,PL=5,PH=1F=3n-2PL-PH=3×4-2×5-1×1=1（2）局部自由度：2，虚约束：2n=5,PL=6,PH=2F=3n-2PL-PH=3×5-2×6-1×2=1（3）无复合铰链、局部自由度和虚约束n=7,PL=10,PH=0F=3n-2PL-PH=3×7-2×10-0=1（4）复合铰链：1n=7,PL=10,PH=0F=3n-2PL-PH=3×7-2×10-0=1（5）无复合铰链、局部自由度和虚约束n=4,PL=5,PH=1F=3n-2PL-PH=3×4-2×5-1×1=1（6）局部自由度：1n=3,PL=3,PH=2F=3n-2PL-PH=3×3-2×3-1×2=1（7）局部自由度：1n=8,PL=11,PH=1F=3n-2PL-PH=3×8-2×11-1×1=1（8）局部自由度：1，虚约束：1n=6,PL=8,PH=1F=3n-2PL-PH=3×6-2×8-1×1=1（9）复合铰链：1，局部自由度：1n=9,PL=12,PH=2F=3n-2PL-PH=3×9-2×12-1×2=1（10）复合铰链：1n=11,PL=15,PH=0F=3n-2PL-PH=3×11-2×15-0=37平面连杆机构1.从运动副类型的角度看，什么是连杆机构？机构中的连杆一般做什么运动？2.铰链四杆机构有哪几种基本型式？3.铰链四杆机构可以通过哪几种方式演化成其他型式的四杆机构？试说明曲柄摇块机构是如何演化而来的？4.何谓偏心轮机构？它主要用于什么场合？5.何谓连杆机构的压力角、传动角？它们的大小对连杆机构的工作有何影响？以曲柄为原动件的偏置曲柄滑块机构的昀小传动角minγ发生在什么位置？6.如图所示，设已知四杆机构各构件的长度为mma240=，，，。试问：1）当取杆4为机架时，是否有曲柄存在？2）若各杆长度不变，能否以选不同杆为机架的办法获得双曲柄机构和双摇杆机构？如何获得？3）若a、b、c三杆的长度不变，取杆4为机架，要获得曲柄摇杆机构，d的取值范围应为何值？mmb600=mmc400=mmd500=题6图7.如图所示的铰链四杆机构中，各杆的长度为mml281=，，，，试求：mml522=mml503=mml724=1）当取杆4为机架时，该机构的极位夹角θ、杆3的昀大摆角ϕ、昀小传动角minγ和行程速比系数K；2）当取杆1为机架时，将演化成何种类型的机构？为什么？并说明这时C、D两个转动副是整转副还是摆转副；题7图83）当取杆3为机架时，又将演化成何种机构？这时A、B两个转动副是否仍为整转副？8.图示曲柄摇杆机构，已知mm55=ABl，mm100=BCl，mm125=ADl。试求：（1）摇杆3的昀小长度；min)(CDl（2）取，计算曲柄1等速转动时机构的行程速比系数K；()min1.1CDCDll=（3）取，计算曲柄1为主动时，机构的昀小传动角()min1.1CDCDll=minγ。9.在图示的曲柄摇杆机构中，mmlAB15=，mmlAD130=，。试证明连杆长度只能限定在内。mmlCD90=mmmm205~55题8图题9图10.如图所示一偏置曲柄滑块机构，曲柄AB为原动件，长度为，偏距，已知昀大压力角。试求：mmlAB25=mme10=0max30=α（1）滑块行程H；（2）机构的极位夹角θ和行程速比系数K。11.设计一偏置曲柄滑块机构，已知滑块的行程速度变化系数K=1.5，滑块的冲程，导路的偏距mmlCC5021=mme20=，求曲柄长度和连杆长度b。aBCAe题10图题11图912.在图示曲柄摇块机构中，AB杆等角速转动。若2/ACABll=，证明其摇块摆角为，且摇块的行程速度变化系数为2。°60题12图13.设计一铰链四杆机构，已知摇杆CD的长度lCD=150mm，摇杆的两极限位置与机架AD所成的角度，机构的行程速比系K=1，试确定曲柄AB和连杆BC的长度。oo90,3021==ϕϕ题13图10【参考答案】1.所有运动副均为低副的机构称连杆机构。机构中的连杆一般做平面复杂运动。2.三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。3.演化方式：转动副演化为移动副、扩大转动副半径、变更机架、变更杆件尺寸等。曲柄摇杆机构曲柄滑块机构曲柄摇块机构。变更机架转动副演化为移动副4.偏心轮是由曲柄通过扩大转动副半径方式演化得到，曲柄长度即为偏心距。偏心轮的强度和刚度都比曲柄好，因此适用于转速不高而载荷较大场合。5.压力角α：机构输出构件（从动件）上作用力方向与力作用点速度方向所夹之锐角；传动角γ：压力角的余角。α＋γ≡900。压力角（传动角）越小（越大），机构传力性能越好。偏置曲柄滑块机构的昀小传动角minγ发生在曲柄与滑块移动导路垂直的位置。6.1）Lmin=a，Lmax=b。a+b=240+600=840mm；c+d=400+500=900mm。即：a+bc+d，且以昀短杆邻边为机架，杆