机械设计基础习题集附解答.docx

1、I 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 . 91 1 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。

2、 2 【参考答案】 1. 共同点： 人为的实物组合体； 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

3、、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。 3 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、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) 4 11. 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

5、（ 6）凸轮拨杆机构 （ 7）电锯机构 （ 8）发动机配气机构 5 （ 9）冲压机构 （ 10）挖掘机机构 6 【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： 两个构件； 直接接触； 相对运动。 3. 按两构件运动平面的相互关系分：平面运动副、空间运动副； 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

6、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，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。 自由度计算 n=3, PL=4, PH=0 F=3n-2PL-PH =33-24-0=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, P

7、H=0 F=3n-2PL-PH =33-24-0=1 该机构自由度为 1。 3 A O 1 2 B O 1 A 4 2 3 B 4 7 11. 解： （ 1）复合铰链： 1 n=4, PL=5, PH=1 F=3n-2PL-PH=34-25-11=1 （ 2）局部自由度： 2，虚约束： 2 n=5, PL=6, PH=2 F=3n-2PL-PH=35-26-12=1 （ 3）无复合铰链、局部自由度和虚约束 n=7, PL=10, PH=0 F=3n-2PL-PH=37-210-0=1 （ 4）复合铰链： 1 n=7, PL=10, PH=0 F=3n-2PL-PH=37-210-0=1 （ 5

8、）无复合铰链、局部自由度和虚约束 n=4, PL=5, PH=1 F=3n-2PL-PH=34-25-11=1 （ 6）局部自由度： 1 n=3, PL=3, PH=2 F=3n-2PL-PH=33-23-12=1 （ 7）局部自由度： 1 n=8, PL=11, PH=1 F=3n-2PL-PH=38-211-11=1 （ 8）局部自由度： 1，虚约束： 1 n=6, PL=8, PH=1 F=3n-2PL-PH=36-28-11=1 （ 9）复合铰链： 1，局部自由度： 1 n=9, PL=12, PH=2 F=3n-2PL-PH=39-212-12=1 （ 10）复合铰链： 1 n=11

9、, PL=15, PH=0 F=3n-2PL-PH=311-215-0=3 8 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最小传动角 min 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 a 240mm ， b 600mm ， c400mm，

10、d500mm。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？ 题 6 图 7. 如图所示的铰链四杆机构中，各杆的长度为 l1 28mm ， l2 52mm ， l3 50mm ， l4 72mm ，试求： 1） 当取杆 4 为机架时 ， 该机构的极位夹 角 、 杆 3 的最大摆角 、最小传动角 min 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

11、 C、 D 两个转动副是 整转副还是摆转副； 题 7 图 9 3）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 l AB 55 mm， lBC 100mm ， l AD 125mm 。试求： （ 1）摇杆 3 的最小长度 (lCD )min ； （ 2）取 lCD 1.1lCDmin，计算曲柄 1 等速转动时机构的行程速比系数 K； （ 3）取 lCD 1.1lCDmin，计算曲柄 1 为主动时，机构的最小传动角 min。 9. 在图示的曲柄摇杆机构中， l AB 15mm ， l AD 130mm ， lCD 90mm 。试证 明连杆长度只能限定在 55mm 205mm 内。 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 l AB 25mm ，偏 距 e10mm，已知最大压力角 max （ 1）滑块行程 H； 300 。试求： （ 2）机构的极位夹角 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 lC1C 2 50mm ，导路的偏距 e 20mm ，求曲柄长度 a 和连杆长度 b 。 B 题 10 图 题 11 图 A C e