1、1机械设计基础课程习题第 1章 机械设计基础概论1-1 试举例说明机器、机构和机械有何不同？1-2 试举例说明何谓零件、部件及标准件？1-3 机械设计过程通常分为几个阶段？各阶段的主要内容是什么？1-4 常见的零件失效形式有哪些？1-5 什么是疲劳点蚀？影响疲劳强度的主要因素有哪些？1-6 什么是磨损？分为哪些类型？1-7 什么是零件的工作能力？零件的计算准则是如何得出的？1-8 选择零件材料时，应考虑那些原则？1-9 指出下列材料牌号的含义及主要用途： Q275 、40Mn 、40Cr 、45 、ZG310 570 、QT6003。第 2章 现代设计方法简介2-1 简述三维 CAD 系统的特
2、点。2-2 试写出优化设计数学模型的一般表达式并说明其含义。2-3 简述求解优化问题的数值迭代法的基本思想。2-4 优化设计的一般过程是什么？2-5 机械设计中常用的优化方法有哪些？2-6 常规设计方法与可靠性设计方法有何不同？2-7 常用的可靠性尺度有那些？2-8 简述有限元法的基本原理。2-9 机械创新设计的特点是什么？2-10 简述机械创新设计与常规设计的关系。第 3章 平面机构的组成和运动简图3-1 举实例说明零件与构件之间的区别和联系。3-2 平面机构具有确定运动的条件是什么?3-3 运动副分为哪几类？它在机构中起何作用？3-4 计算自由度时需注意那些事项？3-5 机构运动简图有何用
3、途？怎样绘制机构运动简图？3-6 绘制图示提升式水泵机构的运动简图，并计算机构的自由度。3-7 试绘制图示缝纫机引线机构的运动简图，并计算机构的自由度。3-8 试绘制图示冲床刀架机构的运动简图，并计算机构的自由度。3-9 试判断图 a、 b、c 所示各构件系统是否为机构。若是，2判定它们的运动是否确定（图中标有箭头的构件为原动件） 。3-10 计算图 a、b、c 、d、e 、f 所示各机构的自由度，如有复合铰链、局部自由度、或虚约束请指出。并判定它们的运动是否确定（图中标有箭头的构件为原动件） 。345第 4章 平面连杆机构4-1 四杆机构的急回特性是何含义？什么条件下机构才具有急回特性？4-
4、2 什么是四杆机构的死点？试举出几个利用和克服死点的实例。4-3 试述压力角的概念，并分析它对机构的工作性能有什么影响？4-4 举例说明铰链四杆机构的三种演化方法。4-5 如图所示，已知 AD =250 mm；BC =265 mm；CD =110 mm；AB = 60 mm，且是主动件。试确定： 该铰链四杆机构的类型； 该机构的行程速比系数 K。4-6 分析图示偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件。当取滑块为主动件时，试确定机构的死点位置。4-7 如图所示，已知铰链四杆机构各杆长度，试问： 是铰链四杆机构中的哪种基本机构； 若 AB 是原动件，在图中画出此机构最小传动角出现的位置； 若以 AB 为原动
5、件，该机构有无急回特性，为什么？4-8 试设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。如图所示，要求踏板机构 CD 在水平位置上下各摆 10，且 CD 的长度 500 mm ，AD 的长度是 1000 mm。试用图解法求曲柄 AB 和连杆 BC 的长度？64-9 试用图解法设计一自动上料机所用的偏置曲柄滑块机构，如图所示。要求曲柄主动时，行程速比系数 K = 1.4，被推运的工件的长度 l = 40 mm，初选偏距 e = 20 mm ，工作行程最大压力角为 max = 45。滑块的行程 H 应比工件的长度略大些，以保证料斗上的工件能顺利下落。4-10 试用图解法设计一摆动导杆机构，已知机架长度为 50
6、mm，行程速比系数 K = 2，求曲柄的长度。4-11 试用图解法设计曲柄摇杆机构 ABCD。已知摇杆 CD 长度是 75mm，行程速比系数 K =1.5，机架 AD 长度为 100 mm。摇杆的一个极限位置与机架间的夹角CDA = 45。4-12 已知某操纵装置采用图示铰链四杆机构，要求两连架杆的对应位置为 1=45， 1=50； 2 =80， 2 =70； 3= 120， 3=110。试用解析法确定各杆的长度。7第 5章 凸轮机构5-1 凸轮机构常用的四种从动件运动规律中，哪种运动规律有刚性冲击？哪种运动规律有柔性冲击？哪种运动规律没有冲击？5-2 在图示偏置直动从动件盘形凸轮机构中，已知
7、 AB 段为凸轮推程廓线，试在图上标出推程运动角t 。5-3 已知从动件升程 h = 30 mm， t =150， s = 30， h =120， s = 60，从动件在推程作简谐运动，在回程作等加速等减速运动，试用作图法或公式计算绘出其运动线图 s 2t、v 2t 和 a 2t。5-4 设计图示偏置直动从动件盘形凸轮。已知凸轮以等角速度 1 顺时针方向回转，偏距 e =10 mm，凸轮基圆半径 r0 = 60 mm，滚子半径 rT =10 mm，从动件的升程及运动规律与题 5-2 相同，试用图解法绘出凸轮的轮廓并校核推程压力角。5-5 已知条件同题 5-4，试用解析法通过计算机辅助设计求 凸
8、轮理论轮廓和实际轮廓上各点的坐标值（每隔 10 计算一点） ，推程压力角的最大值 max，并打印凸轮轮廓。5-6 在图示自动车床控制刀架移动的滚子摆动从动件凸轮机构中，已知 l OA = 60 mm，l AB =36 mm， r0 = 35 mm，r T = 8 mm。从动件的运动规律如下：当凸轮以角速度 1 逆时针方向回转 150 时，从动件以简谐运动向上摆 15；当凸轮自 150 转到 180 时，从动件停止不动；当凸轮自 180 转到 300 时，从动件以简谐运动摆回原处；当凸轮自 300 转到 360 时，从动件又停止不动。试绘制凸轮轮廓。5-7 试设计一平底直动从动件盘形凸轮机构。已
9、知凸轮以等角速度 1 逆时针方向回转，凸轮的基圆半径 r 0 = 40 mm，从动件升程 h =20 mm， t = 120， s = 30， h = 120， s = 90，从动件在推程和回程均作简谐运动。试绘出凸轮的轮廓。5-8 用作图法求图示中各凸轮从图示位置转过 45 后机构的压力角 ，并在图上标注出来。8第 6章 齿轮机构6-1 渐开线齿轮上哪一圆的压力角为标准值？哪一圆的压力角最小？一般所说压力角是指哪个圆上的压力角，压力角取 50会有何问题？6-2 现有 4 个标准齿轮： m 1 = 4 mm ，z 1 = 25，m 2 = 4 mm， z 2 = 50，m 3 = 3 mm，z
10、 3 = 60； m 4 = 2.5 mm， z 4 = 40；试问 : 哪些齿轮的渐开线形状相同？ 哪些齿轮可以配对正确啮合？ 哪些齿轮可用同一把滚刀切制？6-3 斜齿轮和锥齿轮的当量齿轮以及当量齿数是如何定义的，其意义何在？6-4 渐开线变位齿轮和标准齿轮相比较，哪些参数和尺寸发生了改变？哪些未发生改变？6-5 试述所学各种齿轮机构的一对齿轮的正确啮合条件。6-6 蜗杆机构的传动比如何计算？能否用分度圆直径之比表示其传动比？为什么？6-7 为何要引入蜗杆直径系数 q ?6-8 有一对外啮合正常齿标准直齿圆柱齿轮机构，已知：m = 2.5 mm，a = 112.5 mm，i = 2.6。试计
11、算这对齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径；齿顶高、齿根高、全齿高、顶隙和公法线长度和分度圆弦齿厚。6-9 一对外啮合的标准直齿圆柱齿轮的小齿轮丢失，现测得大齿轮：z 2 = 52，d a2 = 135 mm，m = 2.5 mm， a = 112.5 mm。试确定这对齿轮的齿制以及小齿轮的齿数和齿顶圆直径，以便配制。6-10 标准直齿圆柱齿轮机构中的一对齿轮，已知模数 m n = 2 mm， = 20，z 1 = 20，z 2 = 40，若安装中心距 a = 61 mm，试问 这对齿轮是否属于标准安装？ 此时，节圆半径与分度圆半径、啮合角与压力角是否相等？6-11 用齿条插刀切制一直齿圆
12、柱齿轮。已知被加工齿轮轮坯的角速度 1 = 5 rad/s，刀具的移动速度为 0.375 m/s ，刀具的模数 m = 10 mm，压力角 = 20，试问： 被加工齿轮的齿数 z 1 = ? 如果齿条的中线距离齿轮坯中心为 77 mm，则被加工齿轮的分度圆齿厚是多大？6-12 一对正常齿制的外啮合标准斜齿圆柱齿轮 z 1 = 33，z 2 = 66，m = 5 mm。试问： 若标准中心距 a = 250 mm，试求螺旋角 、分度圆直径 d 和齿顶圆直径 d a； 若不改变模数和齿数，能否将这对齿轮装在中心距为 255 mm 的两平行轴上。6-13 已知一对正常齿制渐开线标准斜齿圆柱齿轮 a =
13、 250 mm，z 1 = 23，z 2 = 98，m n = 4 mm，试计算9其螺旋角、端面模数、端面压力角、当量齿数、分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径。6-14 已知一对正常齿制等顶隙收缩的渐开线标准直齿圆锥齿轮，轴交角 = 90，z 1 = 17，z 2 = 43，m = 3 mm，试求两轮的分度圆锥角、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、锥顶距、齿顶角、齿根角、顶锥角、根锥角和当量齿数。6-15 已知蜗杆机构的参数如下：蜗杆头数 z 1 =2，蜗杆直径系数 q =8，蜗轮齿数 z 2 = 46，模数 m =8 mm 。试计算该蜗杆机构的传动比 i、 中心距 a 及蜗杆和蜗轮的主要尺
14、寸。第 7章 间歇运动机构7-1 试比较棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构及凸轮间歇运动机构的特点和用途。7-2 槽轮机构的运动特性系数 = 0.4 表示什么意义? 为什么运动特性系数必须大于零而小于 1? 五个槽的单销槽轮机构的运动特性系数 等于多少?7-3 已知槽轮的槽数 z=6，拨盘的圆销数 K=1，转速 n = 60 r/min，求槽轮的运动时间 t d 和静止时间 t j。7-4 设计一槽轮机构，要求槽轮机构的运动时间等于停歇时间，试选择槽轮的槽数和拨盘的圆销数。7-5 在六角车床上六角刀架转位用的槽轮机构中，已知槽数 z=6，槽轮的静止时间 tj=5/6 s，槽轮的运动时间 td=
15、2 s，求槽轮机构的运动系数 及所需的圆销数 K。第 8章 联 接8-1 试比较普通螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，各举一例说明它们的应用。8-2 螺纹的自锁性和效率各与哪些因素有关？8-3 试计算普通螺纹 M20、M20 1.5 的螺纹升角；并说明在静载荷下这两种螺纹能否自锁（已知摩擦因数 f = 0.10.15） 。8-4 将承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆部分的直径缩小，有什么好处？8-5 如图所示三块板用 4 个 M10 螺栓固定，若螺栓的性能等级为 4.6，装配时控制预紧力，接合面间的摩擦因数 f = 0.15，求其允许的最大横向拉力 F。8-6 如图所示为一拉杆螺纹联接，已知拉杆上
16、的拉力 F 为 50000 N，载荷稳定，拉杆材料为 Q235 钢（对照螺栓的性能等级为 4.6） ，试设计此联接。8-7 一凸缘联轴器，允许传递的最大转矩 T 为 1500 Nm（静载荷） ，材料为 HT250。半联轴器用 4 个 M16 铰制孔螺栓联接成一体，螺栓的性能等级为 4.8，试选取合适的螺栓长度，并校核其剪切和挤压强度。如果改为 M16 的普通螺栓联接，已知螺栓的性能等级为 4.8，接合面的摩擦因数为 0.15，安装时不控制预紧力，试确定螺栓数。8-8 图 8-23 所示为一汽缸，缸盖和缸体用螺栓联接。已知汽缸内气体压力 p 最大为 2.5 MPa，缸盖和缸体均为钢制，汽缸内径
17、D = 180 mm。为了保证密封性要求，螺栓间距不得大于 4.5d（d 为螺纹大径） ，试设计此联接并确定螺栓分布圆直径。108-9 受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接件间采用橡胶垫片。已知螺栓预紧力 Q0=15000 N，轴向工作载荷 Qe=10000 N，求螺栓所受的总拉力和被联接件间的残余预紧力。8-10 试为题 8-7 中的联轴器选择平键并校核平键联接的强度。第 9章 螺旋传动9-1 试确定图 9-1a 所示的千斤顶的螺杆和螺母的主要尺寸。已知起重量最大为 40 kN，最大举起高度 450 mm，螺杆用 45 钢，螺母用铸铁。 （注意：需要校核螺杆稳定性和自锁性）第 10章 齿轮传动10
18、-1 齿轮传动的主要失效形式有那些？设计准则如何？10-2 齿宽系数的大小对齿轮传动有何影响？模数和齿数对齿轮传动有何影响？设计时应如何选取？ 10-3 齿形系数 YF 与哪些因素有关？两个直齿圆柱齿轮的模数和齿数分别为 m1=20 mm， z1=20；m 2=2 mm，z 2=20，其齿形系数是否相等？10-4 根据蜗杆传动的失效特点，设计时应如何选择蜗杆副材料？10-5 蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？10-6 有一直齿圆柱齿轮传动，原设计传递功率 P，主动轴转速 n 1。若其他条件不变，轮齿的工作应力也不变，当主动轴转速提高一倍，即 n 1= 2 n 1 时，该齿轮传动能传递的功率 P为
19、若干？10-7 有一直齿圆柱齿轮传动，允许传递功率 P，若通过热处理方法提高材料的力学性能，使大小齿轮的许用接触应力 H2、 H1各提高 30，试问此传动在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，抗疲劳点蚀允许传递的扭矩和允许传递的功率可提高百分之几？解：有一直齿圆柱齿轮传动，允许传递功率 P，若通过热处理方法提高材料的力学性能，使大、小齿轮的许用接触应力 H2、 H1 各提高 30%。试问此传动在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，抗疲劳点蚀允许传递的扭矩和允许传递的功率可提高百分之几？解 由公式 可知，由抗疲劳点蚀允许的最大扭矩有关系： 设提高后的转矩和许用应力分别为 T1 、H当转速不变时，转矩和功率可提高 69%。10-8 单级闭式直齿圆柱齿轮传动，小齿轮的材料为 45 钢调质，大齿轮材料为 ZG310-570 正火，P = 4 kW， n1=720 r/min，m =4 mm，z 1=25，z 2 =73，b 1=84 mm，b 2 =78 mm，单向传动，载荷有中等冲击，用电动机驱动，试问这对齿轮传动能否满足强度要求而安全工作。解：软齿面闭式齿轮传动应分别验算其接触强度和弯曲强度。（1）许用应力查教材表 11-1 小齿轮 45 钢调质硬度： 210230HBS 取 220HBS；大齿轮 ZG270-500 正火硬度：140170HBS，取 155HBS。
