机械设计基础习题集附解答

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 .911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【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、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. 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)411. 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, PH=0 F=3n-2PL-PH=33-24-0=1该机构自由度为 1。3 A O12 BO 1 A 423 B4711. 解：（1）复合铰链：1n=4, PL=5, PH=1F=3n-2PL-PH=34-25-11=1（2）局部自由度：2，虚约束：2 n=5, PL=6, PH=2F=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=0F=3n-2PL-PH=37-210-0=1（4）复合铰链：1n=7, PL=10, PH=0F=3n-2PL-PH=37-210-0=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=34-25-11=1（6）局部自由度：1 n=3, PL=3, PH=2F=3n-2PL-PH=33-23-12=1（7）局部自由度：1 n=8, PL=11, PH=1F=3n-2PL-PH=38-211-11=1（8）局部自由度：1，虚约束：1 n=6, PL=8, PH=1F=3n-2PL-PH=36-28-11=1（9）复合铰链：1，局部自由度：1 n=9, PL=12, PH=2F=3n-2PL-PH=39-212-12=1（10）复合铰链：1 n=11, PL=15, PH=0F=3n-2PL-PH=311-215-0=38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，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 ，l 2 52mm ，l3 50mm ，l 4 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 C、D 两个转动副是 整转副还是摆转副； 题 7 图93） 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(l CD )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 ，l CD 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