机械设计基础陈立德第三版课后答案章全.docx

1、机械设计基础陈立德第三版课后答案章全a目录第1章 机械设计概述 1第2章 摩擦、磨损及润滑概述 3第3章 平面机构的结构分析 12第4章 平面连杆机构 16第5章 凸轮机构 36第6章 间歇运动机构 46第7章 螺纹连接与螺旋传动 48第8章 带传动 60第9章 链传动 73第10章 齿轮传动 80第11章 蜗杆传动 112第12章 齿轮系 124第13章 机械传动设计 131第14章 轴和轴毂连接 133第15章 轴承 138第16章 其他常用零、部件 152第17章 机械的平衡与调速 156第18章 机械设计CAD简介 163第 1章 机械设计概述1.1机械设计过程通常分为哪几个阶段？各阶

2、段的主要内容是什么？答：机械设计过程通常可分为以下几个阶段：1.产品规划 主要工作是提出设计任务和明确设计要求。2.方案设计 在满足设计任务书中设计具体要求的前提下，由 设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较， 从中优选出一种功能 满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉 的方案。3.技术设计 完成总体设计、部件设计、零件设计等。4.制造及试验 制造出样机、试用、修改、鉴定。1.2常见的失效形式有哪几种？答：断裂，过量变形，表面失效，破坏正常工作条件引起的失 效等几种。1.3什么叫工作能力？计算准则是如何得出的？ 答：工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失 效

3、的能力。对于载荷而言称为承载能力。根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。1.4标准化的重要意义是什么？答：标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少，简化生产 管理过程，降低成本，保证产品的质量，缩短生产周期。2.1按摩擦副表面间的润滑状态， 摩擦可分为哪几类？各有何特点？ 答：摩擦副可分为四类：干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合 摩擦。干摩擦的特点是两物体间无任何润滑剂和保护膜，摩擦系数及 摩擦阻力最大，磨损最严重，在接触区内出现了粘着和梨刨现象。液 体摩擦的特点是两摩擦表面不直接接触， 被液体油膜完全隔开， 摩擦 系数极小，摩擦是在液体的分子间进行的，称为液体润滑。边界摩擦 的特点是两

4、摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，但由于边界膜较 薄，不能完全避免金属的直接接触，摩擦系数较大，仍有局部磨损产 生。混合摩擦的特点是同时存在边界润滑和液体润滑， 摩擦系数比边 界润滑小，但会有磨损发生。2.2磨损过程分几个阶段？各阶段的特点是什么？ 答：磨损过程分三个阶段，即跑合摩合磨损阶段、稳定磨损阶 段、剧烈磨损阶段。各阶段的特点是 : 跑合磨损阶段磨损速度由快变 慢；稳定磨损阶段磨损缓慢，磨损率稳定；剧烈磨损阶段，磨损速度 及磨损率都急剧增大。2.3按磨损机理的不同，磨损有哪几种类型？ 答：磨损的分类有磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损点蚀、腐蚀磨2.4哪种磨损对传动件来说是有益的？为什么?答

5、：跑合磨损是有益的磨损，因为经跑合磨损后，磨损速度减慢，可改善工作表面的性质，提高摩擦副的使用寿命。2.5如何选择适当的润滑剂？答：选润滑剂时应根据工作载荷、运动速度、工作温度及其它工 作条件选择。当载荷大时，选粘度大的润滑油，如有较大的冲击时选润滑脂或固体润滑剂。高速时选粘度小的润滑油，高速高温时可选气体润滑 剂；低速时选粘度小的润滑油，低速重载时可选润滑脂；多尘条件选 润滑脂，多水时选耐水润滑脂。2.6润滑油的润滑方法有哪些？答：油润滑的润滑方法有分散润滑法和集中润滑法。集中润滑法是连续润滑，可实现压力润滑。分散润滑法可以是间断的或连续的。 间断润滑有人工定时润滑、手动油杯润滑、油芯油杯润

6、滑、针阀油杯 润滑、带油润滑、油浴及飞溅润滑、喷油润滑、油零润滑等几种。2.7接触式密圭寸中常用的密圭寸件有哪些？答：接触式密封常用的密封件有 0形密封圈，J形、U形、V形、 丫形、L形密圭寸圈，以及毡圈。2.8非接触式密封是如何实现密封的？答：非接触式密封有曲路密封和隙缝密封，它是靠隙缝中的润滑脂实现密封的。第 3 章 平面机构的结构分析3.1 机构具有确定运动的条件是什么 ?答：机构的主动件数等于自由度数时 ,机构就具有确定的相对运 动。3.2 在计算机构的自由度时，要注意哪些事项？ 答：应注意机构中是否包含着复合铰链、局部自由度、虚约束。3.3机构运动简图有什么作用？如何绘制机构运动简图

7、？ 答：（1）能抛开机构的具体结构和构件的真实外形，简明地表达 机构的传动原理，并能对机构进行方案讨论和运动、受力分析。（2）绘制机构运动简图的步骤如下所述：1认真研究机构的结构及其动作原理，分清机架，确定主动件。2循着运动传递的路线，搞清各构件间相对运动的性质，确定运 动副的种类。3测量出运动副间的相对位置。4选择视图平面和比例尺，用规定的线条和符号表示其构件和运 动副，绘制成机构运动简图。3.4计算如题 3.4 图所示各机构的自由度，并说明欲使其具有确定运 动，需要有几个原动件？题3.4图答：a） n 9, Pl 13, Ph 0代入式（3.1）中可得F 3n 2Pl FH 3 9 2 1

8、3 0 1此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件。b） B处存在局部自由度，必须取消，即把滚子与杆刚化，则n 3，Pl 3, Ph 2,代入式（3.1）中可得F 3n 2Pl Ph 3 3 2 3 2 1此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件。C） n 5，PL 7，FH 0代入式（3.1）中可得F 3n2FL FH 3 5 2 7 0 1此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件3.5绘制如题3.5图所示各机构的运动简图，并计算其自由度。V题3.5图答：取l0.001m/mm，绘制运动简图如题3.5答案图所示:题3.5答案图图a）：n 3, Pl4, PH0 ，贝卩 F 3n 2R图b):

9、n 3, Pl4, PH0，贝S F 3n 2PLPh 1。3.6试计算如题3.6图所示机构的自由度,并判断该机构的运动是否确定（图中绘有箭头的构件为原动件）题3.6图解：a)： n 7, Pl 10, Ph 0。F 3n 2P Ph 3 7 2 10 1运动确定。b) n 5, Pl 7, FH 0F 3n 2 FL Ph运动确定10 1F 3n 2PL PH 3 7 2运动确定d) n 4，PL 4，PH 2 。F 3n 2PL PH 3 4 2 4 2运动确定。e) n 3，PL 4，PH 0 。F 3n 2PL PH 3 3 2 4运动确定。f) n 5，PL 7，PH 0 。F 3n

10、 2PL PH 3 5 2 7运动确定。g) n 9，PL 12，PH 2 。F 3n 2PL PH 3 9 2 12运动确定h) n 9，PL 12，PH 0 。运动确定。3.7试问如题3.7图所示各机构在组成上是否合理？如不合理， 请针 对错误提出修改方案。答：图示机构的自由度为零，故都不合理，修改方案如下:对于题3.7图a的机构，在D处改为一个滑块，如题3.7图a所示。对于题3.7图b的机构，在构件4上增加一个转动副，如题3.7答案图b所示；或在构件4的D处添加一滑块，如题3.7答案图c所示。第4章平面连杆机构4.1机构运动分析时的速度多边形与加速度多边形特性是什么？答：同一构件上各点的

11、速度和加速度构成的多边形与构件原来的 形状相似，且字母顺序一致。4.2为什么要研究机械中的摩擦？机械中的摩擦是否全是有害的？答：机械在运转时，其相邻的两构件间发生相对运动时，就必然 产生摩擦力，它一方面会消耗一部分的输入功， 使机械发热和降低其 机械效率，另一方面又使机械磨损，影响了机械零件的强度和寿命， 降低了机械工作的可靠性，因此必须要研究机械中的摩擦。机械中的摩擦是不一定有害的，有时会利用摩擦力进行工作，如 带传动和摩擦轮传动等。4.3何谓摩擦角？如何确定移动副中总反力的方向？答：（1）移动或具有移动趋势的物体所受的总反力与法向反力之 间的夹角称为摩擦角 。（2）总反力与相对运动方向或相

12、对运动趋势的方向成一钝角 90：，据此来确定总反力的方向。4.4何谓摩擦圆？如何确定转动副中总反力的作用线?答：（1）以转轴的轴心为圆心，以 P（P rf 0） 为半径所作的圆称为 摩擦圆。（2）总反力与摩擦圆相切， 其位置取决于两构件的相对转动方 向，总反力产生的摩擦力矩与相对转动的转向相反。4.5从机械效率的观点看，机械自锁的条件是什么？答：机械自锁的条件为 0 。4.6连杆机构中的急回特性是什么含义？什么条件下机构才具有急 回特性？答：（1）当曲柄等速转动时，摇杆来回摇动的速度不同，返回时 速度较大。机构的这种性质，称为机构的急回特性。通常用行程速度 变化系数 K 来表示这种特性。（2）

13、当 0 时，则 K 1，机构具有急回特性。4.7铰链四杆机构中曲柄存在的条件是什么？曲柄是否一定是最短 杆？答：（1）最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之 和；最短杆或相邻杆应为机架。（2）曲柄不一定为最短杆，如双曲柄机构中，机架为最短杆。4.8何谓连杆机构的死点？举出避免死点和利用死点的例子。答：（1）主动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中 心时的位置，称为连杆机构的死点位置。（2）机车车轮在工作中应设法避免死点位置。 如采用机车车轮联 动机构，当一个机构处于死点位置时，可借助另一个机构来越过死点； 飞机起落架是利用死点工作的，当起落架放下时，机构处于死点位置， 使降落

14、可靠。4.9在题4.9图示中，已知机构的尺寸和相对位置，构件 1以等 角速度i逆时针转动，求图示位置 C点和D点的速度及加速度，构 件2的角速度和角加速度。解：取长度比例尺，绘制简图如题 4.9答案图a所示题4.9答案图解：（1）速度分析。1求Vb.由图可知，Vb i AB ,方向垂直于AB,指向与i的转向致。2求Vc.因B点与C点同为构件2上的点，故有：v C V B V CB大小？ 11 AB？方向水平 ABBC取速度比例尺v（ m/smm）,作速度矢量图如题4.9答案图b所示,则fC代表Vc ； BC代表Vcb，其大小为Vcv Pc，Vcbbc求2。因Vcb 2 Ibc，则VCB lBC

15、方向为顺时针转。求Vd。因为B、C、D为同一构件上的三点，所以可利用速度 影像原理求得d点，连接fd代表Vd，如题4.9答案图b所示，其大 小为Vd v pd，方向同謝。（2）加速度分析求aB。由已知条件可知：aB 12 Iab，方向为B A; aB 0求ac。根据相对运动原理，可选立下列方程式na c a b a cbta cb大小？ 2|1 Iab22 Iab？方向水平 B AC BBC取加速度比例尺a m/s2mm，作加速度矢量如题4.9答案图c， 则bC代表a；B， CC代表a；B。由图可知，ac a PC方向同VC （水平向左）；a；B a花，方向 同cC。求2。因a；B 2 lcB

16、，则tlCBc calCB（方向为逆时针）求aD。a Da Bna DBta DBna C a DCta DC大小 ？22 lDB？2 l1 AB2 |2 DB？a PC方向 ？BA DBBC TrtD CBC作矢量图，如题4.9答案图c所示，可见 K 代表aD由图可见，aD= a Pd，方向同雪d4.10如题4.10图所示的铰链四杆机构中，已知Iab 30mm 75mm , Icd 32mm，Iad 80mm，构件1以等角速度i 10rad/s顺时针转动。现 已作出该瞬时的速度多边形（题 4.10图b）和加速度多边形（题4.10 图C）。试用图解法求：（1）构件2上速度为零的点E的位置，并求

17、 出该点的加速度aE ；（2）为加速度多边形中各矢量标注相应符号：（3）解：取L 0.01mmm，作结构简图，如题4.10答案图a所示（1）求构件2上速度为零的点E及E点的加速度aE题4.10答案图1求Vb。Vb 1 Iab 10 0.03 0.3ms ,方向如题4.10答案图a所示,且 AB。2求Vc。方向水平ABBCv Cv B v CB大小 ？0.3ms?取v 0.01m/smm，作速度矢量图如题4.10答案图b所示因VE 0，故在速度图中，e与极点p相重合，即三角符号 pbc为 BCE的影像，其作图过程为：过B点作BE pb，过C点作CE 区, 其交点即为E点，如题4.10答案图a所示

18、。求2、3 及 ac o由图可知,Vcb v bc 0.01 330.33ms,Vc v pc0.01 380.38ms。又因VC 3 lCD大小VcB2匚1 CD0.330.0750.380.0324.4 rad s ,11.88 rads ,3治方向为逆时针。方向为逆时针。n a cbta cb12 1ab22G方向 C D CD B A C B BC取a 0.1ms2，作加速度矢量图，如题4.10答案图C所示，则恫代表ac oaca p c 0.1 45 4.5,方向求aE o利用加速度影像原理，即 bce s BCE。作图过程为:(2)各矢量标准符号如题4.10答案图c所示。(3)求构

19、件2的角加速度2 。1 BC1 ABac由图可知,4.11如题650mm ,350mm, 1tacBta C BlCB4.11a cr 0.1 68.5 6.85 呎2，又因 a；B 2 1cb,则0682 214.1ra图所示为一四杆机构，设已知1o2b 21o1a 400mm，120rad min，求当O1A平行于O2B且垂直于AB时的vC和1示。解：取L题4.11图0.01mmm，画出机构的位置图，如题 4.11答案图a所题4.11答案图(1)速度分析。求VA。 VA 11 AO11200.2 0.4m s，方向垂直于 O1A。60求vb。因B点与A点同为构件2上的点，故有:v B V

20、a V ba大小 ？0.4方向 O2B O1A AB取速度比例尺V 0.01m/smm，作速度矢量如题4.11答案图b所示,由图可知：求Vc。因为VA Vb,所以构件2在此瞬时作平动，即Vc VA Vb ra,VBA2vB pb v 40 0.01lO2B 1O2 B 0.4方向为顺时针转。(2)加速度分析求aA。由已知条件可知：aA（罟）2 0.2 0.8ms2，方向A Oi ，aB 0。求aB。根据相对运动原理，可建立下列方程式a Bna Bta Bna A a BAta BA大小？2l3lO2B？0.80 ？方向？B O2o2bB O1BA取a 0.025%,作加速度矢量图如题4.11答

21、案图C所示，则诃 代表 aB。求aC。根据影像原理可得出：BA: AC ba : a c，作图如题4.11 答案图C所示，可得出TC代表ac。ac a pc 0.025 47 1.18m 2，方向垂直向下。4.12如题4.12图所示为摆动导杆机构，设已知 l AB 60mm, lAC 120mm,曲柄AB以等角速度1 30rad s顺时针转动。求: （1 ）当BAC 90时，构件3的角速度3和角加速度a3 ; （ 2 ）当ABC 90：时，构件3的角速度3和角加速度；（3）当ABC 180（ B 点转于AC之间）时，构件3的角速度3和角加速度a3。题4.12图解：（1）当BAC 90：时，取L

22、 0.003m ,画出机构的位置图, 如题4.12答案图（一）a所示。题4.12答案图（一）v B 3 v B 2 v B 3 B 2大小 ？ 1 1 AB ?b所示,方向 BC AB BC取v 0.06ms mm，作速度矢量图如题4.12答案图（一）由图可知：惆代表Vb3，贝SVB3!bcBC L12 0.0645 0.003方向为顺时针，且a B3n3 B3t3 B3k r3 B 2 3 B 3 B 2 3 B 3 B 2大小23Ibc ?1 l AB2 2Vb3B2?方向BC BCB ABCBC求3I Ibc(2)式中aB5.33 45 0.03aB212 Iab 302 0.06 54

23、ms2VB3B22 5.33 27 0.06kaB3B?取a 1 smm，作加速度矢量图如题4.12答案图（一）c所示，由图可知：b3b3代表a；3 ,将bTb3移至B点，得:tb3 b3 a 30.05 13 3 3 3一a 222.6rad 2Ibc BC l 45 0.003 s方向为逆时针转。（2）当ABC 90：时，取l 0.003%m，画出机构的位置图，如 题4.12答案图（二）a所示。题4.12答案图（二）求3。依据矢量方程（1），作速度矢量图如题4.12答案图（二）Ib所示，取v 0.0smm。由图可知：代表VB3B2,加 0,则3 0。求3。依据矢量方程（2）,作加速度矢量图

24、如题4.12答案图（二） c所示，取a 1拓m。由图可知：衆代表a；3，则t37 135 0.003aB3 b迄 al BC BC l方向为逆时针转。（3）当ABC 180时，取l 0.003mmm，画出机构的位置图，如题4.12答案图（三）a所示。a） b）c）题4.12答案求3。依据矢量方程（1）,作速度矢量图如题4.12答案图（三） b所示，取v 0.06%口。由图可知：B2B3代表VB3B2，又b2、b3重合， 则 Vb3b2 0,pb3 代表 Vb3，贝yVB3 Pb? v 30 0.06 30 ra%3 Ibc BC l 20 0.003 山方向为逆时针转。求3。依据矢量方程（2）

25、，作加速度矢量如题4.12答案图（三） c所示，取a 1mmm。由图可知：因b3、b2重合，V； 0,贝3 0。4.13如题4.13图所示，设已知Iqa 200mm,构件逆时针转动,30 ra%in，求 Vb 及 3b。解：取L 0.005mmm，画出机构的位置图，如题4.13答案图a所示。题4.13答案图0.1(1)速度分析(求Vb)VA1 VA2 , 即 卩 Va1 VA230 、1 Io1A五0.2 0.1ms，方向垂直于O1A。v Bv a 2 v BA 2大小方向水平OiA 铅垂由图可取v 0.005mmm，作速度矢量图如题4.13答案图b所示, 知：理代表VB；ab代表Vba2,则

26、Vb Pb v 14.50.0050.073叹方向为水平。(2)加速度分析(求aB) o大小VO1A2 2 VBA2方向水平Oi水平向右垂直式中aBOiA2300.2600.05ms2kaBA2VBA22 2 Vba2 2 30 8 0.005 0.04ms2取图可知：E代表0.00125msmm，作加速度矢量图如题4.13答案图C所示，由aB，则aBa pb 0.00125 5 0.00625方向为水平向右。4.14如题4.14图所示为一机床的矩形-V形导轨，已知拖板1的运动方向垂直于纸面，重心在S处，几何尺寸如图所示，各接触面间的滑 动摩擦系数f 0.1。求V形导轨处的当量摩擦系数fv题4

27、.14图解：作用于导轨上压力为Wi、W2。w w w2根据力矩平衡条件可知：Wi W2作用在左右导轨上的摩擦力为Fi、F2Fi1f W1 -2fWF2f W2fsin451f A/T Vv2s in45所以1 vsi n454.15如题4.15图所示，已知x 250mm, y 200mm, Fd为驱动力，Fr为 工作阻力，转动副A、B的轴颈半径为r,当量摩擦系数为fo，滑动 摩擦系数为f，忽略各构件的重力和惯性力。试作出各运动副中总反 力的作用线。答：（1）求用、起。忽略各构件的重量和惯性力，杆 2为二力 杆，作用在杆2上的两个力FR32和用 应等值、共线、反向。当考虑 摩擦后，该二力不通过铰

28、链中心，而与摩擦圆相切。滑块3向下移动， 连杆2与垂直导路的夹角 增大，连杆2相对于滑块3的转速23为顺 时针方向。所以，FR32对轴心产生的摩擦力矩为逆时针方向。 因而Fr32 应切于摩擦圆上方。同时，滑块1左移，角减小，21为顺时针方向， 所以Fr32对轴心产生的摩擦力为逆时针方向。因而Fr12应切于摩擦圆下 方。由于 用与7应共线，因此，它们的作用线应是 A、B两点摩 擦圆的内公切线，如题4.15答案图所示题4.15答案图（2） 求frj3。取滑块3为单元体，其上作用力为rd、俱、俱, 且三力汇交于一点。F?与滑块3的速度v3的夹角大于90 ,如题4.15 答案所示。I（3） 求 高。取滑块1为单元体，其上作用力为#、7、為，I且三力汇交于一点，FR-i与v的夹角大于90，如题4.15答案图所示。4.16 一铰链四杆机构中，已知 lBC 500mm, lCD 350mm , lAD 300mm, AD 为机架。试问：（1） 若此机构为双曲柄机构，且AB为曲柄，求Iab的最大值。（2） 若此机构为双曲柄机构，求Iab的最小值。（3） 若此机构为双摇杆机构，求Iab的取值范围。解：结构简图如题4.16答案图所示。（1）若为曲柄拴杆机构，则 AB为最短，且lAB lBC lAD lCD代入已知量求解得 lAB 150mm ，则 lAB 的最大值为 150mm（2）若为双曲柄机构，