机械设计基础陈立德第三版课后答案章全.docx
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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：
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？
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）n9,Pl13,Ph0代入式（3.1）中可得
F3n2PlFH3921301
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
n3，Pl3,Ph2,代入式（3.1）中可得
F3n2PlPh332321
此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件。
C）n5，PL7，FH0代入式（3.1）中可得
F3n2FLFH352701
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l
0.001m/mm，绘制运动简图如题3.5答案图所示:
题3.5答案图
图a）：
n3,Pl
4,PH
0，贝卩F3n2R
图b）:
n3,Pl
4,PH
0，贝SF3n2PL
Ph1。
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）：
n7,Pl10,Ph0。
F3n2PPh372101
运动确定。
b）n5,Pl7,FH0
F3n2FLPh
运动确定
101
F3n2PLPH372
运动确定
d）n4，PL4，PH2。
F3n2PLPH34242
运动确定。
e）n3，PL4，PH0。
F3n2PLPH3324
运动确定。
f）n5，PL7，PH0。
F3n2PLPH3527
运动确定。
g）n9，PL12，PH2。
F3n2PLPH39212
运动确定
h）n9，PL12，PH0。
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（Prf0）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）当0时，则K1，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，VbiAB,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：
vCVBVCB
大小
？
11AB
？
方向
水平AB
BC
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Vc
vPc，
Vcb
bc
③求2。
因Vcb2Ibc，则
VCBlBC
方向为顺时针转。
④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Vdvpd，方向同謝。
（2）加速度分析
①求aB。
由已知条件可知：
aB12Iab，方向为BA;aB0
②求ac。
根据相对运动原理，可选立下列方程式
n
acabacb
t
acb
大小
？
2|
1Iab
22Iab
？
方向
水平BA
CB
BC
取加速度比例尺am/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，acaPC方向同VC（水平向左）；a；Ba花，方向同cC。
③求2。
因a；B2lcB，则
t
l
CB
cc
a
lCB
（方向为逆时针）
④求aD。
aD
aB
n
aDB
t
aDB
n
aCaDC
t
aDC
大小？
22lDB
？
2l
1AB
2|
2DB
？
aPC
方向？
B
AD
B
BCTrt
DC
BC
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=aPd，方向同雪d
4.10如题4.10图所示的铰链四杆机构中，已知Iab30mm75mm,Icd32mm，Iad80mm，构件1以等角速度i10rad/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L0.01mmm，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。
Vb1Iab100.030.3ms,方向如题4.10答案图a所示,
且AB。
2求Vc。
方向水平
AB
BC
vC
vBvCB
大小？
0.3ms
?
取v0.01m/smm，作速度矢量图如题4.10答案图b所示
因VE0，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BEpb，过C点作CE区,其交点即为E点，如题4.10答案图a所示。
③求2、
3及aco
由图可知,
Vcbvbc0.0133
0.33ms,Vcvpc
0.0138
0.38ms。
又因
VC3lCD
大小
VcB
2匚
1CD
0.33
0.075
0.38
0.032
4.4rads,
11.88rads,
3治
方向为逆时针。
方向为逆时针。
nacb
t
acb
121ab
22G
方向CDCDBACBBC
取a0.1ms2，作加速度矢量图，如题4.10答案图C所示，则恫代
表aco
ac
apc0.1454.5
方向
④求aEo利用加速度影像原理，即bcesBCE。
作图过程为:
（2）各矢量标准符号如题4.10答案图c所示。
（3）求构件2的角加速度2。
1BC
1AB
ac
由图可知,
4.11如题
650mm,
350mm,1
t
acB
t
aCB
lCB
4.11
acr0.168.56.85呎2，又因a；B21cb,则
0682214.1ra
图所示为一四杆机构，设已知1o2b21o1a400mm，
120radmin，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。
①求
VA。
VA11AO1
120
0.20.4ms，方向垂直于O1A。
60
②求vb。
因B点与A点同为构件2上的点，故有:
vBVaVba
大小？
0.4
方向O2BO1AAB
取速度比例尺V0.01m/smm，作速度矢量如题4.11答案图b所示,
由图可知：
③求Vc。
因为VAVb,所以构件2在此瞬时作平动，即VcVAVbra,
VBA
2
vBpbv400.01
lO2B1O2B0.4
方向为顺时针转。
（2）加速度分析
①求aA。
由已知条件可知：
aA
（罟）20.20.8ms2，方向
AOi，
aB0。
②求aB。
根据相对运动原理，可建立下列方程式
aB
n
aB
t
aB
n
aAaBA
t
aBA
大小
？
2l
3lO2B
？
0.8
0？
方向
？
BO2
o2b
BO1
BA
取a0.025%,作加速度矢量图如题4.11答案图C所示，则诃代^表aB。
③求aC。
根据影像原理可得出：
BA:
ACba:
ac，作图如题4.11答案图C所示，可得出TC代表ac。
acapc0.025471.18m2，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lAB60mm,lAC120mm,曲柄AB以等角速度130rads顺时针转动。
求:
（1）当BAC90时，构件3的角速度3和角加速度a3;
（2）当
ABC90：
时，构件3的角速度3和角加速度；（3）当ABC180（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BAC90：
时，取L0.003^^m,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）
vB3vB2vB3B2
大小？
11AB?
b所示,
方向BCABBC
取v0.06msmm，作速度矢量图如题4.12答案图
（一）
由图可知：
惆代表Vb3，贝S
VB3
!
bc
BCL
120.06
450.003
方向为顺时针，且
aB3
n
3B3
t
3B3
kr
3B23B3B23B3B2
大小
2
3
Ibc?
1lAB
22Vb3B2
?
方向
B
CBC
BA
BC
BC
②求3
IIbc
（2）
式中aB
5.33450.03
aB2
12Iab3020.0654ms2
VB3B2
25.33270.06
k
aB3B?
取a1smm，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:
t
b3b3a30.051
3—333一a222.6rad2
IbcBCl450.003s
方向为逆时针转。
（2）当ABC90：
时，取l0.003%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）
①求3。
依据矢量方程
（1），作速度矢量图如题4.12答案图
（二）
I
b所示，取v0.0^smm。
由图可知：
代表VB3B2,加0,则30。
②求3。
依据矢量方程
（2）,作加速度矢量图如题4.12答案图
（二）c所示，取a1’拓m。
由图可知：
衆代表a；3，则
t
371
350.003
aB3b迄a
lBCBCl
方向为逆时针转。
（3）当ABC180时，取l0.003mmm，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
①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v0.06%口。
由图可知：
B2B3代表VB3B2，又b2、b3重合，则Vb3b20,pb3代表Vb3，贝y
VB3Pb?
v300.0630ra%
3IbcBCl200.003山
方向为逆时针转。
②求3。
依据矢量方程
（2），作加速度矢量如题4.12答案图（三）c所示，取a1m『mm。
由图可知：
因b3、b2重合，V；0,贝"30。
4.13如题4.13图所示，设已知Iqa200mm,构件逆时针转动,
30ra%in，求Vb及3b。
解：
取L0.005mmm，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）
VA1VA2,即卩Va1VA2
30、
1Io1A五0.20.1ms，方向垂直于O1A。
vB
va2vBA2
大小
方向
水平
OiA铅垂
由图可
取v0.005m〉mm，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
VbPbv14.5
0.005
0.073叹
方向为水平。
（2）加速度分析（求
aB）o
大小
VO1A
22VBA2
方向
水平
Oi
水平向右
垂直
式中aB
OiA
2
30
0.2
60
0.05ms2
k
aBA2
VBA2
22Vba223080.0050.04ms2
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
aB
apb0.0012550.00625
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f0.1。
求V形导轨处的当量摩擦系数fv
题4.14图
解：
作用于导轨上压力为Wi、W2。
www2
根据力矩平衡条件可知：
WiW2
作用在左右导轨上的摩擦力为Fi、F2
Fi
1
fW1-
2
fW
F2
fW2
f
sin45・
1
f\A/
TVv
2sin45
所以
1’
v
sin45
4.15如题4.15图所示，已知x250mm,y200mm,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lBC500mm,lCD350mm,lAD300mm,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lABlBClADlCD
代入已知量求解得lAB150mm，则lAB的最大值为150mm
（2）若为双曲柄机构，
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