《機械設(shè)計基礎(chǔ)》 劉文光 習(xí)題解答

參考答案第1章一、填空題1-1~1-10：構(gòu)件、構(gòu)件、功、運動、傳遞、運動、制造、終端、中間、機器二、判斷題2-1~2-10：×、√、√、√、×、√、√、√、×、√三、選擇題3-1~3-10：D、C、A、B、B、C、D、C、A、B第2章一、選擇題1-1~1-10：A、D、C、A、B、D、C、B、C、B二、判斷題1-1~1-10：×、×、√、×、×、√、√、×、×、×1-11~1-20：√、√、×、×、√、×、×、√、×、√三、填空題3-1~3-10：運動副、低副、1、3n-2pL-pH、3、復(fù)合鉸鏈、N-1、轉(zhuǎn)動副、三心定理、15四、計算題4a）F=1，G、F兩移動副導(dǎo)路重合，其中一個是虛約束；P處的滾子為局部自由度。4b）F=3，沒有局部自由度、復(fù)合鉸鏈、虛約束。4c）F=1，D點為復(fù)合鉸鏈。4d）F=1，B處滾子運動為局部自由度。4e）F=1，構(gòu)件AB、BC、CD、AD四桿中有一桿為虛約束，如果將構(gòu)件AD視為虛約束，去掉虛約束，則B、C均為復(fù)合鉸鏈，沒有局部自由度。4f）F=2，A處為復(fù)合鉸鏈，K處為局部自由度，沒有虛約束。4g）F=1，沒有復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束。4h）F=2，C處的滾子為局部自由度，凸輪與構(gòu)件2、滾輪與構(gòu)件3之間形成兩對高副，但每對高副中有一側(cè)高副為虛約束。4i）F=1，H處的滾子為局部自由度，J和M處有一處為虛約束，D為復(fù)合鉸鏈。五、設(shè)計題5-1、機構(gòu)自由度F=0，運動鏈不能運動。修改方案如題5-1圖解。a）方案一b）方案二題5-1圖解5-2、如題5-2圖解（齒輪1與凸輪2通過剛性連接固定在一起，可當(dāng)作一個構(gòu)件。）a）機構(gòu)運動簡圖b）修改方案圖題5-2圖解因為機構(gòu)自由度：F=0，所以該運動鏈不能動，設(shè)計意圖無法實現(xiàn)。如修改方案題5-2圖解b，其自由度為：F=1，設(shè)計意圖得到實現(xiàn)。第3章一、選擇題1-1~1-10：D、C、C、C、C、C、A、A、D、B1-11~1-20：B、B、A、C、D、B、C、A、B、C二、判斷題2-1~2-10：√、×、√、√、×、√、√、√、√、×2-11~2-20：×、×、√、×、√、×、×、√、√、√2-21~2-30：×、√、√、√、√、√、×、√、√、×2-31~2-40：√、√、×、×、√、√、×、×、×、√三、填空題3-1~3-10：小、最短桿、搖桿、60、極位夾角、連桿、移動、回轉(zhuǎn)副、曲柄、雙搖桿機構(gòu)3-11~3-20：無窮大、機架、曲柄、極位夾角、曲柄、飛輪、平穩(wěn)、工作效率、壓力角、死點四、分析題4-1：1）應(yīng)取BC或AD作為機架，得到曲柄搖桿機構(gòu)。2）應(yīng)取AB作為機架，得到雙曲柄機構(gòu)。4-2：1）曲柄搖桿機構(gòu)搖桿長度無窮大時，原搖桿與連桿的轉(zhuǎn)動副運動軌跡轉(zhuǎn)化成直線，則原搖桿與機架間的轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)變?yōu)橐苿痈?，原機構(gòu)就演化成圖a）所示的曲柄滑塊機構(gòu)。若取曲柄滑塊機構(gòu)中的連桿BC作為機架，則曲柄滑塊機構(gòu)就演化為了如圖b）所示的擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。2）圖a）的條件是：a+e≤b；圖b）的條件是：只要導(dǎo)桿BC足夠長，能滿足裝配要求即。3）圖a）和圖b）的極位夾角如題4-2圖解所示。題4-2a）圖解題4-2b）圖解4-3、1）曲柄搖桿機構(gòu)；2）雙曲柄機構(gòu)；3）雙搖桿機構(gòu)。4-4、1）傳動角標(biāo)注如圖所示。題4-4圖解2）機構(gòu)傳動角表達式：。3）影響偏置曲柄滑塊機構(gòu)傳動角的參數(shù)有曲柄長度r，偏距e，連桿長度l。最小傳動角θ=90°時，，即其它參數(shù)不變時，r或e增大，最小傳動角減小，反之，最小傳動角增大。當(dāng)其它參數(shù)不變時，l增大，最小傳動角增大，反之，最小傳動角減小。4-5、1）LAC≥LAB+e，即LAC的最小值等于50mm。2）當(dāng)e=0時，LAC的最小值等于40mm。3）對于e=0時，傳動角γ=90o、壓力角α=0o均為常數(shù)；對于e>0時，壓力角α≠0o，傳動角0o<γ<90o且是變化的。從傳力效果看，e=0的方案好。五、設(shè)計題5-1、設(shè)計步驟如下：1）計算極位夾角：2）定比例尺μ1=4mm/mm，按給定的搖桿長度150mm及擺角45o，畫出搖桿的兩極限位置DC1和DC2，見題5-1圖解。3）過C1和C2點作與C1C2連線夾角為（90o–36o）=54o的直線，兩線相交于O點。4）以O(shè)點為圓心，OC2為半徑作圓，此圓是相交另一個鉸鏈中心所在的圓。5）以D點圓心，機架長度為半徑作圓交上圓地A1和A2兩點。任取其中一點作為曲柄的轉(zhuǎn)動中心（如取A1）。6）量取A1C1和A1C2長度，計算曲柄和連桿長度a、b：mm、mm題5-1圖解5-2、設(shè)計步驟如下：1）計算導(dǎo)桿兩極限位置夾角ψ：，；2）選定D點，作∠mDn=，再作其等分角線DP，見題5-2圖解；3）選定比例尺μl=13mm/mm，在分角線上量取mm，得到曲柄回轉(zhuǎn)中心A；4）過A點作導(dǎo)桿任一極限位置的垂直線AC1，則該線段即為所求曲柄長度a=116mm。題5-2圖解5-3、按所給條件進行分析，應(yīng)為導(dǎo)桿機構(gòu)。設(shè)計步驟如下：1）計算極位夾角θ：。2）如題5-3圖解所示，過A點作地基面垂線交于D點，以D點為頂點，以AD為角平分線作。題5-3圖解3）計算導(dǎo)桿長度mm。4）過A點作AB1垂直于C1D交于B1點，在擺桿B1處裝一滑塊。再連接C1E1得一導(dǎo)桿機構(gòu)，題解圖所示E1C1AB便是所求的連桿機構(gòu)運動簡圖。5）確定機構(gòu)的幾何尺寸：mm、mmmm、mm第4章一、選擇題答案1-1~1-10：B、A、B、C、D、D、D、B、A、C1-11~1-16：B、B、A、B、A、C二、判斷題答案2-1~2-10：√、√、√、√、×、√、√、×、×、×2-11~2-20：√、×、×、√、√、×、√、×、×、×2-21~2-30：×、√、√、×、√、×、×、√、√、×2-31~2-40：、√、×、×、√、√、×、√、√、√、√三、填空題答案3-1~3-10：等速、理論、零、等速、越大、滾子、40、基圓、基圓、高3-11~3-20：剛性、凸輪、工作要求、越大、半徑、行程、半徑、轉(zhuǎn)角、準(zhǔn)確的、輪廓曲線四、分析題答案4-1答：如題4-1圖解所示，在運動的起點O以及π/3、4π/3、5π/3處加速度有限值的突變，這些位置有柔性沖擊；在2π/3、π處加速度發(fā)生突變，加速度理論上達到無窮大，理論上將會產(chǎn)生無窮大的慣性力，這些位置有剛性沖擊。題4-1圖解4-2答：如題4-2圖解所示。題4-2圖解4-3、（1）如題4-3圖解所示；（2）等速運動規(guī)律，有剛性沖擊；（3）只適用于低速情況。題4-3圖解4-4、1）等速運動規(guī)律：當(dāng)δ=0~π/2時，各點的速度相同，均為v=318.310mm/s；當(dāng)δ=0和π/2時，加速度分別為正、負(fù)無窮大。2）等加速等減速運動規(guī)律：當(dāng)δ=π/4時，vmax=636.620mm/s；當(dāng)當(dāng)δ=0或π/2時，=8105.695mm/s2。3）余弦加速度運動規(guī)律：當(dāng)δ=π/4時，vmax=500mm/s；當(dāng)δ=0或π/2時，=104mm/s2。4）正弦加速度運動規(guī)律：當(dāng)δ=π/4時，vmaxmm/s；當(dāng)δ=π/8或δ=3π/8時，=12732.395mm/s2。4-5、如題4-5圖解。題4-5圖解4-6、如題4-6圖解。題4-6圖解五、設(shè)計題答案5-1、如題5-1圖解。題5-1圖解第5章一、選擇題1-1~1-10：C、B、A、D、A、A、A、D、C、C1-11~1-20：A、B、C、B、C、A、C、B、D、D二、判斷題2-1~2-10：×、×、×、×、×、√、√、×、×、×2-11~2-20：√、×、√、×、×、×、√、√、×、√2-21~2-30：√、×、√、√、√、√、×、√、√、√三、填空題3-1~3-10：節(jié)、共軛、無、模數(shù)、壓力角、、20°、α1=α2=α、ε>1、仿形3-11~3-20：減小、大、越小、變厚、對稱、不能、越大、齒數(shù)、正比、正比3-21~3-30：標(biāo)準(zhǔn)齒輪、壓力角、齒輪齒條、直線、刀具、相反、壓力角、相等、分度、分度四、計算題4-1、1）、mm、mm、mm2）mm、mm、mm4-2、mm4-3、1）分度圓上齒廓的壓力角和曲率半徑分別為：mm2）齒頂圓上齒廓的壓力角和曲率半徑分別為：mm4-4、1）2）、、3），4-5、1）QUOTEm=4mm、QUOTEr1=60mm、QUOTEr2=80mm2）4-6、4-7、m=5mm、q=10、β=11.310°、d2=200mm、a=125mm4-8、δ1=26.565°、δ2=63.435°；d1=150mm、d2=300mm；da1=167.889mm、da2=308.944mm；df1=128.534mm、df2=289.267mm；R=167.705mm。4-9、r1′=106.667mm、r2′=213.333mm；α′=28.241°第6章一、選擇題1-1~1-6：A、B、B、C、B、D、A、C二、判斷題2-1~2-10：×:、×、×、√、×、×、√、√、×、√三、填空題3-1~3-10：輪系、混合、(-1)m、行星架、固定的、方向、周轉(zhuǎn)輪系、固定、傳動比、大小3-11~3-19：z2/z1、主動輪、固定、行星輪系、較遠(yuǎn)、變向、主動件、太陽輪、差動輪系四、計算題4-1、，n5的轉(zhuǎn)向為箭頭朝上。4-2、，H的轉(zhuǎn)向與齒輪1的轉(zhuǎn)動方向相同。4-3、，蝸輪5轉(zhuǎn)向：沿逆時針方向。4-4、，方向與nH相反。4-5、，方向與nH相同。第7章一、選擇題答案1-1~1-10：D、C、B、B、C、D、B、B、B、B1-11~1-12：B、C二、判斷題答案1-1~1-10：√、√、×、×、√、×、×、×、×、√1-11~1-20：×、×、√、×、×、√、×、×、√、×1-21~1-30：√、×、√、√、×、×、×、×、×、×1-31~1-40：√、×、√、√、×、×、×、×、×、×三、填空題答案1-1~1-10：棘輪、間歇、轉(zhuǎn)位分度、相反、多、連續(xù)、棘爪、往復(fù)擺動、鋸齒形、反轉(zhuǎn)1-11~1-20：槽輪、曲柄、鎖止弧、槽輪、齒輪、鎖止圓弧、沖擊、平穩(wěn)、長度、遮板1-21~1-29：摩擦、兩、方向、阻止、間歇、1/4、1/2、齒頂圓、間歇四、計算題答案4-1、解：τ=2/3、K=2。第8章一、選擇題1-1~1-10：C、C、A、B、A、B、D、C、D、C1-11~1-15：B、C、B、C、B二、判斷題2-1~2-5：√、×、√、√、×、×、×、×、×、√三、填空題3-1~3-10：飛輪、消耗、小、0.275、0、合力矩、最小、、、、不一定3-11~3-14：離心力、高速、不能每瞬時、四、計算題4-1、1）計算出各不平衡質(zhì)量的質(zhì)徑積：=210kg·mm，=144kg·mm2）列出靜平衡矢量方程：靜平衡條件++=03）按比例作圖求解：解得=140kg·mm，所以應(yīng)加平衡質(zhì)量=140/140=1kg，挖去的質(zhì)量應(yīng)在矢量的反方向，140mm處挖去lkg質(zhì)量。題4-1圖解4-2、1）N·m2）3）、kg·m24-3、1）M′=200N·m、驅(qū)動力矩變化曲線如題4-34圖解a2）能量指示圖如題4-3圖解b,N·m3)kg·m2a)驅(qū)動力矩變化曲線b)能量指示圖題4-3圖解第9章一、填空題1-1~1-8：模型實驗設(shè)計、控制部分、強度準(zhǔn)則、突變、彈性、疲勞極限、強度、循環(huán)次數(shù)二、選擇題2-1~2-10：B、A、B、D、B、C、A、A、B、C三、判斷題3-1~3-10：×、√、√、√、×、√、×、√、√、×3-11~3-18：√、×、√、√、×、×、√、√四、計算題4-1、，MPa，MPa，MPa五、分析題5-1、1）材料的簡化極限應(yīng)力圖如題5-1圖解a所示;2)零件的簡化極限應(yīng)力圖5-1圖解b所示。a）b）題5-1圖解3）γ=C時：若工作應(yīng)力點在疲勞強度區(qū)：Sca=3.47,若工作應(yīng)力點在屈服強度區(qū)：Sca=5.2σm=C時：若工作應(yīng)力點在疲勞強度區(qū):Sca=2.61,若工作應(yīng)力點在屈服強度區(qū)Sca=5.2σmin=C時：按最大應(yīng)力求的安全系數(shù)為：Sca=3.85,按照極限應(yīng)力副求得安全系數(shù)為：Sca=3.37第10章一、選擇題1-1~1-10：B、A、D、D、A、B、A、D、B、C1-11~1-20：A、D、B、A、A、C、C、A、A、B1-21~1-30：A、A、D、B、D、C、C、B、A、A1-31~1-40：A、D、C、B、B、D、A、D、A、C1-41~1-47：C、C、B、C、A、C、B二、填空題2-1~2-10：30°、γ<、傳動效率、頭數(shù)、相對轉(zhuǎn)動、扭剪、斷裂、彎曲應(yīng)力、載荷、彎曲2-11~2-20：機械、擠壓、鍵、壓潰、兩側(cè)面、軸徑、削弱較大、小徑定心、安全銷、機械三、判斷題3-1~3-10：×、×、√、×、×、√、×、×、√、×3-11~3-:20：√、×、×、×、√、×、√、√、×、×3-21~3-25：×、√、×、×、×四、計算題4-1、1）N，N；2）4-2、1）假設(shè)壓板壓緊力，由，得N2）由≥mm查GB196—81，取M16（d1=13.835mm＞12.30mm）4-3、1）根據(jù)題給條件，每個螺栓所受軸向工作載荷相等，故有N2）假設(shè)接合面間的壓緊力為殘余預(yù)緊力，故有，代入得：3）螺栓材料機械性能級別為8.8級，其最小屈服極限，故MPa，所以mm4-4、1）由得N2）得N4-5、1)計算螺栓組連接允許傳遞的最大轉(zhuǎn)矩Tmax由≤得N.mm校核螺栓與孔結(jié)合面間的擠壓強度：，滿足擠壓強度。故該螺栓連接允許傳遞的最大轉(zhuǎn)矩Tmax=8919069.72N.mm2）改為普通螺栓連接，計算螺栓小徑d1按接合面間不發(fā)生相對滑移的條件，由得：N得螺栓小徑mm4-6、1）計算允許最大提升載荷Wmax螺栓所能承受的最大預(yù)緊力為N根據(jù)接合面間不發(fā)生相對滑動條件得N2）確定螺栓直徑由接合面間不發(fā)生相對滑動條件，可得N所以mm，查GB196—81，取M12（d1=10.106mm＞9.589mm）。4-7、1）N；2）N第11章一、選擇題1-1~1-10：B、D、A、D、A、C、D、D、D、C1-11~1-20：A、B、A、B、C、C、C、B、D、B1-21~1-30：B、C、D、D、A、D、C、B、A、B1-31~1-40：C、D、A、D、C、C、C、B、D、D1-41~1-43：A、D、B二、填空題2-1~2-10：包角、增大、彎曲應(yīng)力、截面積、離開、較大、張緊輪、可以、變應(yīng)力、v1＞v＞v22-11~2-20：側(cè)、計算功率、松邊、彈性滑動、疲勞、承載能力、小于、增大、彎曲、整個(全)2-21~2-29：受力不均、緊、大、小、間隙、少、懸垂拉力、安裝垂度、傾斜三、判斷題3-1~3-10：√、×、√、√、√、×、√、√、×、√、3-11~3-20：√、×、×、×、√、×、×、×、√、×3-21~3-30：×、√、√、×、×、√、×、√、×、√四、計算題4-1、1）m/s2）3）由得，，4）由得，5）4-2、1）帶的有效圓周力：2）根據(jù)及得：4-3、1）有效圓周力：2）由公式和公式得：，4-4、1）2）3）4）由得五、分析題5-1、1）帶傳動應(yīng)按轉(zhuǎn)速300r/min設(shè)計，最好使帶速在10m/s左右。2）因為帶速低時所需有效圓周力大，則所需帶的根數(shù)也多，若按高轉(zhuǎn)速設(shè)計，則不一定能滿足低轉(zhuǎn)速的工作要求，會引起失效。（功率一定，其他條件不變時，轉(zhuǎn)速越低，相應(yīng)轉(zhuǎn)矩越大，軸的最小直徑也越大。）5-2、1）由兩個帶傳動結(jié)構(gòu)（中心距、預(yù)預(yù)緊力、帶的材料、帶輪材料）完全相同得到兩圖的主從動輪包角相同，所以能傳遞的圓周力相等。2）因為b圖的帶速大于a圖帶速，所以b圖結(jié)構(gòu)能傳遞的功率更大。第12章一、選擇題1-1~1-10：C、A、B、C、D、A、D、A、C、C1-11~1-20：A、B、B、C、D、B、B、D、B、C1-21~1-30：C、B、D、C、C、B、B、B、B、D1-31~1-40：A、C、D、B、B、A、B、C、A、C1-41~1-50：B、A、B、C、A、B、A、A、C、A1-51~1-60：D、A、C、B、B、B、B、D、D、A1-61~1-66：B、D、B、D、C、C二、填空題2-1~2-10：齒根、疲勞折斷、σF≤[σF]、彎曲疲勞、彎曲疲勞、韌、膠合、齒根、相等的、工作情況2-11~2-20：疲勞折斷、相反、點蝕、＞、相等、較少、彎曲、軸向力、模數(shù)、寬度2-21~2-30：1、對稱、大于、較小、增大、蝸輪、相同、蝸輪軸線、軸向、磨齒2-31~2-40：動載荷、z/cosδ、修形、1、齒條、攪油功耗、懸臂梁、鑄造、保持不變、蝸桿2-41~2-47：高或大、880、好、法面、大、539、多或大三、判斷題3-1~3-10：×、√、×、×、√、√、√、×、×、×3-11~3-20：×、√、×、×、√、√、√、×、√、√3-21~3-30：×、√、√、×、√、×、√、√、×、√3-31~3-38：√、×、×、×、×、√、×、√四、分析題4-1、見題4-1圖解題4-1圖解4-2、齒輪副I的接觸應(yīng)力大，齒輪副II的接觸強度高。因為齒輪副I和II的基本參數(shù)一致，齒輪副II的中心距大，所以齒輪副II接觸位置的綜合曲率要小。因為一對齒輪的接觸應(yīng)力大小與齒廓接觸點的曲率成正比，所以齒輪副II接觸應(yīng)力小，接觸強度高。4-3、見題4-3圖解。題4-3圖解4-4、見題4-4圖解。題4-4圖解4-5、見題4-5圖解。題4-5圖解4-6、見題4-6圖解。題4-6圖解4-7、（1）、（2）見題4-7圖解；（3）因為，令，，則有：，當(dāng)不考慮磨擦?xí)r，有，故4-8、因，可見，兩個齒輪的強度很接近，理論上講，小齒輪的強度略高一點。第13章一、選擇題1-1~1-10：B、C、A、B、B、D、C、A、C、B1-11~1-20：A、D、D、A、D、A、A、B、D、B1-21~1-30：D、B、B、C、D、B、D、A、B、A二、填空題2-1~2-10：滾動體、向心、圓錐滾子、90%、1/8、軸向力、α=40°、基孔、疲勞壽命、兩端游動2-11~2-17：3、塑性變形、10％、疲勞壽命、靜強度、不高、接觸角α三、判斷題3-1~3-10：×、√、×、√、×、×、×、√、×、√3-11~3-17：√、√、×、√、×、√、√四、計算題4-1、1）畫出內(nèi)部軸向力方向如題4-1圖解所示。2）P1=5750.05N、P2=4000N題4-1圖解4-2、1）計算軸承徑向載荷:、2）計算軸承內(nèi)部軸向力：、3）計算軸承的軸向載荷：、4）計算軸承的當(dāng)量動載荷：、4-3、1）當(dāng)量動載荷:2）基本額定動載荷:4-4、1）求兩軸承承受的徑向載荷:和2）求兩軸承承受的軸向載荷:和3）求兩軸承的當(dāng)量動載:和，所以P1大于P24）校核該對軸承的壽命校因為，所以所選軸承不適用。4-5、1）求派生軸向力，按Fd=0.68Fr計算：、，方向如題4-5圖解所示。題4-5圖解2）求軸承軸向力：、3）求當(dāng)量載荷：第14章一、選擇題二、填空題三、判斷題四、分析題第15章一、選擇題1-1~1-10：B、C、B、D、C、C、D、C、D、D1-11~1-14：B、C、B、A二、填空題2-1~2-9：轉(zhuǎn)、心、小于、應(yīng)力集中、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)軸、剛度、扭矩、扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力三、判斷題3-1~3-10：×、×、√、×、×、