机械设计基础习题集

机械设计基础习题集

《机械设计基础》课程教学，习题是加深理解、巩固知识的重要教学环节。通过课堂及课外练习使学生掌握机械理论和分析解决实际问题的思路，为更好的学习专业设备中的机械部分提供必要的基础。教学中精选习题是提高教学效率的根本。我们每章的习题均进行了考究，对学生掌握重点，覆盖全面起到了决定性作用。

考试既是教学质量检测的重要手段，也是教学指挥棒。我们根据历年的经验，精选了学期期末考题，以起到指导教学的作用。 由于水平有限，其中错误和不适之处敬请广大教师和同学提出批评指导。

第一章 概论

1.机构与机器有什么区别？举生活中一、二个实例说明机构与机器各自的特点及其联系

2.机械零件常见的失效形式有哪些？为什么说强度满足条件的零件，其刚度不一定满足条件；而刚度满足条件的零件，一般均满足强度条件？

3.在一般机械中，静强度与疲劳强度相比，哪一种更普遍，为什么？自行车轮的钢丝的螺纹端常常会断裂，它属于何种失效形式，应按何种强度设计？

4.淬火与调质有什么区别与联系？哪些金属材料适宜用渗碳或渗氮来强化零件表面？

2

3

第二章 平面机构运动简图及自由度

一、填空题

1.从机构结构观点来看，任何机构是由_________、_________、__________三部分组成。

2.构件的自由度是指 。 3.两构件之间以线接触所组成的平面运动副，称为 副，它产生 个约束，而保留 个自由度。

4.机构中的运动副是指 。 5.机构具有确定的相对运动条件是原动件数 机构的自由度。

6.在平面机构中若引入一个高副将引入______个约束，而引入一个低副将引入_____个约束，构件数、约束数与机构自由度的关系是

7.当两构件构成运动副后，仍需保证能产生一定的相对运动，故在平面机构中，每个运动副引入的约束至多为 ，至少为 。 8.在平面机构中，具有两个约束的运动副是 副，具有一个约束的运动副是 副 。

9.计算平面机构自由度的公式为Ｆ= ，应用此公式时应注意判断：A. 铰链，B. 自由度，C. 约束。

10.机构中的复合铰链是指 ；局部自由度是

指 ；虚约束是指 。

4

11.机构运动简图是 的简单图形。 二、选择题

1.有两个平面机构的自由度都等于1，现用一个带有两铰链的运动构件将它们串成一个平面机构，则其自由度等于 。 A. 0 B. 1 C. 2

2.原动件的自由度应为 。 A. ?1 B. +1 C. 0

3.基本杆组的自由度应为 。 A. -1 B. +1 C. 0 。

4.在机构中原动件数目 机构自由度时，该机构具有确定的运动。 A. 小于 B. 等于 C. 大于。

5.计算机构自由度时，若计入虚约束，则机构自由度就会 。 A. 增多 B. 减少 C. 不变。 6.构件运动确定的条件是 。

A. 自由度大于1 B. 自由度大于零 C. 自由度等于原动件数。 三、分析与计算

1.机构运动简图与机构示意图有何不同？试简述之。

2.图示为一机构的初拟设计方案。试：

(1)计算其自由度，分析其设计是否合理？如有复合铰链，局部自由度和虚约束需说明。

(2)如此初拟方案不合理，请修改并用简图表示。

5

3.在图示机构中，若以构件1为主动件，试： (1)计算自由度，说明是否有确定运动。

(2)如要使构件６有确定运动，并作连续转动，则可如何修改？说明修改的要点，并用简图表示。

4.初拟机构运动方案如图所示。欲将构件1的连续转动转变为构件4的往复移动，试：

(1)计算其自由度，分析该设计方案是否合理？ (2)如不合理，可如何改进？提出修改措施并用简图表示。

5.试计算下列图示机构的自由度。(若有复合铰链、局部自由度或虚约束，必须明确指出。)

6

6.如图所示为一缝纫机下针机构， 试绘制其机构运动简图。

缝纫机下针机构

四、简答题

1. 何为构件的自由度？一个构件若无任何限制有几个自由度？

2. 为什么机构失去自由度与它受到的约束数相等？

7

3. 何为虚约束？何为局部自由度？为什么计算机构自由度时应除去不计？

4. 构件系统成其为机构的必要和充分条件是什么？

第三章 平面连杆机构

一、填空：

1.平面连杆机构由一些刚性构件用____副和____副相互联接而组成。 2. 在铰链四杆机构中，能作整周连续旋转的构件称为_______，只能来回摇摆某一角度的构件称为_______，直接与连架杆相联接，借以传动和动力的构件称为_______。

3. 图1-1为铰链四杆机构，设杆a最短，杆b最长。试用符号和式子表明它构成曲柄摇杆机构的条件：

8

（1）____________________________。

（2）以_______为机架，则_______为曲柄。

4.在 条件下，曲柄滑块机构具有急回特性。 5.机构中传动角γ和压力角α之和等于 。

6.在铰链四杆机构中，当最短构件和最长构件的长度之和大于其他两构件长度之和时，只能获得 机构。

7.在图示导杆机构中，AB为主动件时，该机构传动角的值为 。

8.在摆动导杆机构中，导杆摆角ψ=3 0°，其行程速度变化系数K的值为 。

9.在四杆机构中LAB=40mm，lBC=40mm，lCD=60mm，AD为机架，该机构是 。

10.铰链四杆机构具有急回特性时其极位夹角θ值 ，对心曲柄滑块机构的θ值 ， 所以它 急回特性，摆动导杆机构 急回特性。

9

11.对心曲柄滑块机构曲柄长为a，连杆长为b，则最小传动角γ

min

等

于 ，它出现在 位置。 12.在四连杆机构中，能实现急回运动的机构有(1) ，

(2) ，C. 。 13.铰链四杆机构有曲柄的条件

是 ， 双摇杆机构存在的条件

是 。(用文字说明)

14.在曲柄滑块机构中，若以曲柄为主动件、滑块为从动件，则不会出现“死点位置”，因最小传动角γ力角α

max

min

，最大压

；反之，若以滑块为主动件、曲柄为从动件，则在曲

柄与连杆两次共线的位置，就是 ，因为该处

γ

min

，α

max 。

15.当铰链四杆机构各杆长为：a=50mm，b=60mm，c=70mm，d=200mm。则四杆机构就 。

16.当四杆机构的压力角α=90°时，传动角等于 ，该机构处于 位置。

10

17.在曲柄摇杆机构中，最小传动角发生的位置在 。

18.通常压力角α是指 间所夹锐角。

19.铰链四杆机构曲柄、连杆、机架能同时共线的条件是 。

20.一对心式曲柄滑块机构，若以滑块为机架，则将演化成 机构。

21.铰链四杆机构变换机架(倒置)以后，各杆间的相对运动不变，原因是 。 22.铰链四杆机构演化成其它型式的四杆机构 (1) ，

2) ，C. 等三种方法。 二、选择题：

1．在曲柄摇杆机构中，只有当 为主动件时，才会出现“死点”位置。

A.连杆 B.机架 C.摇杆 D．曲柄 2．能产生急回运动的平面连杆机构有 。 A.双摇杆机构 B.曲柄摇杆机构 C.双曲柄机构 D．对心曲柄滑块机构

11

3．能出现“死点”位置的平面连杆机构有 A.导杆机构 B.平行双曲柄机构 C.曲柄滑块机构 D．不等长双曲柄机构 4．绞链四杆机构的最短杆与最长杆的长度之和，大于其余两杆的 长度之和时，机构 A.有曲柄存在 B.不存在曲柄 C. 有时有曲柄，有时没曲柄 D. 以上答案均不对

5．当急回特性系数为 时，曲柄摇杆机构才有急回运动。 A. K＜1 B. K＝1 C. K＞1 D. K＝0

6．当曲柄的极位夹角为 时，曲柄摇杆机构才有急回运动。 A.θ＜0 B.θ=0 C. θ≦0 D. θ﹥0

7．当曲柄摇杆机构的摇杆带动曲柄运动对，曲柄在“死点”位置 的瞬时运动方向是 （ ） A.按原运动方向 B.反方向

C.不确定的 D. 以上答案均不对

8．曲柄滑决机构是由 演化而来的。 A. 曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构 C.双摇杆机构 D. 以上答案均不对

9．平面四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于 其余两杆的长度之和，最短杆为机架，这个机构叫做 。

12

A.曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构 C.双摇杆机构 D. 以上答案均不对

10．平面四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆 的长度之和，最短杆为连杆，这个机构叫做 。 A.曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构 C.双摇杆机构 D. 以上答案均不对

11． 能把转动运动转变成往复摆动运动。 A.曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构 C.双摇杆机构 D．摆动导杆机构

12. 能把转动运动转换成往复直线运动，也可以把往复 直线运动转换成转动运动。 A.曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构 C.双摇杆机构 D．曲柄滑决机构

13.铰链四杆机构中若最短杆和最长杆长度之和大于其他两杆长度之和时，则机构中 。

A.一定有曲柄存在 B.一定无曲柄存在 C.是否有曲柄存在还要看机架是哪一个构件。

14.对心曲柄滑块机构以曲柄为原动件时，其最大传动角γ为 。

A.30° B.45° C.90°

15.设计连杆机构时，为了具有良好的传动条件，应使 。

max

13

A.传动角大一些，压力角小一些 B.传动角和压力角都小一些 C.传动角和压力角都大一些。

16.在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件，且 处于共线位置时，机构处于死点位置。

A.曲柄与机架 B.曲柄与连杆 C.连杆与摇杆

17.在摆动导杆机构中，当曲柄为主动件时，其传动角 变化的。 A.是由小到大 B.是由大到小 C.是不。

18.在曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件，且 共线时，其传动角为最小值。

A.曲柄与连杆 B.曲柄与机架 C.摇杆与机架 19.下图所示的摆动导杆机构中，机构的传动角是 。 A.角A B.角B C.角C D.0° E.90°。

20.压力角是在不考虑摩擦情况下作用力和力作用点的 方向所夹的锐角。

A.法线 B.速度 C.加速度 D.切线。

20.为使机构具有急回运动，要求行程速比系数 。 A.K=1 B.K>1 C.K<1

22.铰链四杆机构中有两个构件长度相等且最短，其余构件长度不同，若取一个最短构件 作机架，则得到 机构。

14

A.曲柄摇杆 B.双曲柄 C.双摇杆 23.双曲柄机构 死点。 A.存在 B.可能存在 C.不存在

24.对于双摇杆机构，如取不同构件为机架， 使其成为曲柄摇杆机构。

A.一定 B.有可能 C.不能

25.铰链四杆机构中存在曲柄时，曲柄 是最短构件。 A.一定 B.不一定 C.一定不

26.要将一个曲柄摇杆机构转化成双摇杆机构，可以用机架转换法将 。

A.原机构的曲柄作为机架 B.原机构的连杆作为机架 C.原机构的摇杆作为机架

27.已知一铰链四杆机构ABCD，lAB=25mm，lBC=50mm，lCD=40mm，lAD=30mm，且AD为机架，BC为AD之对边，那么，此机构为 。

A.双曲柄机构 B.曲柄摇杆机构 C.双摇杆机构 D.固定桁架

三、判别图示铰链四杆机构属哪种基本形式？

15

四、标出各四杆机构在图示位置的压力角和传动角,并判定有无死点位置。

五、判断题

1、铰链四杆机构根据各杆的长度，即可判断其类型。 2、铰链四杆机构中,传动角越小,机构的传力性能越好。 3、四杆机构的死点位置即为该机构的最小传动角位置。 4、极位角越大，机构的急回特性越显著。 5、极位角就是从动件在两个极限位置的夹角。 六、计算题

1.铰链四杆机构的基本形式有哪几种？已知铰链四杆机构各构件的长度分别为 a=240mm，b=600mm，c=400mm，d=500mm。试问当分别取A.B.C.d为机架时，将各得到何种机构？

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2. 图示为一铰链四杆机构，已知各杆长度：LAB=10cm，

LBC=25cm,LCD=20cm,LAD=30cm。当分别固定构件1、2、3、4机架时，它们各属于哪一类机构？

3.铰链四杆机构在死点位置时，驱动力任意增加也不能使机构产生运动，这与机构的自锁现象是否相同？试加以说明。

4.何谓机构的急回运动及行程速比系数?试举例加以说明急回运动在实际生产中的用途。

5.图示为一铰链四杆机构和一曲柄滑块机构的各杆长，曲柄已装在机架上，n--n为固定导路位置。现需将B.c杆装配于相应位置，问此二机构各有多少种装配模式(作图回答)。

6.试给出图示平面四杆机构的名称，并回答：

17

(1)此机构有无急回作用？

(2)此机构有无死点？在什么条件下出现死点？ C.构件AB主动时，在什么位置有最小传动角？

第四章 凸轮机构

一、填空题

1.凸轮机构主要是由_______、_______和固定机架三个基本构件所组成。

2.按凸轮的外形，凸轮机构主要分为_______凸轮和_______凸轮两种基本类型。

3.从动杆与凸轮轮廓的接触形式有_______、_______和平底三种。

18

4.以凸轮的理论轮廓曲线的最小半径所做的圆称为凸轮的_______。 5.凸轮理论轮廓曲线上的点的某点的法线方向(即从动杆的受力方向）与从动杆速度方向之间的夹角称为凸轮在该点的_______。 6.随着凸轮压力角α增大，有害分力F2将会_______而使从动杆自锁“卡死”，通常对移动式从动杆，推程时限制压力角α_______。 7.等速运动凸轮在速度换接处从动杆将产生_______冲击，引起机构强烈的振动。

8.凸轮机构中的压力角是 和 所夹的锐角。

9.凸轮机构中，使凸轮与从动件保持接触的方法有 和 两种。

10.设计滚子从动件盘形凸轮机构时，滚子中心的轨迹称为凸轮的 廓线；与滚子相包络的凸轮廓线称为 廓线。 11.盘形凸轮的基圆半径是 上距凸轮转动中心的最小向径。

12.从动件作等速运动的凸轮机构中，其位移线图是 线，速度线图是 线。 13.当初步设计直动尖顶从动件盘形凸轮机构中发现有自锁现象时，可采用 、 、 等办法来解决。

19

14.在设计滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线中，若出现

时，会发生从动件运动失真现象。此时，可采用 方法避免从动件的运动失真。

15.用图解法设计滚子从动件盘形凸轮轮廓时，在由理论轮廓曲线求实

际轮廓曲线的过程中，若实际轮廓曲线出现尖点或交叉现象，则与 的选择有关。

16.在设计滚子从动件盘形凸轮机构时，选择滚子半径的条件是 。

17.平底从动件盘形凸轮机构中，凸轮基圆半径应由 来决定。

18.凸轮的基圆半径越小，则凸轮机构的压力角越 ，而凸轮机构的尺寸越 。

19.凸轮基圆半径的选择，需考虑

到 、 ，以及凸轮的实际廓线是否出现变尖和失真等因素。

20.在许用压力角相同的条件下， 从动件可以得到比 从动件更小的凸轮基圆半径。或者说，当基圆半径相同时，从动件正确偏置可以 凸轮机构的推程压力角。 21.直动尖顶从动件盘形凸轮机构的压力角是指 ；直动滚子从动件盘形凸轮机构的压力角是指 。

20

22.凸轮的基圆半径越小，则机构越 ，但过于小的基圆半径会导致压力角 ，从而使凸轮机构的传动性能变 。 23.凸轮机构从动件运动规律的选择原则

为 。 24.凸轮机构中的从动件速度随凸轮转角变化的线图如图所示。在凸轮转角 处存在刚性冲击，在 处，存在柔性冲击。

二、选择题：

1. 对于较复杂的凸轮轮廓曲线，也能准确地获得所需要的运动规律。

A.尖顶式从动杆 B.滚子式从动杆 C.平底式从动杆 D. 以上均不对 2． 可使从动杆得到较大的行程。

A.盘形凸轮机构 B.移动凸轮机构 C.圆柱凸轮机构 D. 以上均不对 3． 的摩擦阻力较小，传力能力大。 A.尖顶式从动杆 B.滚子式从动杆 C.平底式从动杆 D. 以上均不对 4．凸轮压力角的大小与基圆半径的关系是 。

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A.基圆半径越小，压力角偏小 B.基圆半径越大，压力角偏小 C. 基圆半径越小，压力角偏大 D. 基圆半径越大，压力角偏大 5．压力角增大时，对 。

A.凸轮机构的工作不利 B. 凸轮机构的工作有利 C. 凸轮机构的工作无影响 D. 以上均不对

6.理论廓线相同而实际廓线不同的两个对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，其从动件的 运动规律 。 A.相同 B.不相同。

7.对于转速较高的凸轮机构，为了减小冲击和振动，从动件运动规律最好采用 运动规律。

A.等速 B.等加速等减速 C.正弦加速度。

8.若从动件的运动规律选择为等加速等减速运动规律、简谐运动规律或正弦加速度运动 规律，当把凸轮转速提高一倍时，从动件的加速度是原来的 倍。 A.1 B.2 C.4 D.8

9.凸轮机构中从动件作等加速等减速运动时将产生 冲击。它适用于 场合。

A.刚性 B.柔性 C.无刚性也无柔性 D.低速 E.中速 F.高速 10.若从动件的运动规律选择为等速运动规律、等加速等减速运动规律、简谐运动规律或正弦加速度运动规律，当把凸轮转速提高一倍时，从动件的速度是原来的 倍。 A.1 B.2 C.4

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11.设计偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构时，若推程和回程位移线图对称，则合理设计的凸轮轮廓曲线中，推程廓线比回程廓线， A.较长 B.较短 C.两者对称相等

12.当凸轮基圆半径相同时，采用适当的偏置式从动件可以 凸轮机构推程的压力角。

A.减小 B.增加 C.保持原来

13.滚子从动件盘形凸轮机构的滚子半径应 凸轮理论廓线外凸部分的最小曲率半径。 A.大于 B.小于 C.等于

14.设计滚子从动件盘形凸轮机构时，轮廓曲线出现尖顶或交叉是因为滚子半径 该位置理论廓线的曲率半径。 A.大于 B.小于 C.等于

15.直动平底从动件盘形凸轮机构的压力角 。 A.永远等于 B.等于常数 C.随凸轮转角而变化

16.在设计直动滚子从动件盘形凸轮机构的实际廓线时，发现压力角超过了许用值，且廓 线出现变尖现象，此时应采取的措施是 。 A.减小滚子半径 B.加大基圆半径 C.减小基圆半径。

17.设计一直动从动件盘形凸轮，当凸轮转速ω及从动件运动规律v=v（s）不变时，若α

max

由40°减小到20°，则凸轮尺寸会 。

A.增大 B.减小 C.不变

18.用同一凸轮驱动不同类型(尖顶、滚子或平底式；直动或摆动式)的从动件时，各从动件的运动规律 。

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A.相同 B.不同 C.在无偏距时相同

19.直动从动件盘形凸轮机构中，当推程为等速运动规律时，最大压力角发生在行程 。 A.起点 B.中点 C.终点

20.从动件的推程和回程都选用简谐运动规律，它的位移线图如图示。可判断得：从动件 在运动过程中，在 处存在柔性冲击。 A.最高位置和最低位置 B.最高位置

C.最低位置 D.各位置处均无柔性冲击存在。 三、简答题

1. 试分析尖顶、滚子、平底三种从动件凸轮机构各自的优缺点。 2. 凸轮的压力角对凸轮机构的效率和自锁有何影响？ 3. 为什么等速运动的凸轮机构只适用于低速轻载？

4. 在图示直动尖顶从动件盘形凸轮机构中，凸轮转向如图所示。试写出该位置时从动件 压力角计算公式，并说明从动件相对凸轮轴心的配置是否合理，为什么？

四、计算题

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1.已知一对心尖底推杆盘状凸轮机构。其凸轮轮廓为一偏心圆，该圆直径D=40mm，偏距e=8mm ,凸轮顺时针转动。试求：

(1） 画出该凸轮机构的运动简图，要求从动件与凸轮在推程角ψ=90°处相接触；

(2） 画出基圆，并求出基圆半径rb的值；

(3） 标出最大压力角αmax和最小压力角αmin的位置，并测出其大小。

2.一尖底直动从动件盘形凸轮机构，已知凸轮以等角速度ω1逆时针方向回转。凸轮转过1800时,从动件等速上升31.4 mm，凸轮再转过剩余1800,返回原位置.今给定推程许用压力角[α]=300,回程[α′]=600.试用图解法求出凸轮最小基圆半径rb,及偏距e,又若采用对心式从动件,则凸轮最小基圆半径又为多少?

3. 就图2-1所示盘形凸轮完成下列解答 (1）画出基圆、理论轮廓曲线和图位压力角。指出实际轮廓曲线。当凸轮上A.B两点与从动件接触时、压力角如何变化？（2)从动件上升和下降，凸轮转角δ和从动件相应的行程h各为多少？

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