机械设计基础第4版答案

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(P?rf0)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？

机械设计基础答案

10-1证明当升角与当量摩擦角符合时，螺纹副具有自锁性。

当

时，螺纹副的效率

10-2解由教材表10-1、表10-2查得

，粗牙，螺距

，细牙，螺距

后

答

螺纹升角

中径

ww

w.

粗牙螺距螺纹升角

普通螺纹的牙侧角

螺纹升角

对于相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹中，细牙螺纹的升角较小，更易实现自锁。

10-3解查教材表10-1得

khd

中径

小径

，螺纹间的摩擦系数

课

，中径

所以具有自锁性的螺纹副用于螺旋传动时，其效率必小于50%。

案

网

，

机械设计基础答案

当量摩擦角

拧紧力矩

由公式

可得预紧力

查教材表9-1得35钢的屈服极限

拧紧所产生的拉应力已远远超过了材料的屈服极限，螺栓将损坏。

ww

w.

10-4解（1）升角

当量摩擦角

工作台稳定上升时的效率：（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩

khd

课

后

拉应力

网

答

案

机械设计基础答案

（3

）螺杆的转速

（4）因速下降，

，该梯形螺旋副不具有自锁性，欲使工作台在载荷

需制动装置。其制动力矩为

10-5解查教材表9-1得Q235的屈服极限

khd

的小径

得

，螺钉个数

，取可靠性系数

课

查教材表10-6得，当控制预紧力时，取安全系数

ww

w.

由许用应力

查教材表10-1得

由公式

预紧力

由题图可知

作用下等

螺杆的功率

后

答

案

网

，

机械设计基础答案

牵曳力

10-6解此联接是利用

机械设计基础作业4 10 齿轮传动

思 考 题

10-1 齿轮传动中常见的失效形式有哪些？齿轮传动的设计计算准则有哪些？

在工程设计实践中，对于一般的闭式硬齿面、闭式软齿面和开式齿轮传动的设计计算准则是什么？

10-2 在齿轮传动设计时，提高齿轮的疲劳强度的方法有哪些？

10-3 与直齿轮传动强度计算相比，斜齿轮传动的强度计算有何不同？ 10-4 如何确定齿轮传动中的许用接触强度和许用弯曲强度值？ 10-5 根据齿轮的工作特点，对轮齿材料的力学性能有何基本要求？什么材料最

适合做齿轮？为什么？

10-6 齿轮传动设计的流程怎样？如何用框图表示？

10-7 在齿轮结构设计时，齿轮的结构主要由什么参数决定？

习 题

10-1 有一直齿圆柱齿轮传动，允许传递功率P，若通过热处理方法提高材料的

力学性能，使大、小齿轮的许用接触应力[σH2]、[σH1]各提高30%，试问此传动在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，抗疲劳点蚀允许传递的扭距和允许传递的功率可提高百分之几？

10-2 单级闭式直齿圆柱齿轮传动中，小齿轮的材料为45钢调质处理，大齿轮

的材料为ZG270-500正火，P=7.2kW，n1=960r/min，

《机械设计基础》作业答案

第一章 平面机构的自由度和速度分析 1－1

1－2

1－3

1－4

1－5

自由度为：

F?3n?(2PL?PH?P')?F'?3?7?(2?9?1?0)?1?21?19?1?1或：

F?3n?2PL?PH?3?6?2?8?1 ?11－6

自由度为

F?3n?(2PL?PH?P')?F'?3?9?(2?12?1?0)?1?1或：

F?3n?2PL?PH?3?8?2?11?1?24?22?1?11－10

自由度为：

F?3n?(2PL?PH?P')?F'?3?10?(2?14?1?2?2)?1?30?28?1?1或：

F?3n?2PL?PH?3?9?2?12?1?2?27?24?2?11－11

F?3n?2PL?PH?3?4?2?4?2 ?21－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。

?1?P14P13??3?P34P13

?1P34P134?? ?3P14P131

1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设?1?10rad/s，求构件3的速度v3。

v3?vP13??1P14P13?10?200?2000mm/s

1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持

《机械设计基础》作业答案

第一章 平面机构的自由度和速度分析 1－1

1－2

1－3

1－4

1－5

自由度为：

F?3n?(2PL?PH?P')?F'?3?7?(2?9?1?0)?1?21?19?1?1或：

F?3n?2PL?PH?3?6?2?8?1 ?11－6

自由度为

F?3n?(2PL?PH?P')?F'?3?9?(2?12?1?0)?1?1或：

F?3n?2PL?PH?3?8?2?11?1?24?22?1?11－10

自由度为：

F?3n?(2PL?PH?P')?F'?3?10?(2?14?1?2?2)?1?30?28?1?1或：

F?3n?2PL?PH?3?9?2?12?1?2?27?24?2?11－11

F?3n?2PL?PH?3?4?2?4?2 ?21－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。

?1?P14P13??3?P34P13

?1P34P134?? ?3P14P131

1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设?1?10rad/s，求构件3的速度v3。

v3?vP13??1P14P13?10?200?2000mm/s

1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持

6-1 齿轮啮合传动应满足哪些条件？

答：齿轮啮合传动应满足：1.两齿轮模数和压力角分别相等；2.??BBp1b2?1，即实际啮

合线B1 B2大于基圆齿距pb。3. 满足无侧隙啮合，即一轮节圆上的齿槽宽与另一轮节圆上的齿厚之差为零。

6-2 齿轮的失效形式有哪些？采取什么措施可减缓失效？

答：1.轮齿折断。设计齿轮传动时，采用适当的工艺措施，如降低齿根表面的粗糙度，适当增大齿根圆角、对齿根表面进行强化处理（如喷丸、辗压等）以及采用良好的热处理工艺等，都能提高轮齿的抗折断能力。

2.齿面点蚀。可采用提高齿面硬度，降低表面粗糙度，增大润滑油粘度等措施来提高齿面抗点蚀能力。

3.齿面磨损。减小齿面粗糙度、保持良好的润滑、采用闭式传动等措施可减轻或避免磨粒磨损。

4.齿面胶合。可适当提高齿面硬度及降低表面粗糙度，选用抗胶合性能好的材料，使用时采用粘度较大或抗胶合性较好的润滑油等。

5.塑性变形。为减小塑性变形，应提高轮齿硬度。 6-3 现有4个标准齿轮：m1=4mm，z1=25；m2=4mm，z2=50；m3= 3mm，z3=60；m4=2.5mm ，z4=40。试问：（1）哪两个齿轮的渐开线形状相同？（2）哪两个齿轮能正确啮合？（3）哪两个齿

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(P?rf0)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

绪论

一、判断题（正确 T，错误 F）

1. 构件是机械中独立制造的单元。 （ F ） 2. 能实现确定的相对运动，又能做有用功或完成能量形式转换的机械称为机器。 （ T ） 3. 机构是由构件组成的，构件是机构中每个作整体相对运动的单元体。 （ T ） 4. 所有构件一定都是由两个以上零件组成的。 （ F ） 二、单项选择题

1. 如图所示，内燃机连杆中的连杆体1是（ B ）。

A 机构 B 零件 C 部件 D 构件

2. 一部机器一般由原动机、传动部分、工作机及控制部分组成， 本课程主要研究（ B ）。

A 原动机 B 传动部分 C 工作机 D 控制部分 三、填空题

1. 构件是机械的运动单元体，零件是机械的______单元体。 2. 机械是______和______的总称。

参考答案

一、判断题（正确 T，错误 F） 1. F 2. T 3. T

机械设计基础习题答案

1、平面机构及其自由度

1、如图a所示为一简易冲床的初拟设计方案，设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转；而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析其是否能实现设计意图？并提出修改方案。

解 1）取比例尺?l绘制其机构运动简图（图b）。

图 b）

2）分析其是否能实现设计意图。

由图b可知，n?3，pl?4，ph?1，p??0，F??0

故：F?3n?(2pl?ph?p?)?F??3?3?(2?4?1?0)?0?0

因此，此简单冲床根本不能运动（即由构件3、4与机架5和运动副B、C、D组成不能运动的刚性桁架），故需要增加机构的自由度。

3）提出修改方案（图c）。

为了使此机构能运动，应增加机构的自由度（其方法是：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或者用一个高副去代替一个低副，其修改方案很多，图c给出了其中两种方案）。

- 1 -

机械设计基础习题答案

图 c 1） 图 c 2）

2、试画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。

解：

第十三单元习题

1、构件是机构的_____________单元，零件是是机构的_____________单元。

2、机构是由_______组合而成；构件是机构的_____________单元，零件是是机构的_____________单元。

3、机构是由_________组合而成，它们之间具有____________________________。 4、运动副可分为_______和________两种；它们分别是______和_______不同接触形式。 5、复合铰链是_______个以上构件铰链在一起构成的转动副；计算自由度时处理的方法是____________________________________。

6、机构具有确定相对运动的条件是机构的______________并与机构___________相等。 7、构件是机构中（ ）的单元；从动件行程速比系数为（ ）时，机构具有急回特性。 A、联接 B、制造 C、运动 D、K>0 E、K≥1 F、K>1 8、机构运动简图是（ ），机构示意图是（ ）。

A、用构件和运动副的代表符号，表示出机构运动特征的图形。

B、按一定的比例，用构件和运动副的代