合肥工业大学：《机械设计基础》课程各章习题

《机械设计基础》习题 目录 0绪论 平面机构及其自由度 平面连杆机构 凸轮机构 4齿轮机构 5轮系 6其它常用机构 7机械的动力性能 8机械零件设计概论 9联接 10齿轮传动 11蜗杆传动 12带传动 13链传动 14轴 15滑动轴承 17联轴器、离合器及制动器 18弹簧 19机械传动系统设计

《机械设计基础》习题 目 录 0 绪 论 1 平面机构及其自由度 2 平面连杆机构 3 凸轮机构 4 齿轮机构 5 轮 系 6 其它常用机构 7 机械的动力性能 8 机械零件设计概论 9 联 接 10 齿轮传动 11 蜗杆传动 12 带 传 动 13 链 传 动 14 轴 15 滑动轴承 17 联轴器、离合器及制动器 18 弹 簧 19 机械传动系统设计

0绪论 思考题 0-1机器、机构与机械有什么区别?各举出两个实例。 0-2机器具有哪些共同的特征?如何理解这些特征? 0-3零件与构件有什么区别?并用实例说明。举出多个常用的通用机械零件。 0-4机械设计的基本要求是什么?为什么要确定机器的预定使用期限? 0-5机械设计的一般过程是什么?

1 0 绪 论 思 考 题 0-1 机器、机构与机械有什么区别？各举出两个实例。 0-2 机器具有哪些共同的特征？如何理解这些特征？ 0-3 零件与构件有什么区别？并用实例说明。举出多个常用的通用机械零件。 0-4 机械设计的基本要求是什么？为什么要确定机器的预定使用期限？ 0-5 机械设计的一般过程是什么？

1平面机构及其自由度 思考题 1-1什么是高副?什么是低副?在平面机构中高副和低副各引入几个约束? 1-2什么是机构运动简图?绘制机构运动简图的目的和意义?制机构运动简图的步 1-3什么是机构的自由度?计算自由度应注意那些问题? 1-4机构具有确定运动的条件是什么?若不满足这一条件,机构会出现什么情况? 习题 1-1绘制图示平面机构的机构运动简图 1 3 题图1-1 1-2计算图示平面机构的自由度。(机构中如有复合铰链,局部自由度,虚约束,予以指 出。)

2 1 平面机构及其自由度 思 考 题 1-1 什么是高副？什么是低副？在平面机构中高副和低副各引入几个约束？ 1-2 什么是机构运动简图？绘制机构运动简图的目的和意义？制机构运动简图的步 骤？ 1-3 什么是机构的自由度？计算自由度应注意那些问题？ 1-4 机构具有确定运动的条件是什么？若不满足这一条件，机构会出现什么情况？ 习 题 1-1 绘制图示平面机构的机构运动简图。 a) b) c) d) 题图 1-1 1-2 计算图示平面机构的自由度。（机构中如有复合铰链，局部自由度,虚约束,予以指 出。）

8 m 题图1-2 1-3求出图示平面机构的全部瞬心。 c)题图1-3

3 a) b) c) d) 题图 1-2 1-3 求出图示平面机构的全部瞬心。 a) b) c) 题图 1-3

1-4图示正切机构中,a1=6rads,求构件3的速度Ub。 题图1

4 1-4 图示正切机构中, 6 rad/s, 1 = 求构件 3 的速度3 。 题图 1-4

2平面连杆机构 思考题 2-1平面四杆机构的基本形式是什么?它有哪些演化形式?演化的方式有哪些? 2-2什么是曲柄?平面四杆机构曲柄存在的条件是什么?曲柄是否就是最短杆? 2-3什么是行程速比系数?极位夹角?急回特性?三者之间关系如何 2-4什么是平面连杆机构的死点?举出避免死点和利用死点进行工作的例子 2-5平面铰链四杆机构的主要演化形式有哪几种?它们是如何演化来的? 2-6平面四杆机构的设计方法有哪几种?它们的特点是什么? 习题 2-1根据尺寸和机架判断铰链四杆机构的类型。 110 题图 2-2画出各机构的压力角传动角。箭头标注的构件为原动件。 题图2-2 2-3设计一曲柄摇杆机构,已知摇杆CD的长度la=75m,行程速比系数1.5,机架 AD的长度L=100mm,摇杆的一个极限位置与机架的夹角ψ=45°,求曲柄连杆 的长度L,Lc 2-4图示为一电炉的炉门,关闭的位置为E,开启的位置为E,试设计一四杆机构来 操作该炉门。相关尺寸见图

5 2 平面连杆机构 思 考 题 2-1 平面四杆机构的基本形式是什么？它有哪些演化形式？演化的方式有哪些？ 2-2 什么是曲柄？平面四杆机构曲柄存在的条件是什么？曲柄是否就是最短杆？ 2-3 什么是行程速比系数？极位夹角？急回特性？三者之间关系如何？ 2-4 什么是平面连杆机构的死点？举出避免死点和利用死点进行工作的例子。 2-5 平面铰链四杆机构的主要演化形式有哪几种？它们是如何演化来的？ 2-6 平面四杆机构的设计方法有哪几种？它们的特点是什么？ 习 题 2-1 根据尺寸和机架判断铰链四杆机构的类型。 题图 2-1 2-2 画出各机构的压力角传动角。箭头标注的构件为原动件。 a) b) c) 题图 2-2 2-3 设计一曲柄摇杆机构，已知摇杆 CD 的长度 LCD=75mm ，行程速比系数 K=1.5，机架 AD 的长度 LAD = 100mm，摇杆的一个极限位置与机架的夹角ψ=45°，求曲柄连杆 的长度 LAB,LBC。 2-4 图示为一电炉的炉门，关闭的位置为 E1，开启的位置为 E2，试设计一四杆机构来 操作该炉门。相关尺寸见图

题图2-3 题图2-4 2-5用解析法设计一四杆机构,使两连架杆的对应转角关系近似实现已知函数 y=snx(0≤x≤90°)建议取a0=90°,q=105°,an=120°,m=60°。 荔 题图2-5

6 题图 2-3 题图 2-4 2-5 用解析法设计一四杆机构，使两连架杆的对应转角关系近似实现已知函数 sin (0 90 )  y = x  x  建议取 90 , 105 , 0 0    =  =    m = 120 , m = 60 。 题图 2-5

3凸轮机构 思考题 3-1凸轮机构的应用场合是什么?凸轮机构的组成是什么?通常用什么办法保证凸轮 与从动件之间的接触? 3-2凸轮机构分成哪几类?凸轮机构有什么特点? 3-3为什么滚子从动件是最常用的从动件型式? 3-4凸轮机构从动件的常用运动规律有那些?各有什么特点? 3-5图解法绘制凸轮轮廓的原理是什么?为什么要采用这种原理? 3-6什么情况下要用解析法设计凸轮的轮廓? 3-7设计凸轮应注意那些问题? 3-8从现有的机器上找出两个凸轮机构应用实例,分析其类型和运动规律。 习题 3-1如题图3-1所示的偏置直动从动件盘形凸轮机构,AB段为凸轮的推程轮廓曲线 请在图上标出从动件的行程h、推程运动角δ、远休止角δ,、回程运动角δn、δ B A 题图3-1 题图3-2 3-2已知一偏心直动从动件盘形凸轮机构(如题图3-2)。凸轮为一以C为中心的圆盘, 试用图解法在图上标出轮廓上D点与尖顶接触时的压力角? 3-3设计一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构。已知凸轮的基圆半径r=30mm,凸轮逆 时针等速回转。在推程中,凸轮转过150°时,从动件等速上升50m:凸轮继续 转过30°时,从动件保持不动。在回程中,凸轮转过120°时,从动件以简谐运 动规律回到原处;凸轮转过其余60°时,从动件又保持不动。试用作图法绘制从 动件的位移曲线图及凸轮的轮廓曲线。 3-4设计一偏心直动滚子从动件盘形凸轮机构。已知凸轮的基圆半径r=40mm,滚子直 径n=10m。凸轮逆时针等速回转。在推程中,凸轮转过140°时,从动件按简谐 运动规律上升30m;凸轮继续转过40°时,从动件保持不动。在回程中,凸轮转 过120°时,从动件以等加速等减速运动规律回到原处;凸轮转过其余60°时

7 3 凸轮机构 思 考 题 3-1 凸轮机构的应用场合是什么？凸轮机构的组成是什么？通常用什么办法保证凸轮 与从动件之间的接触？ 3-2 凸轮机构分成哪几类？凸轮机构有什么特点？ 3-3 为什么滚子从动件是最常用的从动件型式？ 3-4 凸轮机构从动件的常用运动规律有那些？各有什么特点？ 3-5 图解法绘制凸轮轮廓的原理是什么？为什么要采用这种原理？ 3-6 什么情况下要用解析法设计凸轮的轮廓？ 3-7 设计凸轮应注意那些问题？ 3-8 从现有的机器上找出两个凸轮机构应用实例，分析其类型和运动规律。 习 题 3-1 如题图 3-1 所示的偏置直动从动件盘形凸轮机构，AB 段为凸轮的推程轮廓曲线， 请在图上标出从动件的行程 h 、推程运动角  t 、远休止角  s 、回程运动角  h 、 s  。 题图 3-1 题图 3-2 3-2 已知一偏心直动从动件盘形凸轮机构（如题图 3-2）。凸轮为一以 C 为中心的圆盘， 试用图解法在图上标出轮廓上 D 点与尖顶接触时的压力角？ 3-3 设计一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构。已知凸轮的基圆半径 rb=30mm，凸轮逆 时针等速回转。在推程中，凸轮转过 150°时，从动件等速上升 50mm；凸轮继续 转过 30°时，从动件保持不动。在回程中，凸轮转过 120°时，从动件以简谐运 动规律回到原处；凸轮转过其余 60°时，从动件又保持不动。试用作图法绘制从 动件的位移曲线图及凸轮的轮廓曲线。 3-4 设计一偏心直动滚子从动件盘形凸轮机构。已知凸轮的基圆半径 rb=40mm，滚子直 径 rT=10mm。凸轮逆时针等速回转。在推程中，凸轮转过 140°时，从动件按简谐 运动规律上升 30mm；凸轮继续转过 40°时，从动件保持不动。在回程中，凸轮转 过 120°时，从动件以等加速等减速运动规律回到原处；凸轮转过其余 60°时

从动件又保持不动。试用作图法绘制从动件的位移曲线图及凸轮的轮廓曲线 3-5试设计一对心直动平底从动件盘形凸轮机构。已知基圆半径n=50mm。从动件平底 与其导路垂直。凸轮以等角速度顺时针转动。从动件运动规律同题3-4。试用作图 法绘制盘形凸轮的轮廓曲线。 3-6设计一尖顶摆动从动件盘形凸轮机构。已知凸轮以等角速度逆时针转动,基圆半 径n=30m,凸轮转动中心与摆杆摆动中心间的中心距为75mm,摆杆的最大摆动角 为30°,推程摆杆顺时针摆动。从动件运动规律如下:δσ=180°,δ=0,δz=120°, δε=60°,从动件推程以简谐运动规律摆动,回程以等加速等减速运动规律返回原 处。试绘制从动件位移曲线和凸轮的轮廓曲线 3-7对于题3-4的凸轮机构设计问题,试用解析法通过计算机程序计算凸轮的理论廓 线和实际廓线(按每10°一点计算廓线的极坐标值)

8 从动件又保持不动。试用作图法绘制从动件的位移曲线图及凸轮的轮廓曲线。 3-5 试设计一对心直动平底从动件盘形凸轮机构。已知基圆半径 rb=50mm。从动件平底 与其导路垂直。凸轮以等角速度顺时针转动。从动件运动规律同题 3-4。试用作图 法绘制盘形凸轮的轮廓曲线。 3-6 设计一尖顶摆动从动件盘形凸轮机构。已知凸轮以等角速度逆时针转动，基圆半 径 rb=30mm，凸轮转动中心与摆杆摆动中心间的中心距为 75mm，摆杆的最大摆动角 为 30°,推程摆杆顺时针摆动。从动件运动规律如下：δ0=180°,δ1=0,δ2=120°, δ3=60°,从动件推程以简谐运动规律摆动，回程以等加速等减速运动规律返回原 处。试绘制从动件位移曲线和凸轮的轮廓曲线。 3-7 对于题 3-4 的凸轮机构设计问题，试用解析法通过计算机程序计算凸轮的理论廓 线和实际廓线（按每 10°一点计算廓线的极坐标值）

4齿轮机构 思考题 4-1什么是齿廓啮合的基本定律? 4-2渐开线的性质有哪些 4-3标准齿轮应具备哪些条件? 4-4齿轮正确啮合的条件是什么? 4-5重合度的基本概念是什么? 4-6常见的渐开线齿廓的切齿方法有两种?其特点是什么 4-7什么是最少齿数?有何对策? 4-8变位齿轮的基本概念是什么? 4-9什么是斜齿轮的当量齿数?如何计算? 4-10什么是圆锥齿轮的背锥?当量齿数如何计算? 习题 4-1已知渐开线基圆半径n=35mm,求向径为n=55mm处渐开线的压力角ak和曲率 半径pk各为多少? 4-2已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a=160m,齿数a1=20,z=60, 求模数和分度圆直径d、d 4-3已知一正常齿制直齿圆柱齿轮,m=3mm,z=25,试分别求出分度圆直径、基圆 直径、齿顶圆直径和齿根圆直径,并求出齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径和压力 角 4-4一对正确安装的标准齿轮和齿条啮合,齿轮的齿数z=25,模数m=5,若齿轮 的转速r50r/min,试求齿条的移动速度 4-5在某渐开线标准斜齿圆柱齿轮传动中,已知z1=18,z=35,皿=3,日=15°,齿宽 30mm,ha=1,c=0.25,求:1)分度圆直径d、d,中心距a;2)重合度ey; 3)当量齿数z1、z2。 4-6某设备上有一对斜齿轮传动。已知z=18,z=36,m=2.5,中心距a=68 an=20°,han=l,cn=0.25,求这对斜齿轮的螺旋角应为多少? 4-7已知一对等顶隙收缩齿标准直齿圆锥齿轮传动,齿数z=20,z2=38,模数m=4mm, 分度圆压力角a=20°,齿顶高系数b*=1,齿顶间隙系数c=0.2,轴交角∑ 90°。求两锥齿轮的齿顶圆锥角6a、6a及其它主要尺寸

9 4 齿轮机构 思 考 题 4-1 什么是齿廓啮合的基本定律？ 4-2 渐开线的性质有哪些？ 4-3 标准齿轮应具备哪些条件？ 4-4 齿轮正确啮合的条件是什么？ 4-5 重合度的基本概念是什么？ 4-6 常见的渐开线齿廓的切齿方法有两种？其特点是什么？ 4-7 什么是最少齿数？有何对策？ 4-8 变位齿轮的基本概念是什么？ 4-9 什么是斜齿轮的当量齿数？如何计算？ 4-10 什么是圆锥齿轮的背锥？当量齿数如何计算？ 习 题 4-1 已知渐开线基圆半径 rb = 35mm，求向径为 rk = 55mm 处渐开线的压力角αk和曲率 半径ρk各为多少？ 4-2 已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距 a =160mm，齿数 z1 = 20，z2 = 60， 求模数和分度圆直径 d1、d2。 4-3 已知一正常齿制直齿圆柱齿轮，m = 3mm，z = 25，试分别求出分度圆直径、基圆 直径、齿顶圆直径和齿根圆直径，并求出齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径和压力 角。 4-4 一对正确安装的标准齿轮和齿条啮合，齿轮的齿数 z = 25，模数 m = 5，若齿轮 的转速 n=50r/min，试求齿条的移动速度。 4-5 在某渐开线标准斜齿圆柱齿轮传动中，已知 z1=18，z2=35，mn=3，β=15°,齿宽 b=30mm，han * =1，cn * =0.25，求：1）分度圆直径 d1、d2，中心距 a；2）重合度εγ； 3）当量齿数 zv1、zv2。 4-6 某设备上有一对斜齿轮传动。已知 z1 = 18，z2 = 36，mn = 2.5，中心距 a = 68mm， αn = 20°,han * =1，cn * =0.25，求这对斜齿轮的螺旋角应为多少？ 4-7 已知一对等顶隙收缩齿标准直齿圆锥齿轮传动，齿数 z1 = 20，z2 = 38，模数 m = 4mm， 分度圆压力角α = 20°,齿顶高系数 ha * = 1，齿顶间隙系数 c * = 0.2，轴交角Σ = 90°。求两锥齿轮的齿顶圆锥角δa1、δa2及其它主要尺寸