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机械装备设计课后习题与答案

第一章习题与答案

1、柔性化指的是什么？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心、柔性制造系统的柔化程度，其柔性表现在哪里？

答：柔性化有两重含义，即产品结构柔性化和功能柔性化。其中产品结构柔性化是指产品设计时采用模块化设计方法和机电一体化技术，只需对结构做少量重组和修改，或修改软件，就可以快速地推出满足市场需求的、具有不同功能的新产品。功能柔性化是指只需进行少量调整或修改软件，就可以方便的改变产品或系统的运行功能，以满足不同的加工需要。

数控机床、柔性制造单元或系统具有较高的功能柔性化程度。1.要实现机械制造装备的柔性化，不一定非要采用柔性制造单元或系统，组合机床及其组合成的生产线也可以设计成具有一定的柔性，完成一些批量较大、工艺要求较高的工件；2.普通机床可加工不同尺寸和形状的工件；3.数控机床具有较高的柔性化程度，由单主轴发展成具有两根主轴，又在此基础上增设附加控制轴C轴控制功能。4.加工中心拥有较高的柔性化程度，体现如自动换刀等；5.柔性制造系统也拥有很高的柔性化程度，不同工件可以同时上线，实现混流加工。

2、哪些产品宜采用系列化设计方法？为什么？应该遵循哪四化原则？

答：各规格产品具有相同的功能结构和相似的结构形式。

为了缩短产品的设计、制造周期，降低成本，保证和提高产品的质量。

产品系列化、零部件通用化、标准化、结构典型化。

3、机床夹具的作用是什么？有哪些要求？

答：作用：1.保证加工精度；2.提高生产效率；3.扩大机床使用范围；4.减轻人工的劳动强度，保证安全。

要求：1.保证加工精度；2.夹具的总体方案应与生产纲领相适应；3.安全、方便、减轻劳动强度；4.排屑顺畅；5.机床夹具应有良好的强度、刚度和工艺性。

4、机床夹具的组成成分有哪些？那些不可缺少？

答：1.定位元件及定位装置；2.夹紧原件及夹紧装置；3.夹具体；4.动力装置；5. 导向及对刀元件；6.其他元件及装置。前三项不可缺少。

5、什么是爬行现象？消除爬行现象都有哪些措施？

答：当运动部件低速运动时，主动件匀速运动，从动件往往出现明显的速度不均匀的跳跃式运动，即时走时停或快或慢得现象，这种在低速运动时产生的运动不平稳称为爬行。

措施：1.减少静动摩擦系数之差；2.提高传动机构刚度；3.降低移动件质量。

6、导轨的功用是什么？

承受载荷和导向。直线运动导轨的截面形状：矩形、三角形、燕尾形、圆柱形。

7、主变速传动系设计的一般原则是什么？

答：1.传动副前多后少；2.传动顺序与扩大顺序相一致（前密后疏）；3.变速组的降速前慢后快，中间轴转速不宜超过电机转速。

8、机械制造装备设计可分为：创新设计、变型设计、模块化设计三大类。

创新设计：从无到有

变型设计：常采用适应型和变参数型设计方法。两种方法都是在原有基础上，

适应性设计：通过改变更换部分部件或结构

9、机械制造装备如何分类？

答：加工装备、工艺装备、仓储传送装备和辅助装备。

10、机械制造装备一般功能要求有哪些？

答：机械制造装备应满足的一般功能包括：1、加工精度方面的要求；2、强度、刚度和抗震性方面的要求；3、加工稳定性方面的要求；4、耐用度方面的要求；5、技术经济方面的要求。

11、如何提高支承件的静刚度和固有频率？

答：根据支承件受力情况，合理的选择支承件的材料、截面形状、尺寸和壁厚，合理的布置肋板和肋条，以提高结构整体和局部的抗弯刚度和抗扭刚度；可以用有限元方法进行定量分析，以便在较小量下得到较高的静刚度和固有频率；在刚度不变的前提下，减小质量可以提高支承件的固有频率，改善支承件间的接触刚度以及支承件与地基连接处的刚度。

12、支承件的形状：箱型类、板块类、梁类。

13、主轴部件主支承常用滚动轴承有哪些？

答：1.角接触球轴承（极限转速较高）；2.双列短圆柱滚子轴承（可调整径向间隙和预紧）；

3.圆锥滚子轴承（发热较多）；5.双向推力角接触球轴承（允许的极限转速比推力球轴承高）。

14、典型的主轴轴承配置形式及其特点？

答：1.速度型：主轴前后轴承都采用角接触球轴承。有良好的高速性能，但承载能力较小。

2.刚度型：前轴承采用双列圆柱滚子轴承承受径向载荷，60°角接触双列推力球轴承承受轴向载荷，后轴承采用双列圆柱滚子轴承。适用于中等转速和切削负载较大、要求刚度高的机床。

3.刚度速度型：前轴承采用三联角接触球轴承，后轴承采用双列圆柱滚子轴承。外侧的两个角接触球轴承大口朝向主轴工作端，承受主要方向的轴向力；第三个角接触球轴承则通过轴套与外侧的两个轴承背靠背配套，使三联角接触球轴承有一个较大的支撑跨距，以提高承受颠覆力矩的刚度。

15、扩大传动系变速范围的方法有哪些？

答：1.增加变速组；2.采用背轮机构；3.采用双公比的传动系；4.采用分支传动。

16、主传动系的传动方式主要有两种：集中传动方式和分离传动方式。

17、机床振动分为：受迫振动、自激振动和自由振动。

18、机床精度分为：1.几何精度；2.运动精度；3.传动精度；4.定位精度和重复定位精度；5.工作精度；6.精度保持性。

19、什么是机床运动功能式？

答：运动功能式表示机床的运动个数、形式（直线、回转）、功能（主运动、进给运动、非成型运动）及排列顺序，是描述机床运动功能最简洁的表达式。

20、机床设计方法是什么？对于柔性制造系统FMS而言，“以机床为主的系统设计”和“以系统为主的机床设计”有何不同？

答：机床设计方法是根据其设计类型而定的。通用机床采用系列化设计方法；系列中基型产品属于创新设计类型；其他属变形设计类型。有些机床如组合机床属组合设计类型。 “以机床为主设计系统”是根据现有机床的特点来设计FMS；而“以系统为主设计机床”则是在机床设计时就要考虑它如何更好地适应FMS等先进的制造系统的要求。

21、实现自动化的方法从初级到高级依次为：凸轮控制、程序控制、数字控制和适应控制等。

22、机械制造装备创新设计有那几个阶段？

答：经过产品规划、方案设计、技术设计和施工设计等四个阶段。

第二、三章习题与答案

1、机床设计的主要内容及步骤是什么？

1、确定结构原理方案

a、用途

b、生产率

c、性能指标

d、主要参数

e、驱动方式

f、结构原理

g、成本及生产周期

2、总体设计

a 、总体设计的内容运动功能设计、基本参数设计、传动系统设计、总体机构布局设计、控制系统设计

b 、总体方案综合评价与选择

c 、总体方案的设计修或优化

3、机构设计

4、工艺设计

5、机床整机综合评价

6、定型设计

2、机床设计的基本理论有哪些？其定义、原理、要求如何？

1、机床的运动学原理

定义：研究、分析和实现机床期望的加工功能所需的运动配置

原理：通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件上多余的金属材料，使工件具有要求的尺寸和精度的几何形状

2、精度

定义：机床的精度包括几何精度、传动精度、运动精度、定位和重复定位精度、工作精度和精度保持性等

3、刚度

定义:机床刚度指机床系统抵抗变形的能力。

4、抗振性

定义：机床抗振性指机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能力。

5、热变形

产生原因：机床工作时受到内部热源（如电动机、液压系统，机械磨擦副，切削热）和外部热源（如环境温度，周围热源辐射等）的影响，使机床各部分温度发生变化，因不同的材料的热膨胀系数不同，机床各部分的变形不同，导致机床产生热变形。

6、噪声

噪声：机床工作时产生各种不同的振动，这些不同频率，不同振幅的振动将产生不同频率、不同强度的声音，这些声音无规律地组合在一起即成为噪声。

7、低速运动平稳性

爬行：机床上有些运动部件，需要作低速或微小位移。当运动部件低速运动时，主动件匀速运动，被动件往往出现明显的速度不均匀的跳跃式运动，即：时走时停，时快时慢的现象——爬行。

3、机床系列型谱的含义是什么？

机床系列型谱就是综合地表明机床产品规格参数的系列性与机构相似性的表。

4、机床的基本工作原理是什么？

通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件上多余的金属材料，使工件具有要求的尺寸和精度的几何形状。

5、工件表面的形成原理是什么？

任何一个表面都可以看成是一条曲线（或直线）沿着另一条曲线（或直线）运动的轨迹。这两条曲线（或直线）称为该表面的发生线，前者称为母线，后者称为导线。而加工表面的发生线是通过刀具切削刃和工件接触并发生相对运动而形成的。

6、工件表面发生线的形成方法有哪些？

发生线的形成的四种方法：轨迹法（描述法）、成形法（仿形法）、相切法（旋切法）、展成法（创成法）。

7、工件表面的形成方法是什么？

是母线形成方法和导线形成方法的组合。因此，加工表面形成所需的刀具与工件之间的相对运动也是形成母线和导线所需相对运动的组合。

8、机床的主运动与形状创成运动关系如何？进给运动与形状创成运动的关系如何？

成形运动：完成一个表面的加工所必需的最基本的运动

成形运动分为：1、主要运动：它是切除加工表面上多余的金属材料的主要运动，运动速度高

2、形状创形运动：它的功能是用来形成工件加工表面的发生线。

当形状创形运动中不包含主运动“形状创形运动”与“进给运动”两词等价；当形状创形运动中包含主运动“形状创形运动”与“成形运动”两词等价。

9、机床上复合运动、内联系传动链、运动轴的联动的含义及关系如何？

复合运动：与其它运动之间有严格的运动关系。

内联系传动链：传动链的两个末端件的转角或位移量之间如果有严格的比例关系要求，这样的传动链称为内联系传动链

运动轴的联动：各运动轴之间由一定的比例关系实现共同运动

关系：对机械传动的机床来说，复合运动是通过内联系传动系来实现的。对于数控机床，复合运动是通过运动轴的联动来实现的

10、机床运动功能法案设计的方法及步骤如何？

1、工艺分析

对所设计的机床的工艺范围进行分析（普通机床，加工对象为工件群，选几个典型工件进行分析）选择确定加工方法（同一个表面有多种加工方法）

2、选取坐标系

坐标系的规定：用直角坐标系，沿X、Y、Z轴的直线运动符号及运动量仍用X、Y、Z 表示，绕X、Y、Z轴的迴转运动用A、B、C表示，其运动量用α、β、γ表示。

3、写出机床运动功能式

方法：左边写工件W、右边写刀具T、中间写运动，按运动顺序排列，用“/”分开4、画出机床运动功能图

运动功能图：是将机床的运动功能式用简洁的符号和图形表达出来，是机床传动系统设计的依据。

5、绘制机床传动原理图

机床的运动功能图只表示运动的个数、形式、功能及排列顺序，不表示运动之间的传动关系。

传动原理图：表示动力源与执行件，不同执行件之间的运动及传动的关系图。

11、数控机床的坐标系如何选取？

数控机床的坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系，规定直角坐标X、Y、Z三者的关系及其正方向用右手定则制定。

标准规定：平行于主轴的坐标轴为Z轴，取刀具远离工件的方向为正向（+Z），X轴为水平方向，且垂直于Z轴。

12、机床运动功能式和运动功能图表达的含义是什么？

运动功能式表示机床的运动个数、形式（直线运动X、Y、Z或迴转运动A、B、C）、功能（主运动p、进给运动f、非成形运动a）及排列顺序。

运动功能图：是将机床的运动功能式用简洁的符号和图形表达出来，是机床传动系统设计的依据

13、虚拟轴机床的原理是什么？有哪些特点？

虚拟轴机床又称并联机床,实质上是机器人技术和机床技术相结合的产物。

特点：1、优点：比刚度高、响应速度快及运动精度高。

2. 缺点：运动空间小、空间可转角度（灵活性）小、开放性差。

14、机床的传动原理如何表现？它与机床运动功能图的区别是什么？

传动原理图：表示动力源与执行件，不同执行件之间的运动及传动的关系图。

机床的运动功能图只表示运动的个数、形式、功能及排列顺序，不表示运动之间的传动关系。

15、机床运动分配式的含义是什么？

运动功能分配设计是确定运动功能式中“接地”的位置，用“·”符号表示，“·”符号左侧的运动由工件完成，右侧的运动由刀具完成。机床的运动功能式中添加上“·”接地符号后，称为运动分配式。

16、机床总体结构概略设计过程大致如何？

①确定末端执行件的概略形状与尺寸。

②设计末端执行件与其相邻的下一个功能部件的结合部的形式，概略尺寸选择并确定导轨的类型及尺寸。

③根据导轨接合部的设计结果和该运动的行程尺寸，同时考虑部件的刚度要求，确定下一个功能部件（即滑台侧）的概略形状与尺寸。

④重复上述过程，直到基础支承件（底座、立柱、床身等）设计完毕。

⑤若要进行机床结构模块设计，可将功能部件细分成子部件，根据制造厂的产品规划，进行模块提取与设置。

⑥初步进行造型与色彩设计。

⑦机床总体结构方案的综合评价。

17、机床的主参数及尺寸参数根据什么确定？

机床主参数：代表机床规格大小及反映机床最大工作能力的一种参数。《GB/T15375-94 金属切削机床型号编制方法》

尺寸参数—指机床的主要结构尺寸参数,包括: ①与被加工件有关的尺寸：

②标准化工具或夹具的安装面尺寸

18、机床的运动参数如何确定？驱动方式如何选择？数控机床与普通机床确定方法有什么不同？

1、主运动参数

迴转式主运动的机床其主运动参数为主轴转速

①最低（nmin）和最高（nmax）转速的确定

②主轴转速的合理排列

③标准公比φ值和标准转速数列

④公比的选用

⑤变速范围Rn，公比φ和级数Z的关系

2、进给量的确定

3、变速形式与驱动方式选择

驱动方式：电动机驱动、液压驱动驱动方式的选择主要是根据机床的变速形式和运动特性要求来确定的。

数控机床一般采用伺服电动机无机变速形式

其他机床多采用有级变速形式或无极与有级变速的组合形式

19、机床的动力参数如何确定？数控机床与普通机床的确定方法有什么不同？动力参数：机床驱动的各种电动机的功率或扭矩。

通过类比法、相似机床试验法和计算方法确定

对于数控机床的进给运动，伺服电动机按扭矩选择。

20、机床主传动系都有哪些类型？由哪些部分组成？

1、按驱动主传动的电动机类型

2、按传动装置类型

分机械传动、液压传动、电气传动、以及它们的组合

3、按变速的连续性

分级变速传动和无级变速传动

21、什么是传动组的级比和级比指数？常规变速传动系的各传动组的级比指数

有什么规律？

级比：指主动轴上同一点传往被动轴相邻两传动线的比值

或：变速组内相邻传动比之比，即较大的传动比与相邻的较小传动比之比

级比指数：级比中的指数Xi 值，它的物理意义为相邻两传动线与被动轴交点之间相距的格

数设计时要使主轴转速为连续的等比数列，必须有一个变速组的级比指数为1，称此变速组为

基本组。基本组的级比指数用X0表示，X0=1，第二扩大组的作用是将第一扩大组扩大的变

速范围第二次扩大，其级比指数为X2等于基本组的传动副数和第一扩大组传动副数的乘积

如有更多的变速组，则依次类推。

22、数控机床主传动系设计有哪些特点？

数控机床主传动系设计特点：1、主传动采用直流或交流电动机无级调速

2、数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计

3、数控机床高速主传动设计

23、进给传动系设计要能满足的基本要求是什么？

进给传动系设计应满足的基本要求：

1、足够的静刚度和动刚度。

2、良好的快速响应性，低速微量进给不爬行，运动平稳，灵敏度高。

3、抗振性好，不会因摩擦自振而引起传动件的抖动或齿轮传动冲击。

4、足够的调速范围：保证实现所要求的进给量，适应不同材料，不同刀具，不

同零件要求的加工，传递较大扭矩。

5、传动精度、定位精度要高。

6、结构简单，加工、装配工艺性好，调整维修方便，操纵轻便灵活。 24、试述进给传动与主传动相比较，有哪些不同的特点？

1、进给传动是恒扭矩传动（驱动进给运动的传动件是恒扭矩传动）

2、进给传动系中各传动件的计算转速是其最高转速

故各传动件（包括轴和齿轮）受的扭矩为：

Ti=T 末·n 末/ni=T 末·ui

3、进给传动的转速图为前疏后密结构

4、进给传动的变速范围Rn ≤14

m N P T f f f ?=电电η9550),,2,1,0( )()(min max j i u u R i i i L ==升进8.251≤≤μ

25、进给伺服系的驱动部件有哪几种类型？其作用和应用范围怎么样？

伺服驱动部件：1、步进电机：将电脉冲信号变换成角位移（或线位移）的一种机电式数模转换器

适用于中、小型机床和速度季度要求不高的地方

2、直流伺服电机：一种能直接将电能转化为直线运动机械能的电力驱动装

置

常用于高速轻载的小型数控机床中

3、交流伺服电机：将电动机的电压矢量或电流矢量作操作量，控制其幅值

和相位

常用于中小型数控机床

26、试述滚珠丝杠螺母机构的特点，其支撑方式有哪几种？

滚珠丝杠是将旋转运动转换成执行件的直线运动的运动转换机构

载荷特点：主要承受轴向载荷，对丝杠轴承的轴向精度和刚度要求较高，采用角接触轴承或双向推力园柱滚子与滚针轴承的组合。

滚珠丝杠的支承方式：1、一端固定，一端自由：用于短丝杠与竖直丝杠

2、一端固定，一端简支：用于较长的卧式安装丝杠

3、两端固定：用于长丝杠或高转速，要求高抗压刚度场合

27、主轴部件应满足那些基本要求？

主轴部件应满足的基本要求：

1、旋转精度：概念：主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动的条件下，在

安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。

影响因素：旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度径向跳动影响因素：主轴轴颈的园度、轴承滚道及滚子园度、主轴及回转件的动平衡。

轴向跳动影响因素：轴承支承端面，轴肩的垂直度，止推轴承的滚道及滚子误差。

轴、径向跳动影响因素：主轴主要定心面的轴、径向跳动（锥孔误差，mol精度。）

2、刚度：概念：主轴部件的刚度指其在外载荷作用下抵抗变形的能力

静刚度：作用力是静力引起的弹性变形

动刚度：作用力是交变力引起的弹性变形

影响因素：主轴的尺寸和形状，滚动轴承的类型和数量、预紧和配置形式、传动件的布置方式、主轴部件的制造和装配质量

3、抗振性：概念：抗振性指抵抗受迫振动和自激振动的能力

影响因素：主轴部件的静刚度，质量分布及阻尼

4、升温和热变形

5、精度保持性：概念精度保持性指长期地保持其原始制造精度的能力

影响因素磨损，主轴轴承、轴颈表面、装夹工件刀具的定位表面的磨损

28、主轴轴向定位方式有哪几种？各有什么特点？适用场合？

（1）前端配置两个方向的推力轴承都分布在前支承处

特点：在前支承处轴承较多，发热大，升温高；但主轴承受热后向后伸，不影响轴向精度。适用范围：用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床

（2）后端配置两个方向的推力轴承都布置在后支承处。

特点：发热小、温度低，主轴受热后向前伸长，影响轴向精度

适用范围：用于普通精度机床，立铣，多刀车床。

（3）两端配置两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支承处

特点：这类配置方案当主轴受热伸长后，影响轴承的轴向间隙，为避免松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀

适用范围：用于短主轴，如组合机床

（4）中间配置两个方向的推力轴承配置在前支承的后侧

特点：此方案可减少主轴的悬伸量，使主轴热膨胀后向后伸长，但前支承结构复杂，温升可能较高。

29、在支承件设计中，支承件应满足那些要求？

支承件应满足的基本要求

1、有足够的刚度和较高的刚度/质量比

2、较好的动态特性、较大的位移阻抗（动刚度）和阻尼。

3、热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小。

4、排屑通畅，吊运安全，良好的结构工艺性。

30、支承件常用的材料有哪些？有什么特点？

1、铸铁

一般支承件用灰铸铁制成，铸铁铸造性能好，容易获得复杂结构的支承件，铸铁的内摩擦力大，阻尼系数大，使振动衰减的性能好，成本低。

2、钢板焊接结构

用钢板和型钢等焊接支承件，制造周期短，可制成封闭结构，刚性好，便于产品更新和结构改进，且固有频率比铸铁高，在同刚度情况下，可减轻重量。

3、预应力钢筋混凝土

主要用于制作补偿移动的大型机械机身、底座、支柱等支承件。预应力钢筋混凝土

支承件的刚度和阻尼比铸铁大几倍，抗振性好，成本低。缺点是脆性大，耐腐蚀性差，油渗入导致材质疏松

4、天然花岗岩

性能稳定，精度保持性好，抗振性好，阻尼系数比钢大15倍，耐磨性比铸铁高5~6倍，导热系数和线胀系数小，热稳定性好，抗氧化性强，不导电，抗磁，与金属不粘合，加工方便，通过研磨和抛光容易得到很高的精度和很低的表面粗糙度值

5、树脂混凝土（人造花岗岩）

刚度高；具有良好的阻尼性能，抗振性好；热容量大，热传导率低，热稳定性高，密度小，质量小，可获得良好的几何形状精度，表面粗糙度值较低，耐腐蚀性好，与金属粘结性强。

31、根据什么原则选择支承件的截面形状，如何布置支撑件上的肋板和肋条？

1、空心截面的刚度比实心大，故支承件用中空形状

2、圆环形截面抗扭刚度比方形好，而抗弯刚度比方形低

3、封闭截面的刚度大于开口截面的刚度，特别是抗扭刚度

肋板的布置取决于支承件的受力变形方向。

水平肋板：提高支承件水平面内弯曲刚度

垂直肋板：提高支承件垂直面内的弯曲刚度

斜向肋板：同时提高支承件的抗弯和抗扭刚度

肋条：一般配置在支承件某一内壁上，主要为了减小局部变形和薄壁振动，提高局部刚度。

32、提高支承件结构刚度和动态性能有哪些措施？

提高支承件结构刚度的主要方法是：根据支承件受力情况合理的选择支撑件的材料、截面形状和尺寸、壁厚，合理的分布肋板和肋条。

提高动态性能的方法：1、改善阻尼特性2、采用新材料制造支承件

33、导轨设计中应满足什么要求？

导轨应满足的基本要求

1、导向精度指动导轨运动轨迹的准确度

2、承载能力大，刚度好，根据承受载荷的性质，方向和大小，合理选择导轨的截面形状和尺寸，使导轨有足够的刚度，保证机床的加工精度。

3、精度保持性好，导轨原始精度丧失的主要原因是磨损

4、低速运动平稳动导轨作低速运动或微量进给时，运动始终平稳，不出现爬行现象。

5、结构简单、工艺性好，易于加工

34、镶条和压板有什么作用？

压板：压板用来调整辅助导轨面的间隙，承受颠覆力矩，用配刮垫片来调整间隙

镶条：镶条用来调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧向间隙，镶条应放在导轨受力较小的一侧

35、导轨的卸荷方式有哪几种？各有什么特点？

1、机械卸荷

2、液压卸荷导轨

3、自动调节气压卸荷导轨

36、试述确定标准公比?的原则？

答：因为转速由min n 至max n 必须递增，所以公比?应大于1；

为了限制转速损失的最大值max A 不大于50%，则相应的公比?不得大于2，故21<

?（2E 为正整数）中取数。

37、对于普通机床，如何确定常用的经济加工直径max d 、min d ？

答：对于普通机床 KD d =max

max min d R d d =

式中：D 为机床能安装的最大工件直径，卧式车床：5.0=K ，摇臂钻床：0.1=K ，

25.0~2.0=d R

38、设计分级变速机床主传动系。

1. 计算公比φ 已知：1001120=R ，Z=8 . 根据 1?=Z R ?, 则7

19.11lg 1lg lg =?=Z R ?, 即：φ=1.41 2．确定传动组、传动副和扩大顺序

根据传动组和传动副拟定原则，可选方案有：① Z=4ⅹ2； ② Z=2ⅹ4；③ Z=2ⅹ2ⅹ2 在方案①，②中，可减少一根轴，但有一个传动组内有四个传动副，增加传动轴轴向长度，所以选择方案③：Z=2ⅹ2ⅹ2

根据前疏后密原则，选择结构式为： 8=21ⅹ22ⅹ24

3. 转速图绘制设计

① 主轴各级转速为：100，140，200，280，400，560，800，1120 r/min

② 确定定比传动比：取轴Ⅰ的转速值为800r/min，则电机轴与轴的传动比为：

.1114408000==i ③ 确定各变速组最小传动比

从转速点800 r/min 到100r/min 共有6格，三个变速组的最小传动线平均下降两格，按照前缓

后急的原则，第二变速组最小传动线下降2格；第一变速组最小传动线下降2-1=1格；第三变速组最小传动线下降2+1=3格。

4. 绘制转速图

第四章

1、工业机器人采用气压驱动以适应重型、低速要求吗？

答：不是。工业机器人采用液压驱动以适应重型、低速要求。

2、机器人的机械结构类型特征，用它的结构坐标形式和___自由度____数表示。

3、工业机器人额定速度是指工业机器人在额

定负载、匀速运动过程中，机械接口中心的____最大速度_____。

4、分析推导

1．试述图1所示谐波减速器工作原理，

答：（1）柔轮在波发生器作用下变成椭圆，使其长轴两端的齿与刚轮完全啮合，短轴完全脱开，其余的齿视回转方向的不同分别处于“啮入”、“啮处”状态，由于柔轮比刚轮少两个齿，当波发生器连续回转时，啮入啮出区将随着椭圆长短轴的相位的变化而依次变化，于是柔轮就相对于不动的刚轮沿波发生器转向相反的方向作低速回转。

第六章

1、机械加工线上工件在机床间传递和运送，为什么要采用随行夹具？

答：对于结构形状比较复杂而缺少可靠运输基面的工件或质地较软的有色金属工件，应将工件先定位夹紧在随行夹具上，和随行夹具一起传送、定位和夹紧在机床上进行加工。

2、简述自动化仓库的工作过程。

答：1)进库堆垛机停在巷道起始位置，待入库的货物已放置在出入库装卸站上，由堆垛机的货叉将其取到装卸托盘上。

2)传送计算机控制堆垛机在巷道行走，装卸托盘沿堆垛机铅直导轨升降，自动寻址向存入仓位进行。

3)入库装卸托盘到达存入仓库前，装卸托盘上的货叉将托盘上的货物送进存入仓位。

4)出库堆垛机到达调出仓位，货叉将该仓位中的货物取出，放在装卸托盘上。

5)返回原始位置堆垛机带着取出的货物返回起始位置，货叉将货物从装卸托盘送到出入库装卸站。

3、毛坯不便于自动定向而加工循环时间又较长采用料斗送料机构吗？

答：毛坯不便于自动定向而加工循环时间又较长采用料仓送料机构。

4、自动运输小车按其运动的原理划分，有有轨和无轨两大类。

5、一个料斗同时向几台机床供料时，通常使用[ D ]。

A.上料器

B. 隔料器

C.减速器

D. 分路器

第七章

1、对于加工形状复杂、加工工序较多，并有一定批量的多种零件，宜建立什么样的机械加工生产线？该生产线应选用哪些加工装备？

答：采用柔性制造生产线。

用高度自动化的多功能柔性加工设备，例如加工中心和数控机床等。

2、在生产线专用机床的总体设计中，“三图一卡”的设计工作指的是什么？

答：（1）被加工零件工序图，

（2）加工示意图

（3）机床总联系尺寸图

（4）生产率计算卡。

3、柔性制造系统一般由哪几部分组成？

答：1）标准的数控机床或制造单元；2）一个在机床和装夹工位之间运送零件和刀具的传送系统；3）一个发布指令，协调机床、工件和刀具传送装置的总监控系统；4）

中央刀具库及其管理系统；5）自动化仓库及其管理系统。

机械设计基础题库及答案(徐刚涛全)

《机械设计基础》习题与答案目录第1章绪论第2章平面机构的结构分析第3章平面连杆机构第4章凸轮机构第5章间歇运动机构第6章螺纹联接和螺旋传动第7章带传动第8章链传动第9章齿轮传动第10章蜗杆传动第11章齿轮系第12章轴与轮毂连接第13章轴承第14章联轴器、离合器和制动器第15章回转体的平衡和机器的调速

第1章绪论思考题 1．机器、机构与机械有什么区别？各举出两个实例。 2．机器具有哪些共同的特征？如何理解这些特征？ 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。答：1、机器：①人为的实物组合体； ②每个运动单元（构件）间具有确定的相对运动； ③能实现能量、信息等的传递或转换，代替或减轻人类的劳动；实例：汽车、机床。机构：①人为的实物组合体； ②每个运动单元（构件）间具有确定的相对运动；实例：齿轮机构、曲柄滑块机构。机械是机器和机构的总称。机构与机器的区别在于：机构只用于传递运动和力，机器除传递运动和力之外，还具有变换或传递能量、物料、信息的功能或完成有用的机械功； 2、同上。 3、零件是机械制造的的最小单元体，是不可拆分的，构件是机械运动的最小单元体它有可能是单一的一个零件，也有可能是若干个零件组合而成，内燃机中的连杆，就是由连杆体1、连杆盖2、轴套3、轴瓦 4、螺杆5和螺母6等零件联接而成的，在制造中几个零件分别加工，装配成连杆后整体运动。通用零件，如齿轮、轴、螺母、销、键等。第2章平面机构的结构分析一、填空题 1、两构件通过面接触所构成的运动副称为低副，其具有2约束。 2、机构具有确定相对运动的条件是主动件数目=自由度。 3、4个构件在同一处以转动副相联，则此处有3个转动副。 4、机构中不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。答：1.低副、2. 2. 主动件数目=自由度 3. 3 4．虚约束二、综合题 1、计算下图所示机构的自由度，并判断该机构是否具有确定的相对运动。若有复合铰链、局部自由度、虚约束请明确指出。

机械设计基础课后习题答案全

7-1解：（1）先求解该图功的比例尺。（2 ）求最大盈亏功。根据图7.5做能量指示图。将和曲线的交点标注，，，，，，，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-” 号，然后根据各自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.6）如下：首先自向上做，表示区间的盈功；其次作向下表示区间的亏功；依次类推，直到画完最后一个封闭矢量。由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功，其绝对值为：（3 ）求飞轮的转动惯量曲轴的平均角速度：；系统的运转不均匀系数：；则飞轮的转动惯量：

图7.5图7.6 7-2 图7.7 图7.8 解：（1）驱动力矩。因为给定为常数，因此为一水平直线。在一个运动循环中，驱

动力矩所作的功为，它相当于一个运动循环所作的功，即：因此求得：（2）求最大盈亏功。根据图7.7做能量指示图。将和曲线的交点标注，，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-”号，然后根据各自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.8）如下：首先自向上做，表示区间的盈功；其次作向下表示区间的亏功；然后作向上表示区间的盈功，至此应形成一个封闭区间。由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功。欲求，先求图7.7中的长度。如图将图中线1和线2延长交于点，那么在中，相当于该三角形的中位线，可知。又在中，，因此有：，则

根据所求数据作出能量指示图，见图7.8，可知最大盈亏功出现在段，则。（3）求飞轮的转动惯量和质量。 7-3解：原来安装飞轮的轴的转速为，现在电动机的转速为，则若将飞轮安装在电动机轴上，飞轮的转动惯量为： 7-4解：（1）求安装在主轴上飞轮的转动惯量。先求最大盈亏功。因为是最大动能与最小动能之差，依题意，在通过轧辊前系统动能达到最大，通过轧辊后系统动能达到最小，因此：则飞轮的转动惯量：（2）求飞轮的最大转速和最小转速。

机械设计基础第七版课后习题答案

机械设计基础第七版课后习题答案第一章 1-1什么是运动组合？高对和低对有什么区别？答:运动副:使两个部件直接接触并能产生一定的相对运动联系。平面低副-所有表面接触的运动副分为旋转副和移动副。平面高副-与点或线接触的运动副。 1-2什么是机构运动图？它是做什么的？答:简单的线和符号用于表示部件和运动副，每个运动副的位置按比例确定，以表示机构的组成和传动。如此绘制的简明图形称为机构运动图。功能:机构的运动图不仅能显示机构的传动原理，还能通过图解法找出机构上各相关点的运动特性(位移、速度和加速度)。在分析和设计机构时，表达机构的运动是一种简单而科学的方法。 1-3平面机构有确定运动的条件是什么？答:如果机构的自由度f大于0且等于活动部件的数量，则确定机构部件之间的相对运动；这是机构有确定运动的条件。(复习关于自由度的四个结论P17)第2章 2-1曲柄摇杆机构的快速返回特性和死点位置是什么？答:急回特性:当曲柄以相同速度旋转时，摇杆的往复速度不同。反向冲程期间摇臂的平均摆动速度必须大于正常冲程期间的平均摆动速度，这是快速返回特性。死点位置:摇杆是驱动部分，曲柄是从动部分。当曲柄与连杆共线时，摇杆通过连杆施加到曲柄上的驱动力f刚好经过曲柄的旋转中心，因此不会产生转动曲柄的力矩。该机构的位置称为死点位置。也就是说，机构从动件卡住或运动不确定的位置称为死点位置(从动件的驱动角？=0).第三章 3-2通常用什么方法保持凸轮与从动件接触？答:力锁:使用重力、弹簧力或其他外力来保持从动件始终与凸轮轮廓接触。

形状锁定:使用高副元件本身的几何形状，使从动件始终与凸轮轮廓接触。 3-3什么是刚性冲击和柔性冲击？如何避免刚性冲击？答:刚性冲击:从动件的速度在运动开始和推动过程结束的瞬间突然变为零。理论上，加速度是无限的，导致无限的惯性力。该机构受到很大冲击，这被称为刚性冲击。柔性冲击:当从动构件以相等的加速度或减速度运动时，从动构件的惯性力也会在某些加速度突变点发生有限的突变，从而产生冲击。这种由有限突变引起的冲击比由无限惯性力引起的刚性冲击要软得多，所以它被称为柔性冲击。避免刚性冲击的方法:为了避免刚性冲击，已知运动规律的两段运动，即开始和结束，经常被修改以逐渐增加和降低速度。让随动件按照正弦加速度运动(既不是刚性运动也不是柔性冲击)第4章 4-1棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构的运动特点是什么？给出了这些间歇运动机构的应用实例。答:槽轮机构特点:结构简单，运行可靠。它通常用于只需要恒定旋转角度的分度机构。停止运动主要取决于槽的数量和圆柱销的数量(运动系数)用途:适用于低转速、间歇旋转的设备。例如:电影放映机纺织机械的自动传动链装置棘轮机构的特点:这种齿形棘轮至少有一个齿距的过程变化，工作时会发出噪音。应用:起重机绞车成型机横向进给机构计数器不完全齿轮机构的特点:普通齿轮传动，只是轮齿不是分布在整个圆周上。主动轮上的锁定弧和从动轮上的锁定弧相互配合锁定，保证从动轮停在预定位置。应用:各种计数器多站自动机半自动机第6章 6-1设计机械零件时应满足哪些基本要求？答:足够的强度和刚度、摩擦和耐磨性、耐热性和抗振性(衡量机械零件工作能力的标准)。

机械设计基础考试题库及答案汇总

一、名词解释 1.机械： 2.机器： 3.机构： 4.构件： 5.零件： 6.标准件： 7.自由构件的自由度数： 8.约束： 9.运动副： 10.低副： 11.高副： 23.机构具有确定运动的条件： 24.死点位置： 25.急回性质： 26.间歇运动机构： 27.节点： 28.节圆： 29.分度圆： 30.正确啮合条件： 31.连续传动的条件： 32.根切现象： 33.变位齿轮： 34.蜗杆传动的主平面： 35.轮系： 36.定轴轮系： 37.周转轮系： 38.螺纹公称直径：螺纹大径。39.心轴： 40.传动轴： 41.转轴：二、填空题 1. 机械是（机器）和（机构）的总称。 2. 机构中各个构件相对于机架能够产生独立运动的数目称为（自由度）。 3. 平面机构的自由度计算公式为：（F=3n-2P L -P H ）。 4. 已知一对啮合齿轮的转速分别为n 1、n 2，直径为D 1、D 2，齿数为z 1、z 2，则其传动比i= （n 1/n 2）= （D 2/D 1）= （z 2/ z 1）。 5. 铰链四杆机构的杆长为a=60mm ，b=200mm ，c=100mm ，d=90mm 。若以杆Ｃ为机架，则此四杆机构为（双摇杆机构）。 6. 在传递相同功率下，轴的转速越高，轴的转矩就（越小）。 7. 在铰链四杆机构中，与机架相连的杆称为（连架杆），其中作整周转动的杆称为（曲柄），作往复摆动的杆称为（摇杆），而不与机架相连的杆称为（连杆）。 8. 平面连杆机构的死点是指（从动件与连杆共线的）位置。 9. 平面连杆机构曲柄存在的条件是①（最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和）②（连架杆和机架中必有一杆是最短杆）。 10. 平面连杆机构的行程速比系数Ｋ=1.25是指（工作）与（回程）时间之比为（1.25），平均速比为（1：1.25）。 11. 凸轮机构的基圆是指（凸轮上最小半径）作的圆。 12. 凸轮机构主要由（凸轮）、（从动件）和（机架）三个基本构件组成。 13. 带工作时截面上产生的应力有（拉力产生的应力）、（离心拉应力）和（弯曲应力）。 14. 带传动工作时的最大应力出现在（紧边开始进入小带轮）处，其值为：σmax=σ1＋σb1＋σc 。 15. 普通Ｖ带的断面型号分为（Y 、Z 、A 、B 、C 、D 、E ）七种，其中断面尺寸最小的是（Y ）型。 16. 为保证齿轮传动恒定的传动比，两齿轮齿廓应满足（接触公法连心线交于一定点）。 17. 渐开线的形状取决于（基）圆。 18. 一对齿轮的正确啮合条件为：（m 1 = m 2）与（α 1 = α2）。 19. 一对齿轮连续传动的条件为：（重合度1>ε）。 20. 齿轮轮齿的失效形式有（齿面点蚀）、（胶合）、（磨损）、（塑性变形）和（轮齿折断）。 21. 一对斜齿轮的正确啮合条件为：（m 1 = m 2）、（α 1 = α2）与（β1=-β2）。 22. 蜗杆传动是由（蜗杆、蜗轮）和（机架）组成。 23. 通过蜗杆轴线并垂直蜗轮轴线的平面称为（中间平面）。 24. 常用的轴系支承方式有（向心）支承和（推力）支承。 25. 轴承6308，其代号表示的意义为（6：深沟球轴承、3：直径代号，08：内径为Φ40）。 26. 润滑剂有（润滑油）、（润滑脂）和（气体润滑剂）三类。 27. 列举出两种固定式刚性联轴器（套筒联轴器）、（凸缘联轴器）。 28. 轴按所受载荷的性质分类，自行车前轴是（心轴）。 29. 普通三角螺纹的牙形角为（60）度。 30. 常用联接螺纹的旋向为（右）旋。 31. 普通螺栓的公称直径为螺纹（大）径。 32. 在常用的螺纹牙型中（矩形）形螺纹传动效率最高，（三角）形螺纹自锁性最好。 33. 减速器常用在（原动机）与（工作机）之间，以降低传速或增大转距。 34. 两级圆柱齿轮减速器有（展开式）、（同轴式）与（分流式）三种配置齿轮的形式。 35. 轴承可分为（滚动轴承）与（滑动轴承）两大类。 36. 轴承支承结构的基本形式有（双固式）、（双游式）与（固游式）三种。 37. 轮系可分为（平面轮系）与（空间轮系）两类。 38. 平面连杆机构基本形式有（曲柄摇杆机构）、（双曲柄机构）与（双摇杆机构）三种。 39. 凸轮机构按凸轮的形状可分为（盘形凸轮）、（圆柱凸轮）与（移动凸轮）三种。 40. 凸轮机构按从动件的形式可分为（尖顶）、（滚子）与（平底）三种。 41. 变位齿轮有（正变位）与（负变位）两种；变位传动有（等移距变位）与（不等移距变位）两种。 42. 按接触情况，运动副可分为（高副）与（低副）。 43. 轴上与轴承配合部分称为（轴颈）；与零件轮毂配合部分称为（轴头）；轴肩与轴线的位置关系为（垂直）。 44. 螺纹的作用可分为（连接螺纹）和（传动螺纹）两类。 45. 轮系可分为（定轴轮系）与（周转轮系）两类。 46. 常用步进运动机构有（主动连续、从动步进）与（主动步进、从动连续）两种。 47. 构件是机械的（运动）单元；零件是机械的（制造）单元。 48. V 带的结构形式有（单楔带）与（多楔带）两种。三、判断题 1. 一个固定铰链支座，可约束构件的两个自由度。× 2. 一个高副可约束构件的两个自由度。× 3. 在计算机构自由度时，可不考虑虚约束。× 4. 销联接在受到剪切的同时还要受到挤压。√ 5. 两个构件之间为面接触形成的运动副，称为低副。√ 6. 局部自由度是与机构运动无关的自由度。√ 7. 虚约束是在机构中存在的多余约束,计算机构自由度时应除去。√ 8. 在四杆机构中，曲柄是最短的连架杆。× 9. 压力角越大对传动越有利。× 10. 在曲柄摇杆机构中，空回行程比工作行程的速度要慢。× 11. 偏心轮机构是由曲柄摇杆机构演化而来的。√ 12. 曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构演化而来的。√ 13. 减速传动的传动比i ＜1。× 14. Ｙ型Ｖ带所能传递的功率最大。× 15. 在Ｖ带传动中，其他条件不变，则中心距越大，承载能力越大。× 16. 带传动一般用于传动的高速级。× 17. 带传动的小轮包角越大，承载能力越大。√ 18. 选择带轮直径时，直径越小越好。× 19. 渐开线上各点的压力角不同，基圆上的压力角最大。× 20. 基圆直径越大渐开线越平直。√ 21. 设计蜗杆传动时，为了提高传动效率，可以增加蜗杆的头数。 √ 22. 在润滑良好的闭式齿轮传动中，齿面疲劳点蚀失效不会发生。 × 23. 只承受弯矩而不受扭矩的轴，称为心轴。√ 24. 螺钉联接用于被联接件为盲孔，且不经常拆卸的场合。√ 25. 挤压就是压缩。 × 26. 受弯矩的杆件，弯矩最大处最危险。× 27. 仅传递扭矩的轴是转轴。√ 28. 低速重载下工作的滑动轴承应选用粘度较高的润滑油。√ 29. 代号为6310的滚动轴承是角接触球轴承。×

机械设计课后习题答案及解析

3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数6 0105?=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 [解] MPa 6.37310 710518093 6 9 10111=???==--N N σσN MPa 3.324105.210 51809469 20112=???==--N N σσN MPa 0.227102.610 518095 69 30113=???==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。 [解] )170,0(' A )0,260(C 0 12σσσΦσ-= -Θ σ Φσσ+= ∴-121 MPa 33.2832 .01170 21210=+?=+= ∴-σΦσσ 得)2 33.283,233.283(D ' ，即)67.141,67.141(D ' 根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D ' 按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示

3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。 [解] 因 2.14554 ==d D ，067.045 3==d r ，查附表3-2，插值得88.1=ασ，查附图3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即 ()()69.1188.178.0111k =-?+=-α+=σσσq 查附图3-2，得75.0=σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1=q β，则 35.21 1191.0175.069.1111k =???? ??-+=? ??? ??-+=q σσσσββεK ( )()()35.267.141,67.141,0,260,35 .2170 ,0D C A ∴ 根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图 3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =σ，应力幅MPa 20a =σ，试分别按①C r =② C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。 [解] 由题3-4可知35.2,2.0MPa,260MPa,170s 1-====σσK Φσσ （1）C r = 工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的循环特性不变公式，其计算安全系数 28.220 2.03035.2170 m a 1-=?+?=+= σΦσK σS σσca （2）C σ=m 工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的平均应力不变公式，其计算安全系数 ()()()() 81 .1203035.220 2.035.2170m a m 1-=+??-+=+-+= σσσσca σσK σΦK σS

新版机械设计基础课后习题参考答案

机械设计基础习题参考答案机械设计基础课程组编科技大学机械自动化学院

第2章平面机构的自由度和速度分析 2-1画运动简图。 2-2 图2-38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。 4 3 5 1 2 解答：原机构自由度F=3′3- 2 ′4-1 = 0，不合理， 2-3 试计算图2-42所示凸轮—连杆组合机构的自由度。 b) a)A E M D F E L K J I F B C C D B A 解答：a) n=7; P l =9; P h =2，F=3′7-2 ′9-2 =1 L 处存在局部自由度，D 处存在虚约束 b) n=5; P l =6; P h =2，F=3′5-2 ′6-2 =1 E 、B 处存在局部自由度，F 、C 处存在虚约束 2-4 试计算图2-43所示齿轮—连杆组合机构的自由度。

B D C A (a) C D B A (b) 解答： a) n=4; P l =5; P h =1，F=3′4-2 ′5-1=1 A 处存在复合铰链 b) n=6; P l =7; P h =3，F=3′6-2 ′7-3=1 B 、C 、D 处存在复合铰链 2-5 先计算如图所示平面机构的自由度。并指出图中的复合铰链、局部自由度和虚约束。 A B C D E 解答： a) n=7; P l =10; P h =0，F=3′7-2 ′10 = 1 C 处存在复合铰链。 b) n=7; P l =10; P h =0，F=3′7-2 ′10 = 1 B D E C A c) n=3; P l =3; P h =2，F=3′ 3 -2 ′3-2 = 1 D 处存在局部自由度。 d) n=4; P l =5; P h =1，F=3′ 4 -2 ′5-1 = 1 A B C D E F G G' H A B D C E F G H I J e) n=6; P l =8; P h =1，F=3′ 6 -2 ′8-1 = 1 B 处存在局部自由度，G 、G'处存在虚约束。 f) n=9; P l =12; P h =2，F=3′9 -2 ′12-2 = 1 C 处存在局部自由度，I 处存在复合铰链。

机械设计基础试题库及答案详解DOC

《机械设计基础》试题库一、填空题（机械原理部分） 1．牛头刨床滑枕往复运动的实现是应用了平面四杆机构中的机构。 2．机构具有确定运动的条件是数目与数目相等。 3．平面四杆机构的压力角愈，传力性能愈好。 4．平面四杆机构的传动角愈，传力性能愈好。 5．有些平面四杆机构是具有急回特性的，其中两种的名称是机构、机构。6．在平面四杆机构中，用系数表示急回运动的特性。 7．摆动导杆机构中，以曲柄为原动件时，最大压力角等于度，最小传动角等于度。 8．在摆动导杆机构中，若导杆最大摆角φ= 30°，则其行程速比系数K的值为。9．四杆机构是否存在止点，取决于是否与共线。 10．在铰链四杆机构中，当最短杆和最长杆长度之和大于其他两杆长度之和时，只能获得机构。 11．平面四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和小于其余两杆的长度之和，最短杆为机架，这个机构叫__ 机构。 12．平面连杆机构急回特性系数Ｋ____１时，机构有急回特性。 13．以滑块为主动件的曲柄滑块机构有____个止点位置。 14．凸轮机构主要由、、和三个基本构件组成。 15．盘形凸轮的基圆，是指以凸轮的轮廓的值为半径所作的圆。 16 .在凸轮机构中，从动件的运动规律完全由来决定。 17．据凸轮的形状，凸轮可分为凸轮、凸轮和移动凸轮。 18．凸轮机构的压力角是指的运动方向和方向之间所夹的锐角。 19．在实际设计和制造中，一对渐开线外啮合标准斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是相等、相等、且相反。 20．在实际设计和制造中，一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是、。 21．一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的连续传动条件是。 22．在标准齿轮的分度圆上，与数值相等。 23．斜齿圆柱齿轮传动的重合度比直齿圆柱齿轮传动的重合度，因而承载能力。 24．.渐开线上各点的压力角不等，向径越大，则压力角越，圆上的压力角为零。25．单个齿轮的渐开线上任意点的法线必是圆的切线。 26．渐开线齿轮的五个基本参数是齿数、、、系数和顶隙系数。27．我国规定齿轮标准压力角为度；模数的单位是。 28．齿轮切削加工方法可分为仿形法和范成法，用成形铣刀加工齿形的方法属法，用滚刀加工齿形的方法属法。 29．渐开线齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆称为圆。 30．在普通铣床上用铣刀加工斜齿圆柱齿轮时，刀号据选取。 31．渐开线齿轮的特性称为中心距可分性。 32．齿轮传动最基本的要求是其瞬时传动比必须。 33．用齿条型刀具按范成法加工齿轮，如果切齿结束时，刀具的中线与轮坯分度圆相切，则加工出来的齿轮是齿轮，刀具的中线与轮坯分度圆不相切，则加工出来的齿轮称为齿轮。 34．规定渐开线标准斜齿圆柱齿轮____ 面上的参数为标准值。 35．直齿圆锥齿轮的标准模数规定在____端的圆上。 36．对于正确安装的一对渐开线圆柱齿轮，其啮合角等于圆上的角。 37．在课本上所介绍的间歇运动机构中，其中两种机构的名称是：机构、机构。 38．外槽轮机构由、和机架组成，其中拨盘作转动。（机械零件部分）

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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，p l 4 ， p h 1， p 0，F 0 故： F 3n ( 2p l p h 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）。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： n 3 ，p l 4 ，p h0， F 3n 2 p l p h 1 解： n 4 ，p l 5 ， p h1， F 3n 2 p l p h 1 3、计算图示平面机构的自由度。

解：解：n 7 ，p l10 ， p h0 ， F 3n 2 p l p h 1 n 8 ，p l11 ， p h1， F 3n 2 p l p h 1 ，局部自由度解： n 9 ，p l12 ， p h 2 ， F 3n 2 p l p h 1 解： D,E,FG 与 D，H，J，I 为对称结构，去除左边或者右边部分，可得，活动构件总数为 7，其中转动副总数为 8，移动副总数为 2，高副数为 0，机构自由度为 1。（其中 E、D 及 H 均为复合铰链） 4、试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置（用符号P ij直接标注在图上）。

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机械设计课后习题答案 3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数60105?=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 [解] MPa 6.373107105180936910111=???==--N N σσN MPa 3.324105.2105180946920112=???==--N N σσN MPa 0.227102.61051809569 30113=???==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σ Φ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。 [解] )170,0('A )0,260(C 00 12σσσΦσ-=- σΦσσ+= ∴-1210 MPa 33.2832 .0117021210=+?=+=∴-σΦσσ 得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D ' 根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示

3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D=72mm，d=62mm，r=3mm。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB=420MPa，精车，弯曲，βq=1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。 [解] 因2.1 45 54 = = d D，067 .0 45 3 = = d r，查附表3-2，插值得88.1= α σ ，查附图3-1得78.0≈ σ q，将所查值代入公式，即 ()()69.1 1 88 .1 78 .0 1 1 1 k= - ? + = - α + = σ σ σ q 查附图3-2，得75.0= σ ε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1= q β，则 35 .2 1 1 1 91 .0 1 75 .0 69 .1 1 1 1 k = ?? ? ? ? ? - + = ?? ? ? ? ? - + = q σ σ σ σβ β ε K ()()() 35 .2 67 . 141 , 67 . 141 ,0, 260 , 35 .2 170 ,0D C A ∴ 根据()()() 29 . 60 , 67 . 141 , 0, 260 , 34 . 72 ,0D C A按比例绘出该零件的极限应力线图如下图 3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20 m = σ，应力幅MPa 20 a = σ，试分别按①C r=②C σ= m ，求出该截面的计算安全系数 ca S。 [解] 由题3-4可知35.2 ,2.0 MPa, 260 MPa, 170 s 1- = = = = σ σ K Φ σ σ

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《机械设计基础》课程试题库一、填空题 1.在铰链四杆机构中，双曲柄机构的最短杆与最长杆长度之和小于等于其余两杆长度之和。 2.确定凸轮基圆半径的原则是在保证αmax≤ [ α ]条件下，选择尽可能小的基圆半径。 3.一对齿轮传动中，大、小齿轮的齿根最大弯曲应力通常是不等的。 4.在设计 V 带传动时， V 带的型号是根据计算功率和小带轮转速选取的。 5.对于两级斜齿圆柱齿轮传动，应使中间轴上的两个斜齿轮的旋向相同。 6.滚动轴承主要失效形式是疲劳点蚀和塑性变形。 7.在蜗杆传动中，一般蜗杆头数取Z1= 1、 2、4，蜗杆头数越少，自锁性越好。 8.普通螺纹联接承受横向外载荷时，依靠接合面间的摩擦承载，螺栓本身受预紧力 ___作用，可能的失效形式为断裂。 9.平键联接中，两侧面是工作面，楔形键联接中，上下面是工作面。 10.对于闭式软齿面齿轮传动，主要按接触强度进行设计，而按弯曲强度进行校核。 11.蜗杆传动发热计算的目的是防止温升过高而产生齿面胶合失效。 12.带传动中，带上受的三种应力是拉应力，弯曲应力和离心拉应力。最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮处。 13.链轮的转速高，节距大，齿数少，则链传动的动载荷就越大。 14.轴上的键槽通常采用铣削加工方法获得。 15.联轴器和离合器均可联接两轴，传递扭矩，两者的区别是前者在运动中不能分离，后者可以随时分离。 16.验算非液体摩擦滑动轴承的pv 值是为了防止轴承过热而发生胶合；验算轴承速度v 是为了防止轴承加速磨损或产生巨大热量。普通三角形螺纹的牙型角为___60__度。17.紧螺栓联接按拉伸强度计算时，考虑到拉伸应力和扭转切应力复合作用，应将拉抻载荷增大至 ___1.3____ 倍。 18.受轴向工作载荷的紧螺栓联接，设螺栓刚度 C1 远远小于被联接件的刚度 C2，则不论工作载荷 F 是否变化，螺栓中的总拉力F2接近 ___预紧力 _____。 19.带传动中，带的弹性滑动是带传动的 _____固有 ______特性，是_不可 ______避免的。 20.带传动的最大有效圆周力随着初拉力、包角、摩擦系数的增大而增大。 21.若齿轮传动的传动比、中心距和齿宽不变，增加两轮的齿数和，则弯曲强度____减小_____，接触强度 ______不变 _________。 22. 齿轮传动(大、小齿轮分度圆直径分别为d2、d1 ) 传动比表达式为 __i= d2/ d1____。蜗杆传动（蜗杆分度圆直径d1，蜗杆分度圆柱导程角，蜗轮分度圆直径 d2）传动比表达式为 _______d2/ d1tg___________。

机械设计复习题-标准答案

2012年机械设计自学考试备考试题第二章一、选择填空： 1．如果危险截面上的应力超过零件的强度极限,则发生的失效形式为。C A ．表面破坏Ｂ. 残余变形 C ．整体断裂Ｄ. 功能失效 2．零件设计时,限制零件中的应力不超过允许的限度的设计准则称为。A Ａ. 强度准则Ｂ. 刚度准则 C ．寿命准则Ｄ. 振动稳定性准则３．按照机器的组成原理，变速箱是汽车的。Ｂ A ．原动机Ｂ．传动部分Ｃ. 执行部分 D. 控制系统 4.为了防止零件发生破坏，应采用的设计准则是。D A.刚度准则 B.寿命准则Ｃ.振动稳定性准则 D. 强度准则二、填空题： 1.传动件包括带传动、链传动、摩擦轮传动、蜗杆传动和___＿_____。齿轮传动２.驱动机器完成预定功能的部分称为__＿_____。原动机 3．金属材料尤其是钢铁使用最广；在机械产品中钢铁材料占_＿__＿。90％以上 4. 描述材料的疲劳特性可用最大应力、应力循环次数和______。应力比（或循环特性） 5．机械零件制造中使用最广的金属材料是_________。钢铁 6.机器的基本组成部分为原动机部分、传动部分和。执行部分 7.按照机器的组成原理,发动机是汽车的。原动机部分８.如果作用于零件上的应力超过材料的屈服极限，则零件将发生。塑性变形９. 一部机器的质量基本上取决于______＿＿________。设计阶段 10．机器的设计阶段是决定机器质量的____＿＿__＿______＿。关键第三章一、选择填空： 1．零件表面经淬火、渗氮、喷丸、滚子碾压等处理后，其疲劳强度___＿__。B A.降低 B ．提高Ｃ. 不变 D. 提高或降低视处理方法而定 2.应力的循环特性（应力比)常用“r ”表示，其值为________。D B ．a m σσ?C ? 3.变应力的应力幅值a σ为__＿_____。 A Ａ． 2min max σσ- B. 2min max σσ+ C ． 2max σ?D.min max σσ- ４.对称循环应力,其循环特性“r ”值是____＿___。Ｄ A.1? B.0.５ C. 0 D ．-1 5.下列四种叙述中正确的是＿__＿__。D A.变应力只能由变载荷产生 B.静载荷不能产生变应力

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第三章部分题解参考 3-5 图3-37所示为一冲床传动机构的设计方案。设计者的意图是通过齿轮1带动凸轮2旋转后，经过摆杆3带动导杆4来实现冲头上下冲压的动作。试分析此方案有无结构组成原理上的错误。若有，应如何修改？习题3-5图习题3-5解图(a) 习题3-5解图(b) 习题3-5解图(c) 解画出该方案的机动示意图如习题3-5解图(a)，其自由度为： 14233 2345=-?-?=--=P P n F 其中：滚子为局部自由度计算可知：自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动，即结构组成原理上有错误。解决方法：①增加一个构件和一个低副，如习题3-5解图(b)所示。其自由度为： 1 15243 2345=-?-?=--=P P n F ②将一个低副改为高副，如习题3-5解图(c)所示。其自由度为： 1 23233 2345=-?-?=--=P P n F 3-6 画出图3-38所示机构的运动简图（运动尺寸由图上量取），并计算其自由度。习题3-6(a)图习题3-6(d)图解(a) 习题3-6(a)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(a)解图(a)或习题3-6(a)解图(b) 的两种形式。自由度计算： 1042332345=-?-?=--=P P n F

习题3-6(a)解图(a) 习题3-6(a)解图(b) 解(d) 习题3-6(d)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(d)解图(a)或习题3-6(d)解图(b) 的两种形式。自由度计算： 1042332345=-?-?=--=P P n F 习题3-6(d)解图(a) 习题3-6(d)解图(b) 3-7 计算图3-39所示机构的自由度，并说明各机构应有的原动件数目。解(a) 10102732345=-?-?=--=P P n F A 、 B 、 C 、 D 为复合铰链原动件数目应为1 说明：该机构为精确直线机构。当满足BE =BC =CD =DE ，

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第9章齿轮传动设计习题解答 9.2 有一渐开线直齿轮如题图所示，用卡尺测量得两个齿和三个齿反向渐开线之间的法向距离(称为公法线长度)分别为mm 11.382=W 和mm 73.613=W ，齿顶圆直径mm 208=a d ，齿根圆直径mm 172=f d ，数得齿数其24=z 。试求：（1）该齿轮的模数m 、分度圆压力角α、齿顶高系数? a h 和顶隙系数?c ；（2）分度圆直径d 、、基圆直径b d 、齿厚s 及齿顶厚a s 。题9.2图解：（1）απcos 23m p W W b ==?。取°=20α进行试算，则mm 001.820cos 11 .3873.61=° ?=πm ，考虑测量误差，可知该齿轮的模数应为mm 8=m 。因)2(?+=a a h z m d ，即)224(8208?+=a h ，故1=? a h 因)22(????=c h z m d a f ，即)224(8172???=c ，故25.0=?c （2）mm 192248=×==mz d ，mm 421.18020cos 248cos =°×==αmz d b 以下按标准齿轮进行计算：mm 566.122/82/===ππm s )(2ααinv inv r r r s s a a a a ??=，°===842.29)104/21.90arccos()/arccos(11a b a r r α 052838.0180/842.29842.29tan tan =°°?°=?==παααθa a a a inv （也可查表9.2） 014904.0180/2020tan tan =°°?°=?==παααθinv mm 723.5)014904.0052838.0(104296 104 566.12=?×?×=a s 9.3 试问渐开线标准直齿轮的齿根圆与基圆重合时，其齿数应为多少？又问当齿数大于求得的齿数时，齿根圆与基圆哪一个大？解：)22(?? ??=c h z m d a f ，αcos mz d b =， )](2)cos 1([cos )22(?? ??+??=???=?c h z m mz c h z m d d a a b f αα 当齿根圆与基圆重合时：b f d d =，4145.4120cos 1) 25.01(2cos 1)(2≈=° ?+= ?+=?? αc h z a （按正常齿制进行计算）因此，当41=z 时，齿根圆和基圆接近重合，实际是齿根圆略小于基圆。而当45.41>z 时，齿根圆将大于基圆。

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机械设计基础题库填空题 1.在铰链四杆机构中，存在曲柄的必要条件是和。 2.在设计凸轮机构时，凸轮基圆半径取得越，所设计的机构越紧凑，但是压力角，使机构的工作情况变坏。 3.渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是两齿轮和必须分别相等。 4.斜齿圆柱齿轮的标准模数是。直齿圆锥齿轮的标准模数是。 5.平键的截面尺寸应按从键的标准中查取，键的长度L可参照从标准中选取。必要时应进行强度校核。 6.对一般精度的直齿圆柱齿轮传动作弯曲强度计算时，将轮齿看作，并假定全部载荷作用于。 7.普通V带传动的设计准则是，保证带以及具有一定的。 8.按照滑动轴承工作时的摩擦状态，可分为滑动轴承和滑动轴承两种主要类型。 9.槽轮机构的主要参数是和。 10.机械速度的波动可分为和两类。 11.轴向尺寸较大的回转件，应进行平衡，平衡时要选择个回转平面。 12.当一对齿轮的材料、齿数比一定时，影响齿面接触强度的几何尺寸参数主要是和。 13.直齿圆柱齿轮作接触强度计算时，取处的接触应力为计算依据，其载荷由对轮齿承担。 14.蜗杆传动作接触强度计算时，铝铁青铜ZCuAl10Fe3制作的蜗轮，承载能力取决于抗能力；锡青铜ZCuSn10P1制作的蜗轮，承载能力取决于抗能力。 15.若带传动的初拉力一定，增大和都可提高带传动的极限摩擦力。 16.滚子链传动中，链的链速是常数，而其链速是变化的。 17.轴如按受载性质区分，主要受的轴为心轴，主要受的轴为传动轴。 18.非液体摩擦滑动轴承进行工作能力计算时，为了防止过度磨损，必须使；而为了防止过热必须使。 19.平面机构具有确定运动的条件是：且。 20.两构件通过面接触组成的运动副称为；平面机构中又可将其分为

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机械设计答案第1章机械设计概论 1－2 设计机器时应满足哪些基本要求？答：1、功能要求满足机器预定的工作要求，如机器工作部分的运动形式、速度、运动精度和平稳性、需要传递的功率，以及某些使用上的特殊要求（如高温、防潮等）。 2、安全可靠性要求（1）使整个技术系统和零件在规定的外载荷和规定的工作时间内，能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、不丧失稳定性。（2）能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体健康。（3）对于技术系统的周围环境和人不致造成危害和污染，同时要保证机器对环境的适应性。 3、经济性在产品整个设计周期中，必须把产品设计、销售及制造三方面作为一个系统工程来考虑，用价值工程理论指导产品设计，正确使用材料，采用合理的结构尺寸和工艺，以降低产品的成本。设计机械系统和零部件时，应尽可能标准化、通用化、系列化，以提高设计质量、降低制造成本。 4、其他要求机械系统外形美观，便于操作和维修。此外还必须考虑有些机械由于工作环境和要求不同，而对设计提出某些特殊要求，如食品卫生条件、耐腐蚀、高精度要求等。 1－4 机械零件的计算准则与失效形式有什么关系？常用的设计准则有哪些？它们各针对什么失效形式？答：在设计中，应保证所设计的机械零件在正常工作中不发生任何失效。为此对于每种失效形式都制定了防止这种失效应满足的条件，这样的条件就是所谓的工作能力计算准则。它是设计机械零件的理论依据。常用的设计准则有： 1、强度准则：确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基本的设计准则。 2、刚度准则：确保零件不发生过大的弹性变形。 3、寿命准则：通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。 4、振动稳定性准则：高速运转机械的设计应注重此项准则。 5、可靠性准则：当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。 1－7 机械零件设计的一般步骤有哪些？其中哪个步骤对零件尺寸的确定起决定性的作用？