机械设计作业集第章答案
机械设计-习题集答案
第一章绪论1-1机器的基本组成要素是什么？答：机械零件1-2什么是零件？什么是构件？什么是部件？试各举三个实例。
答：零件是组成机器的不可拆的基本单元，即制造的基本单元。
如齿轮、轴、螺钉等。
构件是组成机器的运动的单元，可以是单一整体也可以是由几个零件组成的刚性结构，这些零件之间无相对运动。
如内燃机的连杆、凸缘式联轴器、机械手的某一关节等。
部件是由一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合体，如减速器、离合器、联轴器。
1-3什么是通用零件？什么是专用零件？答：通用零件在各种机器中经常都能用到的零件，如：齿轮、螺钉、轴等。
在特定类型的机器中才能用到的零件，如：涡轮机的叶片、内燃机曲轴、减速器的箱体等。
1-4机械设计课程研究的内容是什么？答：机械系统设计的基础知识和一般尺寸和参数的通用零件设计方法。
第二章机械设计总论2-1答：一台完整的机器通常由原动机、执行部分和传动部分三个基本部分组成。
原动机是驱动整部机器以完成预定功能的动力源；执行部分用来完成机器的预定功能；传动部分是将原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。
2-2答：设计机器应满足使用功能要求、经济性要求、劳动保护要求、可靠性要求及其它专用要求。
设计机械零件应满足避免在预定寿命期内失效的要求、结构工艺性要求、经济性要求、质量小的要求和可靠性要求。
2-3答：机械零件常见的失效形式：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。
常用的计算准则主要有强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则和可靠性准则。
2-4答：强度要求为确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形。
强度条件为[]σσ≤。
提高机械零件的强度，可以采取：a、采用强度高的材料，使零件具有足够的截面尺寸；b、合理地设计零件的截面形状，增大截面的惯性矩；c、采用热处理和化学处理方法，提高材料的力学性能；d、提高运动零件的制造精度，降低工作时的动载荷；e、合理配置零件的位置，降低作用于零件上的载荷等。
机械设计作业集及答案(南昌航空大学)
。
A. 止动垫片 B.对顶螺母
C.串联钢丝
D.开口销
14. 在下列具有相同公称直径和螺距并采用相同配对材料的螺旋付中，传动效率最高的是
螺旋副。
A. 单线矩形
B. 单线梯形
C. 双线矩形
D. 双线梯形
15. 键联接的主要用途是使轴与轮毂之间
。
A. 沿轴向固定并传递轴向力
B. 沿轴向可作相对滑动并具有导向作用
3. 变应力特性可用五个参数中的任意
A. 一个
B. 两个
个来描述。
C. 三个
D. 四个
4. 下列四种叙述中， A. 变应力只能由变载荷产生
是正确的。 B. 静载荷不能产生变应力
C. 变应力是由静载荷产生
D. 变应力由变载荷产生，也可能由静载荷产
生
5. 在进行疲劳强度计算时，其极限应力为材料的
A. 屈服极限
18. 平 键 联 接 能 传 递 的 最 大 扭 矩 为 T ， 现 要 传 递 的 扭 矩 为 1.5T ， 则
应
。
A. 把键长 L 增大到 1.5 倍
B. 把键宽 b 增大到 1.5 倍
C. 把键高增大到 1.5 倍
D. 安装一对平键
19. 为了不严重削弱轴和轮毂的强度，两个切向键最好布置成
。
在具体设计时一般顺序是
。
A. b→a→c→d
B. b→c→a→d
C. a→c→b→d
D. c→d→b→a
28. 轴上装有一对平键时，若传递扭矩 T=150N·m，则验算强度时，仍可按一个平键来计算，
只要把传递扭矩改为
Nm。
A. 120
B. 100
C. 75
D. 50
机械设计基础作业集答案
3-1 解：
对心心直动滚子子从动件盘形凸轮机构
偏置直动滚子子从动件盘形凸轮机构
3-2 解： 对心心直动平底从动件盘形凸轮机构
摆动平底从动件盘形凸轮机构
3-3 解： 偏置直动滚子子从动件盘形凸轮机构
偏置直动平底从动件盘形凸轮机构 α=0°
3
3-4 解：（14分）
机械设计基础B作业集答案
16-2 解：
Fs1： → Fs2： ← Fs1 = 0.7Fr1 = 2016N
Fs2 = 0.7Fr2 = 1344N
FA + Fs2 > Fs1 轴承1压紧，轴承2放松
Fa1 = FA + Fs2 =3844N
Fa2 = Fs2 =1344N
P = XFr + YFa
Fa1 = 1.33 > e Fr1
1
机械设计基础B作业集答案
第二二章 平面面连杆机构 2-1 解： （1）a+d<b+c，取最短杆邻边AD为机架，机构为曲柄摇杆机构； （2） a+d<b+c，取最短杆AB为机架，机构为双曲柄机构； （3） a+d<b+c，取最短杆对边CD为机架，机构为双摇杆机构； 2-2 解： （a）30+65<45+55 取最短杆为机架，该机构为双曲柄机构 （b）40+115<60+110 取最短杆邻边为机架，该机构为曲柄摇杆机构 （c）20+60=50+30 取最短杆邻边为机架，该机构为曲柄摇杆机构 （d）30+90<80+45 取最短杆对边为机架，该机构为双摇杆机构 2-3 解： 若要构成曲柄摇杆机构，应满足足杆⻓长条件：即最短杆与最⻓长杆之和小小于或等于其余两杆 ⻓长度之和。
机械设计作业集第章答案
机械设计作业集第章答案IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】第十五章 轴一、选择题15—1按所受载荷的性质分类，车床的主轴是 A ，自行车的前轴是 B ，连接汽车变速箱与后桥，以传递动力的轴是 C 。
A 转动心轴B 固定心轴C 传动轴D转轴15—2 为了提高轴的刚度，措施 B 是无效的。
A 加大阶梯轴个部分直径 B 碳钢改为合金钢 C 改变轴承之间的距离D 改变轴上零件位置15—3 轴上安装有过盈联接零件时，应力集中将发生在 B 。
A 轮毂中间部位 B 沿轮毂两端部位 C 距离轮毂端部为1/3轮毂长度处15—4 轴直径计算公式3nP C d ≥， C 。
A 只考虑了轴的弯曲疲劳强度B 考虑了弯曲、扭转应力的合成C 只考虑了扭转应力D 考虑了轴的扭转刚度15—5 轴的强度计算公式22)(T M M e α+=中，α是 C 。
A 弯矩化为当量转矩的转化系数 B 转矩转化成当量弯矩的转化系数C 考虑弯曲应力和扭转切应力的循环性质不同的校正系数D 强度理论的要求15—6 轴的安全系数校核计算，应按 D计算。
A 弯矩最大的一个截面B弯矩和扭矩都是最大的一个截面C 应力集中最大的一个截面D 设计者认为可能不安全的一个或几个截面15—7 轴的安全系数校核计算中，在确定许用安全系数S时,不必考虑 A。
A 轴的应力集中B 材料质地是否均匀C 载荷计算的精确度D 轴的重要性15—8 对轴上零件作轴向固定，当双向轴向力都很大时，宜采用C。
A 过盈配合B 用紧定螺钉固定的挡圈C 轴肩—套筒D轴肩—弹性挡圈15—9 对轴进行表面强化处理，可以提高轴的C。
A 静强度B 刚度C 疲劳强度D 耐冲击性能15—10 如阶梯轴的过渡圆角半径为r，轴肩高度为h,上面安装一个齿轮，齿轮孔倒角为C45°,则要求 A。
A r<C<hB r=C=hC r>C>hD C<r<h15—11在下列轴上轴向定位零件中， B 定位方式不产生应力集中。
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24. 在极限应力图上，对于各种加载情况（如 r=常数, m =常数, max=常数），如何判断零件
是首先产生疲劳破坏还是首先产生塑性变破坏？ 25. 零件的等寿命疲劳曲线与材料试件的等寿命疲劳曲线有何区别？在相同应力变化规律
下，零件和材料试件的失效形式是否总是相同的？为什么？ 26. 根据机械零件工作表面之间的摩擦和润滑状态，可把摩擦可分为哪几种类型？其特点如 何？ 27. 根据磨损机理，磨损分为哪几种类型？各种类型的磨损的实质如何？ 28. 如何防止和减轻磨损？ 29. 零件的正常磨损主要分为哪几个阶段，每个阶段有何特点？
。
A. 拉力
B. 扭矩
C. 压力
D. 拉力和
扭矩
6. 采用普通螺栓联接凸缘联轴器，在传递扭距时，
。
A. 螺栓的横截面受剪
B. 螺栓与螺栓孔配合面受挤压
C. 螺栓同时受挤压和剪切
D. 螺栓受拉伸和扭转作用
7. 当 两 个 被 联 接 件 之 一 太 厚 ， 不 易 制 成 通 孔 ， 且 联 接 不 需 经 常 拆 卸 时 ， 往 往 采
作为其极限应力。
A. s
B. 0
3. 当零件可能出现断裂时，应按
C. b
D. 1
准则计算。
A. 强度
B. 刚度
C. 寿命
D. 振动稳定性
4. 零件的工作安全系数为
。
A. 零件的极限应力比许用应力
B. 零件的极限应力比工作应力
C. 零件的工作应力比许用应力
D. 零件的工作应力比极限应力
5. 对 大 量 生 产 、 强 度 要 求 高 、 尺 寸 不 大 、 形 状 不 复 杂 的 零 件 ， 应 选
作业一（机械设计总论）
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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MPa1801=-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 0.227102.6105180956930113=⨯⨯⨯==--N N σσN3-2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 0012σσσΦσ-=-σΦσσ+=∴-1210MPa 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2.14554==dD ，067.0453==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35.211191.0175.069.1111k =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=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 =②C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。
机械设计课后作业答案
第1章1-5. 11826323=-⨯-⨯=--=H L p p n FA 为局部自由度，B 为虚约束1-6. 111128323=-⨯-⨯=--=HL P P n FA 为局部自由度 1-7.201128323=-⨯-⨯=--=H L P P n F 1-8.11826323=-⨯-⨯=--=H L P P n F 1-9.22424323=-⨯-⨯=--=H L P P n FA 为局部自由度,B,C 为需约束 1-10. 121229323=-⨯-⨯=--=H L P P n FA 为复合铰链B 为局部自由度C 为需约束第2章2-1（a ）∵160907015011040=+<=+∴满足有整转副的条件又∵取最短杆为机架∴该机构为双曲柄机构（b ）∵1707010016512045=+<=+∴满足有整转副的条件又∵取最短杆的邻边为机架∴该机构为曲柄摇杆机构（c ）∵132627016010060=+>=+∴不满足有整转副的条件则该机构为双摇杆机构（d ）∵160709015010050=+<=+∴满足有整转副的条件又∵取最短杆的对边为机架∴该机构为双摇杆机构2-3第4章4-1 mm mz d 5719311=⨯==mm mz d 12341322=⨯==mm m h h a a 331*=⨯==mm m c h h a f 75.33)25.01()(**=⨯+=+=75.0325.0*=⨯==m c c mm d d a 90212357221=+=+= mm h d d a a 63211=+=mm h d d a a 129222=+=mm h d d ff 5.49211=-= mm h d d f f 5.115222=-=mm a d d b 56.5320cos 57cos 11=⨯==mm a d d b 58.11520cos 123cos 22=⨯==mm m p 425.93=⨯==ππ mm p e s 71.42425.92==== 4-2. ∵2)(21z z m a += ∴mm z z a m 460201602221=+⨯=+= 则 mm mz d 8020411=⨯==mm mz d 24060422=⨯==4-11.∵ βαcos 2)(21z z m a += ∴53.14]2502)9823(4[cos ]2)([cos 1211=⨯+⨯=+=--a z z m a β 则 mm m m n t 13.453.14cos 4cos ===β mm z m d n t 9553.14cos 234cos 1=⨯== β mm z m d n 40553.14cos 984cos 22=⨯== βmm m h d d n an a 103412952*11=⨯⨯+=+=mm m h d d n an a 4134124052*22=⨯⨯+=+=mm m c h d d n n an f 854)25.01(295)(2**11=⨯+⨯-=+-=mm m c h d d n n an f 3954)25.01(2405)(2**22=⨯+⨯-=+-=第5章 5-1.5-2 200215151560303025'4'3'2154325115=⨯⨯⨯⨯⨯⨯===z z z z z z z z n n i min /5.22005001515r i n n ===s mm s m n mz n d v /5.10/105.01000605.22041000601000605'5'5'5==⨯⨯⨯⨯=⨯=⨯=πππ齿条6线速度方向向右5-4 31751)1(113'2132113113-=-=-=-=+-=--=--=z z z z z z i n n n n n n n i H HH H H H 41=H i490111====H H H H n n i ϕϕϕ 5.22490==∴H ϕ 即手柄转过90︒时，转盘转过22.5︒5-5 914125428)1(1'21323113-=⨯⨯-=-=+-=--=--=z z z z i n n n n n n n i sh H H s H H H 10=∴SH i第10章10-2 ①螺纹升角表10-1：20M mm p 5.2= mm d 376.182=表10-2：20M ×1.5 mm p 5.1= mm d d 026.19026.012=+-=:20M ∴ 48.2376.185.21tan tan tan 12121=⨯⨯===---πππψd np d s 44.1026.195.11tan:5.1201=⨯⨯=⨯-πψM ②自锁性能 自锁性较好均能自锁，但则取，5.12059.6cos tan 1.0f 302602,1⨯<∴======-M f ρψβραβ10-5 该问题为受横向工作载荷的紧螺栓连接，螺栓与孔之间留有间隙CF zfF =0∴ ZfCF F =0 取2.1=c 表10-1：mm d 376.81=表10-5：Mpa s 240=σ表10-6：4.1=SM p a ss 4.171][σσ= 由 ][3.14210σπσ≤⨯=d F e 得 ][3.1421σπ≤⨯zfd CF N C zf d F 2.18162.13.144.17115.02376.83.14][221=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯≤πσπ10-9 该问题为受横向工作载荷的紧螺栓连接，螺栓与孔之间留有间隙表10-1 mm d 835.131=表10-7 3=sM p a Z f D d C T S S Z f D d F C Z f DCT F CT D zfF S S 3.33513.015.06835.1336302.123.1423.14d CT S 23.14][3.142.12222121210e 00=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯≥∴≤⨯⨯≤⨯===∴=ππσσπσπσ得由取表10-5：螺栓力学性能等级5-8级螺母力学性能等级5级第十一章11-5 ①确定许用应力表11-1：MpaMpa FE FE H H 7201200212lim 1lim ====σσσσ 表11-5： 1=H s 25.1=F sMpa s s H H H H H H 1200][][2lim 1lim 21====∴σσσσMpa s s FFZ F FZ F F 2.4037.07.0][][2121====∴σσσσ②按轮齿弯曲强度设计321][12F Sa Fa d y y z KT m σφ≥ 表11-3： 4.1=K表11-6： 5.0=d φmm N n P T ∙⨯=⨯⨯=⨯=56611093.3730301055.91055.9 2.124276.412=⨯==iz z 124z 2=取 图11-8： 66.21=Fa y 2.22=Fa y图11-9： 61.11=sa y 8.12=sa y0106.0][111=F Sa Fa y y σ 0098.0][222=F Sa Fa y y σ =∴][F Sa Fa y y σ0106.0][111=F Sa Fa y y σ mm m 17.3275.00106.01093.34.12325=⨯⨯⨯⨯⨯≥则 表4-1：mm m 4=mm mz d 10827411=⨯==∴mm mz d 496124422=⨯==mm d b d 541085.01=⨯==φ取 mm b 552= mm b 601=③验算齿面接触强度][11221H H E H uu bd KT z z σσ≤+= 表11-4：8.189=E z 5.2=H Z][7.6856.410855)16.4(1093.34.125.28.18925H H Mpa σσ<=⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∴ 故 mm d 1081= mm d 4962= mm m 4=11-711-811-9①假设齿轮1转向如图，则分析可知：齿轮3为左旋，齿轮4为右旋②21122111212112122122sin 2cos tan 2cos tan 2tan 2tan z m T z m T z m T d T F F n n n t a βββββββ===== 32233222323223233233sin 2cos tan 2cos tan 2tan 2tan z m T z m T z m T d T F F n n n t a βββββββ===== a3a2F F =而 32T T =且 =∴2112sin 2T z m n β3223sin 2T z m n β =211sin z m n β322sin z m n β (sin 12-=β即=)sin m 1213n2βz m z n 3.8)151315sin 175(sin 1=⨯⨯⨯- 11-16第十二章12-2①蜗轮转向如图②蜗杆和蜗轮的作用力方向如图2311180050102022a t F N d T F ==⨯⨯== 131112212122237502475.010*******a t F N mz T z md Z T d i T d T F ==⨯⨯⨯⨯=====ηηη 1229.136420tan 3750tan r t r F N F F ==⨯== α12-3 ①蜗杆和蜗轮均为右旋，蜗杆旋向如图。
机械设计基础课后习题答案
机械设计基本第1章平面机构自由度习题解答【2 】1-1至1-4 绘制机构活动简图.
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5至1-12 盘算机构自由度
1-5 有一处局部自由度（滚子）,有一处虚束缚（槽的一侧）,无复合搭钮
n=6 PL=8 PH=1 F=3×6-2×8-1=1
1-6 有一处局部自由度（滚子）,无复合搭钮.虚束缚
n=8 PL=11 PH=1 F=3×8-2×11-1=1
1-7 无复合搭钮.局部自由度.虚束缚
n=8 PL=11 PH=0 F=3×8-2×11-0=2
1-8 无复合搭钮.局部自由度.虚束缚
n=6 PL=8 PH=1 F=3×6-2×8-1=1
1-9 有两处虚束缚（凸轮.滚子
处槽的一侧）,局部自由度1处,
无复合搭钮
n=4 PL=4 PH=2
F=3×4-2×4-2=2
1-10 复合搭钮.局部自由度.虚
束缚各有一处
虚束缚
局部自由度 局部自由度
凸轮.齿轮为统一构件时,
n=9 PL=12 PH=2
F=3×9-2×12-2=1
凸轮.齿轮为不同构件时
n=10 PL=13 PH=2 F=3×10-2×13-2=2 图上应在凸轮上加一个原动件.
1-11 复合搭钮一处,无局部自由度.虚束缚
n=4 PL=4 PH=2 F=3×4-2×4-2=2
1-12 复合搭钮.局部自由度.虚束缚各有一处
n=8 PL=11 PH=1 F=3×8-2×11-1=1。
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点的极限应力点应取为 A ，对应C 2点的极限应力点应取为 D 1 D D 2 常数，则对应C 1点
题3—图
线与横坐标轴的交角θ=600
，则该零件
题—4图
某四个结构及性能相同的零件甲、乙、丙、丁，若承受最大应力的值相等，而应力循环特D 1 D 2
σS σm
σa
B 1
B 2
C 1 C 2
O
θ
σa σm C o
C D
的大小或范围。
静应力 r= +1
F
F d 1
d 2 d 3 d 1
d 1 d 1 d 3 d 2
F F A A A F r F r F r
n n F a 对称 循环应力 r= -1 非对称
循环应力
-1<r<1
3—25 试说明承受循环变应力的机械零件，在什么情况下可按静强度条件计算？什么情况下可按疲劳强度条件计算？
答：N<103
时，或在疲劳极限应力图处强度计算。
答：考虑零件的几何形状变化、加工尺寸、加工质量及强化因素的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。
在相同的应力变化规律下，零件和材料试件的失效形式相比不一定相同，
如图示：
Ｍ１点相同，而Ｍ２点材料静强度失效，零件是疲劳失效，不同区域为图中阴影面积。
疲
σm σa C
G
O M 1 M 2
σa σm O 材料 零件
3—28 某零件如图所示，材料的强度极限σB =650Mpa ，表面精车，不进行强化处理。
试确定Ⅰ-Ⅰ截面处的弯曲疲劳极限的综合影响系数K σ和剪切疲劳极限的综合影响系数K τ
题3—28图
R3 Φ48
Φ40
Ⅰ Ⅰ
解：
∵， ∴
因为：N 3>N 0，塑性材料，已进入无限寿命区，所以取
解：
，
附图3-1
附图3-2 , 附图3-3
附图3-4 零件不强化处理
所以：
s
3—30 一零件由45钢制成，材料的力学性能为：σS =360MPa ，σ-1=300MPa ，ψσ=0.2。
已知零
件上两点的最大工作应力和最小工作应力分别为：M 1点：σmax =190 Mpa 、σmin =110 Mpa ；M 2点：σmax =170 Mpa 、σmin =30 Mpa ，应力变化规律为r=常数，弯曲疲劳极限的综合影响系数K=2.0，试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。
解：（1）A 点（0，σ-1）
，B 点（σ0/2，σ0/2），S 点（σs .0） （2）
工作点：σa =(240+40)/2=140 σm =(240-40)/2=100 M ′(166,248) σm =166+248=414 解： M 1： M 2： 图解： 解析法： M 1:
M 2: ∴ （3） ∴ 安全
O S B ′
B
A A ′M ′M ′(100,140)σm σm σm
A M 2′
D(250,125)
解：M:
T:
屈服安全系数：查书P35540C r：σs=540MPa
按第三强度理论：
3—32 实心转轴的危险截面上受有载荷为：弯矩M=100N.m；转矩为周期变化，T=0—50N.m。
轴的材料为碳钢，已知力学性能为：σs=300MPa，σ-1=170MPa，τs=180MPa，τ-1=100MPa。
若截面直径d=25mm，有效应力集中系数kσ=1.79，kτ=1.47，尺寸系数εσ=0.84，ετ=0.78，表面质量系数βσ=βτ=0.9，强化系数βq=1，材料常数ψσ=0.34，ψτ=0.21。
试确定安全系数S。
计算时可按无限寿命考虑，忽略横向剪应力的作用。
解：M：
T：
屈服安全系数：查P355碳钢：σs=355MPa
第三强度理论：。