机械设计课后习题答案 机械工业出版社
(完整版)机械设计课后习题答案
第一章绪论（1）1-2 现代机械系统由哪些子系统组成, 各子系统具有什么功能？（2）答: 组成子系统及其功能如下:（3）驱动系统其功能是向机械提供运动和动力。
（4）传动系统其功能是将驱动系统的动力变换并传递给执行机构系统。
第二章执行系统其功能是利用机械能来改变左右对象的性质、状态、形状或位置, 或对作业对象进行检测、度量等, 按预定规律运动, 进行生产或达到其他预定要求。
第三章控制和信息处理系统其功能是控制驱动系统、传动系统、执行系统各部分协调有序地工作, 并准确可靠地完成整个机械系统功能。
第四章机械设计基础知识2-2 什么是机械零件的失效？它主要表现在哪些方面？答：（1）断裂失效主要表现在零件在受拉、压、弯、剪、扭等外载荷作用时, 由于某一危险截面的应力超过零件的强度极限发生的断裂, 如螺栓的断裂、齿轮轮齿根部的折断等。
（2）变形失效主要表现在作用在零件上的应力超过了材料的屈服极限, 零件产生塑性变形。
（3）表面损伤失效主要表现在零件表面的腐蚀、磨损和接触疲劳。
2-4 解释名词: 静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷、静应力、变应力、接触应力。
答: 静载荷大小、位置、方向都不变或变化缓慢的载荷。
变载荷大小、位置、方向随时间变化的载荷。
名义载荷在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。
计算载荷计算载荷就是载荷系数K和名义载荷的乘积。
静应力不随时间变化或随时间变化很小的应力。
变应力随时间变化的应力, 可以由变载荷产生, 也可由静载荷产生。
（1）2-6 机械设计中常用材料选择的基本原则是什么？（2）答：机械中材料的选择是一个比较复杂的决策问题, 其基本原则如下：①材料的使用性能应满足工作要求。
使用性能包含以下几个方面:②力学性能③物理性能④化学性能①材料的工艺性能应满足加工要求。
具体考虑以下几点:②铸造性③可锻性④焊接性⑤热处理性⑥切削加工性①力求零件生产的总成本最低。
主要考虑以下因素:②材料的相对价格③国家的资源状况④零件的总成本2-8 润滑油和润滑脂的主要质量指标有哪几项？答: 衡量润滑油的主要指标有: 粘度（动力粘度和运动粘度）、粘度指数、闪点和倾点等。
机械设计课后习题答案完整版
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(第八版)课后习题答案(最新_参考答案)
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 0.227102.6105180956930113=⨯⨯⨯==--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 012σσσΦσ-=-Θ σΦσσ+=∴-121MPa 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==d D，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 。
第五版机械设计课后答案解析[完整版]
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-62.577
-65.797
0
-83.333
-83.333
-83.333
-83.333
总转角
240°
255°
270°
285°
300°
315°
330°
345°
位移 (mm)
15
8.438
3.75
0.938
0
0
0
0
速度 (mm/s)
-100
-75
-50
-25
0
0
0
0
加速度（ mm/s 2 ）
计算可得：
或：
代入公式（ 2-3 ）′，可知
题 2-6解：因为本题属于设计题，只要步骤正确，答案不唯一。这里给出基本的作图步骤，不
给出具体数值答案。作图步骤如下（见图 2.18 ）：
（ 1 ）求 ， ；并确定比例尺 。
（ 2 ）作 ， 。（即摇杆的两极限位置）
（ 3 ）以 为底作直角三角形 ， ， 。
总转角
0°
15°
30°
45°
60°
75°
90°
105°
位移 (mm)
0
0.734
2.865
6.183
10.365
15
19.635
23.817
速度 (mm/s)
0
19.416
36.931
50.832
59.757
62.832
59.757
50.832
加速度（ mm/s 2 ）
65.797
62.577
53.231
机械设计课后习题答案
1-1至1-4解机构运动简图如下图所示。
机械设计课后题答案
3-1答：主要类型有：普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹五种。
特点及应用：普通螺纹是米制三角螺纹，牙型角 a=60，因牙型角较大，故当量摩擦系数也较大，自锁性能好，主要用于联接。
管螺纹是英制三角螺纹，牙型角 a=55度。
它有圆柱管螺纹和圆锥管螺纹之分，常用圆柱管螺纹。
这种螺纹联接常用于高温、高压及紧密性要求较高的管与管的联接中。
矩形螺纹牙型为正方形，牙型角 a=0度，因牙型角小，当量摩擦系数小，传动效率高，故常用于传动。
梯形螺纹牙型呈梯形，牙型角 a=30度。
因牙型角较小，所以传动效率较高，对中性较好，故为应用较多的传动螺纹。
锯齿形螺纹牙型呈锯齿形，工作面牙侧角。
传动效率高，牙根强度高。
因只有一个工作面，故多用于承受单方向轴向力的场合。
3-2答：螺栓有普通螺栓和铰制孔螺栓两种。
普通螺栓常用于被联接件比较薄，能够放置螺母及需要经常拆卸的场合。
铰制孔螺栓在承受横向载荷或（和）转矩以及需精确固定被联接件的相对位置时常采用铰制孔螺栓。
双头螺柱被联接件之一太厚不宜制成通孔，无法放置螺钉头，材料较软且需经常拆装时宜采用双头螺柱。
螺钉被联接件之一太厚，无法放置螺母，不需经常拆装的场合。
3-3 答：螺纹联接在冲击、振动、变载荷或高温环境下，将使螺旋副的摩擦力减小或瞬间消失，经多次重复后，最终导致联接松脱。
因此，设计时应采取有效的防松措施。
防松方法有摩擦防松、机械防松、铆冲防松等。
3-4 答：为提高联接刚性、紧密性和防松能力以及提高螺栓在变载荷下的疲劳强度，因此大多数螺纹联接都要拧紧。
拧紧力矩要克服螺纹副力矩和螺母底面的摩擦阻力矩。
3-5 答：提高螺栓联接强度的措施有：1 ．降低影响螺栓疲劳强度的应力幅；2 ．改善螺纹牙上载荷分布不均匀的现象；3 ．减小应力集中的影响；4 ．避免附加弯曲应力；5 ．采用合理的制造工艺方法。
3-6 由上图可知，在螺母下加弹性元件将使螺栓刚度由C b1 减小到C b2 ，可使螺栓承载截面的应力幅值减小，所以螺栓的疲劳强度提高。
机械设计课后习题答案 机械工业出版社(7章)
习题复习
7-2.受轴向工作载荷的紧螺栓连接，螺栓受的总载荷为 什么不等于工作载荷与预紧力之和而等于工作载荷与 残余预紧力之和？ 答：螺栓受到工作载荷后，被压连接件受压缩产生变 形量δ1。然后，螺栓受拉伸后伸长，又迫使被压连 接件回弹，变形量δ1减小，在此状态下相对应的压 力称为残余预紧力，其小于预紧力。因此总拉伸载荷 等于工作载荷与残余预紧力之和。
受轴向工作载荷的紧螺栓连接螺栓受的总载荷为什么不等于工作载荷与预紧力之和而等于工作载荷与残余预紧力之和答螺栓受到工作载荷后被压连接件受压缩产生变形量1
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7-1.螺纹的主要参数是什么？各参数间的关系如何？ 答：螺纹的主要参数：大径d，小径d1，中径d2， 线数n，螺距P，导程S,螺旋升角Ψ，牙型角a。 参数间的关系有：S=nP, Ψ=arctanS/(πd2）。
习题复习
[σ ] =
σs
S = 240 = 80MP a 3
3）确定螺钉直径 由式7-15得
d1 ≥ 4 *1.3F0
π [σ ]
=
4 *1.3*3.5*103 mm = 8.51mm π *80
按机械设计手册查得当d=10mm时，d1=8.376mm小于 8.51mm，故选M10螺钉不合适。
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2）判断螺栓挤压强度条件
Q 4.75*103 σp = = = 14.723） （
3）判断螺栓的剪切强度条件
4Q 4 * 4.75 *10 3 τ = = = 19.8 MPa ≤ [τ ] 2 2 π d0 π *17
因此螺栓强度满足。
2.5 2.5
机械设计课后习题答案 机械工业出版社
习题复习
3-3.设计一曲柄摇杆机构.已知摇杆长度l3=100mm,摆角 Ψ =30°,摇杆的行程速比系数K=1.2.试根据最小传动角 rmin.≥40°的条件确定其余三杆的尺寸. 解:由摇杆的行程速比系数K=1.2，可得出极位夹角：
K 1 1.2 1 180 180 16 K 1 1.2 1
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解： 1）如右图所示: 当曲柄与连杆共线时, 两曲柄之间的夹角θ 即为 极位夹角. 两摇杆之间的夹角Ψ 即为 最大摆角.
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2）如右图所示: 曲柄与机架共线时, 即当B点位于B1或B2 位置时，机构有最小 传动角。由图可知，当 B点位于B2位置时，有最小 传动角。
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3）如右图所示: 当摇杆为原动件时 曲柄与连杆共线时, 此时传动角γ =0°,机构 处于死点位置.
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3.验证最小传动角是否满足要求 此位置用画图法得出最小 传动角为59°。满足 min 40 的要求，因此可 以选定此A点位置。 此时，三杆的长度分别为： l1=21.4mm;
l2=106.8mm； l4=96.2mm.
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3-4.设计一偏置曲柄滑块机构.已知滑块的行程速比系数 K=1.4,滑块的行程LC1C2=60mm，导程的偏距e=20mm， 试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度。 解：由滑块的行程速比系数K=1.4可得出极位夹角：
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5）作∠DC2E=40°,使线C2E与外 接圆相交于Q点。在Q点上侧区域 任选一点A作为曲柄与机架组成的 固定铰链中心，并分别与C1,C2相 连，得∠C1AC2。因同一圆弧的圆 周角相等，故∠C1AC2= ∠C1PC2=θ .
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2.确定各杆的长度 由机构在极限位置处曲柄和 连杆共线的关系可知： AC1=L2-L1，AC2=L2+L1, 从而得到曲柄长度： L1=(AC2-AC1)/2=21.4mm。 再以A为圆心，L1为半径作圆， 交C1A的延长线和C2A于B1和B2， 从而得出B1C1=B2C2=L2=106.8mm 及AD=L4=96.2mm.
机械设计(第八版)课后习题答案(最新)
5-5 图5-49是由两块边板和一块承重板焊接的龙门起重机导轨托架。
两块边板各用4个螺栓与立柱相连接，托架所承受的最大载荷为20kN ，载荷有较大的变动。
试问：此螺栓连接采用普通螺栓连接还是铰制孔用螺栓连接为宜？为什么？若采用铰制孔螺栓，许用剪应力[]28MPa τ=，则螺栓的直经为多大？[解] 采用铰制孔用螺栓连接为宜因为托架所受的载荷有较大变动，铰制孔用螺栓连接能精确固定被连接件的相对位置，并能承受横向载荷，增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移，而普通螺栓连接靠结合面产生的摩擦力矩来抵抗转矩，连接不牢靠。
（1）螺栓组受到剪力F 和力矩（FL T =），设剪力F 分在各个螺栓上的力为i F ，转矩T 分在各个螺栓上的分力为j F ，各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离为r ,即mm 27545cos 2150=︒=rkN 2510275810300208 kN5.220818133=⨯⨯⨯⨯===⨯==∴--r FL F F F j i 则螺栓最大受力kN 015.945cos 255.22)25(5.2cos 22222max =︒⨯⨯⨯++=++=θF F F F F j i j i[]19010420.25284Fd mm ππτ⨯≥==⨯查表得：24d mm =5-6 已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相连接。
托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为250mm 、大小为60kN 的载荷作用。
现有如图5-50所示的两种螺栓布置形式，设采用铰制孔用螺栓连接，试问哪一种布置形式所用的螺栓直径最小？为什么？[解] 螺栓组受到剪力F 和转矩，设剪力F 分在各个螺栓上的力为i F ，转矩T 分在各个螺栓上的分力为j F （a ）中各螺栓轴线到螺栓组中心的距离为r ，即r =125mmkN 2010125610250606 kN 1060616133=⨯⨯⨯⨯===⨯==∴--r FL F F F ji 由（a ）图可知，最左的螺栓受力最大kN 302010max =+=+=j i F F F （b ）方案中 kN 10606161=⨯==F F i kN 39.24101252125421252101252125102506062223223612max612maxmax =⨯⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯===---==∑∑i ii ij rFLr rMr F由（b ）图可知，螺栓受力最大为 kN 63.335239.24102)39.24(10cos 22222max =⨯⨯⨯++=++=θF F F F F j i j i []直径较小）布置形式所用的螺栓可知采用（由a F d τπ≥∴max045-8 两块金属板用两个M12的普通螺栓联接。
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习题复习
2.确定各杆的长度 连接C1,C2得∠C1AC2。因同一 圆弧的圆周角相等，故 ∠C1AC2= ∠C1PC2=θ . 则
AC 2 AC1 41.6 14.4 13.6mm 2 2 AC 2 AC1 41.6 14.4 BC 28mm 2 2 AB
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5）作∠DC2E=40°,使线C2E与外 接圆相交于Q点。在Q点上侧区域 任选一点A作为曲柄与机架组成的 固定铰链中心，并分别与C1,C2相 连，得∠C1AC2。因同一圆弧的圆 周角相等，故∠C1AC2= ∠C1PC2=θ .
Hale Waihona Puke 习题复习2.确定各杆的长度 由机构在极限位置处曲柄和 连杆共线的关系可知： AC1=L2-L1，AC2=L2+L1, 从而得到曲柄长度： L1=(AC2-AC1)/2=21.4mm。 再以A为圆心，L1为半径作圆， 交C1A的延长线和C2A于B1和B2， 从而得出B1C1=B2C2=L2=106.8mm 及AD=L4=96.2mm.
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3-1.试根据图中注明的尺寸判断各铰链四杆机构的类型。 解：铰链丝杆机构的曲柄存在条件为： （1）曲柄为最短杆； （2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆 长度之和。即： lmin lmax l余1 l余2 根据相对运动原理可知，当铰链丝杆机构中各杆长度不 变，即满足上述条件（2）时，取不同杆为机架，即 可得到不同型式的铰链丝杆机构。 1）若取最短杆为机架，该机构为双曲柄机构； 2）若取最短杆的任一相邻杆为机架，该机构为曲柄 摇杆机构；
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3）若取最短杆的相对杆为机架，该机构为双摇杆机构。 在铰链四杆机构中，当最短杆与最长杆的长度之和大于 其余两杆长度之和时，无论取哪一杆为机架，该机构 均为双摇杆机构。
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a)图中机构 50 140 90 115且取最短杆为机架 为双曲柄机构
b)图中机构 55 150 90 120且取最短杆的相邻杆为机架 为曲柄摇杆机构
且已知： min 40
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1.确定铰链中心A点的位置 1).任选固定铰链中心D的位置, 由摇杆长度L3和摆角Ψ 作出 摇杆的两个极限位置C1D和C2D. 2).联接C1和C2,并作C1M线垂 直于C1C2. 3)作∠C1C2N=90°-θ ，使线C2N 与C1M相交于点P。由三角形的内 角之和等于180°可知， ∠C1PC2=θ 。 4）作Δ C1PC2的外接圆。
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3-3.设计一曲柄摇杆机构.已知摇杆长度l3=100mm,摆角 Ψ =30°,摇杆的行程速比系数K=1.2.试根据最小传动角 rmin.≥40°的条件确定其余三杆的尺寸. 解:由摇杆的行程速比系数K=1.2，可得出极位夹角：
K 1 1.2 1 180 180 16 K 1 1.2 1
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3.验证最小传动角是否满足要求 此位置用画图法得出最小 传动角为59°。满足 min 40 的要求，因此可 以选定此A点位置。 此时，三杆的长度分别为： l1=21.4mm;
l2=106.8mm； l4=96.2mm.
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3-4.设计一偏置曲柄滑块机构.已知滑块的行程速比系数 K=1.4,滑块的行程LC1C2=60mm，导程的偏距e=20mm， 试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度。 解：由滑块的行程速比系数K=1.4可得出极位夹角：
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c)图中机构 60 120 80 70 为双摇杆机构
d)图中机构 55 120 80 110且取最短杆的相对杆为机架 为双摇杆机构
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3-2.在铰链四杆机构中，各杆的长度分别为l1=28mm, l2=52mm,l3=50mm,l4=72mm,试用图解法求： （1）当取杆4为机架时，该机构的极位夹角，摇杆的最 大摆角； （2）求该机构的最小传动角； （3）试讨论该机构在什么条件下具有死点位置，并绘 图表示。
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解： 1）如右图所示: 当曲柄与连杆共线时, 两曲柄之间的夹角θ 即为 极位夹角. 两摇杆之间的夹角Ψ 即为 最大摆角.
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2）如右图所示: 曲柄与机架共线时, 即当B点位于B1或B2 位置时，机构有最小 传动角。由图可知，当 B点位于B2位置时，有最小 传动角。
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3）如右图所示: 当摇杆为原动件时 曲柄与连杆共线时, 此时传动角γ =0°,机构 处于死点位置.
K 1 1.4 1 180 180 30 K 1 1.4 1
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1.确定铰链中心A点的位置 1)作 C1C2=60mm，过点C2作C2M 线垂直于C1C2. 2)作∠C2C1N=90°-θ ，使线 C2N与C1M相交于点P。由三角 形的内角之和等于180°可知， ∠C1PC2=θ . 3)作Δ C1PC2的外接圆.再作直 线C1C2的平行线，并使它们的 距离为e，该平行线与圆周的 交点即为A点。