河南理工大学机械制造基础第2版课后部分习题参考答案

薛铜龙主编《机械设计基础》（第2版）电子工业出版社部分课后习题参考答案第2章平面机构运动简图及自由度计算2-1 何谓构件？何谓运动副及运动副元素？平面运动副是如何分类的？答：构件：组成机械的各个相对运动的单元；运动副：构件之间直接接触的、可以产生相对运动的活动连接；运动副元素：两个构件上直接参与接触构成运动副的部分；平面运动副按照不同的接触情况，一般讲运动副分为低副和高副两大类。

2-2 何谓机构的自由度？机构具有确定运动的条件是什么？若不满足此条件将会产生什么后果？答：机构具有确定相对运动时所必须给定的独立运动参数的数目；机构具有确定运动的条件是机构原动件的个数应等于该机构的自由度F；如果机构的原动件个数小于机构的自由度，机构的运动将不确定，如果机构的原动件个数大于机构的自由度，机构不能运动甚至在薄弱处发生破坏。

2-3 计算平面机构自由度时应注意哪些事项？通常在哪些情况下存在虚约束？答：计算平面机构自由度时应注意：复合铰链、局部自由度和虚约束；常见的虚约束情况：1）“轨迹重合”——两构件在未组成运动副前，连接点处的轨迹已重合为一，因此组成后的运动副将不提供独立的约束作用，为虚约束；2）“导路平行”——两构件在多处同时构成若干移动副，且导路相互平行或重合时，事实上只有一个移动副起独立的约束限制作用，其余则为虚约束；3）“轴线重合”——两构件同时在多处构成若干转动副，且轴线相互重合，事实上只有一个转动副起独立的约束限制作用，其余则为虚约束；4）“距离恒定”——两构件两点间未组成运动副前距离保持不变，两点间用另一构件连接后，将产生虚约束；5）“对称结构”——机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束；6）“公法线重合”——如果两构件在多处构成平面高副，且接触点处的公法线彼此重合，则只能算做一个平面高副；但如果各接触处的公法线彼此不重合，则相当于一个低副。

2-4 试判定图2-26中(a)、(b)的构件组合体能否运动？若使它们成为具有确定运动的机构，在结构上应如何改进？图2-27答：图(a)所示构件组合体的自由度为：F = 3n– 2P l–P h=3×2－2×3－0＝0不能运动，若使它们成为具有确定运动的机构，应改为下图(a)；图(b)所示组合体自由度为：F = 3n– 2P l–P h=3×6－2×9－0＝0不能运动，若使它们成为具有确定运动的机构，应改为下图(b)。

A BCD（a）（b）2-5 绘出图2-27所示机构的机构运动简图。

图2-28 答：BCA12342-6 如图2-28所示油泵机构中，1为曲柄，2为活塞杆，3为缸体，4为机架。

试绘制该机构的运动简图，并计算其自由度。

答：F = 3n– 2P l–P h=3×3－2×4－0＝12-7 计算如图2-29至题图2-32所示各机构的自由度（若有复合铰链、局部自由度或虚约束应明确指出），并判断机构的运动是否确定，图中绘有箭头的构件为原动件。

图2-39 图2-30图2-31 图2-32解：(1)F = 3n– 2P l–P h=3×68－2×11－1＝1，其中凸轮滚子处为局部自由度，运动确定；(2)F = 3n– 2P l–P h=3×7－2×10－0＝1，C处为复合铰链，运动确定；(3)F = 3n– 2P l–P h=3×8－2×11－1＝1，两个移动副之一为虚约束，一个复合铰链，运动确定；(4)F = 3n– 2P l–P h=3×5－2×7－0＝1，E、F为虚约束，C点为复合铰链，运动确定。

第3章平面连杆机构3-1 何谓曲柄？铰链四杆机构具有曲柄的条件是什么，曲柄是否就是最短杆？答：绕固定轴线作整周回转的构件称为曲柄。

铰链四杆机构中曲柄存在的条件为：（1）连架杆或机架是最短杆；（2）最短杆与最长杆的长度之和应≤其他两杆长度之和（杆长条件）。

曲柄不一定是最短杆。

3-2 死点在什么情况出现？举例说明死点的危害以及死点在机械工程中的应用。

答：在曲柄摇杆机构中，以摇杆为原动件，曲柄为从动件，当机构的从动件与连杆共线的两个位置时，出现了传动角为零的情况，这时原动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心，不产生转距。

因此机构在此位置起动时，不论驱动力多大，即便无摩擦，也不能使从动曲柄转动。

机构的这种位置称为死点。

当机构运动到死点位置时会产生运动不确定现象。

曲柄可能无法运动，甚至是反向运动即顺时针转动。

为了使机构能顺利地闯过死点而顺利运行，可以采用将两组以上的相同机构组合使用的方法。

如机车联动装置，其两侧的曲柄滑块机构的曲柄位置就相互错开了90°；再如多缸内燃机的各缸曲柄位置同样也错开了一定的角度。

还可以采用安装飞轮增大惯性的方法，借惯性作用通过死点，如缝纫机驱动机构的飞轮以及拖拉机单缸引擎上的飞轮等等。

在工程实际中，也常利用死点来实现一定的工作要求。

如飞机起落架机构、工件夹紧装置。

3-3 试说明平面四杆机构常见的几种演化形式？导杆机构是由何机构演变而来？如何演变？答：1、转动副演化为移动副（改变构件形状或尺寸）；2、运动副尺寸的扩大；3、机构的倒置；4、运动副包容关系的逆转。

导杆机构可由曲柄滑块机构倒置得到。

3-4 如何判断机构有无急回运动？K＝1的铰链四杆机构的结构特征是什么？答：行程速比系数的大小表明了急回运动的剧烈程度，行程速比系数值越大，机构的急回运动特性越显著，行程速比系数值大小取决于极位夹角的大小。

极位夹角越大，行程速比系数值就越大；若K=1，极位夹角为零，机构没有急回运动特性。

3-5 分别分析如图3-29所示两种曲柄滑块机构的最小传动角的位置。

（a）（b）3-6 试根据图3-48中注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构、还是双摇杆机构。

图3-48 答：(a)双曲柄机构；(b)曲柄摇杆机构；(c)双摇杆机构；(d)双摇杆机构。

3-7 画出图3-49所示各机构的传动角和压力角。

图中标注箭头的构件为原动件。

答：如图所示：v γαF αγvF(a) (b)γαF vvFγ=90°(c) (d) 3-8 试判别图3-50中a 、b 所示机构为何种机构？设构件1为原动件，试确定两机构从动件的摆角ψ和机构的最小传动角γmin 。

如果分别以构件1、2和3为机架，它们又是什么机构？（各构件长度如图所示，单位mm)图 3-50答：1、(a) (b)均为曲柄摇杆机构；2、摆角和最小传动角可按下图方法确定，其中：当∠BCD 是锐角时，该角就是传动角；而当∠BCD 为钝角时，与之相对应的传动角应为180°-∠BCD 。

有：（1）若∠B 2C 2D 是锐角，则∠B 1C 1D 为最小传动角；（2）若∠B 2C 2D 是钝角，则应比较∠B 1C 1D 与180°-∠B 2C 2D 两者中的小者，即为最小传动角。

3、分别以1、2和3为机架(a)、 (b)均分别为双曲柄机构、曲柄摇杆机构、双摇杆机构。

A B 1D B 2C 2C 1ψB'C'B''C''γmin 1γmin 23-9 如图3-51所示为偏置曲柄滑块机构。

已知a ＝150 mm ，b ＝400mm ，e ＝50mm ，试求滑块行程H 、机构的行程速度变化系数K 和最小传动角γmin 。

图 3-51解：()()mm e a b e a b H 8.3022222=----+=︒=+--=32.6)arcsin()arcsin(a b e a b e θ，07.1180180=-︒+︒=θθK ︒=⎪⎭⎫⎝⎛+=60arccos min b e a γ 3-10 设计—曲柄滑块机构，已知滑块的行程速度变化系数K ＝1.5； 滑块的行程H ＝50mm ，导路偏距e ＝20mm ，求曲柄长度l AB 和连杆长度l BC （参照上题图）。

解：提示：先用课本26页公式（3-7）根据行程速比系数求出极位夹角，然后在根据上题方法反算曲柄和连杆长度。

3-11 已知摇杆CD 的行程速度变化系数K =1,摇杆CD 的长度l CD ＝150 mm ，摇杆的极限位置与机架所成角度ψ1＝330和ψ2＝900。

试设计此曲柄摇杆机构。

解：提示：参见课本36页2）按行程速比系数设计平面四杆机构中（1）曲柄摇杆机构的设计。

第4章 凸轮机构4-1 凸轮机构有哪些优缺点？答：优点：适当的设计凸轮廓线可实现各种运动规律，而且机构简单，紧凑；缺点：点、线接触，易磨损，凸轮制造较困难。

4-2 在选用从动件运动规律时，主要考虑哪些因素？答：1.满足机器的工作要求；2.良好的动力特性；3.凸轮便于加工。

4-3 设计用于控制刀具进给运动的凸轮机构，从动件处于切削段时采用什么运动规律合适？答：等速运动规律4-4设计时为什么控制压力角的最大值？平底推杆凸轮机构的压力角是多少？答：一般来说，凸轮廓线上不同点的压力角是不同的，当最大压力角超过临界压力角时，机构自锁；再者，为了提高机构的效率，改善受力状况，要控制压力角的最大值。

0度4-5 选取基圆半径和滚子半径应注意哪些问题？答：基圆半径受到压力角的限制，最大压力角越大，基圆半径越小，最大压力角越小，基圆半径越大；此外，还要考虑凸轮结构和强度要求。

滚子半径选择时，如果轮廓曲线内凹，由于凸轮工作廓线可光滑作出，滚子半径选择主要考虑其其强度和结构的限制；如果轮廓曲线外凸，应使滚子半径r r小于理论廓线的最小曲率半径ρmin。

4-6 什么是反转法？略4-7 用作图法求图4-17所示位置的凸轮机构压力角、凸轮基圆半径、从动杆推程h。

4-8 略第5章齿轮机构5-1.齿轮传动的优点有哪些？答：(1) 优点传动效率高，瞬时传动比稳定，工作可靠，寿命长；适用的速度和传递的功率范围广；可实现平行轴、相交轴、交错轴之间的传动。

5-2.渐开线的性质及渐开线齿廓哦啮合的特性有哪些？答：根据渐开线的形成过程，可知渐开线具有以下特性：(1) 发生线沿基圆滚过的长度(如图，从位置II滚到位置I)，等于该基圆上被滚过圆弧的长度，即BK AB=。

(2) 发生线为渐开线在任意点K的法线，即渐开线上任意点的法线必与基圆相切。

(3) 发生线与基圆的切点B是渐开线在点K的曲率中心，其曲率半径为BK。

渐开线上越接近基圆的点，其曲率半径越小，渐开线在基圆上点A的曲率半径为零。

(4) 渐开线的形状取决于基圆的大小。

如图5-4所示，在展角θK( = θ1= θ2 )相等条件下，基圆半径越小，渐开线愈弯曲，其曲率半径越小；基圆半径越大，渐开线愈平直，其曲率半径越大；当基圆半径趋于无穷大时，渐开线变成直线，此即为齿条的齿廓。