《机械设计基础(第五版)杨可桢》试题库及答案
杨可桢《机械设计基础》(第5版)笔记和课后习题(轴)
第 14 章 轴
14.1 复习笔记 一、轴的功用和类型 轴是机器中的重要零件之一，用来支持旋转的机械零件和传递转矩。 （1）按承受载荷的不同分类 转轴：既传递转矩又承受弯矩的轴，如图 14-1（a）所示的齿轮轴； 传动轴：主要受扭矩而不受弯矩或弯矩很小的轴，如图 14-1(b)所示汽车的传动轴； 心轴：只承受弯矩而不传递转矩的轴，又分为转动心轴和固定心轴两种，如图 14-1（c） (d)所示。
图 14-6 ④轴端挡圈：固定轴端零件，可承受较大轴向力，如图 14-7 所示。
图 14-7 ⑤当轴向力较小时，也可采用弹性挡圈或紧定螺钉进行零件的轴向固定，分别如图 14-8 所示。
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弹性挡圈
紧定螺钉
图 14-8 （2）轴上零件的周向固定 常采用的周向固定的零件有：键、花键、销、过盈配合、紧定螺钉等。常见的几种结构 分别如图 14-9 所示。
圆角或加装隔离环；对于轴与轮毂的过盈配合，可在轮毂上或轴上采用过渡肩环或开减载槽。 分别如图 14-11 所示。
键连接
花键连接
销连接
过盈连接
弹性环连接
型面连接
图 14-9 其中，采用键连接时，应使各轴段键槽在同一母线上，如图 14-10 所示；紧定螺钉只用 在传力不大之处。
图 14-10 3．各轴段的直径和长度的确定 （1）轴径的确定 按轴所受的扭矩来初步估计轴所需的直径，将初步求出的直径作为承受扭矩的轴段的最 小直径，然后按轴上零件的装配方案和定位要求，逐步确定各段轴直径。其中，有配合要求 的轴段，应尽量采用标准直径。 （2）各轴段长度的确定 各轴段的长度尺寸，主要由轴上零件与轴配合部分的轴向尺寸、相邻零件之间的距离、 轴向定位以及轴上零件的装配和调整空间等因素决定。基本原则：保证零件所需装配空间的 同时应尽量使轴的结构紧凑。 4．提高轴强度的常用措施 （1）合理布置轴上的零件以减小轴的载荷。 措施：传动件应尽量靠近轴承，尽可能不采用悬臂的支承形式；力求缩短支承跨距及悬
机械设计基础(第五版)课后习题答案(整理版)
4-14 解 分度圆锥角 分度圆直径
齿顶圆直径 齿根圆直径
外锥距 齿顶角、齿根角
顶锥角
根锥角
当量齿数
4-15 答： 一对直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角必须分别相等，即
、
。
一对斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角分别相等，螺旋角大小相等、方向
相反（外啮合），即
、
、
。
取 z=3 13-6 解 由教材表 13-6 得 由图 13-15 得选用 A 型带 由教材表 13-3 得
选 初选 取
= 由教材表 13-2 得 =2000mm
=1979.03mm
由教材表 13-3 得： =1.92 kW ， 由教材表 13-4 得： △
、
满足弯曲强度。
11-12 解 由题图可知：
，
高速级传动比 低速级传动比
输入轴的转矩 中间轴转矩 输出轴转矩
11-13 解 硬齿面闭式齿轮传动应按弯曲强度设计，然后验算其接触强度。 （ 1）许用应力 查教材表 11-1 齿轮 40Cr 表面淬火硬度：52～56HRC 取 54HRC。 查教材图 11-7：
力角、齿距均分别与刀具相同，从而变位齿轮与标准齿轮的分度圆直径和基圆直径也相同。故参数 、
、 、 不变。 变位齿轮分度圆不变，但正变位齿轮的齿顶圆和齿根圆增大，且齿厚增大、齿槽宽变窄。因此 、 、 变大， 变小。 啮合角 与节圆直径 是一对齿轮啮合传动的范畴。
4-11 解 因
螺旋角 端面模数
端面压力角 当量齿数
,
查教材表 11-4
，并将许用应用降低 30%
故 （ 2）其弯曲强度设计公式：
其中：小齿轮转矩 载荷系数 查教材表 11-3 得 取齿宽系数
杨可桢《机械设计基础》课后习题及详解(间歇运动机构)【圣才出品】
用于转速不高的轻 工机械中
不完全齿 轮机构
从动轮的运动时间和静止时 间的比例可在较大范围内变
化
需专用设备加工，有 较大冲击
用于具有特殊要求 的专用机械中
凸轮式间 只要适当设计出凸轮的轮廓， 运转平稳、定位精度 可用于载荷较大的
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5 解：根据题意可得，槽轮转一周所需的时间： t ts tm 2 s 槽轮特性系数： tm 10 2 2
t 653
又
，即
，则该槽轮机构所需的圆销数 K＝2。
6-4 设计一槽轮机构，要求槽轮的运动时间等于停歇时间，试选择槽轮的槽数和拨盘
的圆销数。
解：由题意可知
，且
。
则槽轮特性系数：
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歇运动机 就能获得预期的运动规律 高，动荷小，但结构
场合
构
较复杂
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当拨盘转过的角度 1
3
时，槽轮转过的角度为 2
2 3
。
拨盘转速 n1＝60 r／min，故拨盘转 1 转所用的时间为 1 s，则槽轮转一周需要的时间
t 0.5s 。
槽轮的运动时间： tm
t
1 0.5 3
1 6
s
5 槽轮的静止时间： ts t tm 6 s 。
6-3 在转塔车床上六角刀架转位用的槽轮机构中，已知槽数 z＝6，槽轮静止时间 ts ＝5／6 s，运动时间 tm＝2ts，求槽轮机构的运动特性系数 τ 及所需的圆销数 K。
图 6-1 6-2 已知槽轮的槽数 z＝6，拨盘的圆销数 K＝1，转速 n1＝60 r／min，求槽轮的运 动时间 tm 和静止时间 ts。
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机械设计基础课外习题-杨可祯
3、当凸轮机构的从动件推程按等加速等减速规律运动时，推程开始和结束位 置有 柔性 冲击。
4、凸轮机构中，基圆半径应在 理论 轮廓线上量度，压力角应在 理论 轮 廓线上量度。
10.在凸轮机构几种常用的推杆运动规律中， d 只宜用于低速.
A.正弦加速度运动规律
B .余弦加速度运动规律
C .等加速、等减速运动规律 D . 等速运动规律
11、设计滚子从动件盘型凸轮轮廓线时，在其它条件不变的情况下，若将 滚子半径增大，那么凸轮外凸部分实际廓线上各点曲率半径将 b 。
A、一定变大 C、不变
15、设计凸轮机构中，选取基圆半径时，应考虑哪些因素？按什么原则选择？
答： 应考虑 ①、压力角的限制，即满足 αmax ?[? ] ； ②、实际轮廓曲线的失真，即满足 ? min - rT>1~5mmm ； ③、凸轮机构机构尺寸。
选择原则：在满足 αmax ? [? ] 与 ? min - r T>1~5mmm 的前提下，尽 量取较小的r min .
16、设计滚子从动件盘型凸轮轮廓时，滚子半径的选择与理论轮廓曲率半径 有何关系？如出现实际轮廓变尖或相交，可以采取哪些方法来解决？
答： 滚子半径rT与理论廓线曲率半径关系为，内凹部分： ?实 =? 理+rT ； 外凸部分： ?实 =? 理-rT 。选择r T时应满足? min - rT>1~5mmm 。 出现实际轮廓曲线变尖或相交时，
解：1）找起始位置、基圆
?=? AO'A
ω1
A δo′ A1 s o
机械设计基础课后习题答案(第五版)(完整版)之令狐文艳创作
机械设计基础（第五版）课后习题答案(完整版)令狐文艳高等教育出版社杨可桢、程光蕴、李仲生主编1-1至1-4解机构运动简图如下图所示。
图 1.11 题1-1解图图1.12 题1-2解图图 1.13 题1-3解图图1.14 题1-4解图1-5 解1-6 解1-7 解1-8 解1-9 解1-10 解1-11 解1-12 解1-13解该导杆机构的全部瞬心如图所示，构件 1、3的角速比为：1-14解该正切机构的全部瞬心如图所示，构件 3的速度为：，方向垂直向上。
1-15解要求轮 1与轮2的角速度之比，首先确定轮1、轮2和机架4三个构件的三个瞬心，即，和，如图所示。
则：，轮2与轮1的转向相反。
1-16解（ 1）图a中的构件组合的自由度为：自由度为零，为一刚性桁架，所以构件之间不能产生相对运动。
（ 2）图b中的 CD 杆是虚约束，去掉与否不影响机构的运动。
故图 b中机构的自由度为：所以构件之间能产生相对运动。
题 2-1答 : a ），且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。
b ），且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。
c ），不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。
d ），且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。
题 2-2解 : 要想成为转动导杆机构，则要求与均为周转副。
（ 1 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。
见图 2-15 中位置和。
在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）；在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）。
综合这二者，要求即可。
（ 2 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。
见图 2-15 中位置和。
在位置时，从线段来看，要能绕过点要求：（极限情况取等号）；在位置时，因为导杆是无限长的，故没有过多条件限制。
（ 3 ）综合（ 1 ）、（ 2 ）两点可知，图示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件是：题 2-3 见图 2.16 。
图 2.16题 2-4解 : （ 1 ）由公式，并带入已知数据列方程有：因此空回行程所需时间；（ 2 ）因为曲柄空回行程用时，转过的角度为，因此其转速为：转 / 分钟题 2-5解 : （ 1 ）由题意踏板在水平位置上下摆动，就是曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置，此时曲柄与连杆处于两次共线位置。
机械设计基础课后习题答案(第五版)(完整版)
机械设计基础（第五版）课后习题答案(完整版)高等教育出版社杨可竺、程光蕴、李仲生主编9-1答退火：将钢加热到一定温度，并保温到一定时间后，随炉缓慢冷却的热处理方法。
主要用来消除内应力、降低硬度，便于切削。
正火：将钢加热到一定温度，保温一定时间后，空冷或风冷的热处理方法。
可消除内应力，降低硬度，便于切削加工；对一般零件，也可作为最终热处理，提高材料的机械性能。
淬火：将钢加热到一定温度，保温一定时间后，浸入到淬火介质中快速冷却的热处理方法。
可提高材料的硬度和耐磨性，但存在很大的内应力，脆性也相应增加。
淬火后一般需回火。
淬火还可提高其抗腐蚀性。
调质：淬火后加高温回火的热处理方法。
可获得强度、硬度、塑性、韧性等均较好的综合力学性能，广泛应用于较为重要的零件设计中。
表面淬火：迅速将零件表面加热到淬火温度后立即喷水冷却，使工件表层淬火的热处理方法。
主要用于中碳钢或中碳合金钢，以提高表层硬度和耐磨性，同时疲劳强度和冲击韧性都有所提高。
渗碳淬火：将工件放入渗碳介质中加热，并保温一定时间，使介质中的碳渗入到钢件中的热处理方法。
适合于低碳钢或低碳合金钢，可提高表层硬度和耐磨性，而仍保留芯部的韧性和高塑性。
9-2解见下表9-3解查教材表9-1，Q235的屈服极限查手册GB706-88标准，14号热轧工字钢的截面面积则拉断时所所的最小拉力为9-4解查教材表9-1，45钢的屈服极限许用应力把夹紧力向截面中心转化，则有拉力和弯距截面面积抗弯截面模量则最大夹紧力应力分布图如图所示图9.3 题9-4解图9-5解查手册，查手册退刀槽宽度，沟槽直径，过渡圆角半径，尾部倒角设所用螺栓为标准六角头螺栓，对于的螺栓，最小中心距，螺栓轴线与箱壁的最小距离。
9-6解查手册，当圆轴时，平键的断面尺寸为且轴上键槽尺寸、轮毂键槽尺寸。
图9.5 题9-6解图9-7解（1）取横梁作为示力体，当位于支承右侧处时由得由得由得由得（2）横梁弯矩图图9.7 题9-7解图（3）横梁上铆钉组的载荷力矩水平分力垂直分力9-8解水平分力在每个铆钉上产生的载荷垂直分力在每个铆钉上产生的载荷力矩在每个铆钉上产生的载荷各力在铆钉上的方向见图所示图9.9 题9-8解图根据力的合成可知，铆钉1的载荷最大9-9解铆钉所受最大载荷校核剪切强度校核挤压强度均合适。
杨可桢《机械设计基础》(第5版)笔记和课后习题(间歇运动机构)
第6章 间歇运动机构6.1 复习笔记主动件连续运动（连续转动或连续往复运动）时，从动件做周期性时动、时停运动的机构成为间歇运动机构。
一、棘轮机构如图6-1所示，机构是由棘轮2、棘爪3、主动摆杆和机架组成的。
运动原理：主动棘爪作往复摆动，从动棘轮作单向间歇转动。
优点：结构简单、制造方便、运动可靠、棘轮轴每次转过角度的大小可以在较大范围内调节。
缺点：工作时有较大的冲击和噪音，运动精度较差。
因此棘轮机构适用于速度较低和载荷不大的场合。
棘轮机构按结构形式分：齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构；按啮合方式分：外啮合棘轮机构和内啮合机构；按运动形式分：单动式棘轮机构、双动式棘轮结构和双向式棘轮机构。
图6-1 棘轮机构1．棘爪工作条件在工作行程中，为了使棘爪能顺利进入棘轮的齿底，应满足：90αϕ>︒+-∑其中，α为棘齿的倾斜角，ϕ为摩擦角，∑为棘爪轴心和棘轮轴心与棘轮齿顶点的连线之间的夹角。
为了使传递相同的转矩时棘爪受力最小，一般取90∑=︒，为保证棘轮正常工作，使棘爪啮紧齿根，则有：αϕ>2．棘轮、棘爪的几何尺寸计算选定齿数z 和确定模数m 之后，棘轮和棘爪的主要几何尺寸计算公式如下： 顶圆直径 D m z =；齿高 0.75h m =；齿顶厚 a m =； 齿槽夹角6055θ=︒︒或；棘爪长度 2=L m π。
二、槽轮机构如图6-2中所示，该机构是由带圆销的主动拨盘1、带有径向槽的从动槽轮2以及机架组成的。
其中，拨盘和槽轮上都有锁止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘上的凸圆弧都是起锁定作用。
工作特点：拨盘连续回转，当两锁止弧接触时，槽轮静止；反之槽轮运动，实现了将连续回转变换为间歇转动。
特点：结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高，能平稳地、间歇地进行转位。
因槽轮运动过程中角速度有变化，存在柔性冲击，因此不适合高速运动场合。
图6-2 槽轮机构运动特性系数τ：槽轮每次运动的时间m t 对主动构件回转一周的时间t 之比，有：m 2=2-=t z t zτ 其中，z 为槽数，是槽轮机构的主要参数。
杨可桢《机械设计基础》配套题库【课后习题(1-18章)】【圣才出品】
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约束，
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。
图 1-15 最下方齿轮与机架，杆组成复合铰链，
。
图 1-16 F 3n 2PL PH 3 3 2 3 3 。
1-13 求出图 1-17 导杆机构的全部瞬心和构件 1、3 的角速比。
图 1-17 导杆机构 解：该导杆机构的全部瞬心如图 1-18 所示。
8.28rad
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s。
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1-17 图 1-25 所示平底摆动从动件凸轮机构，已知凸轮 l 为半径 r＝20 的圆盘，圆盘中
心 C 与凸轮回转中心的距离 lAC＝15 mm，lAB＝90 mm， 1 ＝10 rad／s，求θ＝0°和θ＝180° 时，从动件角速度 2 的数值和方向。
图 1-11 加药泵
图 1-12 测量仪表机构
图 1-13 缝纫机送布机构 图 1-14 冲压机构
图 1-15 差动轮系
图 1-16 机械手
解：图 1-9 滚子处为局部自由度，
。
图 1-10 滚子处为局部自由度，
。
图 1-11
。
图 1-12
。
图 1-13 滚子处为局部自由度，
。
图 1-14 滚子处为局部自由度，右方三杆铰接处为复合铰链，下方两导程槽之一为虚
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第 1 章 平面机构的自由度和速度分析
1-1 至 1-4 绘出图示（图 1-1～图 1-4）机构的机构运动简图。
图 1-1 唧筒机构
图 1-2 回转柱塞泵
图 1-3 缝纫机下针机构 解：机构运动简图分别如图 1-5～1-8 所示。
机械设计基础第五版复习提纲(杨可桢)
机械设计基础第五版复习提纲（杨可桢）第一部分课程重点内容网上找到的资料，然后改正了错误加注了页数一．运动副的概念和分类P6—7；运动副图形符号P8；能画出和认识机构运动简图P8—10。
平面机构自由度的计算公式P11；复合铰链、局部自由度及简单的虚约束P12—13；速度瞬心及三心定理P15-171.所以构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机构；2.两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。
两构件通过面接触组成的运动副称为低副，平面机构中的低副有移动副和转动副。
两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副；3.绘制平面机构运动简图；4.机构自由度F=3n-2P l-P h,原动件数小于机构自由度，机构不具有确定的相对运动；原动件数大于机构自由度，机构中最弱的构件必将损坏；机构自由度等于零的构件组合，它的各构件之间不可能产生相对运动；5.计算平面机构自由度的注意事项：（1）复合铰链（图1-13）（2）局部自由度：凸轮小滚子焊为一体（3）虚约束（4）两个构件构成多个平面高副，各接触点的公共法线彼此重合时只算一个高副，各接触点的公共法线彼此不重合时相当于两个高副或一个低副，而不是虚约束；6.自由度的计算步骤要全：1）指出复合铰链、虚约束和局部自由度2）指出活动构件、低副、高副3）计算自由度4）指出构件有没有确定的运动。
二．铰链四杆机构的三种基本形式及运动特征P21—28；四杆机构类型判定准则P29；急回特性 P29；压力角与传动角P30；死点位置P31；四杆机构的设计（按给定的连杆位置或行程速度变化系数设计四杆机构，给定两连杆架与给定点的运动轨迹设计四杆机构不考）P32—34。
1.平面连杆机构是由若干构件用低副(转动副、移动副)连接组成的平面机构，又称平面低副机构；按所含移动副数目的不同，可分为：全转动副的铰链四杆机构、含一个移动副的四杆机构和含两个移动副的机构。
2.铰链四杆机构：机构的固定构件称为机架；与机架用转动副相连接的构件称为连架杆；不与机架直接相连的构件称为连杆；铰链四杆机构分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。
杨可桢《机械设计基础》课后习题及详解(联轴器、离合器和制动器)【圣才出品】
第17章 联轴器、离合器和制动器17-1 由交流电动机直接带动直流发电机供应直流电。
已知所需最大功率为18～20 kW ，转速3000 r ／min ，外伸轴轴径d ＝45 mm 。
（1）试为电动机与发电机之间选择一只恰当类型的联轴器，并陈述理由。
（2）根据已知条件，定出型号。
解：（1）选择型号：由于此类机组一般为中小型，所需传递的功率中等，直流发电机载荷平稳，轴的弯曲变形较小，联接之后不再拆动，因此，选用传递转矩大、结构简单的固定式刚性联轴器，如凸缘联轴器。
（2）计算其传递的最大转矩：由于载荷平稳，选取载荷系数，因此计算转矩：根据计算转矩、轴的转速及外伸轴直径d ＝45 mm ，查机械设计手册选取铰制孔型凸缘联轴器YL9。
其许用转矩为[]400T N m =⋅，许用最大转速4100max n r /min =。
17-2 在发电厂中，由高温高压蒸汽驱动汽轮机旋转，并带动发电机供电。
在汽轮机与发电机之间用什么类型的联轴器为宜？理由何在？试为3000 kW 的汽轮发电机机组选择联轴器的具体型号，设轴颈d ＝120 mm ，转速为3000 r ／min 。
解：（1）选择型号：由于汽轮发电机组的转子较重，传递的转矩较大，因此轴有一定的弯曲变形；由于工作环境为高温高压蒸汽，轴有伸长，因此选用耐温的齿式联轴器。
（2）该联轴器传递的转矩：因载荷较平稳，取载荷系数，计算转矩：根据计算转矩、轴的转速及轴径d ＝120 mm ，查手册，选用鼓型齿式联轴器GCLD7。
其许用转矩为[]14000T N m =⋅，许用最大转速3000max n r /min =。
17-3 如图17-1所示，有两只转速相同的电动机，电动机1连接在蜗杆轴上，电动机2直接连接在O2轴上（垂直于图纸平面，图中未标出），O2轴的另一端连接工作机。
这样，当开动电动机1（停止电动机2）时，电动机1经蜗杆蜗轮减速后驱动O2轴，是慢速挡。
若开动电动机2（停止电动机1）直接驱动O2轴，是快速挡。