机械设计基础习题含答案教学内容.pdf

《机械设计基础》是一门涵盖广泛知识的课程，主要涉及机器、机构和机械的基本概念，以及设计过程中的关键要素。以下是对课程中部分习题的解答和知识点的详细阐述： 1-1 机器、机构和机械的区别在于：机器是由多个机构组成的能够实现能量转换或完成有用工作的系统；机构是构成机器的组成部分，它由两个或更多个构件通过运动副连接，形成具有特定功能的结构；而机械是一个更宽泛的概念，包括了机器和机构。 1-2 零件是构成机器或机构的基本单元，可以是单一的结构体；部件是由多个零件组装而成的具有特定功能的组合体；标准件是按照统一规格生产的、可以直接用于组装的零部件，如螺栓、轴承等。 1-3 机械设计过程通常分为四个阶段：需求分析、方案设计、详细设计和工艺设计。需求分析阶段明确设计目标和使用要求；方案设计阶段提出多个设计方案进行比较；详细设计阶段制定具体的设计参数和技术细节；工艺设计阶段考虑制造和装配过程。 1-4 零件失效形式包括：疲劳断裂、过载断裂、腐蚀、磨损、变形等。 1-5 疲劳点蚀是由于重复应力作用导致材料表面局部区域的疲劳破坏，形成小坑。影响疲劳强度的因素包括：材料性质、应力集中、表面状态、加载频率和应力幅度等。 1-6 磨损是指材料表面因相对运动而逐渐损耗的现象，主要分为：粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损和化学磨损。 1-7 零件的工作能力是指其在工作条件下完成预定功能的能力。零件的计算准则基于安全系数，根据预期载荷、材料性能和使用环境来确定。 1-8 选择零件材料时，应考虑：负载性质、工作条件、经济性、加工性和使用寿命等因素。 1-9 材料牌号的含义和用途：Q275 是普通碳素钢，适用于一般结构件；40Mn 含锰的碳素结构钢，强度较高，用于制造耐磨件；40Cr 为合金结构钢，用于制造承受重载的零件；45 是优质碳素结构钢，广泛用于机械制造；ZG310-570 是铸钢，用于高负荷零件；QT600-3 是球墨铸铁，强度高，用于承受冲击的部件。 2-1 三维CAD系统的特点包括：直观的三维建模、精确的尺寸控制、强大的装配设计、高效的修改能力和丰富的可视化效果。 2-2 优化设计数学模型一般表达式为：目标函数F(x)需在满足约束条件G(x)≤0和H(x)=0的情况下最小化或最大化。其中，x代表设计变量，F代表目标函数，G和H分别代表不等式约束和等式约束。 2-3 数值迭代法求解优化问题的基本思想是通过不断逼近最优解，逐步调整设计变量，直到满足停止准则为止。 2-4 优化设计的一般过程包括：问题定义、建立数学模型、选择优化算法、求解问题、评估结果和迭代优化。 2-5 机械设计中常用的优化方法有：单纯形法、梯度法、遗传算法、粒子群优化等。 2-6 常规设计方法以确定性设计为主，而可靠性设计则引入了概率统计，考虑了不确定性因素，以提高产品的可靠性。 2-7 常用的可靠性尺度有：可靠度R(t)、失效率λ(t)、故障率λ、平均无故障时间MTBF、平均修复时间MTBR等。 2-8 有限元法是一种数值分析方法，通过将连续区域划分为许多互不重叠的子区域（有限元），然后对每个子区域内的问题进行近似求解，最终获得整个区域的解。 2-9 机械创新设计强调新颖性、实用性和经济性，特点包括：跨学科融合、技术集成、用户参与和环境友好。 2-10 创新设计与常规设计的关系体现在：创新设计是在常规设计基础上的改进和突破，两者相互促进，推动技术进步。 第3章至第5章的内容涉及到平面机构的组成、运动简图、连杆机构、凸轮机构等，这部分内容较为复杂，主要探讨了这些机构的运动规律、设计方法和应用实例。例如： 3-1 零件是构件的基本组成部分，构件可以是多个零件的组合。 3-2 平面机构具有确定运动的条件是自由度等于原动件数量，且机构无虚约束。 3-4 运动副分为低副（转动副、移动副）和高副，它们决定了机构的运动方式。 3-8 四杆机构的急回特性、死点位置和压力角的概念与分析，对于理解机构的工作性能至关重要。 5-1 凸轮机构的从动件运动规律包括：直线运动规律（有刚性冲击）、摆线运动规律（柔性冲击）、等速运动规律（无冲击）。 5-2 推程运动角δt是凸轮从动件在推程期间与凸轮轮廓接触的时间角度。 以上内容仅是部分习题解答和知识点的概述，实际学习过程中还需要深入理解和应用到具体的设计实践中。通过深入学习和实践，可以掌握机械设计的基础理论，为后续的专业学习和工程实践打下坚实基础。