机械系统设计课后答案
【篇一：机械系统设计习题(有答案版)】
：
具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体
都是系统。
2、机械系统的组成：
1、动力系统。
2、执行系统。
3、传动系统。
4、操纵、控制系统。
5、支承系统。
6、润滑、冷却与密封系统。
3、产品设计类型：完全创新设计、适应性设计、变异性设计。
4、机械系统的设计要求：功能、适应性、可靠性、生产能力、使用经济性、成本六方面的要求。
5、产品的产生过程分哪几个阶段？
产品策划---产品设计---产品生产---产品运转---产品报废或回收。
6、产品的设计过程分哪几个阶段？
功能原理方案设计阶段---结构总体设计阶段---技术设计阶段
第二章机械系统总体设计
1、功能原理方案设计步骤
设计任务-求总功能-总共能分解-寻求子功能解-原理解功能-评价与决策-最佳原理方案
2、什么是“黑箱法”：根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入-输出之间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。
3、功能元、功能结构
功能元：在一个系统中，总功能可以分解为一些分功能，其中可以
分解到最低层次的分功能，并且分解到最后不能再分解的基本功能
单位叫做功能元。
功能结构：将总功能分解为分功能，并相应找出实现各分功能的原
理方案，从而简化了实现总功能的原理构思。反之，同一层次的功
能单位组合起来，应能满足上一层次功能的要求，最后组合成的整
体应能满足总功能的要求。这种功能的分解和组合关系称为功能结构。
4、机械系统总体参数包括哪些
性能参数、结构参数、尺寸参数、运动参数、动力参数。
5、七个标准公比为：1.0
6、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78和2。第三章执行系统设计
1、执行系统的组成：由执行末端和与之相连的执行机构。
2、以机床执行轴机构——主轴组件为例介绍执行轴机构设计的内容和要求。（略）书61页
3、执行轴（主轴）的结构通常设计成阶梯形状，一种是中间粗两边细，另一种是由主轴前端向后端逐步递减的阶梯状；
4、轴承的精度分为p2、p4、p
5、p6 和 p0 五级，精度依次由高级到低级，此外，又规定了 sp 级和 up 级作为补充。
5、什么是选配法？（略）书85页
6、导轨的设计内容
根据工作情况选择合适的导轨类型；根据导向精度要求及制造工艺性，选择导轨的截面形状；选择合适的导轨材料，热处理及精加工方法；确定导轨的结构尺寸，进行压强和压强分布等的验算；设计导轨磨损后的补偿及间隙调整装置；设计良好的防护装置及润滑系统。
第四章传动系统设计
1、确定传动系统的传动顺序，一般遵循传动副“ ”的原则，在转速图上表现为齿数比连线分布“”的原则；分配传动组的传动比，降速时宜采用“”的原则。
2、转速图是由“三线一点”即轴线、转速线、
传动线和转速点组成。
3、级比与级比指数
（略）书142页，传动比分配方程4-2，不解释。。。。
4、写出图中结构网的结构式形式。
12=3[1]*2[3]*2[6]
图 4-15 12级传动系统的结构网
5、拟定变速系统时：
2）若采用三速电动机，可以取哪些标准公比？
6、已知某种管制品变速传动系统中，电机转速为1400r/min,工作主轴转速n=45~250r/min,变速级数为6级，请设计传动系统。
(1) 确定结构式；
(2) 确定传动链中是否需要定比传功副；
(3) 拟定转速图。
7、已知某普通机床的主轴转速为标准等比数列，其变速级数为z＝12，其中n8＝250r/min,且主轴的计算转速为nj＝63r/min。求该机床主轴的各级转速。（15分）（普通机床等公比传动的计算转速nj?nmin?z?13）
8、机床主传动的转速图如图所示，已知主轴的计算转速为nj＝
63r/min,试确定：
(2)各中间传动轴的计算转速；
(3)各齿轮的计算转速。
第五章支承系统设计
1、支承件的变形一般包括自身变形、局部变形和接触变形三部分
2、接触刚度kj=平均压强p/变形量
3、由不同截面形状惯性矩的相对
值可以看出：空心截面惯性矩比实
心的大；方形截面抗弯能力大，圆形截面抗扭能力强，矩形截面抗弯能力更好。
4、模态：振型与固有频率合称模态。（书184页）
5、提高动刚度的措施：
动刚度是共振状态下激振力幅值与振幅之比，所以想要提高静刚度和阻尼比都可以提高动刚度，还可以降低受迫振动的幅值来提高动刚度。
6、机器基础的结构型式主要有几种:块式、柜架式、墙式、板式。第六章控制系统
1、随动控制系统：又称伺服系统，其给定信号时未知规律变化的任意函数的控制函数。
2、典型闭环系统的组成包括哪些环节
给定环节、测量环节、比较环节、矫正及放大环节、执行环节。
3、反映系统响应特性的性能指标有哪些？
动态性能：阻尼特性，响应速度
静态性能：稳态误差
第七章操纵系统与安全系统
1、操纵系统的组成
操纵件、变送环节、执行件
2、简述互锁机构的定义，并叙述下图中机构的互锁原理。
图（a）图（b）
互锁机构：为防止操作的误动作或向干涉而引起事故，对那些不允许同时动作的运动之间起到定位左右的装置。
（图a）通过通过啮合的方式定位，两个中心轴定位，右面的轮子利用凹槽是自身不能旋转，左面的轮子可以自由旋转。
（图b）通过插销方式定位，中间的锥形销可以固定上面的滑动杆保持不能左右移动，而不能限制下面滑动杆的动作。
3、设计带式制动器时，以下两种方案哪个更为合理，为什么
?
左面的合理（理由略）
第八章润滑系统
1．简述选用各种润滑剂的原则？
润滑剂类型为稀油和干油两大类：
稀油润滑一般用于下列情况：
①除完成润滑任务外，还需要带走摩擦表面产生的热量者；
②须能够保证滑动平面间为液体摩擦者：液体摩擦轴承、告诉移动的移动平面之间、止推滑动轴承等；
③能够用简易的手段向啮合传动机构本身及其轴承、同时提供一种润滑剂的情况；④除润滑外，还需要清洗摩擦平面并保持清洁状态者；
⑤相同情况下，易于对轴承进行密封并能很好防止润滑外溢者。干油润滑一般用于下列情况：
①粘性很好，并能附着在摩擦平面上，不易流失及飞溅，多用于作往复转动及短期工作制的重载荷低转速的滑动轴承上；
②密封性好，且给油方便；
③很实用于低速的滚动轴承润滑，可长时间不用加油，维护方便；
④防护性能很好，能保护裸露的摩擦表面免受机械杂质及水等的污损。
2．润滑油（剂）大致有几种供应方法？
一、稀油润滑的供油方式：单体润滑、油环润滑、油雾润滑、油池润滑、集中循环润滑。
二、润滑脂的供应方式：单独手工给油、手动（电动）干油、中央手动自动供油站等。
【篇二：2014机械系统设计习题】
=txt>一、填空题
1.机械工程科学是研究机械产品的性能、设计和制造的基础理论与
技术的科学，分
为机械学和机械制造两大分学科。
2. 所谓系统是指具有特定功能的、相互间具有一定联系要素构成的一个整体，即由
两个或两个以上要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。系统的三个
特性是：目的性、相关性和整体性、环境适应性。
3. 产品设计过程的三个阶段：功能原理方案设计阶段、结构总体设
计阶段和技术设
计阶段。
4. 机械系统结构总体设计的三项基本原则是：明确原则、简单原则、安全可靠原则。
5. 机械系统设计类型分为：完全创新设计、适应性设计、变异性设
计三类机械系统常
用的安全保护装置有销钉安全联轴器、钢珠安全离合器、摩擦安
全离合器。
6. 提高支承系统热特性的措施包括：散热和隔热、均热、使热变形
对工作质量的影响
较小。
7. 机械系统主要由动力系统、执行系统、传动系统、操作和控制系统、支承系统、润
滑、冷却等六个子系统组成
8. 总体参数是机械系统总体设计和零部件设计的依据, 总体参数一般包括：性能参数
(生产能力等)、结构尺寸参数、运动参数、动力参数。
9. 机械系统结构总体设计的三项基本原则是：明确原则、简单原则、安全可靠原则。
10. 导轨的功用是导向和承载，即保证运动部件在外力作用下，能沿着规定的运动轨迹运
动。
11. 机械系统的传动是将动力源或某个执行系统的速度、力矩传递给执行件(或另一执行
件)，使该执行件具有某种运动和出力的功能。
12.物料流一般由加工、输送、储存、检验几部分组成。
13.物料流系统的构成一般应包括：存储子系统(含物料供应、中间储存及最后的成品储存)、
输送子系统以及定位与装夹装置，执行子系统。
14.常用的动力机可分为：电动机、内燃机、液压马达、气动马达等几大类
操纵系统的组成：操纵件、传动件、执
行件和辅助元件
16.支承件的变形一般包括自身变形、局
部变形和接触变形 15.
二问答题
1.工作机械的载荷类型有哪几种？
①周期载荷②准周期载荷③瞬变载荷④随机载荷
2.他励电动机的机械特性？是一条向下倾斜的直线，加大电动机的负载，会使转速下降，
机械特性比较“硬”
3.选择电动机时，应考虑的问题？①负载转矩②飞轮力矩③转速④耐久性⑤控制性⑥升
温，发热
4.内燃机的主要性能指标？
①有效功率pe②平均有效压力pe③标定功率④升功率⑤有效燃油消耗率ge⑥指示效
率及机械效率
5.如何选择内燃机？
一般先根据其外特性判断柴油机的n,me,pe等动力性能是否满足从动机的要求，然后再根
据所选择的工作转速的负载特性，是否在经济负荷范围内运转
6.执行机构按其功能分，有哪几种？①夹持②搬运③分度与转位④检测⑤加载
7.对执行机构的设计应提出哪些要求？执行系统设计基本要求：
①保证设计时提出的功能目标。
②足够的使用寿命和强度、刚度要求。
各执行机构应结构合理、配合协调
8.传动系统中的变速装置有哪几种？
交换齿轮，滑移齿轮，离合器，前三种的组合，啮合器
9.操纵系统设计应满足的基本要求？
??尽量减小操纵力??操纵灵活省力?操纵力大小应符合人机工程学
有关规定??????操纵行程应在人体能达到的舒适操纵范围内???方
便和舒适布置位置、运动方向、各操纵件的标记、?操纵件的形状、
尺寸、???操作顺序等要符合人体状况和动作习惯????操纵件应有
可靠的定位???相互关联的操纵应互锁，以保证操纵有效，防止误操作?安全可靠???防止意外的应急措施???
10.操纵系统由哪几部分组成？
操纵件、传动件、执行件和辅助元件。
11.谐波齿轮传动的主要特点？
是柔轮易发生疲劳损坏，起动力矩大
①传动比大、范围宽（一级传动比范围为50 - 500，二级传动可达2500-250000），且
在传动比很大的情况下，仍具有较高的效率；
②结构简单、体积小、重量轻（与一般齿轮减速器相比，零件可减
少约50 %，体积
可减少20%-50%）；
③承载能力强、传动平稳、运动精度高；
4能实现密封空间的运动传递。
12.振动控制的技术途径？
①控制振动源，以减小或消除其本身的振动②控制传递途径，以减
弱至接受体的振动传输③
控制接受体，一降低接受体对振动敏感的程度，减弱它被激励的振
动
13.工件在夹具中的定位通常有几种情况？完全定位，不完全
定位，过定位，欠定位
14.可用哪些方法确定机械系统的载荷大小？相似类比法，实际测量
法及计算法
15步进电动机的特点？
功率小，输出力矩小。体积小。控制性能好，良好的缓冲定位能力。控制系统简单，价
格低。当脉冲当量很小时，很难获得高速。
16.可用哪些方法确定机械系统的载荷大小？
17.简述功能的大致分类及在设计中如何对待各种功能
18 机械系统中需要设置安全保护装置的子系统有哪些，并举例说明
相应的保护措施。
答案要点：
1) 动力系统保护（0.5分） 2) 传动系统保护（0.5分） 3) 执行系统保护（0.5分） 4) 控
制系统保护（0.5分） 5) 操纵系统保护（0.5分） 6) 环境保护
相应的保护措施如下： 1) 动力系统保护
机械系统的动力源一般为三相380v的交流电源。电源进入配电柜后，首先要经空气开关的
保护，主回路和控制回路要有熔断器。电机要有熔断器和热继电器保护。熔断器主要用于断
路保护，热继电器主要用于过载和过流保护。此外，还有欠压、过压和缺相等保护。在液压
和气动回路中，要有安全阀和压力继电器
2) 传动系统保护
传动系统主要是过载保护问题，如机械系统中采用的安全离合器、摩擦离合器。电气系统
中的热继电器保护。
3) 执行系统保护
机械系统的最终目的是由执行件完成的，其安全系统主要考虑行程保护问题。在执行件
行程的极限处应有行程开关、限位开关或死挡铁。数控系统中，指令系统有软限位指令或更
高级的通道保护指令。为防止位置环发生故障而产生“飞车”现象，伺服系统位置控制器要
有超差保护。
4) 控制系统保护
控制系统是安全系统的核心，负责机械系统各部分运动和动作的逻辑关系，因此，正确
处理这些逻辑关系，是整个机械系统安全可靠的前提和保障。
5) 操纵系统保护
操纵系统与人直接接触，人为因素较多，为避免操作的失误，保护机械系统正常运行和
人身安全，在设计操纵系统时，必须设置必要的安全保护装置。此外，操纵机构本身也必须
安全可靠，方能保证操纵有效。
操纵系统安全保护装置常用的有定位、自锁机构和互锁机构. 6) 环境保护
环境安全保护主要是指对操纵环境的不安全因素采取必要的安全防护措施，有以下一
些：
①在机械系统中加装保护装置
②提高操作者作业环境的舒适性③设置指示和报警装置
19．简述执行系统的组成及各部分的功能
答案要点：
执行系统都是由执行末端件和与之相连的执行机构组成。（1分）执行末端件是直接与工作对象接触并完成一定工作(夹持、移动、转动等)或在工作对象
上完成一定动作(切削、锻压、清洗等)的零部件。（1.5分）
执行机构的主要作用是给执行末端件提供力和带动它实现运动，即把传动系统传递过
来的运动和动力进行必要的交换，以满足执行末端件的要求。（20. 简述起停和换向装置的作用及对起停和换向装置的基本要求。答案要点：
起停和换向装置的作用是用来控制执行件的起动、停止以及改变运动方向。（1分）对起停和换向装置的基本要求是：（答对任意两点即可）起停和换向方便省力（1分）操作安全可靠（1分）
结构简单，并能传递足够的动力
21. 试论述绿色设计与传统设计的区别。
绿色设计与传统设计的根本区别在于：绿色设计要考虑产品的整个生命周期（1分），从产品的构思开始，在产品的结构设计、零部件的选材、制造、使用、报废和回收利用过程中对环境、资源的影响（2分），希望以最小的代价实现产品“从摇篮到再现”的循环
22. 简述操纵系统的组成及对操纵系统的基本要求
答案要点：
操纵系统主要由操纵件、变送环节和执行件三部分组成。（2分）操纵系统应当满足：灵活省力（1分）；方便和舒适（1分）；安全可靠的要求
23 根据支承件的功用讨论支承件的基本要求。
支承件的功用：支承零部件，并保持被支承零部件间的相互位置关系及承受各种力和力矩。
支承件的基本要求：足够的静刚度，较好的动特性，良好的热特性，小的内应力，其他要求等
28. 简述执行系统的组成及执行系统的功能。
答案要点：
执行系统都是由执行末端件和与之相连的执行机构组成。（每点1分，共2分）执行系统一般大致可实现下列各种功能。（
1) 实现运动形式或运动规律变换的功能 2) 实现开关、联锁和检测
等的功能 3) 实现程序控制的功能 4) 实现施力功能
29. 简要回答选择价值分析对象的原则。
答案要点：
设计中进行价值分析和价值优化工作，一般重点选择以下几类缺点
和问题较多、改进潜力较大的产品。
1) 设计年代久，多年没有重大改进的产品； 2) 结构复杂，零部件
较多的产品； 3) 制造成本过高，影响市场竞争的产品；
4) 使用中功能不满足要求，性能差，可靠性差，用户不满意的产品
30.什么是功能元、功能结构?
功能元：功能分解到最低层次，直到分解到最后不能再分解的基本
功能单位为止，这个基本功能单位就叫功能元。功能的分解和组合
关系称为功能结构
31.结构总体设计的基本原理（七大原理）1)任务分配原理；2)稳定
性原理； 3)合理力流原理； 4)自补偿原理； 5)变形协调原理；6)平衡原理；7)等强度原理
32.刮板输送机的基本组成及工作原理
33.带式输送机基本构成及各部件的结构原理和特点
34.能量流系统设计应解决哪四个方面的问题？
①机械系统中能量流动状况和特征分析；
②工作机械的载荷计算；
④系统能量匹配与设计
35.动力机的选择依据
1. 工作机的负载特性和要求，如载荷性质、工作制、结构布局和工
作环境等。
2. 分析动力机的机械特性，动力机的特性应与工作机的负载特性相
匹配。
3. 动力机容量计算，通常是指计算动力机功率的大小。
4. 经济性，如价格、能耗、运行和维修费用等。
5. 作业环境的要求
36.电动机和液压马达的主要特点各是什么？
? 电动机
?优点：驱动效率高，与工作机便于联接，调速性能好，起动、制动、反向、调速
的控制简便，种类、型号多，可满足不同工作要求，便于集中管理
和生产过程自动化，可实现远距离测量和控制。
?缺点：需有相应的电源，因而不适于野外工作的机械及移动式机械。 ? 液压马达
?优点：可获得的转矩和机械力大，与电动机相比较，在相同功率时尺寸小、重量
轻，快速反应的灵敏度高，容易实现无级调速，操作、控制简便，
易于实现复杂的工艺动作。
?缺点：需有高压油供给系统，液压元件的制造、装配精度要求高，否则因漏油而
影响工作效率、运动精度并污染环境。
37.传动系统的组成
通常由变速装置、起停和换向装置、制动装置及安全保护装置等基
本部分组成
38.执行系统的组成和功能？组成：执行末端件，执行机构。功能：夹持，搬运，分度与转位，检测，加载
39.如何进行执行轴结构尺寸的设计？
40.润滑油的供应方法？
41.液压传动系统的元构成有哪些？
42.支承系统的基本要求？
43.典型的闭环控制系统由哪几个环节组成？
测量元件，给定元件，比较元件，放大元件，执行元件，校正元件。三．论述题
1. 机械系统由哪些子系统组成。结合曲柄压力机传动系统图（牛头
刨床传动系统图未绘制）指出各部件对应子系统，并说明该系统的
工作过程。
【篇三：机械系统设计习题】
功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体。
2、机械系统的组成
机械系统主要由动力系统、执行系统、传动系统、操纵和控制系统、支承系统及润滑、冷却等子系统组成。
3、产品设计类型
完全创新设计；适应性设计；变异性设计。
4、机械系统的设计要求
（1）功能要求（2）适应性要求（3）可靠性要求（4）生产能力要
求（5）使用经济性要求（6）成本要求
5、产品的产生过程分哪几个阶段？
产品策划、产品设计、产品生产、产品销售、产品运转、产品报废
或回收。
6、产品的设计过程分哪几个阶段？
产品策划阶段和产品设计阶段。设计阶段又包括：功能原理方案设
计阶段、结构总体设计阶段、技术设计阶段。
1、功能原理方案设计步骤
设计任务，求总功能，总功能分解，寻求子功能解，原理解组合，
评价与决策，最佳原理方案。
2、什么是“黑箱法”
3、功能元、功能结构
是能直接从技术效应（如物理效应、化学效应等）及逻辑关系中找
到可以满足功能要求的最小单位。也即基本功能单位。
将总功能分解成分功能，并相应找出实现各分功能的原理方案，从
而简化了实现总功能的原理构思。反之，同一层次的功能单位组合
起来，应能满足上一层功能的要求，最后组合成的整体应能满足总
功能的要求。这种功能的分解和组合关系称为功能结构。
4、机械系统总体参数包括哪些
性能参数（生产能力等）、机构尺寸参数、运动参数、动力参数等。
5、七个标准公比为：1.0
6、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78和2。
1、执行系统的组成
执行末端件，执行机构。
2、以机床执行轴机构——主轴组件为例介绍执行轴机构设计的内容和要求。
1.执行轴（主轴）的尺寸及结构设计
2.材料和热处理
3.主轴的技术
要求
（1）旋转精度（2）静刚度（3）抗振性（4）温升和热变形（5）
耐磨性
3、执行轴（主轴）的结构通常设计成形状，一种是端向后端逐步递减的阶梯状；
4、轴承的精度分为五级，精度依次由高级到低级，此外，又规定了级和 up 级作为补充。
5
、什么是选配法？
6、导轨的设计内容
选择导轨类型；选择合适的导轨截面形状；导轨材料及热处理；导轨的结构尺寸；导轨磨损后的补偿及调整装置；防护装置及润滑系统。
1比连线分布“前密后疏”的原则；分配传动组的传动比，降速时宜采用“前缓后急”的原则。
2、转速图是由“三线一点”即
3、级比与级比指数
任意相邻的传动比的比值简称级比；表示传动特性的指数简称级比指数。
4、写出图中结构网的结构式形式。
12=三1*二3*二6
5、拟定变速系统时：
2）若采用三速电动机，可以取哪些标准公比？
6、已知某种管制品变速传动系统中，电机转速为1400r/min,工作主轴转速n=45~250r/min,变速级数为6级，请设计传动系统。
(1) 确定结构式；
(2) 确定传动链中是否需要定比传功副；
(3) 拟定转速图。
7、已知某普通机床的主轴转速为标准等比数列，其变速级数为z＝12，其中n8＝250r/min,且主轴的计算转速为nj＝63r/min。求该机床主轴的各级转速。（15分）（普通机床等公比传动的计算转速nj?nmin?
z?13）
8、机床主传动的转速图如图所示，已知主轴的计算转速为nj＝
63r/min,试确定：
(2)各中间传动轴的计算转速；
(3)各齿轮的计算转速。
1、支承件的变形一般包括自身
变形、局部变形和接触变形三部
分
2、接触刚度k
j
3、由不同截面形状惯性矩的相对值可以看出：空心截面惯性矩比实心的力大，圆形截面抗扭能力强，矩形截面抗弯能力更好。
4、模态：振型和固有频率的合称
5
、提高动刚度的措施：
6、机器基础的结构型式主要有几种：块式，墙式，框架式，板式。
1、随动控制系统：给定信号是未知变化规律的任意函数。所以，
又称伺服控制系统。
2、典型闭环系统的组成包括哪些环节
给定环节，校正及放大环节，执行环节，被控对象，测量环节。
3、反映系统响应特性的性能指标有哪些？
动态性能常用系统的阻尼特性和响应速度来表征
闭环控制系统的稳态性能用稳态误差es来表示和度量
1、操纵系统的组成
主要由操纵件、变送环节和执行件三部分组成。
2、简述互锁机构的定义，并叙述下图中机构的互锁原理。
图（a）图（b）
定义：为防止操作的误动作或相干涉而引起的事故，对那些不允许
同时动作的运动之间，应设置互锁装置
3、设计带式制动器时，以下两种方案哪个更为合理，为什么
?
1．简述选用各种润滑剂的原则？
2．润滑油（剂）大致有几种供应方法？
1.单体润滑；
2.油环润滑；
3.油雾润滑；
4.油池润滑；
5.集中循环
润滑。