第一篇：機械設計基礎課后習題答案 第12章

12-1解 ：從例 12-1已知的數據有：，，，中心距，因此可以求得有關的幾何尺寸如下：

蝸輪的分度圓直徑：

蝸輪和蝸桿的齒頂高：

蝸輪和蝸桿的齒根高：

蝸桿齒頂圓直徑：

蝸輪喉圓直徑：

蝸桿齒根圓直徑：

蝸輪齒根圓直徑：

蝸桿軸向齒距和蝸輪端面齒距：

徑向間隙：

12-2

圖12.3 解 ：（1）從圖示看，這是一個左旋蝸桿，因此用右手握桿，四指，大拇指，可以

得到從主視圖上看，蝸輪順時針旋轉。（見圖12.3）

（2）由題意，根據已知條件，可以得到蝸輪上的轉矩為

蝸桿的圓周力與蝸輪的軸向力大小相等，方向相反，即：

蝸桿的軸向力與蝸輪的圓周力大小相等，方向相反，即：

蝸桿的徑向力與蝸輪的徑向力大小相等，方向相反，即：

各力的方向如圖 12-3所示。

12-3

圖 12.4

解 ：（1）先用箭頭法標志出各輪的轉向，如圖12.5所示。由于錐齒輪軸向力指向大端，因此可以判 斷出蝸輪軸向力水平向右，從而判斷出蝸桿的轉向為順時針，如圖12.5所示。因此根據蝸輪和蝸桿的轉

向，用手握法可以判定蝸桿螺旋線為右旋。

（2）各輪軸軸向力方向如圖12.5所示。

12-4解 ：（1）根據材料確定許用應力。

由于蝸桿選用，表面淬火，可估計蝸桿表面硬度。根據表12-4，（2）選擇蝸桿頭數。

傳動比，查表12-2，選取，則

（3）確定蝸輪軸的轉矩

取，傳動效率

（4）確定模數和蝸桿分度圓直徑

按齒面接觸強度計算

由表 12-1 查得，。

（5）確定中心距

（6）確定幾何尺寸

蝸輪的分度圓直徑：

蝸輪和蝸桿的齒頂高：

蝸輪和蝸桿的齒根高：

蝸桿齒頂圓直徑：

蝸輪喉圓直徑：

蝸桿齒根圓直徑：

蝸輪齒根圓直徑：

蝸桿軸向齒距和蝸輪端面齒距：

徑向間隙：

（7）計算滑動速度。

符合表 12-4給出的使用滑動速度

（說明：此題答案不唯一，只要是按基本設計步驟，滿足設計條件的答案，均算正確。）

12-5解 ：一年按照 300天計算，設每千瓦小時電價為 此

元。依題意損耗效率為，因用于損耗的費用為：

12-6解（1）重物上升，卷筒轉的圈數為： 轉；

由于卷筒和蝸輪相聯，也即蝸輪轉的圈數為 圈；因此蝸桿轉的轉數為：

轉。

（2）該蝸桿傳動的蝸桿的導程角為：

而當量摩擦角為

比較可見，因此該機構能自鎖。

（3）手搖轉臂做了輸入功，等于輸出功和摩擦損耗功二者之和。

輸出功

焦耳；

依題意本題摩擦損耗就是蝸輪蝸桿嚙合損耗，因此嚙合時的傳動效率

則輸入功應為

焦耳。

由于蝸桿轉了 轉，因此應有：

即：

可得：

圖 12.6 12-7解 蝸輪的分度圓直徑：

蝸輪和蝸桿的齒頂高：

蝸輪和蝸桿的齒根高：

蝸桿齒頂圓直徑：

蝸輪喉圓直徑：

蝸桿齒根圓直徑：

蝸輪齒根圓直徑：

蝸桿軸向齒距和蝸輪端面齒距： 徑向間隙：

圖 12.7 12-8解，取，則

則油溫，小于，滿足使用要求。

第二篇：《機械設計基礎》課后習題答案

模塊 八

一、填空

1、帶傳動的失效形式有 打滑 和 疲勞破壞。

2、傳動帶中的的工作應力包括 拉應力、離心應力 和 彎曲應力。

3、單根V帶在載荷平穩、包角為180°、且為特定帶長的條件下所能傳遞的額定功率P0主要與 帶型號、小輪直徑 和 小輪轉速 有關。

4、在設計V帶傳動時，V帶的型號根據 傳遞功率 和 小輪轉速 選取。

5、限制小帶輪的最小直徑是為了保證帶中 彎曲應力 不致過大。

6、V帶傳動中，限制帶的根數 Z≤Zmax，是為了保證 每根V帶受力均勻（避免受力不均）。

7、V帶傳動中，帶繞過主動輪時發生 帶滯后于帶輪 的彈性滑動。

8、帶傳動常見的張緊裝置有 定期張緊裝置、自動張緊裝置 和張緊輪等幾種。

9、V帶兩工作面的夾角?為 40°，V帶輪的槽形角?應 小于?角。

10、鏈傳動和V帶傳動相比，在工況相同的條件下，作用在軸上的壓軸力 較小，其原因是鏈傳動不需要 初拉力。

11、鏈傳動張緊的目的是 調整松邊鏈條的懸垂量。采用張緊輪張緊時，張緊輪應布置在松 邊，靠近小輪，從外向里張緊。

二、選擇

1、平帶、V帶傳動主要依靠（D）來傳遞運動和動力。

A．帶的緊邊拉力；B．帶的松邊拉力；C．帶的預緊力；D．帶和帶輪接觸面間的摩擦力。

2、在初拉力相同的條件下，V帶比平帶能傳遞較大的功率，是因為V帶（C）。A．強度高；B．尺寸小；C．有楔形增壓作用；D．沒有接頭。

3、帶傳動正常工作時不能保證準確的傳動比，是因為（D）。A．帶的材料不符合虎克定律；B．帶容易變形和磨損； C．帶在帶輪上打滑；D．帶的彈性滑動。

4、帶傳動在工作時產生彈性滑動，是因為（B）。A．帶的初拉力不夠；B．帶的緊邊和松邊拉力不等； C．帶繞過帶輪時有離心力；D．帶和帶輪間摩擦力不夠。

5、帶傳動發生打滑總是（A）。

A．在小輪上先開始；B．在大輪上先開始；C．在兩輪上同時開始；D不定在哪輪先開始。

6、帶傳動中，v1為主動輪的圓周速度，v2為從動輪的圓周速度，v為帶速，這些速度之間存在的關系是（B）。

A．v1 = v2 = v ；B．v1 ＞v＞v2；C．v1＜v＜ v2；D．v1 = v＞ v2。

7、一增速帶傳動，帶的最大應力發生在帶（D）處。

A．進入主動輪；B．進入從動輪；C．退出主動輪；D．退出從動輪。

8、用（C）提高帶傳動傳遞的功率是不合適的。A．適當增加初拉力F0 ；B．增大中心距a ；

C．增加帶輪表面粗糙度；D．增大小帶輪基準直徑dd ；

9、V帶傳動設計中，選取小帶輪基準直徑的依據是（A）。A．帶的型號；B．帶的速度；C．主動輪轉速；D．傳動比。

10、帶傳動采用張緊裝置的目的是（D）。A．減輕帶的彈性滑動；B．提高帶的壽命； C．改變帶的運動方向；D．調節帶的初拉力。

11、確定單根V帶許用功率P0的前提條件是（C）。A．保證帶不打滑；B．保證帶不打滑，不彈性滑動； C．保證帶不打滑，不疲勞破壞；D．保證帶不疲勞破壞。

12、設計帶傳動的基本原則是：保證帶在一定的工作期限內（D）。A．不發生彈性滑動；B．不發生打滑；

C．不發生疲勞破壞；D．既不打滑，又不疲勞破壞。

13、設計V帶傳動時，發現帶的根數過多，可采用（A）來解決。

A．換用更大截面型號的V帶；B．增大傳動比；C．增大中心距；D．減小帶輪直徑。

14、與齒輪傳動相比，帶傳動的優點是（A）。

A．能過載保護；B．承載能力大；C．傳動效率高；D．使用壽命長。

15、設計V帶傳動時，選取V帶的型號主要取決于（C）。

A．帶的緊邊拉力 ；B．帶的松邊拉力；C．傳遞的功率和小輪轉速；D．帶的線速度。

16、兩帶輪直徑一定時，減小中心距將引起（B）。A．帶的彈性滑動加劇；B．小帶輪包角減小； C．帶的工作噪聲增大；D．帶傳動效率降低。

17、帶的中心距過大時，會導致（D）。A．帶的壽命縮短；B．帶的彈性滑動加劇； C．帶的工作噪聲增大；D．帶在工作中發生顫動。

18、V帶輪是采用實心式、輪輻式或腹板式，主要取決于（C）。

A．傳遞的功率；B．帶的橫截面尺寸；C．帶輪的直徑；D．帶輪的線速度。

19、與齒輪傳動相比，鏈傳動的優點是（D）。

A．傳動效率高；B．工作平穩，無噪聲；C．承載能力大；D．傳動的中心距大，距離遠。20、鏈傳動張緊的目的主要是（C）。A．同帶傳動一樣；B．提高鏈傳動工作能力； C．避免松邊垂度過大；D．增大小鏈輪包角。

21、鏈傳動的張緊輪應裝在（A）。

A．靠近小輪的松邊上；B．靠近小輪的緊邊上； C．靠近大輪的松邊上；D．靠近大輪的緊邊上。

22、鏈傳動不適合用于高速傳動的主要原因是（B）。

A．鏈條的質量大；B．動載荷大；C．容易脫鏈；D．容易磨損。

23、鏈條因為靜強度不夠而被拉斷的現象，多發生在（A）的情況下。A．低速重載；B．高速重載；C．高速輕載；D．低速輕載。

三、簡答

1、在多根V帶傳動中，當一根帶失效時，為什么全部帶都要更換？

答：在多根V帶傳動中，當一根帶失效時，為什么全部帶都要更換？新V帶和舊V帶長度不等，當新舊V帶一起使用時，會出現受力不均現象。舊V帶因長度大而受力較小或不受力，新V帶因長度較小受力大，也會很快失效。

2、為什么普通車床的第一級傳動采用帶傳動，而主軸與絲杠之間的傳動鏈中不能采用帶傳動？

答：帶傳動適用于中心距較大傳動，且具有緩沖、吸振及過載打滑的特點，能保護其他傳動件，適合普通機床的第一級傳動要求；又帶傳動存在彈性滑動，傳動比不準，不適合傳動比要求嚴格的傳動，而機床的主軸與絲杠間要求有很高的精度，不能采用帶傳動。

3、為什么帶傳動的中心距都設計成可調的？

答：因為帶在工作過程中受變化的拉力，其長度會逐漸增加，使初拉力減小。因此需要經常調整中心距，以調整帶的初拉力。因此便將中心距設計成可調的。

四、分析與計算

1、如圖所示為一兩級變速裝置，如果原動機的轉速和工作機的輸出功率不變，應按哪一種速度來設計帶傳動？為什么？

題8-4-1圖

解：帶傳動應按照減速傳動要求進行設計，因為應該按照傳遞有效圓周力最大的工況設計帶傳動，而減速傳動時傳遞的有效圓周力比增速傳動時大。

根據： v??n1d160 和 Fe?P v當帶傳動傳遞的功率不變，帶速越小，傳遞的有效圓周力就越大。當原動機轉速不變時，帶速取決于主動輪直徑。主動輪直徑越小，帶速越低。綜上，按按照減速傳動要求進行設計。

2、已知：V帶傳遞的實際功率P = 7 kW，帶速 v=10m/s，緊邊拉力是松邊拉力的兩倍，試求有效圓周力Fe 和緊邊拉力F1。

解：根據：

得到： P?Fe?v

Fe?P7000??700 N v10聯立： ?Fe?F1?F2?700 ?F?2F2?1解得： F2?700N，F1?1400N

3、已知：V帶傳動所傳遞的功率P = 7.5 kW，帶速 v=10m/s，現測得初拉力F0 = 1125N，試求緊邊拉力F1和松邊拉力F2。

解：Fe?P7500??750 N v10Fe750?1125??1500 N 22Fe750?1125??750 N 22F1?F0?F2?F0?

第三篇：機械設計基礎課后習題與答案

機械設計基礎

1-5至1-12 指出（題1-5圖~1-12圖）機構運動簡圖中的復合鉸鏈、局部自由度和虛約束，計算各機構的自由度，并判斷是否具有確定的運動。

1-5 解 F=3n?2PL?PH=3?6?2?8?1=1 1-6 解F=3n?2PL?PH=3?8?2?11?1=1 1-7 解F=3n?2PL?PH=3?8?2?11?0=2 1-8 解F=3n?2PL?PH=3?6?2?8?1=1 1-9 解F=3n?2PL?PH=3?4?2?4?2=2 1-10 解F=3n?2PL?PH=3?9?2?12?2=1 1-11 解F=3n?2PL?PH=3?4?2?4?2=2 1-12 解F=3n?2PL?PH=3?3?2?3?0=3

2-1 試根據題2-1圖所標注的尺寸判斷下列鉸鏈四桿機構是曲柄搖桿機構、雙曲柄機構還是雙搖桿機構。

題2-1圖 答 : a）40?110?150?70?90?160，且最短桿為機架，因此是雙曲柄機構。

b）45?120?165?100?70?170，且最短桿的鄰邊為機架，因此是曲柄搖桿機構。

c）60?100?160?70?62?132，不滿足桿長條件，因此是雙搖桿機構。

d）50?100?150?100?90?190，且最短桿的對邊為機架，因此是雙搖桿機構。

2-3 畫出題2-3圖所示個機構的傳動角和壓力角。圖中標注箭頭的構件為原動件。

題2-3圖

解：

2-5 設計一腳踏軋棉機的曲柄搖桿機構，如題2-5圖所示，要求踏板CD在水平位置上下各擺10度，且lCD?500mm，lAD?1000mm。（1）試用圖解法求曲柄AB和連桿BC的長度；（2）用式（2-6）和式（2-6）’計算此機構的最小傳動角。

題2-5圖

解 :（1）由題意踏板CD在水平位置上下擺動10?，就是曲柄搖桿機構中搖桿的極限位置，此時曲柄與連桿處于兩次共線位置。取適當比例 圖 尺，作出兩次極限位置AB1C1D和。由圖量得：AC1?1037mm，AC2?1193mm。

AB2C2D（見圖2.17）解得 ：

l1?l2?12121212?AC2?AC2?AC1??AC1??1193?1193?1037?1037??78mm ??1115mm

由已知和上步求解可知：

l1?78mm，l2?1115mm，l3?500mm，l4?1000mm

（2）因最小傳動角位于曲柄與機架兩次共線位置，因此取??0和??180?代入公式（2-6）計算可得：

cos?BCD??l2?l3?l1?l4?2l1l4cos?2l2l322222

=11152?500?78?100022?2?78?1000cos0?2?1115?500=0.5768 ?BCD?54.77?

或：

cos?BCD?l2?l3?l1?l4?2l1l4cos?2l2l32222 =11152?5002?78?100022?2?78?1000cos180?2?1115?500=0.2970 ?BCD?72.72?

代入公式（2-6）′，可知?min??BCD?54.77?

3-1 題3-1圖所示為一偏置直動從動件盤形凸輪機構。已知AB段為凸輪的推程廓線，試在圖上標注推程運動角?。

題3-1圖

解

題3-1解圖

如圖 3.10所示，以O為圓心作圓并與導路相切，此即為偏距圓。過B點作偏距圓的下切線，此線為凸輪與從動件在B點接觸時，導路的方向線。推程運動角?如圖所示。

3-2 題3-2圖所示為一偏置直動從動件盤形凸輪機構。已知凸輪是一個以C為圓心的圓盤，試求輪廓上D點與尖頂接觸時的壓力角，并作圖表示。

題3-2圖

解：

如圖 3.12所示，以O為圓心作圓并與導路相切，此即為偏距圓。過D點作偏距圓的下切線，此線為凸輪與從動件在D點接觸時，導路的方向線。凸輪與從動件在D點接觸時的壓力角? 如圖所示。

3-4 設計題3-4圖所示偏置直動滾子從動件盤形凸輪。已知凸輪以等角速度順時針方向回轉，偏距e=10mm，凸輪基圓半徑r0?60mm，滾子半徑rT?10mm，從動件的升程及運動規律與3-3相同，試用圖解法繪出凸輪的輪廓并校核推程壓力角。

題3-4圖

根據 3-3題解作圖如圖3-15所示。根據(3.1)式可知，ds2d?1取最大，同時s2取最小時，凸輪機構的壓力角最大。從圖3-15可知，這點可能在推程段的開始處或在推程的中點處。由圖量得在推程的開始處凸輪機構的壓力角最大，此時?max?9.6?＜[?]=30°。

4-2 已知一對外嚙合標準直齒圓柱齒輪的標準中心距a=160mm，齒數z1?20，z2?60，求模數和分度圓直徑。

解 由a?12m(z1?z2)可得模數m?2az1?z2 ?2?16020?60=4mm

分度圓直徑d1?mz1?4?20?80mm，d2?mz2?4?60?240mm

4-3 已知一正常齒制標準直齒圓柱齒輪的齒數z=25，齒頂圓直徑da?135mm，求齒輪的模數。

?解 由da=d+2ha=mz+2ham=mz+2m 得 m?da(z?2)=135(25?2)=5mm

4-4 已知一正常齒制標準直齒圓柱齒輪??20?，m=5mm，z=40，試分別求出分度圓、基圓、齒頂圓上漸開線齒廓的曲率半徑和壓力角。

解

分度圓半徑 r?mz2?5?402?100mm

分度圓上漸開線齒廓的曲率半徑 ??r?rb??221002?93.972=34.2mm

分度圓上漸開線齒廓的壓力角

??20

?

基圓半徑

rb?rcos??100?cos20?93.97mm

基圓上漸開線齒廓的曲率半徑為 0；壓力角為0?。

?

齒頂圓半徑ra?r?ham?100?5?105mm

齒頂圓上漸開線齒廓的曲率半徑 ?a?ra?rb?rbra221052?93.972?46.85mm

?

齒頂圓上漸開線齒廓的壓力角 ?a?arccos?arccos93.97105?26.5

4-9 試根據漸開線特性說明一對模數相等、壓力角相等，但齒數不相等的漸開線標準直齒圓柱齒輪，其分度圓齒厚、齒頂圓齒厚和齒根圓齒厚是否相等，哪一個較大？

解 模數相等、壓力角相等的兩個齒輪，分度圓齒厚s??m2相等。但是齒數多的齒輪分度圓直徑大，所以基圓直徑就大。根據漸開線的性質，漸開線的形狀取決于基圓的大小，基圓小，則漸開線曲率大,基圓大，則漸開線越趨于平直。因此，齒數多的齒輪與齒數少的齒輪相比，齒頂圓齒厚和齒根圓齒厚均為大值。

5-1 在題5-1圖所示雙級渦輪傳動中，已知右旋蝸桿I的轉向如圖所示，試判斷渦輪2與渦輪3的轉向，用箭頭表示。

題5-1圖

解：

5-2 在題5-2圖所示輪系中，已知，z5?60,z5??30z1?15,z2?25,z2??15,z3?30,z3??15,z4?30,z4??2（右旋）（m=4mm），若n1?500rmin，求齒條6的線速度v的大小和方向。

題5-2圖

解： 這是一個定軸輪系，依題意有： i15?z2z3z4z5z1zzz/2/3/4?25?30?30?6015?15?15?2?200，n5?n1i15?500200?2.5r/min

齒條 6 的線速度和齒輪 5′分度圓上的線速度相等；而齒輪 5 ′的轉速和齒輪 5 的轉速相等，因此有： v1?v5?/n5/?r5/30?n5/?mz5/30?2?2.5?3.14?4?2030?2?10.5mm/s

通過箭頭法判斷得到齒輪 5 ′的轉向順時針，齒條 6 方向水平向右。

5-4 在題5-4圖所示行星減速裝置中，已知z1?z2?17，z3?51。當手柄轉過90度時，轉盤H轉過多少角度？

題5-4圖

n1HH

解： 從圖上分析這是一個周轉輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2為行星輪，構件 H為行星架。則有：iH13?n3?n1?nHn3?nH??z3z1??5117??3

?n3?0，?n1nH?1?3?4，當手柄轉過90，即n1?90時，轉盤轉過的角度nH???904??方向與手柄方向相同。

?22.5，5-8 在題5-8圖所示錐齒輪組成的行星輪系中，已知各輪的齒數為z1?20、z2?30、z2??50、z3?80，n1?50rmin，求nH的大小及方向。

題5-8圖

解： 這是一個周轉輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2、2′為行星輪，H為行星架。iH13?n1nHH3?n1?nHn3?nH??z2z3z1z2/??30?8020?50??2.4

?n3?0,n1?50r/min，?50?nH0?nH??2.4，?nH?14.7r/min，nH與 n1方向相同

5-9 在題5-9圖所示差動輪系中，已知各輪的齒數z1?30、z2?

25、z2??20、z3?75，齒輪I的轉速為200rmin（箭頭向上），齒輪3的轉速為50rmin（箭頭向下），求行星架轉速nH的大小及方向。

題5-9圖 解： 這是一個周轉輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2、2′為行星輪，H為行星架。

iH13?n1nHH3?n1?nHn3?nH??z2z3z1z2??25?7530?20??3.125

∵設齒輪 1方向為正，則n1=200rmin，n3=-50rmin ∴ nH=10.61rmin，nH與 n1方向相同。

200?nH?50?nH=?3.125∴

10-2 試計算M20、M20X1.5螺紋的升角，并指出哪種螺紋的自鎖性較好。

解 由教材表10-

1、表10-2查得

M20，粗牙，螺距P?2.5mm，中徑d2?18.376mm

螺紋升角??arctgP?arctg2.53.14?18.376?2.48

??d

2M20?1.5，細牙，螺距P?1.5mm，中徑d2?d?1?0.026?19.026mm

螺紋升角??arctgP?arctg1.53.14?19.026?1.44

??d2對于相同公稱直徑的粗牙螺紋和細牙螺紋中，細牙螺紋的升角較小，更易實現自鎖。

11-7 設斜齒圓柱齒輪傳動方向及螺旋線方向如題11-7圖所示，試分別畫出輪1為主動輪時和輪2為主動輪時軸向力Fa1和Fa2的方向。

輪1主動時

輪2主動時 題11-7圖

輪1為主動 輪2為主動時

題11-7解圖

11-8 在題11-7圖中，當輪2為主動時，試畫出作用在輪2上的圓周力Ft2、軸向力Fa2、和徑向力Fr2的作用線和方向。

解 見題11-8解圖。齒輪2為右旋，當其為主動時，按右手定則判斷其軸向力方向Fa2；徑向力Fr2總是指向其轉動中心；圓向力Ft2的方向與其運動方向相反。

題11-8解圖

11-9 設兩級斜齒圓柱齒輪減速器的已知條件如題11-9圖所示，試問：1）低速級斜齒輪的螺旋線方向應如何選擇才能使中間軸上兩齒輪的軸向力方向相反，2）低速級螺旋角?應取多大數值才能使中間軸上兩個軸向力相互抵消。

題11-9圖 解（1）要使中間軸上兩齒輪的軸向力方向相反，則低速級斜齒輪3的螺旋經方向應與齒輪2的旋向同為左旋，斜齒輪4的旋向應與齒輪3的旋向相反，為右旋。

（2）由題圖可知：mn2?3mm、z2?

51、?2?15?、mn3?5mm、z3?17 分度圓直徑d?mnzcos? 軸向力Fa?2T2dtan??2T2mnzsin?

要使軸向力互相抵消，則：Fa2?Fa3 即

2T2mn2z2?sin?2?2T2mn3z3sin?

3?3?arcsinmn3z3mn2z2sin?2?arcsin5?173?51sin15?8.3?818

??/12-1 計算例12-1的蝸桿和渦輪的幾何尺寸。

解 ：從例 12-1已知的數據有： m?4mm，d1?40mm，q?10，z1?2，z2?39，???11.3099，中心距a?98mm，因此可以求得有關的幾何尺寸如下：

蝸輪的分度圓直徑： d2?mz2?4?39?156mm 蝸輪和蝸桿的齒頂高：ha?m?4mm

蝸輪和蝸桿的齒根高：hf?1.2m?1.2?4mm?4.8mm

蝸桿齒頂圓直徑： da1?m?q?2??4??10?2??48mm 蝸輪喉圓直徑：da2?m?z2?2??4??39?2??164mm

蝸桿齒根圓直徑：df1?m?q?2.4??4??10?2.4??30.4mm

蝸輪齒根圓直徑：df2?m?z2?2.4??4??39?2.4??146.4mm

蝸桿軸向齒距和蝸輪端面齒距：Pa1?Pt2?Px??m?3.14?4?12.56mm

徑向間隙：c?0.2m?0.2?4?0.8mm

12-2 如題12-2所示，蝸桿主動，T1?20N.m，m=4mm，z1?2，d1?50mm，渦輪齒數z2?50，傳動的嚙合效率??0.75。試確定：（1）渦輪的轉向；（2）蝸桿與渦輪上的作用力的大小和方向。

題12-2圖

解 ：（1）從圖示看，這是一個左旋蝸桿，因此用右手握桿，四指 w1，大拇指w2，可以得到從主視圖上看，蝸輪順時針旋轉。

（2）由題意，根據已知條件，可以得到蝸輪上的轉矩為

T2?T1i??T1?z2z1?20?0.75?502?375N.m

蝸桿的圓周力與蝸輪的軸向力大小相等，方向相反，即：

Ft1?Fa2?2T1d1?2?20/50?10??32??800N

蝸桿的軸向力與蝸輪的圓周力大小相等，方向相反，即：

Fa1?Ft2?2T2d2?2?375/4?50?10??32??3750N

蝸桿的徑向力與蝸輪的徑向力大小相等，方向相反，即：

Fr1?Fr2?Ft2tan??3750?tan20?1364.89N

?12-3如題12-3所示為蝸桿傳動和錐齒輪傳動的組合，已知輸出軸上的錐齒輪z4的轉向n，（1）欲使中間軸上的軸向力能部分抵消，試確定蝸桿傳動的螺旋線方向和蝸桿的轉向；（2）在圖中標出各輪軸向力的方向。

題12-3圖 解 ：（1）先用箭頭法標志出各輪的轉向，如圖12.5所示。由于錐齒輪軸向力指向大端，因此可以判斷出蝸輪軸向力水平向右，從而判斷出蝸桿的轉向為順時針，如圖12.5所示。因此根據蝸輪和蝸桿的轉向，用手握法可以判定蝸桿螺旋線為右旋。（2）各輪軸軸向力方向如圖12.5所示。

13-1 一平帶傳動，已知兩帶輪直徑分別為150mm和400mm，中心距為1000mm，小輪主動、轉速為1460rmin。試求（1）小輪包角;（2）帶的幾何長度；（3）不考慮帶傳動的彈性滑動時彈性滑動時大輪的轉速；（4）滑動率??0.015時大輪的實際轉速。

解（1）cos?2?d2?d12a?400?1502?1000?0.125，??165.63?2.89rad

?（2）L?2a?=2879.13mm ?2?d1?d2???d2?d1?24a?2?1000??2?150?400???400?150?24?1000

（3）不考慮帶的彈性滑動時，n1n2?d2d1

n2?d1n1d2?150?1460400?547.5r/min

（4）滑動率??0.015時，d1n1?1???d2n1n2?d2d1?1???

n2??150?1460??1?0.015400??539.29r/min

13-2 題13-1中。若傳遞功率為5KW，帶與鑄鐵帶輪間的摩擦系數f=0.3。所用平帶每米長的質量q=0.35kg/m。試求（1）帶的緊邊、松邊拉力；（2）此帶傳動所需的初拉力；（3）作用在軸上的壓力。

題13-1圖

解（1）F?1000Pv?1000P60P?106?d1n160?1000??d1n1?60?5?106??1460?150?436.26N ef??e0.3?2.89?2.38

F1?FF2?Feef?f??11?436.26?2.382.38?112.38?1?752.39N

ef??112?436.26?12?316.13N

（2）F0??F1?F2???12?752.39?316.13??534.26N

165.632?（3）FQ?2F0sin?2?532sin?1060.13N

14-1 在題14-1圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ軸，是心軸、轉軸、還是傳動軸？

題14-1圖

解 I 為傳動軸，II、IV 為轉軸，III 為心軸。

14-6 已知一單級直齒圓柱齒輪減速器，用電動機直拖動，電動機功率P=22KW，轉速n1?1470rmin，齒輪的模數m=4mm，齒數z1?

18、z2?82，若支承間跨距l=180mm（齒輪位于跨距中央），軸的材料用45號鋼調質，試計算輸出軸危險截面處的直徑d。

解 T1?9.55?10Fr?Fttan??Frl46pn=9.55?10?62200014708?1.429?10N/m

82T1mZ1tan??2?1.429?104?18?1000tan20?1445N

?M??21445?0.184?65.025N?m

Me?M???T1??265.025?10?0.6?1.429?1026?52?=107.609?10N?mm

3d?3Me0.1???1b??31.0761?100.1?605?26.17583mm 故d?28mm

16-1 說明下列型號軸承的類型、尺寸系列、結構特點、公差等級及其適用場合。6005，N209/P6，7207C，30209/P5。

解 由手冊查得

6005 深溝球軸承，窄寬度，特輕系列，內徑d?25mm，普通精度等級（0級）。主要承受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷；可用于高速傳動。

N209/P6 圓柱滾子軸承，窄寬度，輕系列，內徑d?45mm，6級精度。只能承受徑向載荷，適用于支承剛度大而軸承孔又能保證嚴格對中的場合，其徑向尺寸輕緊湊。

7207C角接觸球軸承，窄寬度，輕系列，內徑 d?35mm，接觸角??15?,鋼板沖壓保持架，普通精度等級。既可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷，適用于高速無沖擊, 一般成對使用，對稱布置。

30209/P5 圓錐滾子軸承，窄寬度，輕系列，內徑d?45mm，5級精度。能同時承受徑向載荷和軸向載荷。適用于剛性大和軸承孔能嚴格對中之處，成對使用，對稱布置。

16-6 根據工作條件，決定在某傳動軸上安裝一對角接觸球軸承，如題16-6圖所示。已知兩個軸承的載荷分別為Fr1?1470N，Fr2?2650N，外加軸向力FA?1000N，軸頸d=40mm，轉速n?5000rmin，常溫下運轉，有中等沖擊，預期壽命Lh?2000h，試選擇軸承的型號。

題16-6圖

解（1）按題意，外加軸向力FA已接近Fr1，暫選??25?的角接觸軸承類型70000AC。

（2）計算軸承的軸向載荷(解圖見16.4b)由教材表 16-13查得，軸承的內部派生軸向力

/F1?0.68Fr1?0.68?1470?1000N，方向向左

F2?0.68Fr2?0.68?2650?1802N，方向向右 / 因FA?F2/?1000?1802?2802N?F1/?1000N，軸承 1被壓緊Fa1?FA?F2/?1000?1802?2802N

軸承 2被放松Fa2?F2/?1802N（3）計算當量動載荷

查教材表 16-12，e?0.68 Fa1Fr1Fa2Fr2?2802***0?1.91?e，查表16-12得 X1?0.41，Y1?0.87

??0.68?e，查表16-12得 X2?1，Y2?0

P1?X1Fr1?Y1Fa1=0.41?1470?0.87?2802?3040N P2?X2Fr2?Y2Fa2=1?2650?0?1802?2650N

（3）計算所需的基本額定動載荷

查教材表 16-9，常溫下工作，ft?1；查教材表16-10，有中等沖擊，取fp?1.5；球軸承時，??3；并取軸承1的當量動載荷為計算依據

fpP?60n?/Cr?L?h?6ft?10?1?1.5?3040?60?5000???2000??6110??13?38.46KN

/

查手冊，根據Cr和軸頸d?40mm，選用角接觸球軸承7308AC合適（基本額定動載荷Cr?38.5KN）。

機械基礎

8.8 試繪出如圖8.17所示平面機構的運動簡圖。

圖8.17 8.9 試計算如圖8.18所示各運動鏈的自由度（若含有復合鉸鏈、局部自由度或虛約束，應明確指出），并判斷其能否成為機構（圖中繪有箭頭的構件為原動件）。

圖8.18 9.8 某鉸鏈四桿機構各桿的長度如圖9.20所示，試問分別以a，b，c，d為機架時，將各得到什么類型的機構？若將500改為560，又為何種機構？

圖9.20 ?50?03?00

4且最短桿為機架，因此是雙曲柄機構。解：a為機架

150?50?03?00

4且最短桿的鄰邊為機架，因此是曲柄搖桿機構。b為機架

?50?03?00

4且最短桿的對邊為機架，因此是雙搖桿機構。c為機架

150?50?03?00

4且最短桿的鄰邊為機架，因此是曲柄搖桿機構。d為機架

150

若將500改為560時，150?560?300?400，不滿足桿長條件，因此無論哪個桿為機架，都是雙搖桿機構。

9.9 在如圖9.21所示的鉸鏈四桿機構中，已知lBC?50mm，lCD?35mm，lAD?30mm，AD為機架。試求：

1）若此機構為曲柄搖桿機構，且AB桿為曲柄，求lAB的最大值； 2）若此機構為雙曲柄機構，求lAB的最小值； 3）若此機構為雙搖桿機構，求lAB的數值。

圖9.21 解：1）因為機構為曲柄搖桿機構，且AB桿為曲柄，所以，AB桿為曲柄必為最短桿，有公式lAB?50?35?30得，lAB的最大值為15mm。

2）因為機構為雙曲柄機構，所以，AD桿必為最短桿，有公式lAB?35?50?3，0lAB的最大值為45mm。

3）若此機構為雙搖桿機構，求lAB的數值。

10.3 凸輪機構常用的4種從動件運動規律中，哪種運動規律有剛性沖擊？哪種運動規律有柔性沖擊？哪種運動規律沒有沖擊？如何來選擇從動件的運動規律？

答：剛性沖擊：等速運動。

柔性沖擊：等加速等減速運動規律；余弦加速度運動規律。沒有沖擊：正弦加速度運動規律。

可以根據機構所承受的載荷以及運動速度來選擇。

10.8 如圖10.22所示為尖頂直動從動件盤形凸輪機構的運動線圖，但給出的運動線圖尚不完全，試在圖上補全各段的曲線，并指出哪些位置有剛性沖擊？那些位置有柔性沖擊？

圖10.22 11.21 圖11.32所示的傳動簡圖中，Ⅱ軸上裝有2個斜齒輪，試問如何合理的選擇齒輪的旋向？

圖11.32 答：根據Ⅱ軸上所受的軸向力為最小來選擇齒輪的旋向。

假如Ⅰ軸轉向為順時針，則Ⅱ軸齒輪的轉向為逆時針，Ⅱ軸的小斜齒輪假設軸向力向外，根據左手定則，小斜齒輪的旋向為左旋，同理，另一個大齒輪的旋向也是左旋。

11.22 試分析如圖11.33所示的蝸桿傳動中，蝸桿的轉動方向，并繪出蝸桿和渦輪嚙合點作用力的方向。

圖11.33 11.23 如圖11.34所示為一手搖蝸桿傳動裝置。已知傳動比i=50，傳動效率η=0.4，卷筒直徑D=0.6m。若作用手柄上的力F=200N，則它能夠提升的重量G是多少？

圖11.34

11.24 某斜齒圓柱齒輪傳動的中心距a=300mm，小齒輪的齒數Z1=40，傳動比i=2.7，試確定該對斜齒輪的模數m，螺旋角?及主要幾何尺寸。

?n=20°，mn=2mm，11.25 已知一對標準斜齒圓柱齒輪傳動齒數Z1=21，Z2=22，a=55mm。要求不用變位而湊中心距，這對斜齒輪的螺旋角應為多少？

z2?56，12.1 某外圓磨床的進給機構如圖12.18所示，已知各輪的齒數為z1?28，z3?38，z4?57，手輪與齒輪

1相固連，橫向絲桿與齒輪4相固連，其絲桿螺距為3mm，試求當手輪轉動1/100轉時，砂輪架的橫向進給量S。

圖12.18 12.5 在如圖12.22所示的輪系中，已知齒數z1?120，z2?40，z3?20，z4?20。若n1?n4?120rmin，且n1與n4轉向相反，試求iH1。

圖12.22 15.1 軸的功用是什么？

答：軸的功用是支撐旋轉零件，以實現運動和動力的傳遞。15.2 試說明下列幾種軸材料的適用場合：Q235A，45,40Cr，20CrMnTi，QT600-2。答：Q235A用于載荷不大、轉速不高的一般不重要的軸。

45用于應用于應力集中敏感性小的場合，一般用于用途和較重要的軸。40Cr應用于強度高而尺寸小、重量輕的重要的軸或特殊性能要求的軸。

20CrMnTi用于齒輪,軸類,活塞類零配件等.用于汽車,飛機各種特殊零件部位，良好的加工性,加工變形微小,抗疲勞性能相當好。QT600-2應用于制作形狀復雜的軸。

15.3 在齒輪減速器中，為什么低速軸的直徑要比高速軸粗得多？

答：因為低速軸的扭矩大 高速軸的扭矩小 所以低速軸要選擇粗一些。15.4 在軸的結構工藝性來看，在作軸的設計時應該注意哪些問題？ 答：（1）、軸上零件有準確的位置和可靠的相對固定。（2）、良好的制造和安裝公益性。（3）、形狀、尺寸應有利于減少應力集中。15.5 如圖15.13所示為幾種軸上零件的軸向定位和固定方式，試指出其設計錯誤，并畫出改正圖。

16.1 滾動軸承一般由哪些基本元件組成？各有什么作用？

答：滾動軸承一般由內圈、外圈、滾動體和保持架四部分組成，內圈的作用是與軸相配合并與軸一起旋轉；外圈作用是與軸承座相配合，起支撐作用；滾動體是借助于保持架均勻的將滾動體分布在內圈和外圈之間，其形狀大小和數量直接影響著滾動軸承的使用性能和壽命；保持架能使滾動體均勻分布，防止滾動體脫落，引導滾動體旋轉起潤滑作用。

16.5 試說明下列軸承代號的含義，并說明哪個軸承不能承受徑向載荷？

3308

6210

7200AC/P6 N409/P5

5307/P6 答：3308 3——圓錐滾子軸承

（0）3——寬度系列為0,3為直徑系列代號 08——內徑為40mm

6210 6——深溝球軸承

（0）2——寬度系列為0,2為直徑系列代號 10——內徑為50mm 7200AC/P6 7——角接觸球軸承

（0）2——寬度系列為0,2為直徑系列代號 00——內徑為10mm

AC——公稱接觸角α=25°

P6——軸承公差等級為6級

N409/P5

N——圓柱滾子軸承

（0）4——寬度系列為0,4為直徑系列代號 09——內徑為45mm

P5——軸承公差等級為5級

5307/P6

5——推力球軸承

（0）3——寬度系列為0,3為直徑系列代號 07——內徑為35mm

P6——軸承公差等級為6級 5307/P6不能承受徑向載荷。

16.7 試說明滾動軸承的基本額定壽命、基本額定動載荷、當量動載荷的意義。答：基本額定壽命：一批同樣的軸承，在相同條件下運轉，其中百分之九十的軸承不發生疲勞點蝕時所能達到的壽命。

基本額定動載荷：滾動軸承若同時承受徑向和軸向聯合載荷，為了計算軸承壽命時在相同條件下比較，在進行壽命計算時，必須把實際載荷轉換為與確定基本額定動載荷的載荷條件相一致的當量動載荷，用P表示。

當量動載荷: 使軸承的基本額定壽命恰好為一百萬轉時，軸承所能承受的載荷值，稱為軸承的基本額定動載荷，用C表示。對向心軸承，指的是純徑向載荷，用Cr表示；對推力軸承，指的是純軸向載荷，用Ca表示。

16.11 已知一傳動軸上的深溝球軸承，承受的徑向載荷Fr?1200N，軸向載荷Fa?300N，軸承轉速n?1460rmin，軸頸直徑d?40mm，要求使用Lh?8000h，載荷有輕微沖擊，常溫下工作，試選擇軸承的型號尺寸。

汽車機械基礎

4-1 軸的功用是什么？根據所受的載荷不同，軸分為哪幾種類型？各舉一例說明。

答：軸的功用是支撐旋轉零件，以實現運動和動力的傳遞。轉軸：電動機的輸入軸。心軸：火車的輪軸。

傳動軸：連接汽車變速器與后橋的軸。

4-5 某傳動軸所傳遞的功率P=750Kw，轉速n?400rmin。若采用45鋼正火，該軸所需的最小直徑是多少？

4-6 圖4-10中，若軸的支承跨距L=400mm，主動齒輪分度圓直徑d1?180mm，螺旋角??15?，傳遞功率P1?7KW，轉速n1?300rmin，軸的材料采用45鋼調質。

① 試確定軸的危險截面上的直徑。

② 指出圖4-10中主動軸結構的不合理之處，并提出改進意見。

圖4-10 主動軸

5-8 滾動軸承的額定動載荷和當量動載荷有何關系？

答：在進行壽命計算時，必須把實際載荷轉換為與確定基本額定動載荷的載荷條件相一致的當量動載荷。

5-9 滾動軸承壽命設計計算的基本思想是什么？什么情況下需要作滾動軸承的靜強度計算？

答：滾動軸承壽命設計計算的基本思想是軸承壽命不小于滾動軸承的預期壽命。對于承受連續載荷或間斷載荷而不旋轉的軸承；在載荷作用下緩慢旋轉的軸承；承受正常載荷但受到短時沖擊的軸承，要考慮靜強度計算。

5-10 說明以下幾個代號的含義：7210B、7210AC、N210E、51210、30316、7305B/P4。

答：7210B 3——角接觸球軸承

（0）2——寬度系列為0,2為直徑系列代號 10——內徑為50mm

7200AC 7——角接觸球軸承

（0）2——寬度系列為0,2為直徑系列代號 00——內徑為10mm

AC——公稱接觸角α=25°

N210E

N——圓柱滾子軸承

（0）2——寬度系列為0,2為直徑系列代號 10——內徑為50mm

E——軸承公差等級為6級

51210

5——推力球軸承

1——寬度系列為1，2為直徑系列代號 10——內徑為50mm

30316

3——圓錐滾子軸承

0——寬度系列為0,3為直徑系列代號 16——內徑為82mm 7305B/P4

7——角接觸球軸承

（0）3——寬度系列為0,3為直徑系列代號 05——內徑為25mm

B——公稱接觸角α=40°

P4——軸承公差等級為4級

5-11 一深溝球軸承需要承受的徑向載荷為10000N，軸向載荷為2000N，預期壽命為10000h，軸徑為50mm。試選擇兩種型號的軸承并作比較。6-1 試說明聯軸器和離合器在軸連接中起到什么作用？

答：聯軸器和離合器都是機械傳動中常用件，用于軸與軸（或其它回轉零件）的連接，傳遞運動和動力，也可作為安全裝置。區別在于聯軸器將兩軸連接后，機械在運轉中兩軸不能分離，只有停機后才能拆開。而離合器在機械運轉中能隨時結合與分離，實現機械操作系統的斷續、變速、換向。聯軸器一般用于動力機（如電機）與工作機之間的鏈接，離合器用于操作機構中，比如汽車離合器是傳動系中起到動力傳遞的結合和分離及過載保護作用。

6-2 某發動機需要電動機啟動，當發動機運行正常后，兩機脫開，試問兩機間該采用哪種離合器？ 答：

6-4 萬向節有什么作用？由其結構特點可以分為幾類各有什么特點？ 答：萬向節是汽車萬向傳動裝置中實現變角速度傳動的一種聯軸器。

可以分為剛性萬向節和繞行聯軸節。剛性萬向節結構簡單，傳動效率較高，繞行聯軸節的傳力單元采用夾布橡膠盤、橡膠塊、橡膠環等彈性元件。6-7 試述制動器的工作原理及功用。

答：萬向節是汽車萬向傳動裝置中實現變角速度傳動的一種聯軸器。7-1 常用的不可拆聯接有哪些類型？各有什么特點？

7-3 普通平鍵聯接的主要失效形式是什么？平鍵剖面尺寸b、h及標準長度L如何確定？

7-5 螺紋按牙型分哪幾種類型？聯接螺紋常用何種螺紋？為什么？ 7-7 螺紋聯接有哪幾種主要聯接類型？各適用于什么場合？ 7-9 簡述銷聯接的類型、特點和應用。

8-6 根據圖8-42中所標注的尺寸，判斷各鉸鏈四桿機構屬哪種基本形式？

圖8-42 鉸鏈四桿機構的形式判斷

8-9 如圖8-45所示的偏置曲柄滑塊機構，若已知a=20mm，b=40mm，e=10mm，試用作圖法求此機構的極位夾角θ、行程速比系數K、行程H，并標出圖示位置的傳動角。

圖8-45 極位夾角與傳動角的確定

8-10 如圖8-46所示，擺動導桿機構以曲柄（圖8-46a）或導桿（8-46b）為原動件，試分析并分別作出： 1）機構的極限位置。

2）最大壓力角（或最小傳動角）的位置。3）死點的位置。

4）機構的極位夾角。

圖8-46 擺動導桿機構分析

9-4 說明等速、等加速等減速、簡諧運動等三種常用運動規律的加速度變化特點和它們的應用場合。

9-11 在什么情況下凸輪的實際輪廓線會出現尖點或相交叉形象？如何避免？ 9-14 在圖9-23各圖中標出圖示位置的凸輪機構的壓力角。

圖9-23 標出凸輪機構的壓力角

10-1 帶傳動有哪些特點？普通v帶傳動有哪些類型？適用于哪些場合？ 10-4 帶傳動為什么會產生彈性滑動？彈性滑動與打滑有什么不同？

10-5 v帶傳動時的速度，為什么不能太大也不能太小，一般在什么范圍內？ 11-7 當兩漸開線標準直齒輪傳動的安裝中心距大于標準中心距時，下列參數中哪些將發生變化？哪些不會變化？

A傳動比 B 嚙合角C 節圓半徑D 分度圓半徑E 基圓半徑F 頂隙G測隙。11-9 什么叫根切現象？根切產生的原因是什么？避免根切的條件是什么？

11-17 齒輪傳動的主要失效形式有哪些？齒輪傳動的設計準則通常是按哪些失效形式決定的？ 11-26 已知一對外嚙合標準直圓柱齒輪的中心距a=160mm，齒數z1?20、z2?60，求模數和分度圓直徑。

11-27 已知一對漸開線標準直齒圓柱齒輪傳動，小齒輪的齒數z1?26，傳動比i12?2.5，模數m=3，試求大齒輪的齒數、主要幾何尺寸及中心距。

12-1 什么叫定軸輪系？憜輪在定軸輪系中起什么作用？如何求定州輪系的傳動比？

12-2 什么叫周轉輪系？如何判定一個輪系是否是周轉輪系？ 12-6 試確定圖12-16中各輪的轉向。

圖12-16 確定圖中各輪轉向

12-8 在圖12-18所示的輪系中，已知各輪齒數為z1?15,z2?25,z2??15,z3?30,z3??15，z4?30,z4??2（右旋螺桿），該輪系的傳動比i15，并判斷渦輪5的轉向。

z5?60。求

圖12-18 求定軸輪系的傳動比

第四篇：機械設計基礎第七版課后習題答案

第一章

1-1 什么是運動副？高副與低副有何區別？

答：運動副：使兩構件直接接觸，并能產生一定相對運動的連接。

平面低副－ 凡是以面接觸的運動副，分為轉動副和移動副；平面高副－以點或線相接觸的運動副。

1-2 什么是機構運動簡圖？它有什么作用？

答：用簡單的線條和符號代表構件和運動副，并按比例定出各運動副位置，表示機構的組成和傳動情況。這樣繪制出的簡明圖形就稱為機構運動簡圖。作用：機構運動簡圖不僅能表示出機構的傳動原理，而且還可以用圖解法求出機構上各有關點在所處位置的運動特性（位移，速度和加速度）。它是一種在分析機構和 設計機構時表示機構運動的簡便而又科學的方法。

1-3平面機構具有確定運動的條件是什么？

答：機構自由度 F>0，且與原動件數相等，則機構各構件間的相對運動是確定的；這就是機 構具有確定運動的條件。（復習自由度 4 個結論 P17）第二章

2-1 什么是曲柄搖桿機構的急回特性和死點位置？

答：急回特性：曲柄等速回轉的情況下，搖桿往復運動速度快慢不同，搖桿反行程時的平均擺動速度必然大于正行程時的平均擺動速度，此即急回特性。死點位置：搖桿是主動件，曲柄是從動件，曲柄與連桿共線時，搖桿通過連桿加于曲柄的驅動力 F 正好通過曲柄的轉動中心，所以不能產生使曲柄轉動的力矩，機構的這種位置稱為死點位置。即機構的從動件出現卡死或運動不確定的 現象的那個位置稱為死點位置（從動件的傳動角? =0°）。

第三章

3-2 通常采用什么方法使凸輪與從動件之間保持接觸？

答：力鎖合：利用重力、彈簧力或其他外力使從動件與凸輪輪廓始終保持接觸。形鎖合：利用高副元素本身的幾何形狀使從動件與凸輪輪廓始終保持接觸。

3-3 什么叫剛性沖擊和柔性沖擊？用什么方法可以避免剛性沖擊？ 答：剛性沖擊：從動件在運動開始和推程終止的瞬間，速度突變為零，理論上加速度為無窮大，產生無窮大的慣性力，機構受到極大的沖擊，稱為剛性沖擊。柔性沖擊：當從動件做等加速或等減速運動時，在某些加速度突變處，其慣性力也隨之有限突變而產生沖擊，這種由有限突變而引起的沖擊比無窮大慣性力引起的 剛性沖擊輕柔了許多，故被稱為柔性沖擊。

避免剛性沖擊的方法：為了避免剛性沖擊，常將這種運動規律已知的運動開始和終止兩 小段加以修正，使速度逐漸升高和逐漸降低。讓從動件按正弦加速度運動（既 無剛性運動，也無柔性沖擊）

chapter4

4-1 棘輪機構、槽輪機構及不完全齒輪機構各有何運動特點？是舉出應用這些間歇運動機構 的實例。

答：槽輪機構特點： 結構簡單，工作可靠，常用于只要求恒定旋轉角的分度機構中；停歇 運動主要依靠槽數和圓柱銷數量（運動系數）

應用: 應用在轉速不高，要求間歇轉動的裝置中。如：電影放映機 自動傳送 鏈裝置 紡織機械

棘輪機構特點：這種有齒的棘輪其進程的變化最少是 1 個齒距，且工作時有響聲。應用：起重機絞盤 牛頭刨床的橫向進給機構 計數器

不完全齒輪機構特點：普通齒輪傳動，不同之處在于輪齒不布滿整個圓周。主動輪上的 鎖住弧與從動輪上的鎖住弧互相配合鎖住，以保證從動輪停歇在 預定位置上。

應用：各種計數器 多工位自動機 半自動機

第六章

6-1 設計機械零件時應滿足哪些基本要求？

答：足夠的強度和剛度，耐摩擦磨損，耐熱，耐振動（衡量機械零件工作能力的準則）。

6-2 按時間和應力的關系，應力可分為幾類？實際應力、極限應力和許用應力有什么不同？

答：隨時間變化的特性，應力可分為靜應力和變應力兩類。許用應力：是設計零件時所依據的條件應力。[σ] 極限應力:零件設計時所用的極限值，為材料的屈服極值。實際應力: 零件工作時實際承受的應力。（靜應力下：[σ] = σS /s [σ] = σB /s

s= s1 s2 s3）

6-4 指出下列符號各表示什么材料： Q235、35、65Mn、20CrMnTi、ZG310-570、HT200.Q235：屈服強度為 235，抗拉強度為 375-460，伸長率為：26%的普通碳素鋼。

35：優質碳素鋼（數字表示碳的平均含量）

65Mn：優質碳素鋼，平均含碳量為 0.65%，含 Mn 量約為 1%。20CrMnTi：合金鋼，含碳量 0.20%，平均含 Cr，Mn，Ti 量約為 1%。

ZG310-570：屈服強度為 310MPa，抗拉強度為 570MPa 伸長率為 15%，硬度為：40-50HRC 的

鑄鋼HT200：抗拉強度為 200，硬度為 170-241HBS 的灰鑄鐵。

6-5 在強度計算時如何確定許用應力？

答：許用應力的確定通常有兩種方法：查許用應力表：對于一定材料制造的并在一定條件下工作的零件，根據過去機械制造的 實踐與理論分析，將他們所能安全工作的最大應力制成專門的表格。這種表格簡單，具體，可靠，但每一種表格的適用范圍較窄。部分系數法：以幾個系數的乘積來確定總的安全系數s=s1s2s3 S1——考慮計算載荷及應力準確性的系數，一般 s1=1-1.5。S2——考慮材料力學性能均勻性的系數。S3——考慮零件重要程度的系數。

6-8 ?-1 ? 0 ?1 各代表什么？

答：-1 ：對稱循環變應力下，疲勞極限為-1。0 ：脈動循環變應力下，疲勞極限為0。1 ：靜應力下的疲勞極限。

第七章

7-1 常見的螺栓中的螺紋式右旋還是左旋、是單線還是多線？怎樣判別?多線螺紋與單線螺 紋的特點如何？ 答：常見的螺栓中的螺紋是右旋、單線。根據螺旋線繞行方向科判別右旋與左旋；根據螺旋線的數目可判別單線還是多線。特點：單線螺紋的螺距等于導程，多線螺紋的導程等于螺距與線數的乘積；單線螺紋由于其 螺旋升角較小，用在螺紋的鎖緊，多線螺紋由于其螺紋升角較大，用于傳遞動力和運動。

7-2 螺紋主要類型有哪幾種？說明他們的特點及用途。

答：機械制造中主要螺紋類型：三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋、半圓形螺紋。三角形螺紋：

普通螺紋：特點為抗拉強度較高，連接自鎖作用也較可靠，一般適用于薄壁零件及受沖擊零件的連接。

管螺紋（半圓形螺紋）：特點為螺紋深度較淺，是專門用來連接管子的。矩形螺紋：特點為刨面呈矩形、螺母與螺桿對中的精度較差以及螺紋根部強度較弱等缺 點；沒有自鎖。

梯形螺紋：特點為刨面為梯形，效率較矩形螺紋低，沒有自鎖。多用于車床絲桿等傳動 螺旋及起重螺旋中。

鋸齒形螺紋：效率較矩形螺紋略低，強度較大，沒有自鎖。在受載很大的起重螺旋及螺 旋壓力機中常采用。

（三角形螺紋用于連接；鋸齒、梯形、矩形用于傳動。）

7-3 螺旋副的效率與哪些參數有關？各參數變化大小對效率有何影響？螺紋牙型角大小對 效率有何影響？

答：A2 ? ? A1

當摩擦角不變時，螺旋副的效率是升角的函數。牙型角變小，效率變大；牙型角變大，效率變小。（舉例矩形螺紋變為三角形螺紋）

7-4 螺旋副自鎖條件和意義是什么？常用鏈接螺紋是否自鎖？ tg? tg??

?? ? ? 為升角，ρ為摩擦角

答：自鎖條件：一般情況越小，自鎖性能愈好）：螺紋升角 ρ：當量摩擦 角。意義 ：不加支持力 F，重物不會自動下滑。即螺旋副不會自動松脫，當擰緊螺母時，螺旋副的效率總是小于 50%。常用鏈接螺紋自鎖。

7-5 在螺紋連接中，為什么采用防松裝置？例舉幾種最典型的防松裝置，會出其結構件圖，說明其工作原理和機構簡圖。

答：螺紋連接的自鎖作用只有在靜載荷下才是可靠的，在振動和變載荷下，螺紋副之間會產生相對轉動，從而出現自動松脫的現象，故需采用防松裝置。

舉例:

（一）利用摩擦力的防松裝置： 原理：在螺紋間經常保持一定的摩擦力，且附加摩擦力的大小盡可能不隨載荷大小變化。

（1）彈簧墊圈: 工作原理：彈簧墊圈被壓平后，利用其反彈力使螺紋間保持壓 緊力和摩擦力

（2）雙螺母：工作原理：梁螺母對頂，螺栓始終收到附加壓力和附加摩擦力的 作用。結構簡單，用于低速重載。

二）利用機械方法防松裝置： 原理：利用機械裝置將螺母和螺栓連成一體，消除了它們之間相對轉動的可能性。

（1）開口銷：開口銷從螺母的槽口和螺栓尾部的孔中穿過，起防松作用。效果 良好。

（2）止動墊圈：墊片內翅嵌入螺栓的槽內，待螺母擰緊后，再將墊片的外翅之 一折嵌于螺母的一個槽內。將止動片的折邊，分別彎靠在螺 母和被聯接件的側邊起防松作用

7-6 將松螺栓連接合金螺栓連接（受橫向外力和軸向歪理）的強度計算公示一起列出，是比 較其異同，并作出必要的結論。

7-10平鍵鏈接可能有哪些失效形式？平鍵的尺寸如何確定？

答：失效形式：擠壓破壞和剪切確定尺寸：按擠壓和剪切的強度計算，再根據工作要求，確定鍵的種類；再按照軸的直 徑 d 查標準的鍵的尺寸，鍵的長度取l ? 1.5d 且要比軸上的輪轂短。第八章

8-2 帶傳動中的彈性滑動和打滑時怎樣產生的？它們對帶傳動有何影響？ 答：彈性滑動：由于帶的緊邊與松邊拉力不等，使帶兩邊的彈性變形不等，所引起的帶與輪面的微量相對滑動為彈性滑動。彈性滑動是不可避免的，對帶傳動影響不大 打滑：機器出現過載，摩擦力不能克服從動輪上的阻力矩，帶沿輪面全面滑動，從動輪 轉速急劇降低甚至不動，此現象即為打滑，是帶傳動的主要失效形式之一，可避免。

8-3 帶傳動中主要失效形式是什么？設計中怎么樣考慮？

答：主要失效形式：1.張緊力不足導致的打滑；2.張緊力過大導致的疲勞損壞；3.疲勞壽命。

設計是必須要考慮：在保證不打滑的情況下（確保工況系數），帶應有一定的疲勞強度 或壽命。

第九章

9-1 齒輪傳動的最基本要求是什么？齒廓的形狀符合什么條件才能滿足上述要求？

答：基本要求是：傳動比恒定。

齒廓的形狀是：漸開線形、擺線形、圓弧齒時滿足上述要求。（齒廓的形狀必須滿足不 論輪齒齒廓在任何位置接觸，過觸點所做齒廓的公法線均須通過節點。）

9-2 分度圓和節圓，壓力角和嚙合角有何區別？

答：分度圓：為了便于齒廓各部分尺寸的計算,在齒輪上選擇一個圓作為計算的基準,該圓稱為齒輪的分度圓.(標準齒輪分度圓與節圓重合且 s=e)標準化的齒輪上壓力角和模數均為標準值的圓稱為分度圓.節圓：通過節點的兩圓具有相同的圓周速度，他們之間作純滾動，這兩圓稱為齒輪 的節圓。

分度圓、節圓區別：分度圓是齒輪鑄造成立后本身具有的，而節圓是在兩齒輪運動 嚙合時根據其速度而確定出來的。

壓力角：漸開線上任一點法向壓力的方向線（即漸開線在該點的法線）和該點速度 方向之間的夾角稱為該點的壓力角。嚙合角：過節點的兩節圓的公切線，與兩齒廓公法線間的夾角。壓力角、嚙合角區別：選取點的不同，壓力角的大小也就不同；而只要兩齒輪的大小確定，則其嚙合角也就隨確定。

9-3 一對漸開線標準齒輪正確嚙合的條件什么？ 答：1.兩齒輪的模數必須相等

2.兩齒輪分度圓上的壓力角必須相等

9-4 為什么要限制齒輪的最少齒數？對于α=20、正常齒制的標準直齒圓柱齒輪，最少齒數 是多少？

答：限制最少齒數是為了保證不發生根切，要使所設計齒數大于不產生根切的最少齒數，當α=20 o 的標準直齒圓柱齒輪，則h?a =1，則zmin =17。

9-12 齒輪輪齒有哪幾種失效形式？開式傳動和閉式傳動的失效形式是否相同？在設計及使 用中應該怎樣防止這些失效？

答：失效形式有：（1）輪齒折斷（2）齒面膠合（3）齒面磨粒磨損（4）齒面點蝕（5）塑性變形開式傳動和閉式傳動的失效形式不完全相同：其中磨損和疲勞破壞主要為開式齒輪傳動的失效形式；而齒面點蝕和折斷主要為閉式齒輪傳動的失效形式。

為了防止輪齒折斷：在設計時應使用抵抗沖擊和過載能力較強的材料。為了避免齒面磨粒磨損：可采用閉式傳動或加防護罩等； 為了避免輪齒齒面點蝕：應使用接觸應力較大的材料；

為了防止齒面膠合：必須采用粘度大的潤滑油（低速傳動）或抗膠合能力強的潤滑油（高速傳動）。

第五篇：機械設計基礎課后習題答案 第11章

11-1 解 1）由公式可知：

輪齒的工作應力不變，則 則，若，該齒輪傳動能傳遞的功率

11-2解 由公式

可知，由抗疲勞點蝕允許的最大扭矩有關系：

設提高后的轉矩和許用應力分別為、當轉速不變時，轉矩和功率可提高 69%。

11-3解 軟齒面閉式齒輪傳動應分別驗算其接觸強度和彎曲強度。（1）許用應力 查教材表 11-1小齒輪45鋼調質硬度：210～230HBS取220HBS；大齒輪ZG270-500正火硬度：140～170HBS，取155HBS。

查教材圖 11-7，查教材圖 11-10 , 查教材表 11-4取，故：

（2）驗算接觸強度，驗算公式為：

其中：小齒輪轉矩

載荷系數 查教材表11-3得

齒寬

中心距 齒數比

則：、，能滿足接觸強度。

（3）驗算彎曲強度，驗算公式：

其中：齒形系數：查教材圖 11-9得、則 ：

滿足彎曲強度。

11-4解 開式齒輪傳動的主要失效形式是磨損，目前的設計方法是按彎曲強度設計，并將許用應力

降低以彌補磨損對齒輪的影響。

（1）許用彎曲應力 查教材表11-1小齒輪45鋼調質硬度：210～230HBS取220HBS；大齒輪

45鋼正火硬度：170～210HBS，取190HBS。查教材圖11-10得 , 查教材表 11-4，并將許用應用降低30%

（2）其彎曲強度設計公式：

其中：小齒輪轉矩

載荷系數 查教材表11-3得

取齒寬系數

齒數

，取

齒數比

齒形系數 查教材圖 11-9得、因

故將

代入設計公式

因此

取模數

中心距

齒寬

11-5解硬齒面閉式齒輪傳動的主要失效形式是折斷，設計方法是按彎曲強度設計，并驗算其齒面接觸強度。（1）許用彎曲應力

查教材表 11-1，大小齒輪材料40Cr 表面淬火硬度：52～56HRC，取54HRC。查教材圖11-10得，查材料圖11-7得。查教材表11-4，因齒輪傳動是雙向工作，彎曲應力為對稱循環，應將極限值乘 70%。

故

（2）按彎曲強度設計，設計公式：

其中：小齒輪轉矩

載荷系數 查教材表11-3得

取齒寬系數

齒數，取

齒數比

齒形系數 應將齒形系數較大值代入公式，而齒形系數值與齒數成反比，將小齒輪的齒形系數代入設計公式，查教材圖 11-9得

因此

取模數

（3）驗算接觸強度，驗算公式：

其中：中心距

齒寬

，取

滿足接觸強度。

11-6解 斜齒圓柱齒輪的齒數角速比用齒數

與其當量齒數 之間的關系：（1）計算傳動的。（2）用成型法切制斜齒輪時用當量齒數 選盤形銑刀刀號。（3）計算斜齒輪分度圓直徑用齒數。（4）計算彎曲強度時用當量齒數 查取齒形系數。

11-7解 見題11-7解圖。從題圖中可看出，齒輪1為左旋，齒輪2為右旋。當齒輪1為主動時按左手,則判斷其軸向力 ；當齒輪2為主動時按右手定則判斷其軸向力。

輪1為主動 輪2為主動時

圖 11.2 題11-7解圖

11-8解 見題11-8解圖。齒輪2為右旋，當其為主動時，按右手定則判斷其軸向力方向 ；徑向力

總是指向其轉動中心；圓向力 的方向與其運動方向相反。

圖 11.3 題11-8解圖

11-9解（1）要使中間軸上兩齒輪的軸向力方向相反，則低速級斜齒輪3的螺旋經方向應與齒輪2的

旋向同為左旋，斜齒輪4的旋向應與齒輪3的旋向相反，為右旋。

（2）由題圖可知：、、、、分度圓直徑

軸向力

要使軸向力互相抵消，則： 即

11-10解 軟齒面閉式齒輪傳動應分別校核其接觸強度和彎曲強度。

（1）許用應力

查教材表 11-1小齒輪40MnB調質硬度：240～280HBS取260HBS；大齒輪35SiMn調質硬度：200～

260HBS，取230HBS。

查教材圖 11-7： ；

查教材圖 11-10： ； 查教材表 11-4 取，故：

（2）驗算接觸強度，其校核公式：

其中：小齒輪轉矩

載荷系數 查教材表11-3得

齒寬

中心距

齒數比

則： 滿足接觸強度。

（3）驗算彎曲強度，校核公式：

小齒輪當量齒數 大齒輪當量齒數

齒形系數 查教材圖 11-9得、滿足彎曲強度。

11-11解 軟齒面閉式齒輪傳動應按接觸強度設計，然后驗算其彎曲強度：（1）許用應力

查教材表 11-1小齒輪40MnB調質硬度：240～280HBS取260HBS；大齒輪45鋼調質硬度：210～

230HBS，取220HBS。查教材圖 11-7：

；

；

查教材表 11-4 取，查教材圖 11-10：

故

（2）按接觸強度設計，其設計公式：

其中：小齒輪轉矩 11-3得 齒寬系數 取

載荷系數 查教材表中心距

齒數比 將許用應力較小者 代入設計公式

則： 取中心距

初選螺旋角

大齒輪齒數

，取 齒數比：

模數，取

螺旋角

（3）驗算其彎曲強度，校核公式： 小齒輪當量齒數

大齒輪當量齒數

齒形系數 查教材圖 11-9得、滿足彎曲強度。

11-12解 由題圖可知：，高速級傳動比

低速級傳動比 輸入軸的轉矩

中間軸轉矩

輸出軸轉矩

11-13解 硬齒面閉式齒輪傳動應按彎曲強度設計，然后驗算其接觸強度。（1）許用應力

查教材表 11-1齒輪40Cr表面淬火硬度：52～56HRC取54HRC。

查教材圖 11-7： 查教材圖 11-10：

查教材表 11-4 取，故：

（2）按彎曲強度設計，其設計公式：

其中：小齒輪轉矩

載荷系數 查教材表11-3得

齒寬系數 取

大齒輪齒數，取 齒數比：

分度圓錐角

小齒輪當量齒數 大齒輪當量齒

齒形系數 查教材圖 11-9得、則平均模數： 大端模數 取

（3）校核其接觸強度，驗算公式：

其中：分度圓直徑

錐距

齒寬

取

滿足接觸強度。

11-14解 開式齒輪傳動只需驗算其彎曲強度

（1）許用彎曲應力

查教材表 11-1小齒輪45鋼調質硬度：210～230HBS取220HBS；大齒輪ZG310-570正火硬度：160～

200HBS取190HBS。

查教材圖 11-10： ； 查教材表 11-4 取，故：

（2）校核彎曲強度，驗算公式： 其中：小齒輪轉矩

載荷系數 查教材表11-3得

分度圓錐角

小齒輪當量齒數大齒輪當量齒數

齒形系數 查教材圖 11-9得、分度圓直徑

錐距

齒寬系數

平均模數

則：

滿足彎曲強度。

11-15解（1）圓錐齒輪2的相關參數

分度圓直徑分度圓錐角

平均直徑 軸向力

（2）斜齒輪3相關參數 分度圓直徑

軸向力

（3）相互關系 因 得：

（4）由題圖可知，圓錐齒輪2的軸向力 指向大端，方向向下；斜齒輪3的軸向力 方向指向上，轉動方向與錐齒輪2同向，箭頭指向右。齒輪3又是主動齒輪，根據左右手定則判斷，其符合右手定則，故斜齒輪3為右旋。

圖11.6 題11-16 解圖

11-16解 見題 11-16解圖。徑向力總是指向其轉動中心；對于錐齒輪2圓周力與其轉動方向相同，對于斜齒輪3與其圓周力方向相反。