第一篇：機械設計基礎習題

《機械設計基礎》習題

機械設計部分

目錄 機械零件設計概論 9 聯(lián) 接 10 齒輪傳動 11 蝸桿傳動 12 帶傳 動 13 鏈傳 動 14 軸 15 滑動軸承 16 滾動軸承 聯(lián)軸器、離合器及制動器 18 彈 簧 機械傳動系統(tǒng)設計機械零件設計概論

思 考 題

8-1 機械零件設計的基本要求是什么？

8-2 什么叫失效？機械零件的主要失效形式有幾種？各舉一例說明。8-3 什么是設計準則？設計準則的通式是什么？ 8-4 復習材料及熱處理問題。復習公差與配合問題。8-5 什么是零件的工藝性問題？主要包含哪幾方面的問題？

8-6 什么是變應力的循環(huán)特性？對稱循環(huán)應力和脈動循環(huán)應力的循環(huán)特性為多少？ 8-7 什么是疲勞強度問題？如何確定疲勞極限和安全系數(shù)？ 8-8 主要的摩擦狀態(tài)有哪四種？

8-9 磨損過程分幾個階段？常見的磨損有哪幾種？ 8-10 常見的潤滑油加入方法有哪種？ 聯(lián) 接

思 考 題

9-1 螺紋的主要參數(shù)有哪些？螺距與導程有何不同？螺紋升角與哪些參數(shù)有關？ 9-2 為什么三角形螺紋多用于聯(lián)接，而矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋多用于傳動？為什么多線螺紋主要用于傳動？ 9-3 螺紋副的自鎖條件是什么？理由是什么？ 9-4 試說明螺紋聯(lián)接的主要類型和特點。9-5 螺紋聯(lián)接為什么要預緊？預緊力如何控制？ 9-6 螺紋聯(lián)接為什么要防松？常見的防松方法有哪些？

9-7 在緊螺栓聯(lián)接強度計算中，為何要把螺栓所受的載荷增加30%？

9-8 試分析比較普通螺栓聯(lián)接和鉸制孔螺栓聯(lián)接的特點、失效形式和設計準則。9-9 簡述受軸向工作載荷緊螺栓聯(lián)接的預緊力和殘余預緊力的區(qū)別，并說明螺栓工作時所受的總拉力為什么不等于預緊力和工作載荷之和。9-10 簡述滑動螺旋傳動的主要特點及其應用。

9-11平鍵聯(lián)接有哪些失效形式？普通平鍵的截面尺寸和長度如何確定？

9-12 為什么采用兩個平鍵時，一般布置在沿周向相隔180°的位置，采用兩個楔鍵時，相隔90°～120°，而采用兩個半圓鍵時，卻布置在軸的同一母線上？ 9-13 試比較平鍵和花鍵的相同點和不同點。

9-14 簡述銷聯(lián)接、焊接、粘接、過盈聯(lián)接、彈性環(huán)聯(lián)接和成形聯(lián)接的主要特點和應用場合。

習題

9-1 試證明具有自鎖性螺旋傳動的效率恒小于50%。

9-2 試計算M24、M24×1.5螺紋的升角，并指出哪種螺紋的自鎖性好。

9-3 圖示為一升降機構，承受載荷F =150 kN，采用梯形螺紋，d = 60 mm，d2 = 56 mm，P

= 8 mm，線數(shù)n = 3。支撐面采用推力球軸承，升降臺的上下移動處采用導向滾輪，它們的摩擦阻力近似為零。試計算：

(1)工作臺穩(wěn)定上升時的效率（螺紋副當量摩擦系數(shù)為0.10）。(2)穩(wěn)定上升時加于螺桿上的力矩。

(3)若工作臺以720 mm/min的速度上升，試按穩(wěn)定運轉條件求螺桿所需轉速和功率。(4)欲使工作臺在載荷F作用下等速下降，是否需要制動裝置？加于螺桿上的制動力矩是多少？

題9-3圖

題9-4圖

F

題9-5圖 導向滾輪

9-4 圖示起重吊鉤最大起重量F = 50 kN，吊鉤材料為35鋼。

牽曳力FR

齒輪

制動輪

推力球軸承

F

試確定吊鉤尾部螺紋直徑。

9-5 圖示為一用兩個M12螺釘固定的牽曳鉤，若螺釘材料為Q235鋼，裝配時控制預緊力，F(xiàn) 結合面摩擦系數(shù)f = 0.15，求其允許的最大牽曳力。

9-6 圖示為一剛性凸緣聯(lián)軸器，材料為Q215鋼，傳遞的最大轉矩為1400 N.m（靜載荷）。聯(lián)軸器用4個M16的鉸制孔用螺栓聯(lián)接，螺栓材料為Q235鋼，試選擇合適的螺栓長度，并校核該聯(lián)接的強度。

題9-6圖

題9-7圖

9-7 圖示為一用兩個螺栓聯(lián)接的鋼制扳手。已知扳緊力F = 200 N，有關尺寸如圖所示。試分別采用普通螺栓聯(lián)接和鉸制孔螺栓聯(lián)接兩種方案設計此螺栓組，并分析比較設計結果。9-8 在圖示夾緊螺栓中，已知螺栓數(shù)為2，螺紋為M20，螺栓材料為35鋼，軸徑d=50 mm，桿長l=300 mm,軸與夾殼之間的摩擦系數(shù)f=0.15,試求桿端部作用力F的最大允許值。9-9 圖示為一鋼制液壓油缸，采用雙頭螺柱聯(lián)接。已知油壓p= 8 MPa，油缸內徑D = 250 mm，為保證氣密性要求，螺柱間距l(xiāng)不得大于4.5d（d為螺紋大徑），試設計此雙頭

F

d 螺柱聯(lián)接。

題9-8圖

題9-9圖

9-10 受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接，被聯(lián)接件間采用橡膠墊片。已知螺栓預緊力F?= 15000 N，當受軸向工作載荷F = 10000 N時，求螺栓所受的總拉力及被聯(lián)接件之間的殘余預緊力。滑塊

差動桿

螺桿

機架 F 9-11 圖示為一差動螺旋機構。螺桿與機架固聯(lián)，其螺紋為右旋，導程SA=4 mm，滑塊在機架上只能左右移動。差動桿內螺紋與螺桿形成螺紋副A，外螺紋與滑塊形成螺紋副B，當沿箭頭方向轉動5圈時，滑塊向左移動5 mm。試求螺紋副B的導程SB和旋向。

題9-11圖

題9-12圖

9-12 圖示為一小型壓床，最大壓力為F = 30 kN，采用梯形螺紋，螺桿材料為45鋼正火處理，螺母材料為ZCuAl10Fe3。設壓頭支撐面平均直徑Dm等于螺紋中徑，操作時螺紋副當量摩擦系數(shù)fˊ=0.12，壓頭支撐面摩擦系數(shù)fc=0.10，操作人員每只手用力約200 N，試求該壓床的螺紋參數(shù)（要求自鎖）和手輪直徑D。9-13 在題9-6中，已知軸的材料為45鋼，工作時有輕微沖擊。試為該聯(lián)軸器選擇平鍵，確定鍵的尺寸，并校核其強度。齒輪傳動

思 考 題

10-1 齒輪傳動中常見的失效形式有哪些？齒輪傳動的設計計算準則有哪些？在工程設計實踐中，對于一般的閉式硬齒面、閉式軟齒面和開式齒輪傳動的設計計算準則是什么？ 10-2 在齒輪傳動設計時，提高齒輪的疲勞強度的方法有哪些？ 10-3 與直齒輪傳動強度計算相比，斜齒輪傳動的強度計算有何不同？ 10-4 如何確定齒輪傳動中的許用接觸強度和許用彎曲強度值？

10-5 根據(jù)齒輪的工作特點，對輪齒材料的力學性能有何基本要求？什么材料最適合做齒輪？為什么？ 10-6 齒輪傳動設計的流程怎樣？如何用框圖表示？ 10-7 在齒輪結構設計時，齒輪的結構主要由什么參數(shù)決定？

習題

10-1 有一直齒圓柱齒輪傳動，允許傳遞功率P，若通過熱處理方法提高材料的力學性能，使大、小齒輪的許用接觸應力[σH2]、[σH1]各提高30%，試問此傳動在不改變工作條件及其他設計參數(shù)的情況下，抗疲勞點蝕允許傳遞的扭距和允許傳遞的功率可提高百分之幾？ 10-2 單級閉式直齒圓柱齒輪傳動中，小齒輪的材料為45鋼調質處理，大齒輪的材料為ZG270-500正火，P=7.2kW，n1=960r/min，m=4mm，z1=25，z2=73，b1=84mm，b2=78mm，單向轉動，載荷有中等沖擊，用電動機驅動，試驗算此單級傳動的強度。10-3 已知開式直齒圓柱傳動i=2.3，P=3.2kW，n1=150r/min，用電動機驅動，單向轉動，載荷均勻，z1=21，小齒輪為45鋼調質，大齒輪為45鋼正火，試計算此單級傳動的強度。10-4 已知閉式直齒圓柱齒輪傳動的傳動比i=3.6，n1=1440r/min，P=25kW，長期雙向轉動，載荷有中等沖擊，要求結構緊湊，采用硬齒面材料。試設計此齒輪傳動，校核齒輪的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度。

10-5 在題圖10-5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。題圖10-題圖10-6

10-6 設兩級斜齒圓柱齒輪減速器的已知條件如題圖10-6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β應取多大數(shù)值才能使中間軸上兩個軸向力互相抵消。10-7 已知單級斜齒圓柱齒輪傳動的P=18kW，n1=960r/min，電動機驅動，載荷平穩(wěn)，雙向轉動。已知i=2.3，z1=21，mn=3mm，β=16°15′，b1=85mm，b2=80mm，小齒輪材料為40MnB調質，大齒輪材料為35SiMn調質，試校核此閉式傳動的強度。10-8 設計一單級閉式斜齒輪傳動，已知P=10kW，n1=1460r/min，i=3.3，工作機有中等沖擊載荷。要求采用電動機驅動，選用硬齒面材料，z1=19。試設計此單級斜齒輪傳動，校核疲勞強度。10-9 已知閉式直齒圓錐齒輪傳動的δ1＋δ2=90°，i=2.7，z1=16，P=7.5kW，n1=840r/min，用電動機驅動，載荷有中等沖擊，要求結構緊湊，故大、小齒輪的材料均選為40Cr表面淬火，試計算此傳動。蝸桿傳動

思 考 題

11-1 蝸桿傳動的特點及應用場合是什么？

11-2 為什么蝸輪的端面模數(shù)是標準值？蝸桿傳動的正確嚙合條件是什么？ 11-3 蝸桿直徑系數(shù)的含義是什么？為什么要引入蝸桿直徑系數(shù)？

11-4 蝸桿傳動的傳動比計算公式是什么？它是否等于蝸桿和蝸輪的節(jié)圓直徑之比？ 11-5 如何進行蝸桿傳動的受力分析？各力的方向任何確定？與齒輪傳動的受力分析有什么不同？ 11-6 蝸桿傳動的主要失效形式是什么？相應的設計準則是什么？

11-7 在蝸桿傳動的強度計算中，為什么只考慮蝸輪的強度？蝸桿的強度任何考慮？蝸桿的剛度在什么情況下才需要計算？ 11-8 蝸桿傳動的效率受哪些因素影響？為什么具有自鎖特性的蝸桿傳動，其嚙合效率通常只有40%左右？ 11-9 為什么蝸桿傳動要進行熱平衡的計算？采用什么原理進行計算？當熱平衡不滿足要求時，可以采取什么措施？

習題

11-1 設某一標準蝸桿傳動的模數(shù)m=5mm，蝸桿的分度圓直徑d1=50mm，蝸桿的頭數(shù)z1=2，傳動比i=20。試計算蝸輪的螺旋角和蝸桿傳動的主要尺寸。11-2 對圖示的蝸桿傳動，請根據(jù)已知的蝸桿的螺旋方向和轉向，確定蝸輪的螺旋方向和轉向。并在圖中表出蝸桿和蝸輪的受力方向。

11-3 圖示為手動鉸車中所采用的蝸桿傳動。已知m=8mm，d1=80mm，z1=1，i=40，卷筒的直徑D=250mm，試計算：（1）欲使重物上升1m，應轉動蝸桿的轉數(shù)；（2）設蝸桿和蝸輪間的當量摩擦系數(shù)為0.18，檢驗該蝸桿傳動是否滿足自鎖條件；（3）設重物重Q=5kN，通過手柄轉臂施加的力F=100N，手柄轉臂的長度l的最小值。

題圖11-2 題圖11-3

11-4 試設計一單級圓柱蝸桿傳動：傳動由電動機驅動，電動機的功率為7kW，轉數(shù)為1440r/min，蝸輪軸的轉數(shù)為80r/min，載荷平穩(wěn)，單向傳動。帶 傳 動

思 考 題

12-1 帶傳動主要類型有哪些？各有什么特點？ 12-2 影響帶傳動工作能力的因素有哪些？ 12-3 帶速為什么不宜太高也不宜太低？

12-4 帶傳動中的彈性滑動和打滑是怎樣產生的？對帶傳動有何影響？ 12-5 帶傳動的主要失效形式是什么？設計中怎樣考慮？ 12-6 為什么帶傳動通常布置在機器的高速級？

12-7 帶傳動在什么情況下才會發(fā)生打滑？打滑通常發(fā)生在大帶輪上還是小帶輪上？剛開始打滑前，緊邊拉力與松邊拉力有什么關系？ 12-8 何謂滑動率？滑動率如何計算？ 12-9 帶傳動中帶為何要張緊？如何張緊？

12-10 為何V帶輪的輪槽角要小于400？為什么帶輪的基準直徑越小，輪槽槽角就越小？ 12-13 試分析帶傳動中參數(shù)?

1、D1、i和a的大小對帶傳動的影響。

12-14 試分析比較普通V帶、窄V帶、多楔帶、同步齒形帶和高速帶傳動的特點和應用范圍。

習題

12-1 一普通V帶傳動，已知帶的型號為A，兩輪基準直徑分別為150 mm和400 mm，初定中心距a = 4500 mm，小帶輪轉速為1460 r/min。試求：(1)小帶輪包角；(2)選定帶的基準長度Ld；(3)不考慮帶傳動的彈性滑動時大帶輪的轉速；(4)滑動率? =0.015時大帶輪的實際轉速；(5)確定實際中心距。12-2 題12-1中的普通V帶傳動用于電動機與物料磨粉機之間，作減速傳動，每天工作8小時。已知電動機功率P = 4 kW，轉速n1=1460 r/min，試求所需A型帶的根數(shù)。12-3 一普通V帶傳動傳遞功率為P = 7.5 kW，帶速??= 10 m/s，緊邊拉力是松邊拉力的兩倍，即F1=2F2，試求緊邊拉力、松邊拉力和有效拉力。12-4 設計一破碎機用普通V帶傳動。已知電動機額定功率為P = 5.5 kW，轉速n1= 1440 r/min，從動輪為n2= 600 r/min，允許誤差±5%，兩班制工作，希望中心距不超過650 mm。12-5 在例題12-1中，已知大帶輪軸的直徑d = 50 mm，試確定大帶輪的材料、各部分尺寸并繪制工作圖。鏈 傳 動

思 考 題

13-1 與帶傳動相比，鏈傳動有哪些優(yōu)缺點？

13-2 滾子鏈是如何構成的？其最主要的參數(shù)是什么？對傳動有何影響？ 13-3 為什么一般鏈節(jié)數(shù)選偶數(shù)，而鏈輪齒數(shù)多取奇數(shù)？

13-4 鏈傳動中為什么小鏈輪的齒數(shù)不宜過少？而大鏈輪的齒數(shù)又不宜過多？ 13-5 何謂鏈傳動的多邊形效應？如何減輕多邊形效應的影響？ 13-6 在什么條件下鏈傳動瞬時傳動比為恒定？此時鏈速是否也恒定？ 13-7 鏈傳動的緊邊拉力和松邊拉力各由哪幾部分組成？ 13-8 簡述滾子鏈傳動的主要失效形式和原因。13-9 簡述滾子鏈傳動的布置、潤滑和張緊要點。13-10 簡述齒形鏈傳動的特點。

習題

a 13-1 在如圖所示鏈傳動中，小鏈輪為主動輪，中心距a =(30～50)p。問在圖a、b所示布置中應按哪個方向轉動才合理？兩輪軸線布置在同一鉛垂面內（圖c）有什么缺點？應采取什么措施？

a）

b）

c）

題圖13-1

13-2 當其它條件相同時，試比較下列兩種鏈傳動設計方案的運動不均勻性和附加動載荷，哪一種較好？為什么？（１）p = 15.875 mm，z1=31；（２）p = 31.75 mm，z1=15。13-3 一單排滾子鏈傳動，鏈輪齒數(shù)z1=

21、z2=

53、鏈型號為10A、鏈長Lp=100節(jié)。試求兩鏈輪的分度圓、齒頂圓和齒根圓直徑以及傳動的中心距。13-4 題13-3中，小鏈輪為主動輪，n1= 600 r/min，載荷平穩(wěn)，試求：（1）此鏈傳動能傳遞的最大功率；（2）工作中可能出現(xiàn)的失效形式；（３）應采用何種潤滑方式。13-5 設計一往復式壓氣機上的滾子鏈傳動。已知電動機轉速n1=960 r/min，功率P = 3 kW，壓氣機轉速n2=320 r/min，希望中心距不大于650 mm（要求中心距可以調節(jié)）。13-6 一單排滾子鏈傳動，已知小鏈輪齒數(shù)z1=

17、采用10A滾子鏈、中心距a = 500 mm，水平布置，傳遞功率P = 1.5 kW，主動鏈輪轉速n1=130 r/min。設工作情況系數(shù)KA=1.2，靜力強度安全系數(shù)S = 7，試驗算此鏈傳動。軸

思 考 題

14-1 軸的功用是什么？

14-2 什么是傳動軸、心軸、轉軸，他們的區(qū)別是什么？

14-3 分析一下自行車的前軸、中軸和后軸的受載情況，他們各屬于什么軸？ 14-4 軸的一般設計步驟是什么？ 14-5 軸的常用材料有那些？

14-6 為什么當軸的剛度不夠時，選用合金鋼來代替普碳鋼效果不明顯？ 14-7 彎扭合成強度計算時，折算系數(shù)的意義是什么？ 14-8 在什么情況下要作軸的剛度計算？

習題

14-1 有一臺水泵，由電動機驅動，傳遞的功率P=4.5kW，軸的轉速n=960 r/min，設計時，軸材料采用45號鋼，試按強度要求計算出軸所需的最小直徑。14-2 已知一傳動軸直徑d=32mm，轉速n=1440 r/min，如果軸上的扭切應力不允許超過50

N/mm2，問此軸能傳遞多少功率？ 14-3 在圖示軸的結構圖中存在多處錯誤，請指出錯誤點，說明出錯原因，并加以改正。

題圖14-3 14-4 如圖所示單級直齒圓柱齒輪減速器，用電機驅動，電動機的功率P=12kW，轉速n=1470r/min，齒輪的模數(shù)m=4mm，齒數(shù)z1=19，z2=72，若支承間跨距l(xiāng)=180mm（齒輪位于中央），軸材料為45號鋼調質。試計算減速器輸出軸的最小直徑，并進行軸結構設計。

題圖14-4 滑動軸承

思 考 題

15-1 滑動軸承的性能特點有哪些？主要的應用場合有哪些？ 15-2 滑動軸承的主要結構型式有哪幾種？各有什么特點？

15-3 軸承材料應具備哪些性能？是否存在著能同時滿足這些性能的材料？ 15-4 非液體潤滑軸承的設計依據(jù)是什么？限制p和pv的目的是什么？

15-5 液體動壓潤滑的必要條件是什么？敘述向心滑動軸承形成動壓油膜的過程？ 15-6 找出一滑動軸承應用實例，確定滑動軸承類型，分析其特點和采用滑動軸承的原因。

習

題

15-1 有一滑動軸承，軸轉速n =650r/min，軸頸直徑d =120mm，軸承上受徑向載荷F =5000N，軸瓦寬度B =150mm，試選擇軸承材料，并按非液體潤滑滑動軸承校核。15-2 現(xiàn)有一非液體潤滑徑向滑動軸承，軸頸直徑d=100mm，軸瓦寬度B=100mm，轉速n=1200r/min，軸承材料ZChPbSb 16-16-2，試問該軸承能承受多大的徑向載荷？ 15-3 已知一推力軸承，其軸頸結構為空心，大徑d0 =120mm，內徑d1 =90mm，轉速n =300r/min，軸瓦材料為青銅，試求該軸承能承受多大軸向載荷？滾動軸承

思 考 題

16-1 在機械設計中，選擇滾動軸承類型的原則是什么？一般優(yōu)先選用什么類型的軸承？ 16-2 滾動軸承的代號由幾部分組成？基本代號又分幾項內容？基本代號中各部分代號是如何規(guī)定的？ 16-3 滾動軸承的應力特性和主要失效形式是什么？

16-4 什么是滾動軸承的基本額定壽命？什么是滾動軸承的基本額定動載荷？ 16-5 當量動載荷的意義和用途是什么？如何計算？

16-6 滾動軸承壽命計算一般式是什么？考慮溫度系數(shù)、載荷系數(shù)、可靠性系數(shù)后的計算公式是什么？ 16-7 何時要進行滾動軸承的靜載荷計算？ 16-8 滾動軸承裝置結構設計時應考慮哪些問題？ 16-9 自行車前后輪采用的是何種軸承？有什么結構特點？

習

題

16-1 試說明以下滾動軸承的類型、內徑尺寸、精度：6210、7207C/P5、N208、31306、51205。16-2 有一深溝球軸承，受徑向載荷Fr=8000N，常溫下工作，載體平穩(wěn)，轉速n =1440r/min，要求設計壽命Lh =5000h，試計算此軸承所要求的額定動載荷。16-3 根據(jù)設計要求，在某一軸上安裝一對7000C軸承（如圖所示），已知兩個軸承的徑向載荷分別是：Fr1=1000N，F(xiàn)r2=2060N，外加軸向力Fa=880N，軸頸d=40mm，轉速n =5000r/min，常溫下運轉，有中等沖擊，預期壽命Lh=2000小時，試選擇軸承型號。

題圖16-3

聯(lián)軸器、離合器及制動器

思 考 題

17-1 什么是剛性聯(lián)軸器？什么是彈性聯(lián)軸器？兩者有什么區(qū)別？ 17-2 固定式剛性聯(lián)軸器與可移式剛性聯(lián)軸器的主要區(qū)別是什么？ 17-3 可移式剛性聯(lián)軸器與彈簧聯(lián)軸器的異同點是什么？

17-4 參照機械設計手冊，進一步了解聯(lián)軸器、離合器和制動器的主要參數(shù)。17-5 拆解自動車上的超越離合器，繪出工作簡圖。

17-6 觀察、分析各種自動車上的制動器和制動系統(tǒng)，繪制出三種以上的制動系統(tǒng)原理簡圖。

習

題

17-1 電動機與水泵之間用聯(lián)軸器聯(lián)接，已知電動機功率P=11kW,轉速n=960r/min，電動機外伸軸端直徑d1=42mm，水泵軸的直徑為d’=38mm，試選擇聯(lián)軸器類型和型號。17-2 由交流電動直接帶動直流發(fā)電機供應直流電。已知所需最大功率P = 18～20kW，轉速n =3000r/min，外伸軸軸徑d=45mm。（1）試為電動機與發(fā)電機之間選擇一種類型的聯(lián)軸器，并說明理由；（2）根據(jù)已知條件，定出型號。彈 簧

思 考 題

18-1 常用彈簧的類型有哪些？各用在什么場合？

18-2 對制造彈簧的材料有身哪些主要要求？常用的材料有哪些？

18-3 設計彈簧時為什么通常取彈旋繞比C為4～16？彈簧旋繞比C的含義是什么？ 18-4 彈簧剛度kp的物理意義是什么？彈簧剛kp與哪些因素有關？ 18-5 什么是彈簧的特性曲線？它與彈簧的剛度有什么關系？

18-6 圓柱螺旋拉，壓彈簧受載后，彈簧絲截面上受有哪些載荷？各產生什么樣的應力？ 18-7 圓柱螺旋拉，壓彈簧的彈簧絲最先損壞的一般是內側還是外側？為什么？ 18-8 當圓柱螺旋壓縮彈簧有失穩(wěn)可能時，可采用什么防止措施？

習

題

18-1 已知一壓縮螺旋彈簧的彈簧絲直徑d＝6mm，中徑D2 = 33 mm，有效圈數(shù)n＝10。采用II組碳素彈簧鋼絲，受邊載荷作用次數(shù)在103-105次。求：1）允許的最大工作載荷及變形量；2）若端部采用磨平端支承圈結構時（圖18-8a），求彈簧的并緊高度Hs和自由高度H 0；3）驗算彈簧的穩(wěn)定性。18-2 試設計一能承受沖擊載荷的彈簧。已知：F1=40N，F(xiàn)2=240N，工作行程y＝40mm，中間有?30的芯軸，彈簧外徑不大于45mm，材料用碳素彈簧鋼絲II制造。18-3 設計一壓縮螺旋彈簧。已知：采用d＝8 mm的鋼絲制造，D2=48mm。該彈簧初始時為自由狀態(tài)，將它壓縮40mm后，需要儲能25N.m。求：1）彈簧剛度；2）若許用

２切應力為400N/mm時，此彈簧的強度是否足夠？3）有效圈數(shù)n。18-4 試設計一受靜載荷的壓縮螺旋彈簧。已知條件如下：當彈簧受載荷 F1 = 178N時，其長度H1 = 89mm；當F2 = 1160N時，H2 = 54mm；該彈簧使用時套在直徑為30mm的芯棒上。現(xiàn)取材料為碳素彈簧鋼絲，并要求所設計彈簧的尺寸盡可能小。18-5 一扭轉螺旋彈簧用在760mm的門上。當門關閉時，手把上加4.5N的推力才能把門打

2?開。當門轉到180后，手把上的力為13.5N。若材料的許用力[?]?1100N/mm。求：1）該彈簧的彈簧絲直徑d和平均直徑D2；2）所需的初始角變形；3）彈簧的工作圈數(shù)。

題圖18-5 機械傳動系統(tǒng)設計

思 考 題

19-1 傳動系統(tǒng)與工作機的作用有何不同？是否所有的機器都有傳動系統(tǒng)？ 19-2 選擇傳動類型的基本原則是什么？

19-3 選擇傳動路線的主要依據(jù)是什么？是否根據(jù)工作機的多少確定？ 19-4 布置傳動機構順序時，應考慮哪些因素？

19-5 自行車鏈傳動的主動大鏈輪齒數(shù)z1 = 48，小鏈輪齒數(shù)z2 = 18，車輪直徑為28英寸（D

= 711.2mm）。試問：

（1）自行車為什么采用增速傳動？能否采用帶傳動？為什么？（2）自行車行走1公里時，車輪、大鏈輪和小鏈輪各要轉幾圈？

19-6 給出五種把回轉運動變?yōu)橹本€運動的機構，畫出機構運動簡圖并說明其特點。

習題

19-1 圖示為一運輸機的傳動方案，試分析該方案中各級傳動安排有何不合理之處，并畫出正確的傳動方案圖。

1-電動機；2-鏈傳動； 3-齒輪減速器；4-帶傳動；5-工作機 題圖19-1

19-2 立式攪拌機由電動機遠距離傳動，連續(xù)工作，攪拌機轉速n = 40 r/min，電動機轉速nd = 1440 r/min，功率P = 5.5 kW。試設計兩種以上傳動方案，并作比較。

1 1-電動機；2-攪拌機 題圖19-2

19-3 圖示為一螺旋推力機傳動裝置，已知電動機功率Pd = 5.5 kW，轉速n = 1440 r/min，各齒輪齒數(shù)z1=26，z2=156，z3=22，z4=55，螺桿螺距P = 6 mm，取工作機效率?w=0.82（包括螺旋傳動和軸承效率），滾動軸承效率?承=0.98，聯(lián)軸器效率?聯(lián)=0.99，試求：

（1）傳動裝置的運動和動力參數(shù)；（2）螺旋的推力F；

（3）被推物料的移動速度??；

（4）根據(jù)以上數(shù)據(jù)，分析該傳動方案是否合適，并另外提出三種傳動方案（其中包括一種不用螺旋機構的推力機方案）。

z2 z3 z1 z4 題圖19-3

第二篇：機械設計基礎習題答案.

機械設計基礎(第七版)陳云飛 盧玉明主編課后答案 chapter1 1-1 什么是運動副？高副與低副有何區(qū)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(shù)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）chapter2 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(xiàn)卡死或運動不確定的 現(xiàn)象的那個位置稱為死點位置（從動件的傳動角）。chapter3 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?yōu)榱悖碚撋霞铀俣葹闊o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(guī)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(shù)和圓柱銷數(shù)量（運動系數(shù)）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(shù)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(shù)器 多工位自動機 半自動機 chapter6 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(jù)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(yōu)質碳素鋼（數(shù)字表示碳的平均含量）65Mn;優(yōu)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： 1.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(jù)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。2.部分系數(shù)法：以幾個系數(shù)的乘積來確定總的安全系數(shù) S1——考慮計算載荷及應力準確性的系數(shù)，一般 s1=1-1.5。S2——考慮材料力學性能均勻性的系數(shù)。S3——考慮零件重要程度的系數(shù)。6-8-各代表什么？

-1。-1 ：對稱循環(huán)變應力下，疲勞極限為 2 ：脈動循環(huán)變應力下，疲勞極限為 ：靜應力下的疲勞極限。

chapter7 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(jù)螺旋線繞行方向科判別右旋與左旋；根據(jù)螺旋 線的數(shù)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(shù)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：a.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。b.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(shù)有關？各參數(shù)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：

為升角，ρ為摩擦角

當摩擦角不變時，螺旋副的效率是升角的函數(shù)。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?yōu)槿切温菁y）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？ 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 3 生相對轉動，從而出現(xiàn)自動松脫的現(xiàn)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(lián)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(jù)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 且要比軸上的輪轂短。chapter8 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(xiàn)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(xiàn)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(shù)），帶應有一定的疲勞強度 或壽命。chapter9 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(jié)點。）4 9-2 分度圓和節(jié)圓，壓力角和嚙合角有何區(qū)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(jié)圓重合且 s=e)標準化的齒輪上壓力角和模數(shù)均為標準值的圓稱為分度圓.節(jié)圓：通過節(jié)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(jié)圓。分度圓、節(jié)圓區(qū)別：分度圓是齒輪鑄造成立后本身具有的，而節(jié)圓是在兩齒輪運動 嚙合時根據(jù)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(jié)點的兩節(jié)圓的公切線，與兩齒廓公法線間的夾角。壓力角、嚙合角區(qū)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(shù)必須相等

m2 ；

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(shù)？對于α=20、正常齒制的標準直齒圓柱齒輪，最少齒數(shù) 是多少？ 答：限制最少齒數(shù)是為了保證不發(fā)生根切，要使所設計齒數(shù)大于不產生根切的最少齒數(shù)，當 α=20 的標準直齒圓柱齒輪，則 h a =1，則 z min =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）。9-13 選擇齒輪材料時，為什么軟齒面齒輪的小齒輪比大齒輪的材料要好些或熱處理硬度要 5 o

高些？ 答：主要由于小齒輪轉速高，應力循環(huán)次數(shù)多，則壽命較短，為了使大小齒輪的壽命接近，則在材料的選取方面要好些或熱處理要更高些。9-16 在輪齒的彎曲強度計算中，齒形系數(shù) YF 與什么因素有關？ 答：齒形系數(shù) YF 只與齒形有關，即與壓力角α，齒頂高系數(shù) ha 以及齒數(shù) Z 有關。chapter10 10-2 蝸桿傳動的嚙合效率受哪些因素的影響？ 答：蝸桿傳動的嚙合效率為：

tan r，則效率受導程角和當量摩擦角的影響。

10-3 蝸桿傳動的傳動比等于什么？為什么蝸桿傳動可得到大的傳動比？ 答：蝸桿傳動傳動比：i=n1/n2 = z2/z1(傳動比與齒數(shù)成反比)因為蝸桿的齒數(shù)可以非常小，小到 z=1，因而可以得到很大的傳動比。10-4 蝸桿傳動中，為什么要規(guī)定 d1 與 m 對應的標準值？ 答：當用滾刀加工蝸輪時，為了保證蝸桿與該蝸輪的正確嚙合，所用蝸輪滾刀的齒形及直徑 必須與相嚙合的蝸桿相同，這樣，每一種尺寸的蝸桿，就對應有一把蝸輪刀滾，因此規(guī) 定蝸桿分度圓直徑 d 為標準值，且與模數(shù) m 相搭配；其次，蝸輪加工的刀具昂貴，規(guī)定 蝸桿分度直徑 d 為標準值且與模數(shù)相搭配可以減少加工刀具的數(shù)量。10-7 為什么蝸桿傳動常用青銅渦輪而不采用鋼制渦輪？ 答：因為青銅的耐磨性，抗膠合性能及切削加工性能均好，而嚙合處有較大的滑動速度，會 產生嚴重的摩擦磨損引起熱，使?jié)櫥闆r惡化，青銅的熔點較高，所以用青銅渦輪而不 用鋼制渦輪。10-9 為什么對連續(xù)工作的蝸桿傳動不僅要進行強度計算，而且還要進行熱平衡計算？ 答：蝸桿傳動由于摩擦損失大，效率較低，因而發(fā)熱量就很大、若熱量不能散逸將使?jié)櫥?的粘度降低，潤滑油從嚙合齒間被擠出進而導致膠合。chapter11 11-1 定軸輪系中，輸入軸與輸出軸之間的傳動比如何確定？與主動齒輪的齒數(shù)有何關系？ 如何判定輸出軸的轉向？ 答： 輪系的總傳動比等于組成該輪系的各對齒輪的傳動比的連成積，其值等于所有從動輪齒 數(shù)的連成積與所有主動輪齒連成積之比。傳動比 判定方向： a.通常規(guī)定若最末從動輪與第一個主動輪的回轉方向相同時，傳動比為正號，若兩輪回轉方向相反時，則取為負號 b.若傳動比的計算結果為正，則表示輸入軸與輸出軸的轉向相同，為負則表 示轉向相反。c.還可以用畫箭頭標志的方法表示轉向: 外嚙合的齒輪轉向相反,內嚙合的 6 齒輪轉向相同.chapter12 12-1 心軸與轉軸有何區(qū)別？試列舉應用的實例。答：心軸只承受彎矩，不承受轉矩，如：裝帶輪和凸輪的軸； 轉軸既承受彎矩，又承受轉矩。如：齒輪減速器中的軸，是機器中最常見的軸。12-4 軸的結構和尺寸與哪些因素有關？ 答：軸的結構決定因素：載荷及載荷分布、軸上標準件、軸上已確定的零件、軸上零件的裝 配位置及固定方法、軸的加工工藝性、軸上零件的裝配工藝性等。軸尺寸決定因素 ： 軸沿軸向尺寸及形狀是由軸上各零件的相互舉例，尺寸和安裝情況，與軸的制造情況及軸上載荷(彎矩、轉矩、軸向力)分布情況等決定的。計算題： 1.已知一對外嚙合的標準直齒圓柱齒輪的齒數(shù)分別為 z1=20 z2=80，模數(shù) m=2，計算兩個齒 輪的齒頂圓，齒根圓和分度圓的直徑，以及齒輪傳動的中心距。解：由公式及系數(shù)得： 齒頂圓直徑： d a1

d 齒根圓直徑：

35mm m 分度圓直徑： 中心距：，

第三篇：機械設計基礎-習題解答

《機械設計基礎》

習題 解 答

機械工程學院

目錄

第0章 緒論-----1 第一章平面機構運動簡圖及其自由度---2 第二章平面連桿機構--------------------------4 第三章 凸輪機構------------------------------6 第四章 齒輪機構-----------------------------8 第五章 輪系及其設計-----------------------19 第六章 間歇運動機構-----------------------26 第七章 機械的調速與平衡-----------------29 第八章 帶傳動-34 第九章 鏈傳動-38 第十章 聯(lián)接----42 第十一章 軸----46 第十二章 滾動軸承--------------------------50 第十三章 滑動軸承-------------------------56 第十四章 聯(lián)軸器和離合器 59 第十五章 彈簧-----------62 第十六章 機械傳動系統(tǒng)的設計----------------------------65

第一章平面機構運動簡圖及其自由度

1-1 一個在平面內自由遠東的構件有多少個自由度？ [解]有3個自由度。

1-2 在平面內運動副所產生的約束數(shù)與自由度有何關系？ [解] 約束數(shù)+自由度=3 1-3 如何判別有構件和運動副組成的系統(tǒng)是否具有確定的相對運動？ [解] 自由度數(shù)=原動件數(shù)

系統(tǒng)無確定的相對運動

自由度數(shù)?原動件數(shù)

系統(tǒng)有確定的相對運動 1-4在計算機構的自由度時應注意哪幾個問題？ [解] 復合鉸鏈、局部自由度和虛約束。

1-5 繪制機構運動簡圖時，用什么來表示機構和運動副？ [解]用簡單的線條和符號表示構件和運動副。

1-6繪制圖1-15所示的機構運動簡圖，并計算其自由度。[解] a)n?3，PL?4，PH?0 F=3?3-2?4=1b)n?4，PL?5，PH?1 F=3?4-2?5?1=1c)n?3，PL?4，PH?0 F=3?3-2?4=1d)n?3，PL?4，PH?0 F=3?3-2?4=1

1-7試計算下列圖示機構的自由度，并指出機構中存在的復合鉸鏈，局部自由度或虛約束。

45第三章 凸輪機構

3-1 從動件的常用運動規(guī)律有哪種？各適用在什么場合？

[解] 1)等速運動規(guī)律，使用于低速、輕載的場合；2）等加速等減速運動規(guī)律，適用于中速、輕載的場合；3）余弦加速度運動規(guī)律（簡諧運動規(guī)律），適用于中、低速；4）正弦加速度運動規(guī)律，適用于高速。

3-2 凸輪機構的常用類型有幾種？選擇凸輪的類型時應該考慮哪些因素？

[解] 按凸輪的形狀分：盤形凸輪、移動凸輪和圓柱凸輪；按從動件形狀來分：尖端從動件、滾子從動件和平底從動件；按凸輪與從動件鎖合形式分：力鎖合和幾何鎖合。

選擇凸輪時，應考慮凸輪和從動件的相對運動形式 從動件的運動形式等。

3-3 圖解法設計凸輪時，采用了什么原理？簡單敘述此原理的主要內容。[解] 才用反轉原理，即給整個機構加上一個反向轉動，各構件之間的相對運動并不改變，根據(jù)這一原理，設想給整個凸輪機構加上一反向轉動（即加上一個凸輪角速度轉向相反、數(shù)值相等繞凸輪回轉中心0的角速度（-?）的轉動），則凸輪處于相對靜止狀態(tài)，從動件一方面隨機架以角速度（-?）繞0點轉動，另一方面又按給定的運動規(guī)律作往復移動或擺動。

3-4 何謂凸輪的運動失真？滾子從動件盤形凸輪機構運動時針時，應如何

第四章 齒輪機構

4-1 為什么要規(guī)定模數(shù)的標準系列？在直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪，蝸桿蝸輪和直齒圓錐齒輪上何處的模數(shù)是標準值？

[解] 為了設計、制造、檢驗和使用的方便。直齒輪端面模數(shù)是標準值；斜齒法面模數(shù)是標準值；蝸桿蝸輪中間平面上的模數(shù)是標準值；圓錐齒輪大端的模數(shù)是標準值。

4-2 漸開線直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)有哪幾個？那些是標準的，其標準值是否相同？為什么這些參數(shù)稱為基本參數(shù)？

[解] 基本參數(shù)：齒數(shù)z、模數(shù)m、壓力角?、齒頂高系數(shù)ha*和頂隙系數(shù)c*。其中后四個是標準的，標準值不相同。

4-3 分度圓與節(jié)圓有什么區(qū)別？在什么情況下節(jié)圓與分度圓重合？ [解] 分度圓是齒輪上具有標準壓力角的圓。節(jié)圓是過節(jié)點所作的兩個相切的圓。標準安裝時節(jié)圓與分度圓重合。

4-4 漸開線的形狀取決于什么？若兩個齒輪的模數(shù)和齒數(shù)分別相等，但壓力角不同，他們齒數(shù)不同，他們齒廓漸開線形狀是否相同？一對相嚙合的兩個齒輪，若它們的齒數(shù)不同，他們齒廓的漸開線形狀是否相同？

[解] 取決于基圓的大小。不同。不同。

4-5 何謂齒廓的根切現(xiàn)象？產生根切的原因是什么？是否基圓愈小愈容易發(fā)生根切？根切有什么危害？如何避免根切？

[解] 齒輪齒根的漸開線齒廓被切去的現(xiàn)象為根切現(xiàn)象。原因是展成法加工時，刀具的齒頂線或齒頂圓與嚙合線的焦點超過了被切極 的。

計算準則；齒面接觸疲勞強度計算，針對齒面點蝕；齒根彎曲疲勞強度計算，針對齒根彎曲疲勞折斷。閉式硬齒面齒輪傳動設計準則：按彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度設計；閉式軟齒面齒輪傳動設計準則：按接觸疲勞強度設計，校核彎曲疲勞強度；開式齒輪傳動設計準則：按彎曲疲勞強度設計。

4-9 現(xiàn)有A、B兩對閉式軟齒面直齒圓柱齒輪傳動，A對參數(shù)為；模數(shù)m=2mm，齒數(shù)z1=40，z2=90，齒寬b=60mm；B對參數(shù)為：模數(shù)m=4mm，齒數(shù)z1=20，z2=45，齒寬b=60mm。兩對齒輪精度為8級，小齒輪轉速均為1450r/min，其它條件分別相同。試比較兩對齒輪接觸強度及抗彎強度的高低。

[解] 兩對齒輪接觸強度相同，彎曲強度第二對較高。

4-10 應主要根據(jù)哪些因素來決定齒輪的結構型式？常見的齒輪結構型式有哪幾種？它們分別用于何種場合？

[解]

根據(jù)齒輪的幾何尺寸、毛坯材料、加工工藝等決定等決定齒輪結構型式。結構型式：齒輪軸，用于直徑很小的場合；實心結構，用于da?160mm;腹板式結構，用于da?500mm;輪輻式結構，用于400?da?1000mm。4-11 已知一對外嚙合正常齒制標準直齒圓柱齒輪m=2mm，z1=20,z2=45,試計算這對吃亂的分度直徑、齒頂高、齒根高、頂隙、中心距、齒頂圓直徑、齒根圓直徑、基圓直徑、齒距、齒厚和齒槽寬。[解]

d1?2?20?40mmd2?2?45?90mmha?1?2?2mmhf?1.25?2?2.5mmc?2.5?2?0.5mmda1?40?2?2?44mmda2?90?2?2?94mm

df1?40?2?2.5?35mmdf2?90?2?2.5?85mmdb1?40cos20??37.588mmdb2?90cos20??84.572mmp?2??6.28mms?e?3.144-12 已知一正常齒制標準直齒圓柱齒輪 m=5mm，??20?，z=45，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 ?=1?5?45sin20?2?38.477 ?=20?基圓 ?=0 ??b=0齒頂圓r1a?2?5?45?5?1?117.5mm cos?112.5cos20?a?117.5?0.8997 ?a?25.88? ?a?117.5sin25.88??51.2884-13 試比較正常齒制漸開線標準直齒圓柱齒輪的基圓和齒根圓，在什么條件下基圓大于齒根圓？什么條件下基圓小于齒根圓？ [解] db?dcos??mzcos20?df?d?2.5m?m(z?2.5)df?db?m(z?2.5?0.9397z)?m(0.0603z?2.5)由上式可見，當齒數(shù)z增大時，（df?db）值亦增大。當df?db?0時，得2.5?41.40.0603因此，當z?42時，df?db；反之，當z?42時，df?db。z=

4-14 試根據(jù)漸開線特性說明一對模數(shù)相等，壓力角相等，但齒數(shù)不等的漸開線標準直齒圓柱齒輪，其分度圓齒厚、齒頂圓和齒根圓齒厚是否相等，哪個較大。

[解] 分度圓齒厚相等，齒頂圓和齒根圓齒厚不等，因基圓愈小，漸開線愈彎曲，基圓愈大，漸開線愈平直，故齒數(shù)多的齒輪齒頂圓和齒根圓的齒厚大。

4-15 現(xiàn)需要傳動比i=3的一對漸開線標準直齒圓柱齒輪傳動，有三個壓力角相等的漸開線標準直齒圓柱齒輪，它們的齒數(shù)分別為z1=20，z2=z3=60,齒頂圓直徑分別為da1=44mm，da2=124mm，da3=139.5mm，問哪兩個齒輪能用？中心距a等于多少？并用作圖法求出它們的重合度?。[解]

**da1?mz1?2ham?20m?2ham?4

4**da2?mz2?2ham?60m?2ham?124da3?mz3?2hm?60m?2hm?139.5*a*a

解得；齒輪1、2能用。m?2mm，a?80mm。4-16 單級閉式直齒圓柱齒輪傳動中，小齒輪材料為45鋼調質處理，大齒輪的材料為ZG270—500正火，P=4kw，n1=720r/min，m=4mm，z1=25,z2=73,b1=84mm,b2=78mm,單向傳動，載荷有中等沖擊，用電動機驅動，試驗算此單級傳動的強度。

3（2）查許用應力[?F]由圖4-23c，?Flim1=185N/mm2；由圖

4-23b，?Flim2=130N/mm2。查表4-6，取SF=1.4，則

185?132.14N/mm21.4130[?F]2??92.85N/mm2

1.4(3)結論：彎曲強度也滿足。[?F]1?

4-17 已知一對正常齒漸開線標準斜圓柱齒輪a=250mm,z1=23,z2=98,mn=4mm試計算其螺旋角、端面模數(shù)、端面壓力角、當量齒數(shù)、分度圓直徑、齒頂圓直徑和齒根圓直徑。[解]

mn(z1?z2)4(23?98)??0.9682a2?250得??14.53?cos?? mt?mn4??4.132mm cos?0.968 tanantan20? tanat???0.376cos? cos14.53? at?20.6?23?25.360.968398 zv1??108.0530.9684 d1??23?95.041mm0.9684 d2??98?404.959mm0.968 da1?95.041?2mn?103.041mm zv1? da2?404.959?2mn?412.959mm df1?95.041?2.5mn?85.041mm df2?404.959?2.5mn?394.959mm

4-18 設計一對外嚙合圓柱齒輪，已知z1=21,z2=32,mn=2,實際中心距為55mm，問：（1）該對齒輪能否采用標準直齒圓柱齒輪傳動？（2）若采用

51617（1）標出輸入軸Ⅰ和中間軸Ⅱ的轉向

（2）確定并標出齒輪1、2和3的齒輪旋向，要求使Ⅱ軸上所受軸向力盡可能小。

（3）標出各個齒輪在嚙合點處所受各分力的方向。（4）畫出Ⅱ軸聯(lián)同齒輪2和3一體的空間受力圖。

[解]（1）輸入軸，中間軸；

（2）輪Ⅰ右旋，輪2左旋，輪3左旋；、（3）如圖；（4）如圖。

4-23 在圖示直齒圓錐-斜齒圓柱齒輪減速器中，已知錐齒輪m=5mm,z1=25,z2=60,齒寬b=50mm;斜齒輪mn=6mm,z3=21,z4=84。（1）欲使軸Ⅱ上的軸向力在軸承上的作用完全抵消，求斜齒輪3的螺旋角的大小和旋向。（2）

試畫出作用在斜齒輪3和錐齒輪2上的圓周力Ft、徑向力Fr和軸象立Fa的作用線和方向。[解]（1）

Fa2?Fa3即2T12iTtan?cos?1?11tan?dm1d3 得sin??0.1667,??9.6?齒輪3為右旋（3）如圖。

9中兩輪的傳動比是相對角速度之比。

5-6 計算混合輪系傳動比的基本思路是什么？能否通過給整個輪系加上一個公共的角速度（-?H）的方法來計算整個輪系的傳動比？為什么？

[解] 基本思路：（1）區(qū)分基本輪系

（2）分別列出基本輪系的計算公式；

（3）找出基本輪系間的關系；

（4）聯(lián)立各式，求出要求的傳動比。不能。因為混合輪系不是一個基本周轉輪系。5-7 如何從復雜的混合輪系中劃分出各個基本輪系？ [解] 先找行星輪，再找支持行星輪的系桿及其中心論，則行星輪、系桿、中心輪和基價組成一個周轉輪系。重復上述方法，直至找出所有的周轉輪系后，剩余的便是定軸輪系。

5-8 什么樣的輪系可以進行運動的合成和分解？ [解] 差動輪系。

5-9 在圖中所示的車床變速箱中，已知各輪齒數(shù)為z1=42,z2=58,z3=38,z4=42,z5=50,z6=48,電動機轉速為1450r/min，若移動三聯(lián)滑移齒輪a使齒輪3’和4’嚙合,又移動雙聯(lián)滑移齒輪b使齒輪5’和6’嚙合，試求此時帶輪轉速的大小和方向。[解]

??n148?42?583z6z4z2i16??(?1)????1.465n650?38?42z5?z3?z1 則 n6= n11450????989.76r/min-1.4651.4655-10 在圖5-16所示的滾齒機工作臺的傳動系統(tǒng)中，已知各齒輪的齒數(shù)為z1=15,z2=28,z3=15,z4=55, z9=40，被加工齒輪B的齒數(shù)為2，試計算傳動比i75。[解] iAB?nAzB??72nBzAz1z4z7z915?55z7?40?z2z3z5z828?15z5?1n7z515?55?40???1.09n5z728?15?72又iAB?則i75?

5-11 如圖所示的輪系中，已知各輪齒數(shù)為：z1 = z3,nH=100r/min,n1=20 r/min,試求下列兩種情況下輪3的轉速n3：

（1）當n3與nH同向時：（2）當n1與nH相反時。[解] H(1)i13?n1?nH20?100???1n3?nHn3?100 n3?180r/min 與n1同向n?n20?100H(2)i13?1H???1n3?nHn3?100 n3??220r/min 與n1反向

5-12 在圖示輪系中，已知各輪齒數(shù)為：z1=30,z2=30,z3=90,z3’=40, z4=30, z4’=40, z5=30,試求此輪系的傳動比i1H。[解] 定軸輪系1-2-3

i13?zn1??3??3 n3z1行星輪系3’-4-4’-5 i3H?5?n3?nHzz30?309?45??n5?nHz3?z4?40?4016n因n5，則i1H?1??1.3125nH

5-13 在圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)為：z1=24,z2=48, z2’=30,z3=102,z3’=20, z4=40, z5=100。試求該輪系的傳動比i1H。[解] 差動輪系1-2-2’-3-H-6 Hi13?zzn1?nH48?102??23????6.8n3?nHz1z2?24?30定軸輪系3'?4?5?6nz20i53??5??3?????0.2n3?z5100因，n5=nH，則i1H?n1?41.8nH

5-14 在圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)為：z1=26,z2=32, z2’=22,z3=80,z4=80，又n1=300 r/min，n3=50 r/min兩者轉向相反，試求齒輪4的轉速n4的大小和方向。

[解]

差動輪系1-2-2’-3

Hi13?zzn1?nH??23n3?nHz1z2?300?nH32?80即????4.48 nH?13.9?50?nH26?22

差動輪系3-2’-4 Hi34?n3?nHz??4n4?nHz3即?50?nH369????n4?nH8020

聯(lián)立二式得 n4?155.97r/min5-15在圖示的大速比減速器中，已知蝸桿1和5的頭數(shù)為1，且均為右旋，3

Hi34?n3?nHz??4n4?nHz3

Hi46?zn4?nHn1?nH9???6??n6?nHn6?nHz4

4求聯(lián)立得ni1H?1?2.08nH

(2)4-5-6-H組成行星輪系

HHi46?i16?zn1?nH9??6??0?nHz44

得 i1H?3.255-17 如圖所示自行車里程表機構中，C為車輪軸，P為里程表指針。已知各齒輪數(shù)為：z1=17,z2=23,z4=19，z4’=20, z5=24。設輪胎受壓變形后使28英寸車輪的有效直徑約為0.7m，當車行1km時，表上的指針剛好回轉一周。試求齒輪2的齒數(shù)。[解] 定軸輪系1-2 n1z??1n2z2

行星輪系3-4-4’-5(P)-2(H)2i52?1?i52?1?z4??z320?231?1???z5?z424?19114i52z11??i12z2114聯(lián)立二式得 i51? 當車行一公里時C軸的轉數(shù)為n1?1000轉，此時5轉過一轉，??0.7則 i51?得 z2?n5??0.7?n110001000?171??68??0.71145-18 如圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)為：z1=34,z2=40, z2’=30, z3=18, z3’=38, z1’=24,z4=36，z4’=22。試求該輪系的傳動比iAH，并說明軸A與軸H的轉向是否相同。

526上的圓柱銷，使從動盤作間歇運動。

特點：優(yōu)點是結構簡單、運轉可靠、轉位精確，無需專門的定位裝置，易實現(xiàn)工作對動程和動停比的要求。通過適當選擇從動件的運動規(guī)律和合理設計凸輪 的輪廓曲線，可減小動載荷和避免沖擊，以適應高速運轉的要求。主要缺點是精確度要求較高，加工比較復雜，安裝調整比較困難。

6-5 不完全齒輪機構與普通齒輪機構的嚙合過程有何異同點？

[解]

在不完全齒輪機構中，主動輪1連續(xù)轉動，當輪齒進入嚙合時，從動輪2開始轉動，當輪1上的輪恥退出嚙合時，由于兩輪的凸、凹鎖止弧的定位作用，齒輪2可靠停歇，從而實現(xiàn)從動齒輪2的間歇轉動。而普通齒輪嚙合是連續(xù)的，從動輪的運動也是連續(xù)的。

6-6 設計一外嚙合棘輪機構，已知棘輪的模數(shù)m=10mm，棘輪的最小轉角?max?12?，試設計該棘輪機構。

[解]

棘輪最小齒數(shù)

z?360??max?30?

齒頂圓直徑

D=mz=300mm

周節(jié)

P=m?=10?=7.5mm

齒槽夾角

??60?

齒項厚

h=0.75m=7.5mm

棘爪長度

L?2P=62.8mm 6-7 某自動機床工作轉臺要求有6個工作位置，轉臺靜止時完成加工工序，最長的工序時間為5s，原動機轉動速度為720r/min，槽輪與撥盤之間的中心距a?200mm,試設計此槽輪機構。

8297-5 機械平衡的目的是什么？ [解]

目的：完全或部分地消除慣性力的影響，減小或消除附加的動壓力，減輕有害的機械振動。7-6 機械平衡有哪幾類？ [解] 機械平衡可以分為回轉件的平衡和機構的平衡兩類。

7-7剛性回轉的動平衡和靜平衡，而動平衡不僅是慣性力平衡，而且要慣性力矩也平衡。[解]

靜平衡條件：慣性力的合力等于零。動平衡條件：慣性力的合力偶矩都等于零。7-8 為什么要進行平衡試驗平衡試驗有哪幾種？ [解] 雖然經過平衡計算的回轉件在理論上是完全平衡的，但由于制造和安裝誤差及材質不均勻等原因，還會存在不平衡現(xiàn)象，這種不平衡現(xiàn)象只能用試驗的方法來進一步平衡。平衡試驗有靜平衡試驗和動平衡試驗兩種。

7-9 為什么設計一個剛性回轉件時要確定它的不平衡量？ [解]

回轉件通過試驗后可將不平衡慣性力以及其引起的動力效應減小到相當?shù)偷某潭龋剞D件一般不可能達到完全平衡。在實際工作中

1323334打滑是由于過載所引起的帶在帶輪上的全面滑動。打滑是可以避免的，而彈性華東是不可避免的。

8-5 帶傳動的失效形式有：①打滑；②疲勞破壞。

設計準則：保證帶傳動不發(fā)生打滑的前提下，充分發(fā)揮帶傳動的能力，使傳動具有一定的疲勞強度和壽命。

8-6 為什么V帶剖面的楔角為40?，而帶輪的槽角則為32?、34?、36?及38?？ [解]

由于帶在帶輪上彎曲時要產生橫向的楔角邊小。

8-7 已知帶傳動的功率為7.5kW,平均帶速為10m?s?1，緊邊拉力是松邊拉力的兩倍，試求緊邊拉力、有效工作拉力及初拉力。[解] FV1000?7.5,F??750N100010F?F1?F2?F2 P?F0?F1?F2?1125N

則F1?2F?1500N8-8 一V帶傳動，已知兩帶輪的直徑 分別為125mm和315mm，中心距為600mm，小帶輪為主動，轉速為1440r?min?1。試求：（1）小帶輪的包角；（2）帶長；（3）不考慮帶傳動的彈性滑動時大帶輪的轉速；（4）滑動率為0.015時大帶輪的實際轉速。[解]

D2?D1?57.3??161.85?aD2?D1(D2?D1)2(2)L??()?2a??1905.8mm24a D1125(3)n2?n1?1440??571.4r/minD2315(1)?1?180??(4)n2?n1D1(1??)?562.86r/minD28-9 設計一作減速傳動的普通V帶傳動，每天工作8h，載荷較平穩(wěn)，已知電動功率為5kW，電動機轉速為1440r?min?1，從動帶輪的輸出轉速為650r?min?1。[解](1)確定計算功率Pca?KAP?5kw其中KA?1(表8?3)（2）選擇帶的型號為A型。（3）確定帶輪的基準直徑由表8-4，取D1?90mm，設滑動率?=0.02，得D2?n11440D1(1??)??90?0.98?195.4mmn2650由表8?4，取D2?200mm。（4）驗算帶速?D1n1??90?1440v=??6.78m/s60?100060?1000在5?25m/s范圍內，所以帶速合適。（5）確定中心距?和帶的基準長度Ld初選中心距?0?450mm,符合 0.7（D1+D2）

由式（8-1）得帶長2（D1-D2）3.14(200?90)L=2a0?（D1+D2）+?2?450??(90?200)??1362mm24a022?450?由表8?2對工A型帶選用基準長度Ld?1400mm,然后計算實際中心距，由式（8-34）得a=450+(1400-1362)?469mm2中心距變動范圍：amin?469?0.015?1400?448mmamax?469?0.015?1400?490mm(6)小帶輪包角a1?180???180??D1-D2?57.3?a200?90?57.3??166.5??120?469(7)確定帶的根數(shù)z因D1?90mm,i?D2?3.62D1(1??)n1?1440r/min,查表8?5得P0?1.07kw查表8?6得?P0?0.17kw因?1?166.5?查表8?7Ka?0.958因Ld?1400mm,查表8?8得KL?0.96由式（8-37）得pca5z=??4.38(P0+?P0)KaKL(1.07?0.17)?0.958?0.96取z?5根。(8)確定初拉力查表8?1，q?0.10kg?m?1,并由式（3-380得單根普通V帶的處拉力為500pca2.5F0?(?1)?qv2zvka500?52.5?(?1)?0.1?6.7825?6.780.958?123.3N?(9)計算壓軸力由式（8-39）得壓軸力為FQ?2zF0sin(?/2)?2?5?123.3?sin(166.52)?1224.5N

(10)帶傳動的結構設計。略。-38后，套筒和滾子都被磨薄而且中心偏移，這時鏈與輪齒實際嚙合的節(jié)距將增大，因而分度圓的直徑也增大。鏈輪齒數(shù)越多，分度圓直徑的增量就越大，所以鏈節(jié)越向外移，因而鏈從鏈輪上脫落下來的可能性也就越大，鏈的使用壽命也就越短，因此通常限制大鏈輪的齒數(shù)z2?120。

9-6 一滾子鏈傳動，鏈輪z1=23,z2=63,鏈條型號為08A，鏈長Lp=100節(jié)。試求連鏈輪的分度圓、齒頂圓和齒根圓直徑及中心距。[解] d1?d2?P12.7??93.27??180180sin()sin()z123P?sin(180z2)?12.7?sin(180)63?254.79mm

??z1?z2z1?z22z2?z12?P?(L?)?(L?)?8()? ?PP4?222??12.7?402?2??(100?43)?(100?43)?8()?4?2???352.6mm9-7 設計一滾子鏈傳動。已知電動機轉速n1=960r?min?1,試確定大、小鏈輪齒數(shù)、鏈條節(jié)距、傳動中心距、鏈節(jié)數(shù)以及作用在鏈輪軸上的壓力。[解] 1.選擇鏈輪的齒數(shù)

設V=3?8m?s?1，由表9-5取小鏈齒輪數(shù)z1=67，所以大鏈輪數(shù)z2=iz1=3.2?21=67.2，取z2=67。2．初步確定中心距

?0?40p

3.鏈條節(jié)數(shù)

08.選擇潤滑方式

按p=15.875mm,v=5.34ms-1, 由圖9-15查得應采用油浴或飛濺潤滑。

9．計算壓軸力FQ

由式（9-15），F(xiàn)Q=KQF，取KQ=1.15

4?749N 5.34FQ?KQF?1.15?749?861.4NF?1000P/v?100?10．鏈輪的結構設計 略。

2因數(shù)越多，效率越高。當量摩擦角?v，在摩擦因數(shù)一頂?shù)那闆r下，牙型斜角?越大，則當量摩擦角?v越大，效率越低，自鎖性能越好，所以在螺旋傳動中，為了提高效率，采用牙型斜角?小的螺紋，如矩形螺紋、梯形螺旋傳動中，為了提高效率，采用了提高自鎖性能，應采用牙型斜角大的螺紋，如三角形螺紋。

10-7 螺紋副的自鎖條件是什么？

[解]

螺紋副的自鎖條件為

???v

10-8 如圖10-40 所示為某機構上拉桿頭用普通粗牙螺紋聯(lián)接。已知拉桿所受最大載荷Q=10kgN，載荷平穩(wěn)拉桿桿頭的材料為Q235，試確定拉桿螺紋直徑。

[解]

松螺栓聯(lián)接設計公式

d1?4F?????s240?171.42MPa 1.4Q235鋼，表10?5，?s?240MPa松螺紋設計公式

n4?10000則d1??8.62mm?171.42由表10?3得選用M12的螺桿。表10?6，?????10-9 如圖10-41所示為一螺栓聯(lián)接，螺栓的個數(shù)為2，螺紋為M20，許用cw為.2，試計算該聯(lián)接允許傳遞的靜載荷FR。[解] 每個螺栓的預緊力

4[解] 構件2按箭頭方向轉動5圈時，構件2向右移動 L2=5SA=20mm

螺母3向左移動L=5mm，L

2說明螺旋副B與螺旋副A旋向相同，皆為右旋。則

L?

?5?2?（SB-SA）=（SB-SA）2?2?LSB-SA??1 SB?SA?1?5mm5

第十一章 軸

11-1 軸按承載情況可分為哪三種軸？試從實際機器中舉例說明其特點。

中，?意義如何？取值如何確定？ [解]

?為由扭矩性質而定的折合系數(shù)。

對于不變轉矩?=0.3；對于脈動循環(huán)變化的轉矩?=0.6；對于對稱循環(huán)變化的轉矩?=1。

11-8 一直齒圓柱減速器如圖11-15所示，z2=22，z3=77，由軸Ⅰ輸入的功率P=20kW，軸Ⅰ的轉速n1=600r/min，兩軸材料均為45號鋼，試按轉矩初步確定兩軸的直徑。[解] 軸Ⅱ轉速

22?600?171.43r/min77由表11?2，取A?110，則n2?3d1?110320?35.4mm600

20?53.75mm171.43圓整后d1?36mm,d2?54mmd2?11011-9 圖示為單級直齒圓柱齒輪減速器的 輸出軸簡圖，齒輪的分度圓直徑及支點間的距離如圖11-16所示，齒輪與兩軸支承對稱分布。如軸的轉速為323r/min，傳遞的功率為22KW，軸的材料為45號鋼，試按當量彎矩計算該危險截面的直徑。[解]

（1）求作用在軸上的力

扭矩T?9.55?106P22?9.55?106??650?103N?mm n3232T2?6.5?105?3960N 圓周力Ft??d328

第四篇：機械設計基礎,第六版習題答案

1-1至1-4解 機構運動簡圖如下圖所示。

圖 1.11 題1-1解圖

圖1.12 題1-2解圖

圖1.13 題1-3解圖

圖1.14 題1-4解圖

題 2-3 見圖 2.16。

題 2-7

解 : 作圖步驟如下（見圖 2.19）：

（1）求（2）作（3）作，頂角，；并確定比例尺。

。的外接圓，則圓周上任一點都可能成為曲柄中心。

相距，交圓周于

點。（4）作一水平線，于（5）由圖量得。解得 ：

曲柄長度：

連桿長度： 題 2-7圖 2.19

3-1解

圖 3.10 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 3-2解

如圖所示。

圖 3.12 題3-2解圖 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點接觸時的壓力角所示。

4-1解

分度圓直徑

齒頂高

齒根高

頂 隙

如圖

中心距

齒頂圓直徑

齒根圓直徑

基圓直徑

齒距

齒厚、齒槽寬

4-11解

因

螺旋角

端面模數(shù)

端面壓力角

當量齒數(shù)

分度圓直徑

齒頂圓直徑

齒根圓直徑

4-12解（1）若采用標準直齒圓柱齒輪，則標準中心距應

說明采用標準直齒圓柱齒輪傳動時，實際中心距大于標準中心距，齒輪傳動有齒側間隙，傳動不

連續(xù)、傳動精度低，產生振動和噪聲。

（2）采用標準斜齒圓柱齒輪傳動時，因

螺旋角

分度圓直徑

節(jié)圓與分度圓重合，4-15答： 一對直齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是：兩齒輪的模數(shù)和壓力角必須分別相等，即、。

一對斜齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是：兩齒輪的模數(shù)和壓力角分別相等，螺旋角大小相等、方向

相反（外嚙合），即、、。

一對直齒圓錐齒輪正確嚙合的條件是：兩齒輪的大端模數(shù)和壓力角分別相等，即、。

5-1解： 蝸輪 2和蝸輪3的轉向如圖粗箭頭所示，即 和。

圖 5.圖5.6

5-2解： 這是一個定軸輪系，依題意有：

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：

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。

6-2解

拔盤轉每轉時間

槽輪機構的運動特性系數(shù)

槽輪的運動時間

槽輪的靜止時間

6-3解 槽輪機構的運動特性系數(shù)

因：

所以

6-4解 要保證 則槽輪機構的運動特性系數(shù)應為

因

得

，則 槽數(shù) 和拔盤的圓銷數(shù) 之間的關系應為：

由此得當取槽數(shù) ～8時，滿足運動時間等于停歇時間的組合只有一種：。

10-1證明 當升角與當量摩擦角 符合 時，螺紋副具有自鎖性。

當 時，螺紋副的效率

所以具有自鎖性的螺紋副用于螺旋傳動時，其效率必小于 50%。

10-2解 由教材表10-

1、表10-2查得

，粗牙，螺距，中徑

螺紋升角，細牙，螺距，中徑

螺紋升角

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(xiàn)自鎖。

11-6解 斜齒圓柱齒輪的齒數(shù)與其當量齒數(shù) 之間的關系：

（1）計算傳動的角速比用齒數(shù)。（2）用成型法切制斜齒輪時用當量齒數(shù) 選盤形銑刀刀號。

（3）計算斜齒輪分度圓直徑用齒數(shù)。

（4）計算彎曲強度時用當量齒數(shù) 查取齒形系數(shù)。

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為主動時按左手定

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 向力

；徑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

11-15解（1）圓錐齒輪2的相關參數(shù)

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(shù)

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 向上，轉

指向大端，方向向下；斜齒輪3的軸向力 方向指動方向與錐齒輪2同向，箭頭指向右。齒輪3又是主動齒輪，根據(jù)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。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(jù)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。

13-1解（1）

（2）

=

=2879.13mm

（3）不考慮帶的彈性滑動時，（4）滑動率 時，13-2解（1）

（2）

=

（3）

= =

13-3解（1）

=

（2）由教材表 13-2 得

=1400mm

（3）

13-4解

由教材表 13-6 得

由教材表 13-4 得： △=0.17kW, 由教材表 13-3 得： =1.92 kW, 由教材表 13-2 得： ,由教材表 13-5 得：

取 z=3

14-1解 I 為傳動軸，II、IV 為轉軸，III 為心軸。14-9改錯

16-6解（1）按題意，外加軸向力 已接近，暫選 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，方向向左，方向向右

因，軸承 1被壓緊

軸承 2被放松

（3）計算當量動載荷

查教材表 16-12，查表16-12得，查表16-12得，（3）計算所需的基本額定動載荷

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

查手冊，根據(jù) 和軸頸，選用角接觸球軸承7308AC合適（基本額定動載荷）。

第五篇：機械設計基礎習題解答6-15

第六章 齒輪傳動 思考題和練習題

6-1漸開線齒輪具有哪些嚙合特點? 解：能滿足定傳動比傳動的要求，具有可分性，漸開線齒廓之間的正壓力方位不變。6-2什么是節(jié)圓？什么是分度圓？二者有什么區(qū)別？

解：節(jié)圓是一對齒輪嚙合時，以輪心為圓心，過節(jié)點所做的圓，即節(jié)點在齒輪上所走的軌跡圓；分度圓則是為了便于計算齒輪各部分的尺寸，在介于齒頂圓和齒根圓之間，人為定義的一個基準圓。每個齒輪都有自己的分度圓，且大小是確定不變的；而節(jié)圓是對一對相嚙合的齒輪而言的，節(jié)圓的大小隨中心距的變化而變化。6-3漸開線齒輪的五個基本參數(shù)是什么？

解：模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)。

6-4標準齒輪傳動的實際中心距大于標準中心距時，下列參數(shù)：分度圓半徑、節(jié)圓半徑、基圓半徑、分度圓壓力角、頂隙等哪些發(fā)生了變化？哪些不變？

解：節(jié)圓半徑、頂隙變大，分度圓半徑、基圓半徑、分度圓壓力角不變。

6-5已知一對直齒圓柱齒輪的傳動比i12?1.5，中心距a=100mm，模數(shù)m=2mm。試計算這對齒輪的幾何尺寸。

解：i12?1.5，a=100mm，m=2mm，m(Z1+Z2)Z2=100 =1.5，2Z1z1?40，z2?60

d1?m?z1?2?40?80mm，d2?m?z2?2?60?120mm da1?d1?2ha?80?4?84mm，da1?d2?2ha?120?4?124mm。

6-6相比直齒圓柱齒輪，平行軸斜齒圓柱齒輪有哪些特點？ 解：一對斜齒圓柱齒輪嚙合傳動時，其輪齒間的接觸線是傾斜的，齒面接觸是由一個點開始，逐漸增至一條最長的線，再由最長的接觸線減短至一個點而后退出嚙合的。因此，相比直齒圓柱齒輪，斜齒圓柱齒輪傳動平穩(wěn)，沖擊和噪聲較小，又由于同時嚙合的齒對數(shù)多（重合度大），故承載能力也高。但斜齒輪存在派生的軸向力。6-7齒輪的輪齒切制方法有哪些？各有什么特點？

解：齒輪可以通過壓鑄、熱扎、冷扎、粉末冶金、沖壓等的無屑加工方法和切削等方法來加工，其中切削加工方法具有良好的加工精度，是目前齒形加工的主要方法。

切削加工方法按加工原理可分為仿形法和展成分兩種。

仿形法的特點是所用刀具的切削刃形狀與被切齒輪輪槽的形狀相同。有：用齒輪銑刀在銑床上銑齒、用成形砂輪磨齒、用齒輪拉刀拉齒等方法。

展成法是利用一對齒輪相互嚙合時，其共軛齒廓互為包絡線的原理來進行加工的。如果把其中一個齒輪做成刀具，使其與被加工齒輪的輪坯按要求的傳動比對滾（稱其為展成運動），就可以在被加工齒輪的輪坯上加工出與刀具齒形共軛的齒廓。用這種方法加工齒數(shù)不同的齒輪，只要模數(shù)和齒形角相同，都可以用同一把刀具來加工。

用展成原理加工齒形的方法有：滾齒、插齒、剃齒、珩齒和磨齒等方法。其中剃齒、珩齒和磨齒屬于齒形的精加工方法。展成法的加工精度和生產率都較高，刀具通用性好，所以在生產中應用十分廣泛。

6-8模數(shù)和齒數(shù)相同的變位齒輪與標準齒輪相比，哪些參數(shù)發(fā)生了變化？哪些參數(shù)沒有變化？

解：模數(shù)、齒數(shù)、分度圓壓力角、基圓直徑、分度圓直徑、齒距等都沒有發(fā)生變化；齒厚、齒槽寬、齒頂高和齒根高等發(fā)生了變化，而且變位齒輪的齒廓曲線用的是與標準齒輪同一基圓上的漸開線的不同區(qū)段。

6-9一對標準圓柱齒輪傳動，大小齒輪的齒面接觸疲勞強度是否相等？齒根彎曲疲勞強度是否相等？為什么？ 解：大小齒輪的齒面接觸疲勞強度相等，因為大小齒輪接觸應力是作用力與反作用力的關系；齒根彎曲疲勞強度不相等，因為兩齒輪輪齒的齒根厚度不同。

6-10什么是斜齒輪、錐齒輪的當量齒輪？寫出其當量齒數(shù)的計算公式。為什么要提出當量齒輪的概念？

解：虛擬一個直齒輪，這個直齒輪的齒形與斜齒輪的法面齒形相當（對于錐齒輪，與大端背錐上的齒形相當）。把虛擬的這個直齒輪稱為該斜齒輪的當量齒輪。當量齒輪所具有的齒數(shù)稱為該齒輪的當量齒數(shù)，對于斜齒輪zv?z/cos3?，對于錐齒輪zv?z/cos?。提出當量齒輪的概念，一方面是齒輪加工時按當量齒輪來選刀具，另一方面是為了設計方便，即設計斜齒輪、錐齒輪時，都將其“折合”成直齒輪（當量齒輪）來設計。6-11如圖所示為一雙級斜齒輪傳動。齒輪1轉向和螺旋方向如圖所示，為了使軸Ⅱ上兩齒輪的軸向力方向相反，試確定各齒輪的螺旋線方向，并在嚙合點處齒輪各分力的方向。

題6-13

6-12蝸桿傳動的特點是什么？為什么蝸桿傳動要比齒輪傳動效率低的多？

解：蝸桿傳動具有傳動比大、工作平穩(wěn)、噪聲小和反行程可自鎖等優(yōu)點。其主要缺點是嚙合齒面間有較大的相對滑動速度，容易引起磨損和膠合。蝸桿傳動比齒輪傳動效率低的多的原因也是嚙合齒面間有較大的相對滑動速度，相對滑動不僅徑向上有，齒向上也有，而且更大。6-13圖示蝸桿傳動中，蝸桿均為主動件。試在圖中標出未注明的蝸桿或蝸輪的轉向及螺旋線方向，并在嚙合點處畫出蝸桿和蝸輪各分力的方向。題6-1

1題6-11解

題6-13解

第七章輪系和減速器 思考題和練習題-1在什么情況下要考慮采用輪系？輪系有哪些功用？試舉例說明。

解：一對齒輪傳動的傳動比有限，不能過大。為了在一臺機器上獲得很大的傳動比，或是獲得不同轉速，就要采用一系列的齒輪組成輪系。

輪系功用有：（1）獲得大的傳動比；（2）實現(xiàn)變速、變向傳動；（3）實現(xiàn)運動的合成和分解；（4）實現(xiàn)結構緊湊的大功率傳動。例子見教材。

7-2定軸輪系與周轉輪系有什么區(qū)別？行星輪系與差動輪系的區(qū)別是什么？

解：定軸輪系中各輪幾何軸線的位置相對于機架是固定不動的。輪系在運轉過程中，若其中至少有一個齒輪的幾何軸線位置相對于機架不固定，而是繞著其他齒輪的固定幾何軸線回轉的，稱為周轉輪系。行星輪系是單自由度的軸轉輪系，而差動輪系是兩自由度的軸轉輪系。實際上看一個周轉輪系是行星輪系還是差動輪系，只要看有無中心輪被固定為機架，若有中心輪被固定為機架，則為行星輪系，若中心輪都是可動的，則為軸轉輪系。

7-3什么是轉化輪系？引入轉化輪系的目的是什么？ 解：通過在整個周轉輪系上加上一個與行星架H旋轉方向相反的相同大小的角速度nH，把周轉輪系轉化成假想的“定軸輪系”，并稱其為原周轉輪系的轉化輪系。因為轉化輪系是“定軸輪系”，故可利用定軸輪系傳動比的計算方法，求得轉化輪系中各輪之間的傳動比關系，從而導出原周轉輪系的傳動比。

7-4如何確定輪系的轉向關系？

解：定軸輪系的轉向關系是用畫箭頭的方法來確定，周轉輪系、復合輪系的轉向關系是計算出來的，傳動比前“+”號為方向相同，“—”號為方向相反。

7-5如何把復合輪系分解為簡單的輪系？ 解：劃分輪系關鍵是把復合輪系中的周轉輪系劃分出來，一個行星架好似一個周轉輪系的“家長”，連同其上的行星輪及與行星輪嚙合的中心輪同屬一個周轉輪系。定軸輪系部分，一定是每對相嚙合的齒輪的軸線都是固定不動的。

7-6在題7-6圖的滾齒機工作臺傳動裝置中，已知各輪的齒數(shù)如圖中括弧內所示。若被切齒輪為64齒，求傳動比i75。

題7-6圖

解：

7-7題7-7圖示輪系中，已知1輪轉向n1如圖示。各輪齒數(shù)為：Z1=20，Z2=40，Z3=15，Z4=60，Z5=Z6=18，Z7=1（左旋蝸桿）Z8=40，Z9=20。若n1=1000r/min，齒輪9的模數(shù)m=3mm，Z3Z264Z7Z915×28×64×13225?0.78125 =，傳動比i75?××=×，i57=35×15×1×4025Z4Z11Z5Z832

試求齒條10的速度V10。

題7-7圖

解：i18?40?60?18?4020?15?18?1n1，?320，n9?n8?320?1000320v10??dn960?1000???20?3?100060?320?1000?0.01ms

7-8如題7-8圖所示為 Y38滾齒機差動機構的機構簡圖，其中行星輪 2空套在轉臂（即軸II）上，軸II和軸III的軸線重合。當銑斜齒圓柱齒輪時，分齒運動從軸I輸入，附加轉動從軸II輸人，故軸III的轉速（傳至工作臺）是兩個運動的合成。已知z1=z2=z3及輸入轉速n1、nII時，求輸出轉速nIII。

題7-8圖

解：i13?Hzn1?nH??3??1，n3?nIII,nH?nII,n1?nI，nIII?2nII?nI

n3?nHz17-9如題7-9圖示，已知Z1=30，Z2=20，Z3=120，Z4=2，Z5=50，Z6=20（m=3mm），nl=1450rpm，求齒條7線速度V的大小和方向。

題7-9圖

題7-10圖

解：i13?Hzn1?nHn50??3??4，nH?n1，i45?4??25，n5?n6,n4?nH，5n3?nHz1n52

n6??dn6nHn1??0.03644，v7?2525?560?10007-10題7-10圖示為錐齒輪組成的周轉輪系。已知Z1=Z2=17，Z2′=30，Z3=45，若1輪轉速n1=200r/min，試求系桿轉速nH。

解：i13?Hzzn1?nH?23?1.5，n3?0，nH??2n1??400rmin /n3?nHz1z2第八章間歇運動機構及組合結構

思考題及練習題

8-1 棘輪機構除常用來實現(xiàn)間歇運動的功能外，還常用來實現(xiàn)什么功能？ 解：制動器、單向離合器、超越離合器等。8-2為什么槽輪機構的運動系數(shù)k不能大于1？ 解：因為總要有停歇時間。

8-3 某自動機的工作臺要求有六個工位，轉臺停歇時進行工藝動作，其中最長的一個工序為30秒鐘。現(xiàn)擬采用一槽輪機構來完成間歇轉位工作，試確定槽輪機構主動輪的轉速。

解：k?n(?)=1?(?)?121z12161 3tdt?tj?由k?

得

t?tj/(1?k)，tt1'

和tj?30'

得

t?45 314則 n1??60?r/min

t3代入k?8-4為什么不完全齒輪機構主動輪首、末兩輪齒的齒高一般需要削減？加上瞬心線附加桿后，是否仍需削減？為什么？

解：對于不完全齒輪，從動輪起動時，主動輪的第一個齒要繞著主動輪心，以圓弧方向進入從動輪的齒槽，如果是正常齒高，就會與從動輪的后續(xù)輪齒產生干涉。類似的情況，當從動輪停止運動時，主動輪的最后一個輪齒還沒有退出嚙合區(qū)域，同樣產生干涉現(xiàn)象。因此，為了避免在起動時輪齒發(fā)生干涉，和在停止時保證從動輪定位準確，主動輪首末兩齒的齒頂高要適當微降低。加上瞬心線附加桿后，這種干涉關系并沒改變，故仍需削減。

8-5棘輪機構、槽輪機構、不完全齒輪機構及凸輪式間歇運動機構均能使執(zhí)行構件獲得間歇運動，試從各自的工作特點、運動及動力性能分析它們各自的適用場合。

解：棘輪機構、不完全齒輪機構有剛性沖擊，適合于低速運動的機械；槽輪機構有柔性沖擊，適合中等速度的機械；凸輪式間歇運動機構可以沒有沖擊，適合高速運動的機械。

第九章帶傳動和鏈傳動

思考題和練習題

9-1什么是帶傳動的彈性滑動和打滑？二者有什么區(qū)別？分別對帶傳動有什么影響？ 解：帶在工作過程中的緊邊拉力和松邊拉力引起帶的彈性變形導致帶與帶輪間的滑動為帶傳動的彈性滑動，這是帶傳動正常工作時固有的特性。彈性滑動的存在使得摩擦型帶傳動的傳動比必然存在誤差。在正常情況下，帶的彈性滑動只發(fā)生在帶由主、從動輪上離開以前的那一部分接觸弧上，隨著工作載荷的增大，彈性滑動的區(qū)段也將擴大。當彈性滑動區(qū)段擴大到整個接觸弧時，帶傳動的有效拉力即達到最大值。如果工作載荷再進一步增大，則帶與帶輪間就將發(fā)生顯著的相對滑動，即產生打滑。打滑使得帶傳動失效，這種情況應當避免。但若機器出現(xiàn)瞬間過載，則打滑會對機器起到一種保護作用。

9-2為什么說帶傳動適合高速傳動？但速度又不能過高，限制高速的因素是什么？

解：從帶所能傳遞的功率P?Fev來看，帶的速度越高，則有效拉力越小，要求帶的1000截面尺寸就越小，或者說，同樣有效拉力下，速度越高，則帶能傳遞的功率就越大。所以說帶傳動適合高速傳動。但速度又不能過高，限制高速的因素是離心拉應力。

9-3在V帶傳動設計中，為什么要限制小帶輪的最小基準直徑？ 解：因為小帶輪的直徑過小，就會使帶的彎曲應力過大。

9-4帶傳動的失效形式是什么？其設計準則如何？計算的主要內容是什么？

解：帶傳動的失效形式是帶的疲勞破壞和打滑。設計準則是在保證不打滑的條件下，使帶具有一定的疲勞壽命。計算的主要內容是帶的截型、長度、根數(shù)、傳動中心距、帶輪直徑及結構尺寸等。

9-5什么是鏈傳動的多邊形效應？它對傳動有什么影響？影響多邊形效應的因素有哪些？

解：當主動鏈輪以等角速度回轉時，從動鏈輪的角速度將周期性地變動。鏈傳動的這種運動特征，是由于圍繞鏈輪上的鏈條形成了正多邊形這一特點所造成的，故稱為鏈傳動的多邊形效應。對傳動的影響是瞬時傳動比不恒定和產生動載荷。影響多邊形效應的因素有鏈節(jié)距、鏈輪齒數(shù)。

9-6試分析鏈輪齒數(shù)過大或過小對鏈傳動有何影響？

解：小鏈輪齒數(shù)對鏈傳動的平穩(wěn)性和使用壽命有較大的影響，齒數(shù)少可減小外廓尺寸，但圓周力增大，多邊形效應顯著，傳動的不均勻性和動載荷增大，鏈條鉸鏈磨損加劇。鏈輪齒數(shù)過大，越容易發(fā)生跳齒和脫鏈現(xiàn)象。

9-7鏈傳動和帶傳動相比較，各有何優(yōu)缺點？分別適用于什么場合？

解：與帶傳動相比，鏈傳動沒有彈性滑動和打滑，能保證準確的平均傳動比；需要的張緊力小；結構緊湊。鏈傳動的主要缺點是：只能用于兩平行軸之間的傳動，并且不能用于載荷變化大或急速反轉的場合；不能保證恒定的瞬時傳動比；鏈節(jié)容易磨損，使鏈條伸長，從而容易產生跳鏈甚至脫鏈；工作中有沖擊、噪聲，并且隨速度增大而增大，故鏈傳動一般用于低速傳動。

帶傳動主要用于高速時的遠距離傳動，鏈傳動用于不易采用帶傳動或齒輪傳動的場合。9-8滾子鏈由哪幾種零件組成？哪些零件之間為過盈配合？哪些零件之間為間歇配合？ 解：滾子鏈由滾子、套筒、銷軸、內鏈板和外鏈板組成。內鏈板與套筒之間、外鏈板與銷軸之間分別采用過盈連接；套筒和銷軸之間、套筒和滾子之間、內鏈板和外鏈板之間均有間隙，可以相對運動。套筒和銷軸組成的鉸鏈可實現(xiàn)相鄰鏈節(jié)之間的彎曲。滾子是活套在套

筒上，有間隙。

9-9鏈傳動有哪些失效形式？通常發(fā)生在什么工況下？

解：鏈傳動中兩邊鏈條的拉力也不相等，在變應力的作用下，經過一定的循環(huán)次數(shù)后，鏈板將會發(fā)生疲勞斷裂，滾子和套筒表面也會在接觸變應力的作用下產生疲勞點蝕。由于組成鉸鏈的銷軸與套筒間承受較大的壓力，同時傳動時相對擺動，故將導致鉸鏈磨損。當速度過高而又潤滑不當時，銷軸與套筒接觸面上壓力增大且瞬時溫度過高，接觸面上的潤滑油膜將被破壞，導致某些接觸點熔焊在一起，然后又被撕裂，形成膠合破壞。低速的鏈條過載，并超過了鏈條靜力強度的情況下，鏈條就會被拉斷。

9-10鏈傳動發(fā)生脫鏈和跳齒的主要原因有哪些？若只考慮鏈條鉸鏈的磨損跳齒和脫鏈通常會發(fā)生在哪個鏈輪上？為什么？

解：兩鏈輪不共面、鏈條鉸鏈磨損、鏈條垂度過大等。若只考慮鏈條鉸鏈的磨損跳齒和脫鏈通常會發(fā)生在大鏈輪上，因為?p一定時，齒數(shù)越多，節(jié)圓外移量?d越大，也就越容易發(fā)生跳齒和脫鏈現(xiàn)象。

9-11鏈傳動有哪些潤滑方式？設計時應如何選用？

解：人工定期潤滑、滴油潤滑、浸油或飛濺潤滑、壓力噴油潤滑。隨著鏈速、鏈節(jié)節(jié)距的增大，依次選擇以上潤滑方式。

第十章機械連接 思考題和練習題

10-1螺紋主要有哪幾種類型？根據(jù)什么選用螺紋類型？

解：傳動螺紋和連接螺紋。傳動螺紋主要有矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋；連接螺紋主要有普通螺紋和管螺紋，前者多用于緊固連接，后者用于緊密連接。主要根據(jù)用途來選用螺紋類型。

10-2螺紋的主要參數(shù)有哪些？螺距和導程有什么區(qū)別？如何判斷螺紋的線數(shù)和旋向？ 解：螺紋的主要參數(shù)有大徑（公稱直徑）、螺距、導程、線數(shù)等。螺距是相鄰兩螺紋牙的軸向尺寸；導程是同一螺紋轉一周所走的軸向距離，大小等于螺距乘線數(shù)。線數(shù)根據(jù)同一螺紋轉一圈所走的螺距數(shù)來判斷，旋向根據(jù)左右手法則來判斷，四個指指向旋轉方向，若拇指正好指向螺紋前進方向，符合哪個手，就是那個旋向。

10-3螺栓、雙頭螺柱、螺釘、緊定螺釘?shù)姆謩e應用于什么場合？

解：普通螺栓連接用于連接兩個被連接件，既可承受軸向載荷，也可承受橫向載荷。螺栓與孔壁之間有間隙，故無定位作用，靠結合面間摩擦承受橫向載荷，應用最廣泛。鉸制孔螺栓連接承受橫向載荷的兩個被連接件，靠螺栓光桿部分與孔壁之間相互擠壓來承受橫向載荷，承載能力大，并有定位作用，用螺栓桿承受橫向載荷或者固定被連接件的相對位置的場合。雙頭螺柱、螺釘連接都是用于其中一個被連接件過厚不便加工成通孔的情況，其中雙頭螺柱用于需要經常拆卸的場合，螺釘用于不需經常拆卸的場合。緊定螺釘多用于固定軸上的零件，傳遞不大的載荷。

10-4螺紋連接防松的本質是什么？螺紋防松主要有哪幾種方法？

解：螺紋連接防松的本質就是防止螺紋副的相對運動。按照工作原理來分，螺紋防松有摩擦防松（如對頂螺母、彈簧墊圈)、機械防松(如槽形螺母和開口銷、止動墊片、螺母和帶翅墊片)、破壞性防松以及粘合法防松等多種方法。

10-5受拉螺栓的松連接和緊連接有何區(qū)別？設計計算公式是否相同？

解：松連接不預緊，緊連接要預緊。設計計算公式不同，松連接只有拉應力，而緊連接還要記入扭轉剪應力。

10-6什么情況下使用鉸制孔用螺栓？

解：常用于承受較大橫向載荷或需要同時起定位作用的場合。

10-7在受拉伸螺栓連接強度計算中，總載荷是否等于預緊力與拉伸工作載荷之和？ 解：總載荷不等于預緊力與拉伸工作載荷之和，因為加上外載荷后預緊力會減小。根據(jù)力的平衡，總載荷應等于殘余預緊力與拉伸工作載荷之和。

10-8影響螺栓聯(lián)強度的主要因素有哪些？可以采用哪些措施提高螺栓連接強度？

解：應力幅值、應力集中、螺栓工藝等。提高螺栓連接強度措施主要有：減小螺栓剛度增大被連接件剛度以減小應力幅值；從結構或工藝上采取措施以減少或避免附加應力；從結構上采取措施以減小應力集中；從工藝上采取措施（如搓絲、滾絲等塑性加工工藝）以提高螺栓疲勞強度等方法。

10-9什么是鉚釘連接？

解：鉚釘連接是將鉚釘穿過被連接件的預制孔經鉚合后形成的不可拆卸連接。

10-10 機械制造中常見的焊接方式有幾種？都有哪些焊縫形式？焊接接頭有哪些形式？

解：常用的焊接方法有電弧焊、氣焊和電渣焊等，常用的焊縫形式有對接焊縫和填角焊縫。焊接接頭有平頭型（當被焊接件厚度不大時）、各種形式的預制坡口（當被連接件厚度較大時）。

10-11 膠接接頭主要有哪幾種型式？常用的膠接粘劑有哪些？

解：膠接接頭的基本形式有對接、搭接和正交。常用的膠粘劑有酚醛乙烯、聚氨脂、環(huán)氧樹脂等。

10-12 什么是過盈連接？ 解：過盈連接是利用零件間的過盈配合來達到連接的目的，靠配合面之間的摩擦來傳遞載荷，其配合面大多為圓柱面，如軸類零件和輪轂之間的連接等。

10-13 鉚接、焊接和膠接各有什么特點？分別適用于什么場合？

解：鉚接的工藝簡單、耐沖擊、連接牢固可靠，但結構較笨重，被連接件上有釘孔使其強度削弱，鉚接時噪聲很大。目前，鉚接主要用于橋梁、造船、重型機械及飛機制造等部門。焊接強度高、工藝簡單、重量輕，在單件生產、新產品試制及復雜零件結構情況下，采用焊接替代鑄造，可以提高生產效率，減少成本。但焊接后常常有殘余應力和變形存在，不能承受嚴重的沖擊和振動。膠接工藝簡單、便于不同材料及極薄金屬間的連接，膠接的重量輕、耐腐蝕、密封性能好；但是，膠接接頭一般不宜在高溫及沖擊、振動條件下工作，膠接劑對膠接表面的清潔度有較高要求，結合速度慢，膠接的可靠性和穩(wěn)定性易受環(huán)境影響。

10-14常用的連接有哪些類型？它們各有哪些優(yōu)缺點？各適用于什么場合？

解：機械連接可分為兩類：1）可拆連接，用于需拆裝的場合，拆裝時無需損傷連接中的任何零件，且其工作能力不遭破壞。屬這類連接的有螺紋連接、鍵連接、銷連接及型面連接等。2）不可拆連接，用于不拆卸的場合，拆卸時至少會損壞連接中的一個零件。如鉚釘連接、焊接、膠接等均屬這類連接。

10-15分析普通螺紋、管螺紋的特點，并舉例說明它們的應用。解：普通螺紋有獨立的連接件（如螺栓、螺母等），用其來連接被連接件；而管螺紋是連接管子的，一般直接在被連接的管子上直接做出內外螺紋。

10-16為什么大多數(shù)螺紋連接必須預緊？預緊后，螺栓和被連接件各受到什么載荷？ 解：為了保證螺紋連接的可靠性或被連接件的氣密性，在安裝時必須把螺母或螺釘擰緊。預緊后，螺栓受拉，被連接件受壓。

10-17普通螺栓連接和鉸制孔螺栓連接在結構、承載原理上各有什么特點？

解：普通螺栓連接用于連接兩個被連接件，既可承受軸向載荷，也可承受橫向載荷。螺栓與孔壁之間有間隙，故無定位作用，靠結合面間摩擦承受橫向載荷，應用最廣泛。鉸制孔

螺栓連接承受橫向載荷的兩個被連接件，靠螺栓光桿部分與孔壁之間相互擠壓來承受橫向載荷，承載能力大，并有定位作用。

10-18在螺紋連接中，為什么要采用防松裝置？

解：連接螺紋滿足自鎖條件，按說不會自行松脫。但在沖擊、振動和變載荷作用下，螺紋間的摩擦力可能瞬時消失，連接有可能松脫。當溫度變化較大時，由于熱變形等原因，也可能發(fā)生螺紋的松脫現(xiàn)象。為了保證連接的可靠性和安全，必須在設計時考慮螺紋連接的防松問題。

10-19鍵連接有哪些類型？

解：鍵連接的主要類型有：平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接和切向鍵連接。10-20平鍵連接與楔鍵連接在結構和使用性能上有什么不同？ 解：平鍵連接中鍵與鍵槽底部有間隙，故軸與輪轂的對中性好，而楔鍵與鍵槽底面楔緊，必然使軸與輪轂軸線產生偏斜。

10-21花鍵連接與平鍵連接相比有哪些優(yōu)缺點？

解：與平鍵連接相比，花鍵連接的導向性好，齒根處的應力集中較小，適用于傳遞載荷大、定心精度要求高或者經常需要滑移的連接。但花鍵制造成本高。

10-22銷的基本類型及其功用有哪些？

解：圓柱銷、圓錐銷和槽銷等, 其功用有定位、連接和安全保護。10-23型面連接有何特點？

解：型面連接應力集中小，能傳遞大扭矩，裝拆方便，但是加工工藝復雜，需要專用設備。

10-24試比較鉚接、焊接、膠接的特點及其應用。

解：鉚接的工藝簡單、耐沖擊、連接牢固可靠，但結構較笨重，被連接件上有釘孔使其強度削弱；焊接強度高、工藝簡單、重量輕，但焊接后常常有殘余應力和變形存在，不能承受嚴重的沖擊和振動；膠接工藝簡單、便于不同材料及極薄金屬間的連接，膠接的重量輕、耐腐蝕、密封性能好；但是，膠接接頭一般不宜在高溫及沖擊、振動條件下工作，膠接劑對膠接表面的清潔度有較高要求，結合速度慢，膠接的可靠性和穩(wěn)定性易受環(huán)境影響。

10-25一齒輪裝在軸上，采用A型普通平鍵連接。齒輪、軸、鍵均用45鋼，軸徑d=80mm，輪轂長度L=150mm，傳遞傳矩T=2 000 N·m，工作中有輕微沖擊。試確定平鍵尺寸和標記，并驗算連接的強度。

解：?d=80，b?h?22?14, L=150，k?h/2?7, [?]bs?110MPa, l?L?b?150?22?128，?bs2T2?2000?103???60.5 MPa kdl7?80?128平鍵標記：鍵A 22X14 GB/T—1096—79，鍵長L=150mm，?bs?60.5 MPa，???bs?110MPa，滿足連接的強度。

10-26題10-26圖所示剛性聯(lián)軸器用螺栓連接，螺栓性能等級為8.8，聯(lián)軸器材料為鑄鐵（HT250），若傳遞載荷T=1 500 N.m。

1)采用4個M16的鉸制孔用螺栓，螺栓光桿處的直徑ds= 17mm，受壓的最小軸向長度?= 14 mm，試校核其連接強度；

2)若采用M16的普通螺栓連接，當接合面間摩擦因數(shù)f =0.15，安裝時不控制預緊力，試確定所需螺栓數(shù)目（取偶數(shù)）。

題10-26圖

解：F?2T1）[?]?4?155?8838.7N，?s?640 MPa，S??2.5

?s?640?240MPa，[?]bs?2.5s??b2.25?111 MPa ??F4?FFF??21.32 MPa，????20.33 MPa bs22d0?17?14d??17?04滿足連接強度。

2）d1?13.835mm，?????s3?213.3 MPa，1.3FQ[?]?d12155zFQf?KsT，?[?]，F(xiàn)Q??24665.8 N（取Ks?1.3)，?224?1.3d142KsT?103z??6.8，取z=8。

FQf?15510-27一鋼制液壓油缸，缸內油壓p=4 MPa，油缸內徑D = 160 mm（圖10-7），沿凸緣圓周均布8個螺栓，裝配時控制預緊力。試確定螺栓直徑。

解：F??p??4D2?4??4?1602?80424.78N

F?F?F???10053N z8Fp/?0.6F，F(xiàn)Q?F?Fp/?1.6F，?s?640，S=1.35，[?]?6401.35?474，??1.3FQ?4d21?[?]，d1?1.3FQ?4?[?]?7.49，螺栓直徑d?8mm。

10-28試為題10-26圖所示聯(lián)軸器選擇平鍵連接的尺寸并校核其強度。

11，L=108，l?L?b?90，k?5.5，?bS?解：b×h=18×2T/60?101 MPa，lk???bS?75 MPa，強度不足。

10-29一鋼制齒輪與軸采用靜連接，軸徑d = 100 mm，齒輪輪轂寬度為180 mm，工作時有輕微沖擊。試確定普通平鍵連接尺寸，并計算其能傳遞的最大轉矩。

解：鍵A 28X16GB/T—1096—79，鍵長L=176mm，l=L-b=160，k=h/2=8，???bs?110MPa，?bs?2T2T??[?]bs，kdl8?100?160T?[?]bs?8?100?160/2?7040Nm

第十一章軸承 思考題和練習題

11-1滑動軸承的摩擦狀況有哪幾種？它們有何本質差別？

解：分為四種：干摩擦狀態(tài)，當兩相對運動表面之間無任何介質時，兩摩擦表面直接接觸，摩擦因數(shù)大，兩表面的磨損快，摩擦功率損耗也較大；邊界摩擦狀態(tài)，兩摩擦表面上吸附有一層極薄的潤滑介質薄膜，兩摩擦表面被薄膜隔開，但在載荷作用下，有部分表面上的凸峰會刺破薄膜而形成直接接觸，因此這種狀態(tài)下摩擦因數(shù)和磨損都比較大；液體摩擦狀態(tài)，當兩表面之間存在液體介質，同時液體介質的厚度足以將兩表面完全隔開，在這種狀態(tài)下，兩表面之間的摩擦完全來自液體介質內部，摩擦因數(shù)很小，磨損幾乎為零；混合摩擦狀態(tài)，當兩表面之間液體介質的厚度較小，使兩摩擦表面之間一些地方形成液體摩擦，而在另一地方形成邊界摩擦。

滑動軸承的摩擦狀況本質差別在于摩擦系數(shù)和磨損不同。11-2徑向滑動軸承的主要結構形式有哪幾種？各有何特點？

解：有整體式、剖分式和調心式。整體式滑動軸承具有結構簡單、成本低、剛度大等優(yōu)點，但在裝拆時需要軸承或軸作較大的軸向移動，故裝拆不便。而且當軸頸與軸瓦磨損后，無法調整其間的間隙。剖分式軸承裝拆方便，且通過調整墊片的厚薄，可以調整軸瓦和軸頸間的間隙，以補償磨損造成的間隙增大。調心式軸承軸瓦外表面為球面，起調心作用，以適應軸的偏斜。

11-3非液體摩擦滑動軸承的主要失效形式是什么，試從下面選擇正確解案？

(a)點蝕

(b)膠合 √(c)磨損

(d)塑性變形

11-4常用軸瓦材料有哪些，適用于何處？為什么有的軸瓦上澆鑄一層減磨金屬作軸承襯使用？

解：軸承合金，常用來做軸承襯材料；青銅，常用來整體軸瓦。能同時滿足軸承材料要求的是難找的，為使各種軸承材料在性能上取長補短，在工藝上可以用澆鑄或壓合方法，將具有減磨作用的薄層材料粘附在軸瓦基體上。

11-5形成滑動軸承動壓油膜潤滑要具備什么條件？

解：形成液體動壓油膜需要具備以下條件：(1)軸頸和軸瓦工作表面間必須有一個收斂的楔形間隙。(2)軸頸和軸瓦工作表面間必須有一定的相對速度，且它們的運動方向必須使?jié)櫥?/p>

劑從大口流入，從小口流出。(3)要有一定粘度的潤滑劑，且供應要充分。

11-6選擇下列正確解案。液體滑動軸承的動壓油膜是在一個收斂間楔、充分供油和一定

條件下形成的。

√(a)相對速度

(b)外載

(c)外界油壓

(d)溫度 11-7校核鑄件清理滾筒上的一對滑動軸承，已知裝載量加自重為 18000 N，轉速為 40 r/min，兩端軸頸的直徑為 120 mm，軸瓦材料為錫青銅ZCuSn10Pl，用潤滑脂潤滑。解：F=18000/2=9000N，l?1?d?120，[p]?14.7，[pv]?14.7，[v]?10

F9000??0.625 MPa ld120?120F?dnpv???0.157 MPa.m/s ld60?1000?dnv??0.25 m/s 60?1000p?11-8驗算一非液體摩擦的滑動軸承，已知軸轉速n=65r/min，軸直徑d=85mm，軸承寬度B=85mm，徑向載荷R=70kN，軸的材料為45號鋼。

R70?103??9.69 MPa 解：p?ld85?85v? ?dn60?1000?0.289 m/s pv?R?dn??2.8 MPa.m/s ld60?1000滑動軸承的材料為ZCuZn16Si4。

11-9一起重用滑動軸承，軸頸直徑d=70mm，軸瓦工作寬度B=70mm，徑向載荷R=30000N，軸的轉速n=200r/min，試選擇合適的軸瓦材料。解：p?R30000??6.12 MPa ld70?70?dnv??0.733 m/s 60?1000pv?R?dn??4.49 MPa.m/s ld60?1000

滑動軸承的材料為ZCuZn16Si4。

11-10已知一支承起重機卷筒的非液體摩擦的滑動軸承所受的徑向載荷R=25000N，軸頸直徑d=90mm，寬徑比B/d=1，軸頸轉速n=8r/min，試選擇該滑動軸承的材料。解：p?R25000??3.09 MPa ld90?90?dnv??0.038 m/s 60?1000

pv?R?dn??0.12 MPa.m/s ld60?1000滑動軸承的材料為HT150。

11-11 滾動軸承主要類型有哪幾種？各有何特點？試畫出它們的結構簡圖。解：見表11—2 11-12 說明下列型號軸承的類型、尺寸、系列、結構特點及精度等級：32210E，52411/P5，61805，7312AC，NU2204E。

解：32210E：圓錐滾子軸承，d=50，直徑系列2，寬度系列2，普通級精度 52411/P5：推力球軸承，d=55，直徑系列4，寬度系列2，5級精度 61805：深溝球軸承，d=55，直徑系列8，寬度系列1，普通級精度 7312AC：角接觸球軸承，d=60，直徑系列3，寬度系列0，普通級精度 NU2204E：圓柱滾子軸承，d=20，直徑系列2，寬度系列2，普通級精度 11-13 選擇滾動軸承應考慮哪些因素？試舉出1~2個實例說明之。

解：主要應考慮如下三方面的影響因素來確定。1．軸承承受的載荷

軸承的類型選擇主要決定于載荷的大小、方向和性質。1)由于球軸承元件之間是點接觸，而滾子軸承是線接觸，所以在同樣的載荷下球軸承的接 觸應力要比滾子軸承大，因此當載荷輕而平穩(wěn)時，宜選球軸承；而當載荷大、有沖擊時則宜選用滾子軸承。

2)當軸承載荷的方向為純徑向時，應選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。而當載 荷方向為純軸向時，則應選用推力球軸承。

3)若軸承同時承受徑向載荷和軸向載荷，且軸向載荷較小時，可選用深溝球軸承；而當軸向荷較大時，則可選用角接觸球軸承和圓錐滾子軸承。

2．軸承的轉速

1)由于球軸承比滾子軸承的滾動阻力小，所以在尺寸、精度相同時，球軸承比滾子軸承的極限轉速高，在高速時應優(yōu)先選用球軸承。

2)在軸承內徑相同情況下，不同的滾動體尺寸對應于不同的軸承尺寸系列。滾動體的尺寸 愈大，在高速轉動時產生的離心力也愈大，對軸承的強度和壽命影響也隨之增大，因此滾動體小的軸承更適合于高速轉動下工作。

3)推力軸承的滾道對滾動體的約束能力很小，在較高轉速時滾動體很容易脫離滾道位置而失效，所以推力軸承的極限轉速都很低。

3．軸承的調心性能 當軸的跨距較大、彎曲剛度較小或由于加工安裝等原因造成軸兩端的軸承有較大不同心時，應采用具有自動調心性能的調心球軸承或調心滾子軸承。

11-14 滾動軸承的主要失效形式是什么？應怎樣采取相應的設計準則？

解：疲勞點蝕是滾動軸承的主要失效形式，設計準則是驗算當量動載荷以避免在要求壽命內發(fā)生點蝕；當軸承轉速很低或間歇擺動時，很大的靜載荷或沖擊載荷會使軸承滾道和滾動體接觸處產生塑性變形，使?jié)L道表面形成變形凹坑，設計準則是驗算當量靜載荷以避免發(fā)生塑性變形。

11-15 試按滾動軸承壽命計算公式分析：

（1）轉速一定的7207C軸承，其額定動載荷從C增為2C時，壽命是否增加一倍？（2）轉速一定的7207C軸承，當量動載荷從P增為2P時，壽命是否由Lh下降為Lh/2？（3）當量動載荷一定的7207C軸承，當工作轉速由n增為2n時，其壽命有何變化？ 解：（1）否，應是原來的8倍

（2）否，應是Lh/8

（3）轉數(shù)壽命不變，時間壽命縮小一半。

第十二章 軸和聯(lián)軸器 思考題和練習題

12-1 軸有哪些類型？各有何特點？請各舉2~3個實例？ 解：根據(jù)承受載荷的不同，軸可分為轉軸、傳動軸和心軸三種。轉軸既承受轉矩又承受彎矩，如的減速箱轉軸。傳動軸主要承受轉矩，不承受或承受很小的彎矩，如汽車的傳動軸。心軸只承受彎矩而不傳遞轉矩。

12-2 轉軸所受彎曲應力的性質如何？其所受扭轉應力的性質又怎樣考慮？ 解：轉軸所受彎曲應力為對稱循環(huán)變應力，扭轉應力為靜應力（單向轉動）、脈動應力（單向轉動且頻繁起動）、對稱循環(huán)變應力（頻繁正反轉）12-3 軸的常用材料有哪些？應如何選用？

解：軸的材料常采用碳素鋼和合金鋼。碳素鋼具有較高的綜合機械性能，因此應用較多，特別是45號鋼應用最為廣泛。為了改善碳素鋼的機械性能，應進行正火或調質處理。合金鋼具有較高的機械性能，但價格較貴，多用于有特殊要求的軸。值得注意的是：鋼材的種類和熱處理對其彈性模量的影響甚小，因此如欲采用合金鋼或通過熱處理來提高軸的剛度，并無實效。此外，合金鋼對應力集中的敏感性較高，因此設計合金鋼軸時，更應從結構上避免或減小應力集中，并減小其表面粗糙度。

12-4 在齒輪減速器中，為什么低速軸的直徑要比高速軸粗得多？ 解：因為低速軸轉矩大。

12-5 轉軸設計時為什么不能先按彎扭合成強度計算，然后再進行結構設計，而必須按初估直徑、結構設計、彎扭合成強度驗算三個步驟來進行？ 解：因為結構設計前各軸段長度不定，彎矩無法確定。

12-6 軸上零件的周向和軸向定位方式有哪些？各適用什么場合？

解：軸向定位方式有軸肩、軸環(huán)和套筒等。軸肩和軸環(huán)結構簡單、可靠，并能承受較大軸向力；套筒定位結構也簡單、可靠，但不適合高轉速情況。

軸上零件的周向定位大多采用鍵、花鍵或過盈配合等聯(lián)接形式。以傳遞動力為目的時，可用鍵連接；以傳遞精確運動為目的時，可用圓錐面或過盈配合；緊螺釘或銷連接僅用在傳遞扭矩小、且不重要的場合。

12-7已知一傳動軸傳遞的功率為40kW，轉速n=1000r/min，如果軸上的剪切應力不許超過40MPa，求該軸的直徑？ 解：T?9.55?10?6P40?9.55?106??382000Nm n1000??40?0.2TT3[?]?0.2/T?3，??[?]d??16.83mm WT0.2d338200012-8已知一傳動軸直徑d=35mm，轉速n=1450r/min，如果軸上的剪切應力不許超過55MPa，問該軸能傳遞多少功率？ 解：??TT33??[?]，Nm T?[?]?0.2?d?55?0.2?35?4716253WT0.2d?71.6 kW P?Tn9.55?10612-9 已知一轉軸在直徑d=55mm處受不變的轉矩T=15?103N.m和彎矩M=7?103N.m，軸的

材料為45號鋼調質處理，問該軸能否滿足強度要求？ 解：Me?M2?(?T)2?72?(0.3?15)2?106N﹒mm，?ca?MeMeMe???500 MPa，33W0.1d0.1?55而???1?b?300 MPa，軸不能滿足強度要求。

12-10 聯(lián)軸器、離合器和制動器的功用有何異同？各用在機械的什么場合？

解：聯(lián)軸器和離合器都是用來連接兩軸(或軸與軸上的回轉零件)，使它們一起旋轉并傳遞扭矩的部件，但離合器在機器運轉中可將傳動系統(tǒng)隨時分離或接合，聯(lián)軸器則不能。制動器是對機器的運動件施加阻力或阻力矩，實現(xiàn)迅速減速或停止運動。

12-11 為什么有的聯(lián)軸器要求嚴格對中，而有的聯(lián)軸器則可以允許有較大的綜合位移？ 解：聯(lián)軸器有剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器，剛性聯(lián)軸器無誤差補償能力，故要求嚴格對中，否則兩軸憋著勁無法正常工作；而撓性聯(lián)軸器有誤差補償能力，可依靠聯(lián)軸器元件間的相對運動或彈性變形，來自動適應兩軸的偏斜誤差。

12-12 剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器有何差別？各舉例說明它們適用于什么場合？

解：剛性聯(lián)軸器無誤差補償能力，適用于系統(tǒng)剛性好，運轉平穩(wěn)的場合；彈性聯(lián)軸器有誤差補償能力，彈性元件有緩沖減震作用，適用于系統(tǒng)剛性較差，工作中易產生兩軸偏斜誤差和有沖擊振動的場合。

12-13萬向聯(lián)軸器有何特點？如何使軸線間有較大偏斜角?的兩軸保持瞬時角速度不變？ 解：萬向聯(lián)軸器的最大特點就是能適應兩軸間很大的角度位移，為保持輸出瞬時角速度不變，可采用雙萬向聯(lián)軸器，且在聯(lián)軸器布置上滿足恒速要求的三個條件。

12-14選擇聯(lián)軸器的類型時要考慮哪些因素？確定聯(lián)軸器的型號應根據(jù)什么原則？

解：依據(jù)機器的工作條件（諸如轉速、運動平穩(wěn)性、系統(tǒng)剛性、溫度等）選定合適的類型，按照計算轉矩、軸的轉速和軸端直徑從標準中選擇所需的型號和尺寸。12-15 試比較牙嵌離合器和摩擦離合器的特點和應用？

解：牙嵌離合器結合準確、可靠、傳遞載荷大，但結合過程沖擊大，不適合高速，一般在空載下離合。摩擦離合器和牙嵌離合器相比，有下列優(yōu)點：不論在何種速度時，兩軸都可以接合或分離；接合過程平穩(wěn)，沖擊、振動較小；從動軸的加速時間和所傳遞的最大轉矩可以調節(jié)；過載時可發(fā)生打滑，以保護重要零件不致?lián)p壞。其缺點為外廓尺寸較大；在接合、分離過程中要產生滑動摩擦，故發(fā)熱量較大，磨損也較大。一般而言，當要求主、從動軸同步轉動且傳遞轉矩較大時，可選用嵌入式離合器；當要求在高速下平穩(wěn)接合而主、從動軸同步要求低時，宜選用摩擦式離合器。

12-16帶式制動器與塊式制動器有何不同？各適用于什么場合？

解：塊式制動器靠瓦塊與制動輪間的摩擦力來制動，瓦塊對制動輪的包角較小，故制動力相對較小，但對軸的作用力小（理論上對軸的徑向力為零）。帶式制動器主要用撓性鋼帶包圍制動輪。制動帶包在制動輪上，制動帶與制動輪之間產生摩擦力，從而實現(xiàn)合閘制動。帶式制動器結構簡單，它由于包角大而制動力矩大，但其缺點是制動帶磨損不均勻，容易斷裂，而且對軸的作用力大。

第十三章彈簧 思考題和練習題-1 彈簧有哪些類型？各有什么功用？

解：按照所承受的載荷不同，彈簧可以分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉彈簧和彎曲彈簧等四種。按外形不同又可分為：螺旋彈簧、碟形簧、環(huán)形簧、盤彈簧和板簧。

彈簧的主要功用有：1）控制機構的運動，如制動器、離合器中的控制彈簧，內燃機氣缸的閥門彈簧等。2）減振和緩沖，如汽車、火車車廂下的減振彈簧，以及各種緩沖器用的彈簧等。3）儲存及輸出能量，如鐘表彈簧、槍栓彈簧等。4）測量力的大小，如測力器和彈簧秤中的彈簧等。-2 彈簧旋繞比C的含義是什么？設計彈簧時為什么C值不宜取得過大或過小？ 解：彈簧旋繞比C是彈簧外徑與鋼絲直徑之比，旋繞比C影響彈簧的強度、剛度、穩(wěn)定性及制造的難易。C值大，彈簧較軟，剛性小，容易變形，容易繞制。C值小，則相反，彈簧較硬，剛性大，不易繞制，還會影響壓簧的穩(wěn)定性。-3 什么是彈簧的特性曲線？它與彈簧的剛度有什么關系？ 解：彈簧所受載荷與其變形之間的關系曲線稱為彈簧的特性曲線。該特性曲線的斜率值反映彈簧的剛度。定剛度彈簧的特性曲線為直線，而變剛度彈簧的特性曲線為曲線。

第十四章機械的平衡和調速

思考題和練習題

14-1什么情況下要對轉子進行靜平衡？什么情況下要對轉子進行動平衡？動平衡后的轉子是否達到了靜平衡？

解：對于軸向尺寸較小的盤狀轉子（b/D<0.2），其質量可以近似認為分布在垂直于其回轉軸線的同一平面內，不平衡質量所產生的離心慣性力形成一平面匯交力系，故對這類轉子只需要靜平衡就可以了。對于軸向尺寸較大的轉子（b/D≥0.2），其偏心質量往往是分布在若干個不同的回轉平面內。對于這一類轉子，即使轉子的質心位于回轉軸線上，滿足靜平衡的條件，但在轉子回轉時，各不平衡質量產生的慣性力偶矩仍然會在支承中引起附加的動載荷和機械振動，這種轉子需要動平衡。動平衡后的轉子也就達到了靜平衡。

14-2選擇平衡質量的位置以及動平衡中兩個平衡基面的位置時應考慮哪些因素？ 解：選擇平衡質量的位置以及動平衡中兩個平衡基面的位置時首先應考慮轉子結構，布置平衡質量的位置以及動平衡中兩個平衡基面的位置要方便；為減小平衡質量，其位置的回轉半徑盡可能大，兩個平衡基面的距離也盡可能大。

14-3飛輪的調速功能是利用了飛輪的儲能作用，在工程中利用飛輪的儲能作用還有哪些應用？試舉幾例。飛輪能否調節(jié)非周期性速度波動？

解：飛輪由于它的儲能作用，使其在工程中得到廣泛應用。比如鍛壓、沖壓機械，在鍛壓、沖壓的瞬間釋放動能來克服瞬間的尖峰載荷，達到節(jié)能的目的；玩具小汽車用飛輪的動能提供能量；以回轉構件為從動件的桿機構，利用飛輪動能創(chuàng)過死點等。飛輪不能調節(jié)非周期性速度波動。

14-4轉子不平衡和速度波動均會在運動副中引起附加動壓力，試分析它們的區(qū)別。

解：不平衡在運動副中引起附加動壓力是由于不平衡質量產生的慣性力（外力）引起的；而速度波動則是由于速度變化使得構件間的相互作用力（內力）變化引起的。二者是獨立的，即勻速運動的不平衡轉子會產生附加動壓力，平衡轉子速度波動也會產生附加動壓力。14-5什么是速度不均勻系數(shù)？速度不均勻系數(shù)是否越小越好？

解：速度不均勻系數(shù)是速度波動的幅度與平均速度之比，速度不均勻系數(shù)越小，要求飛輪的轉動慣量就越大，結構尺寸和質量就越大。故不能片面追求速度的均勻，滿足使用要求即可。

14-6圖示為一鋼制圓盤，盤厚b?50mm。在位置Ⅰ處有一直徑??50mm的通孔，位置Ⅱ處有一質量m2?0.5kg凸臺。為了使圓盤平衡，擬在圓盤上直徑為r?200mm處打一通孔。試求此通孔的直徑與位置。（鋼的密度??7.8g/cm3）

題14-6圖

解：(mbrb)x??(?52?5?7.8)?100?cos1350?500?200?cos2100??32454.94(mbrb)y??(?52?5?7.8)?100?sin1350?500?200?sin2100??104147.64??

2mbrb?[(mbrb)2?(mr)xbby]12?109087.35，mb?1122 [(mbrb)x?(mbrb)y]2?545.44，rb(?d24?5)?7.8?mb，d?4mb?10?42.mm

5?7.8???b?arctan[(mbrb)y/(mbrb)x]?3600?72.70?287.30

第十五章機械傳動系統(tǒng)方案的擬定

思考題和練習題

15-1設計機械傳動系統(tǒng)方案需要考慮哪些基本要求？設計的大致步驟如何？

解：基本要求：采用盡可能簡短的運動鏈，優(yōu)先選用基本機構，應使機械有較高的機械效率，合理安排不同類型傳動機構的順序，合理分配傳動比，保證機械的安全運轉。

一般步驟：1擬定機械的工作原理,2執(zhí)行構件的運動設計及原動機的選擇，3機構的選型及組合，4機構的尺寸綜合，5方案分析，6方案評審。

15-2什么叫機械的工作循環(huán)圖？什么情況下需要畫工作循環(huán)圖？ 解：工作循環(huán)圖即機器在一個工作循環(huán)中各執(zhí)行構件運動配合關系的圖。對于有運動協(xié)調配合要求的執(zhí)行構件，在設計機械時應編制出機械工作循環(huán)圖。

15-3機構的選型一般遵循哪些原則？ 解：機構選型時，應考慮以下一些原則：

（1）所選機構應滿足機器運動方面的要求。這些要求包括運動形式的變換、減速或增

速、變速以及運動精度等。

（2）根據(jù)需要，所選機構應具有較好的動力性能，運動平穩(wěn)，無沖擊、振動，具有較高的機械效率，對工作負荷的改變有較好的適應能力等。

（3）在滿足運動及工作要求的前提下，選用盡可能少的構件組成簡短的運動鏈。這對于保證運動精度、提高機械效率和降低生產成本等都是有利的。

（4）選用機構時應考慮現(xiàn)場條件，要取材方便，加工容易，便于安裝調試。（5）所選機構在工作中要安全可靠，便于操作、維護和檢修。15-4機構組合有哪幾種方式？

解：機構的串聯(lián)組合、機構的并聯(lián)組合、機構的封閉組合。