第一篇：機械設(shè)計基礎(chǔ)-習題解答

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》

習題 解 答

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目錄

第0章 緒論-----1 第一章平面機構(gòu)運動簡圖及其自由度---2 第二章平面連桿機構(gòu)--------------------------4 第三章 凸輪機構(gòu)------------------------------6 第四章 齒輪機構(gòu)-----------------------------8 第五章 輪系及其設(shè)計-----------------------19 第六章 間歇運動機構(gòu)-----------------------26 第七章 機械的調(diào)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(shè)計----------------------------65

第一章平面機構(gòu)運動簡圖及其自由度

1-1 一個在平面內(nèi)自由遠東的構(gòu)件有多少個自由度？ [解]有3個自由度。

1-2 在平面內(nèi)運動副所產(chǎn)生的約束數(shù)與自由度有何關(guān)系？ [解] 約束數(shù)+自由度=3 1-3 如何判別有構(gòu)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(gòu)的自由度時應(yīng)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(gòu)運動簡圖時，用什么來表示機構(gòu)和運動副？ [解]用簡單的線條和符號表示構(gòu)件和運動副。

1-6繪制圖1-15所示的機構(gòu)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(gòu)的自由度，并指出機構(gòu)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(gòu)

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(gòu)的常用類型有幾種？選擇凸輪的類型時應(yīng)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(yīng)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(shè)計凸輪時，采用了什么原理？簡單敘述此原理的主要內(nèi)容。[解] 才用反轉(zhuǎn)原理，即給整個機構(gòu)加上一個反向轉(zhuǎn)動，各構(gòu)件之間的相對運動并不改變，根據(jù)這一原理，設(shè)想給整個凸輪機構(gòu)加上一反向轉(zhuǎn)動（即加上一個凸輪角速度轉(zhuǎn)向相反、數(shù)值相等繞凸輪回轉(zhuǎn)中心0的角速度（-?）的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(gòu)運動時針時，應(yīng)如何

第四章 齒輪機構(gòu)

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(shè)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(chǎn)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(shè)計準則：按彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度設(shè)計；閉式軟齒面齒輪傳動設(shè)計準則：按接觸疲勞強度設(shè)計，校核彎曲疲勞強度；開式齒輪傳動設(shè)計準則：按彎曲疲勞強度設(shè)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(zhuǎn)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(yīng)主要根據(jù)哪些因素來決定齒輪的結(jié)構(gòu)型式？常見的齒輪結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)型式。結(jié)構(gòu)型式：齒輪軸，用于直徑很小的場合；實心結(jié)構(gòu)，用于da?160mm;腹板式結(jié)構(gòu)，用于da?500mm;輪輻式結(jié)構(gòu)，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(diào)質(zhì)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(qū)動，試驗算此單級傳動的強度。

3（2）查許用應(yīng)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(jié)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(shè)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(zhuǎn)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(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)輪系。重復上述方法，直至找出所有的周轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向相反，試求齒輪4的轉(zhuǎn)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(gòu)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(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)數(shù)為n1?1000轉(zhuǎn)，此時5轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)，??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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)可靠、轉(zhuǎn)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(shè)計凸輪 的輪廓曲線，可減小動載荷和避免沖擊，以適應(yīng)高速運轉(zhuǎn)的要求。主要缺點是精確度要求較高，加工比較復雜，安裝調(diào)整比較困難。

6-5 不完全齒輪機構(gòu)與普通齒輪機構(gòu)的嚙合過程有何異同點？

[解]

在不完全齒輪機構(gòu)中，主動輪1連續(xù)轉(zhuǎn)動，當輪齒進入嚙合時，從動輪2開始轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)計一外嚙合棘輪機構(gòu)，已知棘輪的模數(shù)m=10mm，棘輪的最小轉(zhuǎn)角?max?12?，試設(shè)計該棘輪機構(gòu)。

[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(zhuǎn)臺要求有6個工作位置，轉(zhuǎn)臺靜止時完成加工工序，最長的工序時間為5s，原動機轉(zhuǎn)動速度為720r/min，槽輪與撥盤之間的中心距a?200mm,試設(shè)計此槽輪機構(gòu)。

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(zhuǎn)件的平衡和機構(gòu)的平衡兩類。

7-7剛性回轉(zhuǎn)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(jīng)過平衡計算的回轉(zhuǎn)件在理論上是完全平衡的，但由于制造和安裝誤差及材質(zhì)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(shè)計一個剛性回轉(zhuǎn)件時要確定它的不平衡量？ [解]

回轉(zhuǎn)件通過試驗后可將不平衡慣性力以及其引起的動力效應(yīng)減小到相當?shù)偷某潭龋剞D(zhuǎn)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(shè)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(chǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速；（4）滑動率為0.015時大帶輪的實際轉(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)速為1440r?min?1，從動帶輪的輸出轉(zhuǎn)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(shè)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(nèi)，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(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計一滾子鏈傳動。已知電動機轉(zhuǎn)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(shè)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(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)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(yīng)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(gòu)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(shè)計公式

d1?4F?????s240?171.42MPa 1.4Q235鋼，表10?5，?s?240MPa松螺紋設(shè)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(gòu)件2按箭頭方向轉(zhuǎn)動5圈時，構(gòu)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(zhì)而定的折合系數(shù)。

對于不變轉(zhuǎn)矩?=0.3；對于脈動循環(huán)變化的轉(zhuǎn)矩?=0.6；對于對稱循環(huán)變化的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速n1=600r/min，兩軸材料均為45號鋼，試按轉(zhuǎn)矩初步確定兩軸的直徑。[解] 軸Ⅱ轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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

第二篇：機械設(shè)計基礎(chǔ)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(luò)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(chǎn)率都較高，刀具通用性好，所以在生產(chǎn)中應(yīng)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(yīng)力是作用力與反作用力的關(guān)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(shè)計方便，即設(shè)計斜齒輪、錐齒輪時，都將其“折合”成直齒輪（當量齒輪）來設(shè)計。6-11如圖所示為一雙級斜齒輪傳動。齒輪1轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)緊湊的大功率傳動。例子見教材。

7-2定軸輪系與周轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)的，稱為周轉(zhuǎn)輪系。行星輪系是單自由度的軸轉(zhuǎn)輪系，而差動輪系是兩自由度的軸轉(zhuǎn)輪系。實際上看一個周轉(zhuǎn)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(zhuǎn)輪系。

7-3什么是轉(zhuǎn)化輪系？引入轉(zhuǎn)化輪系的目的是什么？ 解：通過在整個周轉(zhuǎn)輪系上加上一個與行星架H旋轉(zhuǎn)方向相反的相同大小的角速度nH，把周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化成假想的“定軸輪系”，并稱其為原周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化輪系。因為轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化輪系中各輪之間的傳動比關(guān)系，從而導出原周轉(zhuǎn)輪系的傳動比。

7-4如何確定輪系的轉(zhuǎn)向關(guān)系？

解：定軸輪系的轉(zhuǎn)向關(guān)系是用畫箭頭的方法來確定，周轉(zhuǎn)輪系、復合輪系的轉(zhuǎn)向關(guān)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(guān)鍵是把復合輪系中的周轉(zhuǎn)輪系劃分出來，一個行星架好似一個周轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)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(zhuǎn)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(gòu)的機構(gòu)簡圖，其中行星輪 2空套在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動從軸II輸人，故軸III的轉(zhuǎn)速（傳至工作臺）是兩個運動的合成。已知z1=z2=z3及輸入轉(zhuǎn)速n1、nII時，求輸出轉(zhuǎn)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(zhuǎn)輪系。已知Z1=Z2=17，Z2′=30，Z3=45，若1輪轉(zhuǎn)速n1=200r/min，試求系桿轉(zhuǎn)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(gòu)及組合結(jié)構(gòu)

思考題及練習題

8-1 棘輪機構(gòu)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(gòu)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(zhuǎn)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(gòu)來完成間歇轉(zhuǎn)位工作，試確定槽輪機構(gòu)主動輪的轉(zhuǎn)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(gòu)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(chǎn)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(chǎn)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(guān)系并沒改變，故仍需削減。

8-5棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)及凸輪式間歇運動機構(gòu)均能使執(zhí)行構(gòu)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(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)有剛性沖擊，適合于低速運動的機械；槽輪機構(gòu)有柔性沖擊，適合中等速度的機械；凸輪式間歇運動機構(gòu)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(chǎn)生打滑。打滑使得帶傳動失效，這種情況應(yīng)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(yīng)力。

9-3在V帶傳動設(shè)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(yīng)力過大。

9-4帶傳動的失效形式是什么？其設(shè)計準則如何？計算的主要內(nèi)容是什么？

解：帶傳動的失效形式是帶的疲勞破壞和打滑。設(shè)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(nèi)容是帶的截型、長度、根數(shù)、傳動中心距、帶輪直徑及結(jié)構(gòu)尺寸等。

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

解：當主動鏈輪以等角速度回轉(zhuǎn)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(yīng)。對傳動的影響是瞬時傳動比不恒定和產(chǎn)生動載荷。影響多邊形效應(yīng)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(yīng)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?。唤Y(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(chǎn)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(nèi)鏈板和外鏈板組成。內(nèi)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(nèi)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(yīng)力的作用下，經(jīng)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(yīng)力的作用下產(chǎn)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(shè)計時應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)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(jié)合面間摩擦承受橫向載荷，應(yīng)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(jīng)常拆卸的場合，螺釘用于不需經(jīng)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(zhì)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(zhì)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(shè)計計算公式是否相同？

解：松連接不預緊，緊連接要預緊。設(shè)計計算公式不同，松連接只有拉應(yīng)力，而緊連接還要記入扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)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(yīng)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(yīng)力幅值、應(yīng)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(yīng)力幅值；從結(jié)構(gòu)或工藝上采取措施以減少或避免附加應(yīng)力；從結(jié)構(gòu)上采取措施以減小應(yīng)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(jīng)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(jié)構(gòu)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(chǎn)、新產(chǎn)品試制及復雜零件結(jié)構(gòu)情況下，采用焊接替代鑄造，可以提高生產(chǎn)效率，減少成本。但焊接后常常有殘余應(yīng)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(jié)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(yīng)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(nèi)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(jié)構(gòu)、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(jié)合面間摩擦承受橫向載荷，應(yīng)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(shè)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(jié)構(gòu)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(chǎn)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(yīng)力集中較小，適用于傳遞載荷大、定心精度要求高或者經(jīng)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(yīng)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(shè)備。

10-24試比較鉚接、焊接、膠接的特點及其應(yīng)用。

解：鉚接的工藝簡單、耐沖擊、連接牢固可靠，但結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)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(nèi)油壓p=4 MPa，油缸內(nèi)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(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)，同時液體介質(zhì)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(zhì)內(nèi)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(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)形式有哪幾種？各有何特點？

解：有整體式、剖分式和調(diào)心式。整體式滑動軸承具有結(jié)構(gòu)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(diào)整其間的間隙。剖分式軸承裝拆方便，且通過調(diào)整墊片的厚薄，可以調(diào)整軸瓦和軸頸間的間隙，以補償磨損造成的間隙增大。調(diào)心式軸承軸瓦外表面為球面，起調(diào)心作用，以適應(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)考慮哪些因素？試舉出1~2個實例說明之。

解：主要應(yīng)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(zhì)。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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速高，在高速時應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。

2)在軸承內(nèi)徑相同情況下，不同的滾動體尺寸對應(yīng)于不同的軸承尺寸系列。滾動體的尺寸 愈大，在高速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速都很低。

3．軸承的調(diào)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(yīng)采用具有自動調(diào)心性能的調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承。

11-14 滾動軸承的主要失效形式是什么？應(yīng)怎樣采取相應(yīng)的設(shè)計準則？

解：疲勞點蝕是滾動軸承的主要失效形式，設(shè)計準則是驗算當量動載荷以避免在要求壽命內(nèi)發(fā)生點蝕；當軸承轉(zhuǎn)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(chǎn)生塑性變形，使?jié)L道表面形成變形凹坑，設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速由n增為2n時，其壽命有何變化？ 解：（1）否，應(yīng)是原來的8倍

（2）否，應(yīng)是Lh/8

（3）轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸、傳動軸和心軸三種。轉(zhuǎn)軸既承受轉(zhuǎn)矩又承受彎矩，如的減速箱轉(zhuǎn)軸。傳動軸主要承受轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩。

12-2 轉(zhuǎn)軸所受彎曲應(yīng)力的性質(zhì)如何？其所受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的性質(zhì)又怎樣考慮？ 解：轉(zhuǎn)軸所受彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為靜應(yīng)力（單向轉(zhuǎn)動）、脈動應(yīng)力（單向轉(zhuǎn)動且頻繁起動）、對稱循環(huán)變應(yīng)力（頻繁正反轉(zhuǎn)）12-3 軸的常用材料有哪些？應(yīng)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(yīng)用較多，特別是45號鋼應(yīng)用最為廣泛。為了改善碳素鋼的機械性能，應(yīng)進行正火或調(diào)質(zhì)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(yīng)力集中的敏感性較高，因此設(shè)計合金鋼軸時，更應(yīng)從結(jié)構(gòu)上避免或減小應(yīng)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(zhuǎn)矩大。

12-5 轉(zhuǎn)軸設(shè)計時為什么不能先按彎扭合成強度計算，然后再進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，而必須按初估直徑、結(jié)構(gòu)設(shè)計、彎扭合成強度驗算三個步驟來進行？ 解：因為結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)簡單、可靠，并能承受較大軸向力；套筒定位結(jié)構(gòu)也簡單、可靠，但不適合高轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速n=1000r/min，如果軸上的剪切應(yīng)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(zhuǎn)速n=1450r/min，如果軸上的剪切應(yīng)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(zhuǎn)軸在直徑d=55mm處受不變的轉(zhuǎn)矩T=15?103N.m和彎矩M=7?103N.m，軸的

材料為45號鋼調(diào)質(zhì)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(zhuǎn)零件)，使它們一起旋轉(zhuǎn)并傳遞扭矩的部件，但離合器在機器運轉(zhuǎn)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(yīng)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(zhuǎn)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(chǎn)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(yīng)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(yīng)根據(jù)什么原則？

解：依據(jù)機器的工作條件（諸如轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩、軸的轉(zhuǎn)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(yīng)用？

解：牙嵌離合器結(jié)合準確、可靠、傳遞載荷大，但結(jié)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(zhuǎn)矩可以調(diào)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(chǎn)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(zhuǎn)動且傳遞轉(zhuǎn)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?。ɡ碚撋蠈S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(chǎn)生摩擦力，從而實現(xiàn)合閘制動。帶式制動器結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(gòu)的運動，如制動器、離合器中的控制彈簧，內(nèi)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(shè)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(guān)系？ 解：彈簧所受載荷與其變形之間的關(guān)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(diào)速

思考題和練習題

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

解：對于軸向尺寸較小的盤狀轉(zhuǎn)子（b/D<0.2），其質(zhì)量可以近似認為分布在垂直于其回轉(zhuǎn)軸線的同一平面內(nèi)，不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力形成一平面匯交力系，故對這類轉(zhuǎn)子只需要靜平衡就可以了。對于軸向尺寸較大的轉(zhuǎn)子（b/D≥0.2），其偏心質(zhì)量往往是分布在若干個不同的回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。對于這一類轉(zhuǎn)子，即使轉(zhuǎn)子的質(zhì)心位于回轉(zhuǎn)軸線上，滿足靜平衡的條件，但在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時，各不平衡質(zhì)量產(chǎn)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(zhuǎn)子需要動平衡。動平衡后的轉(zhuǎn)子也就達到了靜平衡。

14-2選擇平衡質(zhì)量的位置以及動平衡中兩個平衡基面的位置時應(yīng)考慮哪些因素？ 解：選擇平衡質(zhì)量的位置以及動平衡中兩個平衡基面的位置時首先應(yīng)考慮轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，布置平衡質(zhì)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(zhì)量，其位置的回轉(zhuǎn)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(diào)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(yīng)用？試舉幾例。飛輪能否調(diào)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(yīng)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(zhuǎn)構(gòu)件為從動件的桿機構(gòu)，利用飛輪動能創(chuàng)過死點等。飛輪不能調(diào)節(jié)非周期性速度波動。

14-4轉(zhuǎn)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(zhì)量產(chǎn)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(gòu)件間的相互作用力（內(nèi)力）變化引起的。二者是獨立的，即勻速運動的不平衡轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生附加動壓力，平衡轉(zhuǎn)子速度波動也會產(chǎn)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(zhuǎn)動慣量就越大，結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)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(zhì)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(shè)計機械傳動系統(tǒng)方案需要考慮哪些基本要求？設(shè)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(gòu)，應(yīng)使機械有較高的機械效率，合理安排不同類型傳動機構(gòu)的順序，合理分配傳動比，保證機械的安全運轉(zhuǎn)。

一般步驟：1擬定機械的工作原理,2執(zhí)行構(gòu)件的運動設(shè)計及原動機的選擇，3機構(gòu)的選型及組合，4機構(gòu)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(gòu)件運動配合關(guān)系的圖。對于有運動協(xié)調(diào)配合要求的執(zhí)行構(gòu)件，在設(shè)計機械時應(yīng)編制出機械工作循環(huán)圖。

15-3機構(gòu)的選型一般遵循哪些原則？ 解：機構(gòu)選型時，應(yīng)考慮以下一些原則：

（1）所選機構(gòu)應(yīng)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(gòu)應(yīng)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(yīng)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(gòu)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(chǎn)成本等都是有利的。

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

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

第三篇：機械設(shè)計基礎(chǔ)習題解答(1-5)

機械設(shè)計基礎(chǔ)教材習題參考解答

（第一章~第五章）

2012.8

目錄

第1章機械設(shè)計概論 _______________________________ 2 第2章機械零件尺寸的確定 _________________________ 3 第3章平面機構(gòu)運動簡圖及平面機構(gòu)自由度 ___________ 4 第4章平面連桿機構(gòu) _______________________________ 6 第5章凸輪機構(gòu) __________________________________ 11

第1章機械設(shè)計概論

思考題和練習題

1-1舉例說明什么是新型設(shè)計、繼承設(shè)計和變型設(shè)計。

解：新型設(shè)計通常人們指應(yīng)用成熟的科學技術(shù)或經(jīng)過實驗證明是可行的新技術(shù)，設(shè)計過去沒有過的新型機械，如：新型機械手、動車、撲翼飛機、電動汽車等；

繼承設(shè)計通常指人們根據(jù)使用經(jīng)驗和技術(shù)發(fā)展對已有的機械進行設(shè)計更新，以提高其性能、降低其制造成本或減少其運用費用，如：大眾系列汽車、大家電產(chǎn)品等。

變型設(shè)計通常指人們?yōu)檫m應(yīng)新的需要對已有的機械作部分的修改或增刪而發(fā)展出不同于標準型的變型產(chǎn)品，如：。各種工程機械、農(nóng)田作業(yè)機械等。1-2解：評價產(chǎn)品的優(yōu)劣的指標有哪些？ 解：產(chǎn)品的性能、產(chǎn)品的

1-3機械零件常用的材料有哪些？為零件選材時應(yīng)考慮哪些主要要求？ 解：制造機械零件的材料目前用得最多的是金屬材料，其又分為鋼鐵材料和非鐵材料（如銅、鋁及其合金等）；其次是非金屬材料（如工程塑料、橡膠、玻璃、皮革、紙板、木材及纖維制品等）和復合材料（如纖維增強塑料、金屬陶瓷等）。

從各種各樣的材料中選擇出合用的材料是一項受到多方面因素制約的工作，通常應(yīng)考慮下面的原則：

1)載荷的大小和性質(zhì)，應(yīng)力的大小、性質(zhì)及其分布狀況 2)零件的工作條件 3)零件的尺寸及質(zhì)量 4)經(jīng)濟性

1-4解：機械設(shè)計的內(nèi)容和步驟？

解：機械設(shè)計的內(nèi)容包括：構(gòu)思和方案設(shè)計、強度分析、材料的選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計等。機械設(shè)計的步驟：明確設(shè)計任務(wù)，總體設(shè)計，技術(shù)設(shè)計，樣機試制等。

第2章機械零件尺寸的確定

思考題和練習題

2-1 什么是失效，列舉失效的三種形式？

解：由于種種原因，零件不能正常工作，都稱為失效。

常見的失效形式有：(1)應(yīng)力過大；(2)變形過大；(3)磨損嚴重；(4)產(chǎn)生打滑；(5)產(chǎn)生共振；(6)聯(lián)接松脫。

2-2設(shè)計人員為什么要研究產(chǎn)品失效？

解：通過產(chǎn)品失效分析，設(shè)計中保證產(chǎn)品在預期的使用壽命內(nèi)不發(fā)生失效。2-3 載荷和應(yīng)力分別有哪兩大類？ 解：載荷大體可分兩類，(1)靜載荷——逐漸加到一定數(shù)值后，大小和方向都不變化或變化很小的載荷；(2)動載荷——突然加的、大小和方向隨時問變化的或沖擊性的載荷。

工作應(yīng)力可分靜應(yīng)力和變應(yīng)力： 應(yīng)力的大小或方向不隨時間變化或隨時間變化緩慢的應(yīng)力叫靜應(yīng)力，應(yīng)力的大小或方向隨時間變化的應(yīng)力叫變應(yīng)力。2-4 設(shè)計人員為什么需要熟悉材料機械性質(zhì)？

解：設(shè)計人員只有熟悉材料機械性質(zhì)，才能根據(jù)零件的要求正確的選擇材料。

2-5 劃分脆性材料和塑性材料的判據(jù)是什么？列舉這兩類材料在機械性質(zhì)方面的三點區(qū)別？

2-6 有一用碳鋼制成的軸，發(fā)現(xiàn)剛度不夠，改用合金鋼能否提高軸的整體剛度？ 2-7 屈服極限、強度極限、疲勞極限都是材料的應(yīng)力極限，它們的區(qū)別在哪里？

第3章平面機構(gòu)運動簡圖及平面機構(gòu)自由度

思考題和練習題

2-1機構(gòu)運動簡圖能表示出原機構(gòu)哪些方面的特性？

解：能夠表達機構(gòu)運動特征，如：各個構(gòu)件的位移、機構(gòu)的運動原理等。

2-2當機構(gòu)的原動件數(shù)少于或多于機構(gòu)的自由度時，機構(gòu)的運動將發(fā)生何種情況？ 解：機構(gòu)具有確定運動的條件是機構(gòu)原動件的數(shù)目等于機構(gòu)自由度的數(shù)目。該條件是在機構(gòu)可動的前提下獲得的。機構(gòu)可動的條件是機構(gòu)的自由度數(shù)目必須大于零或大于等于1。

當機構(gòu)不滿足確定運動條件時，若機構(gòu)原動件數(shù)目小于機構(gòu)的自由度數(shù)目時，則該機構(gòu)的運動將不完全確定。這時機構(gòu)的運動將遵循最小摩擦定律，而首先沿阻力最小的方向運動。這時此種機構(gòu)常用于具有自適應(yīng)要求的情況，如玩具車的遇障礙能自動轉(zhuǎn)向的驅(qū)動輪，就是采用具有兩個自由度的輪系，而驅(qū)動所用的原動件只有一個，來實現(xiàn)這一功能的。

若機構(gòu)的原動件數(shù)目大于機構(gòu)的自由度目時，則機構(gòu)就根本不能運動或機構(gòu)中最薄弱的環(huán)節(jié)將發(fā)生損壞，故此時機構(gòu)是時不能應(yīng)用的。

2-3計算題2-3圖所示各機構(gòu)的自由度，并指出復合鉸鏈、局部自由度和虛約束。

(a)縫紉機送布機構(gòu)

(b)篩料機機構(gòu)

(c)推土機鏟土機構(gòu)

(d)儀表機構(gòu)

(e)壓力機機構(gòu)

(f)凸輪連桿機構(gòu)

題2-3圖

解：(a)縫紉機送布機構(gòu)F=3X4-2X4-1X2=2；(b)篩料機機構(gòu)F=3 X 7-2 X 9-1=2；(c)推土機鏟土機構(gòu)F=3 X 5-2 X 7=1 ；(d)儀表機構(gòu)F=3 X 6-2 X 8-1=1 ；(e)壓力機機構(gòu)F=3 X 5-2 X 7=1 ；(f)凸輪連桿機構(gòu)F=3 X 4-2 X 5-1=1。

第4章平面連桿機構(gòu)

思考題和練習題

4-1為什么連桿機構(gòu)又稱低副機構(gòu)？它有哪些特點？

解：連桿機構(gòu)是剛性構(gòu)件通過轉(zhuǎn)動副或移動副聯(lián)接而成的。其特點：

1、優(yōu)點

⑴運動幅是低副，面接觸，所以承受壓強小、便于潤滑、磨損較輕，可承受較大載荷； ⑵結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，成本低，構(gòu)件之間的接觸是有構(gòu)件本身的幾何約束來保持的，所以構(gòu)件工作可靠；

⑶可使從動件實現(xiàn)多種形式的運動，滿足多種運動規(guī)律的要求； ⑷利用平面連桿機構(gòu)中的連桿可滿足多種運動軌跡的要求；

2、缺點

⑴根據(jù)從動件所需要的運動規(guī)律或軌跡來設(shè)計連桿機構(gòu)比較復雜； ⑵只能近似實現(xiàn)給定的運動規(guī)律，綜合運動精度較低； ⑶運動時產(chǎn)生的慣性難以平衡，不適用于高速場合。

4-2鉸鏈四桿機構(gòu)有哪幾種主要型式？它們之間主要區(qū)別在哪里？ 解：根據(jù)連架桿運動形式的不同，可分為三種基本形式：

1.曲柄搖桿機構(gòu)：在兩連架桿中，一個為曲柄，另一個為搖桿； 2.雙曲柄機構(gòu)：兩連桿架均為曲柄的四桿機構(gòu)； 3.雙搖桿機構(gòu)：兩連桿架均為搖桿的四桿機構(gòu)。

4-3何謂“曲柄”？鉸鏈四桿機構(gòu)中曲柄存在的條件是什么？

解：作整周轉(zhuǎn)動的連架桿稱謂曲柄。鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件：(1)最短桿與最長桿之和小于或等于其余兩桿長度之和；(2)最短桿為連架桿或機架。

4-4何謂連桿機構(gòu)的壓力角和傳動角？其大小對連桿機構(gòu)的工作有何影響？在四桿機構(gòu)中最小傳動角出現(xiàn)在何位置？

解：壓力角—在不計摩擦力、慣性力和重力時，從動件所受的力 F 與 受力點速度 V c 所夾的銳角。壓力角愈小，機構(gòu)傳動性能愈好。傳動角—連桿與從動件所夾的銳角；傳動角是連桿機構(gòu)的重要動力指標；傳動角越大，機構(gòu)的傳動性能越好。傳動角在機構(gòu)運轉(zhuǎn)時是變化的。

鉸鏈四桿機構(gòu)在曲柄與機架共線的兩位置出現(xiàn)最小傳動角。

4-5試根據(jù)題4-5圖中注明的尺寸判斷下列鉸鏈四桿機構(gòu)是曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)還是雙搖桿機構(gòu)。

題4-5圖

解：a）雙曲柄機構(gòu)；40+110<70+90，最短桿為機架。b)曲柄搖桿機構(gòu)；45+120<100+70，最短桿為連架桿。

c）雙搖桿機構(gòu)；50+100>50+70，不滿足桿長條件。d）雙搖桿機構(gòu)。50+100<70+90，最短桿為連桿。

4-6試確定題4-6圖兩機構(gòu)從動件的擺角?和機構(gòu)的最小傳動角。

題4-6圖

解：a）從動件的擺角?=74o，機構(gòu)的最小傳動角?=15o；

題4-6圖a）

b）從動件的擺角?=60o，機構(gòu)的最小傳動角?=35o；

題4-6圖b）

4-7題4-7圖所示為一偏置曲柄滑塊機構(gòu)，試求構(gòu)件1能整周轉(zhuǎn)動的條件。

BC。解：構(gòu)件1能整周轉(zhuǎn)動的條件為AB+e≤4-8題4-8圖所示為某機械踏板機構(gòu)，設(shè)已知LCD=500mm，LAD=1000mm，踏板3在水平位置上下各擺動10?，試確定曲柄1和連桿2的長度LAB和LBC。

題4-7圖

題4-8圖

解：曲柄1的長度LAB=77.85mm，連桿2的長度LBC=1115.58mm。

題4-8圖

4-9題4-9圖所示為一曲柄搖桿機構(gòu)，已知曲柄長度LAB=80mm，連桿長度LBC=390mm，搖桿長度LCD=300mm，機架長度LAD=380mm，試求：

（1）搖桿的擺角?；（2）機構(gòu)的極位夾角?；

（3）機構(gòu)的行程速比系數(shù)K。解：（1）搖桿的擺角?=49o；（2）機構(gòu)的極位夾角?=13o；（3）機構(gòu)的行程速比系數(shù)K=

180+?180+13=，K=1.156。

180?18013 8

C

題4-9圖

題4-9圖

4-10設(shè)計一偏置曲柄滑塊機構(gòu)。已知滑塊的行程s=50mm，偏距e=20mm（如題4-10圖），行程速比系數(shù)K=1.5，試用作圖法求曲柄的長度LAB和連桿的長度LBC。

題4-10圖

解：曲柄的長度LAB=21.51mm，連桿的長度LBC=46.51mm。

題4-10圖

4-11設(shè)計一鉸鏈四桿機構(gòu)作為加熱爐爐門的啟閉機構(gòu)。已知爐門上兩活動鉸鏈的中心距為50mm，爐門打開后成水平位置時，要求爐門溫度較低的一面朝上（如虛線所示），設(shè)固定

鉸鏈安裝在y-y軸線上，其相關(guān)尺寸如題4-11圖所示，求此鉸鏈四桿機構(gòu)其余三桿的長度。

題4-11圖

解：鉸鏈四桿機構(gòu)的機架長度=90.36mm，上連架桿的長度=64.75mm，下連架桿的長度=104.61mm。

4-12已知某操縱裝置采用鉸鏈四桿機構(gòu)，要求兩連架桿的對應(yīng)位置為?1=35?，?1=50?；?2=80?，?2=75?；?3=125?，?3=105?，機架長度LAD=80mm，試用解析法求其余三桿長度。

解：cos?1=P0 cos?1 +P1 cos(?1-?1)+P2

cos?2=P0 cos?2 +P1 cos(?2-?2)+P2

cos?3=P0 cos?3 +P1 cos(?3-?3)+P2 各桿的長度：LAD=80mm；LAB=63.923，LBC =101.197，LCD =101.094。

題4-12圖

第5章凸輪機構(gòu)

思考題和練習題

5-1凸輪和推桿有哪些型式？應(yīng)如何選用？

解：凸輪機構(gòu)的類型很多，常就凸輪和推桿的形狀及其運動形式的不同來分類。(1)按凸輪的形狀分

1)盤形凸輪

2）移動凸輪 3)圓柱凸輪

盤形凸輪是一個具有變化向徑的盤形構(gòu)件繞固定軸線回轉(zhuǎn)。移動凸輪可看作是轉(zhuǎn)軸在無窮遠處的盤形凸輪的一部分，它作往復直線移動。圓柱凸輪是一個在圓柱面上開有曲線凹槽，或是在圓柱端面上作出曲線輪廓的構(gòu)件，它可看作是將移動凸輪卷于圓柱體上形成的。盤形凸輪機構(gòu)和移動凸輪機構(gòu)為平面凸輪機構(gòu)，而圓柱凸輪機構(gòu)是一種空間凸輪機構(gòu)。盤形凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)比較簡單，應(yīng)用也最廣泛，但其推桿的行程不能太大，否則將使凸輪的尺寸過大。

(2)按推桿的形狀分

1)尖頂推桿。這種推桿的構(gòu)造最簡單，但易磨損，所以只適用于作用力不大和速度較低的場合(如用于儀表等機構(gòu)中)。

2)滾子推桿。滾子推桿由于滾子與凸輪輪廓之間為滾動摩擦，所以磨損較小，故可用來傳遞較大的動力，因而應(yīng)用較廣。

3)平底推桿。平底推桿的優(yōu)點是凸輪與平底的接觸面間易形成油膜，潤滑較好，所以常用于高速傳動中。

(3)按推桿的運動形式分

1)直動推桿。即往復直線運動的推桿。在直動推桿中，若其軸線通過凸輪的回轉(zhuǎn)軸心，則稱其為對心直動推桿，否則稱為偏置直動推桿。

2)擺動推桿。即作往復擺動的推桿,分為：擺動尖頂推桿、擺動滾子推桿和擺動平底推桿。

(4)按凸輪與推桿保持接觸的方法分

1)力封閉的凸輪機構(gòu)，即利用推桿的重力、彈簧力或其他外力使推桿與凸輪保持接觸的。

2)幾何封閉的凸輪機構(gòu)，即利用凸輪或推桿的特殊幾何結(jié)構(gòu)使凸輪與推桿保持接觸。例如凹槽滾子式凸輪機構(gòu)、等寬凸輪機構(gòu)、等徑凸輪機構(gòu)和共軛凸輪(或主回凸輪)機構(gòu)。5-2常用的推桿運動規(guī)律各有何特點？各適用于何種場合？什么是剛性沖擊和柔性沖擊？

解：所謂推桿的運動規(guī)律是指推桿在運動時，其位移s、速度v 和加速度a 隨時間t 變化的規(guī)律。又因凸輪一般為等速運動，即其轉(zhuǎn)角δ與時間t 成正比，所以推桿的運動規(guī)律更常表示為推桿的運動參數(shù)隨凸輪轉(zhuǎn)角δ變化的規(guī)律。

推桿常用運動規(guī)律主要有如下三類：

1)一次多項式運動規(guī)律，推桿等速運動，故這種運動規(guī)律又稱為等速運動規(guī)律。適用于低速。

2)等加速等減速運動規(guī)律。適用于低速。3）簡諧運動規(guī)律。適用于低速。選擇推桿運動規(guī)律，首先須滿足機器的工作要求，其次還應(yīng)凸輪機構(gòu)具有良好的動力特性；此外，還應(yīng)使所設(shè)計的凸輪便于加工，等等。

剛性沖擊：由加速度產(chǎn)生的慣性力突變?yōu)闊o窮大，致使機械產(chǎn)生的強烈沖擊。

柔性沖擊：從動件在某瞬時加速度發(fā)生有限大值的突變時所引起的沖擊。5-3何謂凸輪機構(gòu)的反轉(zhuǎn)法設(shè)計？它對于凸輪廓線的設(shè)計有何意義？

解：在設(shè)計凸輪廓線時，可假設(shè)凸輪靜止不動，而使推桿相對于凸輪作反轉(zhuǎn)運動；同時又在其導軌內(nèi)作預期運動，作出推桿在這種復合運動中的一系列位置，則其尖頂?shù)能壽E就是所要求的凸輪廓線。

5-4何謂凸輪機構(gòu)的壓力角？為什么要規(guī)定許用壓力角？

解：桿所受正壓力的方向(沿凸輪廓線在接觸點的法線方向)與推桿上作用點的速度方向之間所夾之銳角，稱為凸輪機構(gòu)在圖示位置的壓力角，用α表示。

在凸輪機構(gòu)中，壓力角α是影響凸輪機構(gòu)受力情況的一個重要參數(shù)。在其他條件相同的情況下，壓力角愈大，則作用力 F 將愈大；在生產(chǎn)實際中，為了提高機構(gòu)的效率、改善其受力情況，通常規(guī)定凸輪機構(gòu)的最大壓力角αmax應(yīng)小于某一許用壓力角[α]。

5-5何謂凸輪機構(gòu)的運動失真？它是如何產(chǎn)生的？怎樣才能避免運動失真？

當凸輪的理論輪廓曲線為外凸時，其工作廓線的曲率半徑?a 等于理論廓線的曲率半徑ρ與滾子半徑rT之差。此時若ρ＝rT，工作廓線的曲率半徑為零，則工作廓線將出現(xiàn)尖點，這種現(xiàn)象稱為變尖現(xiàn)象；若ρ

因此，對于外凸的凸輪輪廓曲線，應(yīng)使?jié)L子半徑小于理論廓線的最小曲率半徑ρmin。5-6盤形凸輪基圓半徑的選擇與哪些因素有關(guān)？

解：對于一定型式的凸輪機構(gòu)，在推桿的運動規(guī)律選定后，該凸輪機構(gòu)的壓力角與凸輪基圓半徑的大小直接相關(guān)。在設(shè)計凸輪機構(gòu)時，凸輪的基圓半徑取得越小，所設(shè)計的機構(gòu)越緊湊?；鶊A半徑過小會引起壓力角增大，致使機構(gòu)工作情況變壞。凸輪基圓半徑的確定的原則為：在滿足 αmax≤[α]的條件下，合理地確定凸輪的基圓半徑，使凸輪機構(gòu)的尺寸不至過大。

在實際設(shè)計工作中，凸輪的基圓半徑r。的確定，不僅要受到αmax≤[α]的限制，還要考慮到凸輪的結(jié)構(gòu)及強度的要求等。因此在實際設(shè)計工作中，凸輪的基圓半徑常是根據(jù)具體結(jié)構(gòu)條件來選擇的。必要時再檢查所設(shè)計的凸輪是否滿足αmax≤[α]的要求。

5-7寫出題5-7圖所示凸輪機構(gòu)的名稱，并在圖中作出（或指出）：1）基圓ro；2）理論廓線；3）實際廓線；4）行程h；5）圖示位置從動件的位移量s；6）推桿與凸輪上A點接觸時的壓力角。

題5-7圖

5-8如題5-8圖示為一偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu)。已知AB段為凸輪的推程廓線，試在圖上標注推程運動角?t。

5-9題5-9圖所示為一偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu)。已知凸輪為一以C為中心的圓盤，問輪廓上D點與尖頂接觸時其壓力角為多少？試作圖加以表示。

題5-8圖

題5-9圖

題5-10圖

題5-8圖

題5-9圖

題5-10圖

5-10題5-10圖示為一對心尖頂推桿單元弧凸輪（偏心輪），其幾何中心O?與凸輪轉(zhuǎn)軸O的距離為Loo’=15mm，偏心輪半徑R=30mm，凸輪以等角速度?順時針轉(zhuǎn)動，試作出推桿的位移線圖s-?。

第四篇：機械設(shè)計基礎(chǔ)習題

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》習題

機械設(shè)計部分

目錄 機械零件設(shè)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(shè)計機械零件設(shè)計概論

思 考 題

8-1 機械零件設(shè)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(shè)計準則？設(shè)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(yīng)力的循環(huán)特性？對稱循環(huán)應(yīng)力和脈動循環(huán)應(yīng)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(guān)？ 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(shè)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(yīng)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(yīng)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(gòu)，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(zhuǎn)條件求螺桿所需轉(zhuǎn)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(jié)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(zhuǎn)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(guān)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(shè)計此螺栓組，并分析比較設(shè)計結(jié)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(nèi)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(shè)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?；瑝K

差動桿

螺桿

機架 F 9-11 圖示為一差動螺旋機構(gòu)。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(nèi)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(zhuǎn)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(shè)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(shè)計計算準則有哪些？在工程設(shè)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(shè)計計算準則是什么？ 10-2 在齒輪傳動設(shè)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(shè)計的流程怎樣？如何用框圖表示？ 10-7 在齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計時，齒輪的結(jié)構(gòu)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(yīng)力[σH2]、[σH1]各提高30%，試問此傳動在不改變工作條件及其他設(shè)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(diào)質(zhì)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(zhuǎn)動，載荷有中等沖擊，用電動機驅(qū)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(qū)動，單向轉(zhuǎn)動，載荷均勻，z1=21，小齒輪為45鋼調(diào)質(zhì)，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(zhuǎn)動，載荷有中等沖擊，要求結(jié)構(gòu)緊湊，采用硬齒面材料。試設(shè)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(qū)動，載荷平穩(wěn)，雙向轉(zhuǎn)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(diào)質(zhì)，大齒輪材料為35SiMn調(diào)質(zhì)，試校核此閉式傳動的強度。10-8 設(shè)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(qū)動，選用硬齒面材料，z1=19。試設(shè)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(qū)動，載荷有中等沖擊，要求結(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)的設(shè)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(shè)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(zhuǎn)向，確定蝸輪的螺旋方向和轉(zhuǎn)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(yīng)轉(zhuǎn)動蝸桿的轉(zhuǎn)數(shù)；（2）設(shè)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(shè)重物重Q=5kN，通過手柄轉(zhuǎn)臂施加的力F=100N，手柄轉(zhuǎn)臂的長度l的最小值。

題圖11-2 題圖11-3

11-4 試設(shè)計一單級圓柱蝸桿傳動：傳動由電動機驅(qū)動，電動機的功率為7kW，轉(zhuǎn)數(shù)為1440r/min，蝸輪軸的轉(zhuǎn)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(chǎn)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(shè)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(guān)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??？ 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(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速；(4)滑動率? =0.015時大帶輪的實際轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)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(gòu)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(yīng)？如何減輕多邊形效應(yīng)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(yīng)按哪個方向轉(zhuǎn)動才合理？兩輪軸線布置在同一鉛垂面內(nèi)（圖c）有什么缺點？應(yīng)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(shè)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(yīng)采用何種潤滑方式。13-5 設(shè)計一往復式壓氣機上的滾子鏈傳動。已知電動機轉(zhuǎn)速n1=960 r/min，功率P = 3 kW，壓氣機轉(zhuǎn)速n2=320 r/min，希望中心距不大于650 mm（要求中心距可以調(diào)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(zhuǎn)速n1=130 r/min。設(shè)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(zhuǎn)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(shè)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(qū)動，傳遞的功率P=4.5kW，軸的轉(zhuǎn)速n=960 r/min，設(shè)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(zhuǎn)速n=1440 r/min，如果軸上的扭切應(yīng)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(jié)構(gòu)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(qū)動，電動機的功率P=12kW，轉(zhuǎn)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(diào)質(zhì)。試計算減速器輸出軸的最小直徑，并進行軸結(jié)構(gòu)設(shè)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(yīng)用場合有哪些？ 15-2 滑動軸承的主要結(jié)構(gòu)型式有哪幾種？各有什么特點？

15-3 軸承材料應(yīng)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(shè)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(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)為空心，大徑d0 =120mm，內(nèi)徑d1 =90mm，轉(zhuǎn)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(shè)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(nèi)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(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)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(jié)構(gòu)特點？

習

題

16-1 試說明以下滾動軸承的類型、內(nèi)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(zhuǎn)速n =1440r/min，要求設(shè)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(shè)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(zhuǎn)速n =5000r/min，常溫下運轉(zhuǎn)，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(shè)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(zhuǎn)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(yīng)直流電。已知所需最大功率P = 18～20kW，轉(zhuǎn)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(shè)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(guān)？ 18-5 什么是彈簧的特性曲線？它與彈簧的剛度有什么關(guān)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(chǎn)生什么樣的應(yīng)力？ 18-7 圓柱螺旋拉，壓彈簧的彈簧絲最先損壞的一般是內(nèi)側(cè)還是外側(cè)？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(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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(yīng)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(shè)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(shè)計彈簧的尺寸盡可能小。18-5 一扭轉(zhuǎn)螺旋彈簧用在760mm的門上。當門關(guān)閉時，手把上加4.5N的推力才能把門打

2?開。當門轉(zhuǎn)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(shè)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(gòu)順序時，應(yīng)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(zhuǎn)幾圈？

19-6 給出五種把回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動的機構(gòu)，畫出機構(gòu)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(zhuǎn)速n = 40 r/min，電動機轉(zhuǎn)速nd = 1440 r/min，功率P = 5.5 kW。試設(shè)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(zhuǎn)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(gòu)的推力機方案）。

z2 z3 z1 z4 題圖19-3

第五篇：機械設(shè)計基礎(chǔ) 第五版 課后習題答案 詳細解答

前 言

機械設(shè)計基礎(chǔ)課程是高等工科學校近機類、非機類 專業(yè)開設(shè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。楊可楨、程光蘊主編的 《機械設(shè)計基礎(chǔ)》, 因其內(nèi)容精煉、深度適中、重點突 出、知識面寬而被眾多高等學校作為主要教材在教學中 采用。

本書是根據(jù)原國家教委頒布的“高等工業(yè)學校機械 設(shè)計基礎(chǔ)課程基本要求”, 匯集了編者多年來的教學經(jīng) 驗, 在深刻理解機械設(shè)計基礎(chǔ)課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上編寫而 成的, 是楊可楨、程光蘊主編《機械設(shè)計基礎(chǔ)》的配套 輔導書, 章節(jié)順序和內(nèi)容體系與教材完全一致, 并涵蓋 了國內(nèi)同類教材的重點內(nèi)容。本書特點: 1.明確每章的教學基本要求和重點教學內(nèi)容。重點介紹基本概念、基本理論、基本分析方法和設(shè)計方法。2.建立明晰的知識結(jié)構(gòu)框架。.考點及經(jīng)典題型精解。介紹考點的具體內(nèi)容, 并詳盡剖析, 總結(jié)解題規(guī)律、解題思路、解題技巧。4.詳細的課后習題解答。5.自測試題及答案符合考點精神, 便于學習總結(jié) 和自我檢驗。

書后附有模擬試題五套。

參加本書編寫工作的有: 西安電子科技大學李團結(jié)(第1 , 14 章)、西安石油大學秦彥斌(第3 章)、西安石油大學陸品(第13 章)、西安建筑科技大學史麗晨(第2 , 5 , 7 , 8 , 12 章)、西安建 筑科技大學郭瑞峰(第4 , 6 , 9 , 10 , 11 , 15 , 16 , 17 , 18 章及模 擬試題)。全書由郭瑞峰、史麗晨主編。

本書可作為近機類、非機類大學生學習《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程 的參考書, 也可供電大、職大、函大、夜大等相關(guān)專業(yè)的學生學習使用, 也可作為考研輔導書, 還可供有關(guān)教師及工程技術(shù)人員 參考。

由于編者水平有限, 書中難免有謬誤和不妥之處, 敬請讀者批 評指正。編者

2005 年8 月于西安 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2 導學2導考

目錄

第 1 章平面機構(gòu)的自由度和速度分析?????? 1 1.1 重點內(nèi)容提要???????????? 1 1.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖??????????? 6 1.3 考點及常見題型精解????????? 6 1.4 課后習題詳解???????????? 11 1.5 學習效果測試題及答案???????? 16 第2 章平面連桿機構(gòu)???????????? 20 2.1 重點內(nèi)容提要???????????? 20 2.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖??????????? 26 2.3 考點及常見題型精解????????? 27 2.4 課后習題詳解???????????? 32 2.5 學習效果測試題及答案???????? 42 第3 章凸輪機構(gòu)?????????????? 50 3.1 重點內(nèi)容提要???????????? 50 3.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖??????????? 57 3.3 考點及常見題型精解????????? 58 3.4 課后習題詳解???????????? 67 3.5 學習效果測試題及答案????????????? 79 第4 章齒輪機構(gòu)??????????????????? 84 4.1 重點內(nèi)容提要????????????????? 84 4.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖???????????????? 93 4.3 考點及常見題型精解?????????????? 95 4.4 課后習題詳解???????????????? 101 4.5 學習效果測試題及答案???????????? 108 第5 章輪系????????????????????? 111 5.1 重點內(nèi)容提要???????????????? 111 5.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖??????????????? 114 5.3 考點及常見題型精解????????????? 115 5.4 課后習題詳解???????????????? 118 5.5 學習效果測試題及答案???????????? 131 第6 章間歇運動機構(gòu)????????????????? 137 6.1 重點內(nèi)容提要???????????????? 137 6.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖??????????????? 140 6.3 考點及常見題型精解????????????? 140 6.4 課后習題詳解???????????????? 142 6.5 學習效果測試題及答案???????????? 144 第7 章機械運轉(zhuǎn)速度波動的調(diào)節(jié)???????????? 146 7.1 重點內(nèi)容提要???????????????? 146 7.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖??????????????? 149 7.3 考點及常見題型精解????????????? 149 7.4 課后習題詳解???????????????? 153 Ⅱ 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2 導學2導考.5 學習效果測試題及答案???????????? 161 第8 章回轉(zhuǎn)件的平衡????????????????? 165 8.1 重點內(nèi)容提要???????????????? 165 8.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖??????????????? 168 8.3 考點及常見題型精解????????????? 168 8.4 課后習題詳解???????????????? 172 8.5 學習效果測試題及答案???????????? 183 第9 章機械零件設(shè)計概論??????????????? 187 9.1 重點內(nèi)容提要???????????????? 187 9.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖??????????????? 194 9.3 考點及常見題型精解????????????? 195 9.4 課后習題詳解???????????????? 196 9.5 學習效果測試題及答案???????????? 206 第10 章聯(lián)接???????????????????? 209 10.1 重點內(nèi)容提要???????????????? 209 10.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖??????????????? 217 10.3 考點及常見題型精解????????????? 218 10.4 課后習題詳解???????????????? 224 10.5 學習效果測試題及答案???????????? 240 第11 章齒輪傳動?????????????????? 243 11.1 重點內(nèi)容提要???????????????? 243 11.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖??????????????? 254 11.3 考點及常見題型精解????????????? 255 11.4 課后習題詳解???????????????? 258 目錄 Ⅲ.5 學習效果測試題及答案???????????? 274 第12 章蝸桿傳動?????????????????? 277 12.1 重點內(nèi)容提要???????????????? 277 12.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖??????????????? 281 12.3 考點及常見題型精解?.?.?.?.?.?.?282 12.4 課后習題詳解???????????????? 286 12.5 學習效果測試題及答案???????????? 293 第13 章帶傳動和鏈傳動??????????????? 297 13.1 重點內(nèi)容提要???????????????? 297 13.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖??????????????? 306 13.3 考點及常見題型精解????????????? 307 13.4 課后習題詳解???????????????? 316 13.5 學習效果測試題及答案???????????? 324 第14 章軸 ????????????????????? 329 14.1 重點內(nèi)容提要???????????????? 329 14.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖??????????????? 333 14.3 考點及常見題型精解????????????? 334 14.4 課后習題詳解???????????????? 338 14.5 學習效果測試題及答案???????????? 347 第15 章滑動軸承?????????????????? 350 15.1 重點內(nèi)容提要???????????????? 350 15.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖??????????????? 356 15.3 考點及常見題型精解????????????? 357 15.4 課后習題詳解???????????????? 359 Ⅳ 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2 導學2導考 15.5 學習效果測試題及答案???????????? 361 第16 章滾動軸承?????????????????? 363 16.1 重點內(nèi)容提要???????????????? 363 16.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖??????????????? 372 16.3 考點及常見題型精解????????????? 373 16.4 課后習題詳解???????????????? 379 16.5 學習效果測試題及答案???????????? 386 第17 章聯(lián)軸器、離合器和制動器???????????? 390 17.1 重點內(nèi)容提要???????????????? 390 17.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖??????????????? 392 17.3 考點及常見題型精解????????????? 393 17.4 課后習題詳解???????????????? 396 17.5 學習效果測試題及答案???????????? 400 第18 章彈簧???????????????????? 403 18.1 重點內(nèi)容提要???????????????? 403 18.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖??????????????? 408 18.3 考點及常見題型精解????????????? 409 18.4 課后習題詳解???????????????? 411 18.5 學習效果測試題及答案???????????? 418 附錄模擬試題及參考解答??????????????? 420 附錄A 模擬試題???????????????? 420 附錄B 模擬試題參考解答????????????? 439 參考文獻??????????????????????? 449 目錄 Ⅴ

第1 章平面機構(gòu)的自由度和速度分析

1.1 重點內(nèi)容提要.1.1 教學基本要求(1)掌握運動副的概念及其分類。

(2)掌握繪制機構(gòu)運動簡圖的方法。(3)掌握平面機構(gòu)的自由度計算公式。

(4)掌握速度瞬心的概念, 能正確計算機構(gòu)的瞬心數(shù)。(5)掌握三心定理并能確定平面機構(gòu)各瞬心的位置。(6)能用瞬心法對簡單高、低副機構(gòu)進行速度分析。.1.2 構(gòu)件和運動副及其分類

1.構(gòu)件

構(gòu)__________件是機器中獨立的運動單元體, 是組成機構(gòu)的基本要素之一。零件是機

器中加工制造的單元體, 一個構(gòu)件可以是一個零件, 也可以是由若干個零件剛 性聯(lián)接在一起的一個獨立運動的整體。構(gòu)件在圖形表達上是用規(guī)定的最簡單的 線條或幾何圖形來表示的, 但從運動學的角度看, 構(gòu)件又可視為任意大的平面 剛體。

機構(gòu)中的構(gòu)件可分為三類:(1)固定構(gòu)件(機架)。用來支承活動構(gòu)件(運動構(gòu)件)的構(gòu)件, 作為研究機 構(gòu)運動時的參考坐標系。

(2)原動件(主動件)。又稱為輸入構(gòu)件, 是運動規(guī)律已知的活動構(gòu)件, 即作 用有驅(qū)動力的構(gòu)件。

(3)從動件。其余隨主動件的運動而運動的活動構(gòu)件。

(4)輸出構(gòu)件。輸出預期運動的從動件。其他從動件則起傳遞運動的作用。2.運動副

運動副是由兩構(gòu)件組成的相對可動的聯(lián)接部分, 是組成機構(gòu)的又一基本要 素。由運動副的定義可以看出運動副的基本特征如下:(1)具有一定的接觸表面, 并把兩構(gòu)件參與接觸的表面稱為運動副元素。(2)能產(chǎn)生一定的相對運動。因此, 運動副可按下述情況分類:(1)根據(jù)兩構(gòu)件的接觸情況分為高副和低副, 其中通過點或線接觸的運動 副稱為高副, 以面接觸的運動副稱為低副。

(2)按構(gòu)成運動副兩構(gòu)件之間所能產(chǎn)生相對運動的形式分為轉(zhuǎn)動副(又稱 為鉸鏈)、移動副、螺旋副和球面副等。

(3)因為運動副起著限制兩構(gòu)件之間某些相對運動的作用, 所以運動副可 根據(jù)其所引入約束的數(shù)目分為Ⅰ 級副、Ⅱ 級副、Ⅲ 級副、Ⅳ 級副和Ⅴ 級副。

在實際機械中, 經(jīng)常出現(xiàn)某一構(gòu)件與其他構(gòu)件在多處接觸的聯(lián)接情況, 這

時應(yīng)注意分析各處接觸所引入的約束情況, 并根據(jù)所引入獨立約束的數(shù)目來判 定兩構(gòu)件形成運動副的類別及數(shù)目?？傊? 兩構(gòu)件構(gòu)成的運動副應(yīng)至少要引入 一個約束, 也至少要具有一個自由度。因此,平面運動副的最大約束數(shù)為2 , 最小 約束數(shù)為1。至于運動副的圖形表達則應(yīng)按照國家標準規(guī)定的符號來繪制。.1.3 機構(gòu)運動簡圖及其繪制

機構(gòu)各部分的相對運動只決定于各構(gòu)件間組成的運動副類型(轉(zhuǎn)動副、移 動副及高副等)和各構(gòu)件的運動尺寸(即確定各運動副相對位置的尺寸), 而與 構(gòu)件的形狀和外形尺寸等因素無關(guān)。所以, 描述機構(gòu)運動原理的圖形, 可以根據(jù) 機構(gòu)的運動尺寸, 按一定的比例尺定出各運動副的位置, 再用規(guī)定的運動副的 代表符號和代表構(gòu)件的簡單線條或幾何圖形將機構(gòu)的運動情況表示出來, 這種 與實際機構(gòu)位置相同或尺寸成比例繪出的簡單圖形稱為機構(gòu)運動簡圖?？梢钥?出, 機構(gòu)運動簡圖是剔除了與運動無關(guān)的因素而畫出來的簡圖, 最清楚地揭示 了機構(gòu)的運動特性。而設(shè)計機構(gòu), 也就是要確定機構(gòu)方案和與運動有關(guān)的尺寸, 即設(shè)計機構(gòu)運動簡圖。

機構(gòu)運動簡圖繪制的步驟如下: 第一步: 認清機架、輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件。

第二步: 分清構(gòu)件并編號。首先使主動件運動起來, 然后從主動件開始, 按 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2 導學2導考

構(gòu)件是運動單元體的概念分清機構(gòu)中有幾個構(gòu)件, 并將構(gòu)件(包括機架)按聯(lián)接 順序編號為1 , 2 , 3 , ?。

第三步: 認清運動副類型并編號。根據(jù)兩構(gòu)件間的相對運動形態(tài)或運動副 元素的形狀, 認清運動副的類型并依次編號, 如A, B , C, ?。

第四步: 恰當?shù)剡x擇作圖的投影平面。選擇時應(yīng)以能最簡單、清楚地把機構(gòu) 的運動情況表示出來為原則。一般選機構(gòu)中的多數(shù)構(gòu)件的運動平面為投影面。第五步: 以機架為參考坐標系, 將主動件置于一個適當?shù)奈恢? 按比例定出 各運動副的位置, 并畫出各運動副的符號及注出編號。

以機架為參考坐標系, 就是可先定出機架上運動副的位置, 并以此位置作

為基準, 畫出機構(gòu)中各構(gòu)件相對于機架的位置關(guān)系, 所以機架本身是否水平或 傾斜是不必考慮的。

將主動件置于適當位置的目的是使畫出的機構(gòu)運動簡圖清晰, 就是代表構(gòu) 件的線條盡量不交叉、不重疊。

第六步: 將同一構(gòu)件的運動副用簡單的線條連起來代表構(gòu)件, 并注出構(gòu)件 編號和原動件的轉(zhuǎn)向箭頭, 便繪出了機構(gòu)的運動簡圖。.1.4平面機構(gòu)自由度的計算

1.平面一般機構(gòu)自由度的計算 其公式為 F = 3 nph(1.1)式(1.1)中, F 為機構(gòu)的自由度, n為機構(gòu)中活動構(gòu)件的數(shù)目, pl 為機構(gòu)中低副的 數(shù)目, ph 為機構(gòu)中高副的數(shù)目。

為了使F 計算正確, 必須正確判斷機構(gòu)中n, pl 和ph 的數(shù)目, 因此, 應(yīng)特別 注意處理好下列三種情況:(1)要正確判定機構(gòu)中構(gòu)件的數(shù)目和運動副的數(shù)目。構(gòu)件是機構(gòu)中的運動 單元體, 所以, 不論構(gòu)件的結(jié)構(gòu)如何復雜, 只要是同一個運動單元體, 它就是一 個構(gòu)件。

對于運動副數(shù)目的確定, 應(yīng)注意復合鉸鏈的存在, 即當m(m > 2)個構(gòu)件同 在一處以轉(zhuǎn)動副聯(lián)接時, 則構(gòu)成復合鉸鏈, 其轉(zhuǎn)動副數(shù)應(yīng)為(mpl(1.2)式(1.2)中, n 為機構(gòu)中活動構(gòu)件的數(shù)目, pl 為機構(gòu)中移動副的數(shù)目。.1.5 速度瞬心及其應(yīng)用

1.速度瞬心

速度瞬心是作相對平面運動的兩構(gòu)件上瞬時相對速度為零(即絕對速度相

等)的重合點, 即同速點。在機構(gòu)中, 如果這兩個構(gòu)件都是運動的, 即其同速點處 4 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2 導學2導考 的絕對速度不等于零, 則其瞬心稱為相對瞬心。如果這兩個構(gòu)件之一是靜止的, 即其同速點處的絕對速度為零, 則其瞬心稱為絕對瞬心。2.瞬心總數(shù)

每兩個構(gòu)件有一個瞬心, 因此由N 個構(gòu)件(含機架)組成的機構(gòu), 其瞬心數(shù) 目按組合關(guān)系可得 K = N(N2 pl1)/ 2 瞬心位置的確定

兩構(gòu)件直接以運動副聯(lián)接

兩構(gòu)件不直接聯(lián)接:三__________心定理 機構(gòu)的速度分析

求兩構(gòu)件的角速度之比 求構(gòu)件的角速度和速度 1.3 考點及常見題型精解.3.1 本章考點

本章考點有以下幾個方面:(1)機構(gòu)中的構(gòu)件、運動副、復合鉸鏈、局部自由度和虛約束等基本概念。6 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2 導學2導考

(2)運用規(guī)定的符號, 繪制常用機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖。(3)平面機構(gòu)自由度的正確計算。

(4)速度瞬心的概念和三心定理的正確運用。(5)用速度瞬心法作機構(gòu)的速度分析。.3.2 常見題型精解

例1.1 試繪制圖1.1(a)所示偏心回轉(zhuǎn)油泵機構(gòu)的運動簡圖(其各部分尺

寸可由圖中直接量取), 并判斷該機構(gòu)是否具有確定的運動。圖中偏心輪1 繞固 定軸心A 轉(zhuǎn)動, 外環(huán)2 上的葉片a 在可繞軸心C轉(zhuǎn)動的圓柱3 中滑動。當偏心輪 1 按圖示方向連續(xù)回轉(zhuǎn)時, 可將低壓油由右端吸入, 高壓油從左端排出。圖1.1 解(1)選取合適的長度比例尺(μl)繪制此機構(gòu)的運動簡圖, 如圖1.1(b)所示。

(2)計算機構(gòu)的自由度。

此機構(gòu)為曲柄搖塊機構(gòu)。由圖1.1(b)可知n = 3 , pl = 4 , ph = 0 , 由式(1.1)計算該機構(gòu)的自由度為

F = 3 nph = 3 3 30 = 1 由于該機構(gòu)有一個原動件, 所以此機構(gòu)具有確定的運動。

【評注】繪制機構(gòu)運動簡圖時, 關(guān)鍵是分析相連兩個構(gòu)件的約束關(guān)系, 確 定運動副的類型, 然后再用規(guī)定的符號表示出來。

例1.2 試計算圖1.2 所示凸輪— 連桿組合機構(gòu)的自由度。

解在圖1.2 中, B, E 兩處的滾子轉(zhuǎn)動為局部自由度, C, F 雖各有兩處與 第1 章平面機構(gòu)的自由度和速度分析7 機架接觸構(gòu)成移動副, 但都可視為一個移動副, 該機構(gòu)在D 處雖存在軌跡重合 的問題, 但由于D 處相鉸接的雙滑塊為一個自由度為零的Ⅱ 級桿組, 即D處未 引入約束, 故機構(gòu)中不存在虛約束。圖1.2 將機構(gòu)中的局部自由度除去不計, 則有n = 5 , pl = 6 , ph = 2 , 于是可得該 機構(gòu)的自由度為

F = 3 nph = 3 3 52 = 1 【評注】如果將該機構(gòu)中D處相鉸接的雙滑塊改為相固聯(lián)的十字滑塊時, 則機構(gòu)中就存在一個虛約束。在機構(gòu)中, 兩構(gòu)件構(gòu)成運動副所引入的約束起著 限制兩構(gòu)件之間某些相對運動、使相對運動或自由度減少的作用。但在機構(gòu)中, 某些運動副和構(gòu)件帶入的約束可能與機構(gòu)所受的其他約束相重復, 因而對機構(gòu) 的運動實際上不起約束作用, 這種約束就是虛約束。例1.3 試計算圖1.3 所示的精壓機構(gòu)的自由度。圖1.3 解由圖1.3 可以看出, 該機構(gòu)中存在結(jié)構(gòu)對稱部分, 從傳遞運動的獨立 8 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2 導學2導考

性來看, 有機構(gòu)ABCDE 就可以了, 而其余部分為不影響機構(gòu)運動傳遞的重復 部分, 故引入了虛約束。

將機構(gòu)中引入虛約束的重復部分去掉不計, 則n = 5 , pl = 7(C處為復合鉸 鏈), ph = 0 , 于是可得該機構(gòu)的自由度為 F = 3 nph = 3 3 50 = 1 【評注】存在虛約束的機構(gòu), 一般常具有相似或?qū)ΨQ部分的結(jié)構(gòu)特征。所

以, 如研究的機構(gòu)在結(jié)構(gòu)上具有相似或?qū)ΨQ部分, 就有可能存在虛約束, 因而就 要注意分析, 以免發(fā)生錯誤。

例1.4 試計算圖1.4 所示機構(gòu)的自由度。圖1.4 解圖 1.4 所示的楔塊機構(gòu)全由移動副組成, 此機構(gòu)中n = 3 , pl = 5 , 于是 由式(1.2)可得該機構(gòu)的自由度為 F = 2 n5 = 1 【評注】這里應(yīng)注意, 若機構(gòu)中只存在移動副, 在各構(gòu)件之間不出現(xiàn)相對

轉(zhuǎn)動, 這時機構(gòu)自由度的計算不能用式(1.1), 只能用式(1.2)來計算, 否則會導 致計算錯誤。

例1.5 圖 1.5 所示的凸輪機構(gòu)中, 已知R = 50 mm, lOA = 20 mm, lAC = 80 mm, ∟OAC = 90°, 凸輪1 以等角速度ω1 = 10 rad/ s 逆時針轉(zhuǎn)動, 比例尺 μl = 0.002 m/ mm。試用瞬心法求從動件2 的角速度ω2。

解由三心定理求出所需的瞬心P12 , P13 和P23 , 則點P12 處的速度為 v = ω1(P13 P12)μl = ω2(P23 P12)μl 則

ω2 = ω1(P13 P12)P23 P12 = 10 3 12 52 = 2.31 r ad/ s(逆時針)【評注】利用速度瞬心法對某些平面機構(gòu), 特別是平面高副機構(gòu), 進行速 第1 章平面機構(gòu)的自由度和速度分析9 度分析是比較簡便的。求兩構(gòu)件的角速度之比, 一般先分別求出兩構(gòu)件與機架 的瞬心(絕對瞬心)和這兩個構(gòu)件的瞬心(相對瞬心), 然后連接三點成一直線, 那么兩構(gòu)件的角速度之比等于其絕對速度瞬心連線被相對速度瞬心分得的兩 線段的反比。如果兩構(gòu)件的相對瞬心內(nèi)分該連線, 則兩構(gòu)件轉(zhuǎn)向相反, 反之則轉(zhuǎn) 向相同。圖1.5 例1.6 已知一牛頭刨床機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖如圖1.6 所示, 設(shè)在圖示瞬 間構(gòu)件1 的角速度為ω1 , 機構(gòu)各部分尺寸見圖。(1)計算此機構(gòu)的自由度;(2)試求圖示位置滑枕的速度vC。解(1)計算機構(gòu)的自由度。

在該機構(gòu)中, n = 5 , pl = 7(F 和F′處的移動副只能算一個), ph = 0 , 因此 該機構(gòu)的自由度為

F = 3 n2 3 7 = 1(2)速度分析。

先求出構(gòu)件3 的絕對瞬心P36 的位置, 再求出瞬心P13 的位置。因為P13 為 構(gòu)件1 和3 的等速重合點, 所以 vP13 = ω1 AP13μl = ω3 P36 P13μl ω3 = ω1 AP13/ P36 P13(rad/ s)ω3 與ω1 轉(zhuǎn)向相同, 因為P13 外分連線P36 P16 , 則有 vC = ω3 P36 Cμl(m/ s)(水平向左)或者求出瞬心P15 的位置, 直接利用瞬心P15 求得 vC = ω1 P15 Aμl(m/ s)(水平向左)【評注】應(yīng)用速度瞬心進行平面機構(gòu)的速度分析, 就是利用瞬心是兩構(gòu)件 10 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2導學2導考 的等速重合點這一橋梁, 將兩個構(gòu)件的速度在瞬心處直接聯(lián)系起來。圖1.6 1.4 課后習題詳解 1 至1 4 繪出圖示機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖。

圖1.7 題 1 1 圖圖1.8 題 1 2 圖

第1 章平面機構(gòu)的自由度和速度分析11 圖1.9 題 1 3 圖圖1.10 題 1 4 圖 解各機構(gòu)運動簡圖如下: 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 5 至1 12 指出下列機構(gòu)運動簡圖中的復合鉸鏈、局部自由度和虛約 12 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2導學2導考 束, 并計算各機構(gòu)的自由度。

圖1.15 題 1 5 圖圖1.16 題 1 6 圖 圖1.17 題 1 7 圖圖1.18 題 1 8 圖 圖1.19 題 1 9 圖圖1.20 題 1 10 圖 第1 章平面機構(gòu)的自由度和速度分析13 圖1.21 題 1 11 圖圖1.22 題 1 12 圖 5 解 F = 3nph = 3 3 61 = 1 1 6 解 F = 3nph = 3 3 81 = 1 1 7 解 F = 3nph = 3 3 80 = 2 1 8 解 F = 3nph = 3 3 61 = 1 1 9 解 F = 3nph = 3 3 42 = 2 1 10 解 F = 3 nph = 3 3 92 = 1 1 11 解 F = 3 nph = 3 3 42 = 2 1 12 解 F = 3 nph = 3 3 81 = 1 1 13 求出圖1.23 所示導桿機構(gòu)的全部瞬心和構(gòu)件1 , 3 的角速比ω1/ ω3。圖1.23 題 1 13 圖

解該導桿機構(gòu)的全部瞬心如圖1.23 所示, 構(gòu)件1 , 3 的角速比為 14 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2導學2導考 ω1 ω3 = P34 P13 P14 P13 1 14 求出圖1.24 所示正切機構(gòu)的全部瞬心。設(shè)ω1 = 10 rad/ s , 求構(gòu)件3 的速度v3。

圖1.24 題 1 14 圖

解該正切機構(gòu)的全部瞬心如圖1.24 所示, 構(gòu)件3 的速度為 v3 = vP 13 14 P = ω1 lP = 0.2ω1 = 2 m/ s(方向垂直向上)1 15 如圖1.25 所示為摩擦行星傳動機構(gòu), 設(shè)行星輪2 與構(gòu)件1 , 4 保持純 滾動接觸, 試用瞬心法求輪1 與輪2 的角速度之比ω1/ ω2。圖1.25 題 1 15 圖

第1 章平面機構(gòu)的自由度和速度分析15 解要求輪1 與輪2 的角速度之比, 首先確定輪

1、輪2 和機架4 三個構(gòu)件 的三個瞬心, 即P12 , P14 和P24 , 如圖1.25 所示。則 13 ω1 ω2 =2 r2 r1 輪2 與輪1 的轉(zhuǎn)向相反。1 16 試論證:(1)圖1.26(a)所示的構(gòu)件組合是不能產(chǎn)生相對運動的剛性桁架;(2)這種構(gòu)件組合若滿足圖1.26(b)所示尺寸關(guān)系: AB = CD = EF , BC = AD , BE = AF , 則構(gòu)件之間可以產(chǎn)生相對運動。圖1.26 題 1 16 圖

解(1)圖1.26(a)中的構(gòu)件組合的自由度為 F = 3 nph = 3 3 40 = 0 自由度為零, 為一剛性桁架, 所以構(gòu)件之間不能產(chǎn)生相對運動。

(2)圖1.26(b)中的CD 桿是虛約束, 去掉與否不影響機構(gòu)的運動。故圖 1.26(b)中機構(gòu)的自由度為

F = 3 nph = 3 3 30 = 1 所以構(gòu)件之間能產(chǎn)生相對運動。.5 學習效果測試題及答案.5.1 學習效果測試題 1 填空題

(1)平面機構(gòu)中運動副引入的約束的數(shù)目最多為個, 而剩下的 16 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2導學2導考 自由度最少為個。

(2)兩個作平面平行運動的構(gòu)件之間為接觸的運動副稱為低 副, 它有個約束;而為接觸的運動副稱為高副, 它有 個約束。

(3)速度瞬心是, 相對瞬心與絕對瞬心的相同點是, 而不同點是。

(4)當兩構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動副時, 其瞬心在處;組成移動副時, 其瞬 心在處;組成純滾動的高副時, 其瞬心在處。

(5)若一機構(gòu)共由六個構(gòu)件組成, 那它共有個瞬心。1 2 計算圖1.27 所示多桿機構(gòu)的自由度。圖1.27 測 1 2 圖 3 在圖1.28 所示機構(gòu)中, AB瓛EF瓛CD , 試計算其自由度。圖1.28 測 1 3 圖

第1 章平面機構(gòu)的自由度和速度分析17 1 4 計算圖1.29 所示凸輪— 連桿閥門機構(gòu)的自由度。圖1.29 測 1 4 圖 5 圖 1.30 為一凸輪連桿組合機構(gòu), 設(shè)凸輪1 轉(zhuǎn)動的角速度為ω1。繪出 該機構(gòu)的全部瞬心, 并確定在圖示位置時構(gòu)件4 的角速度。圖1.30 測 1 5 圖.5.2 參考答案 1(1)2 , 1(2)面, 2 , 點線, 1(3)兩構(gòu)件的等速重合點, 等速重合點, 絕對速度是否等于零(4)轉(zhuǎn)動副中心, 移動副法線的無窮遠, 相切點(5)15 18 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2導學2導考 2 F = 3 nph = 3 3 90 = 1 1 3 F = 3 nph = 3 3 62 = 2 1 4 F = 3 nph = 3 3 61 = 1 1 5 如圖1.31 所示。ω4 = ω1 P14 P15 / P14 P45 圖1.31 測 1 5 解圖

第1 章平面機構(gòu)的自由度和速度分析19 第2 章平面連桿機構(gòu)

2.1 重點內(nèi)容提要.1.1 教學基本要求

平面連桿機構(gòu)是許多構(gòu)件用低副(轉(zhuǎn)動副或移動副)連接組成的平面機構(gòu)。最簡單的平面連桿機構(gòu)是由四個構(gòu)件組成的(稱為平面四桿機構(gòu)), 應(yīng)用廣泛, 是組成多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)。

(1)熟悉平面四桿機構(gòu)的基本形式及其演化機構(gòu)。(2)重點掌握平面四桿機構(gòu)的特性: 1)急回運動和行程速度變化系數(shù)。2)壓力角和傳動角。3)死點位置。

(3)掌握鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件。(4)熟練掌握平面四桿機構(gòu)的作圖設(shè)計方法。.1.2平面四桿機構(gòu)的基本型式及其演化

1.平面四桿機構(gòu)的基本型式

平面四桿機構(gòu)的基本型式是平面鉸鏈四桿機構(gòu), 組成機構(gòu)的四個運動副都 是轉(zhuǎn)動副。機構(gòu)的四個桿件中, 固定桿件稱為機架, 與機架相連的稱為連架桿, 不與機架相連的稱為連桿。其中可以整周回轉(zhuǎn)的連架桿稱為曲柄, 只能在小于 360°范圍內(nèi)擺動的稱為搖桿。組成轉(zhuǎn)動副的兩個構(gòu)件若能作整周轉(zhuǎn)動, 則該轉(zhuǎn) 動副稱為整轉(zhuǎn)副, 否則稱為擺動副。

平面四桿機構(gòu)根據(jù)兩連架桿運動形式分為三種基本類型, 見表2.1。表2.1 鉸鏈四桿機構(gòu)的三種基本類型

機構(gòu)名稱兩連架桿運動形式應(yīng)用實例

曲柄搖桿機構(gòu)一曲柄, 一搖桿縫紉機踏板, 牛頭刨進給機構(gòu) 雙曲柄機構(gòu)兩個曲柄旋轉(zhuǎn)式水泵, 慣性篩

雙搖桿機構(gòu)兩個搖桿汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu), 鶴式起重機 2.鉸鏈四桿機構(gòu)的演化

(1)曲柄滑塊機構(gòu)。將曲柄搖桿機構(gòu)ABCD(見圖2.1(a))中搖桿CD 變?yōu)?無限長, 點C的軌跡就變?yōu)橹本€(見圖2.1(b)), 搖桿CD 與機架AD 組成的轉(zhuǎn)動 副就演化成移動副, 此時曲柄搖桿機構(gòu)演化為曲柄滑塊機構(gòu)(見圖2.1(c))。圖2.1(2)導桿機構(gòu)。當將曲柄滑塊機構(gòu)(見圖2.2(a))中曲柄AB 作為機架, 則曲 柄滑塊機構(gòu)變?yōu)閷U機構(gòu)(見圖2.2(b))。

(3)搖塊機構(gòu)和定塊機構(gòu)。在曲柄滑塊機構(gòu)(見圖2.2(a))中, 若取桿2 為固 定構(gòu)件, 即可得到圖2.2(c)所示的擺動滑塊機構(gòu)(稱為搖塊機構(gòu))。若將滑塊3 作為機架, 則可得到定塊機構(gòu)(見圖2.2(d))。

(4)雙滑塊機構(gòu)。若將曲柄搖桿機構(gòu)中兩桿長趨于無窮, 可得到多種形式的 雙滑塊機構(gòu)——— 正切機構(gòu)(見圖2.3(a))、正弦機構(gòu)(見圖2.3(b))、橢圓機構(gòu)

(見圖2.3(c))等。第2 章平面連桿機構(gòu)21 圖2.2 圖2.3 圖2.4 22 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2導學2導考

(5)偏心輪機構(gòu)。在曲柄滑塊機構(gòu)中, 當曲柄AB 尺寸較小時(見圖.4(b)), 常改成圖2.4(a)的偏心輪機構(gòu), 其回轉(zhuǎn)中心A 與幾何中心B 不重合, 其距離AB 等于曲柄長度。.1.3平面四桿機構(gòu)的主要特性 1.急回特性

(1)急回運動。平面連桿機構(gòu)的原動件等速回轉(zhuǎn), 而從動件空回行程的平均 速度大于工作行程的平均速度, 這種運動稱為急回運動。

(2)行程速度變化系數(shù)K。用以衡量機構(gòu)急回運動的程度, 定義為空回行程 速度和工作行程速度之比, 其計算式如下: K = v2 v1 = 180°+ θ 180°-θ(2.1)式中θ表示極位夾角, 是搖桿處于兩極限位置時, 對應(yīng)的曲柄所夾的銳角。(3)關(guān)于行程速度變化系數(shù)和急回運動有以下幾個結(jié)論: 1)K > 1 , 即v2 > v1 時, 機構(gòu)有急回特性。)當平面連桿機構(gòu)在運動過程中極位夾角θ> 0 , 則有K > 1 , 機構(gòu)便具有 急回運動特性。)θ越大, K 越大, 機構(gòu)急回運動也越顯著。所以, 可通過分析θ及K 的大 小, 判斷機構(gòu)是否有急回運動, 以及急回運動的程度。)急回運動的作用。在機械中可以用來節(jié)省動力和提高勞動生產(chǎn)率。5)已知K, 可求極位夾角:θ= 180°(K1)/(K + 1)。)確定一個固定鉸鏈中心D, 然后根據(jù)幾何條件作出搖桿的兩個極限位置 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2導學2導考

C1 D 與C2 D。)作∟C2 C1 P = 90°-θ, ∟C1 C2 P = 90°。)作Rt△C2 PC1 的外接圓, 則另一個固定鉸鏈中心A 便在該外接圓上。最 后, 由其他附加條件可以把這個固定鉸鏈中心位置定下來, 從而平面四桿機構(gòu) 的設(shè)計就完成了。

圖2.5 對于曲柄滑塊機構(gòu)或?qū)U機構(gòu), 基本方法同上, 只是在曲柄滑塊機構(gòu)中滑

塊行程H與曲柄搖桿機構(gòu)中搖桿的擺角θ作用是相對應(yīng)的(見圖2.5(b));在導 桿機構(gòu)中, 從動件導桿的擺角θ與機構(gòu)的極位夾角θ大小相等(見圖2.5(c))。(2)按給定的連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)。這類設(shè)計通常是已知連桿長度, 并知 道連桿在運動過程中的三個位置, 要求確定固定鉸鏈中心。由于兩個活動鉸鏈 的運動軌跡是繞各自固定鉸鏈中心的圓的一部分, 因此可用求圓心法來解決問 題(見圖2.6)。

圖2.6 第2 章平面連桿機構(gòu)25 如果只給定連桿的兩個位置, 則可根據(jù)其他附加條件得到確定解。2.用解析法設(shè)計平面四桿機構(gòu)

這里只要求按給定連架桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)(見圖2.7), 取l1 = 1 , 則其他

三個構(gòu)件得到的是相對于構(gòu)件1 的長度。根據(jù)列解析式可以得到如下方程式: cosθ= P0 cosψ+ P1 cos(θl3 l4 , P2 = l24 + l23 + 11 K + 1 = 180°3 1.3AC2)= 1 2 3(110l1 = 65e ≤ lBC(極限情況取等號)第2 章平面連桿機構(gòu)33 綜上所述, 要求lAB + e≤ lBC 即可。

(2)當B為周轉(zhuǎn)副時, 要求BC 能通過兩次與機架共線的位置。如圖2.15 中 位置ABC1 F1 和ABC2 F2。

在位置ABC1 F1 時, 從線段BC1 來看, 要能繞過點C1 , 要求: lBCAC2)= 1 2 3(1 193l21782l217821 K + 1 = 180°3 1.2AC2)/ 2 , 搖桿長度l2 =(AC1 + AC2)/ 2。在得到具體各桿數(shù)據(jù)之后, 代入教材中 公式(2 3)和(2 3)′, 求最小傳動角γmin , 能滿足γmin ≥ 35°即可。2 7 設(shè)計一曲柄滑塊機構(gòu)。已知滑塊的行程s = 50 mm, 偏距e = 16 mm, 行程速度變化系數(shù)K = 1.2。求曲柄和連桿的長度。

圖2.19 題 2 7 解圖

解作圖步驟如下(見圖2.19):(1)求θ,θ= 180° K1 1.2 + 1 ≈ 16.36°;并確定比例尺μl。

(2)作Rt△ EC1 C2 , 頂角∟ E = θ, C1 C2 = s = 50 mm。

(3)作Rt△ EC1 C2 的外接圓, 則圓周上任一點都可能成為曲柄中心。(4)作一水平線, 與C1 C2 相距e = 16 mm, 交圓周于點A。(5)由圖量得AC1 = 34 mm, AC2 = 82 mm。解得 曲柄長度: l1 = 1 2(AC134)= 24 mm 連桿長度: l2 = 1 2(AC1 + AC2)= 1 2 3(82 + 34)= 58 mm 2 8 設(shè)計一導桿機構(gòu)。已知機架長度l4 = 100 mm, 行程速度變化系數(shù)

第2 章平面連桿機構(gòu)37 K = 1.4 , 求曲柄長度。解如圖2.20 所示, 作圖步驟如下:(1)ψ= θ= 180°3 1.41 K + 1 = 180°3 1AC2)= 1 2 3(2380.801 2 , P2 = 0.591 8 將該解代入教材中公式(2 8)求解得 l1 = 1 , l2 = 2.103 , l3 = 1.481 , l4 = 1.848 4 又因為實際l4 = lAD = 50 mm, 因此每個桿件應(yīng)放大的比例尺為 50 1.848 4 = 27.05 , 故每個桿件的實際長度為

l1 = 1 3 27.05 = 27.05 mm, l2 = 2.03 3 27.05 = 56.88 mm l3 = 1.481 3 27.05 = 40.06 mm, l4 = lAD = 50 mm 2 13 圖 2.25 所示機構(gòu)為橢圓儀中的雙滑塊機構(gòu), 試證明當機構(gòu)運動時, 構(gòu)件2 的AB 直線上任一點(除A , B 及AB 的中點外)所畫的軌跡為一橢圓。證明如圖2.25 所示。在AB 上任取一點C, 下面求證點C的運動軌跡為 一橢圓。由圖可知點C將AB 分為兩部分, 其中AC = a, BC = b。又由圖可知sinθ= y b , cosθ= x a , 兩式平方相加得 x2 a2 + y2 b2 = 1 可見點C的運動軌跡為一橢圓。

第2 章平面連桿機構(gòu)41 圖2.25 題 2 13 圖.5 學習效果測試題及答案.5.1 學習效果測試題 1 選擇題

(1)導桿機構(gòu)的極位夾角與導桿的擺角()相等。A.一定B.一定不C.不一定

(2)在鉸鏈四桿機構(gòu)中, 若最短桿與最長桿之和小于或等于其他兩桿長度 之和, 且最短桿為機架, 則該機構(gòu)有()個曲柄。A.一B.二C.三D.零

(3)下列機構(gòu)中沒有急回特性的機構(gòu)是()。A.曲柄搖桿機構(gòu)B.導桿機構(gòu) C.對心曲柄滑塊機構(gòu)D.偏心曲柄滑塊機構(gòu) 2 填空題

(1)機構(gòu)處于死點位置時, 其壓力角為, 傳動角為。

(2)在曲柄搖桿機構(gòu)中, 當為主動件時, 機構(gòu)將出現(xiàn)死點位置。

(3)在平面四桿機構(gòu)中, 已知行程速度變化系數(shù)為K, 則極位夾角的計算 公式是。

(4)機構(gòu)的壓力角α是指;α愈大, 則機構(gòu)。傳動角 γ=。

機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2導學2導考

(5)如圖2.26 所示, 設(shè)已知四桿機構(gòu)各構(gòu)件的長度l1 = 100 mm, l2 = 350 mm, l3 = 200 mm, l4 = 400 mm。要使此機構(gòu)成為雙曲柄機構(gòu), 則應(yīng)取桿 為機架;要使此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu), 則應(yīng)取桿為機架。

(6)圖2.27 的導桿機構(gòu), 已知曲柄lAB = 20 mm, 機架lAC = 40 mm, 試問 該機構(gòu)的極位夾角θ = , 此機構(gòu)的行程速度變化系數(shù)K =。

圖2.26 測 2 2(5)圖圖2.27 測 2 2(6)圖 3 說明圖2.28 中機構(gòu)的名稱。并指出它是否有急回特性?若以構(gòu)件1 為主動件, 哪種機構(gòu)有死點?若以構(gòu)件3 為主動件時呢? 圖2.28 測 2 3 圖 第2 章平面連桿機構(gòu)43 2 4 何謂機構(gòu)的急回運動及行程速度變化系數(shù)?其在機械設(shè)計中有何意 義?試舉例加以說明。5 已知一平面鉸鏈機構(gòu)各構(gòu)件的長度如圖2.29 所示。試問:(1)這是鉸 鏈四桿機構(gòu)基本型式中的哪種機構(gòu)?(2)若以AB 為原動件, 此機構(gòu)有無急回運 動?為什么?(3)當以AB 為原動件時, 此機構(gòu)的最小傳動角發(fā)生在何處(在圖上 標出)?(4)該機構(gòu)在什么情況下會出現(xiàn)死點?在圖上標出死點發(fā)生的位置。圖2.29 測 2 5 圖圖2.30 測 2 6 圖 6 圖 2.30 所示的鉸鏈四桿機構(gòu), 各構(gòu)件的長度分別為lAB = 21 mm, lBC = 11 mm, lCD = 38 mm, lAD = 35 mm。(1)試證明構(gòu)件BC能相對構(gòu)件AB 作 整周轉(zhuǎn)動;(2)當構(gòu)件BC主動并相對于構(gòu)件AB 連續(xù)轉(zhuǎn)動時, 求構(gòu)件AB 相對于 構(gòu)件AD 擺動的角度(作圖表示);(3)要想得到曲柄搖桿機構(gòu), 應(yīng)以哪個構(gòu)件為 機架, 其取值可以變化的范圍是多少? 2 7 設(shè)計一偏置曲柄滑塊機構(gòu)。已知滑塊行程H = 50 mm, 偏心距e = 20 mm, 行程速度變化系數(shù)K = 1.4。求曲柄和連桿長度, 并求αmax。2 8 設(shè)計一擺動導桿機構(gòu)。若曲柄AB 長l1 = 45 mm, 機架AD 長l4 = 135 mm。用圖解法求: 極位夾角θ, 導桿擺角θ, 并求行程速度變化系數(shù)K。2 9 有一曲柄搖桿機構(gòu), 行程速度變化系數(shù)K = 1.25 , l3 = 140 mm, l4 = 125 mm, l1 + l2 = 210 mm。用圖解法求曲柄長度l1 , 連桿長度l2。2 10 如圖2.31 所示, 設(shè)要求四桿機構(gòu)兩連架桿的三組對應(yīng)位置分別為

θ1 = 35°,ψ1 = 50°;θ2 = 80°,ψ2 = 75°;θ3 = 125°,ψ1 = 105°, 機架長度lAD = 80 mm, 試用解析法求其余三桿長度。44 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2導學2導考 圖2.31 測 2 10 圖.5.2 參考答案 1(1)A(2)B(3)C 2 2(1)90°, 0°(2)搖桿

(3)θ= 180° KlAB = 211 K + 1 = 180°3 1.4AC2)= 1 2 3(701 K + 1 = 180°3 1.25l1 = 152 mm 曲柄長度: l1 = 1 2(AC2152)= 29 mm 連桿長度: l2 = 1 2(AC1 + AC2)= 1 2 3(210 + 152)= 181 mm 2 10 將三組數(shù)值帶入教材中公式(2 10), 可得 P0 = 1.581 5 , P1 =ω1), 這時凸輪與從動件之間的相對運動關(guān)系并不改變。但此時凸輪將固定不動, 而 移動從動件將一方面隨導路一起以等角速度(ω1)繞點O轉(zhuǎn)動, 另一方面又按已知的運動規(guī)律繞其擺動中心擺 動。由于從動件尖端應(yīng)始終與凸輪廓線相接觸, 故反轉(zhuǎn)后從動件尖端相對于凸 輪的運動軌跡, 就是凸輪的輪廓曲線。根據(jù)這一原理, 可作出從動件尖頂在從動 件作這種復合運動中所占據(jù)的一系列位置點, 并將它們連接成光滑曲線, 即得 所求的凸輪輪廓曲線。這種設(shè)計方法稱為反轉(zhuǎn)法。2.用作圖法設(shè)計凸輪廓線

(1)直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)的作圖法設(shè)計步驟。)選取尺寸比例尺, 根據(jù)已知條件作基圓和偏距圓以及從動件的初始 位置。)利用作圖法畫出從動件的位移線圖, 并沿橫軸按選定的分度值等分位移 線圖。)沿(ω1)方向等分, 所得的各點即為軸心A在反轉(zhuǎn)運動中依次占 據(jù)的位置。再以這些點為圓心, 以擺動從動件的長度AB 為半徑作圓弧, 與基圓 的交點即為擺動從動件在反轉(zhuǎn)運動中依次占據(jù)的各最低位置點。從動件的角位 移則是以從動件軸心各反轉(zhuǎn)位置點為圓心頂點, 以從動件相應(yīng)反轉(zhuǎn)位置為起始 邊向外轉(zhuǎn)量取。

3.用解析法設(shè)計凸輪的輪廓曲線

用解析法設(shè)計凸輪輪廓線的關(guān)鍵是根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理建立凸輪理論輪廓和

實際輪廓的方程式。解析法的特點是從凸輪機構(gòu)的一般情況入手來建立其廓線 方程的。例如, 對心直動從動件可看作是偏置直動從動件偏距e = 0 的情況;尖 頂從動件可看作是滾子從動件其滾子半徑為零的情況。對于偏置直動滾子盤形 凸輪機構(gòu), 建立凸輪輪廓線直角坐標方程的一般步驟如下:(1)畫出基圓及從動件起始位置, 即可標出滾子從動件滾子中心B 的起始 位置點B0。

(2)根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理, 求出從動件反轉(zhuǎn)角δ1 時其滾子中心點B 的坐標方程 式, 即為凸輪理論輪廓方程式。

(3)作理論輪廓在點B 處的法線n n , 標出凸輪實際輪廓上與點B 對應(yīng)的 點T 的位置。

(4)求出凸輪實際輪廓上點T 的坐標方程式, 即為凸輪實際輪廓方程式。其他類型的凸輪機構(gòu)的解析法設(shè)計過程與上述的過程類似, 其關(guān)鍵是根據(jù) 幾何關(guān)系建立凸輪理論輪廓和實際輪廓的方程。54 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2導學2導考.1.5 設(shè)計凸輪機構(gòu)應(yīng)注意的問題

1.凸輪機構(gòu)的壓力角

所謂凸輪機構(gòu)的壓力角, 是指從動件與凸輪接觸點處所受正壓力的方向

(即凸輪輪廓線在接觸點處的法線方向)與從動件上對應(yīng)點速度方向所夾的銳 角, 用α表示, 它是影響凸輪機構(gòu)受力情況的一個重要參數(shù)。當驅(qū)動從動件的有 用分力F′一定時, 壓力角α越大, 則有害分力F″越大, 機構(gòu)效率越低。當壓力角

增大到一定程度, 凸輪機構(gòu)將發(fā)生自鎖。因此, 從減小推力和避免自鎖的觀點來 看, 壓力角愈小愈好。一般來說, 凸輪輪廓線上不同點處的壓力角是不同的, 在 設(shè)計時應(yīng)使最大壓力角不超過許用值。通常推程時, 直動從動件[α] = 30°, 擺動

從動件[α] = 45°。依靠外力使從動件與凸輪維持接觸的凸輪機構(gòu), 回程不會出 現(xiàn)自鎖, 只須校核推程壓力角。

圖3.2 所示的偏置直動尖頂從動件盤形凸輪中, 凸輪機構(gòu)的壓力角α與基 圓半徑rmin 及偏距e 之間的關(guān)系為 tanα= d s2 / dδ1 ê e s2 +(r2 min”號, 可使壓力角減小;反之, 當導路和瞬心P 在凸輪軸心O 的異側(cè)時, 取“+”號, 壓 力角將增大。因此, 為了減小推程壓力角, 應(yīng)將從動件導路向推程相對速度瞬心 的同側(cè)偏置。但須注意, 用導路偏置法雖可使推程壓力角減小, 但同時卻使回程 壓力角增大, 所以偏距e 不宜過大。2.凸輪基圓半徑的確定

由式(3.1)可知, 在偏距一定、從動件的運動規(guī)律已知的條件下, 加大基圓

半徑rmin , 可減小壓力角α, 從而改善機構(gòu)的傳力特性。但此時機構(gòu)的尺寸將會增 大。故在確定基圓半徑rmin 時, 應(yīng)在滿足αmax < [α] 的條件下, 盡量使基圓半徑小 些, 以使凸輪機構(gòu)的尺寸不至過大。當然, 在實際的設(shè)計工作中, 還須考慮到凸 輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、受力、安裝、強度等方面的要求。

3.滾子從動件滾子半徑的選擇和平底從動件平底尺寸的確定

(1)滾子從動件滾子半徑的選擇。當凸輪理論輪廓為內(nèi)凹時, 凸輪實際輪廓 的曲率半徑ρ′等于理論輪廓的曲率半徑ρ與滾子半徑rT 之和, 即ρ′= ρ+ rT , 第3 章凸輪機構(gòu)55 此時不論rT 多大, 實際輪廓總是可平滑地作出的;當凸輪理論輪廓為外凸時, ρ′= ρ-rT。若ρ> rT , 則ρ′> 0 , 實際輪廓為一平滑曲線;若ρ= rT , 則ρ′= 0 , 實際輪廓出現(xiàn)尖點, 這種尖點極易磨損, 磨損后就會改變原有的運動規(guī)律;若 ρ< rT , 則ρ′< 0 , 實際輪廓曲線將出現(xiàn)交叉, 在加工時自交部分的輪廓曲線將 被切去, 致使這一部分運動規(guī)律無法實現(xiàn)。由此可知, 從避免凸輪輪廓變尖和自 交的觀點來看, 滾子半徑rT 應(yīng)小于理論輪廓的最小曲率半徑ρmin。如果ρmin 過 小, 按上述條件選擇滾子半徑太小而不能滿足安裝和強度要求, 就應(yīng)把凸輪基 圓尺寸加大, 重新設(shè)計凸輪輪廓。圖3.2(2)平底從動件平底尺寸的確定。用作圖法作出凸輪廓線, 即可確定出從動 件平底中心至從動件平底與凸輪廓線的接觸點間的最大距離lmax , 從動件平底 長度l應(yīng)取為l = 2lmax +(5 ～ 7)mm。lmax 也可用計算求得, 即lmax = | ds/ dδ|max。此外, 對于平底從動件凸輪機構(gòu), 有時也會產(chǎn)生失真現(xiàn)象, 解決的方法是適當增 大凸輪的基圓半徑。

機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2導學2導考.2 重點知識結(jié)構(gòu)圖

凸輪

機構(gòu)及 其設(shè) 計 凸輪 機構(gòu) 的分類

按凸輪的形狀分 盤形凸輪機構(gòu) 移動凸輪機構(gòu)

圓柱凸輪機構(gòu)

按從動件的形狀分 尖頂從動件凸輪機構(gòu) 滾子從動件凸輪機構(gòu)平底從動件凸輪機構(gòu) 按從動件的運動形式分 直動從動件凸輪機構(gòu) 對心直動從動件凸輪機構(gòu) 偏置直動從動件凸輪機構(gòu) 擺動從動件凸輪機構(gòu)

推桿的 運動 形式

基本概念: 基圓、基圓半徑、推程、升程、推程運動角、回程、回程運動角、休止、遠休止角、近休止角、壓力角 常 用的運 動形 式

運動規(guī)律 動力特性

沖擊性質(zhì)發(fā)生位置 適用場合

等速運動剛性沖擊開始點、終止點低速輕載

等加速等減速運動柔性沖擊開始點、中點、終止點中速輕載 余弦加速度運動柔性沖擊開始點、終止點中低速重載 凸輪輪 廓曲線

設(shè)計

設(shè)計原理: 反轉(zhuǎn)法原理 設(shè)計方法 圖解法

① 根據(jù)從動件的運動規(guī)律, 畫出位移線圖并沿橫軸等分 ② 選出比例尺, 畫出基圓及從動件起始位置 ③ 求出從動件在反轉(zhuǎn)運動中占據(jù)的各個位置 ④ 求從動件尖頂在復合運動中依次占據(jù)的位置 ⑤ 將從動件尖頂?shù)母魑恢命c連成一條光滑曲線, 即為凸

輪理論輪廓曲線

⑥ 用包絡(luò)的方法求凸輪的實際輪廓曲線 解析法

① 畫出基圓及推桿起始位置, 取合適的直角坐標系

② 根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理, 求出推桿反轉(zhuǎn)角δ1 時理論廓線方程式 ③ 根據(jù)幾何關(guān)系求出實際廓線方程式 主要

參數(shù)的選擇

壓力角: 從減小推力和避免自鎖的觀點來看, 壓力角愈小愈好

基圓半徑: 在滿足壓力角小于許用壓力角的條件下, 盡量使基圓半徑小些, 以使 凸輪機構(gòu)的尺寸不至過大。在實際的設(shè)計工作中, 還需考慮凸輪機構(gòu) 的結(jié)構(gòu)、受力、安裝、強度等方面的要求

滾子半徑: 為了避免理論輪廓出現(xiàn)尖點和自交, 滾子半徑應(yīng)小于理論輪廓曲線 的最小曲率半徑。設(shè)計時, 應(yīng)盡量使?jié)L子半徑小些, 但考慮到強度、結(jié)構(gòu)等限制, 通常按經(jīng)驗公式確定取滾子半徑, 設(shè)計中驗算理論輪廓 曲線的最小曲率半徑 第3 章凸輪機構(gòu)57 3.3 考點及常見題型精解.3.1 本章考點

本章考點有以下幾個方面:(1)從動件常用的幾種運動規(guī)律的特點及應(yīng)用場合, 剛性沖擊與柔性沖擊。(2)凸輪機構(gòu)理論輪廓與實際輪廓之間的關(guān)系。

(3)已知凸輪機構(gòu)某一位置的機構(gòu)運動簡圖, 分析凸輪機構(gòu), 如凸輪轉(zhuǎn)過某 角度δ1 , 求從動件的位移、從動件的升程h 等。

(4)凸輪機構(gòu)壓力角的概念, 求凸輪機構(gòu)在某一位置壓力角的大小及凸輪 機構(gòu)的壓力角與凸輪機構(gòu)受力的關(guān)系。

本章試題常有基本概念題、作圖題及計算分析題。基本概念題常以問答、填 空、選擇、判斷等題型出現(xiàn)。在考試題中, 作圖題所占比例最大, 應(yīng)引起足夠的 重視。.3.2 常見題型精解

例3.1 如圖3.3(a)所示, 凸輪機構(gòu)從動件的速度曲線由五段直線組成。

要求:在圖上畫出從動件的位移曲線、加速度曲線;判斷哪幾個位置有沖擊存 在, 是剛性沖擊還是柔性沖擊?在圖示的F 位置, 凸輪與從動件之間有無慣性力 作用, 有無沖擊存在? 解由圖3.3(a)可知, 在OA 段內(nèi)(0 ≤ δ≤ π 2), 因從動件的速度v = 0 , 故此段為從動件的近休段, 從動件的位移及加速度均為零。在AB 段內(nèi)(π 2 ≤ δ≤ 3π 2), 因v > 0 , 故為從動件的推程段;且在AB 段內(nèi), 因速度線圖為上升的斜

直線, 故從動件先等加速上升, 位移曲線為拋物線運動曲線, 而加速度曲線為正 的水平直線段。在BC段內(nèi), 因速度曲線為水平直線段, 故從動件繼續(xù)等速上升, 位移曲線為上升的斜直線, 而加速度曲線為與δ1 軸重合的線段。在CD 段內(nèi), 因 速度線為下降的斜直線, 故從動件繼續(xù)等減速上升, 位移曲線為拋物線, 而加速 度曲線為負的水平線段。在DE 段內(nèi)(3π 2 ≤ δ≤ 2π), 因v < 0 , 故為從動件的回 58 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2導學2導考

程段, 因速度曲線為水平線段, 故從動件作等速下降運動。其位移曲線為下降的 斜直線, 而加速度曲線為與δ1 軸重合的線段, 且在點D 及E 處其加速度分別為 負無窮大和正無窮大。綜上所述, 作出從動件的速度v 及加速度a 線圖如圖 3.3(b),(c)所示。

由從動件速度曲線和加速度曲線知, 在點D及E 處, 有速度突變, 且相應(yīng)的

加速度分別為負無窮大和正無窮大。故凸輪機構(gòu)在點D 及E 處有剛性沖擊。而 在點A , B, C及D 處的加速度為有限值的突然變化, 故在這幾處凸輪機構(gòu)會有 柔性沖擊。

在點F 處有正的加速度值, 故有慣性力, 但既無速度突變, 也無加速度突 變, 因此, 點F 處無沖擊存在。圖3.3 第3 章凸輪機構(gòu)59 【評注】本例是針對從動件常用的幾種運動規(guī)律的典型題。解題的關(guān)鍵是 對常用運動規(guī)律的位移、速度以及加速度線圖的熟練, 特別是要會作常用運動 規(guī)律的位移、速度以及加速度線圖。至于判斷有無沖擊以及沖擊的類型, 關(guān)鍵要 看速度變化處加速度有無突變。若速度變化處加速度為無窮大, 則有剛性沖擊;若加速度的突變?yōu)橛邢拗? 則為柔性沖擊。例3.2 對于圖3.4(a)所示的凸輪機構(gòu), 要求:(1)寫出該凸輪機構(gòu)的名稱;(2)在圖上標出凸輪的合理轉(zhuǎn)向;(3)畫出凸輪的基圓;(4)畫出從升程開始到圖3.4(a)所示位置時從動件的位移s, 相對應(yīng)的凸 輪轉(zhuǎn)角θ, 點B 的壓力角α。(5)畫出從動件的升程H。圖3.4 解(1)偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)。

(2)為使推程壓力角較小, 凸輪應(yīng)該順時針轉(zhuǎn)動。

(3)以點O 為圓心, 以O(shè)B 為半徑畫圓得理論輪廓。連結(jié)OA 并延長交理論 輪廓于點B0 , 再以轉(zhuǎn)動中心A 為圓心, 以AB0 為半徑畫圓得基圓, 其半徑為 r0(見圖3.4(b))。

(4)點B0 即為從動件推程的起點, 圖3.4(b)所示位置時從動件的位移和 相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角分別為s,θ, 點B 處的壓力角α = 0。

(5)AO 連線與凸輪理論輪廓的另一交點為B1 , 過B1 作偏距圓的切線交基 60 機械設(shè)計基礎(chǔ)導教2導學2導考 圓于點C1 , 因此B1 C1 為升程H。

【評注】這是凸輪機構(gòu)分析題目中一道基本題。題中所涉及的凸輪機構(gòu)的 名稱、基圓、壓力角、位移等都是基本概念, 因此解此類題時, 應(yīng)對本章的概念熟

練掌握。凸輪機構(gòu)名稱的命名, 一般的順序為從動件的運動形式+ 從動件的形 式+ 凸輪的形式;凸輪的合理轉(zhuǎn)向是指使推程壓力角較小的凸輪轉(zhuǎn)向。當偏置 與推程時凸輪和從動件的相對速度瞬心位于凸輪軸心的同側(cè)時, 凸輪機構(gòu)的壓 力角較小。凸輪的基圓是指凸輪理論輪廓的基圓, 所以, 應(yīng)先求出凸輪的理論輪 廓。另外, 過點B0 , B1 作偏距圓的切線時, 應(yīng)注意此切線相對于點A 的位置。在 本題中, 過點B1 作偏距圓的切線應(yīng)在點A 的下方。

例3.3 圖 3.5(a)所示凸輪的廓線由三段圓弧(圓心分別在O, O′, O″點)及一段直線組成, 從動件為圓心在點B 的一段圓弧構(gòu)成的曲底擺動從動件。試 用作圖法求該凸輪機構(gòu)的推程運動角δ01、回程運動角δ02、從動件的最大擺角 Φ, 從動件在圖示位置時的角位移θ及壓力角α, 以及凸輪從圖示位置再轉(zhuǎn)過70°

后從動件的角位移θ′及壓力角α′。

圖3.5 解以凸輪回轉(zhuǎn)中心O為圓心, 以O(shè)A 為半徑畫圓, 此即擺動從動件的擺 動中心在反轉(zhuǎn)運動中的軌跡圓β, 如圖3.5(b)所示。

分別以O(shè), O′, O″為圓心, 以凸輪實際輪廓中相應(yīng)圓弧長加上滾子半徑rT 為 第3 章凸輪機構(gòu)61 半徑作出凸輪的理論輪廓, 如圖3.5(b)中細線輪廓。

O′O的延長線與理論輪廓的交點B0 為推程廓線的最低點, 以B0 為圓心, 以 AB 為半徑畫弧, 與軌跡圓β的交點A0 為推程起始點時擺動從動件擺動中心的