机械设计基础习题

第一篇：机械设计基础习题

《机械设计基础》习题

机械设计部分

目录 机械零件设计概论 9 联 接 10 齿轮传动 11 蜗杆传动 12 带传 动 13 链传 动 14 轴 15 滑动轴承 16 滚动轴承 联轴器、离合器及制动器 18 弹 簧 机械传动系统设计机械零件设计概论

思 考 题

8-1 机械零件设计的基本要求是什么？

8-2 什么叫失效？机械零件的主要失效形式有几种？各举一例说明。8-3 什么是设计准则？设计准则的通式是什么？ 8-4 复习材料及热处理问题。复习公差与配合问题。8-5 什么是零件的工艺性问题？主要包含哪几方面的问题？

8-6 什么是变应力的循环特性？对称循环应力和脉动循环应力的循环特性为多少？ 8-7 什么是疲劳强度问题？如何确定疲劳极限和安全系数？ 8-8 主要的摩擦状态有哪四种？

8-9 磨损过程分几个阶段？常见的磨损有哪几种？ 8-10 常见的润滑油加入方法有哪种？ 联 接

思 考 题

9-1 螺纹的主要参数有哪些？螺距与导程有何不同？螺纹升角与哪些参数有关？ 9-2 为什么三角形螺纹多用于联接，而矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹多用于传动？为什么多线螺纹主要用于传动？ 9-3 螺纹副的自锁条件是什么？理由是什么？ 9-4 试说明螺纹联接的主要类型和特点。9-5 螺纹联接为什么要预紧？预紧力如何控制？ 9-6 螺纹联接为什么要防松？常见的防松方法有哪些？

9-7 在紧螺栓联接强度计算中，为何要把螺栓所受的载荷增加30%？

9-8 试分析比较普通螺栓联接和铰制孔螺栓联接的特点、失效形式和设计准则。9-9 简述受轴向工作载荷紧螺栓联接的预紧力和残余预紧力的区别，并说明螺栓工作时所受的总拉力为什么不等于预紧力和工作载荷之和。9-10 简述滑动螺旋传动的主要特点及其应用。

9-11平键联接有哪些失效形式？普通平键的截面尺寸和长度如何确定？

9-12 为什么采用两个平键时，一般布置在沿周向相隔180°的位置，采用两个楔键时，相隔90°～120°，而采用两个半圆键时，却布置在轴的同一母线上？ 9-13 试比较平键和花键的相同点和不同点。

9-14 简述销联接、焊接、粘接、过盈联接、弹性环联接和成形联接的主要特点和应用场合。

习题

9-1 试证明具有自锁性螺旋传动的效率恒小于50%。

9-2 试计算M24、M24×1.5螺纹的升角，并指出哪种螺纹的自锁性好。

9-3 图示为一升降机构，承受载荷F =150 kN，采用梯形螺纹，d = 60 mm，d2 = 56 mm，P

= 8 mm，线数n = 3。支撑面采用推力球轴承，升降台的上下移动处采用导向滚轮，它们的摩擦阻力近似为零。试计算：

(1)工作台稳定上升时的效率（螺纹副当量摩擦系数为0.10）。(2)稳定上升时加于螺杆上的力矩。

(3)若工作台以720 mm/min的速度上升，试按稳定运转条件求螺杆所需转速和功率。(4)欲使工作台在载荷F作用下等速下降，是否需要制动装置？加于螺杆上的制动力矩是多少？

题9-3图

题9-4图

F

题9-5图 导向滚轮

9-4 图示起重吊钩最大起重量F = 50 kN，吊钩材料为35钢。

牵曳力FR

齿轮

制动轮

推力球轴承

F

试确定吊钩尾部螺纹直径。

9-5 图示为一用两个M12螺钉固定的牵曳钩，若螺钉材料为Q235钢，装配时控制预紧力，F 结合面摩擦系数f = 0.15，求其允许的最大牵曳力。

9-6 图示为一刚性凸缘联轴器，材料为Q215钢，传递的最大转矩为1400 N.m（静载荷）。联轴器用4个M16的铰制孔用螺栓联接，螺栓材料为Q235钢，试选择合适的螺栓长度，并校核该联接的强度。

题9-6图

题9-7图

9-7 图示为一用两个螺栓联接的钢制扳手。已知扳紧力F = 200 N，有关尺寸如图所示。试分别采用普通螺栓联接和铰制孔螺栓联接两种方案设计此螺栓组，并分析比较设计结果。9-8 在图示夹紧螺栓中，已知螺栓数为2，螺纹为M20，螺栓材料为35钢，轴径d=50 mm，杆长l=300 mm,轴与夹壳之间的摩擦系数f=0.15,试求杆端部作用力F的最大允许值。9-9 图示为一钢制液压油缸，采用双头螺柱联接。已知油压p= 8 MPa，油缸内径D = 250 mm，为保证气密性要求，螺柱间距l不得大于4.5d（d为螺纹大径），试设计此双头

F

d 螺柱联接。

题9-8图

题9-9图

9-10 受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接件间采用橡胶垫片。已知螺栓预紧力F= 15000 N，当受轴向工作载荷F = 10000 N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。滑块

差动杆

螺杆

机架 F 9-11 图示为一差动螺旋机构。螺杆与机架固联，其螺纹为右旋，导程SA=4 mm，滑块在机架上只能左右移动。差动杆内螺纹与螺杆形成螺纹副A，外螺纹与滑块形成螺纹副B，当沿箭头方向转动5圈时，滑块向左移动5 mm。试求螺纹副B的导程SB和旋向。

题9-11图

题9-12图

9-12 图示为一小型压床，最大压力为F = 30 kN，采用梯形螺纹，螺杆材料为45钢正火处理，螺母材料为ZCuAl10Fe3。设压头支撑面平均直径Dm等于螺纹中径，操作时螺纹副当量摩擦系数fˊ=0.12，压头支撑面摩擦系数fc=0.10，操作人员每只手用力约200 N，试求该压床的螺纹参数（要求自锁）和手轮直径D。9-13 在题9-6中，已知轴的材料为45钢，工作时有轻微冲击。试为该联轴器选择平键，确定键的尺寸，并校核其强度。齿轮传动

思 考 题

10-1 齿轮传动中常见的失效形式有哪些？齿轮传动的设计计算准则有哪些？在工程设计实践中，对于一般的闭式硬齿面、闭式软齿面和开式齿轮传动的设计计算准则是什么？ 10-2 在齿轮传动设计时，提高齿轮的疲劳强度的方法有哪些？ 10-3 与直齿轮传动强度计算相比，斜齿轮传动的强度计算有何不同？ 10-4 如何确定齿轮传动中的许用接触强度和许用弯曲强度值？

10-5 根据齿轮的工作特点，对轮齿材料的力学性能有何基本要求？什么材料最适合做齿轮？为什么？ 10-6 齿轮传动设计的流程怎样？如何用框图表示？ 10-7 在齿轮结构设计时，齿轮的结构主要由什么参数决定？

习题

10-1 有一直齿圆柱齿轮传动，允许传递功率P，若通过热处理方法提高材料的力学性能，使大、小齿轮的许用接触应力[σH2]、[σH1]各提高30%，试问此传动在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，抗疲劳点蚀允许传递的扭距和允许传递的功率可提高百分之几？ 10-2 单级闭式直齿圆柱齿轮传动中，小齿轮的材料为45钢调质处理，大齿轮的材料为ZG270-500正火，P=7.2kW，n1=960r/min，m=4mm，z1=25，z2=73，b1=84mm，b2=78mm，单向转动，载荷有中等冲击，用电动机驱动，试验算此单级传动的强度。10-3 已知开式直齿圆柱传动i=2.3，P=3.2kW，n1=150r/min，用电动机驱动，单向转动，载荷均匀，z1=21，小齿轮为45钢调质，大齿轮为45钢正火，试计算此单级传动的强度。10-4 已知闭式直齿圆柱齿轮传动的传动比i=3.6，n1=1440r/min，P=25kW，长期双向转动，载荷有中等冲击，要求结构紧凑，采用硬齿面材料。试设计此齿轮传动，校核齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。

10-5 在题图10-5中，当轮2为主动时，试画出作用在轮2上的圆周力Ft2、轴向力Fa2和径向力Fr2的作用线和方向。题图10-题图10-6

10-6 设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如题图10-6所示，试问：1)低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反；2)低速级螺旋角β应取多大数值才能使中间轴上两个轴向力互相抵消。10-7 已知单级斜齿圆柱齿轮传动的P=18kW，n1=960r/min，电动机驱动，载荷平稳，双向转动。已知i=2.3，z1=21，mn=3mm，β=16°15′，b1=85mm，b2=80mm，小齿轮材料为40MnB调质，大齿轮材料为35SiMn调质，试校核此闭式传动的强度。10-8 设计一单级闭式斜齿轮传动，已知P=10kW，n1=1460r/min，i=3.3，工作机有中等冲击载荷。要求采用电动机驱动，选用硬齿面材料，z1=19。试设计此单级斜齿轮传动，校核疲劳强度。10-9 已知闭式直齿圆锥齿轮传动的δ1＋δ2=90°，i=2.7，z1=16，P=7.5kW，n1=840r/min，用电动机驱动，载荷有中等冲击，要求结构紧凑，故大、小齿轮的材料均选为40Cr表面淬火，试计算此传动。蜗杆传动

思 考 题

11-1 蜗杆传动的特点及应用场合是什么？

11-2 为什么蜗轮的端面模数是标准值？蜗杆传动的正确啮合条件是什么？ 11-3 蜗杆直径系数的含义是什么？为什么要引入蜗杆直径系数？

11-4 蜗杆传动的传动比计算公式是什么？它是否等于蜗杆和蜗轮的节圆直径之比？ 11-5 如何进行蜗杆传动的受力分析？各力的方向任何确定？与齿轮传动的受力分析有什么不同？ 11-6 蜗杆传动的主要失效形式是什么？相应的设计准则是什么？

11-7 在蜗杆传动的强度计算中，为什么只考虑蜗轮的强度？蜗杆的强度任何考虑？蜗杆的刚度在什么情况下才需要计算？ 11-8 蜗杆传动的效率受哪些因素影响？为什么具有自锁特性的蜗杆传动，其啮合效率通常只有40%左右？ 11-9 为什么蜗杆传动要进行热平衡的计算？采用什么原理进行计算？当热平衡不满足要求时，可以采取什么措施？

习题

11-1 设某一标准蜗杆传动的模数m=5mm，蜗杆的分度圆直径d1=50mm，蜗杆的头数z1=2，传动比i=20。试计算蜗轮的螺旋角和蜗杆传动的主要尺寸。11-2 对图示的蜗杆传动，请根据已知的蜗杆的螺旋方向和转向，确定蜗轮的螺旋方向和转向。并在图中表出蜗杆和蜗轮的受力方向。

11-3 图示为手动铰车中所采用的蜗杆传动。已知m=8mm，d1=80mm，z1=1，i=40，卷筒的直径D=250mm，试计算：（1）欲使重物上升1m，应转动蜗杆的转数；（2）设蜗杆和蜗轮间的当量摩擦系数为0.18，检验该蜗杆传动是否满足自锁条件；（3）设重物重Q=5kN，通过手柄转臂施加的力F=100N，手柄转臂的长度l的最小值。

题图11-2 题图11-3

11-4 试设计一单级圆柱蜗杆传动：传动由电动机驱动，电动机的功率为7kW，转数为1440r/min，蜗轮轴的转数为80r/min，载荷平稳，单向传动。带 传 动

思 考 题

12-1 带传动主要类型有哪些？各有什么特点？ 12-2 影响带传动工作能力的因素有哪些？ 12-3 带速为什么不宜太高也不宜太低？

12-4 带传动中的弹性滑动和打滑是怎样产生的？对带传动有何影响？ 12-5 带传动的主要失效形式是什么？设计中怎样考虑？ 12-6 为什么带传动通常布置在机器的高速级？

12-7 带传动在什么情况下才会发生打滑？打滑通常发生在大带轮上还是小带轮上？刚开始打滑前，紧边拉力与松边拉力有什么关系？ 12-8 何谓滑动率？滑动率如何计算？ 12-9 带传动中带为何要张紧？如何张紧？

12-10 为何V带轮的轮槽角要小于400？为什么带轮的基准直径越小，轮槽槽角就越小？ 12-13 试分析带传动中参数

1、D1、i和a的大小对带传动的影响。

12-14 试分析比较普通V带、窄V带、多楔带、同步齿形带和高速带传动的特点和应用范围。

习题

12-1 一普通V带传动，已知带的型号为A，两轮基准直径分别为150 mm和400 mm，初定中心距a = 4500 mm，小带轮转速为1460 r/min。试求：(1)小带轮包角；(2)选定带的基准长度Ld；(3)不考虑带传动的弹性滑动时大带轮的转速；(4)滑动率 =0.015时大带轮的实际转速；(5)确定实际中心距。12-2 题12-1中的普通V带传动用于电动机与物料磨粉机之间，作减速传动，每天工作8小时。已知电动机功率P = 4 kW，转速n1=1460 r/min，试求所需A型带的根数。12-3 一普通V带传动传递功率为P = 7.5 kW，带速= 10 m/s，紧边拉力是松边拉力的两倍，即F1=2F2，试求紧边拉力、松边拉力和有效拉力。12-4 设计一破碎机用普通V带传动。已知电动机额定功率为P = 5.5 kW，转速n1= 1440 r/min，从动轮为n2= 600 r/min，允许误差±5%，两班制工作，希望中心距不超过650 mm。12-5 在例题12-1中，已知大带轮轴的直径d = 50 mm，试确定大带轮的材料、各部分尺寸并绘制工作图。链 传 动

思 考 题

13-1 与带传动相比，链传动有哪些优缺点？

13-2 滚子链是如何构成的？其最主要的参数是什么？对传动有何影响？ 13-3 为什么一般链节数选偶数，而链轮齿数多取奇数？

13-4 链传动中为什么小链轮的齿数不宜过少？而大链轮的齿数又不宜过多？ 13-5 何谓链传动的多边形效应？如何减轻多边形效应的影响？ 13-6 在什么条件下链传动瞬时传动比为恒定？此时链速是否也恒定？ 13-7 链传动的紧边拉力和松边拉力各由哪几部分组成？ 13-8 简述滚子链传动的主要失效形式和原因。13-9 简述滚子链传动的布置、润滑和张紧要点。13-10 简述齿形链传动的特点。

习题

a 13-1 在如图所示链传动中，小链轮为主动轮，中心距a =(30～50)p。问在图a、b所示布置中应按哪个方向转动才合理？两轮轴线布置在同一铅垂面内（图c）有什么缺点？应采取什么措施？

a）

b）

c）

题图13-1

13-2 当其它条件相同时，试比较下列两种链传动设计方案的运动不均匀性和附加动载荷，哪一种较好？为什么？（１）p = 15.875 mm，z1=31；（２）p = 31.75 mm，z1=15。13-3 一单排滚子链传动，链轮齿数z1=

21、z2=

53、链型号为10A、链长Lp=100节。试求两链轮的分度圆、齿顶圆和齿根圆直径以及传动的中心距。13-4 题13-3中，小链轮为主动轮，n1= 600 r/min，载荷平稳，试求：（1）此链传动能传递的最大功率；（2）工作中可能出现的失效形式；（３）应采用何种润滑方式。13-5 设计一往复式压气机上的滚子链传动。已知电动机转速n1=960 r/min，功率P = 3 kW，压气机转速n2=320 r/min，希望中心距不大于650 mm（要求中心距可以调节）。13-6 一单排滚子链传动，已知小链轮齿数z1=

17、采用10A滚子链、中心距a = 500 mm，水平布置，传递功率P = 1.5 kW，主动链轮转速n1=130 r/min。设工作情况系数KA=1.2，静力强度安全系数S = 7，试验算此链传动。轴

思 考 题

14-1 轴的功用是什么？

14-2 什么是传动轴、心轴、转轴，他们的区别是什么？

14-3 分析一下自行车的前轴、中轴和后轴的受载情况，他们各属于什么轴？ 14-4 轴的一般设计步骤是什么？ 14-5 轴的常用材料有那些？

14-6 为什么当轴的刚度不够时，选用合金钢来代替普碳钢效果不明显？ 14-7 弯扭合成强度计算时，折算系数的意义是什么？ 14-8 在什么情况下要作轴的刚度计算？

习题

14-1 有一台水泵，由电动机驱动，传递的功率P=4.5kW，轴的转速n=960 r/min，设计时，轴材料采用45号钢，试按强度要求计算出轴所需的最小直径。14-2 已知一传动轴直径d=32mm，转速n=1440 r/min，如果轴上的扭切应力不允许超过50

N/mm2，问此轴能传递多少功率？ 14-3 在图示轴的结构图中存在多处错误，请指出错误点，说明出错原因，并加以改正。

题图14-3 14-4 如图所示单级直齿圆柱齿轮减速器，用电机驱动，电动机的功率P=12kW，转速n=1470r/min，齿轮的模数m=4mm，齿数z1=19，z2=72，若支承间跨距l=180mm（齿轮位于中央），轴材料为45号钢调质。试计算减速器输出轴的最小直径，并进行轴结构设计。

题图14-4 滑动轴承

思 考 题

15-1 滑动轴承的性能特点有哪些？主要的应用场合有哪些？ 15-2 滑动轴承的主要结构型式有哪几种？各有什么特点？

15-3 轴承材料应具备哪些性能？是否存在着能同时满足这些性能的材料？ 15-4 非液体润滑轴承的设计依据是什么？限制p和pv的目的是什么？

15-5 液体动压润滑的必要条件是什么？叙述向心滑动轴承形成动压油膜的过程？ 15-6 找出一滑动轴承应用实例，确定滑动轴承类型，分析其特点和采用滑动轴承的原因。

习

题

15-1 有一滑动轴承，轴转速n =650r/min，轴颈直径d =120mm，轴承上受径向载荷F =5000N，轴瓦宽度B =150mm，试选择轴承材料，并按非液体润滑滑动轴承校核。15-2 现有一非液体润滑径向滑动轴承，轴颈直径d=100mm，轴瓦宽度B=100mm，转速n=1200r/min，轴承材料ZChPbSb 16-16-2，试问该轴承能承受多大的径向载荷？ 15-3 已知一推力轴承，其轴颈结构为空心，大径d0 =120mm，内径d1 =90mm，转速n =300r/min，轴瓦材料为青铜，试求该轴承能承受多大轴向载荷？滚动轴承

思 考 题

16-1 在机械设计中，选择滚动轴承类型的原则是什么？一般优先选用什么类型的轴承？ 16-2 滚动轴承的代号由几部分组成？基本代号又分几项内容？基本代号中各部分代号是如何规定的？ 16-3 滚动轴承的应力特性和主要失效形式是什么？

16-4 什么是滚动轴承的基本额定寿命？什么是滚动轴承的基本额定动载荷？ 16-5 当量动载荷的意义和用途是什么？如何计算？

16-6 滚动轴承寿命计算一般式是什么？考虑温度系数、载荷系数、可靠性系数后的计算公式是什么？ 16-7 何时要进行滚动轴承的静载荷计算？ 16-8 滚动轴承装置结构设计时应考虑哪些问题？ 16-9 自行车前后轮采用的是何种轴承？有什么结构特点？

习

题

16-1 试说明以下滚动轴承的类型、内径尺寸、精度：6210、7207C/P5、N208、31306、51205。16-2 有一深沟球轴承，受径向载荷Fr=8000N，常温下工作，载体平稳，转速n =1440r/min，要求设计寿命Lh =5000h，试计算此轴承所要求的额定动载荷。16-3 根据设计要求，在某一轴上安装一对7000C轴承（如图所示），已知两个轴承的径向载荷分别是：Fr1=1000N，Fr2=2060N，外加轴向力Fa=880N，轴颈d=40mm，转速n =5000r/min，常温下运转，有中等冲击，预期寿命Lh=2000小时，试选择轴承型号。

题图16-3

联轴器、离合器及制动器

思 考 题

17-1 什么是刚性联轴器？什么是弹性联轴器？两者有什么区别？ 17-2 固定式刚性联轴器与可移式刚性联轴器的主要区别是什么？ 17-3 可移式刚性联轴器与弹簧联轴器的异同点是什么？

17-4 参照机械设计手册，进一步了解联轴器、离合器和制动器的主要参数。17-5 拆解自动车上的超越离合器，绘出工作简图。

17-6 观察、分析各种自动车上的制动器和制动系统，绘制出三种以上的制动系统原理简图。

习

题

17-1 电动机与水泵之间用联轴器联接，已知电动机功率P=11kW,转速n=960r/min，电动机外伸轴端直径d1=42mm，水泵轴的直径为d’=38mm，试选择联轴器类型和型号。17-2 由交流电动直接带动直流发电机供应直流电。已知所需最大功率P = 18～20kW，转速n =3000r/min，外伸轴轴径d=45mm。（1）试为电动机与发电机之间选择一种类型的联轴器，并说明理由；（2）根据已知条件，定出型号。弹 簧

思 考 题

18-1 常用弹簧的类型有哪些？各用在什么场合？

18-2 对制造弹簧的材料有身哪些主要要求？常用的材料有哪些？

18-3 设计弹簧时为什么通常取弹旋绕比C为4～16？弹簧旋绕比C的含义是什么？ 18-4 弹簧刚度kp的物理意义是什么？弹簧刚kp与哪些因素有关？ 18-5 什么是弹簧的特性曲线？它与弹簧的刚度有什么关系？

18-6 圆柱螺旋拉，压弹簧受载后，弹簧丝截面上受有哪些载荷？各产生什么样的应力？ 18-7 圆柱螺旋拉，压弹簧的弹簧丝最先损坏的一般是内侧还是外侧？为什么？ 18-8 当圆柱螺旋压缩弹簧有失稳可能时，可采用什么防止措施？

习

题

18-1 已知一压缩螺旋弹簧的弹簧丝直径d＝6mm，中径D2 = 33 mm，有效圈数n＝10。采用II组碳素弹簧钢丝，受边载荷作用次数在103-105次。求：1）允许的最大工作载荷及变形量；2）若端部采用磨平端支承圈结构时（图18-8a），求弹簧的并紧高度Hs和自由高度H 0；3）验算弹簧的稳定性。18-2 试设计一能承受冲击载荷的弹簧。已知：F1=40N，F2=240N，工作行程y＝40mm，中间有30的芯轴，弹簧外径不大于45mm，材料用碳素弹簧钢丝II制造。18-3 设计一压缩螺旋弹簧。已知：采用d＝8 mm的钢丝制造，D2=48mm。该弹簧初始时为自由状态，将它压缩40mm后，需要储能25N.m。求：1）弹簧刚度；2）若许用

２切应力为400N/mm时，此弹簧的强度是否足够？3）有效圈数n。18-4 试设计一受静载荷的压缩螺旋弹簧。已知条件如下：当弹簧受载荷 F1 = 178N时，其长度H1 = 89mm；当F2 = 1160N时，H2 = 54mm；该弹簧使用时套在直径为30mm的芯棒上。现取材料为碳素弹簧钢丝，并要求所设计弹簧的尺寸尽可能小。18-5 一扭转螺旋弹簧用在760mm的门上。当门关闭时，手把上加4.5N的推力才能把门打

2开。当门转到180后，手把上的力为13.5N。若材料的许用力[]1100N/mm。求：1）该弹簧的弹簧丝直径d和平均直径D2；2）所需的初始角变形；3）弹簧的工作圈数。

题图18-5 机械传动系统设计

思 考 题

19-1 传动系统与工作机的作用有何不同？是否所有的机器都有传动系统？ 19-2 选择传动类型的基本原则是什么？

19-3 选择传动路线的主要依据是什么？是否根据工作机的多少确定？ 19-4 布置传动机构顺序时，应考虑哪些因素？

19-5 自行车链传动的主动大链轮齿数z1 = 48，小链轮齿数z2 = 18，车轮直径为28英寸（D

= 711.2mm）。试问：

（1）自行车为什么采用增速传动？能否采用带传动？为什么？（2）自行车行走1公里时，车轮、大链轮和小链轮各要转几圈？

19-6 给出五种把回转运动变为直线运动的机构，画出机构运动简图并说明其特点。

习题

19-1 图示为一运输机的传动方案，试分析该方案中各级传动安排有何不合理之处，并画出正确的传动方案图。

1-电动机；2-链传动； 3-齿轮减速器；4-带传动；5-工作机 题图19-1

19-2 立式搅拌机由电动机远距离传动，连续工作，搅拌机转速n = 40 r/min，电动机转速nd = 1440 r/min，功率P = 5.5 kW。试设计两种以上传动方案，并作比较。

1 1-电动机；2-搅拌机 题图19-2

19-3 图示为一螺旋推力机传动装置，已知电动机功率Pd = 5.5 kW，转速n = 1440 r/min，各齿轮齿数z1=26，z2=156，z3=22，z4=55，螺杆螺距P = 6 mm，取工作机效率w=0.82（包括螺旋传动和轴承效率），滚动轴承效率承=0.98，联轴器效率联=0.99，试求：

（1）传动装置的运动和动力参数；（2）螺旋的推力F；

（3）被推物料的移动速度；

（4）根据以上数据，分析该传动方案是否合适，并另外提出三种传动方案（其中包括一种不用螺旋机构的推力机方案）。

z2 z3 z1 z4 题图19-3

第二篇：机械设计基础习题答案.

机械设计基础(第七版)陈云飞 卢玉明主编课后答案 chapter1 1-1 什么是运动副？高副与低副有何区别？ 答：运动副：使两构件直接接触，并能产生一定相对运动的连接。平面低副－ 凡是以面接触的运动副，分为转动副和移动副；平面高副－以点或线相接触的运动副。1-2 什么是机构运动简图？它有什么作用？ 答：用简单的线条和符号代表构件和运动副，并按比例定出各运动副位置，表示机构的组成 和传动情况。这样绘制出的简明图形就称为机构运动简图。作用： 机构运动简图不仅能表示出机构的传动原理，而且还可以用图解法求出机构上各 有关点在所处位置的运动特性（位移，速度和加速度）。它是一种在分析机构和 设计机构时表示机构运动的简便而又科学的方法。1-3平面机构具有确定运动的条件是什么？ 答：机构自由度 F>0，且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运动是确定的；这就是机 构具有确定运动的条件。（复习自由度 4 个结论 P17）chapter2 2-1 什么是曲柄摇杆机构的急回特性和死点位置？ 答：急回特性：曲柄等速回转的情况下，摇杆往复运动速度快慢不同，摇杆反行程时的平均 摆动速度必然大于正行程时的平均摆动速度，此即急回特性。死点位置：摇杆是主动件，曲柄是从动件，曲柄与连杆共线时，摇杆通过连杆加于曲柄 的驱动力 F 正好通过曲柄的转动中心，所以不能产生使曲柄转动的力矩，机构的这种位置称为死点位置。即机构的从动件出现卡死或运动不确定的 现象的那个位置称为死点位置（从动件的传动角）。chapter3 3-2 通常采用什么方法使凸轮与从动件之间保持接触？ 答：力锁合：利用重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。形锁合：利用高副元素本身的几何形状使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。3-3 什么叫刚性冲击和柔性冲击？用什么方法可以避免刚性冲击？ 答：刚性冲击：从动件在运动开始和推程终止的瞬间，速度突变为零，理论上加速度为无穷 大，产生无穷大的惯性力，机构受到极大的冲击，称为刚性冲击。柔性冲击：当从动件做等加速或等减速运动时，在某些加速度突变处，其惯性力也随之 有限突变而产生冲击，这种由有限突变而引起的冲击比无穷大惯性力引起的 刚性冲击轻柔了许多，故被称为柔性冲击。避免刚性冲击的方法：为了避免刚性冲击，常将这种运动规律已知的运动开始和终止两 小段加以修正，使速度逐渐升高和逐渐降低。让从动件按正弦加速度运动（既 无刚性运动，也无柔性冲击）chapter4 4-1 棘轮机构、槽轮机构及不完全齿轮机构各有何运动特点？是举出应用这些间歇运动机构 的实例。答：槽轮机构特点： 结构简单，工作可靠，常用于只要求恒定旋转角的分度机构中；停歇 运动主要依靠槽数和圆柱销数量（运动系数）应用: 应用在转速不高，要求间歇转动的装置中。如：电影放映机 自动传送 链装置 纺织机械 棘轮机构特点：这种有齿的棘轮其进程的变化最少是 1 个齿距，且工作时有响声。应用：起重机绞盘 牛头刨床的横向进给机构 计数器 不完全齿轮机构特点：普通齿轮传动，不同之处在于轮齿不布满整个圆周。主动轮上的 锁住弧与从动轮上的锁住弧互相配合锁住，以保证从动轮停歇在 预定位置上。应用：各种计数器 多工位自动机 半自动机 chapter6 6-1 设计机械零件时应满足哪些基本要求？ 答：足够的强度和刚度，耐摩擦磨损，耐热，耐振动（衡量机械零件工作能力的准则）。6-2 按时间和应力的关系，应力可分为几类？实际应力、极限应力和许用应力有什么不同？ 答：随时间变化的特性，应力可分为静应力和变应力两类。许用应力：是设计零件时所依据的条件应力。[σ] 极限应力:零件设计时所用的极限值，为材料的屈服极值。实际应力: 零件工作时实际承受的应力。（静应力下：[σ] = σS /s [σ] = σB /s s= s1 s2 s3）6-4 指出下列符号各表示什么材料： Q235、35、65Mn、20CrMnTi、ZG310-570、HT200.Q235：屈服强度为 235，抗拉强度为 375-460，伸长率为：26%的普通碳素钢。35：优质碳素钢（数字表示碳的平均含量）65Mn;优质碳素钢，平均含碳量为 0.65%，含 Mn 量约为 1%。20CrMnTi：合金钢，含碳量 0.20%，平均含 Cr，Mn，Ti 量约为 1%。ZG310-570：屈服强度为 310MPa，抗拉强度为 570MPa 伸长率为 15%，硬度为：40-50HRC 的 铸钢 HT200：抗拉强度为 200，硬度为 170-241HBS 的灰铸铁。6-5 在强度计算时如何确定许用应力？ 答：许用应力的确定通常有两种方法： 1.查许用应力表：对于一定材料制造的并在一定条件下工作的零件，根据过去机械制造的 实践与理论分析，将他们所能安全工作的最大应力制成专门的表格。这种表格简单，具体，可靠，但每一种表格的适用范围较窄。2.部分系数法：以几个系数的乘积来确定总的安全系数 S1——考虑计算载荷及应力准确性的系数，一般 s1=1-1.5。S2——考虑材料力学性能均匀性的系数。S3——考虑零件重要程度的系数。6-8-各代表什么？

-1。-1 ：对称循环变应力下，疲劳极限为 2 ：脉动循环变应力下，疲劳极限为 ：静应力下的疲劳极限。

chapter7 7-1 常见的螺栓中的螺纹式右旋还是左旋、是单线还是多线？怎样判别?多线螺纹与单线螺 纹的特点如何

？ 答：常见的螺栓中的螺纹是右旋、单线。根据螺旋线绕行方向科判别右旋与左旋；根据螺旋 线的数目可判别单线还是多线。特点：单线螺纹的螺距等于导程，多线螺纹的导程等于螺距与线数的乘积；单线螺纹由于其 螺旋升角较小，用在螺纹的锁紧，多线螺纹由于其螺纹升角较大，用于传递动力和运动。7-2 螺纹主要类型有哪几种？说明他们的特点及用途。答：机械制造中主要螺纹类型：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹、半圆形螺 纹。三角形螺纹：a.普通螺纹：特点为抗拉强度较高，连接自锁作用也较可靠，一般适用于 薄壁零件及受冲击零件的连接。b.管螺纹（半圆形螺纹）：特点为螺纹深度较浅，是专门用来连接管子的。矩形螺纹： 特点为刨面呈矩形、螺母与螺杆对中的精度较差以及螺纹根部强度较弱等缺 点；没有自锁。梯形螺纹：特点为刨面为梯形，效率较矩形螺纹低，没有自锁。多用于车床丝杆等传动 螺旋及起重螺旋中。锯齿形螺纹：效率较矩形螺纹略低，强度较大，没有自锁。在受载很大的起重螺旋及螺 旋压力机中常采用。（三角形螺纹用于连接；锯齿、梯形、矩形用于传动。）7-3 螺旋副的效率与哪些参数有关？各参数变化大小对效率有何影响？螺纹牙型角大小对 效率有何影响？ 答：

为升角，ρ为摩擦角

当摩擦角不变时，螺旋副的效率是升角的函数。牙型角变小，效率变大；牙型角变大，效率变小。（举例矩形螺纹变为三角形螺纹）7-4 螺旋副自锁条件和意义是什么？常用链接螺纹是否自锁？ 答：自锁条件：（一般情况：越小，自锁性能愈好）：螺纹升角 ρ：当量摩擦 角。意义 ：不加支持力 F，重物不会自动下滑。即螺旋副不会自动松脱，当拧紧螺母时，螺旋副的效率总是小于 50%。常用链接螺纹自锁。7-5 在螺纹连接中，为什么采用防松装置？例举几种最典型的防松装置，会出其结构件图，说明其工作原理和机构简图。答：螺纹连接的自锁作用只有在静载荷下才是可靠的，在振动和变载荷下，螺纹副之间会产 3 生相对转动，从而出现自动松脱的现象，故需采用防松装置。举例:

（一）利用摩擦力的防松装置： 原理： 在螺纹间经常保持一定的摩擦力，且附加摩擦力的大小尽可能不随载荷大小变化。（1）弹簧垫圈: 工作原理：弹簧垫圈被压平后，利用其反弹力使螺纹间保持压 紧力和摩擦力（2）双螺母：工作原理：梁螺母对顶，螺栓始终收到附加压力和附加摩擦力的 作用。结构简单，用于低速重载。

（二）利用机械方法防松装置： 原理：利用机械装置将螺母和螺栓连成一体，消除了它们之间相对转动的可能性。（1）开口销：开口销从螺母的槽口和螺栓尾部的孔中穿过，起防松作用。效果 良好。（2）止动垫圈：垫片内翅嵌入螺栓的槽内，待螺母拧紧后，再将垫片的外翅之 一折嵌于螺母的一个槽内。将止动片的折边，分别弯靠在螺 母和被联接件的侧边起防松作用 7-6 将松螺栓连接合金螺栓连接（受横向外力和轴向歪理）的强度计算公示一起列出，是比 较其异同，并作出必要的结论。7-10平键链接可能有哪些失效形式？平键的尺寸如何确定？ 答：失效形式：挤压破坏和剪切 确定尺寸：按挤压和剪切的强度计算，再根据工作要求，确定键的种类；再按照轴的直 径 d 查标准的键的尺寸，键的长度取 且要比轴上的轮毂短。chapter8 8-2 带传动中的弹性滑动和打滑时怎样产生的？它们对带传动有何影响？ 答：弹性滑动：由于带的紧边与松边拉力不等，使带两边的弹性变形不等，所引起的带与轮 面的微量相对滑动为弹性滑动。弹性滑动是不可避免的，对带传动影响不大 打滑：机器出现过载，摩擦力不能克服从动轮上的阻力矩，带沿轮面全面滑动，从动轮 转速急剧降低甚至不动，此现象即为打滑，是带传动的主要失效形式之一，可避免。8-3 带传动中主要失效形式是什么？设计中怎么样考虑？ 答： 主要失效形式： 1.张紧力不足导致的打滑； 2.张紧力过大导致的疲劳损坏； 3.疲劳寿命。设计是必须要考虑：在保证不打滑的情况下（确保工况系数），带应有一定的疲劳强度 或寿命。chapter9 9-1 齿轮传动的最基本要求是什么？齿廓的形状符合什么条件才能满足上述要求？ 答：基本要求是：传动比恒定。齿廓的形状是：渐开线形、摆线形、圆弧齿时满足上述要求。（齿廓的形状必须满足不 论轮齿齿廓在任何位置接触，过触点所做齿廓的公法线均须通过节点。）4 9-2 分度圆和节圆，压力角和啮合角有何区别？ 答：分度圆：为了便于齿廓各部分尺寸的计算,在齿轮上选择一个圆作为计算的基准,该 圆称为齿轮的分度圆.(标准齿轮分度圆与节圆重合且 s=e)标准化的齿轮上压力角和模数均为标准值的圆称为分度圆.节圆：通过节点的两圆具有相同的圆周速度，他们之间作纯滚动，这两圆称为齿轮 的节圆。分度圆、节圆区别：分度圆是齿轮铸造成立后本身具有的，而节圆是在两齿轮运动 啮合时根据其速度而确定出来的。压力角：渐开线上任一点法向压力的方向线（即渐开线在该点的法线）和该点速度 方向之间的夹角称为该点的压力角。啮合角：过节点的两节圆的公切线，与两齿廓公法线间的夹角。压力角、啮合角区别：选取点的不同，压力角的大小也就不同；而只要两齿轮的大 小确定，则其啮合角也就随确定。9-3 一对渐开线标准齿轮正确啮合的条件什么？ 答：1.两齿轮的模数必须相等

m2 ；

2.两齿轮分度圆上的压力角必须相等

9-4 为什么要限制齿轮的最少齿数？对于α=20、正常齿制的标准直齿圆柱齿轮，最少齿数 是多少？ 答：限制最少齿数是为了保证不发生根切，要使所设计齿数大于不产生根切的最少齿数，当 α=20 的标准直齿圆柱齿轮，则 h a =1，则 z min =17。9-12 齿轮轮齿有哪几种失效形式？开式传动和闭式传动的失效形式是否相同？在设计及使 用中应该怎样防止这些失效？ 答：失效形式有：（1）轮齿折断（2）齿面胶合（3）齿面磨粒磨损（4）齿面点蚀（5）塑性变形 开式传动和闭式传动的失效形式不完全相同： 其中磨损和疲劳破坏主要为开式齿轮传动 的失效形式；而齿面点蚀和折断主要为闭式齿轮传动的失效形式。为了防止轮齿折断：在设计时应使用抵抗冲击和过载能力较强的材料。为了避免齿面磨粒磨损：可采用闭式传动或加防护罩等； 为了避免轮齿齿面点蚀：应使用接触应力较大的材料； 为了防止齿面胶合：必须采用粘度大的润滑油（低速传动）或抗胶合能力强的润滑油（高速 传动）。9-13 选择齿轮材料时，为什么软齿面齿轮的小齿轮比大齿轮的材料要好些或热处理硬度要 5 o

高些？ 答：主要由于小齿轮转速高，应力循环次数多，则寿命较短，为了使大小齿轮的寿命接近，则在材料的选取方面要好些或热处理要更高些。9-16 在轮齿的弯曲强度计算中，齿形系数 YF 与什么因素有关？ 答：齿形系数 YF 只与齿形有关，即与压力角α，齿顶高系数 ha 以及齿数 Z 有关。chapter10 10-2 蜗杆传动的啮合效率受哪些因素的影响？ 答：蜗杆传动的啮合效率为：

tan r，则效率受导程角和当量摩擦角的影响。

10-3 蜗杆传动的传动比等于什么？为什么蜗杆传动可得到大的传动比？ 答：蜗杆传动传动比：i=n1/n2 = z2/z1(传动比与齿数成反比)因为蜗杆的齿数可以非常小，小到 z=1，因而可以得到很大的传动比。10-4 蜗杆传动中，为什么要规定 d1 与 m 对应的标准值？ 答：当用滚刀加工蜗轮时，为了保证蜗杆与该蜗轮的正确啮合，所用蜗轮滚刀的齿形及直径 必须与相啮合的蜗杆相同，这样，每一种尺寸的蜗杆，就对应有一把蜗轮刀滚，因此规 定蜗杆分度圆直径 d 为标准值，且与模数 m 相搭配；其次，蜗轮加工的刀具昂贵，规定 蜗杆分度直径 d 为标准值且与模数相搭配可以减少加工刀具的数量。10-7 为什么蜗杆传动常用青铜涡轮而不采用钢制涡轮？ 答：因为青铜的耐磨性，抗胶合性能及切削加工性能均好，而啮合处有较大的滑动速度，会 产生严重的摩擦磨损引起热，使润滑情况恶化，青铜的熔点较高，所以用青铜涡轮而不 用钢制涡轮。10-9 为什么对连续工作的蜗杆传动不仅要进行强度计算，而且还要进行热平衡计算？ 答：蜗杆传动由于摩擦损失大，效率较低，因而发热量就很大、若热量不能散逸将使润滑油 的粘度降低，润滑油从啮合齿间被挤出进而导致胶合。chapter11 11-1 定轴轮系中，输入轴与输出轴之间的传动比如何确定？与主动齿轮的齿数有何关系？ 如何判定输出轴的转向？ 答： 轮系的总传动比等于组成该轮系的各对齿轮的传动比的连成积，其值等于所有从动轮齿 数的连成积与所有主动轮齿连成积之比。传动比 判定方向： a.通常规定若最末从动轮与第一个主动轮的回转方向相同时，传动比为正号，若两轮回转方向相反时，则取为负号 b.若传动比的计算结果为正，则表示输入轴与输出轴的转向相同，为负则表 示转向相反。c.还可以用画箭头标志的方法表示转向: 外啮合的齿轮转向相反,内啮合的 6 齿轮转向相同.chapter12 12-1 心轴与转轴有何区别？试列举应用的实例。答：心轴只承受弯矩，不承受转矩，如：装带轮和凸轮的轴； 转轴既承受弯矩，又承受转矩。如：齿轮减速器中的轴，是机器中最常见的轴。12-4 轴的结构和尺寸与哪些因素有关？ 答：轴的结构决定因素：载荷及载荷分布、轴上标准件、轴上已确定的零件、轴上零件的装 配位置及固定方法、轴的加工工艺性、轴上零件的装配工艺性等。轴尺寸决定因素 ： 轴沿轴向尺寸及形状是由轴上各零件的相互举例，尺寸和安装情况，与轴的制造情况及轴上载荷(弯矩、转矩、轴向力)分布情况等决定的。计算题： 1.已知一对外啮合的标准直齿圆柱齿轮的齿数分别为 z1=20 z2=80，模数 m=2，计算两个齿 轮的齿顶圆，齿根圆和分度圆的直径，以及齿轮传动的中心距。解：由公式及系数得： 齿顶圆直径： d a1

d 齿根圆直径：

35mm m 分度圆直径： 中心距：，

第三篇：机械设计基础-习题解答

《机械设计基础》

习题 解 答

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目录

第0章 绪论-----1 第一章平面机构运动简图及其自由度---2 第二章平面连杆机构--------------------------4 第三章 凸轮机构------------------------------6 第四章 齿轮机构-----------------------------8 第五章 轮系及其设计-----------------------19 第六章 间歇运动机构-----------------------26 第七章 机械的调速与平衡-----------------29 第八章 带传动-34 第九章 链传动-38 第十章 联接----42 第十一章 轴----46 第十二章 滚动轴承--------------------------50 第十三章 滑动轴承-------------------------56 第十四章 联轴器和离合器 59 第十五章 弹簧-----------62 第十六章 机械传动系统的设计----------------------------65

第一章平面机构运动简图及其自由度

1-1 一个在平面内自由远东的构件有多少个自由度？ [解]有3个自由度。

1-2 在平面内运动副所产生的约束数与自由度有何关系？ [解] 约束数+自由度=3 1-3 如何判别有构件和运动副组成的系统是否具有确定的相对运动？ [解] 自由度数=原动件数

系统无确定的相对运动

自由度数原动件数

系统有确定的相对运动 1-4在计算机构的自由度时应注意哪几个问题？ [解] 复合铰链、局部自由度和虚约束。

1-5 绘制机构运动简图时，用什么来表示机构和运动副？ [解]用简单的线条和符号表示构件和运动副。

1-6绘制图1-15所示的机构运动简图，并计算其自由度。[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试计算下列图示机构的自由度，并指出机构中存在的复合铰链，局部自由度或虚约束。

45第三章 凸轮机构

3-1 从动件的常用运动规律有哪种？各适用在什么场合？

[解] 1)等速运动规律，使用于低速、轻载的场合；2）等加速等减速运动规律，适用于中速、轻载的场合；3）余弦加速度运动规律（简谐运动规律），适用于中、低速；4）正弦加速度运动规律，适用于高速。

3-2 凸轮机构的常用类型有几种？选择凸轮的类型时应该考虑哪些因素？

[解] 按凸轮的形状分：盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮；按从动件形状来分：尖端从动件、滚子从动件和平底从动件；按凸轮与从动件锁合形式分：力锁合和几何锁合。

选择凸轮时，应考虑凸轮和从动件的相对运动形式 从动件的运动形式等。

3-3 图解法设计凸轮时，采用了什么原理？简单叙述此原理的主要内容。[解] 才用反转原理，即给整个机构加上一个反向转动，各构件之间的相对运动并不改变，根据这一原理，设想给整个凸轮机构加上一反向转动（即加上一个凸轮角速度转向相反、数值相等绕凸轮回转中心0的角速度（-）的转动），则凸轮处于相对静止状态，从动件一方面随机架以角速度（-）绕0点转动，另一方面又按给定的运动规律作往复移动或摆动。

3-4 何谓凸轮的运动失真？滚子从动件盘形凸轮机构运动时针时，应如何

第四章 齿轮机构

4-1 为什么要规定模数的标准系列？在直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮，蜗杆蜗轮和直齿圆锥齿轮上何处的模数是标准值？

[解] 为了设计、制造、检验和使用的方便。直齿轮端面模数是标准值；斜齿法面模数是标准值；蜗杆蜗轮中间平面上的模数是标准值；圆锥齿轮大端的模数是标准值。

4-2 渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有哪几个？那些是标准的，其标准值是否相同？为什么这些参数称为基本参数？

[解] 基本参数：齿数z、模数m、压力角、齿顶高系数ha*和顶隙系数c*。其中后四个是标准的，标准值不相同。

4-3 分度圆与节圆有什么区别？在什么情况下节圆与分度圆重合？ [解] 分度圆是齿轮上具有标准压力角的圆。节圆是过节点所作的两个相切的圆。标准安装时节圆与分度圆重合。

4-4 渐开线的形状取决于什么？若两个齿轮的模数和齿数分别相等，但压力角不同，他们齿数不同，他们齿廓渐开线形状是否相同？一对相啮合的两个齿轮，若它们的齿数不同，他们齿廓的渐开线形状是否相同？

[解] 取决于基圆的大小。不同。不同。

4-5 何谓齿廓的根切现象？产生根切的原因是什么？是否基圆愈小愈容易发生根切？根切有什么危害？如何避免根切？

[解] 齿轮齿根的渐开线齿廓被切去的现象为根切现象。原因是展成法加工时，刀具的齿顶线或齿顶圆与啮合线的焦点超过了被切极 的。

计算准则；齿面接触疲劳强度计算，针对齿面点蚀；齿根弯曲疲劳强度计算，针对齿根弯曲疲劳折断。闭式硬齿面齿轮传动设计准则：按弯曲疲劳强度和接触疲劳强度设计；闭式软齿面齿轮传动设计准则：按接触疲劳强度设计，校核弯曲疲劳强度；开式齿轮传动设计准则：按弯曲疲劳强度设计。

4-9 现有A、B两对闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动，A对参数为；模数m=2mm，齿数z1=40，z2=90，齿宽b=60mm；B对参数为：模数m=4mm，齿数z1=20，z2=45，齿宽b=60mm。两对齿轮精度为8级，小齿轮转速均为1450r/min，其它条件分别相同。试比较两对齿轮接触强度及抗弯强度的高低。

[解] 两对齿轮接触强度相同，弯曲强度第二对较高。

4-10 应主要根据哪些因素来决定齿轮的结构型式？常见的齿轮结构型式有哪几种？它们分别用于何种场合？

[解]

根据齿轮的几何尺寸、毛坯材料、加工工艺等决定等决定齿轮结构型式。结构型式：齿轮轴，用于直径很小的场合；实心结构，用于da160mm;腹板式结构，用于da500mm;轮辐式结构，用于400da1000mm。4-11 已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮m=2mm，z1=20,z2=45,试计算这对吃乱的分度直径、齿顶高、齿根高、顶隙、中心距、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径、齿距、齿厚和齿槽宽。[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 已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮 m=5mm，20，z=45，试分别求出分度圆、基圆、齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径和压力角。[解]

分度圆 =1545sin20238.477 =20基圆 =0 b=0齿顶圆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 试比较正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆和齿根圆，在什么条件下基圆大于齿根圆？什么条件下基圆小于齿根圆？ [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)由上式可见，当齿数z增大时，（dfdb）值亦增大。当dfdb0时，得2.541.40.0603因此，当z42时，dfdb；反之，当z42时，dfdb。z=

4-14 试根据渐开线特性说明一对模数相等，压力角相等，但齿数不等的渐开线标准直齿圆柱齿轮，其分度圆齿厚、齿顶圆和齿根圆齿厚是否相等，哪个较大。

[解] 分度圆齿厚相等，齿顶圆和齿根圆齿厚不等，因基圆愈小，渐开线愈弯曲，基圆愈大，渐开线愈平直，故齿数多的齿轮齿顶圆和齿根圆的齿厚大。

4-15 现需要传动比i=3的一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，有三个压力角相等的渐开线标准直齿圆柱齿轮，它们的齿数分别为z1=20，z2=z3=60,齿顶圆直径分别为da1=44mm，da2=124mm，da3=139.5mm，问哪两个齿轮能用？中心距a等于多少？并用作图法求出它们的重合度。[解]

**da1mz12ham20m2ham4

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

解得；齿轮1、2能用。m2mm，a80mm。4-16 单级闭式直齿圆柱齿轮传动中，小齿轮材料为45钢调质处理，大齿轮的材料为ZG270—500正火，P=4kw，n1=720r/min，m=4mm，z1=25,z2=73,b1=84mm,b2=78mm,单向传动，载荷有中等冲击，用电动机驱动，试验算此单级传动的强度。

3（2）查许用应力[F]由图4-23c，Flim1=185N/mm2；由图

4-23b，Flim2=130N/mm2。查表4-6，取SF=1.4，则

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

1.4(3)结论：弯曲强度也满足。[F]1

4-17 已知一对正常齿渐开线标准斜圆柱齿轮a=250mm,z1=23,z2=98,mn=4mm试计算其螺旋角、端面模数、端面压力角、当量齿数、分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径。[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 设计一对外啮合圆柱齿轮，已知z1=21,z2=32,mn=2,实际中心距为55mm，问：（1）该对齿轮能否采用标准直齿圆柱齿轮传动？（2）若采用

51617（1）标出输入轴Ⅰ和中间轴Ⅱ的转向

（2）确定并标出齿轮1、2和3的齿轮旋向，要求使Ⅱ轴上所受轴向力尽可能小。

（3）标出各个齿轮在啮合点处所受各分力的方向。（4）画出Ⅱ轴联同齿轮2和3一体的空间受力图。

[解]（1）输入轴，中间轴；

（2）轮Ⅰ右旋，轮2左旋，轮3左旋；、（3）如图；（4）如图。

4-23 在图示直齿圆锥-斜齿圆柱齿轮减速器中，已知锥齿轮m=5mm,z1=25,z2=60,齿宽b=50mm;斜齿轮mn=6mm,z3=21,z4=84。（1）欲使轴Ⅱ上的轴向力在轴承上的作用完全抵消，求斜齿轮3的螺旋角的大小和旋向。（2）

试画出作用在斜齿轮3和锥齿轮2上的圆周力Ft、径向力Fr和轴象立Fa的作用线和方向。[解]（1）

Fa2Fa3即2T12iTtancos111tandm1d3 得sin0.1667,9.6齿轮3为右旋（3）如图。

9中两轮的传动比是相对角速度之比。

5-6 计算混合轮系传动比的基本思路是什么？能否通过给整个轮系加上一个公共的角速度（-H）的方法来计算整个轮系的传动比？为什么？

[解] 基本思路：（1）区分基本轮系

（2）分别列出基本轮系的计算公式；

（3）找出基本轮系间的关系；

（4）联立各式，求出要求的传动比。不能。因为混合轮系不是一个基本周转轮系。5-7 如何从复杂的混合轮系中划分出各个基本轮系？ [解] 先找行星轮，再找支持行星轮的系杆及其中心论，则行星轮、系杆、中心轮和基价组成一个周转轮系。重复上述方法，直至找出所有的周转轮系后，剩余的便是定轴轮系。

5-8 什么样的轮系可以进行运动的合成和分解？ [解] 差动轮系。

5-9 在图中所示的车床变速箱中，已知各轮齿数为z1=42,z2=58,z3=38,z4=42,z5=50,z6=48,电动机转速为1450r/min，若移动三联滑移齿轮a使齿轮3’和4’啮合,又移动双联滑移齿轮b使齿轮5’和6’啮合，试求此时带轮转速的大小和方向。[解]

n14842583z6z4z2i16(1)1.465n6503842z5z3z1 则 n6= n11450989.76r/min-1.4651.4655-10 在图5-16所示的滚齿机工作台的传动系统中，已知各齿轮的齿数为z1=15,z2=28,z3=15,z4=55, z9=40，被加工齿轮B的齿数为2，试计算传动比i75。[解] iABnAzB72nBzAz1z4z7z91555z740z2z3z5z82815z51n7z51555401.09n5z7281572又iAB则i75

5-11 如图所示的轮系中，已知各轮齿数为：z1 = z3,nH=100r/min,n1=20 r/min,试求下列两种情况下轮3的转速n3：

（1）当n3与nH同向时：（2）当n1与nH相反时。[解] H(1)i13n1nH201001n3nHn3100 n3180r/min 与n1同向nn20100H(2)i131H1n3nHn3100 n3220r/min 与n1反向

5-12 在图示轮系中，已知各轮齿数为：z1=30,z2=30,z3=90,z3’=40, z4=30, z4’=40, z5=30,试求此轮系的传动比i1H。[解] 定轴轮系1-2-3

i13zn133 n3z1行星轮系3’-4-4’-5 i3H5n3nHzz3030945n5nHz3z4404016n因n5，则i1H11.3125nH

5-13 在图所示轮系中，已知各轮齿数为：z1=24,z2=48, z2’=30,z3=102,z3’=20, z4=40, z5=100。试求该轮系的传动比i1H。[解] 差动轮系1-2-2’-3-H-6 Hi13zzn1nH48102236.8n3nHz1z22430定轴轮系3'456nz20i53530.2n3z5100因，n5=nH，则i1Hn141.8nH

5-14 在图所示轮系中，已知各轮齿数为：z1=26,z2=32, z2’=22,z3=80,z4=80，又n1=300 r/min，n3=50 r/min两者转向相反，试求齿轮4的转速n4的大小和方向。

[解]

差动轮系1-2-2’-3

Hi13zzn1nH23n3nHz1z2300nH3280即4.48 nH13.950nH2622

差动轮系3-2’-4 Hi34n3nHz4n4nHz3即50nH369n4nH8020

联立二式得 n4155.97r/min5-15在图示的大速比减速器中，已知蜗杆1和5的头数为1，且均为右旋，3

Hi34n3nHz4n4nHz3

Hi46zn4nHn1nH96n6nHn6nHz4

4求联立得ni1H12.08nH

(2)4-5-6-H组成行星轮系

HHi46i16zn1nH960nHz44

得 i1H3.255-17 如图所示自行车里程表机构中，C为车轮轴，P为里程表指针。已知各齿轮数为：z1=17,z2=23,z4=19，z4’=20, z5=24。设轮胎受压变形后使28英寸车轮的有效直径约为0.7m，当车行1km时，表上的指针刚好回转一周。试求齿轮2的齿数。[解] 定轴轮系1-2 n1z1n2z2

行星轮系3-4-4’-5(P)-2(H)2i521i521z4z3202311z5z42419114i52z11i12z2114联立二式得 i51 当车行一公里时C轴的转数为n11000转，此时5转过一转，0.7则 i51得 z2n50.7n110001000171680.71145-18 如图所示轮系中，已知各轮齿数为：z1=34,z2=40, z2’=30, z3=18, z3’=38, z1’=24,z4=36，z4’=22。试求该轮系的传动比iAH，并说明轴A与轴H的转向是否相同。

526上的圆柱销，使从动盘作间歇运动。

特点：优点是结构简单、运转可靠、转位精确，无需专门的定位装置，易实现工作对动程和动停比的要求。通过适当选择从动件的运动规律和合理设计凸轮 的轮廓曲线，可减小动载荷和避免冲击，以适应高速运转的要求。主要缺点是精确度要求较高，加工比较复杂，安装调整比较困难。

6-5 不完全齿轮机构与普通齿轮机构的啮合过程有何异同点？

[解]

在不完全齿轮机构中，主动轮1连续转动，当轮齿进入啮合时，从动轮2开始转动，当轮1上的轮耻退出啮合时，由于两轮的凸、凹锁止弧的定位作用，齿轮2可靠停歇，从而实现从动齿轮2的间歇转动。而普通齿轮啮合是连续的，从动轮的运动也是连续的。

6-6 设计一外啮合棘轮机构，已知棘轮的模数m=10mm，棘轮的最小转角max12，试设计该棘轮机构。

[解]

棘轮最小齿数

z360max30

齿顶圆直径

D=mz=300mm

周节

P=m=10=7.5mm

齿槽夹角

60

齿项厚

h=0.75m=7.5mm

棘爪长度

L2P=62.8mm 6-7 某自动机床工作转台要求有6个工作位置，转台静止时完成加工工序，最长的工序时间为5s，原动机转动速度为720r/min，槽轮与拨盘之间的中心距a200mm,试设计此槽轮机构。

8297-5 机械平衡的目的是什么？ [解]

目的：完全或部分地消除惯性力的影响，减小或消除附加的动压力，减轻有害的机械振动。7-6 机械平衡有哪几类？ [解] 机械平衡可以分为回转件的平衡和机构的平衡两类。

7-7刚性回转的动平衡和静平衡，而动平衡不仅是惯性力平衡，而且要惯性力矩也平衡。[解]

静平衡条件：惯性力的合力等于零。动平衡条件：惯性力的合力偶矩都等于零。7-8 为什么要进行平衡试验平衡试验有哪几种？ [解] 虽然经过平衡计算的回转件在理论上是完全平衡的，但由于制造和安装误差及材质不均匀等原因，还会存在不平衡现象，这种不平衡现象只能用试验的方法来进一步平衡。平衡试验有静平衡试验和动平衡试验两种。

7-9 为什么设计一个刚性回转件时要确定它的不平衡量？ [解]

回转件通过试验后可将不平衡惯性力以及其引起的动力效应减小到相当低的程度，但回转件一般不可能达到完全平衡。在实际工作中

1323334打滑是由于过载所引起的带在带轮上的全面滑动。打滑是可以避免的，而弹性华东是不可避免的。

8-5 带传动的失效形式有：①打滑；②疲劳破坏。

设计准则：保证带传动不发生打滑的前提下，充分发挥带传动的能力，使传动具有一定的疲劳强度和寿命。

8-6 为什么V带剖面的楔角为40，而带轮的槽角则为32、34、36及38？ [解]

由于带在带轮上弯曲时要产生横向的楔角边小。

8-7 已知带传动的功率为7.5kW,平均带速为10ms1，紧边拉力是松边拉力的两倍，试求紧边拉力、有效工作拉力及初拉力。[解] FV10007.5,F750N100010FF1F2F2 PF0F1F21125N

则F12F1500N8-8 一V带传动，已知两带轮的直径 分别为125mm和315mm，中心距为600mm，小带轮为主动，转速为1440rmin1。试求：（1）小带轮的包角；（2）带长；（3）不考虑带传动的弹性滑动时大带轮的转速；（4）滑动率为0.015时大带轮的实际转速。[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 设计一作减速传动的普通V带传动，每天工作8h，载荷较平稳，已知电动功率为5kW，电动机转速为1440rmin1，从动带轮的输出转速为650rmin1。[解](1)确定计算功率PcaKAP5kw其中KA1(表83)（2）选择带的型号为A型。（3）确定带轮的基准直径由表8-4，取D190mm，设滑动率=0.02，得D2n11440D1(1)900.98195.4mmn2650由表84，取D2200mm。（4）验算带速D1n1901440v=6.78m/s601000601000在525m/s范围内，所以带速合适。（5）确定中心距和带的基准长度Ld初选中心距0450mm,符合 0.7（D1+D2）

由式（8-1）得带长2（D1-D2）3.14(20090)L=2a0（D1+D2）+2450(90200)1362mm24a022450由表82对工A型带选用基准长度Ld1400mm,然后计算实际中心距，由式（8-34）得a=450+(1400-1362)469mm2中心距变动范围：amin4690.0151400448mmamax4690.0151400490mm(6)小带轮包角a1180180D1-D257.3a2009057.3166.5120469(7)确定带的根数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)确定初拉力查表81，q0.10kgm1,并由式（3-380得单根普通V带的处拉力为500pca2.5F0(1)qv2zvka50052.5(1)0.16.78256.780.958123.3N(9)计算压轴力由式（8-39）得压轴力为FQ2zF0sin(/2)25123.3sin(166.52)1224.5N

(10)带传动的结构设计。略。-38后，套筒和滚子都被磨薄而且中心偏移，这时链与轮齿实际啮合的节距将增大，因而分度圆的直径也增大。链轮齿数越多，分度圆直径的增量就越大，所以链节越向外移，因而链从链轮上脱落下来的可能性也就越大，链的使用寿命也就越短，因此通常限制大链轮的齿数z2120。

9-6 一滚子链传动，链轮z1=23,z2=63,链条型号为08A，链长Lp=100节。试求连链轮的分度圆、齿顶圆和齿根圆直径及中心距。[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 设计一滚子链传动。已知电动机转速n1=960rmin1,试确定大、小链轮齿数、链条节距、传动中心距、链节数以及作用在链轮轴上的压力。[解] 1.选择链轮的齿数

设V=38ms1，由表9-5取小链齿轮数z1=67，所以大链轮数z2=iz1=3.221=67.2，取z2=67。2．初步确定中心距

040p

3.链条节数

08.选择润滑方式

按p=15.875mm,v=5.34ms-1, 由图9-15查得应采用油浴或飞溅润滑。

9．计算压轴力FQ

由式（9-15），FQ=KQF，取KQ=1.15

4749N 5.34FQKQF1.15749861.4NF1000P/v10010．链轮的结构设计 略。

2因数越多，效率越高。当量摩擦角v，在摩擦因数一顶的情况下，牙型斜角越大，则当量摩擦角v越大，效率越低，自锁性能越好，所以在螺旋传动中，为了提高效率，采用牙型斜角小的螺纹，如矩形螺纹、梯形螺旋传动中，为了提高效率，采用了提高自锁性能，应采用牙型斜角大的螺纹，如三角形螺纹。

10-7 螺纹副的自锁条件是什么？

[解]

螺纹副的自锁条件为

v

10-8 如图10-40 所示为某机构上拉杆头用普通粗牙螺纹联接。已知拉杆所受最大载荷Q=10kgN，载荷平稳拉杆杆头的材料为Q235，试确定拉杆螺纹直径。

[解]

松螺栓联接设计公式

d14Fs240171.42MPa 1.4Q235钢，表105，s240MPa松螺纹设计公式

n410000则d18.62mm171.42由表103得选用M12的螺杆。表106，10-9 如图10-41所示为一螺栓联接，螺栓的个数为2，螺纹为M20，许用cw为.2，试计算该联接允许传递的静载荷FR。[解] 每个螺栓的预紧力

4[解] 构件2按箭头方向转动5圈时，构件2向右移动 L2=5SA=20mm

螺母3向左移动L=5mm，L

2说明螺旋副B与螺旋副A旋向相同，皆为右旋。则

L

52（SB-SA）=（SB-SA）22LSB-SA1 SBSA15mm5

第十一章 轴

11-1 轴按承载情况可分为哪三种轴？试从实际机器中举例说明其特点。

中，意义如何？取值如何确定？ [解]

为由扭矩性质而定的折合系数。

对于不变转矩=0.3；对于脉动循环变化的转矩=0.6；对于对称循环变化的转矩=1。

11-8 一直齿圆柱减速器如图11-15所示，z2=22，z3=77，由轴Ⅰ输入的功率P=20kW，轴Ⅰ的转速n1=600r/min，两轴材料均为45号钢，试按转矩初步确定两轴的直径。[解] 轴Ⅱ转速

22600171.43r/min77由表112，取A110，则n23d111032035.4mm600

2053.75mm171.43圆整后d136mm,d254mmd211011-9 图示为单级直齿圆柱齿轮减速器的 输出轴简图，齿轮的分度圆直径及支点间的距离如图11-16所示，齿轮与两轴支承对称分布。如轴的转速为323r/min，传递的功率为22KW，轴的材料为45号钢，试按当量弯矩计算该危险截面的直径。[解]

（1）求作用在轴上的力

扭矩T9.55106P229.55106650103Nmm n3232T26.51053960N 圆周力Ftd328

第四篇：机械设计基础,第六版习题答案

1-1至1-4解 机构运动简图如下图所示。

图 1.11 题1-1解图

图1.12 题1-2解图

图1.13 题1-3解图

图1.14 题1-4解图

题 2-3 见图 2.16。

题 2-7

解 : 作图步骤如下（见图 2.19）：

（1）求（2）作（3）作，顶角，；并确定比例尺。

。的外接圆，则圆周上任一点都可能成为曲柄中心。

相距，交圆周于

点。（4）作一水平线，于（5）由图量得。解得 ：

曲柄长度：

连杆长度： 题 2-7图 2.19

3-1解

图 3.10 题3-1解图 如图 3.10所示，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过B点作偏距圆的下切线，此线为

凸轮与从动件在B点接触时，导路的方向线。推程运动角 3-2解

如图所示。

图 3.12 题3-2解图 如图 3.12所示，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过D点作偏距圆的下切线，此线为

凸轮与从动件在D点接触时，导路的方向线。凸轮与从动件在D点接触时的压力角所示。

4-1解

分度圆直径

齿顶高

齿根高

顶 隙

如图

中心距

齿顶圆直径

齿根圆直径

基圆直径

齿距

齿厚、齿槽宽

4-11解

因

螺旋角

端面模数

端面压力角

当量齿数

分度圆直径

齿顶圆直径

齿根圆直径

4-12解（1）若采用标准直齿圆柱齿轮，则标准中心距应

说明采用标准直齿圆柱齿轮传动时，实际中心距大于标准中心距，齿轮传动有齿侧间隙，传动不

连续、传动精度低，产生振动和噪声。

（2）采用标准斜齿圆柱齿轮传动时，因

螺旋角

分度圆直径

节圆与分度圆重合，4-15答： 一对直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角必须分别相等，即、。

一对斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角分别相等，螺旋角大小相等、方向

相反（外啮合），即、、。

一对直齿圆锥齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的大端模数和压力角分别相等，即、。

5-1解： 蜗轮 2和蜗轮3的转向如图粗箭头所示，即 和。

图 5.图5.6

5-2解： 这是一个定轴轮系，依题意有：

齿条 6 的线速度和齿轮 5 ′分度圆上的线速度相等；而齿轮 5 ′的转速和齿轮 5 的转速相等，因

此有：

通过箭头法判断得到齿轮 5 ′的转向顺时针，齿条 6 方向水平向右。

6-2解

拔盘转每转时间

槽轮机构的运动特性系数

槽轮的运动时间

槽轮的静止时间

6-3解 槽轮机构的运动特性系数

因：

所以

6-4解 要保证 则槽轮机构的运动特性系数应为

因

得

，则 槽数 和拔盘的圆销数 之间的关系应为：

由此得当取槽数 ～8时，满足运动时间等于停歇时间的组合只有一种：。

10-1证明 当升角与当量摩擦角 符合 时，螺纹副具有自锁性。

当 时，螺纹副的效率

所以具有自锁性的螺纹副用于螺旋传动时，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，中径

螺纹升角，细牙，螺距，中径

螺纹升角

对于相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹中，细牙螺纹的升角较小，更易实现自锁。

11-6解 斜齿圆柱齿轮的齿数与其当量齿数 之间的关系：

（1）计算传动的角速比用齿数。（2）用成型法切制斜齿轮时用当量齿数 选盘形铣刀刀号。

（3）计算斜齿轮分度圆直径用齿数。

（4）计算弯曲强度时用当量齿数 查取齿形系数。

11-7解 见题11-7解图。从题图中可看出，齿轮1为左旋，齿轮2为右旋。当齿轮1为主动时按左手定

则判断其轴向力 ；当齿轮2为主动时按右手定则判断其轴向力。

轮1为主动

轮2为主动时

图 11.2 题11-7解图

11-8解 见题11-8解图。齿轮2为右旋，当其为主动时，按右手定则判断其轴向力方向 向力

；径总是指向其转动中心；圆向力 的方向与其运动方向相反。

图 11.3 题11-8解图 11-9解（1）要使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反，则低速级斜齿轮3的螺旋经方向应与齿轮2的

旋向同为左旋，斜齿轮4的旋向应与齿轮3的旋向相反，为右旋。

（2）由题图可知：、、、、分度圆直径

轴向力

要使轴向力互相抵消，则：

即

11-15解（1）圆锥齿轮2的相关参数

分度圆直径

分度圆锥角

平均直径

轴向力

（2）斜齿轮3相关参数

分度圆直径

轴向力

（3）相互关系

因 得：

（4）由题图可知，圆锥齿轮2的轴向力 向上，转

指向大端，方向向下；斜齿轮3的轴向力 方向指动方向与锥齿轮2同向，箭头指向右。齿轮3又是主动齿轮，根据左右手定则判断，其符合右手定则，故

斜齿轮3为右旋。

图11.6 题11-16 解图

11-16解 见题 11-16解图。径向力总是指向其转动中心；对于锥齿轮2圆周力与其转动方向相同，对于斜齿轮3与其圆周力方向相反。12-2

图12.3

解 ：（1）从图示看，这是一个左旋蜗杆，因此用右手握杆，四指，大拇指，可以

得到从主视图上看，蜗轮顺时针旋转。（见图12.3）

（2）由题意，根据已知条件，可以得到蜗轮上的转矩为

蜗杆的圆周力与蜗轮的轴向力大小相等，方向相反，即：

蜗杆的轴向力与蜗轮的圆周力大小相等，方向相反，即：

蜗杆的径向力与蜗轮的径向力大小相等，方向相反，即：

各力的方向如图 12-3所示。

13-1解（1）

（2）

=

=2879.13mm

（3）不考虑带的弹性滑动时，（4）滑动率 时，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 为传动轴，II、IV 为转轴，III 为心轴。14-9改错

16-6解（1）按题意，外加轴向力 已接近，暂选 的角接触轴承类型70000AC。

（2）计算轴承的轴向载荷(解图见16.4b)

由教材表 16-13查得，轴承的内部派生轴向力，方向向左，方向向右

因，轴承 1被压紧

轴承 2被放松

（3）计算当量动载荷

查教材表 16-12，查表16-12得，查表16-12得，（3）计算所需的基本额定动载荷

查教材表 16-9，常温下工作，承时，；查教材表16-10，有中等冲击，取 ；球轴；并取轴承1的当量动载荷为计算依据

查手册，根据 和轴颈，选用角接触球轴承7308AC合适（基本额定动载荷）。

第五篇：机械设计基础习题解答6-15

第六章 齿轮传动 思考题和练习题

6-1渐开线齿轮具有哪些啮合特点? 解：能满足定传动比传动的要求，具有可分性，渐开线齿廓之间的正压力方位不变。6-2什么是节圆？什么是分度圆？二者有什么区别？

解：节圆是一对齿轮啮合时，以轮心为圆心，过节点所做的圆，即节点在齿轮上所走的轨迹圆；分度圆则是为了便于计算齿轮各部分的尺寸，在介于齿顶圆和齿根圆之间，人为定义的一个基准圆。每个齿轮都有自己的分度圆，且大小是确定不变的；而节圆是对一对相啮合的齿轮而言的，节圆的大小随中心距的变化而变化。6-3渐开线齿轮的五个基本参数是什么？

解：模数、齿数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数。

6-4标准齿轮传动的实际中心距大于标准中心距时，下列参数：分度圆半径、节圆半径、基圆半径、分度圆压力角、顶隙等哪些发生了变化？哪些不变？

解：节圆半径、顶隙变大，分度圆半径、基圆半径、分度圆压力角不变。

6-5已知一对直齿圆柱齿轮的传动比i121.5，中心距a=100mm，模数m=2mm。试计算这对齿轮的几何尺寸。

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相比直齿圆柱齿轮，平行轴斜齿圆柱齿轮有哪些特点？ 解：一对斜齿圆柱齿轮啮合传动时，其轮齿间的接触线是倾斜的，齿面接触是由一个点开始，逐渐增至一条最长的线，再由最长的接触线减短至一个点而后退出啮合的。因此，相比直齿圆柱齿轮，斜齿圆柱齿轮传动平稳，冲击和噪声较小，又由于同时啮合的齿对数多（重合度大），故承载能力也高。但斜齿轮存在派生的轴向力。6-7齿轮的轮齿切制方法有哪些？各有什么特点？

解：齿轮可以通过压铸、热扎、冷扎、粉末冶金、冲压等的无屑加工方法和切削等方法来加工，其中切削加工方法具有良好的加工精度，是目前齿形加工的主要方法。

切削加工方法按加工原理可分为仿形法和展成分两种。

仿形法的特点是所用刀具的切削刃形状与被切齿轮轮槽的形状相同。有：用齿轮铣刀在铣床上铣齿、用成形砂轮磨齿、用齿轮拉刀拉齿等方法。

展成法是利用一对齿轮相互啮合时，其共轭齿廓互为包络线的原理来进行加工的。如果把其中一个齿轮做成刀具，使其与被加工齿轮的轮坯按要求的传动比对滚（称其为展成运动），就可以在被加工齿轮的轮坯上加工出与刀具齿形共轭的齿廓。用这种方法加工齿数不同的齿轮，只要模数和齿形角相同，都可以用同一把刀具来加工。

用展成原理加工齿形的方法有：滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等方法。其中剃齿、珩齿和磨齿属于齿形的精加工方法。展成法的加工精度和生产率都较高，刀具通用性好，所以在生产中应用十分广泛。

6-8模数和齿数相同的变位齿轮与标准齿轮相比，哪些参数发生了变化？哪些参数没有变化？

解：模数、齿数、分度圆压力角、基圆直径、分度圆直径、齿距等都没有发生变化；齿厚、齿槽宽、齿顶高和齿根高等发生了变化，而且变位齿轮的齿廓曲线用的是与标准齿轮同一基圆上的渐开线的不同区段。

6-9一对标准圆柱齿轮传动，大小齿轮的齿面接触疲劳强度是否相等？齿根弯曲疲劳强度是否相等？为什么？ 解：大小齿轮的齿面接触疲劳强度相等，因为大小齿轮接触应力是作用力与反作用力的关系；齿根弯曲疲劳强度不相等，因为两齿轮轮齿的齿根厚度不同。

6-10什么是斜齿轮、锥齿轮的当量齿轮？写出其当量齿数的计算公式。为什么要提出当量齿轮的概念？

解：虚拟一个直齿轮，这个直齿轮的齿形与斜齿轮的法面齿形相当（对于锥齿轮，与大端背锥上的齿形相当）。把虚拟的这个直齿轮称为该斜齿轮的当量齿轮。当量齿轮所具有的齿数称为该齿轮的当量齿数，对于斜齿轮zvz/cos3，对于锥齿轮zvz/cos。提出当量齿轮的概念，一方面是齿轮加工时按当量齿轮来选刀具，另一方面是为了设计方便，即设计斜齿轮、锥齿轮时，都将其“折合”成直齿轮（当量齿轮）来设计。6-11如图所示为一双级斜齿轮传动。齿轮1转向和螺旋方向如图所示，为了使轴Ⅱ上两齿轮的轴向力方向相反，试确定各齿轮的螺旋线方向，并在啮合点处齿轮各分力的方向。

题6-13

6-12蜗杆传动的特点是什么？为什么蜗杆传动要比齿轮传动效率低的多？

解：蜗杆传动具有传动比大、工作平稳、噪声小和反行程可自锁等优点。其主要缺点是啮合齿面间有较大的相对滑动速度，容易引起磨损和胶合。蜗杆传动比齿轮传动效率低的多的原因也是啮合齿面间有较大的相对滑动速度，相对滑动不仅径向上有，齿向上也有，而且更大。6-13图示蜗杆传动中，蜗杆均为主动件。试在图中标出未注明的蜗杆或蜗轮的转向及螺旋线方向，并在啮合点处画出蜗杆和蜗轮各分力的方向。题6-1

1题6-11解

题6-13解

第七章轮系和减速器 思考题和练习题-1在什么情况下要考虑采用轮系？轮系有哪些功用？试举例说明。

解：一对齿轮传动的传动比有限，不能过大。为了在一台机器上获得很大的传动比，或是获得不同转速，就要采用一系列的齿轮组成轮系。

轮系功用有：（1）获得大的传动比；（2）实现变速、变向传动；（3）实现运动的合成和分解；（4）实现结构紧凑的大功率传动。例子见教材。

7-2定轴轮系与周转轮系有什么区别？行星轮系与差动轮系的区别是什么？

解：定轴轮系中各轮几何轴线的位置相对于机架是固定不动的。轮系在运转过程中，若其中至少有一个齿轮的几何轴线位置相对于机架不固定，而是绕着其他齿轮的固定几何轴线回转的，称为周转轮系。行星轮系是单自由度的轴转轮系，而差动轮系是两自由度的轴转轮系。实际上看一个周转轮系是行星轮系还是差动轮系，只要看有无中心轮被固定为机架，若有中心轮被固定为机架，则为行星轮系，若中心轮都是可动的，则为轴转轮系。

7-3什么是转化轮系？引入转化轮系的目的是什么？ 解：通过在整个周转轮系上加上一个与行星架H旋转方向相反的相同大小的角速度nH，把周转轮系转化成假想的“定轴轮系”，并称其为原周转轮系的转化轮系。因为转化轮系是“定轴轮系”，故可利用定轴轮系传动比的计算方法，求得转化轮系中各轮之间的传动比关系，从而导出原周转轮系的传动比。

7-4如何确定轮系的转向关系？

解：定轴轮系的转向关系是用画箭头的方法来确定，周转轮系、复合轮系的转向关系是计算出来的，传动比前“+”号为方向相同，“—”号为方向相反。

7-5如何把复合轮系分解为简单的轮系？ 解：划分轮系关键是把复合轮系中的周转轮系划分出来，一个行星架好似一个周转轮系的“家长”，连同其上的行星轮及与行星轮啮合的中心轮同属一个周转轮系。定轴轮系部分，一定是每对相啮合的齿轮的轴线都是固定不动的。

7-6在题7-6图的滚齿机工作台传动装置中，已知各轮的齿数如图中括弧内所示。若被切齿轮为64齿，求传动比i75。

题7-6图

解：

7-7题7-7图示轮系中，已知1轮转向n1如图示。各轮齿数为：Z1=20，Z2=40，Z3=15，Z4=60，Z5=Z6=18，Z7=1（左旋蜗杆）Z8=40，Z9=20。若n1=1000r/min，齿轮9的模数m=3mm，Z3Z264Z7Z915×28×64×132250.78125 =，传动比i75××=×，i57=35×15×1×4025Z4Z11Z5Z832

试求齿条10的速度V10。

题7-7图

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如题7-8图所示为 Y38滚齿机差动机构的机构简图，其中行星轮 2空套在转臂（即轴II）上，轴II和轴III的轴线重合。当铣斜齿圆柱齿轮时，分齿运动从轴I输入，附加转动从轴II输人，故轴III的转速（传至工作台）是两个运动的合成。已知z1=z2=z3及输入转速n1、nII时，求输出转速nIII。

题7-8图

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

n3nHz17-9如题7-9图示，已知Z1=30，Z2=20，Z3=120，Z4=2，Z5=50，Z6=20（m=3mm），nl=1450rpm，求齿条7线速度V的大小和方向。

题7-9图

题7-10图

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题7-10图示为锥齿轮组成的周转轮系。已知Z1=Z2=17，Z2′=30，Z3=45，若1轮转速n1=200r/min，试求系杆转速nH。

解：i13Hzzn1nH231.5，n30，nH2n1400rmin /n3nHz1z2第八章间歇运动机构及组合结构

思考题及练习题

8-1 棘轮机构除常用来实现间歇运动的功能外，还常用来实现什么功能？ 解：制动器、单向离合器、超越离合器等。8-2为什么槽轮机构的运动系数k不能大于1？ 解：因为总要有停歇时间。

8-3 某自动机的工作台要求有六个工位，转台停歇时进行工艺动作，其中最长的一个工序为30秒钟。现拟采用一槽轮机构来完成间歇转位工作，试确定槽轮机构主动轮的转速。

解：kn()=1()121z12161 3tdttj由k

得

ttj/(1k)，tt1'

和tj30'

得

t45 314则 n160r/min

t3代入k8-4为什么不完全齿轮机构主动轮首、末两轮齿的齿高一般需要削减？加上瞬心线附加杆后，是否仍需削减？为什么？

解：对于不完全齿轮，从动轮起动时，主动轮的第一个齿要绕着主动轮心，以圆弧方向进入从动轮的齿槽，如果是正常齿高，就会与从动轮的后续轮齿产生干涉。类似的情况，当从动轮停止运动时，主动轮的最后一个轮齿还没有退出啮合区域，同样产生干涉现象。因此，为了避免在起动时轮齿发生干涉，和在停止时保证从动轮定位准确，主动轮首末两齿的齿顶高要适当微降低。加上瞬心线附加杆后，这种干涉关系并没改变，故仍需削减。

8-5棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构及凸轮式间歇运动机构均能使执行构件获得间歇运动，试从各自的工作特点、运动及动力性能分析它们各自的适用场合。

解：棘轮机构、不完全齿轮机构有刚性冲击，适合于低速运动的机械；槽轮机构有柔性冲击，适合中等速度的机械；凸轮式间歇运动机构可以没有冲击，适合高速运动的机械。

第九章带传动和链传动

思考题和练习题

9-1什么是带传动的弹性滑动和打滑？二者有什么区别？分别对带传动有什么影响？ 解：带在工作过程中的紧边拉力和松边拉力引起带的弹性变形导致带与带轮间的滑动为带传动的弹性滑动，这是带传动正常工作时固有的特性。弹性滑动的存在使得摩擦型带传动的传动比必然存在误差。在正常情况下，带的弹性滑动只发生在带由主、从动轮上离开以前的那一部分接触弧上，随着工作载荷的增大，弹性滑动的区段也将扩大。当弹性滑动区段扩大到整个接触弧时，带传动的有效拉力即达到最大值。如果工作载荷再进一步增大，则带与带轮间就将发生显著的相对滑动，即产生打滑。打滑使得带传动失效，这种情况应当避免。但若机器出现瞬间过载，则打滑会对机器起到一种保护作用。

9-2为什么说带传动适合高速传动？但速度又不能过高，限制高速的因素是什么？

解：从带所能传递的功率PFev来看，带的速度越高，则有效拉力越小，要求带的1000截面尺寸就越小，或者说，同样有效拉力下，速度越高，则带能传递的功率就越大。所以说带传动适合高速传动。但速度又不能过高，限制高速的因素是离心拉应力。

9-3在V带传动设计中，为什么要限制小带轮的最小基准直径？ 解：因为小带轮的直径过小，就会使带的弯曲应力过大。

9-4带传动的失效形式是什么？其设计准则如何？计算的主要内容是什么？

解：带传动的失效形式是带的疲劳破坏和打滑。设计准则是在保证不打滑的条件下，使带具有一定的疲劳寿命。计算的主要内容是带的截型、长度、根数、传动中心距、带轮直径及结构尺寸等。

9-5什么是链传动的多边形效应？它对传动有什么影响？影响多边形效应的因素有哪些？

解：当主动链轮以等角速度回转时，从动链轮的角速度将周期性地变动。链传动的这种运动特征，是由于围绕链轮上的链条形成了正多边形这一特点所造成的，故称为链传动的多边形效应。对传动的影响是瞬时传动比不恒定和产生动载荷。影响多边形效应的因素有链节距、链轮齿数。

9-6试分析链轮齿数过大或过小对链传动有何影响？

解：小链轮齿数对链传动的平稳性和使用寿命有较大的影响，齿数少可减小外廓尺寸，但圆周力增大，多边形效应显著，传动的不均匀性和动载荷增大，链条铰链磨损加剧。链轮齿数过大，越容易发生跳齿和脱链现象。

9-7链传动和带传动相比较，各有何优缺点？分别适用于什么场合？

解：与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保证准确的平均传动比；需要的张紧力小；结构紧凑。链传动的主要缺点是：只能用于两平行轴之间的传动，并且不能用于载荷变化大或急速反转的场合；不能保证恒定的瞬时传动比；链节容易磨损，使链条伸长，从而容易产生跳链甚至脱链；工作中有冲击、噪声，并且随速度增大而增大，故链传动一般用于低速传动。

带传动主要用于高速时的远距离传动，链传动用于不易采用带传动或齿轮传动的场合。9-8滚子链由哪几种零件组成？哪些零件之间为过盈配合？哪些零件之间为间歇配合？ 解：滚子链由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板组成。内链板与套筒之间、外链板与销轴之间分别采用过盈连接；套筒和销轴之间、套筒和滚子之间、内链板和外链板之间均有间隙，可以相对运动。套筒和销轴组成的铰链可实现相邻链节之间的弯曲。滚子是活套在套

筒上，有间隙。

9-9链传动有哪些失效形式？通常发生在什么工况下？

解：链传动中两边链条的拉力也不相等，在变应力的作用下，经过一定的循环次数后，链板将会发生疲劳断裂，滚子和套筒表面也会在接触变应力的作用下产生疲劳点蚀。由于组成铰链的销轴与套筒间承受较大的压力，同时传动时相对摆动，故将导致铰链磨损。当速度过高而又润滑不当时，销轴与套筒接触面上压力增大且瞬时温度过高，接触面上的润滑油膜将被破坏，导致某些接触点熔焊在一起，然后又被撕裂，形成胶合破坏。低速的链条过载，并超过了链条静力强度的情况下，链条就会被拉断。

9-10链传动发生脱链和跳齿的主要原因有哪些？若只考虑链条铰链的磨损跳齿和脱链通常会发生在哪个链轮上？为什么？

解：两链轮不共面、链条铰链磨损、链条垂度过大等。若只考虑链条铰链的磨损跳齿和脱链通常会发生在大链轮上，因为p一定时，齿数越多，节圆外移量d越大，也就越容易发生跳齿和脱链现象。

9-11链传动有哪些润滑方式？设计时应如何选用？

解：人工定期润滑、滴油润滑、浸油或飞溅润滑、压力喷油润滑。随着链速、链节节距的增大，依次选择以上润滑方式。

第十章机械连接 思考题和练习题

10-1螺纹主要有哪几种类型？根据什么选用螺纹类型？

解：传动螺纹和连接螺纹。传动螺纹主要有矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹；连接螺纹主要有普通螺纹和管螺纹，前者多用于紧固连接，后者用于紧密连接。主要根据用途来选用螺纹类型。

10-2螺纹的主要参数有哪些？螺距和导程有什么区别？如何判断螺纹的线数和旋向？ 解：螺纹的主要参数有大径（公称直径）、螺距、导程、线数等。螺距是相邻两螺纹牙的轴向尺寸；导程是同一螺纹转一周所走的轴向距离，大小等于螺距乘线数。线数根据同一螺纹转一圈所走的螺距数来判断，旋向根据左右手法则来判断，四个指指向旋转方向，若拇指正好指向螺纹前进方向，符合哪个手，就是那个旋向。

10-3螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉的分别应用于什么场合？

解：普通螺栓连接用于连接两个被连接件，既可承受轴向载荷，也可承受横向载荷。螺栓与孔壁之间有间隙，故无定位作用，靠结合面间摩擦承受横向载荷，应用最广泛。铰制孔螺栓连接承受横向载荷的两个被连接件，靠螺栓光杆部分与孔壁之间相互挤压来承受横向载荷，承载能力大，并有定位作用，用螺栓杆承受横向载荷或者固定被连接件的相对位置的场合。双头螺柱、螺钉连接都是用于其中一个被连接件过厚不便加工成通孔的情况，其中双头螺柱用于需要经常拆卸的场合，螺钉用于不需经常拆卸的场合。紧定螺钉多用于固定轴上的零件，传递不大的载荷。

10-4螺纹连接防松的本质是什么？螺纹防松主要有哪几种方法？

解：螺纹连接防松的本质就是防止螺纹副的相对运动。按照工作原理来分，螺纹防松有摩擦防松（如对顶螺母、弹簧垫圈)、机械防松(如槽形螺母和开口销、止动垫片、螺母和带翅垫片)、破坏性防松以及粘合法防松等多种方法。

10-5受拉螺栓的松连接和紧连接有何区别？设计计算公式是否相同？

解：松连接不预紧，紧连接要预紧。设计计算公式不同，松连接只有拉应力，而紧连接还要记入扭转剪应力。

10-6什么情况下使用铰制孔用螺栓？

解：常用于承受较大横向载荷或需要同时起定位作用的场合。

10-7在受拉伸螺栓连接强度计算中，总载荷是否等于预紧力与拉伸工作载荷之和？ 解：总载荷不等于预紧力与拉伸工作载荷之和，因为加上外载荷后预紧力会减小。根据力的平衡，总载荷应等于残余预紧力与拉伸工作载荷之和。

10-8影响螺栓联强度的主要因素有哪些？可以采用哪些措施提高螺栓连接强度？

解：应力幅值、应力集中、螺栓工艺等。提高螺栓连接强度措施主要有：减小螺栓刚度增大被连接件刚度以减小应力幅值；从结构或工艺上采取措施以减少或避免附加应力；从结构上采取措施以减小应力集中；从工艺上采取措施（如搓丝、滚丝等塑性加工工艺）以提高螺栓疲劳强度等方法。

10-9什么是铆钉连接？

解：铆钉连接是将铆钉穿过被连接件的预制孔经铆合后形成的不可拆卸连接。

10-10 机械制造中常见的焊接方式有几种？都有哪些焊缝形式？焊接接头有哪些形式？

解：常用的焊接方法有电弧焊、气焊和电渣焊等，常用的焊缝形式有对接焊缝和填角焊缝。焊接接头有平头型（当被焊接件厚度不大时）、各种形式的预制坡口（当被连接件厚度较大时）。

10-11 胶接接头主要有哪几种型式？常用的胶接粘剂有哪些？

解：胶接接头的基本形式有对接、搭接和正交。常用的胶粘剂有酚醛乙烯、聚氨脂、环氧树脂等。

10-12 什么是过盈连接？ 解：过盈连接是利用零件间的过盈配合来达到连接的目的，靠配合面之间的摩擦来传递载荷，其配合面大多为圆柱面，如轴类零件和轮毂之间的连接等。

10-13 铆接、焊接和胶接各有什么特点？分别适用于什么场合？

解：铆接的工艺简单、耐冲击、连接牢固可靠，但结构较笨重，被连接件上有钉孔使其强度削弱，铆接时噪声很大。目前，铆接主要用于桥梁、造船、重型机械及飞机制造等部门。焊接强度高、工艺简单、重量轻，在单件生产、新产品试制及复杂零件结构情况下，采用焊接替代铸造，可以提高生产效率，减少成本。但焊接后常常有残余应力和变形存在，不能承受严重的冲击和振动。胶接工艺简单、便于不同材料及极薄金属间的连接，胶接的重量轻、耐腐蚀、密封性能好；但是，胶接接头一般不宜在高温及冲击、振动条件下工作，胶接剂对胶接表面的清洁度有较高要求，结合速度慢，胶接的可靠性和稳定性易受环境影响。

10-14常用的连接有哪些类型？它们各有哪些优缺点？各适用于什么场合？

解：机械连接可分为两类：1）可拆连接，用于需拆装的场合，拆装时无需损伤连接中的任何零件，且其工作能力不遭破坏。属这类连接的有螺纹连接、键连接、销连接及型面连接等。2）不可拆连接，用于不拆卸的场合，拆卸时至少会损坏连接中的一个零件。如铆钉连接、焊接、胶接等均属这类连接。

10-15分析普通螺纹、管螺纹的特点，并举例说明它们的应用。解：普通螺纹有独立的连接件（如螺栓、螺母等），用其来连接被连接件；而管螺纹是连接管子的，一般直接在被连接的管子上直接做出内外螺纹。

10-16为什么大多数螺纹连接必须预紧？预紧后，螺栓和被连接件各受到什么载荷？ 解：为了保证螺纹连接的可靠性或被连接件的气密性，在安装时必须把螺母或螺钉拧紧。预紧后，螺栓受拉，被连接件受压。

10-17普通螺栓连接和铰制孔螺栓连接在结构、承载原理上各有什么特点？

解：普通螺栓连接用于连接两个被连接件，既可承受轴向载荷，也可承受横向载荷。螺栓与孔壁之间有间隙，故无定位作用，靠结合面间摩擦承受横向载荷，应用最广泛。铰制孔

螺栓连接承受横向载荷的两个被连接件，靠螺栓光杆部分与孔壁之间相互挤压来承受横向载荷，承载能力大，并有定位作用。

10-18在螺纹连接中，为什么要采用防松装置？

解：连接螺纹满足自锁条件，按说不会自行松脱。但在冲击、振动和变载荷作用下，螺纹间的摩擦力可能瞬时消失，连接有可能松脱。当温度变化较大时，由于热变形等原因，也可能发生螺纹的松脱现象。为了保证连接的可靠性和安全，必须在设计时考虑螺纹连接的防松问题。

10-19键连接有哪些类型？

解：键连接的主要类型有：平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。10-20平键连接与楔键连接在结构和使用性能上有什么不同？ 解：平键连接中键与键槽底部有间隙，故轴与轮毂的对中性好，而楔键与键槽底面楔紧，必然使轴与轮毂轴线产生偏斜。

10-21花键连接与平键连接相比有哪些优缺点？

解：与平键连接相比，花键连接的导向性好，齿根处的应力集中较小，适用于传递载荷大、定心精度要求高或者经常需要滑移的连接。但花键制造成本高。

10-22销的基本类型及其功用有哪些？

解：圆柱销、圆锥销和槽销等, 其功用有定位、连接和安全保护。10-23型面连接有何特点？

解：型面连接应力集中小，能传递大扭矩，装拆方便，但是加工工艺复杂，需要专用设备。

10-24试比较铆接、焊接、胶接的特点及其应用。

解：铆接的工艺简单、耐冲击、连接牢固可靠，但结构较笨重，被连接件上有钉孔使其强度削弱；焊接强度高、工艺简单、重量轻，但焊接后常常有残余应力和变形存在，不能承受严重的冲击和振动；胶接工艺简单、便于不同材料及极薄金属间的连接，胶接的重量轻、耐腐蚀、密封性能好；但是，胶接接头一般不宜在高温及冲击、振动条件下工作，胶接剂对胶接表面的清洁度有较高要求，结合速度慢，胶接的可靠性和稳定性易受环境影响。

10-25一齿轮装在轴上，采用A型普通平键连接。齿轮、轴、键均用45钢，轴径d=80mm，轮毂长度L=150mm，传递传矩T=2 000 N·m，工作中有轻微冲击。试确定平键尺寸和标记，并验算连接的强度。

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平键标记：键A 22X14 GB/T—1096—79，键长L=150mm，bs60.5 MPa，bs110MPa，满足连接的强度。

10-26题10-26图所示刚性联轴器用螺栓连接，螺栓性能等级为8.8，联轴器材料为铸铁（HT250），若传递载荷T=1 500 N.m。

1)采用4个M16的铰制孔用螺栓，螺栓光杆处的直径ds= 17mm，受压的最小轴向长度= 14 mm，试校核其连接强度；

2)若采用M16的普通螺栓连接，当接合面间摩擦因数f =0.15，安装时不控制预紧力，试确定所需螺栓数目（取偶数）。

题10-26图

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满足连接强度。

2）d113.835mm，s3213.3 MPa，1.3FQ[]d12155zFQfKsT，[]，FQ24665.8 N（取Ks1.3)，2241.3d142KsT103z6.8，取z=8。

FQf15510-27一钢制液压油缸，缸内油压p=4 MPa，油缸内径D = 160 mm（图10-7），沿凸缘圆周均布8个螺栓，装配时控制预紧力。试确定螺栓直径。

解：Fp4D244160280424.78N

FFF10053N z8Fp/0.6F，FQFFp/1.6F，s640，S=1.35，[]6401.35474，1.3FQ4d21[]，d11.3FQ4[]7.49，螺栓直径d8mm。

10-28试为题10-26图所示联轴器选择平键连接的尺寸并校核其强度。

11，L=108，lLb90，k5.5，bS解：b×h=18×2T/60101 MPa，lkbS75 MPa，强度不足。

10-29一钢制齿轮与轴采用静连接，轴径d = 100 mm，齿轮轮毂宽度为180 mm，工作时有轻微冲击。试确定普通平键连接尺寸，并计算其能传递的最大转矩。

解：键A 28X16GB/T—1096—79，键长L=176mm，l=L-b=160，k=h/2=8，bs110MPa，bs2T2T[]bs，kdl8100160T[]bs8100160/27040Nm

第十一章轴承 思考题和练习题

11-1滑动轴承的摩擦状况有哪几种？它们有何本质差别？

解：分为四种：干摩擦状态，当两相对运动表面之间无任何介质时，两摩擦表面直接接触，摩擦因数大，两表面的磨损快，摩擦功率损耗也较大；边界摩擦状态，两摩擦表面上吸附有一层极薄的润滑介质薄膜，两摩擦表面被薄膜隔开，但在载荷作用下，有部分表面上的凸峰会刺破薄膜而形成直接接触，因此这种状态下摩擦因数和磨损都比较大；液体摩擦状态，当两表面之间存在液体介质，同时液体介质的厚度足以将两表面完全隔开，在这种状态下，两表面之间的摩擦完全来自液体介质内部，摩擦因数很小，磨损几乎为零；混合摩擦状态，当两表面之间液体介质的厚度较小，使两摩擦表面之间一些地方形成液体摩擦，而在另一地方形成边界摩擦。

滑动轴承的摩擦状况本质差别在于摩擦系数和磨损不同。11-2径向滑动轴承的主要结构形式有哪几种？各有何特点？

解：有整体式、剖分式和调心式。整体式滑动轴承具有结构简单、成本低、刚度大等优点，但在装拆时需要轴承或轴作较大的轴向移动，故装拆不便。而且当轴颈与轴瓦磨损后，无法调整其间的间隙。剖分式轴承装拆方便，且通过调整垫片的厚薄，可以调整轴瓦和轴颈间的间隙，以补偿磨损造成的间隙增大。调心式轴承轴瓦外表面为球面，起调心作用，以适应轴的偏斜。

11-3非液体摩擦滑动轴承的主要失效形式是什么，试从下面选择正确解案？

(a)点蚀

(b)胶合 √(c)磨损

(d)塑性变形

11-4常用轴瓦材料有哪些，适用于何处？为什么有的轴瓦上浇铸一层减磨金属作轴承衬使用？

解：轴承合金，常用来做轴承衬材料；青铜，常用来整体轴瓦。能同时满足轴承材料要求的是难找的，为使各种轴承材料在性能上取长补短，在工艺上可以用浇铸或压合方法，将具有减磨作用的薄层材料粘附在轴瓦基体上。

11-5形成滑动轴承动压油膜润滑要具备什么条件？

解：形成液体动压油膜需要具备以下条件：(1)轴颈和轴瓦工作表面间必须有一个收敛的楔形间隙。(2)轴颈和轴瓦工作表面间必须有一定的相对速度，且它们的运动方向必须使润滑

剂从大口流入，从小口流出。(3)要有一定粘度的润滑剂，且供应要充分。

11-6选择下列正确解案。液体滑动轴承的动压油膜是在一个收敛间楔、充分供油和一定

条件下形成的。

√(a)相对速度

(b)外载

(c)外界油压

(d)温度 11-7校核铸件清理滚筒上的一对滑动轴承，已知装载量加自重为 18000 N，转速为 40 r/min，两端轴颈的直径为 120 mm，轴瓦材料为锡青铜ZCuSn10Pl，用润滑脂润滑。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验算一非液体摩擦的滑动轴承，已知轴转速n=65r/min，轴直径d=85mm，轴承宽度B=85mm，径向载荷R=70kN，轴的材料为45号钢。

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滑动轴承的材料为ZCuZn16Si4。

11-9一起重用滑动轴承，轴颈直径d=70mm，轴瓦工作宽度B=70mm，径向载荷R=30000N，轴的转速n=200r/min，试选择合适的轴瓦材料。解：pR300006.12 MPa ld7070dnv0.733 m/s 601000pvRdn4.49 MPa.m/s ld601000

滑动轴承的材料为ZCuZn16Si4。

11-10已知一支承起重机卷筒的非液体摩擦的滑动轴承所受的径向载荷R=25000N，轴颈直径d=90mm，宽径比B/d=1，轴颈转速n=8r/min，试选择该滑动轴承的材料。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滑动轴承的材料为HT150。

11-11 滚动轴承主要类型有哪几种？各有何特点？试画出它们的结构简图。解：见表11—2 11-12 说明下列型号轴承的类型、尺寸、系列、结构特点及精度等级：32210E，52411/P5，61805，7312AC，NU2204E。

解：32210E：圆锥滚子轴承，d=50，直径系列2，宽度系列2，普通级精度 52411/P5：推力球轴承，d=55，直径系列4，宽度系列2，5级精度 61805：深沟球轴承，d=55，直径系列8，宽度系列1，普通级精度 7312AC：角接触球轴承，d=60，直径系列3，宽度系列0，普通级精度 NU2204E：圆柱滚子轴承，d=20，直径系列2，宽度系列2，普通级精度 11-13 选择滚动轴承应考虑哪些因素？试举出1~2个实例说明之。

解：主要应考虑如下三方面的影响因素来确定。1．轴承承受的载荷

轴承的类型选择主要决定于载荷的大小、方向和性质。1)由于球轴承元件之间是点接触，而滚子轴承是线接触，所以在同样的载荷下球轴承的接 触应力要比滚子轴承大，因此当载荷轻而平稳时，宜选球轴承；而当载荷大、有冲击时则宜选用滚子轴承。

2)当轴承载荷的方向为纯径向时，应选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承。而当载 荷方向为纯轴向时，则应选用推力球轴承。

3)若轴承同时承受径向载荷和轴向载荷，且轴向载荷较小时，可选用深沟球轴承；而当轴向荷较大时，则可选用角接触球轴承和圆锥滚子轴承。

2．轴承的转速

1)由于球轴承比滚子轴承的滚动阻力小，所以在尺寸、精度相同时，球轴承比滚子轴承的极限转速高，在高速时应优先选用球轴承。

2)在轴承内径相同情况下，不同的滚动体尺寸对应于不同的轴承尺寸系列。滚动体的尺寸 愈大，在高速转动时产生的离心力也愈大，对轴承的强度和寿命影响也随之增大，因此滚动体小的轴承更适合于高速转动下工作。

3)推力轴承的滚道对滚动体的约束能力很小，在较高转速时滚动体很容易脱离滚道位置而失效，所以推力轴承的极限转速都很低。

3．轴承的调心性能 当轴的跨距较大、弯曲刚度较小或由于加工安装等原因造成轴两端的轴承有较大不同心时，应采用具有自动调心性能的调心球轴承或调心滚子轴承。

11-14 滚动轴承的主要失效形式是什么？应怎样采取相应的设计准则？

解：疲劳点蚀是滚动轴承的主要失效形式，设计准则是验算当量动载荷以避免在要求寿命内发生点蚀；当轴承转速很低或间歇摆动时，很大的静载荷或冲击载荷会使轴承滚道和滚动体接触处产生塑性变形，使滚道表面形成变形凹坑，设计准则是验算当量静载荷以避免发生塑性变形。

11-15 试按滚动轴承寿命计算公式分析：

（1）转速一定的7207C轴承，其额定动载荷从C增为2C时，寿命是否增加一倍？（2）转速一定的7207C轴承，当量动载荷从P增为2P时，寿命是否由Lh下降为Lh/2？（3）当量动载荷一定的7207C轴承，当工作转速由n增为2n时，其寿命有何变化？ 解：（1）否，应是原来的8倍

（2）否，应是Lh/8

（3）转数寿命不变，时间寿命缩小一半。

第十二章 轴和联轴器 思考题和练习题

12-1 轴有哪些类型？各有何特点？请各举2~3个实例？ 解：根据承受载荷的不同，轴可分为转轴、传动轴和心轴三种。转轴既承受转矩又承受弯矩，如的减速箱转轴。传动轴主要承受转矩，不承受或承受很小的弯矩，如汽车的传动轴。心轴只承受弯矩而不传递转矩。

12-2 转轴所受弯曲应力的性质如何？其所受扭转应力的性质又怎样考虑？ 解：转轴所受弯曲应力为对称循环变应力，扭转应力为静应力（单向转动）、脉动应力（单向转动且频繁起动）、对称循环变应力（频繁正反转）12-3 轴的常用材料有哪些？应如何选用？

解：轴的材料常采用碳素钢和合金钢。碳素钢具有较高的综合机械性能，因此应用较多，特别是45号钢应用最为广泛。为了改善碳素钢的机械性能，应进行正火或调质处理。合金钢具有较高的机械性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。值得注意的是：钢材的种类和热处理对其弹性模量的影响甚小，因此如欲采用合金钢或通过热处理来提高轴的刚度，并无实效。此外，合金钢对应力集中的敏感性较高，因此设计合金钢轴时，更应从结构上避免或减小应力集中，并减小其表面粗糙度。

12-4 在齿轮减速器中，为什么低速轴的直径要比高速轴粗得多？ 解：因为低速轴转矩大。

12-5 转轴设计时为什么不能先按弯扭合成强度计算，然后再进行结构设计，而必须按初估直径、结构设计、弯扭合成强度验算三个步骤来进行？ 解：因为结构设计前各轴段长度不定，弯矩无法确定。

12-6 轴上零件的周向和轴向定位方式有哪些？各适用什么场合？

解：轴向定位方式有轴肩、轴环和套筒等。轴肩和轴环结构简单、可靠，并能承受较大轴向力；套筒定位结构也简单、可靠，但不适合高转速情况。

轴上零件的周向定位大多采用键、花键或过盈配合等联接形式。以传递动力为目的时，可用键连接；以传递精确运动为目的时，可用圆锥面或过盈配合；紧螺钉或销连接仅用在传递扭矩小、且不重要的场合。

12-7已知一传动轴传递的功率为40kW，转速n=1000r/min，如果轴上的剪切应力不许超过40MPa，求该轴的直径？ 解：T9.55106P409.55106382000Nm n1000400.2TT3[]0.2/T3，[]d16.83mm WT0.2d338200012-8已知一传动轴直径d=35mm，转速n=1450r/min，如果轴上的剪切应力不许超过55MPa，问该轴能传递多少功率？ 解：TT33[]，Nm T[]0.2d550.2354716253WT0.2d71.6 kW PTn9.5510612-9 已知一转轴在直径d=55mm处受不变的转矩T=15103N.m和弯矩M=7103N.m，轴的

材料为45号钢调质处理，问该轴能否满足强度要求？ 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，轴不能满足强度要求。

12-10 联轴器、离合器和制动器的功用有何异同？各用在机械的什么场合？

解：联轴器和离合器都是用来连接两轴(或轴与轴上的回转零件)，使它们一起旋转并传递扭矩的部件，但离合器在机器运转中可将传动系统随时分离或接合，联轴器则不能。制动器是对机器的运动件施加阻力或阻力矩，实现迅速减速或停止运动。

12-11 为什么有的联轴器要求严格对中，而有的联轴器则可以允许有较大的综合位移？ 解：联轴器有刚性联轴器和挠性联轴器，刚性联轴器无误差补偿能力，故要求严格对中，否则两轴憋着劲无法正常工作；而挠性联轴器有误差补偿能力，可依靠联轴器元件间的相对运动或弹性变形，来自动适应两轴的偏斜误差。

12-12 刚性联轴器和弹性联轴器有何差别？各举例说明它们适用于什么场合？

解：刚性联轴器无误差补偿能力，适用于系统刚性好，运转平稳的场合；弹性联轴器有误差补偿能力，弹性元件有缓冲减震作用，适用于系统刚性较差，工作中易产生两轴偏斜误差和有冲击振动的场合。

12-13万向联轴器有何特点？如何使轴线间有较大偏斜角的两轴保持瞬时角速度不变？ 解：万向联轴器的最大特点就是能适应两轴间很大的角度位移，为保持输出瞬时角速度不变，可采用双万向联轴器，且在联轴器布置上满足恒速要求的三个条件。

12-14选择联轴器的类型时要考虑哪些因素？确定联轴器的型号应根据什么原则？

解：依据机器的工作条件（诸如转速、运动平稳性、系统刚性、温度等）选定合适的类型，按照计算转矩、轴的转速和轴端直径从标准中选择所需的型号和尺寸。12-15 试比较牙嵌离合器和摩擦离合器的特点和应用？

解：牙嵌离合器结合准确、可靠、传递载荷大，但结合过程冲击大，不适合高速，一般在空载下离合。摩擦离合器和牙嵌离合器相比，有下列优点：不论在何种速度时，两轴都可以接合或分离；接合过程平稳，冲击、振动较小；从动轴的加速时间和所传递的最大转矩可以调节；过载时可发生打滑，以保护重要零件不致损坏。其缺点为外廓尺寸较大；在接合、分离过程中要产生滑动摩擦，故发热量较大，磨损也较大。一般而言，当要求主、从动轴同步转动且传递转矩较大时，可选用嵌入式离合器；当要求在高速下平稳接合而主、从动轴同步要求低时，宜选用摩擦式离合器。

12-16带式制动器与块式制动器有何不同？各适用于什么场合？

解：块式制动器靠瓦块与制动轮间的摩擦力来制动，瓦块对制动轮的包角较小，故制动力相对较小，但对轴的作用力小（理论上对轴的径向力为零）。带式制动器主要用挠性钢带包围制动轮。制动带包在制动轮上，制动带与制动轮之间产生摩擦力，从而实现合闸制动。带式制动器结构简单，它由于包角大而制动力矩大，但其缺点是制动带磨损不均匀，容易断裂，而且对轴的作用力大。

第十三章弹簧 思考题和练习题-1 弹簧有哪些类型？各有什么功用？

解：按照所承受的载荷不同，弹簧可以分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等四种。按外形不同又可分为：螺旋弹簧、碟形簧、环形簧、盘弹簧和板簧。

弹簧的主要功用有：1）控制机构的运动，如制动器、离合器中的控制弹簧，内燃机气缸的阀门弹簧等。2）减振和缓冲，如汽车、火车车厢下的减振弹簧，以及各种缓冲器用的弹簧等。3）储存及输出能量，如钟表弹簧、枪栓弹簧等。4）测量力的大小，如测力器和弹簧秤中的弹簧等。-2 弹簧旋绕比C的含义是什么？设计弹簧时为什么C值不宜取得过大或过小？ 解：弹簧旋绕比C是弹簧外径与钢丝直径之比，旋绕比C影响弹簧的强度、刚度、稳定性及制造的难易。C值大，弹簧较软，刚性小，容易变形，容易绕制。C值小，则相反，弹簧较硬，刚性大，不易绕制，还会影响压簧的稳定性。-3 什么是弹簧的特性曲线？它与弹簧的刚度有什么关系？ 解：弹簧所受载荷与其变形之间的关系曲线称为弹簧的特性曲线。该特性曲线的斜率值反映弹簧的刚度。定刚度弹簧的特性曲线为直线，而变刚度弹簧的特性曲线为曲线。

第十四章机械的平衡和调速

思考题和练习题

14-1什么情况下要对转子进行静平衡？什么情况下要对转子进行动平衡？动平衡后的转子是否达到了静平衡？

解：对于轴向尺寸较小的盘状转子（b/D<0.2），其质量可以近似认为分布在垂直于其回转轴线的同一平面内，不平衡质量所产生的离心惯性力形成一平面汇交力系，故对这类转子只需要静平衡就可以了。对于轴向尺寸较大的转子（b/D≥0.2），其偏心质量往往是分布在若干个不同的回转平面内。对于这一类转子，即使转子的质心位于回转轴线上，满足静平衡的条件，但在转子回转时，各不平衡质量产生的惯性力偶矩仍然会在支承中引起附加的动载荷和机械振动，这种转子需要动平衡。动平衡后的转子也就达到了静平衡。

14-2选择平衡质量的位置以及动平衡中两个平衡基面的位置时应考虑哪些因素？ 解：选择平衡质量的位置以及动平衡中两个平衡基面的位置时首先应考虑转子结构，布置平衡质量的位置以及动平衡中两个平衡基面的位置要方便；为减小平衡质量，其位置的回转半径尽可能大，两个平衡基面的距离也尽可能大。

14-3飞轮的调速功能是利用了飞轮的储能作用，在工程中利用飞轮的储能作用还有哪些应用？试举几例。飞轮能否调节非周期性速度波动？

解：飞轮由于它的储能作用，使其在工程中得到广泛应用。比如锻压、冲压机械，在锻压、冲压的瞬间释放动能来克服瞬间的尖峰载荷，达到节能的目的；玩具小汽车用飞轮的动能提供能量；以回转构件为从动件的杆机构，利用飞轮动能创过死点等。飞轮不能调节非周期性速度波动。

14-4转子不平衡和速度波动均会在运动副中引起附加动压力，试分析它们的区别。

解：不平衡在运动副中引起附加动压力是由于不平衡质量产生的惯性力（外力）引起的；而速度波动则是由于速度变化使得构件间的相互作用力（内力）变化引起的。二者是独立的，即匀速运动的不平衡转子会产生附加动压力，平衡转子速度波动也会产生附加动压力。14-5什么是速度不均匀系数？速度不均匀系数是否越小越好？

解：速度不均匀系数是速度波动的幅度与平均速度之比，速度不均匀系数越小，要求飞轮的转动惯量就越大，结构尺寸和质量就越大。故不能片面追求速度的均匀，满足使用要求即可。

14-6图示为一钢制圆盘，盘厚b50mm。在位置Ⅰ处有一直径50mm的通孔，位置Ⅱ处有一质量m20.5kg凸台。为了使圆盘平衡，拟在圆盘上直径为r200mm处打一通孔。试求此通孔的直径与位置。（钢的密度7.8g/cm3）

题14-6图

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

第十五章机械传动系统方案的拟定

思考题和练习题

15-1设计机械传动系统方案需要考虑哪些基本要求？设计的大致步骤如何？

解：基本要求：采用尽可能简短的运动链，优先选用基本机构，应使机械有较高的机械效率，合理安排不同类型传动机构的顺序，合理分配传动比，保证机械的安全运转。

一般步骤：1拟定机械的工作原理,2执行构件的运动设计及原动机的选择，3机构的选型及组合，4机构的尺寸综合，5方案分析，6方案评审。

15-2什么叫机械的工作循环图？什么情况下需要画工作循环图？ 解：工作循环图即机器在一个工作循环中各执行构件运动配合关系的图。对于有运动协调配合要求的执行构件，在设计机械时应编制出机械工作循环图。

15-3机构的选型一般遵循哪些原则？ 解：机构选型时，应考虑以下一些原则：

（1）所选机构应满足机器运动方面的要求。这些要求包括运动形式的变换、减速或增

速、变速以及运动精度等。

（2）根据需要，所选机构应具有较好的动力性能，运动平稳，无冲击、振动，具有较高的机械效率，对工作负荷的改变有较好的适应能力等。

（3）在满足运动及工作要求的前提下，选用尽可能少的构件组成简短的运动链。这对于保证运动精度、提高机械效率和降低生产成本等都是有利的。

（4）选用机构时应考虑现场条件，要取材方便，加工容易，便于安装调试。（5）所选机构在工作中要安全可靠，便于操作、维护和检修。15-4机构组合有哪几种方式？

解：机构的串联组合、机构的并联组合、机构的封闭组合。