第一篇：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(陳立德第三版)課后答案(1-18章全)

第3章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

3.1 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是什么? 答：機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件數(shù)等于自由度數(shù)時(shí),機(jī)構(gòu)就具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。3.2 在計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)，要注意哪些事項(xiàng)？

答：應(yīng)注意機(jī)構(gòu)中是否包含著復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束。3.3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖有什么作用？如何繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖？

答：（1）能拋開機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的真實(shí)外形，簡(jiǎn)明地表達(dá)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)原理，并能對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行方案討論和運(yùn)動(dòng)、受力分析。

（2）繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的步驟如下所述：

①認(rèn)真研究機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及其動(dòng)作原理，分清機(jī)架，確定主動(dòng)件。

②循著運(yùn)動(dòng)傳遞的路線，搞清各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，確定運(yùn)動(dòng)副的種類。③測(cè)量出運(yùn)動(dòng)副間的相對(duì)位置。

④選擇視圖平面和比例尺，用規(guī)定的線條和符號(hào)表示其構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，繪制成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。

3.4 計(jì)算如題3.4圖所示各機(jī)構(gòu)的自由度，并說明欲使其具有確定運(yùn)動(dòng)，需要有幾個(gè)原動(dòng)件？

題3.4圖

答：a）n?9，PL?13，PH?0代入式（3.1）中可得

F?3n?2PL?PH?3?9?2?13?0?1

此機(jī)構(gòu)要具有確定的運(yùn)動(dòng)，需要有一個(gè)原動(dòng)件。

b)B處存在局部自由度，必須取消，即把滾子與桿剛化，則n?3，PL?3，PH?2，代入式（3.1）中可得

F?3n?2PL?PH?3?3?2?3?2?

1此機(jī)構(gòu)要具有確定的運(yùn)動(dòng)，需要有一個(gè)原動(dòng)件。c)n?5，PL?7，PH?0代入式（3.1）中可得

F?3n?2PL?PH?3?5?2?7?0?1

此機(jī)構(gòu)要具有確定的運(yùn)動(dòng)，需要有一個(gè)原動(dòng)件。

3.5 題3.5圖

答：取?L?0.001m/mm，繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如題3.5答案圖所示：

題3.5答案圖

圖a)：n?3，PL?4，PH?0，則F?3n?2PL?PH?1；

圖b)：n?3，PL?4，PH?0，則F?3n?2PL?PH?1。

3.6 試計(jì)算如題3.6圖所示機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是否確定（圖中繪有箭頭的構(gòu)件為原動(dòng)件）。

題3.6圖

解：a)：n?7，PL?10，PH?0。

F?3n?2PL?PH?3?7?2?10?1

運(yùn)動(dòng)確定。

b)n?5，PL?7，PH?0

F?3n?2PL?PH?3?5?2?7?1

運(yùn)動(dòng)確定

c)

n?7，PL?10，PH?0。

F?3n?2PL?PH?3?7?2?10?1運(yùn)動(dòng)確定

d)n?4，PL?4，PH?2。F?3n?2PL?PH?3?4?2?4?2?2運(yùn)動(dòng)確定。e)n?3，PL?4，PH?0。F?3n?2PL?PH?3?3?2?4?1運(yùn)動(dòng)確定。f)n?5，PL?7，PH?0。F?3n?2PL?PH?3?5?2?7?1運(yùn)動(dòng)確定。g)n?9，PL?12，PH?2。F?3n?2PL?PH?3?9?2?12?2?1運(yùn)動(dòng)確定 h)n?9，PL?12，PH?0。F?3n?2PL?PH?3?9?2?12?3運(yùn)動(dòng)確定。3.7 題3.7圖

答：圖示機(jī)構(gòu)的自由度為零，故都不合理，修改方案如下： 對(duì)于題3.7圖a的機(jī)構(gòu)，在D處改為一個(gè)滑塊，如題3.7圖a所示。

對(duì)于題3.7圖b的機(jī)構(gòu)，在構(gòu)件4上增加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，如題3.7答案圖b所示；或在構(gòu)件4的D處添加一滑塊，如題3.7答案圖c所示。

題3.7答案圖

第4章平面連桿機(jī)構(gòu)

4.1答：同一構(gòu)件上各點(diǎn)的速度和加速度構(gòu)成的多邊形與構(gòu)件原來的形狀相似，且字母順序一致。

4.2 答：機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其相鄰的兩構(gòu)件間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就必然產(chǎn)生摩擦力，它一方面會(huì)消耗一部分的輸入功，使機(jī)械發(fā)熱和降低其機(jī)械效率，另一方面又使機(jī)械磨損，影響了機(jī)械零件的強(qiáng)度和壽命，降低了機(jī)械工作的可靠性，因此必須要研究機(jī)械中的摩擦。機(jī)械中的摩擦是不一定有害的，有時(shí)會(huì)利用摩擦力進(jìn)行工作，如帶傳動(dòng)和摩擦輪傳動(dòng)等。

4.3答：（1）移動(dòng)或具有移動(dòng)趨勢(shì)的物體所受的總反力與法向反力之間的夾角稱為摩擦角?。（2）總反力與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向成一鈍角90???，據(jù)此來確定總反力的方向。

4.4 答：（1）以轉(zhuǎn)軸的軸心為圓心，以P(P?rf0)為半徑所作的圓稱為摩擦圓。（2）總反力與摩擦圓相切，其位置取決于兩構(gòu)件的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，總反力產(chǎn)生的摩擦力矩與相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向相反。4.5 答：機(jī)械自鎖的條件為??0。

4.6 答：（1）當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿來回?fù)u動(dòng)的速度不同，返回時(shí)速度較大。機(jī)構(gòu)的這種性質(zhì)，稱為機(jī)構(gòu)的急回特性。通常用行程速度變化系數(shù)K來表示這種特性。（2）當(dāng)??0時(shí)，則K?1，機(jī)構(gòu)具有急回特性。4.7 答：（1）最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和；最短桿或相鄰桿應(yīng)為機(jī)架。（2）曲柄不一定為最短桿，如雙曲柄機(jī)構(gòu)中，機(jī)架為最短桿。4.8 答：（1）主動(dòng)件通過連桿作用于從動(dòng)件上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心時(shí)的位置，稱為連桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。（2）機(jī)車車輪在工作中應(yīng)設(shè)法避免死點(diǎn)位置。如采用機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，當(dāng)一個(gè)機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置時(shí)，可借助另一個(gè)機(jī)構(gòu)來越過死點(diǎn)；飛機(jī)起落架是利用死點(diǎn)工作的，當(dāng)起落架放下時(shí)，機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，使降落可靠。4.9 在題4.9圖示中，已知機(jī)構(gòu)的尺寸和相對(duì)位置，構(gòu)件1以等角速度?1逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，求圖示位置C點(diǎn)和D點(diǎn)的速度及加速度，構(gòu)件2的角速度和角加速度。題4.9圖

解：取長(zhǎng)度比例尺，繪制簡(jiǎn)圖如題4.9答案圖a所示。

題4.9答案圖

解：（1）速度分析。

①求vB.由圖可知，vB??1?AB，方向垂直于AB，指向與?1的轉(zhuǎn)向一致。②求vC.因B點(diǎn)與C點(diǎn)同為構(gòu)件2上的點(diǎn)，故有：

vC?vB?vCB

大小 ？ ?1lAB ？ 方向 水平?AB ?BC

???取速度比例尺?v（m/smm）,作速度矢量圖如題4.9答案圖b所示，則pc代???表vC；bc代表vCB，其大小為vC??v?pc，vCB??v?bc。

③求?2。因vCB??2?lBC，則?2?vCBlBC方向?yàn)轫槙r(shí)針轉(zhuǎn)。

④求vD。因?yàn)锽、C、D為同一構(gòu)件上的三點(diǎn)，所以可利用速度影像原理求得d 點(diǎn)，????連接pd代表vD，如題4.9答案圖b所示，其大小為vD??????v?pd，方向同pd。

n2（2）加速度分析。①求aB。由已知條件可知：aB??1?lAB，方向?yàn)锽?A；aB?0。②求aCt。根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，可選立下列方程式

ntaC?aB?aCB?aCB

大小 ？ ?12lAB ?22?lAB ？ 方向 水平B取加速度比例尺?a表anCB?A C?B ?BC

?m/s2mm?????，作加速度矢量如題4.9答案圖c，則b?c??代????t，c??c?代表aC。B????t由圖可知，aC??a?p?c?方向同p?c?（水平向左）；aCB方向同c??c?。??a?c??c?，????③求?2。因atCB??2?lCB，則?2?aCBlCBt??ac??c?lCB（方向?yàn)槟鏁r(shí)針）

④求aD。

ntntaD?aB?aDB?aDB?aC?aDC?aDC大小 ？ ?12?lAB ?22?lDB ？ ?a?p?c?

?22?lDB ？

方向？

?BCB?A

D?B

?BC

????p?c?

D?C

?????c所示，可見p?d?代表aD作矢量圖，如題4.9答案圖。

?????由圖可見，aD=?a?p?d?，方向同p?d?。

4.10 如題4.10圖所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，已知lAB?30mm，lBC?75mm，lCD?32mm，lAD?80mm，構(gòu)件1以等角速度?1?10rad/s順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)已作出

該瞬時(shí)的速度多邊形（題4.10圖b）和加速度多邊形（題4.10圖 c）。試用圖解法求：（1）構(gòu)件2上速度為零的點(diǎn)E的位置，并求出該點(diǎn)的加速度aE；（2）為加速度多邊形中各矢量標(biāo)注相應(yīng)符號(hào)：（3）求構(gòu)件2的角加速度a2。

題4.10圖

解：取?L?0.01mmm，作結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如題4.10答案圖a所示。（1）求構(gòu)件2上速度為零的點(diǎn)E及E點(diǎn)的加速度aE。

題4.10答案圖

①求vB。vB??1?lAB?10?0.03?0.3ms，方向如題4.10答案圖a所示，且?AB。

②求vC。

vC?vB?vCB

大小 ？ 0.3ms ？ 方向 水平?AB ?BC

取?v?0.01m/smm，作速度矢量圖如題4.10答案圖b所示。

因vE?0，故在速度圖中，e與極點(diǎn)p相重合，即三角符號(hào)Δpbc為ΔBCE的影像，其作圖過程為：過B點(diǎn)作BE?pb，過C點(diǎn)作CE?pc，其交點(diǎn)即為E點(diǎn)，如題4.10答案圖a所示。

③求?

2、?3及aC。

由圖可知，vCB??v?bc?0.01?33?0.33ms,vC??v?pc?0.01?38?0.38ms。

又因

vCB??2?lBC，vC??3?lCD

vCBlBC則

?2??0.33?4.4rads0.075，方向?yàn)槟鏁r(shí)針。

?3?vClCD?0.380.032?11.88rads，方向?yàn)槟鏁r(shí)針。

aC?aC?aCnt?aB?aCB?aCBnt

大小 ?32lCD ？ ?12?lAB ?22lCB ？ 方向

取?a?0.1m2C?D

?CD B?A

C?B

?BC

s，作加速度矢量圖，如題4.10答案圖c所示，則p?c?代表aC。

????，方向p?c?。

????aC??a?p?c??0.1?45?4.5ms2④求aE。利用加速度影像原理，即?b?c?e?∽?BCE。作圖過程為：作

?????c?b?e???BCE,?c?b?e???CBE，其交點(diǎn)即為e?，則p?e?代表aE。

（2）各矢量標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)如題4.10答案圖c所示。（3）求構(gòu)件2的角加速度?2。

t??a?c???c??0.1?68.5?6.85m由圖可知，aCBt??2?lCB,則，又因aCBs2?2?atCBlCB?6.850.032?214.1rads2。

4.11 如題4.11圖所示為一四桿機(jī)構(gòu)，設(shè)已知lOlBC?650mm2B?2lO1A?400mm，lAB?350mm,?1?120radmin，求當(dāng)O1A平行于O2B且垂直于AB時(shí)的vC和aC。

題4.11圖

解：取?L?0.01m，畫出機(jī)構(gòu)的位置圖，如題4.11答案圖a所示。

mm

題4.11答案圖

（1）速度分析。

12060①求vA。vA??1lAO?1?0.2?0.4ms，方向垂直于O1A。

②求vB。因B點(diǎn)與A點(diǎn)同為構(gòu)件2上的點(diǎn)，故有：

vB?vA?vBA

大小？

0.4

？

方向

?O2B

?O1A

?AB，作速度矢量如題4.11答案圖b所示，由圖 取速度比例尺?v?0.01m/s可知：

??????vB?vA?pa?pb

mm③求vC。因?yàn)関A?vB,所以構(gòu)件2在此瞬時(shí)作平動(dòng)，即vC?vA?vB?pa，vBAlBA????2??0

?3?vBlO2B?pb??vlO2B?40?0.010.4?1rads

方向?yàn)轫槙r(shí)針轉(zhuǎn)。（2）加速度分析。

12060)?0.2?0.8m2n2??1?lOA?(① 求aA。由已知條件可知：aA1s2，方向A?O1，aB?0。t②求aB。根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，可建立下列方程式

ntntaB?aB?aB?aA?aBA?aBA

大小 ？

?32?lOB

？

0.8

0

？

2方向 ？

B?O2

?O2B

B?O

1?BA

4.11答案圖c

?????所示，則p?b?取?a?0.025m

s2,作加速度矢量圖如題

代表aB。

③求aC。根據(jù)影像原理可得出：BA:ACc????所示，可得出p?c?代表aC?b?a?:a?c?，作圖如題4.11答案圖

。，方向垂直向下。aC??a?p?c??0.025?47?1.18ms24.16 解：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如題4.16答案圖所示。

（1）若為曲柄拴桿機(jī)構(gòu)，則AB為最短，且lAB?lBC?lAD?lCD代入已知量求解得lAB?150mm，則lAB的最大值為150mm。（2）若為雙曲柄機(jī)構(gòu)，則AD應(yīng)為最短，且：(1)當(dāng)AB為最長(zhǎng)時(shí)，由于lAD?lAB?lBC?lCD，可得出lAB?550mm。②當(dāng)AB不是最長(zhǎng)時(shí)，由于lAD?lBC?lAB?lCD，可得出lAB?450mm要滿足上述二種情況，lAB的最小值應(yīng)為450mm。（3）若為雙搖桿機(jī)構(gòu)，則只能是不滿足桿長(zhǎng)之和的條件，即為最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和大于其它兩桿長(zhǎng)度之和。①當(dāng)lAB為最短時(shí)，由于lAB?llAB?lBCBC?lAD?l，可得出lAB?150mm；②當(dāng)lAB為最長(zhǎng)時(shí)，由于C?lAD?l，可得出lAB?150mm，又由于lAB?lBC?lCD?lAD，可得出C，可得出lAB?450mm

450或lAB?1150mm。③當(dāng)lAD?lAB?lBC時(shí)，由于lAD?lBC?lAB?lCDlAB?要滿足上述三種情況，lAB的取值范圍為150m?m550mm?lAB?1150mm。

（1）4.17答：（1）因?yàn)閘AB?lBC?lAD?lCD，且又以最短桿AB的鄰邊為機(jī)架，則此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

（2）有。因?yàn)橐訟B為原動(dòng)件時(shí)，此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

（3）

?min出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共線時(shí)的位置，如題4.17答案圖所示，取比例尺?L?0.001mmm，由圖可得出?min?180???1或者?min??2。

題4.17答案圖

（1）4.18 解：（1）求lAB、lBC。

板位夾角??180?K?1K?1?36?

作圖如題4.18答案所示，取?L?1mmmm，可測(cè)得：

AC1?27mm;AC2?70mm。又a?b?AC2;b?a?AC1,代入AC1、AC2值后，聯(lián)立求得：a?21.5mm,b?48.5mm。

（說明：設(shè)AB?a，BC?b。將原位置圖旋轉(zhuǎn)180?后作圖）

題4.18答案圖

結(jié)論：lAB??L?a?1?21.5?21.5mm,lBC??L?b?1?48.5?48.5mm

e?lABsin?lBC（2）求?max和?max。由圖可知：??arcsin

當(dāng)??90?時(shí)，?為最大值，即

?max?arcsine?lAB?sin90lBC??arcsin20?21.548.5?58.8?

當(dāng)??270?時(shí)，?為最小值，即

?min?arcsine?lAB?sin270lBC??arcsin120?21.5148.5?1.77?

?max?90??min=90?1.77?88.23 ????（3）滑塊為原動(dòng)件時(shí)，機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置為AB1C1和AB2C2。

4.19解：（1）取?L?0.01mmm，按給定條件作出AB、DE的三組位置，并連接DB2和DB3。（2）用反轉(zhuǎn)法將DB2、DB3分別繞D點(diǎn)反轉(zhuǎn)?1??2?40,?1??3?8，得出0（3）分別作B1B2?、B2B3?垂直平分B2?、B3?點(diǎn)。??線b12、b23交于C1點(diǎn)，連接AB1C1D，即為該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，如題4.19答案圖所示。

題4.19答案圖

（4）由題4.19答案圖測(cè)得：B1C1?70mm,C1D?25mm。桿BC、CD的長(zhǎng)度lBC、lCD為

lBC?B1C1??L?70?10?700mmlCD?C1D??L?25?10?250mm

4.20解：如題4.20答案圖所示，取?L?0.002mmm，利用剛化反轉(zhuǎn)法，連接AC2，令A(yù)C2繞A點(diǎn)反轉(zhuǎn)?角得C2?點(diǎn)，作C1C2?的垂直平分線，交位置1于B1點(diǎn)，連接AB1C1E1即為該四桿機(jī)構(gòu)。

由題4.20答案圖測(cè)得

AB1?11mm,B1C1?52mmlAB??L?AB1?2?11?22mm lBC??L?BC?2?52?104mm

題4.20答案圖

第5章 凸輪機(jī)構(gòu)

5.1答：是在理論輪廓上度量的。

5.2答：（1）等于零。（2）從傳力合理，提高傳動(dòng)效率來看，壓力角越小越好。設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定：?max????

5.3答：勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律有剛性沖擊；等加速-等減速和余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律有柔性沖擊；正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律沒有沖擊。在選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)器工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)要求來確定。5.4答：先根據(jù)結(jié)構(gòu)條件初定基圓半徑r?。若出現(xiàn)?????，則需增大基圓半徑r?，再重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5.5答：（1）補(bǔ)全各段的曲線，如題5.5答案圖所示。

（2）在O、b、c、e、處有剛性沖擊；在a、d處有柔性沖擊。

題5.5答案圖

5.6 解：取?L?0.002mmm。

（1）繪制s??(t)曲線，如題5.6答案圖a所示，并將推程、回程各分為6等份。

（2）以相同的比例繪制凸輪基圓及從動(dòng)件的初始位置，如題5.6答案圖b所示。

題5.6答案圖

（3）在題５.6答案圖b上，按逆時(shí)針方向(??)畫出推程角120?，回程角150?，C2、C3??。近休止角90?，并在相應(yīng)段與位移線圖對(duì)應(yīng)劃分為6等份，得分點(diǎn)C1、（4）過各分點(diǎn)作徑向線，并從基圓上的點(diǎn)C1、C2、C3??。開始向外量取相應(yīng)的位移量得B1、B2、B3??，即B1C1?11?,B2B2?22?,B3B3?33???得到反轉(zhuǎn)后滾子中心的位置。

（5）將B1、B2、B3??連成光滑曲線，得凸輪理論輪廊η。

（6）以η上各點(diǎn)為圓心，rT為半徑作一系列圓，此圓的包絡(luò)線為凸輪的實(shí)際輪廊??，如題5.6答案圖b所示。

答：

如題5.7答案圖

5.8

答：

如題5.8答案圖

???（1）5.9解：（1）因二者接觸點(diǎn)的法線OB與vC方向一致，故??0?。

（2）如題5.9答案圖所示，設(shè)在某瞬時(shí)，從動(dòng)件占據(jù)位置Ⅱ。由圖可知。???OO?P。?OO?PO?點(diǎn)上移至O?'使得?角減??；

當(dāng)vT增大時(shí)，當(dāng)e增大時(shí)，增大，?增大； 當(dāng)OA增大時(shí)，?不變。

從動(dòng)件的上升距離是不變化的。

題5.9答案圖 第6章 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

5406.1答：牛頭刨床的橫向進(jìn)給量最小為fmin??0.125mm

若要求其橫向進(jìn)給量為0.5mm，則棘輪每次轉(zhuǎn)過的角度應(yīng)為0.50.125?36040??36 ?6.2答：主動(dòng)撥盤的轉(zhuǎn)速為：

360?n??360?180??6?2?360?1r3s53

6.3答：運(yùn)動(dòng)系數(shù)??tmt1?tm?56?53?23

所需圓柱銷數(shù)目k?2z?(z?2)?2?6?23(6?2)?2

6.4答：不能。

第七章

螺紋連接與螺旋傳動(dòng)

71答：常用螺紋的種類有普通螺紋、管螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋，前兩種主要用于聯(lián)接，后三種主要用于傳動(dòng)。7.2答：螺紋的主要參數(shù)有：（1）大徑d；（2）小徑d1；（3）中徑d2；（4）螺距P；（5）導(dǎo)程S；（6）升角λ；tan??S?d2?nP?d2；（7）牙型角α、牙型斜角β。

7.3 答：螺距是螺紋相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離，導(dǎo)程則是同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。

導(dǎo)程S、螺距P、螺紋線數(shù)n之間的關(guān)系：S?nP。

7.4答：根據(jù)牙型的不同，螺紋可分為普通螺紋、管螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。各種螺紋特點(diǎn)：普通螺紋的當(dāng)量摩擦系數(shù)較大，自鎖性能好，強(qiáng)度高，廣泛應(yīng)用于各種緊固連接；管螺紋分圓柱管螺紋和圓錐管螺紋。圓柱管螺紋用于水、煤氣、潤(rùn)滑管路系統(tǒng)等低壓場(chǎng)合。圓錐管螺紋適用于高溫、高壓及密封要求較高的管路連接中。常用的連接螺紋的牙型是三角形牙型。常用的傳動(dòng)螺紋的牙型是矩形、梯形和鋸齒形牙型。

7.5答：螺紋連接有四種基本類型。

(1)螺柱連接。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是被連接件的孔中不切制螺紋，裝拆方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于經(jīng)常拆卸、受力較大的場(chǎng)合。

(2)雙頭螺栓連接。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是被連接件中薄件制光孔，厚件制螺紋孔，結(jié)構(gòu)緊湊。適用于連接一厚一薄零件，受力較大、經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。

(3)螺釘連接。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是螺釘直接旋入被連接件的螺紋孔中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。適用于連接一厚一薄件，受力較少、不經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。

(4)緊定螺釘連接。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是緊定螺釘旋入一零件的螺紋孔中，螺釘端部頂住另一零件，以固定兩零件的相對(duì)位置。適用于傳遞不大的力或轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合。

7.6答：連接用的三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷或溫度變化不大、沖擊振動(dòng)不大時(shí)不會(huì)自行脫落。但在沖擊、振動(dòng)或變載的作用下，螺紋連接會(huì)產(chǎn)生自動(dòng)松脫現(xiàn)象。因此，設(shè)計(jì)螺紋連接，必須考慮防松問題。

常用的防柱方法有摩擦防松、機(jī)械防松、永入防松和化學(xué)防松四大類。

7.7答：常見的螺栓失效形式有：（1）螺栓桿拉斷；（2）螺紋的壓潰和剪斷；（3）經(jīng)常裝拆時(shí)會(huì)因磨損而發(fā)生滑扣現(xiàn)象。失效發(fā)生的部位通常在螺紋處。

7.8答：被連接件受橫向載荷時(shí)，螺栓不一定全受到剪切力。只有受橫向外載荷的鉸制孔螺栓連接，螺栓才受剪切力。

7.9答：松螺栓連接在承受工作載荷前，不需把螺母擰緊，即不受預(yù)緊力。而緊螺栓連接在承受工作載荷前，必須把螺母擰緊，螺栓承受預(yù)緊力。松螺栓連接的強(qiáng)度按拉伸強(qiáng)度條件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。緊螺栓連接中，螺紋部分受軸向力作用產(chǎn)生拉伸正應(yīng)力σ，因螺紋摩擦力矩的作用產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力τ，螺栓螺紋部分產(chǎn)生拉伸與扭轉(zhuǎn)的組合變形，根據(jù)強(qiáng)度理論建立強(qiáng)度條件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。

7.10答：鉸制孔用螺栓連接在裝配時(shí)螺栓桿與孔壁間采用過渡配合，沒有間隙，螺母不必?cái)Q得很緊。工作時(shí)螺栓連接承受橫向載荷，螺栓在連接結(jié)合面處受剪切作用，螺栓桿與被連接件孔壁相互擠壓。

7.11答：當(dāng)螺栓擰緊后，其螺紋部分不僅受因預(yù)緊力Fo的作用而產(chǎn)生的拉伸正應(yīng)力σ，還受因螺紋摩擦力矩下T1的作用而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力τ，使螺栓螺紋部分處于拉伸與扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)。根據(jù)第四強(qiáng)度理論，可求出螺栓螺紋部分危險(xiǎn)截面的當(dāng)量應(yīng)力?e?1.3?，則強(qiáng)度條件為?e?1.3?????

因拉伸正應(yīng)力??FoA?Fo?d1

則強(qiáng)度條件為

1.3Fo?d142????

可見，緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算可按純拉伸強(qiáng)度計(jì)算，考慮螺紋摩擦力矩T1的影響，需將螺栓拉力增加30%。7.12答：（1）的說法不對(duì)。對(duì)于受軸向工作載荷的緊螺栓連接，螺栓所受的軸向總拉力FΣ應(yīng)為其所受的工作載荷F與殘余預(yù)緊力F0?之和，即F??F?Fo'。（2）的說法錯(cuò)誤。緊螺栓連接中，螺栓所受拉力會(huì)產(chǎn)生拉伸正應(yīng)力，考慮螺紋摩擦力矩的作用而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，螺栓螺紋部分產(chǎn)生接伸與扭轉(zhuǎn)的組合變形，其強(qiáng)度條件根據(jù)強(qiáng)度理論建立的。

（3）的說法錯(cuò)誤。受拉螺栓連接中，承受橫向外載荷的緊螺栓連接采用的是普通螺栓連接，由于處于擰緊狀態(tài)，螺栓受預(yù)緊力的作用，被連接件靠其結(jié)合面間的摩擦力承受橫向外載荷。7.16解：（1）確定螺栓的許用應(yīng)力。根據(jù)螺栓材料Q235，查表7.1得σs=215MPa;查教材表7.8，取S=1.4,則

?????sS?2151.4?153.57MPa

（2）確定螺栓直徑d。由式（7.4）得

d1?4F?????4?5?010 m?20.36m??153.573查手冊(cè)，得螺栓大徑為d=24mm，其標(biāo)記為螺栓GB/T5780

M24?長(zhǎng)度。7.17解：（1）計(jì)算兩螺栓所受的力。此連接為承受橫向外載荷的緊螺栓連接。

①計(jì)算A、B螺栓承受的橫向載荷FR。分析右扳手受力，畫受力圖如題7.17答案圖。根據(jù)平衡條件可求出：FA?1800N，F(xiàn)B?1600N，則螺栓承受的橫向載荷 FRA=FA,FRB=FB。

②計(jì)算螺栓承受橫向載向載荷所需的預(yù)緊力。取Kf=1.2，則

KfFRAfm1.2?18000.15?1F0A???14400N

F0B?

?12800NKfFRAfm?1.2?16000.15?1（2）確定螺栓直徑。根據(jù)螺栓材料Q235查表7.7 得?S?220MPa，根據(jù)表7.8，控制預(yù)緊力取S=1.4，則許用應(yīng)力

?????sS?2201.4?157MPa根據(jù)緊螺栓連接的強(qiáng)度條件

?e?1.3F0?d142????

得d1?4?1.3?F0?????4?1.3?F0A?????4?1.3?14400??157?12.33mm

d1為螺栓小徑，查閱螺紋標(biāo)準(zhǔn)，取螺栓直徑d=16mm。7.18解：（1）求滿足螺栓螺紋部分強(qiáng)度條件的預(yù)緊力F。由式（7.5）得 1.3F02?d14????

可得

F0??d1??2?41.3?

（2）計(jì)算承受橫向外載荷不產(chǎn)生滑移的預(yù)緊力F0。由式（7.14）得

F0?KfFRfmz

（3）計(jì)算允許傳遞的最大靜載荷FR。根據(jù)螺栓的強(qiáng)度條件和承受橫向外載荷不產(chǎn)生滑移條件可得

KfFRfmz??d1??2?1.3?4

根據(jù)螺栓M10，查手冊(cè)得d1=8.376mm。則

FR??d1??22?fmz

1.3?4?kf???8.376?160?0.2?2?21.3?4?1.2?4518.86N該連接只許傳遞的最大靜載荷FR為4518.86N。7.19解：（１）確定螺栓數(shù)目z。由螺栓間距t?得z?11.775，取z=12。

（２）確定每個(gè)螺栓所受的軸向工作載荷Ｆ。

F??D0z?80mm

?DP4Z2???200?1.54?122?3925N

（３）計(jì)算單個(gè)螺栓所受的總拉力。

F??F?F0'?F?1.8F?2.8F?2.8?3925?10990N

（4）確定螺栓的對(duì)稱直徑d。

① 螺栓材料選用35號(hào)鋼，由表7.7查得σs=315MPa，若裝配時(shí)不控制

預(yù)緊力，假定螺栓直徑d=16mm，由表7.9查得S=3，則許用應(yīng)力

?????sS?3153?105MPa

② 由式（7.10）確定螺栓小徑d1。

d1?4?1.3Fs?????4?1.3?10990??105?13.17mm

根據(jù)d1計(jì)算值，查螺紋標(biāo)準(zhǔn)得螺栓公稱直稱d=16mm,與假定值相等。此氣缸蓋螺栓為螺栓M16ⅹL GB5782-86。

7.20 解：如題7.20圖所示，s螺栓數(shù)z=4，對(duì)稱布置。（1）螺栓受力分析。

① 在工作載荷F作用下，螺栓組連接承受以下各力和傾覆力矩的作用：

軸向力F1?Fsin??4000?sin45??2828N 橫向力F2?Fcos??4000?cos45??2828N

傾翻力矩

M?F1?0?F2?160?2828?160?452480N?mm ② 在軸向力F1作用下，各螺栓所受工作拉力

p1?F1z?28284?707N

③在傾覆力矩M的作用下，上兩個(gè)螺栓受到加載作用下兩個(gè)螺栓受到減載作用。螺栓所受載荷Pmax?MLmaxz?M4?L?4524804?130?870N

?Lii?12④上面螺栓所受的軸向工作載荷為

P?P1?Pmax?707?870?1577N

⑤在橫向力F2的作用下，底板接合面不產(chǎn)生滑移的條件為

f??zF0??1?Kc?F1???KfF2

根據(jù)連接條件取Kc?0.2,Kf?1.2。則各螺栓所需要的預(yù)緊力為

KfF2F0?f??1?Kc?F1z?1.2?28280.3??1?0.2??28284?3393.6N

⑥螺栓所受軸向總拉力

F?max?P?F0'

根據(jù)式（7.11）F0?F0'??1?Kc?P 可得F0'?F0??1?Kc?P

整理后可得F?max?F0?KcP?3393.6?0.2?1577?3709N

（2）定螺栓直徑。選擇螺栓材料為Q235，由表7.7取σs=205MPa，s=1.3。螺栓材料的許用應(yīng)力?????sS?2051.3?158MPa

由式(7.10)計(jì)算螺栓的小徑d1

d1?4?1.3F??????4?1.3?3709??158?6.24mm

查閱螺紋標(biāo)準(zhǔn)，選用粗牙普通螺紋，公稱直徑d=88mm。（3）校核螺栓組連接接合面的工作能力。① 連接接合面下端的擠壓應(yīng)力不超過許用值。

?pmax?1A??zF0??1?Kc?F1???MW?1320?140??4?3393.6??1?0.2??2828???452480140?3206??0.44MPa????p?2 故連接接合面下端不能被壓潰。

② 連接接合面上端不出現(xiàn)間隙，即?pmin?0

?pmax?1A??zF0??1?Kc?F1???MW?1320?140??4?3393.6??1?0.2??2828???452480140?3206?0.063MPa?02故連接接合面上端不能出現(xiàn)間隙。

第8章 帶傳動(dòng)

8.12答；由學(xué)生觀察3～5種機(jī)器上的普通V帶傳動(dòng)，測(cè)量出b、da、a、確定帶型、dd1、dd2、計(jì)算出L0，取標(biāo)準(zhǔn)Ld。8.13解:（1）帶速v。

v??dd1n160?1000?3.14?450?40060?1000?9.42m/s

（2）包角?1。

?1?180??dd2?dd1a?57.3?180???650?4501500?57.3?172.36??

（3）有效拉力F.由式（8.3）P?P?1000v5?10009.42F?1000得

F???531N

8.14解（1）確定帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度。

L0?2a0?2?dd1?dd2???2?dd2?dd1?4a02?2?350??280?100???280?100?4?3502?1319.7mm

查表8.4，取基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=1400mm(2)實(shí)際中心距。a?a0?（3）小帶輪包角。

?1?180??Ld?L022?350?1400?1319.72?390.15mm

dd2?dd1a?57.3?180???280?100390.15?57.3?153.6?120

???（4）傳遞的最大功率。根據(jù)dd1?100mm,n1?1450rmin,查表8.9，用內(nèi)插法得P??1.31kW。

查表8.18得Kb?1.0275?10?3，傳動(dòng)比i=Ki?1.1373。由式(8.11)得

dd2dd1?280100?2.8，查表8.19得

?1?1???3?P0?Kbn1?1??1.0275?10?14501?????0.18kW

Ki?1.1373???查表8.4得KL=0.96,由圖8.11得K??0.93，查表8.21,得KA=1.1。由式（8.18）得z?Pc?PKA?P0??P0?K?KL?P0??P0?K?KL?

得P??P0??P0?K?KLzKA?1.31?0.18??0.93?0.96?21.1?2.42kW

所以此傳動(dòng)所能傳遞的最大功率為2.42kW。

8．15解：（1）確定計(jì)算功率Pc。

Pc?KAP?1.1?4?4.4kW

（2）選擇普通V帶型號(hào)。根據(jù)Pc=4.4kW、n1=1440r/min，由圖8.12選用A型普通V帶。

（3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑dd1、dd2。根據(jù)表8.6和圖8.12選取dd1=100mm。大帶輪基準(zhǔn)直徑

dd2?n1n2dd1?1440575dd2dd1?100?250.43mm按表8.3選取標(biāo)準(zhǔn)值dd2=250mm。

n1i14402.5實(shí)際傳動(dòng)比i??250100?2.5從動(dòng)輪實(shí)際轉(zhuǎn)速n2???576r/min

(4)驗(yàn)算帶速。v??dd1n160?1000???100?144060?1000?7.536m/s帶速在5～25m/s范圍內(nèi)。

（4）確定帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld和實(shí)際中心距為a。初定中心距ao=1000mm Lo?2ao??2(dd1?dd2)??dd2?dd1?4ao2?2?1000??2?100?250???250?100?4?10002

?2555.13mm由表8.4選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld?2500mm

實(shí)際中心距a?a??Ld?Lo2?1000?2500?2555.132?944.87mm

（6）校驗(yàn)小帶輪包角?1?

?1?180??dd2?dd1a??57.3?180???250?100944.87?57.3

?170.9?120（7）確定V帶根數(shù)。由式（8.18）得

z?Pc?P0??P0?K?KL

根據(jù)dd1=100mm,n1=1440r/min，查表得8.9得Po=1.31kW。

2751.10查表（8.18）得Kb?0??3。根據(jù)傳動(dòng)比i=2.5。查表8.19得Ki=1.1373。由式（8.11）得功率增量?P0為

?1?1???3?P0?Kbn1?1??1.0275?10?14401?????0.18kW

K1.1373???i?由表8.4查得KL?1.09,由圖8.11得K??0.98, 則z?Pc?4.4?2.76

?P0??P0?K?KL?1.31?0.18??0.98?1.09取z=3根。

（8）求初拉力F0及帶輪軸上的壓力FQ。由表8.6查得A型普通V帶的每米長(zhǎng)質(zhì)量q=0.1kg/m。根據(jù)式（8.19）得單根V帶的初拉力為

F0???500Pc?2.52?1???qvzv?K??500?4.4?2.5?2?1??0.1?7.536 ?3?7.536?0.98??156.6N由式（8.20）得作用在軸上的壓力FQ為

FQ?2F0zsin?12?2?156.6?3?sin170.92??936.64N

（9）帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（略）

（10）設(shè)計(jì)結(jié)果。選用3根A型V帶，中心距a=944.87mm，帶輪直徑dd1=100 mm,dd2=250mm，軸上壓力FQ=936.64N。8.16解：（1）確定計(jì)算功率Pc。由表8.21取KA=1.4，由式（8.12）得

Pc?KAP?1.4?30?42kW

(2)選擇普通V帶型號(hào)。根據(jù)Pc=42kW ,n1=1470r/min,由圖8.12選用C型普通V帶。

(3)確定帶輪基準(zhǔn)直徑dd1、dd2。根據(jù)表8.6和圖8.12選取dd1=250mm，大輪基準(zhǔn)直徑為

dd2?idd1?1.15?250?287.5mm

dd2dd1?280250?1.12 按表8.3取標(biāo)準(zhǔn)值dd2=280mm,實(shí)際傳動(dòng)比i?n1i14701.12從動(dòng)輪實(shí)際轉(zhuǎn)速n2???1312.5r/min

（4）驗(yàn)算帶速。

v??dd1n160?1000???250?147060?1000?19.23m/s

帶速在5～25m/s范圍內(nèi)。

（5）確定帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld和實(shí)際中心距a。初定中心距ao=1300mm，由式（8.15）得

Lo?2ao??2?dd1?dd2???2?dd2?dd1?24ao?2?1300??250?280???280?250?4?13002

?3432.27mm由表8.4選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=3550mm，由式(8.16)得實(shí)際中心距a為

a?a0?Ld?L02?1300?3550?3432.272?1359mm

（6）校驗(yàn)小帶輪包用?1。由式（8.17）得

?1?180?00dd2?dd1a0?57.3?180?00280?2501359?57.30

?178.7?120（7）確定V帶根數(shù)z。根據(jù)dd1?250mm，n1?1470rmin，查表8.10得

?3910，根據(jù)i=1.12查表8.19得P0=6.875kW。由表8.18查得Kb?7.501?Ki?1.0419由式（8.11）得功率增量?P0為

?1?1???3?P0?Kbn1?1??7.5019?10?14701?????0.44kW

Ki?1.0419??? 由表8.4查得KL?0.99,由圖8.11查得K??0.98。由式（8.18）得

z?Pc?42?5.92

?P0??P0?K?KL?6.875?0.44??0.98?0.99取z=6根。

（8）求初拉力F0及帶輪軸上的壓力FQ。由表查得C型普通V帶q=0.3kg/m，根據(jù)式（8.19）得單根V帶的初拉力為

?500Pc?2.52F0??1??qv?zv?K???500?42?2.5?2?1???0.3?19.23?282.297?110.938?393.24N6?19.23?0.98?

由式（8.20）得作用在軸上的壓力FQ為

FQ?2F0zsin?12178.720

?4718.58N?2?393.24?6?sin（9）設(shè)計(jì)結(jié)果。6根C型V帶，dd1=250mm,dd2=280mm,a=1359mm,FQ=4718.58N。

8.17 試設(shè)計(jì)某車床上電動(dòng)機(jī)和床頭箱間的普通V帶傳動(dòng)。已知電動(dòng)機(jī)的功率P?4kW，轉(zhuǎn)速n1?1440rmin，從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速n2?680rmin，兩班制工作，根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)，要求兩帶輪的中心距在950mm左右。

解：（1）確定計(jì)算功率Pc。由表8.12查得KA?1.2,由式（8.12）得Pc?KAP?1.2?4?4.8kW

（2）選擇普通V帶型號(hào)。根據(jù)Pc=4.8kW，n1=1440r/min，由圖8.12選用A型普通V帶。

（3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑dd1、dd2。根據(jù)表8.6和圖8.12選取dd1=100mm。dd2?n1n2?dd1?1440680?100?212mm按表8.3取標(biāo)準(zhǔn)值dd2=212mm,實(shí)際傳動(dòng)比

n1i14402.12i?dd2dd1212100?2.12從動(dòng)輪實(shí)際轉(zhuǎn)速n2???679r/min

（4）驗(yàn)算帶速度v。v??60?1000?dd1n1??100?1440?60?7.536m /s1000帶速在5～25m/s范圍內(nèi)。（5）確定的帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld和實(shí)際中心距a。由式（8.15）L0?2a0??2?dd1?dd2???dd2?dd1?4a02?2?950??2?100?212???212?100?4?9502由表8.4選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=2240mm，由式?1900?489.84?3.30?2393.14mm

（8.16）得實(shí)際中心距a為a?a0?Ld?L02?950?2240?2393.142?873.43mm

(6)校驗(yàn)小帶輪包角?1。由式（8.17）得

?1?180?00dd2?dd1a0?57.3?180?00212?100873.43?57.3（7）確定V帶根數(shù)z。根據(jù)?172.7?120dd1=100mm，n1=1440r/min，查表8.10得Po=1.31kW。由表8.18查得Kb?1.027?5?31，0根據(jù)

i=2.12，查表8.19得Ki=1.1373。由式(8.11)得功率增量?P0為

?1??P0?Kbn1?1??Ki???1.0275?10?3

1???1440?1???0.18kW1.1373??由表8.4查得KL=1.06，由圖8.11查得K??0.98。由式（8.18）得

z?Pc?P0??P0?K?KL4.8?3.1 取z=4根。

??1.31?0.18??0.98?1.06（8）求初拉力F0及帶輪軸上的壓力FQ。由表8.6查得Ａ型普通Ｖ帶q=0.1kg/m，根據(jù)式（8.19）得

F0??500Pc?2.5500?4.8?2.5?22?1?1?0.1?7.356?129.17N ???qv???zv?K?4?7.356?0.98??由式(8.20)可得作用在帶輪軸上的壓力

FQ?2F0zsin?12?2?129.17?4?sin172.720?1031.26N

（９）設(shè)計(jì)結(jié)果。選用4根Ａ型普通Ｖ帶，dd1=100mm，dd2=212mm，a=873.43mm，F(xiàn)Q＝1031.26N

第9章 鏈傳動(dòng)

9.1 鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)相比有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

答：鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)相比的優(yōu)點(diǎn)是鏈傳動(dòng)能保證定傳動(dòng)比傳動(dòng)，張緊力小，對(duì)軸的壓力小，可在高溫、油污、潮濕等惡劣環(huán)境下工作。

其缺點(diǎn)是工作平穩(wěn)性差，工作時(shí)有噪聲。

9.2影響鏈傳動(dòng)速度不均勻性的主要參數(shù)是什么？為什么？

答：影響鏈傳動(dòng)速度不均勻性的主要參數(shù)是鏈輪齒數(shù)z1和鏈節(jié)距p。因?yàn)殒渹鲃?dòng)的運(yùn)動(dòng)情況和繞在多邊形輪子上的帶傳動(dòng)很相似，邊長(zhǎng)相當(dāng)于鏈節(jié)距p，邊數(shù)相當(dāng)于鏈輪齒數(shù)z，由于鏈速（即鏈銷軸圓周速度的水平分速度v?r1?1cos?,其速度隨?角而變化）由小變大，又由大變小，而且每轉(zhuǎn)過一鏈節(jié)要重復(fù)上述的變化一次，故鏈速作周期性的變化，而使鏈傳動(dòng)帶來了速度的不均勻性，鏈節(jié)距愈大和鏈輪齒數(shù)愈少，鏈速不均勻性也愈增加，使鏈節(jié)作忽上忽下、忽快忽慢的變化，故使其瞬時(shí)傳動(dòng)比發(fā)生變化。

9.3鏈節(jié)距p的大小對(duì)鏈傳動(dòng)的動(dòng)載荷有何影響？

答：鏈節(jié)距越大，鏈條各零件的尺寸越大，由于鏈傳動(dòng)中鏈速有變化，若鏈節(jié)距越大，產(chǎn)生的動(dòng)載荷也越大。9.4 鏈傳動(dòng)的主要失效形式有哪幾種？ 答：鏈傳動(dòng)的主要失效形式有：（1）鏈板疲勞破壞；（2）滾子和套筒的沖擊疲勞破壞；（3）鉸條鉸鏈磨損；（4）鏈條鉸鏈的膠合；（5）鏈條靜力拉斷。

9.5 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是什么？

答：鏈傳動(dòng)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：對(duì)于中高速(v?0.6ms)鏈傳動(dòng)主要失效形式為疲勞破壞，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)以功率曲線為依據(jù)，應(yīng)使計(jì)算功率小于額定功率值；對(duì)于低速(v?0.6ms)鏈傳動(dòng)，其主要失效形式為靜力拉斷，應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算，校核靜強(qiáng)度安全系數(shù)S。9.6 設(shè)計(jì)鏈傳動(dòng)時(shí)，為減少速度不均勻性應(yīng)從哪幾方面考慮？如何合理選擇參數(shù)？

答：設(shè)計(jì)鏈傳動(dòng)時(shí)，為減少速度不均勻性應(yīng)合理選擇參數(shù)：小鏈輪齒數(shù)不宜過少，一般z1?17，以減小速度波動(dòng)的幅度。另外，鏈節(jié)距盡量選小，以減小鏈輪的直徑，減少鏈接。

9.7 鏈傳動(dòng)的功率曲線是在什么條件下得到的？在實(shí)際使用中要進(jìn)行哪些項(xiàng)目的修正？

答：鏈傳動(dòng)的功率曲線的試驗(yàn)條件是：z1?

19、i?

3、a?40p、單排鏈、載荷平穩(wěn)、采用推薦的潤(rùn)滑方式，壽命為15 000h、兩輪端面共面。在實(shí)際使用中要對(duì)z1、i、a、排數(shù)進(jìn)行修正。

9.8 鏈傳動(dòng)的合理布置有哪些要求？

答：鏈傳動(dòng)的布置應(yīng)注意使兩軸線應(yīng)平行布置，兩鏈輪的回轉(zhuǎn)平面應(yīng)在同一

平面內(nèi)。應(yīng)使主動(dòng)邊在上，從動(dòng)邊在下，即緊邊在上，松邊在下。若松邊在上會(huì)使鏈與輪齒相干涉。兩輪中心的連線盡量在同一水平面上。如傾斜布置，其與水平面的夾角應(yīng)小于45?；若垂直布置時(shí)，需加張緊輪，以免下鏈輪嚙合不良。9.9 鏈傳動(dòng)為何在適當(dāng)張緊？常用的張緊方法有哪些？

答：鏈傳動(dòng)需要適當(dāng)?shù)膹埦o，因?yàn)殒渹鲃?dòng)鏈條的重量比較大，由于自重會(huì)產(chǎn)生下垂，若垂度過大會(huì)引起嚙合不良。常用的張緊方法有調(diào)整中心距，或采用張緊輪的方法。張緊輪應(yīng)設(shè)在松邊。

9.10 如何確定鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑方式？常用的潤(rùn)滑裝置和潤(rùn)滑油有哪些？ 答：鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑方法有4種，應(yīng)根據(jù)鏈速和鏈節(jié)距的大小據(jù)圖9.11選擇。具體的潤(rùn)滑裝置如圖9.12所示，潤(rùn)滑油應(yīng)加于松邊。

常用的潤(rùn)滑裝置有油杯，油池用于浸油潤(rùn)滑；用甩油輪使油飛濺起來潤(rùn)滑；用油泵、油管、油嘴進(jìn)行噴油潤(rùn)滑。

常用的潤(rùn)滑油有L-AN32、L-AN46、L-AN68。

9.11 試設(shè)計(jì)一鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)中的鏈傳動(dòng)。已知傳遞功率P?20kW，主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速n1?230rmin，傳動(dòng)比為i薦方式潤(rùn)滑。

解：(1)選擇鏈輪齒數(shù)z1、z2。按表9.9選z1?17,z2?iz1?43；估計(jì)鏈速v?0.6~3ms

?2.5,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，三班制，有中等沖擊，按推(2)確定鏈節(jié)數(shù)。初定中心距a??40p。

Lp?2?40pp?17?432?p?z2?z1?239.5?40p

Lp?80?30?0.43?110.43取Lp?110。

（3）根據(jù)額定功率曲線確定鏈型號(hào)。由表9.4取KA?1;由表9.5取Kz?0.887;由表9.6取Ki?1.04;由表9.7取Ka?1;由表9.8取Kpt?1。

Po?KAPKzKaKiKpt?1?200.887?0.96?23.5kW

查額定功率曲線圖9.9，選取鏈條號(hào)為24A，節(jié)距p=38.1mm(4)驗(yàn)算鏈速

v?z1pn160?1000?17?38.1?23060?1000m/s

v?2.48m/s（5）計(jì)算實(shí)際中心距。設(shè)計(jì)成可調(diào)整的中心距。a?a??40p?40?38.1?1524mm

（6）確定潤(rùn)滑方式。由圖9.11查得應(yīng)選用油浴潤(rùn)滑。(7)計(jì)算對(duì)鏈輪軸的壓力F'。

F'?1.25F?1.25??1.25?1000?202.481000Pv

?10080N(8)鏈接設(shè)計(jì)（略）。

(9)設(shè)計(jì)張緊、潤(rùn)滑等裝置(略)。

9．12 已知型號(hào)為16A的滾子鏈，主動(dòng)輪齒數(shù)z1?23，轉(zhuǎn)速n1?960rmin，傳動(dòng)比i?2.8，中心距a?800mm，油浴潤(rùn)滑，中等沖擊，電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，試求該鏈傳動(dòng)所能傳遞的功率。

解：由已知n1?960rmin、16A，查表9.8，得P0?35kW，鏈節(jié)距p?25.4mm。

由已知中等沖擊、電動(dòng)機(jī),查表9.2,得KA=1.3。由z1?23，查表9.5，得Kz?1.23。由單排，查表9.8，得Kpt?1。由i?2.8,查表

9.6，得Ki?0.985。

?32p，查9.7，得Ka?0.964。根據(jù)式（9.5），可得出 由a?800?80025.4p?Kz?Kpt?Ki?KaKAp0?1.23?1?0.985?0.9641.3?35

?31.4kW該鏈傳動(dòng)所能傳遞的功率為31.4kW。

9.13 在鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)組成的多級(jí)傳動(dòng)中，鏈傳動(dòng)宜布置在哪一級(jí)？為什么？

答：鏈傳動(dòng)在多級(jí)傳動(dòng)中宜布置在低速級(jí)，即帶傳動(dòng)?齒輪傳動(dòng)?鏈傳動(dòng)。因?yàn)殒渹鲃?dòng)中速度不均勻，若鏈速過高會(huì)使動(dòng)載荷變大，布置在低速級(jí)可減小鏈速的不均勻性帶來的影響。

9.14 鏈輪的極限轉(zhuǎn)速為什么比帶傳動(dòng)?。?/p>

答：鏈輪的極限轉(zhuǎn)速一般為15m/s，而帶傳動(dòng)的極限速度一般最高為25m/s，這是由于鏈傳動(dòng)具有多邊形效應(yīng)，即鏈速的不均勻性。鏈速過高產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)大，而帶傳動(dòng)平穩(wěn)，具有緩沖性。

9.15 鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)的張緊目的有何區(qū)別？

答： 帶傳動(dòng)張緊是為了保持帶傳動(dòng)中具有足夠的預(yù)拉力，以產(chǎn)生足夠的

摩擦力。鏈傳動(dòng)張緊是為了改善輪齒和鏈的嚙合情況，以利于傳動(dòng)。

第十章

齒輪傳動(dòng)

10.1漸開線性質(zhì)有哪些？

?A。答：（1）發(fā)生線在基圓上滾過的長(zhǎng)度等于基圓上被滾過的弧長(zhǎng)，即NK?N（2）因?yàn)榘l(fā)生線在基圓上作純滾動(dòng)，所以它與基圓的切點(diǎn)N就是漸開線上K點(diǎn)的瞬時(shí)速度中心，發(fā)生線NK就是漸開線在K點(diǎn)的法線，同時(shí)它也是基圓在N點(diǎn)的切線。（3）切點(diǎn)N是漸開線上K點(diǎn)的曲率中心，NK是漸開線上K點(diǎn)的曲率半徑。離基圓越近，曲率半徑越少。（4）漸開線的形狀取決于基圓的大小?；鶊A越大，漸開線越平直。當(dāng)基圓半徑無窮大時(shí)，漸開線為直線。（5）基圓內(nèi)無漸開線。10.2何謂齒輪中的分度圓？何謂節(jié)圓？二者的直徑是否一定相等或一定不相等？答：分度圓為人為定的一個(gè)圓。該圓上的模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，并且該圓上的壓力角也為標(biāo)準(zhǔn)值。

節(jié)圓為嚙合傳動(dòng)時(shí)，以兩輪心為圓心，圓心至節(jié)點(diǎn)p的距離為半徑所作的圓。

標(biāo)準(zhǔn)齒輪采用標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)，節(jié)圓與分度圓是相重合的；而采用非標(biāo)準(zhǔn)安裝，則節(jié)圓與分度圓是不重合的。

對(duì)于變位齒輪傳動(dòng)，雖然齒輪的分度圓是不變的，但與節(jié)圓是否重合，應(yīng)根據(jù)具體的傳動(dòng)情況所決定。

10.3 答：是齒輪上的分度圓與齒條插刀上的節(jié)線相切。10.4為了使安裝中心距大于標(biāo)準(zhǔn)中心距，可用以下三種方法：

（1）應(yīng)用漸開線齒輪中心距的可分性。（2）用變位修正的直齒輪傳動(dòng)。（3）用標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪傳動(dòng)。試比較這三種方法的優(yōu)劣。答：（1）此方法簡(jiǎn)易可行，但平穩(wěn)性降低，為有側(cè)隙嚙合，所以沖擊、振動(dòng)、噪聲會(huì)加劇。（2）采用變位齒輪傳動(dòng)，因a??a，所以應(yīng)采用正傳動(dòng)?？墒箓鲃?dòng)機(jī)構(gòu)更加緊湊，提高抗彎強(qiáng)度和齒面接觸強(qiáng)度，提高耐磨性，但互換性變差，齒頂變尖，重合度下降也較多。（3）采用標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，且進(jìn)入嚙合和脫離嚙合是一個(gè)逐漸的過程，傳動(dòng)平穩(wěn)，沖擊、噪聲小，而斜齒輪傳動(dòng)的重合度比直齒輪大，所以傳動(dòng)平穩(wěn)性好。

10.5解：（1）因cos?K?rbrK?6070，可得出?K?31?，則

?K?tan?K??K?0.6?0.54?0.06rad?3.38?

因?yàn)榍拾霃?K即為發(fā)生線NK的長(zhǎng)度，則?K?rb?tan?K?36mm。（2）r?rbcos??60cos20??63.85

??tan20??0.349?0.364?0.349?0.015rad=0.86?

??rbtan20??60tan20??21.8mm

10.6解：r?d2?mz2?26?32?39mm

rb?rco?s?39co?s?20 6 5mm36.?=rbtan20??36.65tan20??13.34mmda2m(z?2ha)236.65423(26?2?1)2?42mm ra???cos?a?，可得出?a?29.24?

?a?rbtan?a?36.65tan?2?9.24

20.5110.7答：當(dāng)齒根圓和基圓重合時(shí)，即

m(z?2ha?2c)?mzcos???（負(fù)號(hào)用于內(nèi)齒輪，正號(hào)用為外齒輪）可得出z=42。當(dāng)z?42時(shí)，齒根圓比基圓大。

10.8解：d?mz1?2?19?38mm

da?m(z?2ha?)?2?(19?2?1)?42mm

df?m(z?2ha?2c)?2?(19?2?1?2?0.25)?33mm??

db?dcos??38?cos20??35.7mm

s?e=p??m?6.28m mp2?3.14m m10.9題解：（1）標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)，分度圓與節(jié)圓重合。

a?r1??r2??r1?r2?m(z1?z2)2?87mm

r1??r1?19mm,?=20?

（2）當(dāng)中心距a增大1mm，即a??87?1?88mm

cos???acos?a??87cos20?88

???d??zrbco?s?????21.7?19cos?20?19.22m mcos2?1.7因pK?dK?z，則 p???2?19.2??219?6.36m m

因sK?srK/r?2rK(inv?K?inv?)，則

s??sr?/r?2r?(inv???inv?)

?3.14?19.22/19?2?19.22(inv21.7??inv20?)?3.01mm

e??p??s??6.36?3.01?3.35mm

10.10

解：因Wk?(k?1)pb?sb，可得出W2?(2?1)pb?sb?11.595

W3?(3?1)pb?sb?16.020

聯(lián)定上二式并求解，可得出pb?4.425；又因pb??mcos??4.425，可得出m=1.5mm 10.11解：i12?z2z1?3，可得出z2?3z1

又因a?m(z1?z2)212??5(z1?3z1)2?200mm

可得出z1?20,z2?60

根據(jù)???z1(tan?a1?tan??)?z2(tan?a2?tan??)?

zcos?z?2h?a因cos?a?

即cos?a1?20cos20?20?2?1?0.854

cos?a2?60cos20?60?2?1?0.909

得出?a1?31.32?，?a2?24.58?

又因???12?????20?，代入?公式中，可得

?1.67?20(tan31.32??tan20?)?60(tan24.58??tan20?)?B1B2pb

根據(jù)??，可得出B1B2??pb

B1B2???mcos??24.65mm單齒及雙齒嚙合區(qū)如題10.11答案圖所示。

10.12解：剛好連續(xù)傳動(dòng)，則?

?1，且?a1?31.32?，?a2?24.58?，即

12??20(tan31.32??tan??)?60(tan24.58??tan??)??1

22.58? 得出??? a??aco?sco?s??200co?s20?203.54m m?cos22.58兩分度圓之間距離為

a??a?203.54?200?3.54mm

r1?、r2?為

r1??mz1co?s2co?s??50.89m mr2??mz2cos?2cos???152.66mm

10.13答：因?yàn)閍?z1?z22?m?(17?119)2?5?340mm

所以a??a，即采用零傳動(dòng)。

又因?yàn)榇簖X輪齒厚每側(cè)磨損0.9mm，根據(jù)齒厚公式，可知

s??m2?2x2mtan?

得出：2x2mtan???1.8

x2??0.495，x1?0.49

5d1?mz1?17?5?85mm，d2?595mm

d1??d1?85mm，d2??d?595mm。s1?9.65mm，s2?6.05mm因a??a?，所以y?0，??0ha1?(ha?x1)m?7.475mm??，ha2?2.525mm，hf2?8.725mm hf1?(ha?c?x1)m?3.775mmda1?d?2ha?99.95mmdf1?d?2hf?77.45mm，da2?600.05mm，df2?577.55mm

又因rb?rcos??rbra852cos20??39.94mm

根據(jù)cos?a??39.9499.95/2，可求出?a?36.95?

?0.014904查表得inv?a?0.10728，inv?

所以sa1?s1

10.14 rar?2ra(inv?a?inv?)?2.12?0.4結(jié)論：此種設(shè)計(jì)合適。

?z1?z2m?a?2?解：

?

（式中a為155mm）z8?i?2?z17??聯(lián)立上式，可得出z1?14,z2?16

a?z1?z22m?14?162?10?150mm

a與a?不同，又因z1?z2?2zmin，則應(yīng)選用正傳動(dòng)。由cos???aa?cos?

可推出???24.58。

?查表得inv20??0.014904,inv24.58??0.0284

x1?x2?(z1?z2)(inv???inv?)2tan20??0.556

x1?ha?zmin?zzmin?0.176 x2?ha?zmin?zzmin?0.059

所示選取x1?x2?0.278。

小齒輪：d1?mz1?10?14?140mm

s1??m2?2x1mtan??10?2??2?0.278?10?tan20?17.73mm

?d??d1cos?cos???=140?cos20cos24.58?=144.67mmy?a??am?155?15010?0.5

ha1?(ha?x??)m?(1?0.278?0.056)?10?12.22mmhf1?(ha?c?x)m?9.72mm??

184.44mmh1?21.94mm,da1?164.44mm,df1?120.56mmdm?,大齒輪：d2?160mm,s1?s2?17.73mm

d2??165.63ma2

df2?140.56mm

r2?r1??,r2??3r1?

a??1r??r41r?,2r??75m m10.15 解：i12?3?1r2??a??r1??300?75?225mm

r1??r1?mz12，可得出z1?15,z2?45

因z1?z2?2zmin，又因a??x1?ha?a，所以該采用零傳動(dòng)。

zmin?zzmin?0.12

取x1?0.2,x2?0.2，則

s1?s2??m2?2x1mtan??17.16mm

小齒輪：

ha1?(ha?x)m?12mmhf1?(ha?c?x)m?10.5mmh?22.5mm,d1?150mm,da1?174mm,df1?129mm???

大齒輪：

d2?450mmha2?(ha?x)m?(1?0.2)?10?8mmhf1?(ha?c?x)m?(1?0.25?0.2)?10?14.5mm???

h?22.5mm,da1?466mm,df1?421mm

10.16答：齒輪的失效形式有五種：

（1）輪齒折斷。減緩措施：增大齒根的圓角半徑，提高齒面加工精度，增大軸及支承的剛度。（2）齒面點(diǎn)蝕。改進(jìn)措施：提高齒面硬度，降低表面粗糙度，增大潤(rùn)滑油粘度。（3）齒面磨損。改進(jìn)措施：采用閉式傳動(dòng)，降低齒面粗糙度，保持良好的潤(rùn)滑。（4）齒面膠合。改善措施：提高齒面硬度，降抵齒面粗糙度，選用抗膠合性能較好的齒輪副材料，采用抗膠合潤(rùn)滑油；減少模數(shù)、降低齒高。（5）塑性變形。改善措施：提高齒面硬度，采用粘度高的潤(rùn)滑油。

10.17 答：齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的確定是根椐齒輪傳動(dòng)的工作方式，齒輪的材料、硬度、失效形式來定的。對(duì)閉式傳動(dòng)中的軟齒面齒輪（HBS?350）主要失效形式為點(diǎn)蝕，應(yīng)按接觸強(qiáng)度確定主要參數(shù)，按彎曲強(qiáng)度校核齒根彎曲強(qiáng)度。若為硬齒面（HBS?350）主要失效形式為斷齒，應(yīng)按彎曲強(qiáng)度確定主要參數(shù)，然后按接觸強(qiáng)度校核齒面接觸強(qiáng)度。對(duì)于開式傳動(dòng)，因?yàn)橹饕问绞悄p和斷齒，按彎曲強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。不必按接觸強(qiáng)度校核，固開式傳動(dòng)不會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕。

10.18答：對(duì)齒輪材料的基本要求有：齒面應(yīng)有較高的硬度和耐磨性；齒芯應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和韌性；齒根有良好的彎曲強(qiáng)度和抗沖擊能力；應(yīng)有良好的加工工藝及熱處理性能。常用齒輪材料有鍛鋼，分軟齒面和硬齒面。載荷不大、精度要求不高時(shí)用軟齒面，可用中碳鋼、中碳合金鋼進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理，并使HBS1?HBS2?(30~50)HBS，使兩齒輪等強(qiáng)度。若高速、重載時(shí)可用硬齒面，用中碳鋼或中碳合金鋼表面淬火，或用低碳鋼或低碳合金鋼滲碳淬火，可使齒面硬，而齒芯韌。尺寸較大的材料常用鑄鋼式鑄鐵，并進(jìn)行正火處理以細(xì)化晶粒。

10.19答：齒面接觸疲勞強(qiáng)度與d1,b（或a）有關(guān)，即與m?z有關(guān)。若接觸強(qiáng)度不夠時(shí)，可適當(dāng)增加b或d1，但b不宜過大，b過大會(huì)造成載荷集中。m在滿足彎曲強(qiáng)度的情況下也不宜過大，可適當(dāng)增大齒數(shù)z1、z2，以增大d1、d2。從材料上考慮可增加齒面硬度。10.20 答；齒根彎曲疲勞強(qiáng)度與模數(shù)有關(guān)，若彎曲強(qiáng)度不夠時(shí)，可采取增大模數(shù)題高彎曲強(qiáng)度。從材料考慮，降低材料的許用彎曲應(yīng)力。

10.21答：齒形系數(shù)YF與系數(shù)z有關(guān)。z小YF大。

10.22 設(shè)答：設(shè)計(jì)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)時(shí)，許用接觸應(yīng)力??H?由公式??H???HlimzSHNT計(jì)算。?Hlim為接觸疲勞極限，zNT為壽命系數(shù)，分別查圖得出。SH為安全系數(shù)。設(shè)計(jì)中應(yīng)將兩齒輪中較小的??H?值代入公式計(jì)算。10.23 答：因?yàn)檐淉X面齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，小齒輪受應(yīng)力循環(huán)次數(shù)多，z值小，為了使兩齒輪等強(qiáng)度，應(yīng)使小齒輪比大齒輪硬（30~50）HBS。硬齒面齒輪不需要有硬度差。

10.24答：為了保證齒輪傳動(dòng)的接觸寬度，以防由于制造、安裝的誤差造成接觸寬度不夠，因?qū)挾群蛷?qiáng)度有關(guān)。由于小齒輪直徑小，增加齒寬（5~10）mm較為適宜，保證接觸寬度b。

10.25答：若按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪時(shí)，若齒輪經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)，則齒根所受彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)，應(yīng)使許用彎曲應(yīng)力減小20%~30%。

10.26答：對(duì)開式傳動(dòng)的齒輪，按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)出模數(shù)時(shí)，由于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)，應(yīng)將彎曲疲勞極限減小20%~30%。對(duì)計(jì)算出的模數(shù)再增大10%~15%。

10.27答：斜齒輪的強(qiáng)度計(jì)算中其受力分析是按輪齒法面進(jìn)行的，計(jì)算的模數(shù)是法面模數(shù)mn。齒形系數(shù)YF和應(yīng)力修正系數(shù)YS是按斜齒輪的當(dāng)量齒數(shù)zv查得的。再有，強(qiáng)度校核公式中的系數(shù)小于直齒輪公式中的系數(shù)，計(jì)算出的?H、?F小于直齒輪，說明斜齒輪的強(qiáng)度比直齒輪高。

10.28 答：斜齒輪的當(dāng)量系數(shù)zv?z/cos3?，與?值的大小有關(guān)。在強(qiáng)度計(jì)算中確定齒形系數(shù)YF與應(yīng)力校正系數(shù)YS時(shí)按當(dāng)量齒數(shù)zv查。

10.29答：圓錐齒輪的背錐的形成，過圓錐齒輪的大端的分度圓錐作一切線與圓錐齒輪的軸線相交，以軸線為軸，以切線為母線繞軸線轉(zhuǎn)一圈，形成的圓錐為背錐。背錐與球面相切于圓錐齒輪大端的分度圓錐上，并與分度圓錐直角相接。

10.30答：（1）斜齒輪軸向分力的確定，是與旋向轉(zhuǎn)向相關(guān)的，可用主動(dòng)輪左右旋定則確定。即由主動(dòng)齒輪視旋向，左旋用左手，右旋用右手，四指指向表示主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向，大拇指指向?yàn)檩S向力方向，從動(dòng)輪軸向力方向與主動(dòng)輪的相反。（2）圓錐齒輪不論主動(dòng)、從動(dòng)軸向力均指向大端。

10.31答：在材質(zhì)相同、齒寬b相同的情況下，齒面接觸強(qiáng)度的大小取決于分度圓直徑d1的大小，即d1大表明接觸強(qiáng)度高；或用中心距a表示，a大，則接觸強(qiáng)度大，即和 m、z的乘積有關(guān)（應(yīng)在同一載荷下）。

10.32 齒輪答：齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑方式有人工定期潤(rùn)滑、浸油潤(rùn)滑和噴油潤(rùn)滑。對(duì)于開式齒輪傳動(dòng)，由于速度較低，一般采用人工定期潤(rùn)滑。對(duì)于閉式齒輪傳動(dòng)，一般根椐圓周速度選擇潤(rùn)滑方式。當(dāng)齒輪的圓周速度v?12m/s時(shí)，通常將大齒輪浸入油池中進(jìn)行潤(rùn)滑。當(dāng)齒輪的圓周速度v?12m/s時(shí)，不宜采用浸油潤(rùn)滑，可采用噴油潤(rùn)滑，用油泵將具有一定壓力的油經(jīng)噴油嘴噴到嚙合的齒面上。

10.33答：設(shè)計(jì)小齒輪的結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)小齒輪的齒根圓至鍵槽底部的尺寸小于（2~2.5）mn時(shí)，應(yīng)制成齒輪軸，以增加齒輪和軸的強(qiáng)度。對(duì)于小圓錐齒輪，當(dāng)齒根圓至鍵槽底部的尺寸小于（1.6~2）mn時(shí)，應(yīng)制成錐齒輪軸。10.34答：由題意知齒輪傳動(dòng)的材料、參數(shù)、齒寬等，此題屬校核性問題，因是軟齒面，故應(yīng)以接觸強(qiáng)度為主進(jìn)行校核強(qiáng)度。（1）接觸強(qiáng)度校核。小齒輪材料為45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為230HBS，大齒輪為ZG310~570，齒面硬度取為180HBS。由圖10.24查得：

??570MPa

?Hlim2 a?470MP應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1?60njLh?60?960?1?(10?300?16)

N1?2.7?71 09u?i?7525?3

N2?N1i?9.2?10

8查圖10.27得ZNT1?0.88 , ZN?Hlim1?ZNT1SHT2?0.92

查表10.10取SH?1.1

??H?1???H?2??570?0.881.1470?0.921.1?456MPa

?Hlim2?ZNT2SH??393MPa

?H?668KT1(u?1)bd1u2???H?

計(jì)算轉(zhuǎn)矩T1；

T1?9.55?106Pn1?9.55?10?64.5960?4.48?10N?mm4

取載荷系數(shù)K=1.2，齒寬b=70mm。小齒輪分度圓直徑

d1?mz1?3?25?75mm

?H?6681.2?4.48?10(3?1)70?75?324?285MPa?393MPa

?H???H?2,滿足接觸強(qiáng)度的要求。

（2）彎曲強(qiáng)度校核。

??F???FlimYNTSF

由圖10.25查得：

?Flim1?220MPa,?Flim2?160MPa

查圖10.26得YNT1?1,YNT2?1 查表10.10，得SF?1.4。

??F?1?220?11.4?157MPa

??F?2?160?11.4?114MPa

?F1?2KT1bmz12YF1YS1???F?

查表10.13，得齒形系數(shù)YF1?2.65,YF2?1.59。查表10.14得應(yīng)力修正系數(shù)YS1?2.62,YS2?1.76。

4?F1?2?1.2?4.48?1070?3?25YF2?YS2YF1?YS12?2.65?2.26?41MPa

?F2??F1?41?1.59?1.762.65?2.26?19MPa

所以?F1???F?1,?F2???F?2，彎曲強(qiáng)度足夠。

10.35 已知某機(jī)器的一對(duì)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，其中心距ai?3,z1?24,n1?1440rmin,?200mm，傳動(dòng)比

b1?100mm,b2?95mm。小齒輪材料為45鋼調(diào)質(zhì)，大齒輪為45鋼正火。載荷有中等沖擊，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，單向轉(zhuǎn)動(dòng)，使用壽命為8年，單班制工作。試確定這對(duì)齒輪所能傳遞的最大功率。

答：此齒輪傳動(dòng)為軟齒面，其承載能力由齒面接觸強(qiáng)度決定，故按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)。

（1）確定許用接觸應(yīng)力。小齒輪45鋼調(diào)質(zhì)：HBS1?230；大齒輪45鋼正火：HBS2?200。

?Hlim1?580MPa;

?Hlim2?550MPa

N1?60n1jLh?60?1440?(8?8?300)?1?1.66?109

N2?N1i?1.66?1039?5.33?10

8??H1???Hlim1ZNT1SH;ZNT1?0.89,ZNT2?0.93,SH?1.0

??H1??580?0.891.0?516MPa

??H2??550?0.931.0?511MPa

（2）承載能力計(jì)算。根據(jù)??H??668KT1(u?1)bd1u2 可推導(dǎo)出

T1?取K?1.5 bd1u??H?222K?668(u?1)

z2?iz1?3?25?75

m?2az1?z2?2?20025?75?4mm

d1?mz1?4?25?100mm

T1?95?100?3?5111.5?668(3?1)222?2.78?10N?mm

5將T1值代入T1?9.55?106Pn1可得下式：

P?T1n19.55?106?2.78?10?14409.55?1065?42kW

這對(duì)齒輪能傳遞的最大功率為42kW。10.36 已知

一

對(duì)

?斜齒

?圓柱齒輪傳動(dòng)，z1?25,z2?100,mn?4mm,??15,??20。試計(jì)算這對(duì)斜齒輪的主要幾何尺寸。

解：（1）d1?mn?z1cos??4?25cos15??1000.9659?103.53mm

（2）tan?t?tan?ncos??tan20cos15???0.3640.9659?0.3768

?t?arctan0.3768?20.647

?（3）db1?d1cos?t?103.53cos20.647??96.88mm（4）da1?d1?2ha1?103.53?2?4?111.53mm（5）df1?d1?2hf1?103.53?2?1.25?4?93.53mm

（6）d2? mnz2cos??4?100cos15??4000.9659?414.12mm

（7）db2?d2cos?t?414.12cos20.647??387.52mm（8）da2?d2?2ha2?414.12?8?422.12mm（9）df2?d2?2hf2?414.12?10?404.12mm

（10）a?mn(z1?z2)2cos??4(25?100)2cos15??258.82mm

10.37 設(shè)計(jì)一單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器，已知傳遞的功率為4kW，小齒輪轉(zhuǎn)速n1?1450rmin,傳動(dòng)比i天）。

答：（1）選擇材料及精度等級(jí)。小齒輪選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)HBS1?220;大齒輪選用45號(hào)鋼，正火HBS2?180。因用于普通傳動(dòng)，選8級(jí)精度，要求齒面粗糙度Ra?3.2~6.3。

（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。

3?3.5，載荷平穩(wěn)，使用壽命5年，兩班制（每年250d1?76.43?KT1(u?1)?d?u??H?2mm

確定有關(guān)參數(shù)與系數(shù)如下：

①齒數(shù)z及齒寬系數(shù)?d。取小齒輪齒數(shù)z1?25，大齒輪齒數(shù)z2?88。實(shí)際傳動(dòng)比i??z2z1?8825?3.52

?i?i?i?i?3.5?3.523.5??0.57%?2.5%

合適，齒數(shù)比u?i??3.52

由表10.20選取?d?1。②轉(zhuǎn)矩T1。

Pn141450T1?9.55?106?9.55?10?6?2.64?10N?mm4

③載荷系數(shù)K。查表10.11取載荷系數(shù)K=1.2 ④許用接觸應(yīng)力??H?。

?HlimZNTSH??H??Nmm2

查得?Hlim1?570Nmm2;?Hlim2?520Nmm2 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)

N1?60n1jLh?60?1450?1?(5?300?16)?2.09?10N2?N1i?2.09?1099

3.52?5.94?108

查圖10.27得ZNT1?0.9,ZNT2?0.94。由表10.10查得SH?1.1。

?Hlim1ZNT1SH??H?1???H?2??570?0.91.1?466Nmm2

?Hlim2ZNT2SH?520?0.941.1?444Nmm2

3d1?76.43?KT1(u?1)3?du??H?2?76.431.2?2.64?10?(3.52?1)1?3.52?44424?45.139mm

計(jì)算模數(shù)m?d1z1?45.13925?1.81mm

取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m?2mm

（3）校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。

?F?2KT1bmz12YFaYSa???F?

確定有關(guān)參數(shù)和系數(shù)： ①分度圓直徑。

d1?mz1?2?25?50mmd2?mz2?2?25?176mm

②齒寬。

b??dd1?1?50?50mm

取b2?50mm,b1?55mm。

③齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)。查得YF1?2.62,YS1?1.59,YF2?2.2,YS2?1.78。④許用彎曲應(yīng)力??F?。

?FlimYNTSF??F??

查得?Flim1?220Nmm2,?Flim2?200Nmm2;YNT1?1,YNT2?1,SF?1.4。計(jì)算兩輪的許用彎曲應(yīng)力

??F?1???F?2??Flim1YNT1SF?220?11.4200?11.4?157Nmm2

?Flim2YNT2SF??143Nmm2

計(jì)算兩輪的彎曲應(yīng)力

第二篇：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課后答案(1-18章全)正式完全版

第11章 蝸桿傳動(dòng)

11.1 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)及使用條件是什么？

答：蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大。一般在傳遞動(dòng)力時(shí)，i?10~80；分度傳動(dòng)時(shí)只傳遞運(yùn)動(dòng)，i可達(dá)1 000；傳動(dòng)平穩(wěn)，無噪聲；傳動(dòng)效率低；蝸輪一般用青銅制造，造價(jià)高；蝸桿傳動(dòng)可實(shí)現(xiàn)自鎖。

使用條件：蝸桿傳動(dòng)用于空間交錯(cuò)(90)軸的傳動(dòng)。用于傳動(dòng)比大，要求結(jié)構(gòu)緊湊的傳動(dòng)，傳遞功率一般小于50kW。

11.2 蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比如何計(jì)算？能否用分度圓直徑之比表示傳動(dòng)比？為什么？

答：蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比可用齒數(shù)的反比來計(jì)算，即i?n1n2?z2z1；不能用分度圓直徑之比表示傳動(dòng)比，因?yàn)槲仐U的分度圓直徑d1?mq?mz1。

11.3 與齒輪傳動(dòng)相比較，蝸桿傳動(dòng)的失效形式有何特點(diǎn)？為什么？

答：蝸桿傳動(dòng)的失效形式與齒輪傳動(dòng)類似，有點(diǎn)蝕、彎曲折斷、磨損及膠合。但蝸桿傳動(dòng)中蝸輪輪齒的膠合、磨損要比齒輪傳動(dòng)嚴(yán)重得多。這是因?yàn)槲仐U傳動(dòng)嚙合齒面間的相對(duì)滑動(dòng)速度大，發(fā)熱嚴(yán)重，潤(rùn)滑油易變稀。當(dāng)散熱不良時(shí)，閉式傳動(dòng)易發(fā)生膠合。在開式傳動(dòng)及潤(rùn)滑油不清潔的閉式傳動(dòng)中，輪齒磨損較快。

11.4 何謂蝸桿傳動(dòng)的中間平面？中間平面上的參數(shù)在蝸桿傳動(dòng)中有何重要意義？ 答：蝸桿傳動(dòng)的中間平面是通過蝸桿軸線且垂直于蝸輪軸線的平面。中間平面上的參數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)值，蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算是在中間平面計(jì)算的。在設(shè)計(jì)、制造中，皆以中間平面上的參數(shù)和尺寸為基準(zhǔn)。

11.5 試述蝸桿直徑系數(shù)的意義，為何要引入蝸桿直徑系數(shù)q? 答：蝸桿直徑系數(shù)的意義是：蝸桿的分度圓直徑與模數(shù)的比值，即q?d1m。引入蝸桿直徑系數(shù)是為了減少滾刀的數(shù)量并有利于標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)每個(gè)模數(shù)的蝸桿分度圓直徑作了限制，規(guī)定了1~4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，則蝸桿直徑系數(shù)也就對(duì)應(yīng)地有1~4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值。

11.6 何謂蝸桿傳動(dòng)的相對(duì)滑動(dòng)速度？它對(duì)蝸桿傳動(dòng)有何影響？

答：蝸桿傳動(dòng)的相對(duì)滑動(dòng)速度是由于軸交角??90，蝸桿與蝸輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，在輪齒節(jié)點(diǎn)處，蝸桿的圓周速度v1和蝸輪的圓周速度v2也成90夾角，所以蝸桿與蝸輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，???齒廓間沿蝸桿齒面螺旋線方向有較大的相對(duì)滑動(dòng)速度vs，其大小為vs?v12?v22?v1cos?。

相對(duì)滑動(dòng)速度對(duì)蝸桿傳動(dòng)有較大的不利影響，滑動(dòng)速度的大小對(duì)齒面的潤(rùn)滑情況、齒面失效形式、發(fā)熱以及傳動(dòng)效率都有很大影響。相對(duì)滑動(dòng)速度較大，溫升高，潤(rùn)滑油變稀、油膜不易形成，散熱不好時(shí)極易發(fā)生膠合失效形式。在開式傳動(dòng)中，磨損較嚴(yán)重，使蝸桿傳動(dòng)的壽命較短。

11.7 蝸桿的頭數(shù)z1及升角?對(duì)嚙合效率各有何影響？

答：蝸桿傳動(dòng)的嚙合效率為?1?tan?；由此式可知，當(dāng)蝸桿的升角?越大，蝸

tan(???v)桿傳動(dòng)的效率越高。tan??z1。當(dāng)q一定時(shí)，z1越大，?越大，效率越高。q11.8 蝸桿傳動(dòng)的效率為何比齒輪傳動(dòng)的效率低得多？ 答：蝸桿傳動(dòng)的效率比齒輪傳動(dòng)的效率低得多，是由于蝸桿傳動(dòng)中嚙合處的相對(duì)滑動(dòng)速度較大，摩擦大，發(fā)熱量大，嚙合效率低。

11.9 為什么對(duì)蝸桿傳動(dòng)要進(jìn)行熱平衡計(jì)算？當(dāng)熱平衡不滿足要求時(shí)，可采取什么措施？

答：由于蝸桿傳動(dòng)中蝸輪齒和蝸桿齒面間有較大的相對(duì)滑動(dòng)速度，所以發(fā)熱量大，傳動(dòng)效率低。如果蝸桿傳動(dòng)的散熱條件差，使工作溫度過高，潤(rùn)滑油粘度降低，油膜破壞，引起潤(rùn)滑失效，導(dǎo)致齒面膠合，并加劇磨損。所以，對(duì)連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行熱平衡計(jì)算是為了使產(chǎn)生的熱量及時(shí)散出去，不發(fā)生膠合失效。

當(dāng)熱平衡不滿足要求時(shí)，應(yīng)采用不列措施，以增加傳動(dòng)的散熱能力：（1）在箱體處增加散熱片，以增大散熱面積；(2)在蝸桿軸伸上裝風(fēng)扇，以提高散熱系數(shù)；（3）在油池中在裝蛇形冷卻水管，以降低油溫；（4）大功率的蝸桿減速器，可采用壓力噴油潤(rùn)滑。

11.10 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是什么？

答：蝸桿傳動(dòng)的主要失效形式是膠合、磨損，但目前尚缺乏可靠的計(jì)算方法。因此，對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)，一般按蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度來設(shè)計(jì)，并校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度；對(duì)于開式蝸桿傳動(dòng)，通常只需按彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。以上的強(qiáng)度計(jì)算為條件性計(jì)算。

此外，對(duì)連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動(dòng)還必須作熱平衡計(jì)算，以保證油溫不超過許用值。

11.11 常用的蝸輪、蝸桿的材料組合有哪些？設(shè)計(jì)時(shí)如何選擇材料？

答：常用的蝸輪、蝸桿的材料組合應(yīng)具有好的減摩性、耐磨性和抗膠合性能。蝸桿常用碳銅或合金鋼制成，對(duì)高速重載的蝸桿應(yīng)進(jìn)行淬硬并磨削，一般蝸桿可采用調(diào)質(zhì)鋼。

蝸輪多數(shù)用青銅制造，視滑動(dòng)速度大小選不同含錫量的銅合金。當(dāng)vs?5ms時(shí)選用錫青銅，當(dāng)vs?5ms時(shí)選用鋁鐵青銅（蝸桿必須淬硬），當(dāng)vs?2ms時(shí)蝸輪可用灰鑄鐵制作。

11.12 試分析如題11.12圖所示的蝸桿傳動(dòng)中，蝸桿、蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及所受各分力的方向。

題11.12 答：蝸桿、蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及所受各分力的方向如題11.12答案圖所示。

題11.12答案圖

11.13 設(shè)計(jì)運(yùn)輸機(jī)的閉式蝸桿傳動(dòng)。已知電動(dòng)機(jī)功率P?3kw，轉(zhuǎn)速n?960rmin，蝸桿傳動(dòng)比i?21，工作載荷平穩(wěn)，單向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，每天工作8h,要求使用壽命為5年。

答：(1)選擇材料。蝸桿選用45鋼調(diào)質(zhì)，硬度＜350HB。蝸輪選用鋁鐵青銅： ZCuAl10Fe3。（2）確定蝸輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T2。估計(jì)效率??0.78，T2?T1i??9.55?106?3?21?0.78?4.9?105N?mm 960（3）選擇蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)。選蝸桿頭數(shù)z1?2，蝸輪齒數(shù)z2?iz1?21?2?42。（4）確定許用應(yīng)力。查表11.7，估計(jì)vs?3ms，??H??180MPa。查表11.8，??F??112MPa。

(5)確定模數(shù)和蝸桿分度圓直徑。取載荷系數(shù)K?1.1，則

2?480?480??5md1?KT2??1.1?4.9?10??2173mm 3???z?????42?180??2H?22查表11.2得m2d1?2500mm3，由此得m?6.3,q?10。蝸桿分度圓直徑：d1?mq?6.3?10?63mm 蝸輪分度圓直徑：d2?mz2?6.3?42?264.6mm 中心距：a??q?z2?m??10?42??6.3?163.8mm

22（6）計(jì)算蝸桿螺旋線升角λ。

??arctanz12?arctan?11.31? q10（7）按齒根彎曲強(qiáng)度校核。計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力?F。?F?1.53KT2cos?YF2

d1d2m查表11.5，YF2?2.3。

1.53?1.1?4.9?105cos11.31??F=?2.3?17.73???F?

63?264.6?6.3故彎曲疲勞強(qiáng)度合格。（8）驗(yàn)算傳動(dòng)效率?。

v1??d1n160?1000???63?96060?1000?3.17m/s

vs?v13.17??3.23m/s cos?cos11.31?查表11.9得fv?0.041，?v?2?31??2.52?，則效率?為

tan11.31????0.95~0.97??0.77~0.79 ??tan?11.31?2.52?與原估計(jì)?=0.78相近。（9）熱平衡計(jì)算。箱體散熱面積

1.75?a?A?0.33???100??163.8??0.33???100?m2

1.75?0.783m2

2取室溫t0?20?C，散熱系數(shù)Ks?15W/(m?C),則

?t1??1000?1???P1KsA17?0.783?t0

1000?1?0.78??3?20?C

?49.6?C?20?C?69.6?C?70?C

結(jié)論：合格。（10）選擇精度等級(jí)。

v2??d2n260?1000???264.6?96060?1000?21?0.63m/s 因v<1.5m/s，可選用9級(jí)精度。

（11）繪制蝸桿、蝸輪零件工作圖（略）。

11.14設(shè)計(jì)起重設(shè)備用閉式蝸桿傳動(dòng)。蝸桿軸的輸入功率P1?7.5kW,蝸桿轉(zhuǎn)速n1?960rmin，蝸輪轉(zhuǎn)速n2?48rmin,間歇工作，每日工作4h，預(yù)定壽命10年。

答：（1）選擇蝸桿、蝸輪材料。蝸桿選 45鋼調(diào)質(zhì)，硬 度<45HRC；蝸輪選錫青銅Z.Cu.Sn10P1砂型；??H?'?180MPa。

（2）確定許用應(yīng)力。N?60njLh?60?48?1?4?300?10?3.46?107

771010?8?8?0.86 7N3.46?10①KHN??H????H??KHN?180?0.86?155MPa

② KFN1069106???0.675 7N3.46?109??F????F?'?KFN?46?0.675?31MPa

（3）選擇蝸桿頭數(shù)z1，蝸輪齒數(shù)z2。因用于起重，選蝸桿頭數(shù)z1，i?n1/n2?960/48?20，z2?iz1?20

（4）計(jì)算蝸輪傳遞的轉(zhuǎn)矩

T2,估計(jì)

?=0.75，則

T2?T1i??9.55?106?20?（5）

7.5?0.75?1.12?106N?mm 9602確定模數(shù)、直徑系數(shù)。取K=1.2，則

?480? m2d1?KT2??z??????2H??480?3?1.2?1.12?106???32222mm

?20?155?23查表11.2，按md1=35840mm計(jì)算，取m?16,q?8.75，則

2d1?mq?16?8.75?140mm d2?mz2?16?20?320mm a??q?z2?m/2??8.75?20??16/2?230mm

（6）計(jì)算蝸桿螺旋線升角?。

??arctanz11?arctan?6.5? q8.75（7）驗(yàn)算齒根彎曲強(qiáng)度。查表11.5得YF2?2.76，則

?F?1.53KT2cos?YF2

d1d2m1.53?1.2?1.12?106?cos6.5???2.76

140?320?16?2.85?2.76?7.9MPa???F?

彎曲強(qiáng)度合格。（8）驗(yàn)算傳動(dòng)效率。

v1??d1n260?1000???140?96060?1000?7m/s

vs?v17??7.05m/s cos?cos6.5?查表11.9得fv?0.027,?v?1?33?1.55?，則

???0.95~0.97?tan?

tan????v?tan6.5???0.95~0.97??0.76~0.78

tan8.05?與估計(jì)的效率0.75相近。

（9）因起重設(shè)備工作不連續(xù)，可不作散熱計(jì)算。

11．15如題11.15圖所示為蝸桿-斜齒輪傳動(dòng)，為使軸Ⅱ上的軸向力抵消一部分，斜齒輪3的旋向應(yīng)如何？畫出蝸輪及斜齒輪3上的軸向力的方向。

答：如題11.15所示，斜齒輪3的旋向?yàn)樽笮?，Ⅱ軸上的軸向力抵消一部分。斜齒輪3的軸向力Fa3向左，蝸輪上的軸向力向右。

第12章 齒輪系

12.1 定軸齒輪系與行星齒輪系的主要區(qū)別是什么？

答：主要區(qū)別是：定軸齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)齒輪軸線相對(duì)于機(jī)架固定，而行星齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)則有一個(gè)或幾個(gè)齒輪的軸線相對(duì)于機(jī)架不固定。

12.2 各種類型齒輪系的轉(zhuǎn)向如何確定？??1?m的方法適用于何種類型的齒輪系？ 答：定軸輪系的轉(zhuǎn)向可用?1??m的方法或在圖上畫箭頭的方法確定；行星輪系的轉(zhuǎn)向

m應(yīng)根據(jù)其轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)經(jīng)計(jì)算確定；?1??方法適用于平面圓柱齒輪定軸輪系。

12.3 “轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法”的根據(jù)何在？ 答：根據(jù)在于運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性原理。

12.4 擺線針輪行星傳動(dòng)中，針輪與擺線輪的齒差為多少？ 答：齒數(shù)差為1。

12.5 諧波齒輪傳動(dòng)是怎樣工作的？諧波齒輪傳動(dòng)中剛輪與柔輪的齒數(shù)差如何確定？ 答：諧波齒輪傳動(dòng)是利用波發(fā)生器使柔輪產(chǎn)生可控的彈性變形而實(shí)現(xiàn)柔輪與剛輪的嚙合及運(yùn)動(dòng)傳遞。剛輪與柔輪的齒數(shù)差

z1?z2??z2 iH2式中：z1—?jiǎng)傒嘄X數(shù);z2—柔輪齒數(shù);iH2—波發(fā)生器與柔輪的傳動(dòng)比。

12.6 諧波齒輪減速器與擺線針輪減速器相比有何特點(diǎn)？

答：諧波齒輪減速器與擺線針輪減速器相比有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，安裝方便，傳動(dòng)效率高，但使用壽命相對(duì)不如擺線針輪減速器。

12.7 如題12.7圖所示的某二級(jí)圓栓齒輪減速器，已知減速器的輸入功率P1=3.8kW,轉(zhuǎn)速n1=960r/min，各齒輪齒數(shù)z1=22，z2=77，z3=18，z4=81，齒輪傳動(dòng)效率η齒=0.97，每對(duì)滾動(dòng)軸承的效率η滾=0.98。求：（1）減速器的總傳動(dòng)比iIIII；（2）各軸的功率、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩。

題12.7圖

解：（1）總傳動(dòng)比iIIII???1??2z2z477?81??15.75 z1z322?18(2)軸I的功率PI?P1η滾=3.8?0.98?3.724kW 轉(zhuǎn)速nI=960r/min 轉(zhuǎn)矩TI?9.55?103P1?378.02N?m n1軸II：PII?PI

η齒η滾=3.54kW nII?n1z122?960??274.29r/min z277PII?1235.527N?m nIITII?9.55?103軸III：PIII=PIIη齒η滾=3.37kW nIII?nIIz3?60.95r/min z4TIII?9.55?103PIII?528.031N?m nIII

12.8 在如題12.8圖所示的齒輪系中，已知各齒輪齒數(shù)（括號(hào)內(nèi)為齒數(shù)），3?為單頭右旋蝸桿，求傳動(dòng)比i15。

題12.8圖

解：i15?z2z3z4z525?30?60?30??90 20?25?1?30z1z2z3?z4?

12.9 如題12.9圖所示為車床溜板箱手動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)，已知齒輪1、2的齒數(shù)z1=16，z2=80，齒輪3的齒數(shù)z3=13，模數(shù)m=2.5mm,與齒輪3嚙合的齒條被固定在床身上。試求當(dāng)溜板箱移動(dòng)速度為1m/min時(shí)的手輪轉(zhuǎn)速。

題12.9圖

解：手輪轉(zhuǎn)速

n?1000z2100080????49r/min ?mz3z13.14?2.5?1316

12.10 如題12.10圖所示為汽車式起重機(jī)主卷筒的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，已知各齒輪齒數(shù)z1=20，z2=30，z6=33，z7=57，z3=z4=z5=28，蝸桿8的頭數(shù)z8=2，蝸輪9的齒數(shù)z9=30。試計(jì)算i19，并說明雙向離合器的作用。

題12.10圖 解：i19?z2z4z7z930?28?57?30??38.86

z1z3z6z820?28?33?2雙向離合器向上或向下閉合可改變傳動(dòng)系統(tǒng)的末端件的轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。

12.11 如題12.11圖所示的差速器中，已知z1=48，z2=42，z2?=18，z3=21，n1=100r/min，n3=80r/min，其轉(zhuǎn)向如題12.11圖所示，求nH。

題12.11圖

解：這個(gè)差速器是由圓錐齒輪1、2、2?、3、行星架H以及機(jī)架4所組成的差動(dòng)輪系，1、3、H的幾何軸線互相重合，因此由式（12.2）得

Hi13?zzn1?nH100?nH21?4249???32????

n3?nH?80?nHz2?z118?4848式中齒數(shù)比i前的“-”號(hào)是由轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)用畫箭頭的方法確定的。解上式得nH?880?9.07r/min 97其結(jié)果為正值，表明H的轉(zhuǎn)向與輪1的轉(zhuǎn)向相同。

12.12 在如題12.12圖所示齒輪系中，已知z1=22，z3=88，z3?=z5，試求傳動(dòng)比i15。

題12.12圖

解：齒輪1、2、3及行星架H構(gòu)成行星齒輪系；齒輪3?、4、5構(gòu)成定軸齒輪系。有nH=n5； n3=n3?（式①）

對(duì)于定軸輪系： i3'5?z5?1，n3?與n5的方向相反，即 z3'n3???n5??nH

（式②）

H對(duì)于行星輪系： i13??z3??4，即 z1n1?nH??

4（式③）

n3?nH聯(lián)立①、②、③式，得

i1H?n1?9 nH因nH?n5，故i15?i1H?9。

第13章 機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)

13.1 簡(jiǎn)述機(jī)械傳動(dòng)裝置的功用。

答：(1)把原動(dòng)機(jī)輸出的速度降低或增速。

（2)實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)。

（3）把原動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩變?yōu)楣ぷ鳈C(jī)所需的轉(zhuǎn)矩或力。

（4）把原動(dòng)機(jī)輸出的等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳈C(jī)的轉(zhuǎn)速或其它類型的運(yùn)動(dòng)。

（5）實(shí)現(xiàn)由一個(gè)或多個(gè)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)若干個(gè)相同或不同速度的工作機(jī)。

13.2 選擇傳動(dòng)類型時(shí)應(yīng)考慮哪些主要因素？

答：根據(jù)各種運(yùn)動(dòng)方案，選擇常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)主要因素：

（1）實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式的變換。

（2）實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速（或速度）的變化。（3）實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解。（4）獲得較大的機(jī)械效益。

13.3 常用機(jī)械傳動(dòng)裝置有哪些主要性能？ 答：（1）功率和轉(zhuǎn)矩；（2）圓周速度和轉(zhuǎn)速；（3）傳動(dòng)比；（4）功率損耗和傳動(dòng)效率；（5）外廓尺寸和重量。

13.4 機(jī)械傳動(dòng)的總體布置方案包括哪些內(nèi)容？

答：總體布置方案包括合理地確定傳動(dòng)類型；多級(jí)傳動(dòng)中各種類型傳動(dòng)順序的合理安排及各級(jí)傳動(dòng)比的分配。

13.5 簡(jiǎn)述機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和一般步驟。答：（1）確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比。

（2）選擇機(jī)械傳動(dòng)類型和擬定總體布置方案。（3）分配總傳動(dòng)比。

（4）計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)裝置的性能參數(shù)。性能參數(shù)的計(jì)算，主要包括動(dòng)力計(jì)算和效率計(jì)算等。

（5）確定傳動(dòng)裝置的主要幾何尺寸。（6）繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖。（7）繪制裝置的裝配圖。

第14章 軸和軸轂連接

14.1 軸按功用與所受載荷的不同分為哪三種？常見的軸大多屬于哪一種？

答：軸按功用與所受載荷不同可分為心軸、傳動(dòng)軸和轉(zhuǎn)軸三類。常見的軸大多數(shù)屬于轉(zhuǎn)軸。

14.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)從哪幾個(gè)方面考慮？ 答：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)從以下幾方面考慮：（1）軸的毛坯種類；（2）軸上作用力的大小及其分布情況；(3)軸上零件的位置、配合性質(zhì)以及連接固定的方法；（4）軸承的類型、尺寸和位置；（5）軸的加工方法、裝配方法以及其它特殊要求。

14.3 制造軸的常用材料有幾種？若軸的剛度不夠，是否可采用高強(qiáng)度合金鋼提高軸的剛度？為什么？

答：制造軸的常用材料有碳素鋼和合金鋼。若軸的剛度不夠，不可采用高強(qiáng)度合金鋼提高軸的剛度。因?yàn)楹辖痄撆c碳素剛的彈性模量相差不多。

14.4 軸上零件的周向固定有哪些方法？采用鍵固定時(shí)應(yīng)注意什么？

答：軸上零件的周向固定有鍵、花鍵和銷聯(lián)結(jié)以及過盈聯(lián)結(jié)和成型聯(lián)結(jié)等。采用鍵固定時(shí)應(yīng)注意加工工藝與裝配兩個(gè)方面的問題。加工工藝必須保證鍵槽有一定的對(duì)稱度。對(duì)于鍵的工作表面，在裝配時(shí)必須按精度標(biāo)準(zhǔn)要求選定一定的配合；對(duì)于鍵的非工作表面，必須留有一定的間隙。

14.5 軸上零件的軸向固定有哪些方法？各有何特點(diǎn)？

答：常見的軸向固定方法有軸肩、軸環(huán)定位，螺母定位，套筒定位及軸端圈定位等。軸肩、軸環(huán)定位的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠，能承受較大的軸向力，應(yīng)用廣泛。螺母和止動(dòng)電圈定位的特點(diǎn)是固定可靠，可承受大的軸向力，常用于固定軸端零件。套筒定位的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于軸向零件軸向間距L不大時(shí)，可減少軸的階梯數(shù)。套筒與軸的配合較松，故不宜用于高速。軸端擋圈定位用于軸端零件的固定，可承受較大的軸向力。

14.6 在齒輪減速器中，為什么低速軸的直徑要比高速軸的直徑大得多？

答：根據(jù)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算公式d?C3Pn可知，轉(zhuǎn)速越低，所要求的軸的直徑就應(yīng)越大；轉(zhuǎn)速越高，所要求的軸的最小直徑就越小。所以低速軸的直徑要比高速軸的直徑大得多。

14.7 在軸的彎扭合成強(qiáng)度校核中，?表示什么？為什么要引人?？ 答：在軸的彎扭合成強(qiáng)度校核中，?表示修正系數(shù)。?是考慮到由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力σ和由扭矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力?T循環(huán)特性不同引入的應(yīng)力校正系數(shù)。

14.8 常用提高軸的強(qiáng)度和剛度的措施有哪些？

答：為了提高軸的強(qiáng)度，可選用優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金鋼，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚硪约氨砻嫣幚怼Ｍ瑫r(shí)還應(yīng)從改進(jìn)零件的結(jié)構(gòu)、采用合理的軸和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等措施來提高軸的強(qiáng)度和剛度。具體地說可從下面幾方面來考慮：

（1）采用階梯軸的結(jié)構(gòu)，使軸的形狀接近等于強(qiáng)度條件，以充分利用材料的承載能力。（2）盡量避免各軸段剖面突然變化，以降低局部的應(yīng)力集中，提高軸的疲勞強(qiáng)度。（3）改變軸上零件的布置，有時(shí)可以減小軸上的載荷。（4）改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)也可以減小軸上的載荷。

14.9 試述平鍵連接和楔鍵連接的工作特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。

答：平鍵的兩個(gè)側(cè)面是工作面，工作是靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。平鍵連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便，對(duì)中性好，應(yīng)用最廣，但它不能承受軸向力，故對(duì)軸上零件不能起到軸向固定作用。

楔鍵的上下兩面為工作面，工作是靠鍵的楔緊作用來傳遞轉(zhuǎn)矩的，同時(shí)還能承受單方向的軸向載荷。楔鍵連接僅適用于傳動(dòng)精度不高、低速、載荷平穩(wěn)且對(duì)中要求較低的場(chǎng)合。

14.10 如題14.10圖所示為二級(jí)圓柱齒輪減速器。已知：z1=z3=20，z2=z4=40，m=4mm，高速級(jí)齒寬b12=45mm，低速級(jí)齒寬b34=60mm,軸I傳遞的功率P=4kW,轉(zhuǎn)速n1=960r/min,不計(jì)摩擦損失。圖中a、c取為5～20mm,軸承端面到減速箱內(nèi)壁距離取為5～10mm。試設(shè)計(jì)軸II，初步估算軸的直徑，畫出軸的結(jié)構(gòu)圖、彎矩圖及扭矩圖，并按彎扭合成強(qiáng)度校核此軸。

答：（1）選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力選用45鋼，正火處理由表14.4查得?B=600MPa。(2)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算直徑。根據(jù)表14.1得C=107～118mm。

n2?n3?n1z1z2??960?20?/40?480r/mind?CPn2??107~118?4/480mm=21.7~23.9mm33

考慮到鍵槽會(huì)削弱軸的強(qiáng)度取d=30mm。

（3）擬出軸的結(jié)構(gòu)。根據(jù)軸在危險(xiǎn)截面的直徑，并考慮已給定的齒輪寬度，以及軸的結(jié)構(gòu)、工藝等有關(guān)因素，擬出軸的結(jié)構(gòu)圖如題14.10答案圖a所示。圖中安裝滾動(dòng)軸承的直徑定為25mm；采用深溝球軸承型號(hào)為6205，寬度B=15mm，安裝高度為3mm。

此外，兩 輪間距離取為10mm，并根據(jù)減速箱體的結(jié)構(gòu)，定出兩輪到滾動(dòng)軸承邊緣的距離為15mm。

（4）按彎扭合成強(qiáng)度，校核軸徑。

① 畫出軸的受力圖如題14.10答案圖b所示。

軸的轉(zhuǎn)速n2?n1?z1z2??960?20?/40?480r/min 大齒輪2的直徑d2=mz2=4?40?160mm

小齒輪3的直徑d3?mz3?4?20?80mm

軸的轉(zhuǎn)矩T?9.55?10?4/480?79583.3N?mm

大齒輪2的圓周力Ft2?2T/d2??2?79583.3?/160?994.8N 徑向力Fr2?Ft2tan??994.8tan20?362N 小齒輪3的圓周力Ft3?2T/d3?1989.6N 徑向力Fr3?Ft3tan20?724.1N

題14.10答案圖

② 作水平面內(nèi)的彎矩圖，如題14.10答案圖c所示。支點(diǎn)反力為：

6FHA??Ft2?l2?l3??Ft3l3?/l???994.8??62.5?52.5??1989.6?52.5??/160?1367.85N FHB??Ft2l1?Ft3?l1?l2??/l

??994.8?45?1989.6?107.5?/160?1616.55Nl2=62.5mm, l3=52.5mm)I-I截面處彎矩為：MHI?FHAl1?1367.85?45?61553.3N?mm II-II截面處彎矩為：MHII?FHBl3?1616.55?52.5?84868.9N?mm ③ 作垂直面的彎矩圖：如題14.10答案圖d所示。支點(diǎn)反力為：

(其中

l1=450mm，F(xiàn)VA???Fr2?l2?l3??Fr3l3??/l??362?115?724.1?52.5?/160?22.6N FVB???Fr2l1?Fr3?l1?l2???/l??362?45?724.1?107.5?/160??384.7N

I-I截面彎矩為：MVI?FVAl1?22.6?45?1017N?mm

II-II截面彎矩為：MVII?FVBl3??384.7?52.5??20196.8N?mm ④ 作合成彎矩圖M?MV2?MH2如題14.10圖e所示。

MI?MHI2?MVI2?61561.7N?mmMII=MHII?MVII?87239N?mm⑤ 作轉(zhuǎn)矩圖如題14.10答案圖f所示。22T?9.55?106P2/n2?79583.3N?mm

⑥ 求當(dāng)量彎矩。取??0.6。

I-I截面MeI?MI2???T? 22?61561.72??0.6?79583.3??77909.6N?mm

II-II截面MeII?MII2???T? 22?872392??0.6?79583.3??99452N?mm

⑦ 確定危險(xiǎn)截面及校核強(qiáng)度。因?yàn)閙eII?meI，且軸上還有鍵槽，故II-II可能為危險(xiǎn)截面，故對(duì)截面II-II進(jìn)行校核；III-III、IV-IV截面直徑為25mm，雖然較小且有應(yīng)力集中，但因其不受扭矩作用且彎矩不大，故不對(duì)其校核。

II-II截面

?eII?MeII/W?99452/?0.1?d3??99452/?0.1?303?MPa?36.8MPa

查表得???1b??55MPa，滿足?e????1b?的條件，故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并有一定裕量。

14.11 設(shè)計(jì)一齒輪與軸和鍵連接。已知軸的直徑d=90mm，輪轂寬B=110mm，軸傳遞的扭矩T?1800N?m，載荷平穩(wěn)，軸、鍵的材料均為鋼，齒輪材料為鍛鋼。

答：由題意可知齒輪與軸的鍵連接，要求有一定的定心，故選擇普通平鍵，圓頭（A型）。由表①4.5查得，當(dāng)d=90mm時(shí)，鍵的剖面尺寸b=25mm, h=14mm。由輪轂寬B=110mm，選鍵長(zhǎng)L=100mm。因載荷平穩(wěn)且軸、鍵的材料為鋼，齒輪材料為鍛鋼，所以由表14.6查得許用擠壓應(yīng)力???jy???125~150MPa,鍵的工作長(zhǎng)度為l=L-b=100-25=75mm。

鍵連接工作面上的擠壓應(yīng)力?p，即

?p?4T/?dhl???4?1.8?106?/?90?14?75??76.2????jy??

由以上計(jì)算可知選擇的鍵連接的擠壓強(qiáng)度是足夠的，故可用。

第15章 軸承

15.1 滾動(dòng)軸承的主要類型有哪些？各有什么特點(diǎn)？ 答：（1）深溝球軸承。主要承受徑向載荷，也能承受一定的雙向軸向載荷、可用于較高轉(zhuǎn)速。

（2）圓錐子軸承。內(nèi)、外圓可分離，除能承受徑向載荷外，還能承受較大的單向軸向載荷。

（3）推力球軸承。套圈可分離，承受單向軸向載荷。極限轉(zhuǎn)速低。

（4）角接觸球軸承。可用于承受徑向和較大軸向載荷，?大則可承受軸向力越大。（5）圓柱滾子軸承。有一個(gè)套圈（內(nèi)、外圈）可以分離，所以不能承受軸向載荷。由于是線接觸，所以能承受較大徑向載荷。

（6）調(diào)心球軸承。雙排球，外圈內(nèi)球面、球心在軸線上，偏位角大，可自動(dòng)調(diào)位。主要承受徑向載荷，能承受較小的軸向載荷。

15.2 繪制下列滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，并在圖上表示出軸承的受力主向：6306、N306、7306ACJ，30306、51306。

答：按表15.2中表示的簡(jiǎn)圖及受力方向繪制。

15.3滾動(dòng)軸承的基本額定動(dòng)載荷C與基本額定靜載荷Cο在概念上有何不同，分別針對(duì)何種失效形式？

答：（1）基本額定動(dòng)載荷C與基本額定靜載荷Cο在概念上區(qū)別在于“動(dòng)”與“靜”二字的區(qū)別。C是指軸承在L10（單位為106r）時(shí)軸承能承受的最大載荷值；Cο是指在靜載荷下極低速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承。

（2）C下的失效形式為點(diǎn)蝕破壞；Cο下為永久塑性變形。

15.4 何謂滾動(dòng)軸承的基本額定壽命？何謂當(dāng)量動(dòng)載荷？如何計(jì)算？

答：基本額定壽命是指一批同型號(hào)的軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，90%的軸承未發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)教，或在恒定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)的總工作小時(shí)數(shù)，分別用L10、L10h表示。

當(dāng)量動(dòng)載荷是軸承在當(dāng)量動(dòng)載荷P作用下的壽命與在實(shí)際工作載荷（徑向和軸向載荷）條件下的壽命相等。其計(jì)算方式為

P?fP?XFr?YFa?

15.5滾動(dòng)軸承失效的主要形式有哪些？計(jì)算準(zhǔn)則是什么？ 答：對(duì)于一般轉(zhuǎn)速的軸承（10Y/min

對(duì)于高速軸承，除疲勞點(diǎn)蝕外其工作表面的過熱也是重要的失效形式，因此除需進(jìn)行壽命計(jì)算外還應(yīng)校驗(yàn)其極限轉(zhuǎn)速。對(duì)于低速軸承（n<1r/min），可近似地認(rèn)為軸承各元件是在靜應(yīng)力作用下工作的，其失效形式為塑性變形，應(yīng)進(jìn)行以不發(fā)生塑性變形為準(zhǔn)則的靜強(qiáng)度計(jì)算。

15.6 滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算中載荷系數(shù)FP及溫度系數(shù)Ft有何意義？靜載荷計(jì)算時(shí)要考慮這兩個(gè)系數(shù)嗎？

答：因滾動(dòng)軸承工作時(shí)，各個(gè)元件上的載荷及應(yīng)力都是變化的，當(dāng)量動(dòng)載荷只是一個(gè)理論值。實(shí)際上，軸承上的載荷，由于機(jī)器的慣性、零件精度高低等其他影響因素，往往Fr和Fa和實(shí)際是有差別的，而這種差別很難從理論上精確求出，為了計(jì)及這些影響，故引進(jìn)載荷系數(shù)fP。

一般軸承只能在低于120C的工作條件下使用，當(dāng)軸承工作溫度t?120C時(shí)，軸承元

??件材料組織變化，硬度降低等因素對(duì)軸承承載能力有影響，故引入溫度系數(shù)fT。

對(duì)靜載荷計(jì)算時(shí)，一般不考慮這兩個(gè)系數(shù)。

15.7 在進(jìn)行滾動(dòng)軸承組合設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮哪些問題？ 答：在進(jìn)行軸承組合設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮如下幾個(gè)問題：（1）軸承的軸向固定；（2）軸承組的軸向固定；（3）軸承組合的調(diào)整；（4）軸承組合支承部分的剛度和同軸度；（5）軸承的預(yù)緊；（6）軸承的配合與裝拆；（7）軸承的潤(rùn)滑與密封等。

15.8 試說明角接觸軸承內(nèi)部軸向力FS產(chǎn)生的原因及其方向的判斷方法。

答：由于接觸角?的存在，使得軸承在承受徑向載荷時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部軸向力FS，其方向由外圈的寬邊指向窄邊。

15.9 為什么兩端固定式軸向固定適用于工作溫度不高的短軸，而一端固定、一端游動(dòng)式則適用于工作溫度高的長(zhǎng)軸？

答：主要原因?yàn)闇囟雀邥r(shí)，軸的軸向變形量大，無法依靠軸承本身的游隙來補(bǔ)償，只得依靠一端游動(dòng)式來補(bǔ)償。

15.10 為什么說軸承預(yù)緊能增加支承的剛度和提高旋轉(zhuǎn)精度？

答：預(yù)緊后能消除軸承的游隙并使?jié)L動(dòng)體和內(nèi)、外圈接觸處產(chǎn)生彈性變形，這樣就可提高軸承的剛度和旋轉(zhuǎn)精度。

15.11 為什么角接觸軸承通常要成對(duì)使用？ 答：其目的是消除或減小內(nèi)部軸向力的影響。

15.12 列舉工廠中滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承的實(shí)際應(yīng)用。（去工廠實(shí)習(xí)時(shí)注意觀察）答：學(xué)生去工廠進(jìn)行實(shí)習(xí)，注意觀察滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承的實(shí)際應(yīng)用。

15.13 軸承常用的密封裝置有哪些？各適用于什么場(chǎng)合？

答：密封是為了阻止?jié)櫥瑒妮S承中消失，也為了防止外界灰塵、水分等侵入軸承。按照密封的原理不同，可分為接觸式密封和非接觸式密封兩大類，前一類用于速度不高的場(chǎng)合，后一類可用于高速。接觸式密封有氈圈密封、皮碗密封等；非接觸式密封有間隙式、迷宮式等。

15.14 滑動(dòng)軸承有哪幾種類型？各有什么特點(diǎn)？ 答：滑動(dòng)軸承的類型有如下幾種：

（1）徑向滑動(dòng)軸承。承受徑向載荷。（2）推力抽承。承受軸向載荷。

15.15 對(duì)軸瓦、軸承襯的材料有哪些基本要求？ 答：對(duì)軸瓦、軸承襯的材料有如下基本要求：（1）具有足夠的抗沖擊、抗壓、抗疲勞強(qiáng)度。（2）具有良好的減摩性、耐磨性和磨合性。（3）具有良好的順應(yīng)性和嵌藏性。；

（4）具有良好的工藝性、導(dǎo)熱性和耐腐蝕性。

15.16 試通過查閱手冊(cè)比較6008、6208、6308、6408軸承的內(nèi)徑d、外徑D、寬度B和基本額定動(dòng)載荷C，并說明尺寸系列代號(hào)的意義。

答：（1）6008。內(nèi)徑d為40mm，外徑D為68mm，寬度B為15mm,基本額定動(dòng)載荷Cr為17.0kN。

（2）6208。d=40mm，D=80mm，B=18mm, Cr=29.5kN。（3）6308。d=40mm，D=90mm，B=23mm, Cr=40.8kN。（4）6408。d=40mm，D=110mm，B=27mm, Cr=65.5kN。

在代號(hào)中，右起第一、二位數(shù)，表示內(nèi)徑代號(hào)，上述例子中為08，表示內(nèi)徑尺寸為08×5=40mm。

在代號(hào)中，右起第三、四位數(shù)，表示尺寸系列代號(hào)。第三位為直徑系列代號(hào)，第四位為寬度系列代號(hào)。如為01則可省略不表示。在6008中，第三位為0，表示直徑系列代號(hào)，寬度系列代號(hào)也為0，可省略。在6208中，2為直徑系列代號(hào)，在6308、6408中，3、4均為直徑系列代號(hào)。代號(hào)中右起第五、六、七位表示類型代號(hào)。在此例中，由于寬度系列代號(hào)為0，省去，第四位就缺了，第五、六位等無數(shù)字，故類型代號(hào)就占第四位了。6代表深溝球軸承類型。

15.17 一深溝球軸承受徑向載荷Fr=7500N，轉(zhuǎn)速n=2000r/min，預(yù)期壽命?Lh??4000h，中等沖擊，溫度小于100C。試計(jì)算軸承應(yīng)有的徑向基本額定動(dòng)載荷Cr值。

解:(1)求當(dāng)量動(dòng)載荷。由表15.12取載荷系數(shù)fP=1.5,由式(15.2)得當(dāng)量動(dòng)載荷P為

?P?fPFr?1.5?7500?11250N

(2)計(jì)算軸承的徑向基本額定動(dòng)載荷。由表15.14取fT=1，深溝球軸承壽命指數(shù)??3，根據(jù)式(15.6)可得

Cr?P?60n?Lh??11250?60?2000?4000???????88085N 66fT?101?10???113所以該軸承應(yīng)有的Cr=88085N。

15.18 30208軸承基本額定動(dòng)載荷Cr=63000N。（1）若當(dāng)量動(dòng)載荷P=6200N，工作轉(zhuǎn)速n=750r/min,試計(jì)算軸承壽命L10h；（2）若工作轉(zhuǎn)速n=960r/min，軸承的預(yù)期壽命?Lh??10000h，求允許的最大當(dāng)量動(dòng)載荷。

解：（1）根據(jù)式(15.5)得（取fT=1，???10）3103L10h?10?fTC?10?1?63000?????50110h ??60n?P?60?750?6200?106?fTC??????Lh? 60n?P?1666?（2）由式（15.5）L10h?10???10

可得P??fC????1?63000?9359N ?60n?L???T60?960?10000??h???6103所以，允許的最大當(dāng)量動(dòng)載荷P?9359N。

15.19 直齒輪軸系用一對(duì)深溝球軸承支承，軸頸d=35mm,轉(zhuǎn)速n=1450r/min，每個(gè)軸承受徑向載荷Fr=2100N，載荷平穩(wěn)，預(yù)期壽命?Lh??8000N，試選擇軸承型號(hào)。

解：（1）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P。查表15.12取fP=1.1，根據(jù)式(15.2)得

P?fPFr?1.1?2100?2310N

（2）計(jì)算所需的徑向額定動(dòng)載荷。由式(15.6)得

C?113P?60n?Lh??2310?60?1450?8000???????20471N

fT?106?1?106??（3）軸承型號(hào)。查手冊(cè)，根據(jù)d=35mm選得6270軸承，其Cr?25500N?20471N，故選用6207軸承合適。

15.20 一對(duì)7210C角接觸球軸承分別受徑向載荷Fr1=8000N，F(xiàn)r2=5200N，軸向外載荷FA的方向如題15.20圖所示。試求下列情況下各軸承的內(nèi)部軸向力FS和軸向載荷Fa。（1）FA=2200N；(2)FA=900N；(3)FA=1120N。

題15.20圖

解：（1）FA=2200N。計(jì)算軸承內(nèi)部軸向壓力FS。根據(jù)表15.16，內(nèi)部軸向力FS?eFr，查軸承手冊(cè)得7210C軸承Cor=32000N。

圖a 根據(jù)FA2200??0.069，查表15.13得e?0.27，則 Cor32000 FS1?eFr1?0.27?8000?2160NFS2?eFr2?0.27?5200?1404N因?yàn)镕S1?FS2?FA，根據(jù)力的平衡條件有FS1?F'S1??FS2?FA。所以Fa1=FS1+F'S1?=FS2+FA?1404?2200?3604N

Fa2?FS2?1404N

（2）FA?900N，則

FA900??0.028，查表15.53得e?0.04，則 Cor32000圖b

FS1?eFr1?0.4?8000?3200N

FS2?eFr2?0.4?5200?2080N

因?yàn)镕S1?FS2?FA，根據(jù)力的平衡條件有FS1?FS2?Fs2??FA。所以Fa1?FS1?3200N

Fa2?FS2?FS2??FS1?FA?3200?900?2300N

（3）FA?1120N，則

FA1120??0.035，查表15.53得e?0.41則 Cor32000圖c FS1?eFr1?0.41?8000?3280N,FS2?eFr2?0.41?5200?2132N

因?yàn)镕S1?FS2?FA，根據(jù)力的平衡條件有FS1?FS2?FS2??FA。

所以Fa1?FS1?3280N,Fa2?FS2?FS2??FS1?FA?3280?1120?2160N

15.21 如題15.21圖所示的一對(duì)軸承組合，已知Fr1=7500N，F(xiàn)r2=15000N,FA=3000N,轉(zhuǎn)速n=1470r/min,軸承預(yù)期壽命?Lh??8000h，載荷平穩(wěn)，溫度正常。試問采用30310軸承是否適用？

題15.21圖

答：（1）計(jì)算軸承所受軸向載荷Fa1,Fa2。由手冊(cè)查得30310軸承Y=1.7，e=0.35，Cr=130000N，則

FS1?Fr17500??2205.88N 2Y2?1.7Fr215000??4411.76N 2Y2?1.7FS2?因FS1?FA?FS2，則FS1?FA?FS2?FS2?，軸承1放松，軸承2被壓緊。故Fa1?FS1?2205.88N

Fa2?FS2?FS2??FS1?FA?5205.88N（2）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P。

Fa12205.88??0.294?e Fr17500Fa25205.88??0.347?e Fr215000查表X1=1，Y1=0，X2=0.4 Y2?0.4cot12?57'10''?1.7,取fP=1.1，則P1?fP?XF1r?1YFa1??11.?1?17?500??0 8250NP2?fP?X2Fr2?Y2Fa2??1.1?0.4?15000?1.7?5205.88??16335N

（3）驗(yàn)算基本額定動(dòng)載荷。因P2>P1，則應(yīng)按P2計(jì)算，根據(jù)表15.14，取fT=1，則由式（15.6）可得

C?P?60n?Lh??16335?60?1470?8000???116865.6N?130000N ????66fT?101?10???1310所以,采用30310軸承是適用的。

15.22 錐齒輪軸系選用一對(duì)30206/P6圓錐滾子軸承（如題15.22圖所示）。已知軸的轉(zhuǎn)速n=640r/min，錐齒輪平均分度圓直徑dm=56.25mm，作用于錐齒輪上的圓周力F1=2260N，徑向力F2=760N，軸向力F a=292N。試求該對(duì)軸承的壽命。

題15.22圖

答：（1）計(jì)算軸承的徑向支反力，畫受力圖如題15.22答案圖所示；畫出水平面受力圖如題15.22答案圖b所示，求F1H、F2H。

由?MII?0 得F1H?100?Ft?50?0 F1H?Ft?502260?50??1130N

100100 F2H?Ft?F1H?2260?1130?3390N

圖a、b、c 畫出垂直平面受力圖如題15.22答案圖c所示，求F1V、F2V。

?MI?0 得F2V?100?Fa?56.25?Fr?150?0 2F2V? ?Fa?56.25?150Fr150?760?292?28.1252?

100100?11400?8212.5?1057.88N

F1V=F2V?Fr=1057.88?760=297.88N

合成反支力：

Fr1?F1H2?F1V2?11302?297.882?1168.6N Fr2?F2H2?F2V2?33902?1057.882?3551.23N

（2）求軸承內(nèi)部軸向力。由表15.16得FS?C=43200N。

Fr,查手冊(cè)30206軸承的Y=1.6，e=0.37，2YFS1?Fr11168.6??365.2N

2Y2?1.6Fr23551.23??1109.76N 2Y2?1.6FS2?FS1、FS1力向如題15.22答案圖d所示。

FS1?FS2?FA，根據(jù)力的平衡條件有FS1?FS1'?FS2?FA，則Fa?FS?1'F1?121?0A9.7?6S1F?SF2?9 21401.76NFa2?FS2?1109.76N

（3）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷。Fa11401.76??1.12?0.37?e Fr11168.6由表15.13得X1=0.4，Y1=0.4cot?,查軸承手冊(cè)30206軸承?=1402'10''，則Y1=0.4，cot?=1.6。

?Fa21109.76??0.31?e?0.37 Fr23551.23由表15.13得X2=1，Y2=0，則

P1?fP?X1Fr1?Y1Fa1??1??0.4?1168.6?1.6?1401.76??2710.26N P2?fP?X2Fr2?Y2Fa2??1??1?3551.23?0?1109.76??3551.23N

（4）計(jì)算軸承壽命。取fT=1，???10，根據(jù)式(15.5)可得 36103軸承I L10h1?10?fTC?10?1?43200???????242008h

60n?P60?6402710.26??1?10?fTC?10?1?43200???????106922h 60n?P2?60?640?3551.23?66?6軸承II L10h2?103第16章 其他常用零、部件

16.1兩軸軸線的偏移形式有哪幾種？ 答：有經(jīng)向位移、軸向位移、偏角位移以及綜合以上三種位移中的幾種同時(shí)發(fā)生的情況。

16.2凸緣聯(lián)軸器兩種對(duì)中方法的特點(diǎn)各是什么？

答：凹凸槽對(duì)中時(shí)軸必須作軸向移動(dòng)；用螺栓與孔的緊配合對(duì)中時(shí)不須軸作軸向移動(dòng)，且傳遞扭矩大。

16.3 聯(lián)軸器與離合器的主要區(qū)別是什么？

答：聯(lián)軸器只保持兩軸的接合，離合器可在機(jī)器工作中隨時(shí)定成兩軸的接合與分離。

16.4 常用聯(lián)軸器和離合器有哪些類型？各有哪些特點(diǎn)？應(yīng)用于哪些場(chǎng)合？ 答：常用聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)器兩大類，剛性聯(lián)軸器不能補(bǔ)嘗兩軸的相對(duì)位移，用于兩軸嚴(yán)格對(duì)中并在工作中不發(fā)生相對(duì)位移的場(chǎng)合；撓性聯(lián)軸器具有一定的補(bǔ)嘗兩軸相對(duì)位移的能力，用于工作中兩軸可能會(huì)發(fā)生相對(duì)位移的場(chǎng)合。

常用離合器分為牙嵌式和摩擦式兩大類。牙嵌式離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，但在接合式分離時(shí)齒間會(huì)有沖擊，用于轉(zhuǎn)矩不大、接合或分離時(shí)兩軸靜止或轉(zhuǎn)速差很小的場(chǎng)合；摩擦式離合器接合過程平穩(wěn)，沖擊、振動(dòng)較小，有過載保護(hù)作用，但外廓尺寸大，接合分離時(shí)有滑動(dòng)摩擦，發(fā)熱量及磨損較大，用于轉(zhuǎn)矩較大，兩軸有較大轉(zhuǎn)速差的場(chǎng)合。

16.5 無彈性元件聯(lián)軸器與彈性聯(lián)軸器在補(bǔ)償位移的方式上有何不同？ 答：無彈性元件聯(lián)軸器利用聯(lián)軸器工作元件間的動(dòng)聯(lián)接實(shí)現(xiàn)位移補(bǔ)償；彈性聯(lián)軸器利用其中彈性元件的變形來補(bǔ)償位移。

16.6 牙嵌式離合器與牙嵌式安全離合器有何區(qū)別？

答：不同點(diǎn)在于牙嵌式安全離合器的牙的傾斜角?較大，且無操縱機(jī)構(gòu)。

16.7 普通自行車上手閘、鞍座等處的彈簧各屬于什么類型？其功用是什么？

答：手閘處的彈簧是扭轉(zhuǎn)彈簧，用于剎車后手閘復(fù)位；鞍座處的彈簧是螺旋壓簧，用于緩沖吸振。

16.8 圓栓螺旋彈簧的端部結(jié)構(gòu)有何作用？ 答：壓縮彈簧的端部結(jié)構(gòu)起支承作用，拉伸彈簧的端部結(jié)構(gòu)功用是利于彈簧的安裝及加載。

16.9 某電動(dòng)機(jī)與油泵之間用彈性套柱銷連軸器連接，功率P=7.5kW,轉(zhuǎn)速n=970r/min,兩軸直徑均為42mm，試選擇連軸器的型號(hào)。

解：（1）計(jì)算名義轉(zhuǎn)矩。

T?9550P7.5?9550??73.84N?m n970（2）計(jì)算轉(zhuǎn)矩。Tc?KT 查表16-1，K取1.75，則Tc?1.75T?129.22N?m（3）查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取型號(hào)為TL7Y型聯(lián)軸器。

16.10 選擇如題16.10圖所示的蝸桿蝸輪減速器與電動(dòng)機(jī)及卷筒軸之間的聯(lián)軸器。已知電動(dòng)機(jī)功率P1=7.5kw，轉(zhuǎn)連n1=970r/mm，電動(dòng)機(jī)軸直徑d1=42mm，減速器傳動(dòng)比i?30，傳動(dòng)效率η=0.8，輸出軸直徑d=60mm，工作機(jī)為輕型起重機(jī)。

題16.10圖

解：電動(dòng)機(jī)與減速器之間，選用彈性套栓銷聯(lián)軸器：

名義轉(zhuǎn)矩T?9550P7.51?9550??73.84N?m n1970轉(zhuǎn)矩Tc?KT?1.75?73.84?129.22N?m（K取1.75）查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取型號(hào)為TL7Y型聯(lián)軸器。

減速器與卷筒軸之間，可采用齒式聯(lián)軸器： 名義轉(zhuǎn)矩T?9550P27.5?0.8?9550??1772N?m n2970/30轉(zhuǎn)矩Tc?KT?3?1772?5317N?m（K取3）查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取型號(hào)為GICL6型齒式聯(lián)軸器。

第17章

機(jī)械的平衡與調(diào)速

17.1 剛性回轉(zhuǎn)件的平衡有哪幾種情況？如何計(jì)算？從力學(xué)觀點(diǎn)看，它們各有什么特點(diǎn)？

答：有兩種情況：靜平衡和動(dòng)平衡。

（1）靜平衡計(jì)算。方法是在同一平面內(nèi)增加或減少一個(gè)平衡質(zhì)量，使平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力Fb與原有各偏心質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力的矢量和?Fi相平衡。

特點(diǎn)：各偏心質(zhì)量及平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力組成一個(gè)平面匯交力系。

（2）動(dòng)平衡計(jì)算。方法是任選兩個(gè)平衡平面，將回轉(zhuǎn)件上的不平衡質(zhì)量都向這兩個(gè)平面內(nèi)分解，在這兩個(gè)平面內(nèi)各加上一個(gè)平衡質(zhì)量，使慣性力的合力及合力矩同時(shí)為零。特點(diǎn)：各偏心質(zhì)量及平衡質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力組成一空間力系。

17.2 怎樣的回轉(zhuǎn)件需要進(jìn)行動(dòng)平衡？需要幾個(gè)校正平面？

答：對(duì)于軸向?qū)挾却?LD?0.2)的回轉(zhuǎn)件，需要進(jìn)行動(dòng)平衡。需要兩個(gè)校正平面。

17.3 “周期性速度波動(dòng)”與“非周期性速度波動(dòng)”的特點(diǎn)各是什么？各用什么方法來調(diào)節(jié)？

答：周期性速度波動(dòng)的特點(diǎn)是機(jī)器在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段中，它的運(yùn)動(dòng)速度發(fā)生周期性的反復(fù)變化，其調(diào)節(jié)方法是采用飛輪。

非周期性速度波動(dòng)的特點(diǎn)是機(jī)器運(yùn)動(dòng)速度的波動(dòng)沒有一定的周期性，并且其作用不是連續(xù)的，其調(diào)節(jié)方法是采用調(diào)節(jié)器。

17.4 為了減輕飛輪的重量，飛輪最好安裝在何處？它能否安裝在有自鎖性的蝸輪軸上？能否安裝在萬向聯(lián)軸器的變速軸上？

答：飛輪最好安裝在高速軸上。它既不能安裝在有自鎖的蝸輪軸（低速軸）上，也不能安裝在萬向聯(lián)軸的變速軸上。

17.5 機(jī)械的平衡與調(diào)速都可以減輕機(jī)械上的動(dòng)載荷，但兩者有何本質(zhì)區(qū)別？ 答：機(jī)械的平衡是通過計(jì)算或?qū)嶒?yàn)使回轉(zhuǎn)體上的離心慣性力的矢量和為零。而調(diào)速是通過一定的手段使機(jī)器所受的驅(qū)動(dòng)功與阻力功保持平衡。

17.6 如題17.6圖所示，圓盤回轉(zhuǎn)件上有三個(gè)不平衡質(zhì)量：m1=2kg，m2=3kg，m3=2kg，r1=120mm，r2=10mm，r3=110mm，?1?30?,?2?60?,?3?120?。（1）若考慮在圓盤平面a?a中r?150mm的圓周上加平衡質(zhì)量，試求該平衡質(zhì)量的大小和方位；（2）若因結(jié)構(gòu)原因需將平衡質(zhì)量加在圖中Ⅰ、Ⅱ平面內(nèi)，且已知L1?150mm,L2?250mm,試求平衡平面Ⅰ、Ⅱ內(nèi)應(yīng)加的平衡質(zhì)徑積。

題17.6圖

解：（1）由靜平衡條件得：

m1r1?m2r2?m3r3?mbrb?0

又m1r1?2?120?240kg?mm

m2r2?3?100?300kg?mm m3r3?2?110?220kg?mm

選取比例尺?W?10kg?mm/mm作向量圖，如題17.6答案圖b所示。由圖中可測(cè)得：mb?rb??W?Wb?10?7?70kg?mm，又因rb?150mm，則

mb?7070??0.47kg rb150方位同Wb一致，如題17.6答案圖a所示。（2）平衡面Ⅰ、Ⅱ內(nèi)的質(zhì)徑積分別為

mIrI?L2250Wb=?70?175kg?mm

L2?L1250-150L1150Wb=?70?105kg?mm

L2?L1250-150mIIrII?

17.7如題17.7圖所示為一厚度B=10的鋼制凸輪，質(zhì)量為m=0.8kg,質(zhì)心S離軸心的偏距e=2mm。為了平衡此凸輪，擬在R=30mm的圓周上鉆3個(gè)直徑相同且相互錯(cuò)開60°的孔。試求應(yīng)鉆孔的直徑d。（已知鋼材密度??7.8?10kgmm）

?63答：設(shè)鉆去每個(gè)圓柱孔的質(zhì)量為mb，則

m1R1?m2R2?m3R?me

取比例尺?W=0.05kg?mmmm，R1?R2?R3?R，m1?m2?m3?mb，作向量圖如題17.7答案圖b所示,由圖可知：

題17.7答案圖 mb?R1cos60??mbR2?mbR3cos60??me

現(xiàn)將R、e、凸輪質(zhì)量m值代入上式，可得

mb?me0.8?2??0.027kg

R(2cos60??1)30?2又因m????d2?B，則

4d?4m4?0.027??21mm ?6?B???10?7.8?10結(jié)論：鉆孔的直徑為21mm。

17.8在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的剪床中，已知作用在剪床主軸上的阻力矩Mr的變化規(guī)律如題17.8圖所示。設(shè)驅(qū)動(dòng)力矩Md為常量，剪床主軸轉(zhuǎn)速為760r/min,不均勻系數(shù)δ=0.05，求安裝在主軸上的飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF。

解：（1）求Md。

題17.8圖 題17.8答案圖

在一個(gè)穩(wěn)定周期內(nèi)，Md與Mr的平均值應(yīng)相等，又Md為常數(shù)，則

200?Md??2?1600??1????1400??200?(??)4244?462.5N?m

2?（2）求a、b、c、d、e五個(gè)位置的累積變化量ΔW及最大盈虧功Wmax。由題17.8答案圖可知：在Oa階段 W1??262.5N?m

在ab階段 W2??1137.5N?m 在bc階段 W3??317.4N?m

在cd階段 W4??29.8N?m

在de階段 W5??262.5N?m

即?Wa??262.5N?m

?Wb?262.5?(?1137.5)??875N?m ?Wc??875?(?317.4)??1192.4N?m ?Wd??1192.4?29.8??1162.6N?m ?We??1162.6?262.5??900.1N?m

則?Wmax??262.5N?m

?Wmin=-1192.4N?m

Wmax??Wmax??Wmin?262.5?(?1192.4)?1454.4N?m

（3）求飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF。

JF?900Wmax900?1454.42??4.6kg?m 2222?n???760?0.0517.9在柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組中，設(shè)柴油機(jī)曲軸的上驅(qū)動(dòng)力矩Med(?)曲線和阻力矩Mer(?)曲線如題17.9圖所示。已知兩曲線所圍各面積代表的盈、虧功為：W1??50N?m、W2??550N?m、W3??100N?m、W4??125N?m、W5??550N?m、W6??25N?m、W7??50N?m；曲線的轉(zhuǎn)速為600rmin；許用不均勻系數(shù)[δ]=1/300。若飛輪裝在曲軸上，試求飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

題17.9圖

解：（1）求量大盈虧功Wmax。由題意可知：在b、c、d、e、f、g、a各位置的累積變化量?W為

?Wb?W1??50N?m

?Wc??50?W2=-50+550=500N?m ?Wd?500?W3=500+(-100)=400N?m ?We?400?W4=400+125=525N?m ?Wf?525?W5=525+(-500)=25N?m ?Wg?25?25=50N?m

?Wa?50?W7=50+(-50)=0

可得出?Wmax?525N?m

?Wmin??50N?m

則Wmax??Wmax-?Wmin=525-(-50)=575N?m

（2）求飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF。

JF?900Wmax900?5752??43.7kg?m1?2n2??2?6002?300

第18章

機(jī)械設(shè)計(jì)CAD簡(jiǎn)介

18.1 CAD的含義是什么？

答：CAD的含義是Computer aided design的編寫，意思為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。

18.2 機(jī)械設(shè)計(jì)CAD的主要內(nèi)容有哪些？

答：機(jī)械設(shè)計(jì)CAD的內(nèi)容很廣泛，可從兩個(gè)方面來概括，一方面是設(shè)計(jì)計(jì)算，一方面是繪圖，均可通過對(duì)軟件的應(yīng)用在計(jì)算機(jī)上完成。即計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算數(shù)和計(jì)算機(jī)輔助繪圖。

18.3 在機(jī)械設(shè)計(jì)CAD中常用的數(shù)據(jù)處理方法有哪幾種？ 答：在機(jī)械設(shè)計(jì)CAD中常用的數(shù)據(jù)處理方法有：（1）取整數(shù)；（2）四舍五入取整數(shù)；（3）按某數(shù)的倍數(shù)取整數(shù)；（4）取標(biāo)準(zhǔn)值；（5）判斷兩個(gè)實(shí)數(shù)是否相等，是用兩實(shí)數(shù)的差的絕對(duì)值小于給定精度作為判別條件的。

18.4 在CAD程序中如何對(duì)數(shù)表進(jìn)行處理？ 答：在CAD程序中對(duì)數(shù)表的處理是數(shù)表程序化。對(duì)于簡(jiǎn)單數(shù)表，可以直接應(yīng)用數(shù)組語句，分別用行或列表示規(guī)格及選項(xiàng)。按照數(shù)組的的定義規(guī)則，將表格中的數(shù)據(jù)輸入數(shù)組里，查詢數(shù)組相應(yīng)的行或列，即可得到所需的參數(shù)。

若為復(fù)雜數(shù)表，根椐表格的結(jié)構(gòu)，使用開關(guān)語句，分層次查詢。外層變量起分類作用，內(nèi)層變量查詢表格，應(yīng)用變量賦值。

18.5 在CAD程序中如何對(duì)線圖進(jìn)行處理？

答：應(yīng)根椐線圖變化趨勢(shì)，分段找出函數(shù)表達(dá)式。繪出變量值，選擇合適的函數(shù)表達(dá)式并計(jì)算出函數(shù)值。對(duì)于不能直接確定函數(shù)表達(dá)式的線圖，可根據(jù)線圖的橫坐標(biāo)或縱坐標(biāo)分段，查出各分段點(diǎn)的函數(shù)值，然后將線圖轉(zhuǎn)化為表格，按表格程序的方式編程序。對(duì)于均勻變化的曲線，可以等分線圖的橫坐標(biāo)，查出橫坐標(biāo)相應(yīng)的函數(shù)值，按表格形式進(jìn)行程序化處理。

對(duì)于曲線線圖的處理較繁瑣，利用線性插值法將線圖轉(zhuǎn)化為公式。對(duì)于曲率變化較大的曲線，可以分段確定相應(yīng)的線性插值公式，然后由計(jì)算機(jī)根椐自變量的值判斷使用相應(yīng)的插值公式，并計(jì)算出函數(shù)值。

對(duì)直線段線圖可直接程序化。

第三篇：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1-6章課后答案要點(diǎn)

1-1至1-4解 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下圖所示。

圖 1.11 題1-1解圖

圖1.12 題1-2解圖

圖1.13 題1-3解圖

圖1.14 題1-4解圖 1-5 解 1-6 解 1-7 解 1-8 解 1-9 解 1-10 解 1-11 解 1-12 解

1-13解 該導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的全部瞬心如圖所示，構(gòu)件 1、3的角速比為：

1-14解 該正切機(jī)構(gòu)的全部瞬心如圖所示，構(gòu)件 3的速度為：，方

向垂直向上。

1-15解 要求輪 1與輪2的角速度之比，首先確定輪

1、輪2和機(jī)架4三個(gè)構(gòu)件的三個(gè)瞬心，即 向相反。，和，如圖所示。則：，輪2與輪1的轉(zhuǎn)1-16解（1）圖a中的構(gòu)件組合的自由度為：

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(duì)運(yùn) 動(dòng)。

（2）圖b中的 CD 桿是虛約束，去掉與否不影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。故圖 b中機(jī)構(gòu)的自由度為：

所以構(gòu)件之間能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

題 2-1答 : a）構(gòu)。b）c）d），且最短桿為機(jī)架，因此是雙曲柄機(jī)，且最短桿的鄰邊為機(jī)架，因此是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。，不滿足桿長(zhǎng)條件，因此是雙搖桿機(jī)構(gòu)。，且最短桿的對(duì)邊為機(jī)架，因此是雙搖桿機(jī)構(gòu)。

題 2-2解 : 要想成為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，則要求 與 均為周轉(zhuǎn)副。（1）當(dāng) 為周轉(zhuǎn)副時(shí)，要求 置 和。

在 在 中，直角邊小于斜邊，故有： 中，直角邊小于斜邊，故有：

即可。

（極限情況取等號(hào)）；（極限情況取等號(hào)）。

能通過兩次與機(jī)架共線的位置。見圖 2-15 中位綜合這二者，要求

（2）當(dāng) 為周轉(zhuǎn)副時(shí)，要求 置 和。

在位置 時(shí)，從線段 取等號(hào)）； 在位置 時(shí)，因?yàn)閷?dǎo)桿

能通過兩次與機(jī)架共線的位置。見圖 2-15 中位

來看，要能繞過 點(diǎn)要求：（極限情況

是無限長(zhǎng)的，故沒有過多條件限制。

（3）綜合（1）、（2）兩點(diǎn)可知，圖示偏置導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)成為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的條件是：

題 2-3 見圖 2.16。

圖 2.16

題 2-4解 :（1）由公式，并帶入已知數(shù)據(jù)列方程有：

因此空回行程所需時(shí)間

；，（2）因?yàn)榍栈匦谐逃脮r(shí) 轉(zhuǎn)過的角度為

因此其轉(zhuǎn)速為： 題 2-5

轉(zhuǎn) / 分鐘

解 :（1）由題意踏板 限位置，此時(shí)

在水平位置上下擺動(dòng)，就是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中搖桿的極曲柄與連桿處于兩次共線位置。取適當(dāng)比例 圖 尺，作出兩次極限位置

（見圖 2.17）。由圖量得： 解得 ：

由已知和上步求解可知：，，和。

和

（2）因最小傳動(dòng)角位于曲柄與機(jī)架兩次共線位置，因此取 式（2-3）計(jì)算可得：

代入公

或：

代入公式（2-3）′，可知

題 2-6解： 因?yàn)楸绢}屬于設(shè)計(jì)題，只要步驟正確，答案不唯一。這里給出基本的作圖步驟，不

給出具體數(shù)值答案。作圖步驟如下（見圖 2.18）：

（1）求，（2）作（3）以（4）作 在圖上量取 度，為底作直角三角形

；并確定比例尺。（即搖桿的兩極限位置），即可。，搖桿長(zhǎng)。的外接圓，在圓上取點(diǎn) 和機(jī)架長(zhǎng)度

。則曲柄長(zhǎng)度

。在得到具體各桿數(shù)據(jù)之后，代入公式（2 — 3）和（2-3）′求最小傳動(dòng) 角，能滿足

即可。

圖 2.18 題 2-7

圖 2.19

解 : 作圖步驟如下（見圖 2.19）：

（1）求，（2）作（3）作，頂角，；并確定比例尺。

。的外接圓，則圓周上任一點(diǎn)都可能成為曲柄中心。

相距，交圓周于 點(diǎn)。（4）作一水平線，于

（5）由圖量得 曲柄長(zhǎng)度： 連桿長(zhǎng)度： 題 2-8。解得 ：

解 : 見圖 2.20，作圖步驟如下：（1）（2）取

。，選定，作。

（3）定另一機(jī)架位置： 分線，（4）。

角平和，桿即是曲柄，由圖量得 曲柄長(zhǎng)度： 題 2-9解： 見圖 2.21，作圖步驟如下：

（1）求，（2）選定比例尺，作 置）（3）做

（4）在圖上量取 曲柄長(zhǎng)度： 連桿長(zhǎng)度：，與，由此可知該機(jī)構(gòu)沒有急回特性。。（即搖桿的兩極限位

交于 點(diǎn)。

和機(jī)架長(zhǎng)度。

題 2-10解 : 見圖 2.22。這是已知兩個(gè)活動(dòng)鉸鏈兩對(duì)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，可以用圓心法。連 接，中垂線 與，作圖 2.22 的中垂線與

交于點(diǎn)。然后連接，作 的交于 點(diǎn)。圖中畫出了一個(gè)位置。從圖中量取各桿的長(zhǎng)度，得到：題 2-11解 :（1）以 為中心，設(shè)連架桿長(zhǎng)度為。，以，、，根據(jù) 作出

（2）取連桿長(zhǎng)度 為圓心，作弧。，的另一連架桿的幾個(gè)位（3）另作以 點(diǎn)為中心，置，并作出不同 半徑的許多同心圓弧。

（4）進(jìn)行試湊，最后得到結(jié)果如下：。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖 2.23。，，題 2-12解 : 將已知條件代入公式（2-10）可得到方程組：

聯(lián)立求解得到：。

將該解代入公式（2-8）求解得到：，又因?yàn)閷?shí)際。，因此每個(gè)桿件應(yīng)放大的比例尺為：，故每個(gè)桿件的實(shí)際長(zhǎng)度是：，題 2-13證明 : 見圖 2.25。在 圓。見圖 可知 點(diǎn)將。

上任取一點(diǎn)，下面求證 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為一橢，分為兩部分，其中。

又由圖可知，二式平方相加得

可見 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為一橢圓。3-1解

圖 3.10 題3-1解圖

如圖 3.10所示，以O(shè)為圓心作圓并與導(dǎo)路相切，此即為偏距圓。過B點(diǎn)作偏距圓的下切線，此線為

凸輪與從動(dòng)件在B點(diǎn)接觸時(shí)，導(dǎo)路的方向線。推程運(yùn)動(dòng)角 如圖所示。3-2解

圖 3.12 題3-2解圖

如圖 3.12所示，以O(shè)為圓心作圓并與導(dǎo)路相切，此即為偏距圓。過D點(diǎn)作偏距圓的下切線，此線為

凸輪與從動(dòng)件在D點(diǎn)接觸時(shí)，導(dǎo)路的方向線。凸輪與從動(dòng)件在D點(diǎn)接觸時(shí)的壓力角 如圖所示。

3-3解 ：從動(dòng)件在推程及回程段運(yùn)動(dòng)規(guī)律的位移、速度以及加速度方程分別為：（1）推程：

0°≤ ≤ 150°

（2）回程：等加速段等減速段

0°≤ ≤60 °

60°≤ ≤120 °

。計(jì)算各分點(diǎn)的位移、速度以及加為了計(jì)算從動(dòng)件速度和加速度，設(shè) 速度值如下：

總轉(zhuǎn)角 0°15°

30°

45°

60° 75° 90° 105°

位移

(mm 速度(mm/s 0 0.734 2.865 6.183 10.365 15 19.635 23.817 0 19.416 36.931 50.832 59.757 62.832 59.757 50.832 加速度（mm/s 65.797 62.577 53.231 38.675 20.333 0 2）

-20.333-38.675

總轉(zhuǎn)角 120°135° 150° 165° 180° 195° 210° 225°

位移

(mm 速度(mm/s 27.135 29.266 30 30 30 29.066 26.250 21.563 36.932 19.416 0 0 0-25-50-75 加速度（mm/s-53.231-62.577-65.797 0 2）

總轉(zhuǎn)角 240°255°

270°

285°

-83.333-83.333-83.333-83.333

300° 315° 330° 345°

位移

(mm 速度(mm/s 15 8.438 3.75 0.938 0 0 0 0-100-75-50-25 0 0 0 0 加速度（mm/s-83.333-83.333 83.333 83.333 83.333 0 2）

0 0

根據(jù)上表 作圖如下（注：為了圖形大小協(xié)調(diào)，將位移曲線沿縱軸放大了 5倍。）：

圖 3-13 題3-3解圖 3-4 解 ：

圖 3-14 題3-4圖

根據(jù) 3-3題解作圖如圖3-15所示。根據(jù)(3.1式可知，小時(shí)，凸輪

取最大，同時(shí)s 2 取最機(jī)構(gòu)的壓力角最大。從圖3-15可知，這點(diǎn)可能在推程段的開始處或在推程的中點(diǎn)處。由圖量得在推程的

開始處凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角最大，此時(shí)

＜[ ]=30°。

圖 3-15 題3-4解圖

3-5解 ：（1）計(jì)算從動(dòng)件的位移并對(duì)凸輪轉(zhuǎn)角求導(dǎo)

當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角 在 0≤ ≤ 根據(jù)教材(3-7式 可 得：

過程中，從動(dòng)件按簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升 h=30mm。

0≤ ≤

0≤ ≤

當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角 在

≤ ≤ 過程中，從動(dòng)件遠(yuǎn)休。

≤ ≤ ≤ ≤ S 2 =50

當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角 在 ≤ ≤ 的一半。根據(jù) 教材(3-5式 可得：

過程中，從動(dòng)件按等加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律下降到升程

當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角 在 始位置。根

據(jù)教材(3-6式 可得：

≤ ≤

≤ ≤ ≤ ≤

過程中，從動(dòng)件按等減速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律下降到起

當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角 在

≤ ≤

≤ ≤

≤ ≤

過程中，從動(dòng)件近休。

≤ ≤ ≤ ≤

S 2 =50

（2）計(jì)算凸輪的理論輪廓和實(shí)際輪廓

本題的計(jì)算簡(jiǎn)圖及坐標(biāo)系如圖 3-16所示，由圖可知，凸輪理論輪廓上B點(diǎn)(即滾子中心的直角坐標(biāo) 為

圖 3-16

式中

由圖 3-16可知，凸輪實(shí)際輪廓的方程即B ′ 點(diǎn)的坐標(biāo)方程式為。

因?yàn)?/p>

所以

故

由上述公式可得 理論輪廓曲線和實(shí)際輪廓的直角坐標(biāo)，計(jì)算結(jié)果如下表，凸輪廓線如圖3-17所 示。

x′ 0° 49.301 10° 47.421 20° 44.668 30° 40.943 40° 36.089 50° 29.934 60° 22.347 70° 13.284 80° 2.829 90°-8.778 100°-21.139 110°-33.714 120°-45.862 y′

8.333 180°16.843 190°25.185 200°33.381 210°41.370 220°48.985 230°55.943 240°61.868 250°66.326 260°68.871

270°69.110 280°66.760 290°61.695

300°x′

-79.223-76.070-69.858-60.965-49.964-37.588-24.684-12.409-1.394 8.392 17.074 24.833 31.867

y′

-8.885-22.421-34.840-45.369-53.356-58.312-59.949-59.002-56.566-53.041-48.740-43.870-38.529

130°-56.895 53.985 310° 140°-66.151 43.904 320° 150°-73.052 31.917 330° 160°-77.484 18.746 340° 170°-79.562 5.007 350° 180°-79.223-8.885 360°

圖 3-17 題3-5解圖 3-6 解：

38.074-32.410 43.123-25.306 46.862-17.433 49.178-9.031 49.999-0.354 49.301 8.333

圖 3-18 題3-6圖

從動(dòng)件在推程及回程段運(yùn)動(dòng)規(guī)律的角位移方程為： 1.推程： 2.回程：

計(jì)算各分點(diǎn)的位移值如下： 總轉(zhuǎn)角（°）

0°≤ ≤ 150°

0°≤ ≤120 °

0 15 30 45 60 75 90 105 角位移（°）0 0.367 1.432 3.092 5.182 7.5 9.818 11.908 總轉(zhuǎn)角（°）120 135 150 165 180 195 210 225 角位移（°）13.568 14.633 15 15 15 14.429 12.803 0.370 總轉(zhuǎn)角（°）240 255 270 285 300 315 330 345 角位移（°）7.5 4.630 2.197 0.571 0 0 0 0

根據(jù)上表 作圖如下：

圖 3-19 題3-6解圖

3-7解：從動(dòng)件在推程及回程段運(yùn)動(dòng)規(guī)律的位移方程為： 1.推程： 2.回程：

計(jì)算各分點(diǎn)的位移值如下： 總轉(zhuǎn)角（°）

0°≤ ≤ 120°

0°≤ ≤120 °

0 15 30 45 60 75 90 105 位移0（mm）0.761 2.929 6.173 10 13.827 17.071 19.239

總轉(zhuǎn)角（°）120 135 150 165 180 195 210 225 位移20 20 20 19.239 17.071 13.827 10 6.173（mm）

總轉(zhuǎn)角（°）240 255 270 285 300 315 位移（mm）2.929 0.761 0

0 0 0

圖 3-20 題3-7解圖 4.5課后習(xí)題詳解 4-1解

分度圓直徑

330 345

0 0

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、齒槽寬

4-2解由

分度圓直徑

4-3解 由

可得模數(shù)

得

4-4解

分度圓半徑

分度圓上漸開線齒廓的曲率半徑

分度圓上漸開線齒廓的壓力角

基圓半徑

基圓上漸開線齒廓的曲率半徑為 0；

壓力角為。

齒頂圓半徑

齒頂圓上漸開線齒廓的曲率半徑

齒頂圓上漸開線齒廓的壓力角

4-5解

正常齒制漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的齒根圓直徑：

基圓直徑

假定 則解

得

故當(dāng)齒數(shù) 時(shí)，正常齒制漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基圓大于齒根圓；齒數(shù)，基圓小于 齒根圓。

4-6解

中心距

內(nèi)齒輪分度圓直徑

內(nèi)齒輪齒頂圓直徑

內(nèi)齒輪齒根圓直徑

4-7 證明 用齒條刀具加工標(biāo)準(zhǔn)漸開線直齒圓柱齒輪，不發(fā)生根切的臨界位置是極限點(diǎn) 正好在刀具 的頂線上。此時(shí)有關(guān)系：

正常齒制標(biāo)準(zhǔn)齒輪

短齒制標(biāo)準(zhǔn)齒輪、，代入上式、，代入上式

圖 4.7 題4-7解圖

4-8證明 如圖所示，、兩點(diǎn)為卡腳與漸開線齒廓的切點(diǎn)，則線段 的法線。根據(jù)漸

開線的特性：漸開線的法線必與基圓相切，切點(diǎn)為。

再根據(jù)漸開線的特性：發(fā)生線沿基圓滾過的長(zhǎng)度，等于基圓上被滾過的弧長(zhǎng)，可知：

AC

即為漸開線

對(duì)于任一漸開線齒輪，基圓齒厚與基圓齒距均為定值，卡尺的位置不影響測(cè)量結(jié)果。

圖 4.8 題4-8圖

圖4.9 題4-8解圖 4-9解 模數(shù)相等、壓力角相等的兩個(gè)齒輪，分度圓齒厚 的齒輪分度圓直徑

相等。但是齒數(shù)多大，所以基圓直徑就大。根據(jù)漸開線的性質(zhì)，漸開線的形狀取決于基圓的大小，基圓小,則漸開線曲率

大,基圓大，則漸開線越趨于平直。因此，齒數(shù)多的齒輪與齒數(shù)少的齒輪相比，齒頂圓齒厚和齒根圓齒 厚均為大值。

4-10解 切制變位齒輪與切制標(biāo)準(zhǔn)齒輪用同一把刀具，只是刀具的位置不同。因此，它們的模數(shù)、壓

力角、齒距均分別與刀具相同，從而變位齒輪與標(biāo)準(zhǔn)齒輪的分度圓直徑和基圓直徑也相同。故參數(shù)、、、不變。

變位齒輪分度圓不變，但正變位齒輪的齒頂圓和齒根圓增大，且齒厚增大、齒槽寬變窄。因此、、變大，變小。

嚙合角 與節(jié)圓直徑 是一對(duì)齒輪嚙合傳動(dòng)的范疇。

4-11解 因

螺旋角

端面模數(shù)

端面壓力角

當(dāng)量齒數(shù)

分度圓直徑

齒頂圓直徑

齒根圓直徑

4-12解（1）若采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，則標(biāo)準(zhǔn)中心距應(yīng)

說明采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)時(shí)，實(shí)際中心距大于標(biāo)準(zhǔn)中心距，齒輪傳動(dòng)有齒側(cè)間隙，傳動(dòng)不

連續(xù)、傳動(dòng)精度低，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。（2）采用標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)時(shí)，因

螺旋角

分度圓直徑

節(jié)圓與分度圓重合4-13解，4-14解 分度圓錐角

分度圓直徑

齒頂圓直徑

齒根圓直徑

外錐距

齒頂角、齒根角

頂錐角

根錐角

當(dāng)量齒數(shù)

4-15答： 一對(duì)直齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是：兩齒輪的模數(shù)和壓力角必須分別相等，即、。

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

相反（外嚙合），即、、。

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

5-1解： 蝸輪 2和蝸輪3的轉(zhuǎn)向如圖粗箭頭所示，即

和。

圖 5.圖5.6 5-2解： 這是一個(gè)定軸輪系，依題意有：

齒條 6 的線速度和齒輪 5 ′分度圓上的線速度相等；而齒輪 5 ′的轉(zhuǎn)速和齒輪 5 的轉(zhuǎn)速相等，因 此有：

通過箭頭法判斷得到齒輪 5 ′的轉(zhuǎn)向順時(shí)針，齒條 6 方向水平向右。

5-3解：秒針到分針的傳遞路線為： 6→5→4→3，齒輪3上帶著分針，齒輪6上帶著秒針，因此有：。

分針到時(shí)針的傳遞路線為： 9→10→11→12，齒輪9上帶著分針，齒輪12上帶著時(shí)針，因此有：。

圖 5.7

圖5.8

5-4解： 從圖上分析這是一個(gè)周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2為行星輪，構(gòu)件

為行星

架。則有：

∵

∴

∴

當(dāng)手柄轉(zhuǎn)過，即 時(shí)，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過的角度，方向與手柄方向相同。

為行星架。5-5解： 這是一個(gè)周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2、2′為行星輪，構(gòu)件

則有：

∵，∴

∴

傳動(dòng)比

為10，構(gòu)件 與 的轉(zhuǎn)向相同。

圖 5.9

圖5.10

5-6解： 這是一個(gè)周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪 1為中心輪，齒輪2為行星輪，構(gòu)件

為行星架。

則有：

∵ ∵，∴ ∴

5-7解： 這是由四組完全一樣的周轉(zhuǎn)輪系組成的輪系，因此只需要計(jì)算一組即可。取其中一組作分 析，齒輪 4、3為中心輪，齒輪2為行星輪，構(gòu)件1為行星架。這里行星輪2是惰輪，因此它的齒數(shù)

與傳動(dòng)比大小無關(guān)，可以自由選取。

（1）

由圖知（2）

（3）又挖叉固定在齒輪上，要使其始終保持一定的方向應(yīng)有： 聯(lián)立（1）、（2）、（3）式得：

圖 5.11

圖5.12

5-8解： 這是一個(gè)周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2、2′為行星輪，為行星架。

∵，∴ ∴

與

方向相同

為行星架。5-9解： 這是一個(gè)周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2、2′為行星輪，∵設(shè)齒輪 1方向?yàn)檎?，則，∴ ∴

與 方向相同

圖 5.1圖5.14 5-10解： 這是一個(gè)混合輪系。其中齒輪 1、2、2′

3、齒輪2、2′為行星輪，為行星架。而齒輪4和行星架

組成周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪1、3為中心輪，組成定軸輪系。

在周轉(zhuǎn)輪系中：（1）

在定軸輪系中： 又因?yàn)椋海?）

（2）

聯(lián)立（1）、（2）、（3）式可得：

5-11解： 這是一個(gè)混合輪系。其中齒輪 4、5、6、7和由齒輪3引出的桿件組成周轉(zhuǎn)輪系，其中齒 輪4、7為中心輪，齒輪5、6為行星輪，齒輪3引出的桿件為行星架 輪

。而齒輪1、2、3組成定軸系。在周轉(zhuǎn)輪系中：（1）

在定軸輪系中：（2）

又因?yàn)椋?，時(shí)，的轉(zhuǎn)向與齒輪1和4的轉(zhuǎn)向相同。聯(lián)立（1）、（2）、（3）式可得：（1）當(dāng)，（2）當(dāng) 時(shí)，（3）當(dāng) 與齒輪1

和4的轉(zhuǎn)向相反。，時(shí)，的轉(zhuǎn)向

圖 5.1圖5.16

5-12解： 這是一個(gè)混合輪系。其中齒輪 4、5、6和構(gòu)件，齒輪5為行星輪，組成周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪4、6為中心輪

是行星架。齒輪1、2、3組成定軸輪系。

在周轉(zhuǎn)輪系中：（1）

在定軸輪系中： 又因?yàn)椋?，?）

（2）

聯(lián)立（1）、（2）、（3）式可得： 即齒輪 1 和構(gòu)件 的轉(zhuǎn)向相反。

5-13解： 這是一個(gè)混合輪系。齒輪 1、2、3、4組成周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪1、3為中心輪，齒輪2為 行星輪，齒輪4是行星架。齒輪4、5組成定軸輪系。

在周轉(zhuǎn)輪系中：，∴（1）

在圖 5.17中，當(dāng)車身繞瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，左右兩輪走過的弧長(zhǎng)與它們至 點(diǎn)的距離

成正比，即：聯(lián)立（1）、（2）兩式得到：，（2）

（3）

在定軸輪系中： 則當(dāng)：

時(shí)，代入（3）式，可知汽車左右輪子的速度分別為，5-14解： 這是一個(gè)混合輪系。齒輪 3、4、4′、5和行星架 心輪，齒輪4、4′為行星輪。齒輪1、2組成定軸輪系。

在周轉(zhuǎn)輪系中：

組成周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪3、5為中

（1）

在定軸輪系中： 又因?yàn)椋?，?）

（3）

（4）依題意，指針 轉(zhuǎn)一圈即

此時(shí)輪子走了一公里，即（5）

聯(lián)立（1）、（2）、（3）、（4）、（5）可求得

圖 5.18

圖5.19

5-15解： 這個(gè)起重機(jī)系統(tǒng)可以分解為 3個(gè)輪系：由齒輪3′、4組成的定軸輪系；由蝸輪蝸桿1′和5

組成的定軸輪系；以及由齒輪1、2、2′、3和構(gòu)件 組成的周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪1、3是中心輪，齒

輪4、2′為行星輪，構(gòu)件 是行星架。

一般工作情況時(shí)由于蝸桿 5不動(dòng)，因此蝸輪也不動(dòng)，即

（1）

在周轉(zhuǎn)輪系中：（2）

在定軸齒輪輪系中： 又因?yàn)椋?，?）

（3）

聯(lián)立式（1）、（2）、（3）、（4）可解得： 當(dāng)慢速吊重時(shí)，電機(jī)剎住，即

。，此時(shí)是平面定軸輪系，故有：

5-16解： 由幾何關(guān)系有：

又因?yàn)橄鄧Ш系凝X輪模數(shù)要相等，因此有上式可以得到： 故行星輪的齒數(shù)：

圖 5.20

圖5.21

5-17解： 欲采用圖示的大傳動(dòng)比行星齒輪，則應(yīng)有下面關(guān)系成立：

（1）（2）（3）

又因?yàn)辇X輪 1與齒輪3共軸線，設(shè)齒輪1、2的模數(shù)為 有：，齒輪2′、3的模數(shù)為，則

（4）

聯(lián)立（1）、（2）、（3）、（4）式可得

（5）

當(dāng)

可能取到1。因此 此，圖示的 時(shí)，（5）式可取得最大值1.0606；當(dāng)

時(shí)，（5）式接近1，但不的取值范圍是（1，1.06）。而標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的模數(shù)比是大于1.07的，因大傳動(dòng)比行星齒輪不可能兩對(duì)都采用直齒標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)，至少有一對(duì)是采用變位齒輪。

5-18解： 這個(gè)輪系由幾個(gè)部分組成，蝸輪蝸桿 1、2組成一個(gè)定軸輪系；蝸輪蝸桿5、4′組成一個(gè)定

軸輪系；齒輪1′、5′組成一個(gè)定軸輪系，齒輪4、3、3′、2′組成周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪2′、4是中

心輪，齒輪3、3′為行星輪，構(gòu)件 是行星架。

在周轉(zhuǎn)輪系中：

（1）

在蝸輪蝸桿 1、2中：（2）

在蝸輪蝸桿 5、4′中：（3）

在齒輪 1′、5′中：

又因?yàn)椋?，，?）

（5）

聯(lián)立式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）式可解得：，即。

5-19解： 這個(gè)輪系由幾個(gè)部分組成，齒輪 1、2、5′、3、組成周轉(zhuǎn)輪系，齒輪3′、4、5組成定軸輪系。

組成的周轉(zhuǎn)輪系中：，則

組成一個(gè)周轉(zhuǎn)輪系，齒輪 1、2、2′、在齒輪 1、2、5′、由幾何條件分析得到：

（1）

在齒輪 1、2、2′、3、由幾何條件分析得到：

組成的周轉(zhuǎn)輪系中：，則

（2）

在齒輪 3′、4、5組成的定軸輪系中：

（3）

又因?yàn)椋?，?）

聯(lián)立式（1）、（2）、（3）、（4）式可解得： 6-1解

頂圓直徑

齒高

齒頂厚

齒槽夾角

棘爪長(zhǎng)度

圖 6.1 題6-1解圖

6-2解

拔盤轉(zhuǎn)每轉(zhuǎn)時(shí)間

槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性系數(shù)

槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間

槽輪的靜止時(shí)間

6-3解 槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性系數(shù)

因： 6-4解 要保證

所以

則槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性系數(shù)應(yīng)為

因

得

，則

槽數(shù) 和拔盤的圓銷數(shù) 由此得當(dāng)取槽數(shù) 6-5 解：

之間的關(guān)系應(yīng)為：。

～8時(shí)，滿足運(yùn)動(dòng)時(shí)間等于停歇時(shí)間的組合只有一種：

機(jī)構(gòu)類型

工作特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力性能

適用場(chǎng)合

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方適用于低速、轉(zhuǎn)角不搖桿的往復(fù)擺動(dòng)變成棘輪的單棘輪機(jī)構(gòu)

便，運(yùn)動(dòng)可靠，但沖擊、大場(chǎng)合，如轉(zhuǎn)位、分度以向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)

噪音大，運(yùn)動(dòng)精度低

及超越等。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，撥盤的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)變成槽輪的間用于轉(zhuǎn)速不高的輕工槽輪機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)較平穩(wěn)，但有柔性沖歇轉(zhuǎn)動(dòng)

機(jī)械中

擊

不完全齒從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和靜止時(shí)間需專用設(shè)備加工，有用于具有特殊要求的輪機(jī)構(gòu)的比例可在較大范圍內(nèi)變化

較大沖擊

專用機(jī)械中

運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、定位精度凸輪式間只要適當(dāng)設(shè)計(jì)出凸輪的輪廓，可用于載荷較大的場(chǎng)

高，動(dòng)荷小，但結(jié)構(gòu)較復(fù)歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

就能獲得預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

合

雜

第四篇：第五版 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1-18章答案(全)

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)習(xí)題答案

第一章平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析

1-1至1-4解 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下圖所示。

圖 1-1 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

1-5 解

1-6 解

1-7 解

1-8 解

1-9 解

1-10 解

1-11 解

1-14解 該正切機(jī)構(gòu)的全部瞬心如圖所示，構(gòu)件 3的速度為：，方向垂直向上。

第二章平面連桿機(jī)構(gòu)

題 2-1答 : a）b）c）d）

題 2-3 見圖 2.16。，且最短桿為機(jī)架，因此是雙曲柄機(jī)構(gòu)。，且最短桿的鄰邊為機(jī)架，因此是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。，不滿足桿長(zhǎng)條件，因此是雙搖桿機(jī)構(gòu)。，且最短桿的對(duì)邊為機(jī)架，因此是雙搖桿機(jī)構(gòu)。

圖 2.16

題 2-4解 :（1）由公式，并帶入已知數(shù)據(jù)列方程有：

因此空回行程所需時(shí)間

（2）因?yàn)榍栈匦谐逃脮r(shí) 轉(zhuǎn)過的角度為，；

因此其轉(zhuǎn)速為： 題 2-5

轉(zhuǎn) / 分鐘

解 :（1）由題意踏板

在水平位置上下擺動(dòng)，就是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中搖桿的極限位置，此時(shí)曲柄與連桿處于兩次共線位置。取適當(dāng)比例 圖 尺，作出兩次極限位置 和 解得 ：（見圖2.17）。由圖量得：。

由已知和上步求解可知：，，和

代入公式（2）因最小傳動(dòng)角位于曲柄與機(jī)架兩次共線位置，因此?。?-3）計(jì)算可得：

或：

代入公式（2-3）′，可知

題 2-6解： 因?yàn)楸绢}屬于設(shè)計(jì)題，只要步驟正確，答案不唯一。這里給出基本的作圖步驟，不給出具體數(shù)值答案。作圖步驟如下（見圖 2.18）：

（1）求（2）作（3）以（4）作 在圖上量取，為底作直角三角形 的外接圓，在圓上取點(diǎn)，和機(jī)架長(zhǎng)度

；并確定比例尺。

。（即搖桿的兩極限位置），即可。，搖桿長(zhǎng)度。

。則曲柄長(zhǎng)度

。在得到具體各桿數(shù)據(jù)之后，代入公式（2 — 3）和（2-3）′求最小傳動(dòng) 角，能滿足

即可。

圖 2.18 題 2-7

圖 2.19

解 : 作圖步驟如下（見圖 2.19）：

（1）求（2）作（3）作，頂角，；并確定比例尺。

。的外接圓，則圓周上任一點(diǎn)都可能成為曲柄中心。

相距，交圓周于。解得 ：

點(diǎn)。（4）作一水平線，于（5）由圖量得 曲柄長(zhǎng)度：

連桿長(zhǎng)度：

題 2-8

解 : 見圖 2.20，作圖步驟如下：

（1）（2）取，選定。，作

和。

（3）定另一機(jī)架位置：（4），角平分線。

桿即是曲柄，由圖量得 曲柄長(zhǎng)度：

題 2-9解： 見圖 2.21，作圖步驟如下：

（1）求，作，與，，由此可知該機(jī)構(gòu)沒有急回特性。

。（即搖桿的兩極限位置）

點(diǎn)。

和機(jī)架長(zhǎng)度

。（2）選定比例尺（3）做（4）在圖上量取 曲柄長(zhǎng)度：

交于

連桿長(zhǎng)度：

第三章 凸輪機(jī)構(gòu)

3-1解

圖 3.10 題3-1解圖 如圖 3.10所示，以O(shè)為圓心作圓并與導(dǎo)路相切，此即為偏距圓。過B點(diǎn)作偏距圓的下切線，此線為

凸輪與從動(dòng)件在B點(diǎn)接觸時(shí)，導(dǎo)路的方向線。推程運(yùn)動(dòng)角 3-2解

如圖所示。

圖 3.12 題3-2解圖 如圖 3.12所示，以O(shè)為圓心作圓并與導(dǎo)路相切，此即為偏距圓。過D點(diǎn)作偏距圓的下切線，此線為

凸輪與從動(dòng)件在D點(diǎn)接觸時(shí)，導(dǎo)路的方向線。凸輪與從動(dòng)件在D點(diǎn)接觸時(shí)的壓力角圖所示。

如第四章 齒輪機(jī)構(gòu)

4-1解

分度圓直徑

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、齒槽寬

4-2解由

分度圓直徑

4-3解 由

可得模數(shù)

得

4-4解

分度圓半徑

分度圓上漸開線齒廓的曲率半徑

分度圓上漸開線齒廓的壓力角

基圓半徑

基圓上漸開線齒廓的曲率半徑為 0；

壓力角為。

齒頂圓半徑

齒頂圓上漸開線齒廓的曲率半徑

齒頂圓上漸開線齒廓的壓力角

4-5解

正常齒制漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的齒根圓直徑：

基圓直徑

假定

故當(dāng)齒數(shù)，基圓小于 齒根圓。則解

得

時(shí)，正常齒制漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基圓大于齒根圓；齒數(shù)

4-6解

中心距

內(nèi)齒輪分度圓直徑

內(nèi)齒輪齒頂圓直徑

內(nèi)齒輪齒根圓直徑

4-9解 模數(shù)相等、壓力角相等的兩個(gè)齒輪，分度圓齒厚

相等。但是齒數(shù)多的齒輪分度圓直徑

大，所以基圓直徑就大。根據(jù)漸開線的性質(zhì)，漸開線的形狀取決于基圓的大小，基圓小,則漸開線曲率

大,基圓大，則漸開線越趨于平直。因此，齒數(shù)多的齒輪與齒數(shù)少的齒輪相比，齒頂圓齒厚和齒根圓齒 厚均為大值。

第五章 輪系

5-1解： 蝸輪 2和蝸輪3的轉(zhuǎn)向如圖粗箭頭所示，即

和。

圖 5.圖5.2

5-2解： 這是一個(gè)定軸輪系，依題意有：

齒條 6 的線速度和齒輪 5 ′分度圓上的線速度相等；而齒輪 5 ′的轉(zhuǎn)速和齒輪 5 的轉(zhuǎn)速相等，因此有：

通過箭頭法判斷得到齒輪 5 ′的轉(zhuǎn)向順時(shí)針，齒條 6 方向水平向右。

5-3解：秒針到分針的傳遞路線為： 6→5→4→3，齒輪3上帶著分針，齒輪6上帶著秒針，因此有。

分針到時(shí)針的傳遞路線為： 9→10→11→12，齒輪9上帶著分針，齒輪12上帶著時(shí)針，因此有：。

圖 5.3圖5.4

5-4解： 從圖上分析這是一個(gè)周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2為行星輪，構(gòu)件 為行星架。則有：

∵，∴，∴

當(dāng)手柄轉(zhuǎn)過 相同。，即 時(shí)，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過的角度，方向與手柄方向5-5解： 這是一個(gè)周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2、2′為行星輪，構(gòu)件 行星架。

為則有：

∵，∴

∴

傳動(dòng)比 為10，構(gòu)件

與 的轉(zhuǎn)向相同。

圖 5.5

圖5.6

5-6解： 這是一個(gè)周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪 1為中心輪，齒輪2為行星輪，構(gòu)件

為行星架。

則有：

∵ ∵

，∴ ∴

圖 5.8

圖5.8

為5-8解： 這是一個(gè)周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2、2′為行星輪，行星架。

∵，∴ ∴

與

方向相同

為行星5-9解： 這是一個(gè)周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2、2′為行星輪，架。

∵設(shè)齒輪 1方向?yàn)檎?，則，∴ ∴

與

方向相同

圖 5.9

5-11解： 這是一個(gè)混合輪系。其中齒輪 4、5、6、7和由齒輪3引出的桿件組成周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪4、7為中心輪，齒輪5、6為行星輪，齒輪3引出的桿件為行星架

。而齒輪1、2、3組成定軸輪系。在周轉(zhuǎn)輪系中：（1）

在定軸輪系中： 又因?yàn)椋?，?）

聯(lián)立（1）、（2）、（3）式可得：（1）當(dāng)，時(shí)，的轉(zhuǎn)向與齒輪1和4的轉(zhuǎn)向相同。

（2）當(dāng)（3）當(dāng) 的轉(zhuǎn)向與齒輪1 和4的轉(zhuǎn)向相反。

時(shí)，時(shí)，圖 5.1

1第九章 機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論

9-1答 退火：將鋼加熱到一定溫度，并保溫到一定時(shí)間后，隨爐緩慢冷卻的熱處理方法。主要用來消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度，便于切削。

正火：將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間后，空冷或風(fēng)冷的熱處理方法?？上齼?nèi)應(yīng)力，降低硬度，便于切削加工；對(duì)一般零件，也可作為最終熱處理，提高材料的機(jī)械性能。

淬火：將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間后，浸入到淬火介質(zhì)中快速冷卻的熱處理方法?？商岣卟牧系挠捕群湍湍バ?，但存在很大的內(nèi)應(yīng)力，脆性也相應(yīng)增加。淬火后一般需回火。淬火還可提高其抗腐蝕性。

調(diào)質(zhì)：淬火后加高溫回火的熱處理方法?？色@得強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等均較好的綜合力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于較為重要的零件設(shè)計(jì)中。

表面淬火：迅速將零件表面加熱到淬火溫度后立即噴水冷卻，使工件表層淬火的熱處理方法。主要用于中碳鋼或中碳合金鋼，以提高表層硬度和耐磨性，同時(shí)疲勞強(qiáng)度和沖擊韌性都有所提高。

滲碳淬火：將工件放入滲碳介質(zhì)中加熱，并保溫一定時(shí)間，使介質(zhì)中的碳滲入到鋼件中的熱處理方法。適合于低碳鋼或低碳合金鋼，可提高表層硬度和耐磨性，而仍保留芯部的韌性和高塑性。

第十章 連接

10-1證明 當(dāng)升角當(dāng) 與當(dāng)量摩擦角

符合

時(shí)，螺紋副具有自鎖性。

時(shí)，螺紋副的效率

所以具有自鎖性的螺紋副用于螺旋傳動(dòng)時(shí)，其效率必小于 50%。10-2解 由教材表10-

1、表10-2查得

，粗牙，螺距，中徑

螺紋升角

中徑，細(xì)牙，螺距，螺紋升角

對(duì)于相同公稱直徑的粗牙螺紋和細(xì)牙螺紋中，細(xì)牙螺紋的升角較小，更易實(shí)現(xiàn)自鎖。

10-4解（1）升角

當(dāng)量摩擦角

工作臺(tái)穩(wěn)定上升時(shí)的效率：

（2）穩(wěn)定上升時(shí)加于螺桿上的力矩

（3）螺桿的轉(zhuǎn)速

螺桿的功率

（4）因，該梯形螺旋副不具有自鎖性，欲使工作臺(tái)在載荷

作用下等速下降，需制動(dòng)裝置。其制動(dòng)力矩為

10-5解 查教材表9-1得 Q235的屈服極限

查教材表 10-6得，當(dāng)控制預(yù)緊力時(shí)，取安全系數(shù)，由許用應(yīng)力

查教材表 10-1得 的小徑

由公式

得

預(yù)緊力

由題圖可知，螺釘個(gè)數(shù)，取可靠性系數(shù)

牽曳力

10-6解 此聯(lián)接是利用旋轉(zhuǎn)中間零件使兩端螺桿受到拉伸 ,故螺桿受到拉扭組合變形。查教材表 9-1得，拉桿材料Q275的屈服極限，取安全系數(shù)，拉桿材料的許用應(yīng)力

所需拉桿最小直徑

查教材表 10-1，選用螺紋

（

）。

10-7解 查教材表 9-1得，螺栓35鋼的屈服極限，查教材表 10-

6、10-7得螺栓的許用應(yīng)力 查教材表 10-1得，的小徑

螺栓所能承受的最大預(yù)緊力

所需的螺栓預(yù)緊拉力 則施加于杠桿端部作用力 的最大值

第十一章 齒輪傳動(dòng)

11-1 解 1）由公式可知：

輪齒的工作應(yīng)力不變，則 則，若

之間的關(guān)系：，該齒輪傳動(dòng)能傳遞的功率

與其當(dāng)量齒數(shù) 11-6解 斜齒圓柱齒輪的齒數(shù)

（1）計(jì)算傳動(dòng)的角速比用齒數(shù)。

選盤形銑刀刀號(hào)。（2）用成型法切制斜齒輪時(shí)用當(dāng)量齒數(shù)（3）計(jì)算斜齒輪分度圓直徑用齒數(shù)。（4）計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí)用當(dāng)量齒數(shù)

查取齒形系數(shù)。

11-7解 見題11-7解圖。從題圖中可看出，齒輪1為左旋，齒輪2為右旋。當(dāng)齒輪1為主動(dòng)時(shí)按左手定則判斷其軸向力

；當(dāng)齒輪2為主動(dòng)時(shí)按右手定則判斷其軸向力。

輪1為主動(dòng) 輪2為主動(dòng)時(shí)

圖 11.2 題11-7解圖 11-8解 見題11-8解圖。齒輪2為右旋，當(dāng)其為主動(dòng)時(shí)，按右手定則判斷其軸向力方向 徑向力總是指向其轉(zhuǎn)動(dòng)中心；圓向力 的方向與其運(yùn)動(dòng)方向相反。

；

圖 11.3 題11-8解圖

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

（2）由題圖可知：、、、、分度圓直徑

軸向力

要使軸向力互相抵消，則：

即

第十二章 蝸桿傳動(dòng)

12-1解 ：從例 12-1已知的數(shù)據(jù)有：，中心距蝸輪的分度圓直徑：

蝸輪和蝸桿的齒頂高： 蝸輪和蝸桿的齒根高： 蝸桿齒頂圓直徑： 蝸輪喉圓直徑： 蝸桿齒根圓直徑： 蝸輪齒根圓直徑：，，，因此可以求得有關(guān)的幾何尺寸如下：

蝸桿軸向齒距和蝸輪端面齒距： 徑向間隙：

12-2 解 ：（1）從圖示看，這是一個(gè)左旋蝸桿，因此用右手握桿，四指 可以得到從主視圖上看，蝸輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。（見圖12.3）

（2）由題意，根據(jù)已知條件，可以得到蝸輪上的轉(zhuǎn)矩為

蝸桿的圓周力與蝸輪的軸向力大小相等，方向相反，即：

蝸桿的軸向力與蝸輪的圓周力大小相等，方向相反，即：

蝸桿的徑向力與蝸輪的徑向力大小相等，方向相反，即：

各力的方向如圖 12-2所示。，大拇指，圖12.2

12-3 解 ：（1）先用箭頭法標(biāo)志出各輪的轉(zhuǎn)向，如圖12.5所示。由于錐齒輪軸向力指向大端，因此可以判斷出蝸輪軸向力水平向右，從而判斷出蝸桿的轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針，如圖12.5所示。因此根據(jù)蝸輪和蝸桿的轉(zhuǎn)向，用手握法可以判定蝸桿螺旋線為右旋。

（2）各輪軸軸向力方向如圖12.5所示。

圖 12.4

12-6解（1）重物上升，卷筒轉(zhuǎn)的圈數(shù)為： 轉(zhuǎn)；

由于卷筒和蝸輪相聯(lián)，也即蝸輪轉(zhuǎn)的圈數(shù)為 圈；因此蝸桿轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)為：

轉(zhuǎn)。

（2）該蝸桿傳動(dòng)的蝸桿的導(dǎo)程角為：

而當(dāng)量摩擦角為 比較可見，因此該機(jī)構(gòu)能自鎖。

（3）手搖轉(zhuǎn)臂做了輸入功，等于輸出功和摩擦損耗功二者之和。輸出功

焦耳；

依題意本題摩擦損耗就是蝸輪蝸桿嚙合損耗，因此嚙合時(shí)的傳動(dòng)效率

則輸入功應(yīng)為

由于蝸桿轉(zhuǎn)了 即： 可得：

轉(zhuǎn)，因此應(yīng)有：

焦耳。

圖 12.6 12-7解 蝸輪的分度圓直徑：

蝸輪和蝸桿的齒頂高： 蝸輪和蝸桿的齒根高： 蝸桿齒頂圓直徑： 蝸輪喉圓直徑：

蝸桿齒根圓直徑： 蝸輪齒根圓直徑：

蝸桿軸向齒距和蝸輪端面齒距： 徑向間隙：

第十三章 帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)

13-1解（1）

（2）

=

=2879.13mm

（3）不考慮帶的彈性滑動(dòng)時(shí)，（4）滑動(dòng)率 時(shí)，13-2解（1）

（2）

=

（3）

= =

第十四章 軸

14-1解 I 為傳動(dòng)軸，II、IV 為轉(zhuǎn)軸，III 為心軸。

14-2解

圓整后取 d=37 mm。

14-3解

14-4解

按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算，即：

代入數(shù)值計(jì)算得：。

第十五章 滑動(dòng)軸承

15-1答 滑動(dòng)軸承按摩擦狀態(tài)分為兩種：液體摩擦滑動(dòng)軸承和非液體摩擦滑動(dòng)軸承。

液體摩擦滑動(dòng)軸承：兩摩擦表面完全被液體層隔開，摩擦性質(zhì)取決于液體分子間的粘性阻力。根據(jù)油膜形成機(jī)理的不同可分為液體動(dòng)壓軸承和液體靜壓軸承。

非液體摩擦滑動(dòng)軸承：兩摩擦表面處于邊界摩擦或混合摩擦狀態(tài)，兩表面間有潤(rùn)滑油，但不足以將兩表面完全隔離，其微觀凸峰之間仍相互搓削而產(chǎn)生磨損。

第十六章 滾動(dòng)軸承

16-1解 由手冊(cè)查得6005 深溝球軸承，窄寬度，特輕系列，內(nèi)徑，普通精度等級(jí)（0級(jí)）。主要承受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷；可用于高速傳動(dòng)。

N209/P6 圓柱滾子軸承，窄寬度，輕系列，內(nèi)徑，6級(jí)精度。只能承受徑向載荷，適用于支承剛度大而軸承孔又能保證嚴(yán)格對(duì)中的場(chǎng)合，其徑向尺寸輕緊湊。

7207CJ 角接觸球軸承，窄寬度，輕系列，內(nèi)徑，接觸角 ,鋼板沖壓保持架，普通精度等級(jí)。既可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷，適用于高速無沖擊, 一般成對(duì)使用，對(duì)稱布置。

30209/P5 圓錐滾子軸承，窄寬度，輕系列，內(nèi)徑，5級(jí)精度。能同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷。適用于剛性大和軸承孔能嚴(yán)格對(duì)中之處，成對(duì)使用，對(duì)稱布置。16-2解 室溫下工作查教材附表 1，（1）當(dāng)量動(dòng)載荷

；載荷平穩(wěn)

時(shí)，球軸承

在此載荷上，該軸承能達(dá)到或超過此壽命的概率是 90%。（2）當(dāng)量動(dòng)載荷

時(shí)

16-3解 室溫下工作

；載荷平穩(wěn)，球軸承

當(dāng)量動(dòng)載荷

查教材附表1，可選用軸承6207（基本額定動(dòng)載荷 16-4解（1）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷

查手冊(cè)，6313的，）。

，查教材表16-12，并插值可得

當(dāng)量動(dòng)載荷，所以，（2）計(jì)算所需基本額定動(dòng)載荷 查教材表 16-9，室溫下工作

；查教材表16-10有輕微沖擊，球軸承

因所需的，所以該軸承合適。

已接近，暫選 的角接觸軸承類型16-6解（1）按題意，外加軸向力

70000AC。

（2）計(jì)算軸承的軸向載荷(解圖見16.4b)由教材表 16-13查得，軸承的內(nèi)部派生軸向力，方向向左，方向向右

因

軸承 1被壓緊

軸承 2被放松（3）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷

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

查教材表 16-9，常溫下工作，球軸承時(shí)，；并取軸承1的當(dāng)量動(dòng)載荷為計(jì)算依據(jù)

；查教材表16-10，有中等沖擊，取 ；

查手冊(cè)，根據(jù) 動(dòng)載荷）。

16-7 根據(jù)工作要求，選用內(nèi)徑 軸的轉(zhuǎn)速，運(yùn)轉(zhuǎn)條件正常，預(yù)期壽命

解 正常條件下，當(dāng)量動(dòng)載荷

；

；滾子軸承，試選擇軸承型號(hào)。的圓柱滾子軸承。軸承的徑向載荷，和軸頸，選用角接觸球軸承7308AC合適（基本額定

查手冊(cè)，根據(jù)）。

和軸頸，選用圓柱滾子軸承N310（基本額定動(dòng)載荷

第十七章 聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器

17-1解 1）選擇型號(hào)：因此類機(jī)組一般為中小型，所需傳遞的功率中等，直流發(fā)電機(jī)載荷平穩(wěn)，軸的彎曲變形較小，聯(lián)接之后不再拆動(dòng)，故選用傳遞轉(zhuǎn)矩大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的固定式剛性聯(lián)軸器，如凸緣聯(lián)軸器。

2）按傳遞最大功率

求計(jì)算轉(zhuǎn)矩

轉(zhuǎn)矩。

。則計(jì)算轉(zhuǎn)矩

由教材表 17-1查得，當(dāng)工作機(jī)為發(fā)電機(jī)時(shí)的工作情況系數(shù)

根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩、軸的轉(zhuǎn)速 GB5843-1986鉸制孔型凸緣聯(lián)軸器 YL9。其許用轉(zhuǎn)矩為

。其

他主要尺寸：螺栓孔中心所在圓直徑，6只M10 螺栓。、外伸軸直徑d=45mm查手冊(cè)，可用標(biāo)準(zhǔn)，許用最大轉(zhuǎn)速

第十八章 彈簧

18-1解 1）彈簧絲最大剪應(yīng)力取 質(zhì)查教材表18-1得故

由式（18-2）可解得最大工作載荷

時(shí)對(duì)應(yīng)著最大工作載荷

由彈簧的材料、載荷性。

；由彈簧絲直徑 查教材表18-2得

將，及由教材圖18-6查得

代入上式，得

在 作用下的變形量

即為最大變形量，由式（18-4）得

2）采用端部磨平結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)兩端各有3/4圈并緊，其有效圈數(shù)為

圈

則其并緊高度

將 代入自由高度計(jì)算式，得其自由高度

3）驗(yàn)算穩(wěn)定性

符合穩(wěn)定性要求。

第五篇：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)_課后答案_(陳曉南)

第三章部分題解參考

3-5 圖3-37所示為一沖床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)者的意圖是通過齒輪1帶動(dòng)凸輪2旋轉(zhuǎn)后，經(jīng)過擺桿3帶動(dòng)導(dǎo)桿4來實(shí)現(xiàn)沖頭上下沖壓的動(dòng)作。試分析此方案有無結(jié)構(gòu)組成原理上的錯(cuò)誤。若有，應(yīng)如何修改？

習(xí)題3-5圖

習(xí)題3-5解圖(a)

習(xí)題3-5解圖(b)

習(xí)題3-5解圖(c)

解 畫出該方案的機(jī)動(dòng)示意圖如習(xí)題3-5解圖(a)，其自由度為：

F?3n?2P5?P4 ?3?3?2?4?1 ?0其中：滾子為局部自由度

計(jì)算可知：自由度為零，故該方案無法實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)，即結(jié)構(gòu)組成原理上有錯(cuò)誤。解決方法：①增加一個(gè)構(gòu)件和一個(gè)低副，如習(xí)題3-5解圖(b)所示。其自由度為：

F?3n?2P5?P4 ?3?4?2?5?1 ?1②將一個(gè)低副改為高副，如習(xí)題3-5解圖(c)所示。其自由度為：

F?3n?2P5?P4 ?3?3?2?3?2 ?13-6 畫出圖3-38所示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（運(yùn)動(dòng)尺寸由圖上量?。?，并計(jì)算其自由度。

習(xí)題3-6(a)圖

習(xí)題3-6(d)圖

解(a)習(xí)題3-6(a)圖所示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖可畫成習(xí)題3-6(a)解圖(a)或習(xí)題3-6(a)解圖(b)的兩種形式。

自由度計(jì)算：

F?3n?2P5?P4?3?3?2?4?0?1

解(b)F?3n?2P5?P4?3?5?2?7?0?1

B為復(fù)合鉸鏈，移動(dòng)副E、F中有一個(gè)是虛約束 原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)為1 說明：該機(jī)構(gòu)為飛剪機(jī)構(gòu)，即在物體的運(yùn)動(dòng)過程中將其剪切。剪切時(shí)剪刀的水平運(yùn)動(dòng)速度與被剪物體的水平運(yùn)動(dòng)速度相等，以防止較厚的被剪物體的壓縮或拉伸。

解(c)方法一：將△FHI看作一個(gè)構(gòu)件

F?3n?2P5?P4?3?10?2?14?0?2

B、C為復(fù)合鉸鏈 原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)為2 方法二：將FI、FH、HI看作為三個(gè)獨(dú)立的構(gòu)件

F?3n?2P5?P4?3?12?2?17?0?2

B、C、F、H、I為復(fù)合鉸鏈 原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)為2 說明：該機(jī)構(gòu)為剪板機(jī)機(jī)構(gòu)，兩個(gè)剪刀刀口安裝在兩個(gè)滑塊上，主動(dòng)件分別為構(gòu)件AB和DE。剪切時(shí)僅有一個(gè)主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)，用于控制兩滑塊的剪切運(yùn)動(dòng)。而另一個(gè)主動(dòng)件則用于控制剪刀的開口度，以適應(yīng)不同厚度的物體。

解(d)F?(3?1)n?(2?1)P5?(3-1)?3?(2?1)?5?1

原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)為1 說明：該機(jī)構(gòu)為全移動(dòng)副機(jī)構(gòu)（楔塊機(jī)構(gòu)），其公共約束數(shù)為1，即所有構(gòu)件均受到不能繞垂直于圖面軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的約束。

解(e)F?3n?2P5?P4?3?3?2?3?0?3

原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)為3 說明：該機(jī)構(gòu)為機(jī)械手機(jī)構(gòu)，機(jī)械手頭部裝有彈簧夾手，以便夾取物體。三個(gè)構(gòu)件分別由三個(gè)獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以滿足彈簧夾手的位姿要求。彈簧夾手與構(gòu)件3在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故應(yīng)為同一構(gòu)件。

3-10 找出圖3-42所示機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)的所有瞬心。若已知構(gòu)件1的角速度?1，試求圖中機(jī)構(gòu)所示位置時(shí)構(gòu)件3的速度或角速度（用表達(dá)式表示）。

解(a)

v3?vP13??1lP13P14（←）

解(b)

v3?vP13??1lP13P14（↓）

∴ b≥d?c?a?21?8?17?12

結(jié)論：12≤b≤30時(shí)機(jī)構(gòu)有曲柄存在，DC桿為曲柄

6-13 設(shè)計(jì)一腳踏軋棉機(jī)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。AD在鉛垂線上，要求踏板CD在水平位置上下各擺動(dòng)10°，且lCD=500mm，lAD=1000mm。試用圖解法求曲柄AB和連桿BC的長(zhǎng)度。

解 lAB??lAB?0.01?7.8?0.078 m?78 mm

lBC??lBC?0.01?111.5?1.115 m?1115 mm

6-14 設(shè)計(jì)一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。已知搖桿長(zhǎng)度l4?100擺角??450，行程速比系數(shù)K?1.25。試根據(jù)?min mm，≥40o的條件確定其余三桿的尺寸。解 ??180?K?11.25?1?180???20? K?11.25?1lAB??lAB?0.002?14.5?0.028 m?28 mm lBC??lBC?0.002?73.3?0.1466 m?146.6 mm

?min?32.42?

不滿足?min≥40o傳力條件，重新設(shè)計(jì)

lAB??lAB?0.002?16.9?0.0338 m?33.8 mm lBC??lBC?0.002?54.3?0.1086 m?108.6 mm

?min?40.16?

滿足?min≥40o傳力條件

6-15 設(shè)計(jì)一導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。已知機(jī)架長(zhǎng)度l1?100 mm，行程速比系數(shù)K?1.4，試用圖解法求曲柄的長(zhǎng)度。解 ??180?K?11.4?1?180???30? K?11.4?1lAB??lAB1?0.002?12.94?0.02588 m?25.88 mm

6-16 設(shè)計(jì)一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。已知滑塊的行程s?50 mm，偏距e?10 mm。行程速比系數(shù)K?1.4。試用作圖法求出曲柄和連桿的長(zhǎng)度。

87-13 設(shè)計(jì)一滾子對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。已知凸輪基圓半徑rb?40mm，滾子半徑rk?10mm；凸輪逆時(shí)針等速回轉(zhuǎn)，從動(dòng)件在推程中按余弦加速度規(guī)律運(yùn)動(dòng)，回程中按等加-等減速規(guī)律運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)

??60?，試?yán)L制從件行程h?32mm；凸輪在一個(gè)循環(huán)中的轉(zhuǎn)角為：?t?150?，?s?30?，?h?120?，?s動(dòng)件位移線圖和凸輪的廓線。解

7-14 將7-13題改為滾子偏置移動(dòng)從動(dòng)件。偏距e?20mm,試?yán)L制其凸輪的廓線。解

7-15 如圖7-33所示凸輪機(jī)構(gòu)。試用作圖法在圖上標(biāo)出凸輪與滾子從動(dòng)件從C點(diǎn)接觸到D點(diǎn)接觸時(shí)凸輪的轉(zhuǎn)角?CD，并標(biāo)出在D點(diǎn)接觸時(shí)從動(dòng)件的壓力角?D和位移sD。

011

③許用應(yīng)力計(jì)算：

N1?60n1?Lh?60?960?1?(5?300?8)?6.9?108N2?60n2?Lh?60?320?1?(5?300?8)?2.3?108

P164 圖8-34：YN1?0.88，YN2?0.92 P165 圖8-35：ZN1?0.98，ZN2?0.94

P164 表8-8： SFmin?1.25，SHmin?1.0（失效概率≤1/100）P162 圖8-32(c)：?Flim1?220 MPa，?Flim2?270 MPa P163 圖8-33(c)：?Hlim1?550 MPa，?Hlim2?620 MPa

YST?2.0

?Y220?2P162 式8-27：[?F1]?Flim1STYN1??0.88?309.76 MPa

SFmin1.25[?F2]??Flim2YSTSFminYN2?270?2?0.92?397.44 MPa 1.25P162 式8-28：[?H1]?[?H2]??Hlim1SHminZN1?ZN2?550?0.98?539 MPa 1620?0.94?582.8 MPa 1?Hlim2SHmin[?H]?{[?H1]，[?H2]}min?582.8 MPa

④驗(yàn)算齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度：

P160 表8-7： ZE?189.8 MPa P161 圖8-31：ZH?2.5 P160 式8-26：Z??4???34?1.71?0.87 3500KT1(u?1)3

b2uZZZP160 式8-25：?H?EH?a189.8?2.5?0.87500?1.58?99.48?(3?1)3 ??460 MPa

15060?3?H＜[?H] 齒面接觸疲勞強(qiáng)度足夠

⑤驗(yàn)算齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度：

P157 圖8-28：YFa1?2.64，YFa2?2.26 P158 圖8-29：YSa1?1.6，YSa2?1.78

0.750.75P158 式8-23：Y??0.25??0.25??0.69

?1.71P158 式8-22：?F1?2000KT12000?1.58?99.48YFa1YSa1Y???2.64?1.6?0.69?62.65 MPa d1b1m75?65?32000KT12000?1.58?99.48YFa2YSa2Y???2.26?1.78?0.69?64.63 MPa d1b2m75?60?3?F2??F1＜[?F1] 齒輪1齒根彎曲疲勞強(qiáng)度足夠

?F2＜[?F2] 齒輪2齒根彎曲疲勞強(qiáng)度足夠

第十章部分題解參考

10-4 在圖10-23所示的輪系中，已知各輪齒數(shù)，3?為單頭右旋蝸桿，求傳動(dòng)比i15。解 i15? zzzzzzzn130?60?30??2345??345????90 n5z1z2z3?z4?z1z3?z4?20?1?30-13∵ i12?i1?4??Hi2?4?n1z299n???99→n2?1(↓)n2z1199n1?z5?z4?100?10010000101n1→n4??(↑)???n4?z1?z5101?110110000n2??nHz1?4??1→nH?(n2??n4)

n4?nHz2?2∴ nH?(n2??n4)?(i1H?n1?1980000 nH121n1101n1n1 ?)?***