機械設(shè)計基礎(chǔ)第2版朱龍英主編課后習(xí)題答案

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》

目錄

第0章緒論--------------------------------------------1

第一章平面機構(gòu)運動簡圖及其自由度---------------------2

第二章平面連桿機構(gòu)-------------------------------------4

第三章凸輪機構(gòu)----------------------------------------6

第四章齒輪機構(gòu)----------------------------------------8

第五章輪系及其設(shè)計------------------------------------19

第六章間歇運動機構(gòu)-----------------------------------26

第七章機械的調(diào)速與平衡-------------------------------29

第八章帶傳動-----------------------------------------34

第九章鏈傳動-----------------------------------------38

第十章聯(lián)接-------------------------------------------42

第H章軸-------------------------------------------46

第十二章滾動軸承--------------------------------50

第十三章滑動軸承-------------------------------56

第十四章聯(lián)軸器和離合器-------------------------59

第十五章彈簧-----------------------------------62

第十六章機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計---------------------65

第0章緒論

12-3機器的特征是什么？機器和機構(gòu)有何區(qū)別？

［解］1）都是許多人為實物的組合；

2）實物之間具有確定的相對運動；

3）能完成有用的機械功能或轉(zhuǎn)換機械能。

0-2構(gòu)件和零件的區(qū)別是什么？指出縫紉機的通用和專用零件。

［解］構(gòu)件是運動的基本單元，而零件是制造的基本單元。

縫紉機上的通用零件有：螺絲、螺母、齒輪等，專用零

件有：曲軸、凸輪、飛輪、腳踏板等。

0-3機械零件常用的材料有哪幾類？

［解］有鋼、鑄鐵、有色金屬、非金屬材料等。

0-4機械零件的主要計算準(zhǔn)則有哪些？

［解］有強度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、壽命準(zhǔn)則和振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則。

0-5機械零件結(jié)構(gòu)工藝性的基本要求有哪些？

［解］1）選擇合理的毛坯；2）結(jié)構(gòu)簡單、便于加工；3）便

于裝折和維修。

0-6為什么在設(shè)計機械時要盡量采用標(biāo)準(zhǔn)零件？

［解］使用標(biāo)準(zhǔn)零件，可以簡化設(shè)計工作，可以有效地組

織現(xiàn)代化生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，提高勞動生

產(chǎn)率。

第一章平面機構(gòu)運動簡圖及其自由

度

1-1一個在平面內(nèi)自由遠(yuǎn)東的構(gòu)件有多少個自由度？

［解］有3個自由度。

1-2在平面內(nèi)運動副所產(chǎn)生的約束數(shù)與自由度有何關(guān)系？

［解］約束數(shù)+自由度=3

1-3如何判別有構(gòu)件和運動副組成的系統(tǒng)是否具有確定的相對

運動？

［解］自由度數(shù)=原動件數(shù)系統(tǒng)無確定的相對運動

自由度數(shù)/原動件數(shù)系統(tǒng)有確定的相對運動

1-4在計算機構(gòu)的自由度時應(yīng)注意哪兒個問題？

［解］復(fù)合較鏈、局部自由度和虛約束。

1-5繪制機構(gòu)運動簡圖時，用什么來表示機構(gòu)和運動副？

［解］用簡單的線條和符號表示構(gòu)件和運動副。

1-6繪制圖1-15所示的機構(gòu)運動簡圖，并計算其自由度。

［解］

a)n=3,PL=4,PH=0

F=3x3-2x4=1

b)〃=4,PL=5,PH=1

F=3x4-2x5-1=1

c)〃=3,PL=4,Pn=0

F=3x3-2x4=1

d)n=3,/\=4,%=0

F=3x3-2x4=1

1-7試計算下列圖示機構(gòu)的自由度，并指出機構(gòu)中存在的復(fù)合較

鏈，局部自由度或虛約束。

［解］

a)n=5,PL=7,PH=0

F=3x5-2x7=1

b)〃=5,匕=7,=0(c處為復(fù)合較鏈)

F=3x5-2x7=1

c)n=5,PL=1,Pn=0

F=3x5-2x7=1

d)n=5,PL=1,PH=0(c處為復(fù)合錢鏈)

F=3x5-2x7=l

e)〃=4,4=5,尸〃=1(尸處為虛約束)

F=3x4-2x5-1=1

f)〃=4,「乙=5,乙=l(c處為復(fù)合錢鏈)

F=3x3-2x3-2=1

g)n=3,PL=3,PH=2(2'、2"為虛約束)

F=3x3-2x3-2=1

第二章平面連桿機構(gòu)

2-1錢鏈四桿機構(gòu)的基本形式有幾種？

［解］有曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)三種。

2-2四桿機構(gòu)的行程速比系數(shù)與極位夾角的關(guān)系如何確定?

［解］

2-3在錢鏈四桿機構(gòu)中，a=60mm,b=15Omm,c=120mm,d=100mmo

分別把構(gòu)件a、b、c、d作為機架，所對應(yīng)的為何種類型的機構(gòu)？

［解］曲柄存在的條件60+150<120+100

A為機架，是雙曲柄機構(gòu)；b、d為機架，是曲柄搖桿機

構(gòu)；c為機架，是雙搖桿機構(gòu)。

2-4在曲柄搖桿機構(gòu)中，如何確定最小傳動角？

［解］曲柄與機架共線時連桿與搖桿之間的夾角，兩位置中夾

角較下的為最小傳動角。

2-5四桿錢鏈機構(gòu)的演化方式主要有哪幾種？

［解］有改變機構(gòu)的形狀和相對尺寸、擴大轉(zhuǎn)動副尺寸、選用

不同的構(gòu)件為機架三種。

2-6已知一曲柄搖桿機構(gòu)的搖桿長度b=150mm,擺角夕=45。，行程

速比系數(shù)k=L25,試確定曲柄、連桿和機架的長度1上和L。

［解］

125-1

6=180'=20"

1.25+1

取4=3機%加，按書上的作圖方法作圖，該題為無窮多組解，取

兩固定較鏈在水平直線上。由圖得AC?=86〃?〃?，AC】=56加加。則

AB=(A02-AC%=15min,BC=AC2—A6=7

=

1AB=AB〃］=45mmLBCBC內(nèi)=213mm

1AD=ADM=165mm

2-7已知一曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊行程H=60mm,偏距e=20mm,

行程速比系數(shù)K=L4。試確定曲柄和連桿的長度h和卜。

［解］

14-1

6=180°工」=30°

1.4+1

取“=1機%"”作圖，由圖上量得AC?=82〃〃"，AC］=28〃〃”。

解之得lAB=27mm,lBc=55mm

2-8已知一導(dǎo)桿機構(gòu)的固定件長度L=1000mm,行程速比系數(shù)

k=1.5,試確定曲柄長度和導(dǎo)桿擺角”。

［解］

導(dǎo)桿的擺角y=6=180。怎2=36。

由解析法得曲柄長度lAB=1000sin18,=309mm

2-9已知一曲柄搖桿機構(gòu)，搖桿與機架之間的夾角分別為

%=45。例=90。,固定件長度l4=300mm搖桿長度b=200mm,試確定

曲柄和連桿的長度h和L

［解］取5mmzmm作圖，得h=72.5mm,l2=287.7mmo

第三章凸輪機構(gòu)

3-1從動件的常用運動規(guī)律有哪種？各適用在什么場合？

［解］1）等速運動規(guī)律，使用于低速、輕載的場合；2）等加速

等減速運動規(guī)律，適用于中速、輕載的場合；3）余弦

加速度運動規(guī)律（簡諧運動規(guī)律），適用于中、低速；4）

正弦加速度運動規(guī)律，適用于高速。

3-2凸輪機構(gòu)的常用類型有幾種？選擇凸輪的類型時應(yīng)該考慮

哪些因素？

［解］按凸輪的形狀分：盤形凸輪、移動凸輪和圓柱凸輪；按

從動件形狀來分：尖端從動件、滾子從動件和平底從

動件；按凸輪與從動件鎖合形式分：力鎖合和兒何鎖

八口。

選擇凸輪時，應(yīng)考慮凸輪和從動件的相對運動形式

從動件的運動形式等。

3-3圖解法設(shè)計凸輪時，采用了什么原理？簡單敘述此原理的主

要內(nèi)容。

［解］才用反轉(zhuǎn)原理，即給整個機構(gòu)加上一個反向轉(zhuǎn)動，各構(gòu)

件之間的相對運動并不改變，根據(jù)這一原理，設(shè)想給

整個凸輪機構(gòu)加上一反向轉(zhuǎn)動（即加上一個凸輪角速

度轉(zhuǎn)向相反、數(shù)值相等繞凸輪回轉(zhuǎn)中心0的角速度

（-0）的轉(zhuǎn)動），則凸輪處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，從動件一

方面隨機架以角速度（F）繞0點轉(zhuǎn)動，另一方面乂

按給定的運動規(guī)律作往復(fù)移動或擺動。

3-4何謂凸輪的運動失真？滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)運動時針

時，應(yīng)如何解決？

［解］在凸輪設(shè)計中，由于實際輪廓出現(xiàn)交叉現(xiàn)象某加工時

交叉的部分被切去，使得從動件不能實現(xiàn)預(yù)期的運動

規(guī)律稱為運動失真。滾子從動件運動失真是由于

rk>Pmin。實際時要避免時針,必須使rk>/?min。

3-5試用作圖法設(shè)計一對心尖頂直動草叢洞見行程凸輪機構(gòu)的

凸輪輪廓曲線。已知凸輪一等角速順時針方向轉(zhuǎn)動，從動件行程

h=40mm,凸輪的基圓半徑ro=5Omm,從動件運動規(guī)律為：

4=135°,2=30°,心=120°,a=75°0從動件在推程以余弦加速度運動

規(guī)律（簡諧運動）上升，在回程以等加速和等減速運動規(guī)律返回。

3-6在上題中1）如果采用一對心滾子從動件，其滾子半徑

rk=10mm,其它條件與上相同。試設(shè)計此凸輪輪廓曲線。2）：如

果采用偏置方式，凸輪軸心偏向從動件軸線的右側(cè)，其它條件相

同，試設(shè)計此凸輪的輪廓曲線。

3-7試用作圖法設(shè)計一擺動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)的輪廓曲

線。已知凸輪等角速順時針方向回轉(zhuǎn)，基圓半徑r（）=70mm,中心

距a=160mm,擺桿長度1=100mm,滾子半徑rk=10mm,從動件

的運動規(guī)律為：o沖動件在推程和回程均以正弦加速度運動規(guī)律

運動。

（以上三題見教材上的作圖方法）

第四章齒輪機構(gòu)

4-1為什么要規(guī)定模數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)系列？在直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱

齒輪，蝸桿蝸輪和直齒圓錐齒輪上何處的模數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)值？

［解］為了設(shè)計、制造、檢驗和使用的方便。直齒輪端面模數(shù)

是標(biāo)準(zhǔn)值；斜齒法面模數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)值；蝸桿蝸輪中間平面

上的模數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)值；圓錐齒輪大端的模數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)值。

4-2漸開線直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)有哪幾個？那些是標(biāo)準(zhǔn)的，

其標(biāo)準(zhǔn)值是否相同？為什么這些參數(shù)稱為基本參數(shù)？

［解］基本參數(shù)：齒數(shù)z、模數(shù)m、壓力角a、齒頂高系數(shù)瓦和

頂隙系數(shù)c*。其中后四個是標(biāo)準(zhǔn)的，標(biāo)準(zhǔn)值不相同。

4-3分度圓與節(jié)圓有什么區(qū)別？在什么情況下節(jié)圓與分度圓重

合？

［解］分度圓是齒輪上具有標(biāo)準(zhǔn)壓力角的圓。節(jié)圓是過節(jié)點所

作的兩個相切的圓。標(biāo)準(zhǔn)安裝時節(jié)圓與分度圓重合。

4-4漸開線的形狀取決于什么？若兩個齒輪的模數(shù)和齒數(shù)分別

相等，但壓力角不同，他們齒數(shù)不同，他們齒廓漸開線形狀是否

相同？一對相嚙合的兩個齒輪，若它們的齒數(shù)不同，他們齒廓的

漸開線形狀是否相同？

［解］取決于基圓的大小。不同。不同。

4-5何謂齒廓的根切現(xiàn)象？產(chǎn)生根切的原因是什么？是否基圓

愈小愈容易發(fā)生根切？根切有什么危害？如何避免根切？

［解］齒輪齒根的漸開線齒廓被切去的現(xiàn)象為根切現(xiàn)象。原

因是展成法加工時，刀具的齒頂線或齒頂圓與嚙合線

的焦點超過了被切極限點No不是。根切使刀具的齒

頂線或齒頂圓與捏合線的焦點不超過極限點N可避免

根切。

4-6平行軸斜齒圓柱齒輪機構(gòu)、蝸桿蝸輪機構(gòu)和直齒圓錐齒輪機

構(gòu)的正確嚙合條件與直齒圓柱機構(gòu)的正確嚙合條件相比較有何

異同？

［解］平行軸斜齒輪是法面（或端面）的模數(shù)和壓力角相等,

且4=-四；蝸桿蝸輪是中間面上模數(shù)和壓力角相等且

為標(biāo)準(zhǔn)值，且幺+62=90。；直齒圓錐齒輪是大端的模數(shù)

和壓力角相等且為標(biāo)準(zhǔn)值。

4-7何謂平行軸斜齒圓柱齒輪和直齒圓錐齒輪當(dāng)量齒數(shù)？當(dāng)量

齒數(shù)有什么用途？

［解］斜齒圓柱齒輪量齒數(shù)：13；圓錐齒輪當(dāng)量齒數(shù):

cos6

“二一。當(dāng)量齒數(shù)用于齒輪加工、強度計算、變位系數(shù)的選擇

cosJ

等處。

4-8齒輪傳動常見的失效形式有哪些？各種失效形式常在何種

情況下發(fā)生？試對工程實際中見到的齒輪失效形式和原因進(jìn)行

分析。齒輪傳動的設(shè)計計算準(zhǔn)則有哪些，他們分別針對何種失效

形式？在工程設(shè)計實踐中，對于一般使用的閉式硬齒面、閉式軟

齒面利開式齒輪傳動的設(shè)計計算準(zhǔn)則是什么？

［解］失效形式：輪齒折斷、齒面點蝕、齒面磨損、齒面膠合和齒

面塑性變形。當(dāng)齒根彎曲應(yīng)力過大或突然過載、沖擊載荷等易產(chǎn)

生折斷。在閉式傳動中，若接觸應(yīng)力過大，齒輪工作一?段時間后

會出現(xiàn)點蝕。齒面磨損是由于齒面間的灰塵、硬屑粒等引起的。

齒面膠合是在高速、重載傳動中，高溫、高壓使兩接觸面熔粘在

一起而產(chǎn)生的。塑性變形是在重載情況下產(chǎn)生的。

計算準(zhǔn)則；齒面接觸疲勞強度計算，針對齒面點蝕；齒根彎

曲疲勞強度計算，針對齒根彎曲疲勞折斷。閉式硬齒面齒輪傳動

設(shè)計準(zhǔn)則：按彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度設(shè)計；閉式軟齒面齒

輪傳動設(shè)計準(zhǔn)則：按接觸疲勞強度設(shè)計，校核彎曲疲勞強度；開

式齒輪傳動設(shè)計準(zhǔn)則：按彎曲疲勞強度設(shè)計。

4-9現(xiàn)有A、B兩對閉式軟齒面直齒圓柱齒輪傳動，A對參數(shù)為;

模數(shù)m=2mm,齒數(shù)Z1=40,z2=90,齒寬b=60mm；B對參數(shù)為：

模數(shù)m=4mm,齒數(shù)Z1=20,z2=45,齒寬b=60mm。兩對齒輪精

度為8級，小齒輪轉(zhuǎn)速均為1450r/min,其它條件分別相同。試

比較兩對齒輪接觸強度及抗彎強度的高低。

［解］兩對齒輪接觸強度相同，彎曲強度第二對較高。

4-10應(yīng)主要根據(jù)哪些因素來決定齒輪的結(jié)構(gòu)型式？常見的齒輪

結(jié)構(gòu)型式有哪兒種？它們分別用于何種場合？

［解］根據(jù)齒輪的幾何尺寸、毛坯材料、加工工藝等決定等決定

齒輪結(jié)構(gòu)型式。結(jié)構(gòu)型式：齒輪軸，用于直徑很小的場合；實心

結(jié)構(gòu)，用于4160mm;腹板式結(jié)構(gòu),用于44500加血輪輻式結(jié)構(gòu),

用于400<<\0Q0mm。

4-11已知一對外嚙合正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪m=2mm,

zl=20,z2=45,試計算這對吃亂的分度直徑、齒頂高、齒根高、頂

隙、中心距、齒頂圓直徑、齒根圓直徑、基圓直徑、齒距、齒厚

和齒槽寬。

［解］

d)=2x20=40mni

d2=2x45=90mm

ha=1x2=2mm

hf=1.25x2=2.5mtn

c=2.5-2=0.5m

dai=40+2x2=44mtn

da2=90+2x2=94inm

dfj=40-2x2.5=35mm

df2=90-2x2.5=S5mm

d八=40cos200=37.588/7?m

dh2=90cos20°=84.572機機

p=27i-6.28〃？機

s=e=3.14

4-12已知一正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪m=5mm,a=2(T,z=45,

試分別求出分度圓、基圓、齒頂圓上漸開線齒廓的曲率半徑和壓

力角。

［解］

分度圓p--X5x45sin20°=38.477

2

a=20°

基圓夕=0ab=0°

齒頂圓=—x5x45+5xl=lI7.5tnm

2

112.5cos20°

cosa=----------------------

n117.5

a°=25.88°

pa=117,5sin25.88°=51.288

4-13試比較正常齒制漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基圓利齒根

圓，在什么條件下基圓大于齒根圓？什么條件下基圓小于齒根

圓？

［解］

db=dcosa=mzcos20°

df=d-2.5m=m(z~2.5)

df-db=m(z-2.5-0.9397—=m(0.0603z-2.5)

由上式可見，當(dāng)齒數(shù)Z增大時，(乙-4,)值亦增大。

當(dāng)%-4=0時,得

2.5…

z=--------=41.4

0.0603

因此，當(dāng)zN42時,df>db；反之，當(dāng)z?42時，df<db0

4-14試根據(jù)漸開線特性說明一對模數(shù)相等，壓力角相等，但齒

數(shù)不等的漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，其分度圓齒厚、齒頂圓和

齒根圓齒厚是否相等，哪個較大。

［解］分度圓齒厚相等，齒頂圓和齒根圓齒厚不等，因基圓愈小,

漸開線愈彎曲，基圓愈大，漸開線愈平直，故齒數(shù)多的齒輪齒頂

圓和齒根圓的齒厚大。

4-15現(xiàn)需要傳動比i=3的-一對漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，有

三個壓力角相等的漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，它們的齒數(shù)分別為

Zi=20,Z2=z3=60,齒頂圓直徑分別為dai=44mm,da2=124mm,

da3=139.5mm,問哪兩個齒輪能用？中心距a等于多少？并用作

圖法求出它們的重合度￡。

［解］

=加4+2h*m=20m+2h*m=44

da2=mz-y+2h：m=60m+2h：jn=124

da3=+2h：m=60m+2h：m=139.5

解得；齒輪1、2能用。m=2mm,a-80mmo

4-16單級閉式直齒圓柱齒輪傳動中，小齒輪材料為45鋼調(diào)質(zhì)處

理，大齒輪的材料為ZG270—500正火，P=4kw,ni=720r/min,

m=4mm,Z］=25,z2=73,b］=84mm,b2=78mm,單向傳動，載荷有中等

沖擊，用電動機驅(qū)動，試驗算此單級傳動的強度。

[解口.驗算接觸強度

(1)計算接觸應(yīng)力⑦=67。/卷答

其中

P

=9.55x106—=5.3x104%〃〃”；

嗎

//=—=2.92;念=2=21=0.78;K=1.3(查表4-5),

25d&100

則

1.3X5.3X104(2.92+1)……

(T=670---------------二23IN/mm-2

H0.78xl003x2.92

(2)查許用應(yīng)力[%]小齒輪45鋼調(diào)質(zhì)，HB=217

—255,取HB=220；大齒輪ZG270—500,

正火，HB=156—200取HB=180o查圖4-21c

得0_“imi=560N/mm2；查圖4-21b得分|油2=360

N/mm2o由表4-6,SH=1.1°

\----6\6N/mm2

則1」

[crj=言=327.27'/加加2

(3)結(jié)論分＜[%],故滿足接觸強度要求。

2.驗算彎曲強度

(1)計算彎曲應(yīng)力%=2K”

hmd}

其中，由表4-8得

%=2.26,%=L59；L=224,%=L75,其余同接觸強度。

則

2xl.3x5.3xl04x2.62xl.59

-----------------------------------=1SAN/mm-2

78x4x100

4

2xl.3x5.3xl0x2.24xl.75，…一2

78x4x100

(2)查許用應(yīng)力［0］由圖4-23C,

。鵬=185N/mm2；由圖4-23b,

2

o-flim2=130N/mmo查表4-6,取SF=1.4,

則

1QC

=-^-=132.147V/

130

[cr],=一=92.852V/w/n2

F1.4

(3)結(jié)論：彎曲強度也滿足。

4-17已知一對正常齒漸開線標(biāo)準(zhǔn)斜圓柱齒輪

a=250mm,z1=23,z2=98,mn=4mm試計算其螺旋角、端面模數(shù)、端

面壓力角、當(dāng)量齒數(shù)、分度圓直徑、齒頂圓直徑和齒根圓直徑。

［解］

cosP=+⑴=4(23+98).=0968

2a2x250

得0=14.53°

m4

m=-------——=---------=4.132機機

tcos°0.968

tanatan20"八。r,

tana=-------2-n=-----------------=0.376

tcosPcos14.53°

at=20.6°

23

z==25.36

Vv1l0.9683

98

z=---------=108.05

vl,0.9683r

4

di=---------x23=95.041

10.968

4

=---------x98=404.959/nm

20.968

daX=95.041+2m“=103.04Imin

da2=404.959+2mn=412.959機團(tuán)

d6=95.041-2.5mn=85.041機機

df2=404.959-2.5m〃=394.959加加

4-18設(shè)H^一■對外嚙合圓柱齒輪，已知Zi=21,Z2=32,mn=2,實際中心

距為55mm，問：(1)該對齒輪能否采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動？

(2)若采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動來滿足中心距要求，其分度

圓螺旋角力、反度圓直徑①、d2利節(jié)圓直徑小'、八'各為多少？

［解］(1)不能采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動

(2)由

4—32)=55

2cos/?

尸=15.50°

,2x21

d,=di=-------=43.585加〃？

cos/3

2x32

d=d2=-------=66.415mm

2cos0

4-19已知單級閉式斜齒輪傳動P=10kW,ni=960r/min,i=3.7,電動

機驅(qū)動，載荷平穩(wěn)，雙向傳動，設(shè)小齒輪用40MnB調(diào)質(zhì)，大齒

輪用45鋼調(diào)質(zhì)，z1=25,試設(shè)計此單級斜齒輪傳動。

[解]1.計算許用應(yīng)力

小齒輪40MnB調(diào)質(zhì)，HB=260；大齒輪45鋼調(diào)

質(zhì)，HB=230（表4-4）

查圖4-21,cr"[im]=680N/mm\=590N/mm2

22

查圖4-23,crFlimI=220N/mm,o-flim2=190N/mm

表4-6,SH=1.1,SF=1.4,則

2

[cr//]1=618.18A^/mm

590

L==536.36N/mm2

2

[cyF],=S7：；20=11ON/mm

1

[（yF],==95N/mm

2.按接觸疲勞設(shè)計

設(shè)計公式

產(chǎn)（〃+1）嗎

其中：k=1.1（表4-5）,勿=1（表4-7）,

p1A

T.=9.55xl06—=9.55xl06—=9.95xlO4/Vmm

1n,960

則

1.1X9.95X104(3.7+1)610“

J(Z)x2=56.44

N1x3.7[536.36]

取4=12。,Z2=i4=3.7x21^78,則

d,cosB56.44cos12°.__

—------=-------------=2.63mm

421

取標(biāo)準(zhǔn)值？=3,貝=3x(21+78)=]5]82m優(yōu)

2cos12"

取a=152mm,貝ijcosj3=/⑵178)_。叩^

2x152

夕=12.32°

3x21

=64.485mm

cosl2.32°

3x78

d,=---------=238.595〃?〃？

2cos12.32°

h2=幅小=64.485〃〃〃圓整后

h2-65inm;b]-7Qmm。

3.較核彎曲強度

當(dāng)量齒數(shù)

21

=22.52

(cosl2.320)3

78

=83.40

Zy2(cosl2.320)3

由表4-8得,

4=2.705,%=1.573,=2215,匕2=L773

則

L6K7XJsi1.6x1.1x9.95x104x2.705xl.573xcosl2.32°

0VL-6叫4--65x3x64.485

=57.89MP。

42h2

/2=53.43MP”

彎曲強度滿足要求。

4-20標(biāo)準(zhǔn)蝸桿傳動的蝸桿軸向齒距p=15.708mm,蝸桿頭數(shù)z1=2,

蝸桿齒頂圓直徑dai=60mm,蝸輪的齒數(shù)Z2=40,試確定其模數(shù)m、

蝸桿鐵性系數(shù)q、蝸輪分度圓直徑d2和中心距a。

［解］

一=兇羽=5機

兀n

因4〃=4+2m,則4=60-2x5=50mm

q=—=10

m

d2=mz2=5x40=200/Hm

m.、1c「

=

a-—(</+Z2)125mm

4-21試判斷圖中所示各蝸桿蝸輪的轉(zhuǎn)向和旋向(蝸桿主動)，并

畫出各蝸輪所受三個分力的方向。

［解］a)蝸輪右旋，逆時針轉(zhuǎn)動，b)蝸桿右旋，轉(zhuǎn)向向下；c)蝸桿

蝸輪都為左旋；d)蝸桿蝸輪都為右旋；蝸輪受力圖如圖：

4-22在圖示的二級展開式斜齒圓柱齒輪減速器中，已知從I軸

輸入，III軸為輸出軸，其轉(zhuǎn)動方向如圖所示，齒輪4的輪齒旋向

為右旋。試解答：

(1)標(biāo)出輸入軸I和中間軸n的轉(zhuǎn)向

(2)確定并標(biāo)出齒輪1、2和3的齒輪旋向，要求

使n軸上所受軸向力盡可能小。

(3)標(biāo)出各個齒輪在嚙合點處所受各分力的方向。

(4)畫出II軸聯(lián)同齒輪2和3一體的空間受力圖。

［解］(1)輸入軸，中間軸；

(2)輪I右旋，輪2左旋，輪3左旋;、

(3)如圖；

(4)如圖。

4-23在圖示直齒圓錐-斜齒圓柱齒輪減速器中，已知錐齒輪

m=5mm,Z］=25,Z2=60,齒寬b=50mm;斜齒輪mn=6mm,z3=21,z4=84o

(1)欲使軸II上的軸向力在軸承上的作用完全抵消，求斜齒輪

3的螺旋角的大小利旋向。(2)試畫出作用在斜齒輪3和錐齒

輪2上的圓周力蚪、徑向力斗和軸象立Fa的作用線和方向。

［解］

(1)

&=工3即

27；,2LT.c

--tanacos=——tanp

隊

得sin￡=0.1667,￡=96

齒輪3為右旋

(3)如圖。

第五章輪系及其設(shè)計

5-1什么是惰輪？它在輪系中起什么作用？

［解］

其齒數(shù)不影響傳動比大小，但改變從動輪轉(zhuǎn)向的齒輪，其作

用是改變從動輪轉(zhuǎn)向。

5-2在定軸輪系中，如何來確定首、末兩輪轉(zhuǎn)向間的關(guān)系？

［解］(1)當(dāng)所有齒輪軸線平行時，可用(-Dm確定：

(2)用畫箭頭的方法。

5-3什么叫周轉(zhuǎn)輪系的“轉(zhuǎn)化機構(gòu)”？它在計算周轉(zhuǎn)輪系傳動比

中起什么作用？

［解］

給整個輪系加上一個附加的角速度（-%）后所得的機構(gòu)。

“轉(zhuǎn)化機構(gòu)”可以使周轉(zhuǎn)輪系的傳動比計算轉(zhuǎn)化成用定軸輪

系傳動比的計算方法計算。

5-4在差動輪系中，若兩個基本機構(gòu)的轉(zhuǎn)向，如何確定第三個基

本構(gòu)件的轉(zhuǎn)向？

［解］又周轉(zhuǎn)輪系傳動比計算公式確定。

5-5周轉(zhuǎn)輪系中兩輪傳動比的正負(fù)號該周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化機構(gòu)中兩

輪傳動比的正負(fù)號相同嗎？為什么？

［解］

不同。因為周轉(zhuǎn)輪系中兩輪的傳動比是真實角速度之比，而

轉(zhuǎn)化機構(gòu)中兩輪的傳動比是相對角速度之比。

5-6計算混合輪系傳動比的基本思路是什么？能否通過給整個

輪系加上一個公共的角速度（-%）的方法來計算整個輪系的傳

動比？為什么？

［解］基本思路：（1）區(qū)分基本輪系

（2）分別列出基本輪系的計算公式；

（3）找出基本輪系間的關(guān)系；

（4）聯(lián)立各式，求出要求的傳動比。

不能。因為混合輪系不是一個基本周轉(zhuǎn)輪系。

5-7如何從復(fù)雜的混合輪系中劃分出各個基本輪系?

［解］

先找行星輪，再找支持行星輪的系桿及其中心論，則行星輪、

系桿、中心輪和基價組成一個周轉(zhuǎn)輪系。重復(fù)上述方法，直

至找出所有的周轉(zhuǎn)輪系后，剩余的便是定軸輪系。

5-8什么樣的輪系可以進(jìn)行運動的合成和分解？

［解］差動輪系。

5-9在圖中所示的車床變速箱中，已知各輪齒數(shù)為

ZI=42,Z2=58,Z3=38,Z4=42,Z5=50,Z6=48,電動機轉(zhuǎn)速為1450r/min,若

移動三聯(lián)滑移齒輪a使齒輪3,和平嚙合,又移動雙聯(lián)滑移齒輪b

使齒輪5,和6,嚙合，試求此時帶輪轉(zhuǎn)速的大小和方向。

25&Z］

1450

-989.76r/min

-1.4651.465

5-10在圖5-16所示的滾齒機工作臺的傳動系統(tǒng)中，已知各齒輪

的齒數(shù)為z1=15,z2=28,z3=15,z4=55,z9=40,被加工齒輪B的齒數(shù)

為2,試計算傳動比i75。

［解］

”=紅=72

Z1Z4Z7Z9_15x55z7x40

28xl5z5xl

則釬嗎之15x55x40

28x15x72

5-11如圖所示的輪系中，已知各輪齒數(shù)為：zi=

z3,nH=l00r/min,ni=2017min,試求下列兩種情況下輪3的轉(zhuǎn)速n3：

(1)當(dāng)小與IIH同向時：(2)當(dāng)m與IIH相反時。

［解］

⑴珞20100=_］

n3-nHn3-100

%=180r/min與4同向

(2)"^^=20+1007

n3-nH幾3+100

n3=-220r/min與勺反向

5-12在圖示輪系中，已知各輪齒數(shù)為：ZI=30,Z2=30,Z3=90,Z3=40,

Z4=30,Z4，=40,Z5=30,試求止匕輪系的傳動比iiHo

［解］

定軸輪系1-2-3,；3=叢=-幺=-3

〃34

行星輪系3~44-5

_n-n_Z4Z5_30x30_9

l：~Hl>c=3H===

n5-nHZyZ4'40x4016

M

因〃5，則iiH=J=-L3125

nH

5-13在圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)為：ZI=24,Z2=48,

Z2'=30,Z3=102,Z3'=20,Z4=40,Z5=100O試求該輪系的傳動比必。

［解］差動輪系1-2-2'-3-H-6

產(chǎn)=%_%［=工全=48x102二6g

13n3~nHZRT24x30

定軸輪系3「4-5-6

%,，=—%=一^一-=-2-0-=一0.2

nyz5100

因，n=nH,則3=改=41.8

?//

5-14在圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)為：ZI=26,Z2=32,

Z2，=22,Z3=80,Z4=80,又ni=300r/min,n3=50r/min兩者轉(zhuǎn)向相反,

試求齒輪4的轉(zhuǎn)速山的大小和方向。

［解］差動輪系122,-3

H_ny-nH_z2z3

ZI3——

n3—nHZ—

an300-nw32x80

即-----L=----------=-4.48nH=13.9

-502n6x22”

差動輪系3-2,-4

-//_n3~nH_Z4

3—----------------_-

n4—nHz3

rq..—50—ttu369

即---------=-----=-----

n4-nH8020

聯(lián)立二式得w4=155.97r/min

5-15在圖示的大速比減速器中，已知蝸桿1和5的頭數(shù)為1,且

均為右旋，各輪齒數(shù)為Zi,=101/2=99,Z2,=Z4,Z4,=l00>Z5,=100o

(1)試求傳動比ilH。(2)若主動蝸桿1的轉(zhuǎn)速為1375r/min的

電動機帶動，問輸出軸H轉(zhuǎn)一周需要多長時間？

［解］⑴定軸輪系126%=幺〃1

Z2

定軸輪系1,-5,-5-4,-6-----始

差動輪系2，-3-4-H-6

吸_九2'幾H_^4__］

n4-nHz2>

由于2的回轉(zhuǎn)方向與4'的回轉(zhuǎn)方向相反，則

2

H-1980000

'-nH1101x1

99100x100

(2)上式表明H轉(zhuǎn)一周時，蝸桿1轉(zhuǎn)1980000周，故H轉(zhuǎn)

一周的時間為1980000/60xl375=24h

5-16汽車自動變速器中的預(yù)選式行星變速器如圖所示。I軸為

主動軸，n軸為從動軸，s,P為制動帶，其轉(zhuǎn)動有良種情況：(1)

S壓緊齒輪3,P處于松開狀態(tài)；(2)P壓緊齒輪6。S處于松開

狀態(tài)。已知各齒輪數(shù)為ZI=30,Z2=30,Z3=Z6=90,Z4=40,Z=25。試求

良種請寬下的傳動比總。

［解］(1)1-2-3-6組成行星輪系

6_々一〃6_Z3

Z13------------------------------

〃3一川Z,

1_2=_豆

n6&

得上=4

n6

4(1)-5-6-H組成差動輪系

/_〃3-Z4

134-----------------

?4-nMZ3

；H_n-n_n-n_z_9

4H}H—6

’46——~A

%-%n6-nHz44

求聯(lián)立得

3="=2.08

nn

(2)4-5-6-H組成行星輪系

.H_H_n］-nH_z6_9

Z46-ZI6-T-------------------------

0-nH44

得iXH=3.25

5-17如圖所示自行車?yán)锍瘫頇C構(gòu)中，C為車輪軸，P為里程表指針。

已知各齒輪數(shù)為：Zi=17,Z2=23,Z4=19,Z4=20,Z5=24O設(shè)輪胎受壓

變形后使28英寸車輪的有效直徑約為0.7m,當(dāng)車行1km時，表

上的指針剛好回轉(zhuǎn)一周。試求齒輪2的齒數(shù)。

［解］定軸輪系1-23=-至

行星輪系3-4-4,-5(P)-2(H)

/-1-/2=］J=［20x23=__1_

5252

z5-z424x19114

聯(lián)立二式得片=&=a'」一

%4U4

當(dāng)車行一公里時C軸的轉(zhuǎn)數(shù)為〃I=_1222_轉(zhuǎn)，止匕時5轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn),

5-18如圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)為：Z1=34,Z2=4O,Z2，=30,

Z3=18,Z3'=38,zr=24,z4=36,z4-=22o試求該輪系的傳動比丁，并

說明軸A與軸H的轉(zhuǎn)向是否相同。

［解］

4-1和4,3組成定軸輪系：

區(qū)=_亙=_巴

n,z436

."_23,=38

n3z4-22

1，22,3H組成差動輪系:

.H〃|-〃HZ2Z340X18

<I1--1-—--------—:———-------

〃3-\]ZVZ2-24x30

因々和〃3,則用同號代入第三式得

iAH=-^-=1.15H與A同向

第六章間歇運動機構(gòu)

6-1在間歇運動機構(gòu)中，怎樣保證從動件在停歇時間確實靜止不

動？

［解］

采用止動構(gòu)件或利用兒何形狀鎖住。

6-2常見的棘輪機構(gòu)有哪兒種？試述棘輪機構(gòu)的工作特點。

［解］

常用類型：單動式、雙動式；單向式、雙向式；外嚙合、

內(nèi)嚙合；摩擦式等。

如圖6-1,當(dāng)擺桿1順時針方向擺動時，棘爪2將插入

棘輪齒槽中，并帶動棘輪順時針方向轉(zhuǎn)過一定的角度；

當(dāng)擺桿逆時針方向擺動時，棘爪在棘輪的齒背上滑過，

這時棘輪不動。為防止棘輪倒轉(zhuǎn)，機構(gòu)中裝有止回棘爪

5,并用彈簧使止回爪與棘輪齒始終保持接觸。這樣，

當(dāng)白干1連續(xù)往復(fù)擺動時，就實現(xiàn)了棘輪的單向間歇運

動。

6-3槽輪機構(gòu)有哪幾種基本型式？槽輪機構(gòu)的運動系數(shù)是如何

定義的？

［解］

基本型式：外接式和內(nèi)接式。

在一個運動循環(huán)內(nèi)，槽輪運動時間h與撥盤運動時間

1之比值L稱為運動特性系數(shù)。

6-4試述凸輪間歇運動機構(gòu)的工作原理及運動特點。

［解］工作原理：當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動時，通過其曲線溝槽（或凸脊）撥

動從動盤上的圓柱銷，使從動盤作間歇運動。

特點：優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)可靠、轉(zhuǎn)位精確，無需專門

的定位裝置，易實現(xiàn)工作對動程和動停比的要求。通過適當(dāng)選

擇從動件的運動規(guī)律和合理設(shè)計凸輪的輪廓曲線，可減小動載

荷和避免沖擊，以適應(yīng)高速運轉(zhuǎn)的要求。主要缺點是精確度要

求較高，加工比較復(fù)雜，安裝調(diào)整比較困難。

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

［解］在不完全齒輪機構(gòu)中，主動輪1連續(xù)轉(zhuǎn)動，當(dāng)輪齒進(jìn)入嚙

合時，從動輪2開始轉(zhuǎn)動，當(dāng)輪1上的輪恥退出嚙合時，由于兩

輪的凸、凹鎖止弧的定位作用，齒輪2可靠停歇，從而實現(xiàn)從動

齒輪2的間歇轉(zhuǎn)動。而普通齒輪嚙合是連續(xù)的，從動輪的運動也

是連續(xù)的。

6-6設(shè)H'外嚙合棘輪機構(gòu)，已知棘輪的模數(shù)m=10mm,棘輪的

最小轉(zhuǎn)角盤《=12。，試設(shè)計該棘輪機構(gòu)。

［解］棘輪最小齒數(shù)迪=30。

9max

齒頂圓直徑D=mz=300mm

周節(jié)P=m^=l0^=7.5mm

齒槽夾角6=60。

齒項厚h=0.75m=7.5mm

棘爪長度LB2P=62.8mm

6-7某自動機床工作轉(zhuǎn)臺要求有6個工作位置，轉(zhuǎn)臺靜止時完成

加工工序，最長的工序時間為5s,原動機轉(zhuǎn)動速度為720r/min,

槽輪與撥盤之間的中心距aw200mm,試設(shè)計此槽輪機構(gòu)。

［解］

槽數(shù)z=7

圓銷數(shù)z'=l

運動系數(shù)k,=z'（z-2）」

'2z3

取中心距a=160mm

.7T1

圓銷回轉(zhuǎn)半徑n=〃sin—=160x—=80/nm

122

槽頂高L=tzcos—=160cos30°=138.6機機

2

取圓銷半徑r=20mm

槽底高h(yuǎn)<L-{r]4-r）-4=34.56/71/22

凸圓弧張開角,=2乃（，+，）=240。

z