機械設計課程思考題和習題適用教材李建功主編《機械設計》

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機械設計課程思考題和習題

（適用教材：李建功主編《機械設計》（第四版））

機械設計課程組

第一章機械設計總論

思考題

1－1一部現(xiàn)代化的機器主要有哪幾部分組成？

1－2開發(fā)一部新機器尋常需要經(jīng)過哪幾個階段？每個階段的主要工作是什么？1－3作為一個設計者應具備哪些素質？

1－4機械設計課程的性質、任務和內容是什么？

1－5機械設計課程有哪些特點？學習中應注意哪些問題？

1－6什么是失效？什么是機械零件的計算準則？常用的計算準則有哪些？1－7什么是校核計算？什么是設計計算？

1－8什么是名義載荷？什么是計算載荷？為什么要引入載荷系數(shù)？1－9靜應力由靜載荷產(chǎn)生，那么變應力是否一定由變載荷產(chǎn)生？

1－10什么是強度準則？對于零件的整體強度，分別用應力和安全系數(shù)表示的強度條件各是什么？1－11在計算許用應力時，如何選取極限應力？

1－12什么是表面接觸強度和擠壓強度？這兩種強度不足時，分別會發(fā)生怎樣的失效？

1－13剛度準則、摩擦學準則以及振動穩(wěn)定性準則應滿足的條件各是什么？這些準則得不到滿足時，可能的失效形式是什么？

1－14用合金鋼代替碳鋼可以提高零件的強度，是否也可以提高零件的剛度？1－15什么是機械零件的“三化〞？“三化〞有什么實際意義？1－16機械零件的常用材料有哪些？設計機械零件時需遵循哪些原則？

其次章機械零件的疲乏強度設計

思考題

2－1什么是疲乏破壞？疲乏斷口有哪些特征？2－2變應力有哪幾種不同的類型？2－2什么是疲乏極限？什么是疲乏壽命？

2－4什么是疲乏曲線？什么是極限應力圖？用它們可以分別解決疲乏強度計算中的什么問題？2－5什么是有限壽命設計？什么是無限壽命設計？如何確定兩者的極限應力？2－6塑性材料和脆性材料的σm－σa極限應力圖應如何簡化？

2－7影響機械零件疲乏強度的三個主要因素是什么？它們是否對應力幅和平均應力均有影響？2－8如何根據(jù)幾個特別點繪出機械零件的σm－σa極限應力圖？

2－9機械零件受恒幅循環(huán)應力時，可能的應力增長規(guī)律有哪幾種？如何確定每種規(guī)律下的極限應力點？如何計算安全系數(shù)？

2－10什么是Miner法則？用它可以解決疲乏強度計算中的什么問題？2－11如何計算機械零件受規(guī)律性變幅循環(huán)應力時的安全系數(shù)？

習題

2－1已知：45鋼的σ－1＝270MPa，壽命指數(shù)m=9，循環(huán)基數(shù)N0＝107。求：1）循環(huán)次數(shù)分別為8000和620000次時的有限壽命疲乏極限σ－1N；2）應力幅為330MPa的對稱循環(huán)應力作用下的疲乏壽命。

2－2一板狀零件所受工作拉力F在25～85kN之間周期性變化，危險截面的面積A=320mm2，疲乏缺口系數(shù)Kσ＝1.45，尺寸系數(shù)εσ＝0.75，表面狀態(tài)系數(shù)β＝0.9。零件材料為20CrMnTi，其力學性能為：σs＝835MPa，σ－1＝345MPa，σ0＝615MPa。試繪出該零件的簡化σm－σa極限應力圖，并用圖解法和解析法求γ＝C時的安全系數(shù)Sσ。

2－3一零件的材料為合金鋼，其危險截面上的最大工作應力σmax＝250MPa，最小工作應力σmin＝－50MPa，疲乏缺口系數(shù)Kσ＝1.32，尺寸系數(shù)εσ＝0.85，表面狀態(tài)系數(shù)β＝0.9。該材料的力學性能為：σb＝900MPa，σs＝800MPa，σ－1＝440MPa，σ0＝720MPa。要求：1）按比例繪制零件的簡化σm－σa極限應力圖；2）按σm＝C求該零件的極限應力幅σa′、極限平均應力σm′和極限應力σγ′；3）按σm＝C求該零件危險截面的安全系數(shù)Sσ。

2－4某機械零件在一個工作周期T內的應力（皆為對稱循環(huán)）變化如圖2-27所示。已知：零件材料的σ－1＝350MPa，N0=107，m=9，綜合影響系數(shù)KσD＝1.85。試計算該零件的安全系數(shù)Sσ。

2－5已知某材料的力學性能為：??1＝350MPa，m＝9，N0＝5×10，對此材料進行對稱循環(huán)疲

46勞試驗，依次加載應力為：（1）?1＝550MPa，循環(huán)次數(shù)n1＝5×10；（2）?勞破壞時，?2的循環(huán)次數(shù)n2＝？

注：疲乏曲線方程：?m2＝450MPa，求：發(fā)生疲

N?C??m?1N0

mm解：（1）由疲乏曲線方程?N?C???1N0

???1?得N???N0

??????1N1?????1N29?64350???N0???5?10?8.6?10??550???9?65350???N0???5?10?5.2?10??450???mmm???1?????2（2）根據(jù)Miner法則

n1N1?n2N2?1

5?10448.6?10?n25.2?1055?1

解得：n2?2.18?10

2－6某機械零件材料為碳素鋼，已知：該碳素鋼的力學性能為?b=700MPa，?s=600MPa，

??1=320MPa，?0=560MPa。該零件危險截面上的最大應力?max=220MPa，最小應力?min=-60MPa，

綜合影響系數(shù)KσD=1.32。試：

（1）在圖中按比例繪制該零件的簡化極限應力圖(計算并標出特別點的坐標)。（2）在圖中標出應力增長規(guī)律為?m?C時，該零件的極限應力點M。

σa（MPa）

A1(0,242.4)B(280,212.1)1MDN(80,140)135°解：（1）A1點縱坐標：??1K?D?3201.32??242.4MPa(600,0)G（MPa）

σmB1點縱坐標：

?02K?D5602?1.32?212.1MPa

B1點橫坐標：

?02?5602?280MPa

折線A1DG為該零件的簡化極限應力圖（2）工作應力點的坐標：?m??max??min2?220?(?60)2220?(?60)2?80MPa

?a??max??min2??140MPa

過N點且垂直于橫軸的直線與極限應力線A1D的交點M即為該零件的極限應力點。9-4

第三章摩擦、磨損及潤滑基礎

思考題

3－1依照摩擦面的潤滑狀態(tài)不同，滑動摩擦分為哪幾種？

3－2什么是邊界膜？邊界膜的形成機理是什么？如何提高邊界膜的強度？3－2零件的磨損過程大致分為哪幾個階段？每個階段的特征是什么？

3－4根據(jù)磨損機理的不同，磨損尋常分為哪幾種類型？它們各有什么主要特點？3－5粘度的表示方法尋常分為哪幾種？各種粘度的單位和換算關系是什么？3－6潤滑油的主要性能指標有哪些？潤滑脂的主要性能指標有哪些？3－7在潤滑油和潤滑脂中參與添加劑的作用是什么？

3－8流體動力潤滑和流體靜力潤滑的油膜形成原理有何不同？流體靜力潤滑的主要優(yōu)缺點是什么？3－9流體動力潤滑和彈性流體動力潤滑兩者間有何本質區(qū)別？所研究的對象有何不同？3－10試說明液體動力潤滑油膜形成的必要條件。3－11試說明雷諾方程有哪幾個方面的應用。

第四章螺紋聯(lián)接及螺旋傳動

思考題

4－1螺紋的主要參數(shù)有哪些？何處直徑為其公稱直徑？

4－2常用螺紋牙型有哪幾種？哪些主要用于聯(lián)接？哪些主要用于傳動？4－3螺紋聯(lián)接有哪幾種基本類型？它們各自有何特點？各自適用于什么場合？4－4何謂螺紋聯(lián)接的預緊？預緊的目的是什么？怎樣控制預緊力？4－5螺紋聯(lián)接防松的實質是什么？常用防松方法有哪些？

4－6受剪螺栓聯(lián)接的可能失效形式有哪些？設計中需計算何種強度？

4－7單個受拉螺栓聯(lián)接有哪幾種不同的受力狀況？每種受力狀況下的強度計算有何一致之處？又有何差異？

4－8對于承受預緊力和軸向工作拉力的螺栓聯(lián)接，設計時應如何確定所需的剩余預緊力F??和預緊力F?？如何計算螺栓的總拉力F0？

4－9國家標準中對螺栓、螺釘和螺柱的性能等級是如何規(guī)定的？

4－10螺栓組聯(lián)接受力分析和計算的目的是什么？螺栓組聯(lián)接有哪幾種典型的基本受載形式？每種受載形式下，應如何進行受力分析與計算？

4－11提高螺紋聯(lián)接強度的措施有哪些？

4－12按用途不同，螺旋傳動分為哪幾種？滑動螺旋傳動的螺桿和螺母分別常用什么材料？4－13設計滑動螺旋傳動時，尋常需要計算哪些內容？如何確定螺紋的公稱直徑和螺距？

習題

4－1銑刀盤的夾緊裝置如圖4－35所示。擰緊軸上的螺母后，銑刀1被夾緊在兩個夾緊盤2之間，并隨主軸轉動。已知：最大切削力F=4kN，夾緊盤與銑刀之間的摩擦因數(shù)μs＝0.1，軸的材料為45鋼，其

σs＝360MPa。試設計軸端螺紋的直徑（裝配時不控制預緊力）。

4－2某螺栓聯(lián)接中，螺栓的剛度cb＝100N／mm，被聯(lián)接件的剛度cm＝400N／mm，預緊力F′和

習題4－1圖

軸向工作拉力F均為500N。1）試問工作中被聯(lián)接件接合面是否會開縫？2）假使F在100N～500N之間變

化，試按比例繪出聯(lián)接的載荷－變形圖，并標出各力以及螺栓總拉力的變化范圍。

4－3一鋼制壓力容器的螺栓組聯(lián)接，如圖4－6所示。內徑D＝500mm，蒸汽壓力p=1.2MPa，螺栓分布圓直徑D0＝640mm，為保證氣密性要求，螺栓間距不得大于150mm，安裝時控制預緊力，試設計此

聯(lián)接。

4－4圖4－36所示為邊板1用3個M16×70（其螺紋部分的長度為28mm）的鉸制孔用螺栓與機架2相聯(lián)接。已知邊板厚度為20mm，機架的聯(lián)接厚度為30mm，所受載荷FR＝900N，L=300mm，a=100mm，邊板和機架的的材料均為Q235，螺栓的性能等級為4.6級。要求：1）按1：1的比例畫出一個螺栓聯(lián)接的結構圖；2）分析螺栓組中各螺栓的受力，找出受力最大的螺栓并校核其強度。

4－5圖4－37所示為齒輪與卷筒之間的螺栓組聯(lián)接，8特性能等級為6.6級的螺栓，均布于直徑D0=500mm的圓周上。若卷筒上鋼絲繩的拉力F=50kN，卷筒直徑D=400mm，齒輪與卷筒之間的摩擦因數(shù)

習題4－4圖

習題4－5圖

μs＝0.12，裝配時不控制預緊力。試確定螺栓的直徑，并列出螺栓的標準。

4－6圖4－38所示為用兩個M10的螺釘固定的牽曳環(huán)，螺釘?shù)男阅艿燃墳?.6級，裝配時控制預緊力，結合面的摩擦因數(shù)μs＝0.3，取可靠性系數(shù)K=1.2。求所允許的牽曳力FR。

4－7如圖4－39所示的方形蓋板用4特性能等級為6.6級的M16螺釘與箱體聯(lián)接。工作中蓋板上的吊環(huán)承受通過蓋板中心O點的工作載荷FQ＝20kN，取剩余預緊力F″＝0.6F（F為單個螺栓的工作拉力），裝配時不控制預緊力。要求：1）校核螺釘?shù)膹姸龋?）由于制造誤差使吊環(huán)偏移，導致FQ由O點移至對角線上的O′點，OO′＝52mm。求此時受力最大的螺釘所受的工作拉力，并校核其強度。

4－8圖4－40所示為一平板零件2用螺栓組聯(lián)接固定在機架1上。工作中所受載荷FΣ＝1000N，取

習題4－6圖

習題4－7圖

可靠性系數(shù)K＝1.2，接合面摩擦因數(shù)μs＝0.15。圖中給出了由6個螺栓構成的螺栓組的兩個布置方案。要求：1）分析哪個方案所需螺栓直徑較小？2）計算方案Ⅰ中螺栓所需的預緊力。

習題4－8圖

4－9圖4－41所示為一鑄鐵支架，用四特性能等級為6.6級的M16普通螺栓，固定在混凝土立柱上。已知載荷FQ＝8kN，接合面之間的摩擦因數(shù)μs＝0.3，混凝土的許用擠壓應力〔σp〕＝2.5MPa，接合面的承載面積A＝4×104mm2，其抗彎截面模量W=5×106mm3，取可靠性系數(shù)K＝1.2，安全系數(shù)S=3，取預緊力F′＝9kN，。要求：1）校核是否能保證支架不下滑？2）校核螺栓的強度。3）校核是否能保證聯(lián)接的接合面既不會開縫也不會被壓潰？

4－10圖4－42所示為常用的螺紋聯(lián)接。a）為普通螺栓聯(lián)接，b）為螺釘聯(lián)接，c）為雙頭螺柱聯(lián)接，

習題4－9圖

d）為緊定螺釘聯(lián)接。指出圖中的結構錯誤，并畫出正確結構圖。

習題4－10圖

4－11試設計螺旋千斤頂（運動簡圖見圖4－32a）的螺桿和螺母的主要尺寸。最大起重量為35kN，

最大起重高度為180mm，材料自選。

4－12如下圖的夾緊聯(lián)接柄承受載荷F=600N，螺栓個數(shù)Z=2，聯(lián)接柄長度l=300mm，軸直徑d=60mm，夾緊結合面摩擦系數(shù)μ=0.15，可靠性系數(shù)k=1,試確定聯(lián)接螺栓的直徑（螺栓材料為Q235鋼）。注：未淬火鋼：[σ]=0.6σs，σs=240N/mm2

解：由受力平衡條件μF′Zd=Fl(可靠性系數(shù)k=1)

得螺栓的預緊力F′為：

F′=Fl/μZd=600×300/（0.15×2×60）=10000N螺栓直徑為d1：4×1.3F′/πd1≤[σ]

4?1.3F2

??0.6?S=

4?1.3?10000??0.6?240=10.72mm

根據(jù)d1≥10.72mm查螺紋標準，可得出該螺栓的公稱直徑M16

4－13圖示A板用4特性能等級為6.8級的普通螺栓固定在槽鋼上，A板受力F＝2400N，安裝時，各螺栓的預緊力皆為F?＝3000N，螺栓與被聯(lián)接件的剛度之比為Cb:Cm?1:5，取螺栓的安全系數(shù)S＝1.5。問：選M12（d1＝10.106mm）的螺栓是否安全？

解：（1）將F向螺栓組形心平移得軸向力F＝400（N）和翻轉力矩M，M＝F（400＋75）＝2400×475＝1.14×106（N·mm）。（2）工作拉力

F作用下F1＝

Fz?24004?600（N）

??3800（N）24r4?754r最大工作拉力為Fmax＝F2－F1＝3800－600＝3200（N）

（3）總拉力

M作用下F2＝

MrM1.14?106F0＝F??CbCb?Cm1515Fmax?F??Cb/CmCb/Cm?1Fmax

＝3000??1?3200?3533.3（N）

（4）許用應力［?］＝

?320（MPa）

S1.5（5）螺栓的工作應力

1.3?4F01.3?4?3533.3??＝?57.3（MPa）≤［?］＝320（MPa）22??10.106?d1??s480故，選M12的螺栓是安全的。

第五章鍵、花鍵、銷和形面聯(lián)接

思考題

5-1鍵聯(lián)接的功用是什么？

5-2松鍵聯(lián)接和緊鍵聯(lián)接在工作原理上有什么不同？比較它們的特點和各自的適用場合。5-3A、B、C型三種普通平鍵在軸上的鍵槽怎樣加工？它們的應用狀況如何？5-4同樣用于動聯(lián)接的導向平鍵和滑鍵有什么區(qū)別？5-5半圓鍵聯(lián)接有何特點？

5-6根據(jù)什么選擇平鍵的截面尺寸和長度？5-7平鍵聯(lián)接的主要失效形式是什么？

5-8為什么雙鍵聯(lián)接的強度計算只能按1.5個鍵計算?5-9花鍵聯(lián)接有哪些特點？

5-10矩形花鍵的定心方式為什么優(yōu)選小徑定心?

5-11漸開線花鍵與矩形花鍵比較有何優(yōu)點?其中45°壓力角漸開線花鍵主要用于什么場合?5-12花鍵聯(lián)接的主要失效形式有哪些？5-13銷聯(lián)接有哪些主要用途？

習題

5-1有一直徑d=80mm的軸端,安裝一鋼制直齒圓柱齒輪（圖5-21），輪轂寬度L′=1.5d，工作時有微弱沖擊。試確定平鍵聯(lián)接的尺寸，并計算其允許傳遞的最大轉距。

題5-1圖

題5-2圖

5-2圖5-22所示為減速器的低速軸。軸端裝有凸緣聯(lián)軸器，兩軸承之間裝有圓柱齒輪，它們分別用鍵與軸相聯(lián)。已知傳遞的轉矩T=1000N·m，軸的材料為45鋼，齒輪的材料為鍛鋼，聯(lián)軸器的材料為灰鑄鐵，工作時有微弱沖擊。試選擇兩處鍵的類型和尺寸，并校核鍵聯(lián)接強度。

5-3圖5-23所示為變速箱中的雙聯(lián)滑移齒輪，傳遞的額定功率P=4kW，轉速n=250r/min。齒輪在空載下移動，工作狀況良好。試選擇花鍵的類型和尺寸，并校核其花鍵聯(lián)接強度。

題5-3圖

第六章過盈聯(lián)接、彈性環(huán)聯(lián)接及鉚、焊、粘接

思考題

6－1過盈聯(lián)接是怎樣承受并傳遞外載荷的？其有何特點？主要應用于什么場合？6－2過盈聯(lián)接有哪幾種裝配方法？每種裝配方法有何優(yōu)缺點？

6－3在圓柱面過盈聯(lián)接的設計中，需解決的兩個主要問題是什么？如何確定聯(lián)接所需的最小過盈量？如何選擇協(xié)同公差？如何計算被聯(lián)接件的強度？

6－4彈性環(huán)聯(lián)接是如何實現(xiàn)的？有何特點？

6－5鉚接、焊接和粘接各自有哪些特點？各自適用于什么場合？6－6鉚縫和焊縫各自有哪幾種結構形式？

習題

6－1一齒輪套裝在軸上，齒輪和軸的材料均為45鋼，其σs＝360MPa，尺寸如圖6-15所示，采用H7／p6協(xié)同，孔與軸協(xié)同面的粗造度均為Rz=3.2μm，采用壓入法裝配。試：1）計算協(xié)同面間可能產(chǎn)生的最大壓強；2）計算裝配所需的最大壓入力；3）校核兩個零件的強度。

習題6-1圖

6－2如圖6-16所示的組合式蝸輪，輪芯和齒圈采用過盈聯(lián)接。輪芯材料為HT200，其σb＝

170MPa，齒圈材料為錫青銅CuSnP1，其σs＝200MPa，輪芯協(xié)同面的粗糙度Rz1＝6.3μm，齒圈協(xié)同面

的粗糙度Rz2＝10μm，采用脹縮法裝配，傳遞的最大轉矩T＝4000N?m。試設計該過盈聯(lián)接。

第七章帶傳動

思考題

7-1帶傳動的工作原理是什么？有哪些特點？

7-2說明帶傳動中緊邊拉力F1、松邊拉力F2、有效拉力F以及初拉力F0之間的關系。7-3帶傳動工作中發(fā)生彈性滑動的機理是什么？對傳動有什么影響？7-4打滑是怎樣產(chǎn)生的？打滑的利弊是什么？7-5試分析帶傳動工作時帶中的應力狀況。7-6帶傳動設計的主要依據(jù)和設計準則是什么？

習題6-2圖

7-7多根V帶傳動中，一根帶失效，為什么要同時更換所有的V帶？7-8普通V帶與V帶輪輪槽楔角是否一致？為什么？7-9為什么帶傳動的中心距一般設計成可調理的？7-10帶傳動在使用中應注意哪些問題？

習題

7-1已知一帶傳動，傳遞功率P=10kW，帶速v?12.5m/s，現(xiàn)測得初拉力F0?700N。試求緊邊拉力F1和松邊拉力F2。

7-2試設計某鼓風機用的普通V帶傳動。已知傳遞功率P=7.5kW，小帶輪轉速n1

=1460r/min，鼓風機主軸轉速n2=700r/min，每天工作16h，由Y系列三相異步電動機驅動。要求傳動中心距a≤800mm。

7-3試設計一牛頭刨床中的普通V帶傳動。已知傳遞功率P=4kW，小帶輪轉速n1

=1440r/min，要求傳動比i?3.5，每天工作16h，由Y系列三相異步電動機驅動。由于結構限制，要求大帶輪基準直徑dd2不超過450mm。

7-4試設計某旋轉式水泵用的普通V帶傳動。已知采用Y系列三相異步電動機驅動，電動機額定功率P=11kW，電動機轉速n1=1460r/min，水泵軸轉速n2=400r/min，中心距約為1500mm，每天工作24h。

第八章齒輪傳動

思考題

8－1齒輪傳動與其他機械傳動相比有何特點？

8－2齒輪傳動常見的失效形式有哪些？各種失效形式常在何種狀況下發(fā)生？8－3一般的閉式齒輪傳動和開式齒輪傳動的主要失效形式各是什么？8－4閉式軟齒面、閉式硬齒面齒輪傳動及開式齒輪傳動的設計準則有何不同？

8－5常用的齒輪材料有哪些？它們的應用場合如何？鋼制齒輪常用的熱處理方法有哪些？它們各在何種狀況下采用？

8－6在設計軟齒面齒輪傳動時，為什么常使小齒輪的齒面硬度比大齒輪高30～50HBS？

8－7載荷系數(shù)中的KA、Kv、Kβ、Kα各考慮的是什么因素對齒輪所受載荷的影響？它們各自與哪些因素有關？

8－8對于齒輪相對兩支承非對稱布置的圓柱齒輪傳動，從減小齒向載荷分布不均的角度考慮，齒輪應布置在什么位置比較合理？

8－9將齒輪輪齒制成鼓形齒的目的是什么？對輪齒進行齒頂修形的目的是什么？

8－10在計算圓柱齒輪的齒面接觸疲乏強度和齒根彎曲疲乏強度時，分別應當注意哪些問題？8－11影響齒輪傳動齒面接觸疲乏強度的主要因素有哪些？影響齒根彎曲疲乏強度的因素有哪些？8－12一對圓柱齒輪傳動，兩齒輪的齒面接觸應力是否相等？齒根彎曲應力又如何？8－13在圓柱齒輪傳動設計中，應如何選擇小齒輪的齒數(shù)？如何設計兩輪的齒寬？8－14如何確定齒輪傳動的潤滑方法？如何確定齒輪傳動的效率？8－15齒輪主要有哪幾種結構形式？設計中如何選擇？

8－16在兩級圓柱齒輪傳動中，如其中有一級為斜齒圓柱齒輪傳動，它一般是安排在高速級還是低速級？為什么？在布置錐齒輪-圓柱齒輪減速器的方案時，錐齒輪傳動是布置在高速級還是低速級？為什么？

習題

8－1有一直齒圓柱齒輪傳動，原設計傳遞功率為P，主動軸轉速為n1。若其它條件不變，當主動軸轉速提高一倍，即n1'?2n1時，在保證輪齒工作應力不變的前提下，該齒輪傳動能傳遞的功率P'應為多少？

8－2在圖8-43所示的二級展開式斜齒圓柱齒輪減速器中，已知：動力從Ⅰ軸輸入，Ⅲ軸輸出，其轉動方向如下圖，齒輪4的輪齒旋向為右旋。試解答：

（1）標出輸入軸Ⅰ和中間軸Ⅱ的轉向；

（2）確定并標出齒輪1、2和3的輪齒旋向，要求使Ⅱ軸上所受的軸向力盡可能?。唬?）標出各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和齒輪3一體的空間受力圖。

習題8－2圖

8－3圖8-44所示二級斜齒圓柱齒輪減速器和一對開式直齒錐齒輪所組成的傳動系統(tǒng)。已知動力由

Ⅰ軸輸入，轉動方向如圖示。為使Ⅱ軸和Ⅲ軸上的軸向力盡可能小，試確定圖中各斜齒輪的輪齒旋向，并標出各輪在嚙合點處所受切向力Ft、徑向力Fr、軸向力Fx的方向。

習題8－3圖

8－4已知直齒錐齒輪—斜齒圓柱齒輪減速器的布置和轉向如圖8-45所示，欲使中間軸Ⅱ上的軸向力盡可能小，試畫出作用在斜齒輪3、4和錐齒輪1、2上的切向力Ft、徑向力Fr、軸向力Fx的方向。

習題8－4圖

8－5試設計某單級閉式直齒圓柱齒輪傳動。已知：電動機驅動，P=30kW,n1?720r/min，傳動比i＝4.5,長期雙向轉動，載荷有中等沖擊，z1?27，大小齒輪材料均為40Cr表面淬火。

8－6已知某單級閉式斜齒圓柱齒輪傳動，傳遞功率P＝10kW轉速n1?1240r/min，傳動比i?4.3，電動機驅動，雙向轉動，中等沖擊，小齒輪材料為40MnB調質，大齒輪材料為45鋼調質，z1?21,試設計此斜齒輪傳動。

8－7某開式直齒錐齒輪傳動，載荷均勻，原動機為電動機，單向轉動，傳遞功率P?19kW，轉速

n1=10r/min，z1=26，z2=83，m=8mm，b=90mm，小齒輪材料為45鋼調質，大齒輪材料為ZG45正

火，試校核其強度。

8－8某斜齒圓柱齒輪傳動，已知：z1＝22，z2＝76，齒寬系數(shù)?d＝1，根據(jù)齒面接觸疲乏強度計算

和齒根彎曲疲乏強度計算要求：d1≥63mm，mn≥2mm。試確定該齒輪傳動的幾何尺寸：mn、a、d1、d2、b1、b2、?。

注：＊mn的標準系列：1.5、2、2.5、3、4、5、6??＊螺旋角?＝8°～20°

解：（1）初選螺旋角??12?

由d1?mnz1cos?mn2cos?得mn?d1cos?z1?63?cos1222??2.8（mm）。

取標準值mn?3（mm）中心距a?(z1?z2)?32?cos12?(22?76)?150.284（mm）

取a?150（mm）

m(z?z2)3?(22?76)則??arccosn1?arccos?11.47832a2?150

d1?mnz1cos?mnz2cos???3?22cos1128?42??3?76cos1128?42??????1128?42??

??67.347（mm）?232.653（mm）

d2?b??dd1?1?67.347?67.347（mm），取b?70（mm）

取b2?b?70（mm），b1?b2?10?70?10?80（mm）

注：此題主要看確定的各參數(shù)和尺寸之間的關系是否合理？b1、b2、a是否圓整？?、d1、d2是否確切？

第九章蝸桿傳動

思考題

9-1蝸桿傳動有哪些主要特點？

9-2按蝸桿的外形不同，蝸桿傳動有哪些類型？圓柱蝸桿又有哪些主要類型？

9-3為了提高蝸輪的轉速，可否改用一致尺寸的雙頭蝸桿來代替單頭蝸桿與原來的蝸輪相嚙合？為什么?9-4蝸桿傳動有哪些主要參數(shù)？其中哪些參數(shù)是標準值？9-5蝸桿傳動如何變位？變位的目的是什么？

9-6蝸桿傳動的可能失效形式有哪些？常用材料有哪些？如何確定蝸輪的結構形式？

9-7影響蝸桿傳動嚙合效率的幾何因素有哪些？。9-8如何確定閉式蝸桿傳動的給油方法和潤滑油粘度？

9-9為什么連續(xù)傳動的閉式蝸桿傳動必需進行熱平衡計算？可采用哪些措施來改善散熱條件？

9-10一把模數(shù)為m?5mm，齒形角??20，分度圓直徑d?40mm，頭數(shù)z?2的右旋蝸輪滾刀，能否加工模數(shù)為m?5mm，齒形角??20的各種螺旋角、各種齒數(shù)的蝸輪？為什么？

??習題

9-1一阿基米德蝸桿傳動，已知模數(shù)m?5mm，分度圓直徑d1?50mm，蝸桿頭數(shù)z1?4，蝸桿右旋，蝸輪齒數(shù)z2?53。試：（1）求傳動比i和標準中心距a；（2）其他參數(shù)不變，使中心距改為a1?160mm，求變位系數(shù)；（3）計算變位后的蝸桿分度圓直徑、節(jié)圓直徑、齒頂圓直徑和齒根圓直徑；（4）計算變位后的蝸輪分度圓直徑、節(jié)圓直徑、喉圓直徑和齒根圓直徑

9-2電動機驅動的普通蝸桿傳動，如圖9-12所示。已知模數(shù)m?6mm，蝸桿直徑系數(shù)q?9，蝸桿頭數(shù)z1?2，蝸輪齒數(shù)z2?60，蝸桿軸輸入功率P1?5.5kW，轉速n1?2920rpm，載荷平穩(wěn)，單向轉動，兩班制工作，選用滾動軸承。試完成以下工作：（1）選擇蝸輪、蝸桿材料；（2）確定蝸桿的旋向，蝸輪的轉向；（3）求出作用在蝸桿和蝸輪輪齒上的各分力的大小并在圖中標出各分力的方向；（4）確定傳動的嚙合效率和總效率。

習題9-2圖

9-3設計一用于帶式運輸機的蝸桿傳動，已知蝸輪轉矩T2?350N.m，傳動比i?21.5，蝸桿轉速，傳動平穩(wěn)，無沖擊，每天工作8小時，工作壽命8年（每年工作260日）。n1?950r/min9-4如圖9-14所示，由斜齒圓柱齒輪和蝸桿傳動及卷筒組成的起重裝置，正在提升重物。已知：1輪主動，蝸桿3為右旋，要求Ⅱ軸上2、3兩傳動件的軸向力方向相反。試：（1）在圖中標出各傳動件的螺旋方向；（2）在圖中畫出斜齒輪2和蝸桿3的各分力方向；（3）在圖中畫出Ⅰ軸的轉動方向。

9-5如圖9-15所示，為蝸桿傳動和錐齒輪組成的傳動系統(tǒng)。已知蝸桿1為主動件，要求4輪的轉向如圖所

習題9-4圖

習題9-5圖

示。（1）為使2、3兩輪軸向力相互抵消，請標出蝸輪2的旋向以及1輪的轉向；（2）標出2、3兩輪的軸向力、切向力和徑向力的方向。

9-6如下圖為由蝸桿傳動和斜齒圓柱齒輪傳動組成的傳動系統(tǒng)。已知：蝸桿主動，右旋，轉向如下圖，要求2、3兩輪的軸向力方向相反。

（1）確定并在圖中標出3、4兩輪的螺旋方向和4輪的轉向。（2）在圖中畫出2、3兩輪的各分力方向。

解：

FX2Ft2Fr2Ft3Fr3FX3

第十章鏈傳動

思考題

10-1與帶傳動和齒輪傳動相比，鏈傳動有什么優(yōu)、缺點？

10-2鏈傳動的運動不均勻性是如何引起的？對傳動有什么影響？能否避免？10-3正常潤滑條件下，鏈傳動主要失效形式是什么？試說明失效機理。10-4鏈發(fā)生鉸鏈磨損后，會導致什么結果？為什么？

10-5在鏈傳動設計中，鏈輪齒數(shù)的選擇主要考慮了哪些因素的影響？10-6在確定鏈節(jié)距時，主要考慮了哪些因素？是如何考慮的？

10-7鏈傳動既然屬于嚙合傳動，為什么也要張緊？又是如何實現(xiàn)張緊的？

10-8良好的潤滑措施對鏈傳動有什么積極意義？在鏈傳動的使用維護中應注意哪些問題？10-9在設計鏈傳動的總體布置時，應如何考慮傳動比和中心距的影響？有什么針對性措施？10-10齒形鏈傳動有什么優(yōu)點？主要用于什么場合？

習題

10-1試設計一用于往復式壓氣機主軸驅動的鏈傳動，動力由電動機輸入。已知傳遞功率P=3kW，電動機轉速n1?960r/min，壓氣機主軸轉速n2?300r/min，中心距不可調。

10-2試設計一帶式輸送機用的鏈傳動。已知傳遞功率P=7.5kW，主動鏈輪轉速n1=1460r/min，從動鏈輪轉速n2=430r/min，電動機驅動，要求傳動中心距a≤800mm。

10-3試設計一壓氣機用的鏈傳動。已知電動機型號為Y225M-8，額定功率P=22kW，轉速n1=730r/min，壓氣機主軸轉速n2=250r/min。要求中心距a≤650mm，每天工作16h，載荷平穩(wěn)，水平布置。

10-4一由電動機驅動的滾子鏈傳動，已知鏈輪齒數(shù)z1?15，z2?49，采用單排12A滾子鏈，中心距

a?650mm，水平布置。傳遞功率P?2.2kW，主動輪轉速n1?960r/min，工作時有中等沖擊，采用滴油

潤滑。試驗算該鏈傳動的工作能力。(提醒：首先確定鏈傳動其它參數(shù)，然后根據(jù)實際工作條件驗算其工作能力是否滿足要求，注意潤滑條件對傳動能力的影響)

第十一章軸

思考題

11-1按承載狀況，軸分為哪三種類型？各舉2~3個實例。

11-2軸的常用材料有哪些？若優(yōu)質碳素鋼軸的剛度不足，改用合金鋼能否解決問題，為什么？11-3軸的結構設計要滿足哪些基本要求？說明軸的結構設計步驟。11-4軸上零件的周向和軸向固定方法有哪些？各適用于什么場合？11-5在齒輪減速器中，為什么低速軸的直徑要比高速軸粗得多？

11-6轉軸所受彎曲應力的性質如何？其所受扭切應力的性質又怎樣考慮？

11-7為什么一般將軸設計成階梯形？確定階梯軸各段直徑和長度的原則和依據(jù)是什么？11-8軸的強度計算常見的有哪幾種方法？各在什么狀況下使用？11-9怎樣確定軸的危險截面？

11-10按疲乏強度確切校核軸時，主要考慮哪些因素？其校核計算的主要步驟是什么？

11-11在進行軸的疲乏強度計算時，若同一截面上有幾個應力集中源，應如何確定疲乏缺口系數(shù)？11-12什么是軸的共振？什么是軸的臨界轉速？什么是剛性軸？什么是撓性軸？設計高速運轉的軸時，如何考慮軸的轉速范圍？

習題

11-1已知一傳動軸傳遞的功率為40kW，轉速n=1000r/min，假使軸上的扭切應力不能超過40MPa，求該軸的直徑。

11-2齒輪減速器輸入軸的功率為5kw，轉速為350r/min，選中擇該軸的材料分別為45鋼或40Cr時，試分別確定該輸入軸的最小直徑。

11-3指出圖11-25中各軸系結構的不合理之處，并畫出改進后的結構圖。

習題11-3圖

11-4兩級展開式斜齒圓柱齒輪減速器的輸出軸III（圖11-26a）傳遞的功率P?5KW，轉速

n?60r/min。給出軸的部分尺寸和表面粗糙度如圖11-26b，已知斜齒輪4的法向模數(shù)mn?4mm，

法面壓力角?n?20?，齒數(shù)z4?112，螺旋角??9?22?（左旋），軸的材料為45鋼調質。試分別用當量彎矩法和安全系數(shù)法校核該軸的強度。

11-5一直徑為50mm的鋼軸上裝有兩個圓盤，布置如圖11-27所示。不計軸本身重量，試計算此軸的

習題11-4圖

第一階臨界轉速定性如何？

nc1

。若軸的工作轉速n?960r/min，分析該軸屬于剛性軸還是撓性軸？軸工作時的穩(wěn)

習題11-5圖

第十二章滾動軸承

思考題

12-1軸承的功用是什么？

12-2與滑動軸承相比，滾動軸承有何優(yōu)、缺點？

12-3滾動軸承有哪些主要類型？如何選擇滾動軸承類型？

12-4球軸承與滾子軸承相比，哪一種承載大？哪一種更適合高速？哪一種價更廉？12-5什么是接觸角α？接觸角α的大小意味著什么？

12-6滾動軸承的由哪幾部分組成？其中基本表示哪些內容？12-7說明軸承30207、6209/P2、7305AC、N308的含義。12-8滾動軸承的主要失效形式和計算準則是什么？

12-9什么是基本額定壽命？什么是基本額定動載荷？什么是當量動載荷？

12-10向心角接觸軸承的內部軸向力是怎樣產(chǎn)生的？

12-11軸系在什么狀況下采用兩端固定支承？在什么狀況下采用一端固定、一端游動支承？12-12什么是滾動軸承的預緊？預緊的目的是什么？預緊方法有哪些？12-13應如何選擇滾動軸承的協(xié)同？

12-14滾動軸承潤滑和密封的目的分別是什么？如何選擇潤滑方式？

習題

12