機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)答案教材

第一章

前面有一點(diǎn)不一一樣，總體還行一一

1-1.機(jī)械零件常用的材料有哪些？為零件選材時(shí)應(yīng)考慮哪些主要耍求？

解：機(jī)械零件常用的材料有：鋼（普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼

）,

鑄鐵，有色金屬（銅及銅合金、鋁及鋁合金）和工程塑料。

為零件選材時(shí)應(yīng)考慮的主要要求：

1?使用方面的要求：

1）零件所受載荷的大小性質(zhì)，以及應(yīng)力狀態(tài)，

2）零件的工作條件，

3）對(duì)零件尺寸及重量的限制，

4）零件的重要程度，

5）其他特殊要求。

2?工藝方面的要求。

3?經(jīng)濟(jì)方面的要求。

1-2.試說(shuō)明下列材料牌號(hào)的意義：Q235,45,40Cr,65Mn,ZG230-

450,IIT200,ZcuSnlOPl,LC4.

解：Q235是指當(dāng)這種材料的厚度（或直徑）w16mm時(shí)的屈服值不低于235Vpa。

45是指該種鋼的平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為萬(wàn)分之四十五。

40Cr是指該種鋼的平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為萬(wàn)分之四十并且含有平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1.5%的Cr

65Mn是指該種鋼的平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為萬(wàn)分之六十五并且含有平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1.夠的

Mn元素。

ZG230-450表明該材料為鑄鋼，并且屈服點(diǎn)為230,抗拉強(qiáng)度為450.

HT200表明該材料為灰鑄鐵，并FL材料的最小抗拉強(qiáng)度值為200Mpa.

ZCuSnlOPl鑄造用的含10%Sn、1研其余為銅元素的合金。

LC4表示鋁硅系超硬鋁。

1-6.標(biāo)準(zhǔn)化在機(jī)械設(shè)計(jì)中有訶重要意義？

解：有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量，減輕設(shè)計(jì)工作量，便于零部件的互換和組織專(zhuān)業(yè)化的大生產(chǎn)，以

及降低生產(chǎn)成本，并且簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)方法，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，加快了設(shè)計(jì)進(jìn)程，具有先進(jìn)性、規(guī)范性和

實(shí)用性，遵照標(biāo)準(zhǔn)可避免或減少由于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)不足而出現(xiàn)的偏差。

第一早

2-7.為什么要提出強(qiáng)度理論？第二、第三強(qiáng)度理論各適用什么場(chǎng)合？

解：材料在應(yīng)用中不是受簡(jiǎn)單的拉伸、剪切等簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)，而是各種應(yīng)力組成的復(fù)雜應(yīng)力

狀態(tài)，為了判斷豆雜應(yīng)力狀態(tài)下材料的失效原因，提出了四種強(qiáng)度理論，分別為最大拉應(yīng)力

理論、最大伸長(zhǎng)線(xiàn)應(yīng)變理論、最大切應(yīng)力理論、畸變能密度理論。

第二強(qiáng)度理論認(rèn)為最大伸長(zhǎng)線(xiàn)應(yīng)變是引起斷裂的主要因素，適用于布料、混凝土、鑄鐵等能

性材料的失效場(chǎng)合。

第三強(qiáng)度條件：認(rèn)為最大切應(yīng)力是引起屈服的主要因素，適用于低碳鋼等塑性材料的失效場(chǎng)

口。

2-15.畫(huà)出圖示梁的彎矩圖。

JM=Fa?。?/p>

F=O,FA伍-F=0,

MA=0,FB*3aM-F*a=0

a

AM/kN*mM=Fa

(b)

\F=0,Fl&F-2F-F=0

解:、MA=0,F*2a2F*a解4a-Fz*3a=0

F.-8/3F,F,--2/3F

M=Fa

(g)帶椎料功樞的沖床機(jī)構(gòu)

3-5.圖示為一簡(jiǎn)易沖床的擬設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)者思路是：動(dòng)力

由齒輪1輸入，使軸A連續(xù)回轉(zhuǎn)；

而固定在軸A上的凸輪2和杠桿3組成的凸輪機(jī)構(gòu)使沖頭4上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到?jīng)_壓的目的.試

n=3R=4,PH=1

由于F=0,故不能運(yùn)動(dòng)

F=3n—2R—PH=3JE3—2漢4—1=0

修改措施為：

繪出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度，并分析其運(yùn)動(dòng)是否確定，如其運(yùn)動(dòng)不確

定，試提出修改措施。

3-6.試?yán)L出圖示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并計(jì)算其自由度。

A

7

n=3,PL=4

n=5,R=7,PH=0

F=3n—2P|_—R=3匯3—2,兄4=1

F=3n2RPH=3匯52工7=1

n=5,PL=7,RH=0

F=3n-2R-R=3乂5-2乂7=1

第四章

4-6.在圖4T1所示的差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)中,螺桿1與機(jī)架3在A(yíng)處用右旋螺紋連接，導(dǎo)程

SA=4nim,當(dāng)搖柄沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)5圈時(shí)，螺母2向左移動(dòng)5mm,試計(jì)算螺旋副B的

C

導(dǎo)程SB,并判斷螺旋副B的旋向。

解：由題意判斷B為右旋，hB同向，固有:

舄(SA-SB)J,故5(4-SB)仲

muig二巧

-Z

第五章

5-7?根據(jù)圖中所注尺寸，試問(wèn)如何才能獲得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)？解：根據(jù)曲

柄存在的條件：

(1)最短桿長(zhǎng)度+最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度\丫其他兩桿長(zhǎng)度之和：

(2)最短桿為連架桿。

根據(jù)題意：140+20(X170+180,故滿(mǎn)足第一條件。

當(dāng)最短桿AD為連架桿時(shí)，即AB、CD固定時(shí)，極限位置如圖所示，為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

C?CD

當(dāng)最短桿AD為機(jī)架時(shí)，極限位置如下圖所示，為雙曲柄機(jī)構(gòu)。

當(dāng)AD為連桿時(shí)，極限位置如下圖所示，為雙搖桿機(jī)構(gòu)。

5-8.圖示校鏈四桿機(jī)構(gòu)h=100mm,12=200mm13=300mm,若要獲得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，試

問(wèn)機(jī)架長(zhǎng)度范圍為多少？

解：根據(jù)曲柄存在的條件：

(1)最短桿長(zhǎng)度+最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度w其他兩桿長(zhǎng)度之和；

(2)最短桿為連架桿。

根據(jù)題意：

(1)若L為最長(zhǎng)桿(L>300),L+11w12+L,300wLW400.

(2)若k為最長(zhǎng)桿(1田300),11+13wL+L,200wLw300.

故200wLiw400.

570.設(shè)計(jì)一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。已知搖桿長(zhǎng)度1卬=100mm,提角*=30',行程速比系數(shù)

K=L2。試用圖解法根據(jù)最小芍動(dòng)角min-40°的條件確定其余三桿的尺寸。

“1

解：由V—180?,二二16.36--

K+1

故，先畫(huà)出CD和CD,使得/CDC=+=30°.

由于*16.36".故過(guò)C和C作/CC0和/CCO=7264",以。點(diǎn)為圓心作圓

過(guò)C做/DCA=45°交圓。于A(yíng)點(diǎn)。AC=133mm,AC=91.89nm,AD=94.23mm,計(jì)算得

AB=20.555nun,BC=112.445mm

所以其他三桿長(zhǎng)度為：ADX4.23mm,AB=20.555mm,BC=112.445mm

571.設(shè)計(jì)一曲柄涓塊機(jī)構(gòu)。已知滑塊行程H-50nun,e-20minf行程速比系數(shù)K-1.5.試用

圖解法求出曲柄和連桿的長(zhǎng)度。

Kj

解：由v-180-,二二36。

K+1

首先，畫(huà)出CC=50mm,作/CC0=/CC0=54-,過(guò)0作圓交偏心線(xiàn)于A(yíng),

連接AC,AC■測(cè)得長(zhǎng)度如圖所示，算出AB=21.505,BC=46.515.

5T2.設(shè)計(jì)一導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。己知機(jī)架長(zhǎng)度1船100mm,行程速比系數(shù)K=1.4,試求曲柄長(zhǎng)度。

解：-180°""'=30（，,即/BCB=30°.

K+1

AB±BC,/ACB=15°,AC=IAD=100mm.

AB=25.88mm

5-13.設(shè)計(jì)一錢(qián)鏈四桿機(jī)構(gòu)作為加熱爐爐門(mén)的啟閉機(jī)構(gòu)。已知爐門(mén)上兩活動(dòng)較鏈間距離為

50mm,爐門(mén)打開(kāi)后成水平位置時(shí)，要求爐門(mén)溫度較低的一面朝上（如虛線(xiàn)所示）o設(shè)固定

錢(qián)鏈在0-0軸線(xiàn)上，其相關(guān)尺寸如圖所示，求此較鏈四桿機(jī)構(gòu)其余三桿的長(zhǎng)度。

?5-13圖

解:因?yàn)辄c(diǎn)A、D在0-0軸線(xiàn)上，由于A(yíng)B=AB：AC二AC：所以運(yùn)用垂直平分線(xiàn)定理，連接BB和

CC,分別作其中垂線(xiàn)交0-0軸線(xiàn)于點(diǎn)A、D,因此找到A點(diǎn)和D點(diǎn)。

AB=67.34,CD=112.09,AD=95.74

第六章

6-2?四種基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律各芍何特點(diǎn)？各適用何種場(chǎng)合？什么是剛性沖擊和柔性沖擊？解：（1）等

速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特點(diǎn)是：在從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)和終了點(diǎn)都有速度的突變，使加速度趨于無(wú)限大，

因此會(huì)引起強(qiáng)烈的剛性沖擊。這種沖擊對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的_L作影響很大，所以勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律一般只

適用于低速或從動(dòng)件質(zhì)量較小的場(chǎng)合。

（2）等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特點(diǎn)是：在一個(gè)運(yùn)動(dòng)彳后環(huán)中，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速度逐步增大又

逐步減小，避免了運(yùn)動(dòng)速度的突變；但在從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)和終了點(diǎn)仍存在著加速度

的有限突變，還會(huì)有?定的柔性沖擊。所以這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于凸輪為中、低速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件質(zhì)

量不大的場(chǎng)合。

（3）余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特點(diǎn)是：推桿的加速度按余弦規(guī)律變化，且在起始點(diǎn)和終點(diǎn)推

桿的加速度有突變，有一定的柔性沖擊。一般只適用于中速場(chǎng)合。

（4）正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特點(diǎn)是：推桿的加速度按正弦規(guī)律變化，但其加速度沒(méi)有突

變，可以避免柔性汗擊?和剛性沖擊，適用于高速場(chǎng)合。

剛性沖擊：由于加速度有突變，并且加速度值理論上為無(wú)窮大，但由于材料具有彈性，使得

加速度和慣性達(dá)到很大（不是無(wú)窮大），從而產(chǎn)生很強(qiáng)烈的沖擊，把這一類(lèi)沖

擊稱(chēng)為剛性沖擊。

柔性沖擊：由于加速度有突變，但這一突變?yōu)橛邢拗?，引起的沖擊較為平緩，故稱(chēng)這一類(lèi)為

柔性沖擊。

6-7.盤(pán)形凸輪基網(wǎng)半徑的選擇與哪些因素有關(guān)？

解：由于J粒盤(pán)形凸輪基圓半徑的選擇與推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，推桿的工作行

國(guó)tana

程和推桿的許用壓力角和推程運(yùn)動(dòng)角有關(guān)。一般在滿(mǎn)足）皿V上*I的條件下，合理地確定

凸輪的基圓半徑，使凸輪機(jī)構(gòu)的尺寸不至過(guò)大。

6-8.試設(shè)計(jì)一對(duì)心宜動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓線(xiàn)，已知凸輪作順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)、推

桿行程h=30mm,基圓半徑r。=40mm，滾子半徑二10mm,凸輪各運(yùn)動(dòng)角為：

八。人0木*。八*0

。=120、s=150、，=150、s=60,推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可自選。

解：由題意得：凸輪理論廓線(xiàn)基圓半徑為40mm，實(shí)際半徑為30mm.

等速推程時(shí)，由公式$戈（奚得：

凸輪轉(zhuǎn)角半/

0306090120

（9

推桿位移s/mm07.51522.530

等加速等減速回程時(shí)，由公式等加速公

二紇%護(hù)和等減速公式s善（0一盤(pán)「“一廣。.?得:

凸輪轉(zhuǎn)用④/

150180210240270300

（）

推桿位移s/mm3027.620.49.62.10

故根據(jù)反轉(zhuǎn)法畫(huà)出下圖:

第七章

7-1.對(duì)于定傳動(dòng)比的齒輪傳動(dòng)，其齒廓曲線(xiàn)應(yīng)滿(mǎn)足的條件是什么？

解：由于相嚙合的齒廓在接觸點(diǎn)處的公法線(xiàn)與連心線(xiàn)交于固定點(diǎn)，故齒廓曲線(xiàn)上任意一點(diǎn)的

法線(xiàn)與連心線(xiàn)都交于固定點(diǎn)。

7-2.節(jié)圓與分度圓、嚙合角與壓力角有什么區(qū)別？

解：分度圓是指定義齒輪標(biāo)推模數(shù)（并且壓力角為20。時(shí)）乘以齒數(shù)所求得的直徑。以輪

心為圓心，過(guò)節(jié)點(diǎn)所作的圓稱(chēng)為節(jié)圓。也就是說(shuō)分度圓在齒輪確定時(shí)是確定不變的，節(jié)圓是

只有兩齒輪嚙合時(shí)才存在，單個(gè)齒輪沒(méi)有行圓，并月行圓是隨著中心距變化而變化的。漸開(kāi)

線(xiàn)齒麻上某點(diǎn)的法線(xiàn)（壓力線(xiàn)方向），與齒廓上該點(diǎn)速度方向線(xiàn)所夾的銳角稱(chēng)為壓力角，漸開(kāi)線(xiàn)齒廓上各點(diǎn)的壓力角

不等。嚙合角是在一般情況下（不指明哪個(gè)圓上的嚙合角，一般就

是指分度圓上的壓力角），兩相嚙合齒輪的端面齒廓在接觸點(diǎn)處的公法線(xiàn)與兩節(jié)圓在節(jié)點(diǎn)處公切線(xiàn)所夾的銳角。

7-4.林潴齒輪傳動(dòng)的實(shí)際中心距大于標(biāo)準(zhǔn)中心距時(shí)，卜列參數(shù)：傳動(dòng)比、嚙合角、分度圓半

徑、節(jié)圓半徑、基圓半徑、頂隙等中哪些發(fā)生變化？哪些不變？

解：標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)的實(shí)際中心距大于標(biāo)準(zhǔn)中心距時(shí)，由于a變大，節(jié)圓半徑變

大，口工「，r2工」2（匚、-2為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)圓半徑），傳動(dòng)比不發(fā)生變化，頂隙變大，嚙合角也

變大。分度圓半徑與基圓半徑與齒輪本身相關(guān)，故不會(huì)發(fā)生變化。

7-8.模數(shù)和齒數(shù)相同的正變位齒輪與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相比，下列參數(shù)（1、@、p、s、e、h：、hf、&,、&

中哪些參數(shù)變大了？哪些參數(shù)變小了？哪些參數(shù)沒(méi)有變？

解：變大的參數(shù):h_、d、dr、s

-Z"T

變小的參數(shù)：h、e

513.MPa

IT君1一)=523.95MPa

不變的參數(shù)：d、p、d?

771.現(xiàn)有一閉式直齒輪傳動(dòng),已知輸入功率

R二w,4輸入轉(zhuǎn)速虧rr720Zinim,mim8b.,415m,b

小齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理,齒面平均硬度為230HBS,大齒輪材料為ZG310-570，正

火處理，齒面平均硬度為180HBS。齒輪雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，載荷有中等沖擊，取K=1.6,齒輪相對(duì)

軸承非對(duì)稱(chēng)布置。試校核該齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度。

解：1?確定許用壓力

小齒輪的齒面平均硬度為230HBS。查表得:

930217

oui干”一—(315—301)0.7MPa=214.05MPa

L255—217

大齒輪的齒面平均硬度為

180HBSo查表得：

_270(301270)MPa=

一器嚅一285.5MPa

J

IQ

二171(189-171)0.7MPa=126MPa

197-163

2?計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩

皿4

---------------N-mm二53056N*n】m

「

r720

3?按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算

36

弋骨…

Li兀U{(gJ53056061八

2.3-IB86.13nim

Y0.972匯285.523.06

根據(jù)題目中，dFmzi=418=72nlm不能滿(mǎn)足齒面疲勞強(qiáng)度要求。

4?按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算

由z18,Z2=55,查表得YESI=4.45,Y卜=4.005

丫4.45_

li214.2oo2O77

YFS2

1260.03174

Y

由于一-較大，故將其帶入下式中：匕F2

31.6530564.005_

0.97218」26mm—A2.55mm

由以上計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，滿(mǎn)足齒根彎曲強(qiáng)度要求。

故不能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

7-12.設(shè)計(jì)一單級(jí)減速器中的直齒輪傳動(dòng)。已知傳遞的功率P=10KW,小齒輪轉(zhuǎn)速

屬=960r/min,傳動(dòng)比i12=4.2,單向轉(zhuǎn)動(dòng)，載荷平穩(wěn)，齒輪相對(duì)軸承對(duì)稱(chēng)布置。

解：1.材料選擇

單級(jí)減速器工作我荷相對(duì)平穩(wěn)，對(duì)外廓尺寸也沒(méi)有限制，故為「加工方便，采用軟齒面齒輪傳動(dòng)。

小齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面平均硬度為240HBs;大齒輪選用45鋼，止火處理，齒血乎均硬

度為190HBS?

2.參數(shù)選擇

1)齒數(shù)由于采用軟齒面?zhèn)鲃?dòng)，故取=20,z2=i12Zi=4.220=84

2)齒寬系數(shù)由于是單級(jí)齒輪傳動(dòng)，兩支承相對(duì)齒輪為對(duì)稱(chēng)布置，且兩輪均為軟齒面，查

表得二1.4

3)載荷系數(shù)因?yàn)檩d荷比較平穩(wěn)，齒輪為軟齒面，支承對(duì)稱(chēng)布置，故取K=1.4.

4)齒數(shù)比對(duì)于單級(jí)減速傳動(dòng)，齒數(shù)比U=力2二4.2

3.確定需用應(yīng)力

小齒輪的齒面平均硬度為240HBS。許用應(yīng)力根據(jù)線(xiàn)性插值計(jì)算：

513(54-513)MPa532MPa

U二豁=

1_r301.03

叫1—+聘9°-3咖唉0亦

大齒輪的齒面平均硬度為190IIBS,許用應(yīng)力根據(jù)線(xiàn)性插值計(jì)算：

190-1631

二468(513-468)MPa=491MPa

217-162

]90162

-280=(301-280)MPa=291MPa

217-162

4.計(jì)第小齒輪的轉(zhuǎn)矩

9.55106P9.5510'10.._______

--------------N?mm=99479N*mm

960

5?按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算

取較小應(yīng)力口也帶入計(jì)算，得小齒輪的分度圓直徑為

KTir131.4—99479—4.2—1一“

di376.6a-----*=76.6刃----------*--------mm=61.23mm

u■■1.44914.2

d6123

齒輪的模數(shù)為m13.065mm

Zi20

6?按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算

由齒數(shù)z=20,z2=84查表得，復(fù)合齒形系數(shù)YFSI=4.36,YFS2=3.976

丫網(wǎng)4.36

耳0.01411

I-,F,309

YFS23.976

罟0.013663

291

Y

由于下號(hào)一較大，故帶入下式：

叫

31.4994793.976

mm二1.89mm

m"26樓聶；1.420,291

7?確定模數(shù)

由卜?述結(jié)果可見(jiàn)，該齒輪傳動(dòng)的接觸疲勞強(qiáng)度較薄弱，故應(yīng)以m>3.065mm為準(zhǔn)。取標(biāo)準(zhǔn)

模數(shù)m=4mm

8?計(jì)算齒輪的主要幾何尺寸

4=mZ=420mm=80mm

d2=mz2=484mm=336min

dn二⑵2h?)(2021)4mm=88mm

d.,2二(Z22h?)m二(8421)4min二344mm

208mm

22b=da=l.470mm=98mm取b2=98mm,b"=b2

(2?10),取Q=104mm

7-14.圖示為一雙級(jí)斜齒輪傳動(dòng)。齒輪1的轉(zhuǎn)向和螺旋線(xiàn)

旋向如圖所示，為了使軸n上兩齒

輪的軸向力方向相反，是確定各齒輪的螺旋線(xiàn)旋向，并在嚙合點(diǎn)處畫(huà)出齒輪各力的方向。

解：1和3為左旋，2和4為右旋。

i3in仔4Iin

題7-14圖

7-17.一對(duì)斜齒輪的齒數(shù)為乙二21,Z2=37,法向模數(shù)=3.5mm.若要求兩輪的中心

距a=105mm,試求其螺旋角

mn(Z|z2)3.5(27+37)

解：由a------------------得,cos-==0.9667

2cosP2心05

>14.83-

7-19.一對(duì)錐齒輪傳動(dòng)，已知Z.=20,Z2=50,m=5mm,試計(jì)算兩輪的主要幾何尺寸及當(dāng)

量

齒輪數(shù)Z,。

解:

h_.二h]ni=m=5mm

hr=(h；sc)=1.2m=6mm

h=h-hr=11mm

c=cm=1mm

r=arctan(w/22)=21.8-

、2二arctan(Z2/乙)=68.2"

dnzi=100mm

d2二mzz=250mm

dai二dj2h-.cos、i=109.3mm

da2=d2■2h-.cosx2=253.7nun

dn=djF2hicos*=88.84mm

df2二d2-2hfcos>2=245.56mm

+d；="Jzi+z；=134.63mm

22

b?R,=0.3R=40.39mmFR=0.25?0.3

11=arctan(hr/R)二2.55?

、…一「可-24.35°

、.就=、23=70.75?

、.4=、.勺，，二19.25°

、f2二?2一片=65.65。

42。-134.64

COS2

7-21.圖示蝸桿傳動(dòng)中，蝸桿均為主動(dòng)件。試在圖中標(biāo)出未注明的蝸桿或蝸輪的轉(zhuǎn)向及螺旋線(xiàn)的旋

向，在嚙合點(diǎn)處畫(huà)出蝸桿和蝸輪各分力的方向。

解:

(a)

7-24.為什么在圓柱齒輪傳動(dòng)中，通常取小齒輪齒寬bib,（大齒輪齒寬）：而在錐齒輪傳動(dòng)

中，卻取b=b,?

解：在圓柱齒輪傳動(dòng)中裝配、制造都可能有軸向偏差。如果等寬就有可能使接觸線(xiàn)長(zhǎng)度比齒寬要

?。ㄝS向有有錯(cuò)位）。因此有一個(gè)齒輪應(yīng)寬些以補(bǔ)償可能的軸向位置誤差帶來(lái)的嚙合長(zhǎng)度減小的何

題。加寬小輪更省材料和加工工時(shí)。

在錐齒輪傳動(dòng)中，安裝時(shí)要求兩齒輪分度圓的錐頂重合，大端對(duì)齊，所以取b*b20

第八章

8-9.在圖示輪系中，已知各輪為數(shù)，試計(jì)算傳動(dòng)比（大小及轉(zhuǎn)向關(guān)系）。

J(15)

i

■2(45)

4(34)

V%

W/〃A

V/////X

3X17)J.

P(30)

nZ2Z3Z445乂30'341,

r)Z1Z2z-151517

8-10?圖示為一手動(dòng)提升機(jī)構(gòu)。已知各輪2?的頭數(shù)Z2=2（右旋），與蝸輪固連的

齒數(shù)及蝸輪

鼓輪Q的直徑d0=0.2mm,手柄A的半徑n=0.1m。當(dāng)需要提升的物品W的重力

R=20kN時(shí)，試計(jì)算作用在手柄A上的力F（不考慮機(jī)構(gòu)中德摩擦損失）

zzani?n

2320:120

2

解：FnT=iF*蟲(chóng)-3

2

'Q

Q-'3200.11

Fz.kNkN

JA-I0.11206

8-11?在圖示輪系中，已知各輪齒數(shù)，齒輪1的轉(zhuǎn)速印=200r/miro試求行星架H的轉(zhuǎn)速

H

口卡漢

解：："m&>1745

1H

m--0—n?ZZ21730

叱匹二1.5

-II

r?=-400r/mir

8-12.圖示為行星攪拌機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)羽，已知各輪齒數(shù)，當(dāng)行星架H以H=31rad/s的角速度【可

轉(zhuǎn)時(shí)，求攪拌葉片

2(20)

H解:。2=簫n—/]■Ho*,117、2°1

-mi12'H'■'HZ.40_2

0-311

；--.2-312

■,=93rad/s

8-13.圖示為一礦井用電鉆的行星輪系，已知Z=15>Z3=45,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

“=30OrO/mi試求鉆頭H的轉(zhuǎn)速m。

'1F

電動(dòng)機(jī)1H.

//P

3000-皿

H=3

0

On=-1500r/min

8T4.在圖示輪系中，已知各輪齒數(shù)及齒輪1的轉(zhuǎn)速m'50r/min,行星架H的轉(zhuǎn)速

nH=100r/min,轉(zhuǎn)向如圖所示。試求齒輪4的轉(zhuǎn)速。

3*(52)3(50)

1(25)

mZ2306

i

12-

n2Z255

,iin-niiZtZs5850145

解：.2

124

m-nHZ3Z2*52漢60156

250

100

6145

第九章

9-1.帶傳動(dòng)中的彈性滑動(dòng)與打滑有什么區(qū)別？對(duì)傳動(dòng)有何影響？影響打滑的因素有哪些？如何避免

打滑？

解：由于緊邊和松邊的力不一樣導(dǎo)致帶在兩邊的彈性變形不同而引起的帶在帶輪上的滑動(dòng)，

稱(chēng)為帶的彈性滑動(dòng)，是不可避免的。打滑是由于超裁所引起的帶在帶輪上的全面滑動(dòng)，是可

以避免的。

由于彈性滑動(dòng)的存在，使得從動(dòng)輪的圓周速度低于主動(dòng)輪的圓周速度，使得傳動(dòng)效率降低。

影響打滑的因素有：預(yù)緊力大小、小輪包角、當(dāng)量摩擦因素。

避免打滑：及時(shí)調(diào)整預(yù)緊力，盡量使用摩擦因素大的、伸縮率小的皮帶，對(duì)皮帶打蠟。

9-3.試分析參數(shù)-：》、的大小對(duì)帶傳動(dòng)的工作能力有何影響？

解：Di越小，帶的彎曲應(yīng)力就越大。

的大小影響帶與帶輪的摩擦力的大小，包角太小容易打滑（一般?。骸梗?20°）

32越大，單根v帶的基本額定功率的增量就越大。

9-4.帶和帶輪的摩擦因數(shù)、包角與有效拉力有何關(guān)系？

解：凡c=2F0三Fe,最大有效拉力Fee與張緊力F）、包角：?和摩擦系數(shù)f有關(guān)，增大

e+1

F,、、［和f均能增大最大有效櫛力F^n

9-9.設(shè)計(jì)一由電動(dòng)機(jī)馱動(dòng)的普通V帶減速傳動(dòng)，已知電動(dòng)機(jī)功率P=7KW,轉(zhuǎn)速

n,=1440r/min,傳動(dòng)比i/=3,傳動(dòng)比允許偏差為土5%,雙班工作，載荷平穩(wěn)。

解：

1.計(jì)算功率Pfa

查表得，KA=1.2,則FQ=KAP=L27=8.4kW

2.選擇帶的截型

根據(jù)p<.a=8.4kW和ni=1440r/min查圖9-9選定A型帶。

3.確定帶輪的基準(zhǔn)直徑D和D,

參考圖9-9和表9-3取小帶輪的基準(zhǔn)直徑D=100mm,大帶輪的基準(zhǔn)直徑

-

D2-：i2o1(1；)=3100(1—0.01)=297mmo

查表取標(biāo)準(zhǔn)值D2=315mm。

〃二3.15滿(mǎn)足條件。

4.驗(yàn)算帶的速度v

----------------------nMi二⑼亞Jn/s=7.54m/s

v=601000

600000

5.確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld

初定中心距為a0=800mm.則帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld為

,兀(D?-DJ?

21

Ld：2a—QD2)-

24a

2

兀(315-100)

二[2800(100315)]mm二2266.33mm

24匯800

按表9-2選取Ld=2240mm,則V帶傳動(dòng)實(shí)際中心距為

,L22402266^3.

a：一"a-(800-=—)mm=786.84mm

22

6.驗(yàn)算小帶輪上的包角：1

180805716434

°一叮曲I。一興八.。㈣合適)

7?帶的根數(shù)z

根據(jù)表9-4a>b,當(dāng)D=100mm,nl=1440r/min時(shí),P0=1據(jù)表IV,當(dāng)b=3時(shí),P0=0.17kW.查表

9-5得K,嚴(yán)0.96;查表9-2得心=1.06則帶的根數(shù)為

Pea8.4

z=------------==5.54

(PoPo)K：,K：(1.320.17)0.961.06

取z=6

8.確定帶的張緊力F?

根據(jù)表9T查得q=0.lOkg/m

片二嗎各1）q,二［絲_『（竺一1）0.107.541N“54.6N

ZV67.540.96

9?計(jì)算壓軸力Fo

FQ=2zF0sind=26154.6sin…N=1837.9N

22

第十一章

UT.常用的連接有哪些類(lèi)型？它們各有哪些優(yōu)點(diǎn)？各適用于什么場(chǎng)合？

解：常用的連接有螺紋連接、鍵連接、銷(xiāo)連接、鐘釘連接、焊接、膠接、過(guò)盈配合連接以及

型面連接等。

螺紋連接具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便、連接可靠、互換性強(qiáng)等特點(diǎn)。

鍵連接具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、連接可靠、裝拆方便等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械的軸類(lèi)連接中應(yīng)用。

銷(xiāo)連接主要用于確定零件間的相互位置，并可傳遞不大的載荷，也可用于軸和輪教或其他零

件的連接。

鉀接具有工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，「?藝過(guò)程比較容易控制，質(zhì)量穩(wěn)定，鉀接結(jié)構(gòu)抗振、耐沖擊，連接牢固可

靠，對(duì)被連接件材料的力學(xué)性能沒(méi)有不良影響等特點(diǎn)。在承受?chē)?yán)重沖擊或劇烈振動(dòng)載

荷的金屬結(jié)構(gòu)連接中應(yīng)用。

焊接是具有結(jié)構(gòu)成本低、質(zhì)量輕，節(jié)約金屬材料，施工方便，生產(chǎn)效率高，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)。主

要應(yīng)用在五拆卸要求的對(duì)受力要求不太高的場(chǎng)合。

膠接具有連接后重量輕，材料利用率高，成本低，在全部膠接面上應(yīng)力集中小，抗疲勞性能

好，密封性和絕緣性好等特點(diǎn)。主要用于應(yīng)力要求不高，對(duì)密封性要求較高的場(chǎng)合。

11-6?在螺紋連接中，為什么要采用防松裝置？

解：

用于連接的普通螺紋虛升兔（&=1$~3.5口｝小于螺旋測(cè)的當(dāng)置摩擦角（汽=護(hù)7舊卡足

自鎖條件，且螺母和支承面上的幢擦力也有防松作用「一般在都載荷和工件溫度變化不大時(shí)?螺紋

連接不會(huì)自行松脫。怛在沖擊、振動(dòng)和變教荷柞用下'螺紋間的摩擦力可能瞬時(shí)消先，連接有可能

松脫。當(dāng)溫度變化較大時(shí)'由于熱變形等原因'也可能發(fā)生肆紋的松脫現(xiàn)敦。為了惺證連接的可靠

性和安全.必須左設(shè)計(jì)時(shí)考虎#（紋連接的防松何題*

1卜8?平鍵的截面尺寸bxh和鍵的長(zhǎng)度L如何確定？平鍵連接的失效形式是什么？如何進(jìn)行強(qiáng)度校

核？

解：bxh根據(jù)軸徑d有表中查標(biāo)準(zhǔn)得。鍵長(zhǎng)L按輪轂的長(zhǎng)度確定，一般略短于輪轂長(zhǎng)度，并符合標(biāo)

準(zhǔn)中規(guī)定的長(zhǎng)度系列。平鍵的主要失效形式是側(cè)面工作面的壓潰。

按匚bs=「二勺%進(jìn)行強(qiáng)度校核。

kldhl卜

11T4.圖示剛性聯(lián)軸器用螺檢連接，螺栓性能等級(jí)為8.8,聯(lián)軸器材料為鑄鐵（HT250）,若

傳遞載荷T=1500T?No

1）采用4個(gè)M16的校制孔用螺栓，螺栓光桿處的直徑&=17nun,受壓的最小軸向長(zhǎng)度

、：=14mni,試校核其連接強(qiáng)度。

2）若采用M16的普通螺栓連接，當(dāng)接合面摩擦因素f=0.15,安裝時(shí)不控制預(yù)緊力，試確定

所需螺栓數(shù)目（取偶數(shù)）。

題11+1

T1500

解：DF=-----=19354.8N

D155“0

22

r[5250

[olcMpa=113.64Mpa

2.2°c

-640

Mpa=160Mpa

4

S.

4F419354.8._,

Mpa=21.32Mpaz<■-

zi二412

F19354.8

h---T---------二20.33Mpa::匕l(fā)bs

zdsO41714

其連接強(qiáng)度滿(mǎn)足條件。

-640

2)±-Mp*213.33Mpa

S3

-d2J2

L「得，F(xiàn)p■:13.835213.33二24669.3N

41.3A1Q

由，P號(hào)得，KsF1.319354.8__

-o.Qo

Fpif11390.510.15

故取z=8

11-15.一鋼制液壓油缸,缸內(nèi)油壓p=4Mpa,油缸內(nèi)徑D=160mm（參看圖1172）,沿凸緣圓

周均布8個(gè)螺栓，裝配時(shí)控制預(yù)緊力。試確定螺栓直徑。

解：1?確定單個(gè)螺栓的工作載荷F

一2

14二160,=10053.1N

AQ

2?確定螺栓的總拉伸載荷FQ

考慮到壓力容器的密封性要求，取殘余預(yù)緊力F/=1.6F,則

FQ=FFp'=2.6F“6138.IN

3?求螺栓直徑

選取螺栓性能等級(jí)為8.8,則二$二640Mpa.由式卜-|--確定許用應(yīng)力AI時(shí)需杳找安全

系數(shù)S,當(dāng)不控制預(yù)緊力時(shí)，S與螺栓直徑d有關(guān)，故需用試算法。

由表暫取S=3（假定d=20mm）,則螺栓許用應(yīng)力為

lcI-sMpa=256Mpa

s2.5

41.3FQ41.326138.1

螺栓小徑為di—mm=13.OOnnn

二256

由表查得d=20mm時(shí),d,=17.294mm13.00mm,能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求,且與原假設(shè)相符，故

取M20合適。

第十二章

12-2.剛性聯(lián)軸器與撓性聯(lián)軸器的主要區(qū)別是什么？

解：

剛性聯(lián)軸器各零件及連接件都是剛性的，它們之間不能作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不具有補(bǔ)償兩

軸相對(duì)位移的能力，用于剛性支承的場(chǎng)合。若兩軸有偏移，將產(chǎn)生附加載荷，影響

傳動(dòng)性能和使用壽命。

撓性聯(lián)軸器分兩利一種是山可作相對(duì)移動(dòng)的剛性件組成，用連接元件間的相對(duì)可

動(dòng)性來(lái)補(bǔ)償被連接兩軸之間的相對(duì)移動(dòng)，用于彈性支承且載荷大的場(chǎng)合；另一種是

連接件都是彈性的，通過(guò)連接件的彈性變形來(lái)補(bǔ)償被連接兩軸之間的相對(duì)移動(dòng)，用

于彈性支承需要緩沖和減振的場(chǎng)合。

12-5.試分析自行車(chē)“飛輪”中離合器的工作原理。

解：自行車(chē)后輪有個(gè)內(nèi)棘輪機(jī)構(gòu)，起到了離合器的作用，稱(chēng)為超越離合器,.工

作原理是當(dāng)鏈條帶動(dòng)棘輪的鏈齒外圈時(shí)，中心轉(zhuǎn)軸上的棘爪通過(guò)彈簧與棘輪俁

持接觸，棘爪將力矩傳遞給中心轉(zhuǎn)軸，后輪就轉(zhuǎn)動(dòng)前進(jìn)。當(dāng)棘輪的轉(zhuǎn)速低于中心轉(zhuǎn)

軸的轉(zhuǎn)速，或騎車(chē)者停止腳踏時(shí)，棘爪能夠在棘輪上滑動(dòng)，超越外圈棘輪轉(zhuǎn)速，此

時(shí)就會(huì)聽(tīng)見(jiàn)發(fā)出的“嗒嗒”聲響。

因?yàn)榧喼荒軉蜗騻鬟f轉(zhuǎn)矩，不能雙向傳遞轉(zhuǎn)矩，使得自行車(chē)具有正常行駛功

能，不能后退行駛。因此也稱(chēng)為單向超越離合器

第十三章

13-5.說(shuō)明下列滾動(dòng)軸承代號(hào)的意義:N208/P5,7321C,6101,30310,5207.

解：

N208/P5表示圓柱滾子軸承，寬度系列為0系列，直徑系列為2系列，內(nèi)徑為40nlm5級(jí)公

差等級(jí)：

7321c表示角接觸球軸承，寬度系列為0系，直徑系列為3系列，內(nèi)徑為105mm公稱(chēng)接觸

角-=15：,0級(jí)公差等級(jí)：

6101表示深溝球軸承，寬度系列為0系，直徑系列為1系列，內(nèi)徑為12川川0級(jí)公差等級(jí)：30310

表示圓錐滾子軸承，寬度系見(jiàn)為0系，直徑系列為3系列，內(nèi)徑為50mm0級(jí)公差等級(jí)：

5207表示推力球軸承，寬度系列為0系，直徑系列為2系列，內(nèi)徑為35mm0級(jí)公差等級(jí)：

13-8.試設(shè)計(jì)一提升機(jī)用非液體摩擦滑動(dòng)軸承，已知每個(gè)軸承的徑向載荷為210'N,軸頸

直徑為100mm轉(zhuǎn)速為1200為min.

解：

1.選擇軸承類(lèi)型和軸瓦材料

因軸承承受徑向載荷，并考慮使用條件，選用剖分式徑向軸承。此軸承載荷大，轉(zhuǎn)速高，

根據(jù)表13-1選擇軸瓦材料為ZPbSbl6Snl6Cu2其[p]=15Mpa：[v]=12m/s,[pv]=10Mpa?m/s

2.選取軸承寬徑比

選取軸承寬徑比B/d=l.0,則軸承寬度B=d=100mm.

3.驗(yàn)算軸承工作能力

軸承的p,pv,V分別為:

F10000

pMpa=lMpa

Bd100100

Fn10000X1200—C/廠(chǎng)“一門(mén)/

pvMPa*m/6.28MPa*m/s

19100B19100100

-dnI。。1200

vm/6.283m/s