机械设计基础课后答案(陶平)

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1、第2章 习题-5 计算题5图所示各机构的自由度。并指出图中的复合铰、局部自由度和虚约束。 解答：) =; l=0； h0，=7-2 0 = 处存在复合铰链 b) 7;Pl=10； Ph=0，=32 10= ) =3;Pl=3; Ph=2,F33-2 3-2 = 1 D处存在局部自由度, ) n=； l5; P1，=34 - 5 =1 e) n=6;Pl=8; P=1,F=36-2 8- 1 B处存在局部自由度,G或G处存在虚约束，f) n9； Pl=12；Ph=2，F=3- 2-2 = 1 C处存在局部自由度，I处存在复合铰链,第3章 习题3- 题3-3图所示铰链四杆机构中,已知 BC=100

2、mm, CD=7mm，AD=60m,AD为机架。试问：（1)若此机构为曲柄摇杆机构,且A为曲柄，求B的最大值；（2）若此机构为双曲柄机构，求AB最小值；（3）若此机构为双摇杆机构，求A的取值范畴。ABCD题3-3图解：(1)根据题意：B为最短杆，且满足杆长之和条件，即：ABBCCD+ AD,得:A3m，AB杆最大值为30 m。（2）若此机构为双曲柄机构,那么A一定为最短杆，即： A+ D AB,得：AB9mm，AB杆最小值为90 mm。（3)若此机构为双摇杆机构，则可鉴定该机构不满足杆长之和条件, 分三种状况讨论:其一:AB是最短杆，则有： CCD AD，得:0A3;其二:AB不是最短杆也不是

3、最长杆,则A为最短杆,有:D+ BCAB+ CD,得：90AB0;其三:是最长杆,则有:AD+ BBC+ CD，得：AB110,又为了满足该机构能成为一种四杆机构,需保证：AB110。综上所述，A的取值范畴为:AB（30,9)(110,230）。3- 题3-4图所示四杆机构简图中,各杆长度为a =3 mm,=60 mm, 5 mm, =0 m,试求机构的最大传动角和最小传动角、最大压力角和最小压力角、行程速比系数。(用图解法求解)题3-4图解：1） g min=41.5，183= 1.6,71.37= . mx90-1.65=8.1gmx=0； i02） =17.62;行程速比系数K=1.21

4、5 题3图所示的四杆机构中，各杆长度为=25 m,b=90 mm,=75 mm,d=100 m，试求:） 若杆AB是机构的积极件，AD为机架,机构是什么类型的机构？-曲柄摇杆机构2)若杆BC是机构的积极件,AB为机架,机构是什么类型的机构？-双曲柄机构3）若杆BC是机构的积极件,CD为机架，机构是什么类型的机构?-双摇杆机构题3-5图3-7 如题3-图所示的曲柄滑块机构:（)曲柄为积极件,滑块朝右运动为工作行程,试拟定曲柄的合理转向,并简述其理由；（2）当曲柄为积极件时,画出极位夹角q，最小传动角g in。BBB1B2ABCABC题3-7图（3)设滑块为积极件,试用作图法拟定该机构的死点位置;

5、解：（1)曲柄应为顺时针转动,理由可从下两方面阐明:a)顺时针转动，滑块朝右运动慢,向左返回运动快，即机构工作行程速度慢，回行程速度快,具有急回特性。)顺时针转动,则在工作行程中，机构的压力角比较小，传力特性好； （2)极位夹角如图角;最小传动角g mi：当曲柄A位于最上方B处有工作行程最小传动角g in;当曲柄AB位于最下方B处有回行程最小传动角g mi。(3)滑块为积极件时,机构的死点位置：在曲柄与连杆共线的B 和 两个位置处。第4章 习 题-8在题4-8图所示的对心直动滚子从动件盘形凸轮机构中,凸轮的实际廓线为一圆，圆心在点A，半径R40 mm，凸轮绕轴心O逆时针方向转动，OA= m，滚

6、子半径为10 mm,试求：凸轮的理论廓线;凸轮的基圆半径；从动件行程;图示位置的压力角。解:（1)理论廓线：在实际廓线上画一系列滚子圆,连接圆心而成。（2）凸轮的基圆半径指理论廓线的最小向径：r0=425+1= m。(3）从动件行程最大向径减去最小向径:h=4+25-150m。（4）压力角如图所示。-9一对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，已知基圆半径r0m，滚子半径T0 m,凸轮逆时针等速转动。凸轮转过140,从动件按简谐运动规律上升3mm；凸轮继续转过4时，从动件保持不动。在回程中,凸轮转过120时，从动件以等加速等减速运动规律返回原处。凸轮转过其他6时，从动件保持不动。试绘出其从动件位移曲线

7、,并用图解法设计凸轮的轮廓曲线。4-13画出题4-13图所示凸轮机构中凸轮基圆，在图上标出凸轮由图示位置转过0角时从动件的位移和凸轮的压力角。 解：（a)对心直动滚子从动件盘形凸轮机构：从动件上升,位移如图中hOA-OA1所示;压力角如图所示;（b）对心直动平底从动件盘形凸轮机构：从动件下降,位移如图中h所示；压力角=0;（c）摆动从动件盘形凸轮机构:从动件与机架之间的夹角减小,角位移为:01;压力角如图所示。A1A20vF=0hhFvF1题4-1图第5章 习 题52 已知一正常齿制原则直齿圆柱齿轮z=26，模数m=3mm，a=20,1,试分别求出分度圆、基圆、齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径和压

8、力角。解: 分度圆半径 基圆半径: 齿顶圆半径 分度圆上渐开线齿廓的曲率半径 ： 分度圆上渐开线齿廓的压力角 基圆上渐开线齿廓的曲率半径为; 压力角。 齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径: 齿顶圆上渐开线齿廓的压力角: 5-3 已知一对外啮合齿原则直齿圆柱齿轮的原则中心距a=m,齿数z1=20，齿数z2=，求模数和分度圆直径。解： 由 可得模数 分度圆直径 56试根据渐开线特性阐明一对模数相等,压力角相等，但齿数不等的渐开线原则直齿圆柱齿轮,其分度圆齿厚、齿顶圆齿厚和齿根圆齿厚与否相等?哪一种较大?解: 模数相等、压力角相等的两个齿轮,分度圆齿厚 相等。但是齿数多的齿轮分度圆直径大，因此基圆直径就大

9、。根据渐开线的性质,渐开线的形状取决于基圆的大小，基圆小,则渐开线曲率大,基圆大,则渐开线越趋于平直。因此，齿数多的齿轮与齿数少的齿轮相比,齿顶圆齿厚和齿根圆齿厚均为大值。 -9 已知一对外啮合正常齿制原则斜齿圆柱齿轮传动的中心距a=2，法面模数mn=mm，法面压力角a n=2,齿数z=3,z2=8,试计算该对齿轮的螺旋角、端面模数、分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径。解: 因 螺旋角 端面模数 分度圆直径: 齿顶圆直径: 齿根圆直径: 5-1试设计一对外啮合圆柱齿轮,已知=21,z2=32，m=2m,实际中心距为55m,问：（1）该对齿轮能否采用原则直齿圆柱齿轮传动？(2）若采用原则斜齿圆柱

10、齿轮传动来满足中心距规定,其分度圆螺旋角b、分度圆直径d1、2和节圆直径d1、2各为若干？解：(1)不能。若采用原则直齿圆柱齿轮传动，其中心距,与所给实际中心距不相等。（）斜齿轮中心距,因此 故 分度圆直径为：， 原则斜齿齿轮传动,未采用变位,其节圆与分度圆重叠，故:，。第6章习 题6-1 在题6-6图所示的轮系中，已知各轮齿数为：z10,z40,=30，=20,z4=32，z540,试求传动比。 题6-6图6在题-7图所示轮系中,已知齿轮1转向如图所示，n1= 405 /min。各轮齿数为:1=0,z2=z3=z5=30，z4z6=0，试求：(1)传动比;() 齿轮6的转速n6的大小及转动方

11、向。解:(1) 此为定轴轮系，先鉴定方向，首末两轮转向相反, 传动比为: (2）6-在题69图所示的一手摇提高装置中,已知各轮齿数,试求传动比i15，并指出提高重物时手柄的转向。解：此为定轴轮系，先鉴定方向，提高重物时，齿轮5逆时针转动;蜗轮4顺时针转动,在啮合点处受力与速度向上,则蜗杆在啮合点处受力向下,又蜗杆右旋,对蜗杆用右手定则,鉴定其转动方向为由右指向左;锥齿轮2方向向上;最后得出齿轮1方向向上。传动比：61题6-10图(a)、(b)分别为两个不同构造的锥齿轮周转轮系，已知z1=20，z2=24，30，z3=40,n1=2 r/mn,=-100 min。试求两轮系中行星架的转速nH的大

12、小和方向。解:(）,代入已知数据得:；(b)，代入已知数据得：。6-11在题11图所示的手动葫芦中,A为手动链轮，为起重链轮。已知z1=12，=8,=14，z5，求传动比iAB。解:齿轮1与手动链轮A相连，系杆H与起重链轮B相连，求传动比iAB即为求i。挂钩不动,可看作机架。此为周转轮系中的行星轮系(中心轮固定)，其转化轮系的传动比为:将代入得：iBi1H =1。6-12在图612所示的电动三爪自定心卡盘传动轮系中,设已知各轮的齿数为, ，试求传动比。解:该轮系为K-H型周转轮系，固定系杆H,转化为定轴轮系。 对1-可得： 对32-H可得： 因此 轮1与轮4 转向相反。注:此题有多种解法,请思

13、考。第8章 习 题81 机械零件的重要失效形式是什么?相应的计算准则是什么?82 简述机械零件设计的一般环节。8-3按应力随时间的变化关系,交变应力分为几种？许用应力和极限应力有什么不同?8- 什么是钢？什么是铸铁?碳素钢的力学性能重要取决于什么？如何划分高碳钢、中碳钢、低碳钢?85 在机械设计中,常用的材料有哪些?8- 钢、铸铁和铜合金等材料的牌号是如何表达的？阐明下列材料牌号的含义及材料的重要用途:Q23，5，40r,65M,20CrMnT，Z10-570，H200，QT50-7，CSn0P1,ZCuAl10e3。第9章 习 题9-1 试计算M20、M.螺纹的升角,并通过计算指出哪种螺纹的

14、自锁性较好。解: 由教材表9、表9-2查得 ，粗牙，螺距，中径 螺纹升角 ，细牙，螺距,中径螺纹升角 对于相似公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹,细牙螺纹的升角较小，更易实现自锁。9-8 解 )选用型平键,查教材表9-7，由轴的直径 d=52mm可得平键的截面尺寸 ,；由轮毂宽度初估键的长度L=（51)665，由平键长度系列，取键的原则长度 L63mm。2）验算平键的挤压强度 由材料表 9-8查得,铸铁的许用挤压应力（按静载荷考虑)C型键的工作长度=L-b/263855m 则该平键挤压强度合格。 其标记为:键C 13 GB1096-如用A型平键:键的工作长度b=147m则键挤压强度合格。其标记为:键

15、1663 GB19-如用型平键:键的工作长度lL3mm则键挤压强度合格。其标记为：键B163 G109-第10章 习 题0-8如图所示为二级斜齿圆柱齿轮减速器,已知积极轴的转速和斜齿轮“4”的螺旋线方向（图示）。为使得II轴所受的轴向力较小，试分析拟定：12I轴（积极）II轴43III轴题10-8图Fr1Fa1Ft1Ft3Fr3Fa3（1)其他斜齿轮的合理螺旋线方向；（2)各齿轮在啮合点所受各分力的方向。解：根据I轴的转向,画出轴和III轴的转向如图。（1) 齿轮4为右旋，齿轮为左旋，对3用左手定则，判断其轴向力方向向右，则齿轮2所受的轴向力的方向应向左,齿轮1所受的轴向力的方向应向右,对齿轮

16、1用左右手定则判断出其应为右旋,则齿轮为左旋。如图所示。（2)如图标出了齿轮1和齿轮3的受力，涉及径向力、圆周力和轴向力；齿轮2和齿轮4的受力分别与、3各力成反力，大小相等，方向相反，图中简化未标出。(自己补上）10 始终齿圆锥齿轮斜齿圆柱齿轮传动系统如图所示。已知积极轴的转速，为使得II轴所受的轴向力较小,试分析拟定：（1)斜齿轮的合理螺旋线方向；（2）各齿轮在啮合点所受各分力的方向。34I轴（积极）III轴II轴12题10-9图解:(）根据I轴的转向，画出I轴和II轴的转向如图。锥齿轮2所受的轴向力的方向向左（由小端指向大端),则斜齿轮3所受的轴向力的方向应向右，对齿轮用左右手定则判断出其

17、应为右旋，则齿轮4为左旋。如图所示。Fa3Ft3Fr3Ft1Fa2Fr2Fr1Fa1()如图标出了齿轮1、齿轮2和齿轮3的受力，齿轮各力与3成反力，图中简化未标出。Ft210-11设计一用于带式运送机上的单级齿轮减速器中的斜齿圆柱齿轮传动。已知:传递功率P110kW,转速n1=45in,n1=340r/min,容许转速误差为3,电动机驱动，单向旋转,载荷存在中档冲击。规定使用寿命，每年按30工作日计，每日工作8小时(不要）。解:分析: 通用机械一般齿轮传动，按软齿面闭式齿轮传动设计。设计准则：按接触强度设计，然后验算其弯曲强度（ 1)材料及许用应力 查教材表 10、表10-：小齿轮45钢调质,

18、硬度:9786HBS；大齿轮45钢正火,硬度：15621HS。 查教材表 10-1: （书上有误);查教材表10-1：；; 查教材表 103 ：按一般可靠度，取， 故： ( 2）按齿面接触疲劳强度设计,其设计公式：其中:小齿轮转矩:传动比：i/n2=150/34046初定齿轮精度为:8级;初取载荷系数 查教材表10-4得齿宽系数查教材表10-8,按对称布局,取 齿数比=4.265； 查表105: 原则齿轮ZH=25;许用应力:代入设计公式 则:取中心距 圆整为a=10mm拟定模数：模数n=(0.7.02)a=112.2mm; 取 mn=2.5mm拟定齿数：由 得: 12.4,取z1=3,则z2

19、=98,则i实=8/23=4.2演算: 实际的转速： 精确螺旋角（ 3)验算其齿根弯曲疲劳强度：小齿轮当量齿数 大齿轮当量齿数 查教材表 10-得： 取b1=5, b2=7满足弯曲强度。(）精度验算: 由表10-7 则8级精度级别可用（)计算重要几何尺寸： (6）构造设计：略第1章习 题112 如题11-图所示,蜗杆积极，,，蜗轮齿数，传动的效率。试拟定：（1)蜗轮的转向;(2)蜗杆与蜗轮上作用力的大小和方向。题11-图14 题1-4图所示为某手动简朴起重设备,按图示方向转动蜗杆，提高重物。试拟定：(1）蜗杆与蜗轮螺旋线方向；()蜗杆与蜗轮上作用力的方向;(3）若蜗杆自锁，反转手柄使重物下降,

20、求蜗轮上作用力方向的变化。解:(1)重物上升，即蜗轮2为顺时针转动,即2所受到的圆周力的方向向右,则蜗杆1所受的轴向力的方向应向左，对蜗杆1用左右手定则判断出其应为右旋,则蜗轮2也为右旋。（2)蜗杆与蜗轮上作用力的方向如图所示。（)若蜗杆自锁，反转手柄使重物下降,蜗轮上的作用力:径向力方向不变，圆周力和轴向力方向与本来相反。Fr2Fr1Fa1Ft2Ft1Fa2题11-图 11- 如题1-5图所示为蜗杆传动和锥齿轮传动的组合，已知输出轴上的锥齿轮4的转向,（1）欲使轴所受轴向力互相抵消一部分，试拟定蜗杆传动的螺旋线方向和蜗杆的转向；（2）各轮啮合点处所受作用力的方向。解：(）根据III轴的转向,

21、画出I轴的转向如图。锥齿轮3所受的轴向力的方向向左（由小端指向大端），则蜗轮2所受的轴向力的方向应向右,即蜗杆所受的圆周力方向向左，根据主反从同，则蜗杆应为逆时针转动；又根据蜗轮2的转动方向知蜗轮2的圆周力方向向内,则蜗杆1的轴向力方向向外，对蜗杆1用左右手定则判断出其应为右旋，则蜗轮也为右旋。I（)如图标出了蜗杆1和锥齿轮3的受力,其他齿轮受力简化未标出，自己补上。Ft1Fr1Ft3Fa3Fr3Fa1题-5图第12章 习 题第3章 习题13-1 阐明下列型号轴承的类型、尺寸系列、构造特点、公差级别及其合用场合。6005，N0/P6，727C,02/P5。解: 05:深沟球轴承,窄宽度，特轻系

22、列,内径，一般精度级别(0级）。重要承受径向载荷，也可承受一定的轴向载荷；可用于高速传动。N209/P6：圆柱滚子轴承,窄宽度,轻系列,内径,6级精度。只能承受径向载荷，合用于支承刚度大而轴承孔又能保证严格对中的场合,其径向尺寸轻紧凑。 7207C:角接触球轴承,窄宽度，轻系列，内径，接触角，钢板冲压保持架,一般精度级别。既可承受径向载荷,又可承受轴向载荷,合用于高速无冲击,一般成对使用，对称布置。 30205:圆锥滚子轴承，窄宽度,轻系列，内径，级精度。能同步承受径向载荷和轴向载荷。合用于刚性大和轴承孔能严格对中之处，成对使用,对称布置。13- 根据工作条件,决定在某传动轴上安装一对角接触球

23、轴承,如题13-6图所示。已知两个轴承的载荷分别为Fr11 N，2=650 N,外加轴向力FA=00 ，轴颈d=40 mm,转速=500 rmin,常温下运转，有中档冲击，预期寿命Lh ,试选择轴承型号。题1-6图解:( 1）按题意,外加轴向力已接近，暂选的角接触轴承类型70000AC。 (2)轴承为反安装方式，计算轴承的轴向载荷 (解图见13-) 由教材表39查得,轴承的内部派生轴向力 ，方向向左，方向向右 因 ,轴系向右运动。 轴承1被压紧 轴承 2被放松 （3）计算当量动载荷 查教材表 1, ,查表3-8得: , 查表13-8得： , (）计算所需的基本额定动载荷 查教材表 1-6，常温

24、下工作，；查教材表13-7,有中档冲击,取；球轴承时，;并取轴承1的当量动载荷为计算根据 ： 查机械设计课程设计手册，根据和轴颈，选用角接触球轴承7308AC合适（基本额定动载荷）。第4章 习 题143分析题14-3图中轴、是心轴 、转轴、还是传动轴?题14-3图 指出题141图所示轴系构造上的重要错误并改正指（齿轮用油润滑、轴承用脂润滑）。题14-12图108131211976107543211198654321解：（a）从左至右错误：1键槽过长；2安装外部零件处应设计轴肩；轴承端盖和轴之间应留出间隙；4缺少密封元件;5两端轴承型号不一致;6套筒直径过大，影响运转和装拆;7缺少轴承密封元件（挡油盘)；8轴段长度应不不小于齿轮宽度2mm；9少了轴肩，轴承内圈无法轴向定位；10轴承端盖厚度应不不小于轴承外圈厚度；11两边均缺少了调节垫片。(b）从左至右错误:轴段长度应不不小于联轴器宽度2m;2缺少了调节垫片；3轴承端盖和轴之间应留出间隙;4缺少密封元件;5轴承外圈两边定位,属过定位,应去掉右边台阶;6套筒直径过大,影响运转和装拆；缺少轴承密封元件(挡油盘);两个键应在轴的同一母线上;9轴段长度应不不小于齿轮宽度23m;10少了轴肩，轴承内圈无法轴向定位；1与5相似;12轴承端盖厚度应不不小于轴承外圈厚度；3两边均缺少了调节垫片。