机械设计基础王大康主编课后答案

1、杆6在C处构成复合校链匚n=7=10g& =0机构有一个原动件,具有确定的运动.21.指出下列机构运动见图中的复合校链、局部自由度和 虚约束，计算机构自由度并判断机构是否具有确定的运 动。解：1）如右图所示工滑块4. 5以及F = 3n2 H - Pr =3*7-2*10-02）如右图所示；I处为局部自由度库=9,旦=12.4 =1F=3tl-2 月-f= 3*9-2*12-1二2机构有一个原动件，运动不确定.3）如右图所示：n =7,& =0尸二3口一24舄二3*52*7-0二 1机构有一个原动件,不具有确 定的运动:22.分析下图中机构的设计方案（结构组成）是否合理，若不合理请提出改进意见

2、.解m 10右图中力=4/二鱼耳=0 机构自由度：F=3n-2E =3*42*6-00机构不能运动T是不合理的,解】2）右图中7?=4,r =6局=0 机构自由度二尸= 3n 22-PH=3*4-2*60=0机构不能运动，是不合理的日右图为一种改进方案； 网=5.邛=7岛=0 机构自由度，尸=3n-2月-PH二 3*5 2*7-0=11 A tZd机构具看确定的运动2-3 .绘制冲床机构的机构运动简图. 偏心轮1在驱动电动机带动下顺时针 旋转式，通过构件2、3、4带动构件 5作上下往复移动，从而完成冲压工 艺动作.用17机构设计方案解：由图中可知：构件1和2、2和3、2和4、3和4、4和5之间

3、均构成转动副；构件5和机架之间构成移动副二3-1.试根据图中注明的尺寸判断各较链四杆机构的类型。解：皎链丝杆机构的曲柄存在条件为：（1）曲柄为最短杆；（2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆 长度之和即：miE +s 余1+42根据相对运动原理可知，当钦链丝杆机构中各杆长度不 变，即满足上述条件（2）时，取不同杆为机架即 可得到不同型式的钱链丝杆机构。1）若取最短杆为机架，该机构为双曲柄机构；2）若取最短杆的任一相邻杆为机架，该机构为曲柄 摇杆机构；3）若取最短杆的相对杆为机架，该机构为双摇杆机构口 在皎链四杆机构中，当最短杆与最长杆的长度之和大于 其余两杆长度之和时，无论取哪一杆为机架

4、，该机构 均为双摇杆机构。a）图中机构Q 5。+140 M 90+115且取最短杆为机架为因岫柄机构b）图中机构Q55+15040 的条件确定其余三杆的尺寸.蟀：由摇杆的行程速比系数K=L 2,可得出极位夹角:K 一112-10 = 1800*=180。*-= 16K +11.2 + 1且已知：/min40L确定钱链中心A点的位置.任选固定皎链中心D的位置, 由摇杆长度L3和摆角中作出 摇杆的两个极限位置C1D和QD.2),联接Ci和Cz,并作QM线垂 直于QCz,3)作NCiC2N=9(T -0 ,使线C2N 与C1M相交于点P。由三角形的内 角之和等于18(r可知，ZC1PC2=0 04)

5、作AC1PC2的外接圆。5)作NDC2E=4(F ,使线C2E与外 接圆相交于Q点。在Q点上侧区域 任选一点A作为曲柄与机架组成的 固定钗链中心，并分别与Ci/Q相 连,得NQAQJ因同,圆弧的圆 周角相等，故NQAC2=ZCiPC2= 02 .确定各杆的长度由机构在极限位置处曲柄和 连杆共线的关系可知：ACi=Lz-Li, ACz=L?+ Li/ 从而得到曲柄长度：Li=(AC2-ACi)/2=21.4mmo 再以A为圆心，Li为半径作圆， 交JA的延长线和C2A于Bi和B2, 从而得出2c2=L2=1068minAAD=L4=96.2mm.3 .验证最小传劫角是否满足要求 此位置用画图法得

6、出最小 传动角为590 口满足7ml之40。的要求，因此可 以选定此A点位置，此时,三杆的长度分别为:li=21.4mm;l2=106.8mm；k=96.2mm.3-4 .设计一偏置曲柄滑块机构.已知滑块的行程速比系数K=L4,滑块的行程Lcic2=60mm，导程的偏距e=20mm, 试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度0解：由滑块的行程速比系数K=1.4可得出极位夹角：K -114-18 = 180。*= 180 * = 30K +11.4 + 1L确定皎链中心A点的位置1）作CiC2-60mm,过点最作QM 线垂直于C1C2.2）作NCzCN=90。- 9 .使线 C2N与C1M相交于点P

7、。由三角 形的内角之和等于180。可知, NC1PC2= 9 .3）作aCiPQ的外接圆.再作直 线QQ的平行线，并使它们的 距离为e,该平行线与圆周的 交点即为A点。2 ,确定各杆的长度连接G,Q得/C1AC2.因同一 圆弧的圆周角相等，故ZCiAC2= ZCiPC2=九则4口 AC.-AC. 416-144AB = = 13.6mn22八八 JC+JC 4L6-14.4 、匹BC = -= 2&rm7-1.螺纹的主要参数是什么？各参数间的关系则何？ 答.螺纹的主要参数：大径5小件d1,中径d2.线数n,螺距P,导程S螺旋升角中，牙型角日， 参数间的关系有:S=nP, TP=arctanS/

8、(nd2) 72 .受和向工作载荷的紧螺栓连接螺栓受的总载荷为 亳什么不等于T作载荷与预紧力之和而等于T作载荷与 残余预紧力之和？答；螺栓受到I：作载荷后,被压连接件受压缩产生变 形量谷屋然后，螺栓受拉伸后伸长，又迫使被压连 接件回弹，变形量6 1减小,在此状态下相对应的压 力称为俄余预紧力，其小于预紧力。因此总拉伸载荷 等于T作载荷与残余预紧力之和-7 7图7 51为刚性联釉器,片上用4个M16校制孔螺栓 连接，螺栓材料为45钢，受剪面处螺栓直径为即二17mliI, 螺栓光柱长度42口叽其他尺寸见图东，许用最大转矩 中二LKN,试校核其强度，BB7-51刚性量触器解：螺拴材料为45钢，查表7

9、-2得屈服强度G=36DMPa 又较制扎螺松连接，由表7-3可得， 许用切应力：360许用挤压应力：7=含嗡=5厂1 ）计算每个螺栓受剪处横向载荷QT二L 5Km,由图知螺栓分布在直径D=155mn】的圆周匕上J5。了=475刊。为营D/2 155*10-1/2147 MH 三明,2）判断力缴制齐为强坟涤件fj -p doh 17*（42-23）3）判断那间懿招典痛条”t = = 19.SMP / =50所配齿轮尺寸为:d = niz =8*50= 400加川力二(z - 2管)=416)nmdj =z - 2h： 2/) = 3S0tmn p-nm =25.13mmlai二mz：2+1lai

10、m(i+l)%4 ,试确定一单级标准直齿圆柱齿轮减速器所能传递的 最大功率。已知该减速器两轮的齿数zl=20, z2=505 根数m=6mm,合宽b=80mm,小信轮材料45钢，调 制处理,齿面硬度230HB5；大齿轮材料45钢正火， 齿面硬度180HBs,齿轮的精度8级.齿轮相对轴承对称 布置，单向运转，载荷平稳，电动机驱动，主动轮转 速 nl=700r/min.解；1)小齿轮材料45钢，调制处理，齿面硬度230HBS；大 齿轮材料45钢正火，齿面硬度180HBS,查表94得，*=(380+07用器叱=680+0,7*230) A里=540里 哂=(140+0,2WB5 =G40+a2*23

11、0) 网=186幽 咽=(380+0.7/ffllS) =080+05180)阻 二506Al 叫=(140 + 0.2/735) =040+0.2*180) =176?%2) Qz1 =20/2 =50,m=6mni. 4 =niZi = 120mmtd. = mzi =30mm 工上,普 50=-=2.5420查表9-7得% =2.793三=233齿轮对称分布，载荷平稳，取K = L43)由齿面接槐唠强度的核公式% =670汨, 12町4书279因包=还幽股3 型* 1优v9111n2 灯2*14*233r q取工a-SJSQONgnm 9-5.在一个中心距为250rm的旧箱体内t配上一对

12、Z1=l&Z2=8Lmn=51m的斜齿圆柱齿轮，试求该对齿轮的 螺旋角B 口若小齿峪氏左旋，则大齿轮应为左旋还是 右旋？解；由斜齿圆柱齿轮的几何条件得二22 cos/?n（z-18+81）*5=0 99 la 2*250二 月=arccos0+99 = SJ两齿轮为外啮合，当小齿轮为左旋时,大齿轮应为右旋.I.减速器传递的最大功率为:4城必,即；9.55*10=24.55K 即二_ 700*3.35*1()5一 _9.55*109-6.试画出图9-4圣中两级齿轮减速器中间轴上齿轮2、3 所受力Ft、Ft. Fr的方向.解：Ft】Fr、F打的方向如下图所示：9-7,试画出图A45中从动锥齿轮的转

13、向，并标出啮合点 两锥齿轮所受各分力Ft、F” Fa的方向。解,从动锥齿轮的转向及Ft、Fr. Fa的方向如下图所示;9-8.有一标准蜗杆传动,已知模数m=6. 3mm,传动比i=259 蜗杆分度圆直径小;63mb头数7k2,试计算蜗杆传动 的主要几何尺寸及蜗轮的螺旋角6 .解；L）由i=25, Zi=2得Z2= iZi=25*2=50；di=63run；dz=Z2*in=5O*6. 3-315mm；da 1=d 1 +2m=63 +2+ 6, 3=75, 6mm；da2=d2+2m=315+26. 3=327. 6mm；df 1 =dl-2. 4jif63-2. 4*6, 3=47. 88m

14、m； df2=d2-2. 4m=315-2. 4*6. 3=299. 88mm; ha=m=6. 3tm;hf=l. 2m=7. 56mm;h=2. 2hf 13. 86mm2）蜗杆的导程角3片2= 02463二 = 113。由蜗杆传动的啮合条件得：B=y=lL3 9-9试标出图9-46中蜗轮的转向，并标出各啮合点处涡 轮所受各分力Ft、Fn Fa的方向.LL刀迎发刀吗 nid*9-10试设计单级蜗杆减速器，已知蜗杆轴传递功率 P1=5KW,转速nl=1440r/niin，n2=80r/minJ 工作载荷稳定. 单向工作,长期连续运转,润滑情况良好,要求工作寿命 为300h.解：11选择材料，

15、确定许用应力蜗杆用45钢，表面淬火硬度45-48HRC；蜗轮用铸锡青铜 ZCuSnlOFl,砂模铸造口由表9T8得心=20UUR,由表9- 2。得511f22)选择蜗杆头数Z1及蜗轮齿数Z2查表915取 。=2,由=iZj =18*2 = 363)齿面接触强度计算(1)作用在蜗轮上的转矩马按4 =2由表9-21得,=必&则Z； =9.55* 106 = 9.55*10 * = 477500Vanin一n-1440-(2)确定载荷系数K因工作载荷稳定,取次=11.(3)计算m及确定dl由式(9-48)得4sn4m dr 之()2KT. = ()11+477500 = 2334mmzigh 36*

16、200查表9-14彳导mQ = 2500ffjm)则标准模数m = 63 d1 - 63mm-4)验算齿根弯曲强度(1)确定齿形系数七根据4二36,由表9-17查得心;2.35(2)验算弯曲应力由式(9-49)得2.2Q工 2.2*1.1*477500*235=、-f = 3017 nTg2500*36齿根弯曲强度足够.5)热平衡计算(1)计算热效率由式(9-43)计算蜗杆导程角z.m 25s 63tan/= 0.24637=113因蜗杆副是在油池中工作，故取当量摩擦角P, = 3则用二卬二 一I1于二0 78tan (y + pj tan(lL30-H36)由式 9-53)得二0.97q 七

17、 0.75,比假设片0.76略小，偏于安全，(2)计算散热面积由式(9-53)可求得所需散热面积- jfl k & t 一 片)取彩=16甲31怔。环境温度k = 20,箱体工作温度t=63P,将有关数据代入上式得:1000(1-0.76)1&*(65-20)% 1.67a2待减速器结构初步确定后，.应计算散热面积是否满足要求，若不满足要求，要采取强制散执措施6)几何尺寸计算6)几何尺寸计算。-63irun& = 4 +2阴= (63+2 6,3) = 75.6mm爪二甘心=6,3 *36 = 226s加加内= 4 + 2m=(226,8+ 2 * 6,3) = 239 Amm4+d 63+2

18、26.8 . . . .a -二二 144.9制加122习题复习10-1.在图 10-15 轮系中，已知 Z1=15, Z2=25, Z3=15, Z4=30, Z5=15, Z6=30,求 的大小和方向。i16解：的方向如右图所示： i1 6n1 Z 2 * Z 4 * Z 6 i16 = = n6 Z1 * Z 3 * Z 525 * 30 * 30 15 *15 *1520 3习题复习10-2.图10-16轮系中，各齿轮为标准齿轮、 标准安 装，已知齿轮1、2、3的齿数分别为Z1、Z2、Z3,求模数相同时的 Z4及i14 。解：由已知条件知：a12 = m ( z1 + z 2 ) m

19、( z 3 + z 4 ) = = a34 2 2z4 = z1 + z2 + z31 z2 z4 z ( z + z + z3 ) i14 = ( - 1) =- 2 1 2 z1 z3 zz3z1 z3 + z1 z2 + z2 =- z1 z3习题复习10-4.图 10-18 所示为 NGW 型行星齿轮减速器，Z1=2R Z2=31、Z3=82, n1=960r/min ,求 i1H和 n H。解：H n1 - nH Z 2 Z3 82 i13 = = (- )( ) = - n3 - nH Z1 Z 2 20将 n1 = 960r / min, n3 = 0 代入上式得 960 - n

20、H 82 =- -nH 20 960 * 20贝U nH = = 188.24 r / min82 + 20i1 H n1 960 = = = 5.1 n H 188.2411-1.按载荷分类，轴有哪几种类型？它们各承受什么 载荷？ 答： 根据所承受载荷的不同，轴可分为转轴、 传动轴和 心轴三类。 转轴既承受转矩又承受弯矩； 传动轴主要承受转矩，不承受或承受很小的弯矩； 心轴只承受弯矩而不承受转矩。习题复习11-2.若轴的强度不足或刚度不足时，可分别采取哪些措施？ 答：轴的强度不足时通常采取以下两种方式提高强度： ( 1) 减小轴的应力集中 多数转轴在变应力作用下工作，易发生疲劳破坏， 所以，

21、 轴肩处应有较大的过渡圆角； 轴的直径变化应尽可能小；当靠轴肩定位零件的圆角半径过小时， 可 采用内凹圆角或加装隔离环； 键槽端部与轴肩的距离不宜过小，以免损伤轴肩处的过渡圆角和增加重叠应 力集中源的数量；尽可能避免在轴上受载较大的轴段 切制螺纹。习题复习提高表面质量包括降低表面粗糙度；对重要的轴可采用滚压、 喷 丸等表面强化处理； 表面高频淬火热处理；渗碳、氰化、氮化等化学处理。 轴的刚度不足时，可适当增加轴的直径和减小支撑跨距或悬臂梁。习题复习11-3.当量弯矩式Me = M 2 + (”T)2为什么要引入 a? “值 应如何 确定？答：根据第三强度理论引入a, a是根据转矩性质而定的应力

22、校正系数。对于对称循环变化的转矩，取a =(T -1 b是轴在对称循环状态下的需用弯曲应力对于脉动循环变化的转矩，取a =d -1 b b 0 bb -1 bb -1 b=10.6习题复习对于不变的转矩，取 a =b +1 bb -1 b0.3当转矩变化规律不易确定或情况不明，取a弋0.6.习题复习11-4 .一传动轴的材料为 45钢，调质处理，传递的最大功率P=50kw,转速n=400r/min ,该轴的直 径为多少？ 解： 45 钢，调制处理，传动轴只承受转矩，可取 45t T = 30MPa( t T旨的是材料的许用切应力)9.55 *10 6 P由轴的抗扭强度条件：t T = 39.5

23、5 X 10 6 P = 3 0.2d n39.55 *10 6 *50 = 58.4mm 0.2*400*30取该轴直径应大于或等于58.4mm.课后习题11-5.一转轴在危险截面d=60mm 处受不变的转矩T = 1.5 *10 3 N m,弯矩 M = 0.75 *10 3 N m,轴的材料为45钢，调制处理，该轴是否满足强度要求?解:由题该轴材料为45钢且经过调制处理，查表11-1,得b b = 650 ( b b抗拉强度极限)，再由表 11- 3 可得：-1 b = 50MPa b(b -1 b是轴在对称循环状态下的许用弯曲应力)习题复习对于不变的转矩，取“弋0.3M 2 + ( a

24、 T ) 2 (0.75 *10 3 ) 2 + (0.3 *1.5 *10 3 ) 2e = = 3 0.1d 0.1* 60 3 = 40.5 M Pa50 M Pa因此该轴满足强度条件。习题复习11-6.试设计单级直齿圆柱齿轮减速器中的主动轴，见图11-18.减速器用电动机直接驱动，电动机 功率P=7.5KW专速n1=970r/min,主动轴上直齿轮的模数 m=2.5,齿数z1=22，轮毂宽度为65mm,联轴器轮毂宽度为 70mm. 假设 采用直径系列为 2 的深沟球轴承， 单向转动。习题复习解：1.选择轴的材料，确定许用应力： 选用45钢并经正火处理，由表11-1查得（rb = 600

25、Mpa由表11-3查得需用弯曲应力（r-1b =55MP a 2按扭矩强度计算最小直径：由表11-2取得A=120,代入式11-2得P 7.5 3 = 120 = 23.73mm d A n 970 3因有键槽，将轴径增大3%，即23.73*103%=24.44 圆整为标准直径，取d=25mm 。 3.轴的结构设计1）确定各轴段的直径按结构和强度要求做成阶梯轴，外伸端直径为25mm.为使联轴器能轴向定位， 在轴的外伸 端做一轴肩， 所以通过轴承端盖、 右轴承和套 筒的轴段直径取35mm.习题复习据题意选用两个6207型滚动轴承，故左轴承的轴径也是35mm。安装齿轮的轴头直径取为40mm,轴环外

26、径取为 50mm,考虑到 轴环的左侧面与滚动轴承内圈的端面相接，轴肩高度应低于轴承内圈，故轴环左端呈锥形， 按轴承安装尺寸的要求，左轴承处的轴肩直径 为42mm,轴肩圆角半径为1mm。齿轮与联 轴器处的轴环、轴肩的圆角半径为2mm.习题复习2）确定各轴段的长度齿轮轮毂宽度是65mm ，故取安装齿轮 的轴头长度为 63mm ；由轴承标准查得 6207 63mm 6207 轴承宽度为 17mm ， 因此取左端轴径长度为 17mm ； 根据齿轮端面、轴承端面与箱体内 壁应保持一定得距离，取轴环和套筒宽度均为 20mm ；有结构草图可知，跨距17 l= （ 2* + 2*20 + 65 ） =122m

27、m 2习题复习右边的35mm轴段长度应根据减速箱体结构、轴承盖形式以及箱外旋转零件至端盖间的距离 要求等综合确定，现取为 2+20+17+50=87mm ，其中 50mm 为右轴承右 端面至联轴器端面的轴段长度。安装联轴器的 轴头长度根据联轴器尺寸取为 68mm 。 3）轴上零件的周向固定 联轴器及齿轮处均采用 A 型普通平键联接， 由 机械设计手册查得键的尺寸为宽度X高度X长度 （bXhXL）联轴器处为（8X7X40）mm,齿轮处 为（12X8X50）mm.习题复习轴的结构草图习题复习4.按弯扭合成强度计算（ 1）画出轴的结构简图和轴的受力图， 并确定轴上的作用力习题复习从动轴上的转矩为 P

28、 7.5 T = 9550 * = 9550 * = 73.8N ? m n 970 作用在齿轮上的圆周力 Ft 、 径向力Fr为2T 2T 2 * 73.8 Ft = = = = 2684N -3 d1 mz1 2.5* 22*10Fr = Ft tan 20 o = 977 N习题复习（2）水平弯矩M （ 图 d） 、支撑反力（图c） ：HRHA = RHBM HC l 122 *10 -3 = R HA * = 1342 * = 81 .86 N ? m 2 2Ft 2684 = = = 1342 N 2 2习题复习（3）垂直面内弯矩图（图f） Fr RVA = RVB = = 488.

29、5N 2 -3l 122*10 .1. MVC = RVA * = 4习题复习12-1.摩擦状态有哪几种？各有何特点？答：按相对运动表面的润滑情况，摩擦可分为以下几种状态： （ 1）干摩擦：两摩擦表面间不加任何润滑剂而直接接触的摩擦。 摩擦功损耗大，磨损严重，温升很高，会导致轴瓦烧毁。 （ 2 ）边界摩擦：两摩擦表面间有润滑油存在，在金属表面间形成一层薄的油膜，即边界油膜。 边界摩擦不能完全消除但能有效地减轻磨损。 （ 3 ）液体摩擦：两摩擦表面间有充足的润滑油， 一定条件下能形成足 够厚的润滑油膜将两金属表面完全隔开。 理想的润滑状态，摩擦因数很小。 （ 4 ）混合摩擦：两摩擦表面间的摩擦状

30、态介于边界摩擦和液体摩擦之间。 可有效地降低摩擦，降低磨损。习题复习12-2.滑动轴承的材料应满足哪些要求？ 答：轴瓦是滑动轴承的关键零件，根据轴瓦的失效形式分析， 对轴承材料的基本要求是：要有足够的强度；良好的减磨性；良好的塑性、顺应性和嵌入性；良好的导热性和抗胶合性。习题复习12-3.选择滚动轴承类型时应考虑哪些因素？ 答：选择滚动轴承的类型，应考虑轴承所承受载荷的大小、 方向和性质，转速的高低，调心性能要求，轴承的装拆以 及经济性等。习题复习12-4.试说明下列轴承代号的含义： 6241、 6410、 30207、 5307/P6、 7208AC/P5、 7008C/P4、6308/P5

31、3 、 N307/P2. 答： 6241 深沟球轴承，尺寸系列为02，内径代号为41，表 示内径d=41*5=205mm ,公差等级为P0级。6410深沟球轴承，尺寸系列为04,内径代号为10, 表示 内径d=10*5=50mm ,公差等级为 P0级。30207圆锥滚子轴承，尺寸系列为 02,内 径代号为07,表示内径d=7*5=35mm ,公差等级为 P0级。习题复习5307/P6 推力球轴承，尺寸系列为03，内径代号为07， 表示内径 d=7*5=35mm ，公差等级为 P6 级。7208AC/P5 角接触球轴承，尺寸系列为02 ，内径代号为08 ，表示内径d=8*5=40mm ,接触角 a =25,0公差等级为P5级。7008C/P4 f 接触球轴承，尺寸系列为 00,内径代号为 08,表示内径d=8*5=40mm ,接触角 “ 二2必差等级为P4级。习题复习6308/P53 推力球轴承，尺寸系列为 03，内径代号为 08，表 示内径 d=8*5=40mm ，公差等级为P5级,游隙代号为C3组。N307/P2圆柱滚子轴承，尺寸系列为03,内径代号为 07,表示内径 d=7*5=35mm ，公差等级为 P2 级。习题复习12-5.一非液体摩擦径向滑动轴承，轴颈直径 d=20mm ， 宽