《机械设计基础》杨晓兰版(机械工业出版社)课后习题答案

第十三章习题册 参考答案 绪论 0断题 （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） （ 5） （ 6） （ 7） 0空题 （ 1） 确定的相对 （ 2）机械 （ 3）零件 （ 4）构件 0择题 （ 1） A （ 2） A （ 3） A （ 4） A （ 5） A 一、 机构的自由度 1断题 （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） （ 5） （ 6） （ 7） （ 8） （ 9） （ 10） （ 11） （ 12） （ 13） （ 14） 1空题 （ 1） 运动副 （ 2）独立 （ 3） 2 （ 4）低 （ 5）机构自由度 （ 6）机架 1择题 （ 1） A （ 2） A （ 3） A （ 4） A （ 5） A （ 6） A （ 7） A （ 8） A （ 9） A （ 10） A （ 11） A （ 12） A （ 13） A 1： a） F=3n 2 3 2 4 0=1 b） F=3n 2 5 2 7 0=1 c） F=3n 2 3 2 4 0=1 d） F=3n 2 3 2 4 0=1 e） F=3n 2 3 2 4 0=1 f） F=3n 2 3 2 4 0=1 g） F=3n 2 3 2 4 0=1 1： a） F=3n 23 5 2 7 0=1 b）滚子中心存在局部自由度 ， F=3n 2 8 2 11 1=1 c） F=3n 2 5 2 6 1=2 d） F=3n 2 6 2 8 1=1 e）滚子中心存在局部自由度，两移动副处之一为虚约束，三根杆以转动副相连处存在复合铰链 F=3n 2 9 2 12 2=1 f）齿轮、杆和机架以转动副相连处存在复合铰链 ， F=3n 2 4 2 4 2=2 g） F=3n 2 3 2 3 0=3 h）滚子中心存在局部自由度 ， F=3n 2 3 2 3 2=1 i）中间三根杆以转动副相连 处存在复合铰链 ， =3n 2 7 2 10 0=1 j）左边部分全为虚约束，三根杆以转动副相连处存在复合铰链 ， F=3n 2 5 2 70=1 1： a） 该构件组合为机构，因为该组合自由度 F=3n 2 4 2 5 1=10 b） 该构件组合不是机构，因为该组合自由度 F=3n 2 3 2 4 1=0 c） 该构件组合不是机构，因为该组合自由度 F=3n 2 4 2 6 0=0 d） 该构件组合为机构，因为该组合自由度 F=3n 2 3 2 4 0=10 二 、 平面连杆机构 2断题 （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） （ 5） （ 6） （ 7） （ 8） （ 9） （ 10） （ 11） （ 12） （ 13） （ 14） （ 15） （ 16） （ 17） （ 18） （ 19） （ 20） （ 21） （ 22） （ 23） （ 24） （ 25） 2空题 （ 1）低 （ 2）转动 （ 3） 3 （ 4）连杆，连架杆 （ 5）曲柄，摇杆 （ 6）最短 （ 7）曲柄摇杆 （ 8）摇杆，连杆 （ 9） 2 （ 10） （ 11）运动不确定 （ 12）非工作时间 （ 13）惯性 （ 14）大 （ 15） 中的摆动导杆机构 有， 中的转动导杆机构 无 （ 16）机架 （ 17）曲柄 （ 18）曲柄滑块 （ 19）双摇杆 （ 20）双曲柄机构 （ 21）无，有 2择题 （ 1） A （ 2） C （ 3） B （ 4） A （ 5） B （ 6） B （ 7） A （ 8） C （ 9） A （ 10） A （ 11） A （ 12） C （ 13） C （ 14） A （ 15） A （ 16） A （ 17） A （ 18） A （ 19） A （ 20） A （ 21） A 2： a） 双曲柄机构，因为 40+11060+70，不满足杆长条件，无论以哪杆为机架都是双摇杆机构 d） 双摇杆机构，因为 50+120=80+90，满足杆长条件，并以最短 杆 的对边为机架 2： （ 1）由该机构各杆长度 可得 此可知满足杆长条件，当以 或 （ 2） 以 以 以 2： （ 1） 曲柄摇杆机构 由 题意知连架杆 为曲柄摇杆机构，连架杆 0此可得 150此可得 300此可得 550， 合适。 （ 6）确定带的根数 查 教材 表 60 教材 表 60 教材 表 6 = 教材 表 6： 00 8 . 2 5 4 . 2( ) 1 . 9 1 0 . 1 6 8 0 . 9 5 4 0 . 9 9c P K K 取 z=5根 （ 7） 计算单根带的预紧力 查 教材 表 6q=m， 则： 22 0 0 2 . 5 5 0 0 2 . 5 0 . 9 5 4 8 . 2 5 0 . 1 9 . 4 2 1 5 0 . 8 9 5 4 5 9 . 4 2q vK z v （ 8） 计算带轮轴上的压力 10 1 6 1 . 32 s i n 2 5 1 5 0 . 8 s i n 1 4 8 8 F z F （ 9）带轮结构设计（略） 6 （ 1）求链节数 由 教材 表 6p=20 1 2 2 12 7 3 0 1 9 6 1 1 5 . 8 7 5 6 1 1 92 1 3 2 . 9 42 2 1 5 . 8 7 5 2 7 3 0 2a z z p z zL 取链节数 32 （ 2）求 链所能传动的最大功率 由 教材图 60=10查表 6A=查表 6Z=单排链取 ，则： 0 1 1 1 0 1 0 k 答： 1）链节数 32； 2） 链所能传动的最大功率 P=10 6 1 16 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 6 9 9 4 . 6 r / m i 1 9 . 0 5vn 由 教材 表 6 p=2A 由 号 12得 0 由 教材 表 6足 极限载 荷 Q = 50链号为 16A，链节距为 p= 由 教材图 60=40查表 6Z=单排链取 ，则： 0 1 . 1 1 4 0 3 6 . 6 7 k 2 答：链能传递的功率为 6 （ 1） 选择链号 由 传动比 i= 3查 教材 表 6 5，则 z2= 25=75 查表 6A=查表 6 排链取 ，由式（ 6 0 . 2 5 . 5 8 . 9 2 k 7 4 1K 根据 20r/0A （ 2） 确定润滑方式 由表 6p=1 2 5 1 5 . 8 7 5 7 2 0 4 . 7 6 m / 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0z p 答： 由链号 10A， v=s，查图 6选择油浴或飞溅润滑 。 6 （ 1）两轮的合理转向如图所示 （ 2） 两轮的包角 如图所示 （ 3） 图所示， 4） 载荷过大时，打滑首先出现在小带轮处 。由于小带轮上的包角小于大带轮上的包角 ，因此小带轮上的总摩擦力相应地小于大带轮上的总摩擦力，故打滑 首先出现在小带轮处 （ 5）d 1 1 3 . 1 4 1 0 0 1 4 6 0 7 . 6 4 m / 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 ， 带速在 525m/速合适 6 图 a、 b、 七 、 齿轮传动 7断题 （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） （ 5） （ 6） （ 7） （ 8） （ 9） （ 10） （ 11） （ 12） （ 13） （ 14） （ 15） （ 16） （ 17） （ 18） （ 19） （ 20） （ 21） （ 22） （ 23） （ 24） （ 25） （ 26） （ 27） （ 28） （ 29） （ 30） （ 31） （ 32） （ 33） （ 34） （ 35） 7空题 （ 1）基圆，基圆 （ 2） 20 （ 3）等于，大于 （ 4）恒定，不变 （ 5）两轮的模数相等、压力角相等 （ 6） 1，实际啮合线段 /基圆齿距 （ 7）轴向力， 8 25 （ 8）两轮的模数相等、压力角相等、螺旋角大小相等方向相反 （ 9）右， 14 30， 3 （ 10）相切，相割，相离 （ 11）正，弯曲 （ 12） 17 （ 13）少，小 （ 14） 350面点蚀 （ 15）轮齿折断 （ 16）高（ 20 50） 5 10） （ 17）齿面磨损 （ 18）硬度 （ 19）相反，相同 （ 20）相同，不同 （ 21）多 （ 22） （ 23） 20 40 （ 24）少，大，弯曲 （ 25）浸油 （ 26） 10 （ 27）直径大小 （ 28） 500 （ 29）铸造 （ 30）同时参加啮合的齿对数 7择题 （ 1） B （ 2） C （ 3） A （ 4） C （ 5） B （ 6） B （ 7） C （ 8） B （ 9） C （ 10） D （ 11） D （ 12） D （ 13） A （ 14） D （ 15） B （ 16） D （ 17） A （ 18） C （ 19） A （ 20） C （ 21） A 7 （ 1）啮合线 2）节点 3）两轮的节圆如图所示 7 分度圆直径：11 2 . 5 2 0 5 0 m md m z ，22 2 . 5 4 0 1 0 0 m md m z 齿顶圆直径：a 1 1 a( 2 ) ( 2 0 2 1 ) 2 . 5 5 5 m md z h m a 2 2 a( 2 ) ( 4 0 2 1 ) 2 . 5 1 0 5 m md z h m 齿根圆直径：f 1 1 a( 2 2 ) ( 2 0 2 1 2 0 . 2 5 ) 2 . 5 4 3 . 7 5 m md z h c m f 2 2 a( 2 2 ) ( 4 0 2 1 2 0 . 2 5 ) 2 . 5 9 3 . 7 5 m md z h c m 基圆直径：b 1 1 c o s 5 0 c o s 2 0 4 6 . 9 8 5 m b 2 2 c o s 1 0 0 c o s 2 0 9 3 . 9 6 9 m 标准中心距： 12 5 0 1 0 0 7 5 m 答：两轮的分度圆直径分别为 50100轮的齿顶圆直径分别为 55105轮的齿根圆直径分别为 轮的基圆直径分别为 准中心距为75 7 模数：122 2 1 2 0 4 m 4 0am 分度圆直径：11 4 2 0 8 0 m md m z ，22 4 4 0 1 6 0 m md z 齿顶圆直径：a 1 1 a( 2 ) ( 2 0 2 1 ) 4 8 8 m md z h m a 2 2 a( 2 ) ( 4 0 2 1 ) 4 1 6 8 m md z h m 齿根圆直径：f 1 1 a( 2 2 ) ( 2 0 2 1 2 0 . 2 5 ) 4 7 0 m md z h c m f 2 2 a( 2 2 ) ( 4 0 2 1 2 0 . 2 5 ) 4 1 5 0 m md z h c m 答：两轮的模数为 4轮的分度圆直径分别为 80160轮的齿顶圆直径分别为 8868轮的齿根圆直径分别为 70150 7 （ 1）验算齿面接触疲劳强度 1H E H KT b d u 查表 7=表 7E= 2175 325zu z ， 2 7 5 m ， 11 3 2 5 7 5 m md m z 661149 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 3 9 7 9 1 . 6 7 N m n ，查表 7H li m 1 5 8 0 M P a 、H li m 2 3 0 0 M P a ，H l i m H l i m 2 3 0 0 M P a查表 7， H l i 7 2 . 7 3 M P 1S 1H E H 2 1 . 2 3 9 7 9 1 . 6 7 3 11 8 8 . 9 2 . 5 2 5 9 . 4 5 M P a e，由教材表 10得 X=据 0性插值求 Y 值 1 . 9 9 1 . 7 1 1 . 9 90 . 0 4 7 0 . 0 2 8 0 . 0 5 6 0 . 0 2 8Y ， P=1770+720= 3）求轴承寿命 查教材表 10，表 10 66 1 0 1 2 5 5 0 0 5 9 8 4 h e， X=Y=P=h=12089h6000h 答：所选轴承 6307合适 10 P=1500N，查教材表 10，表 10教材附表 3得 6309轴承的 C=52800N 366 1 0 1 5 2 8 0 0 8 3 0 9 . 4 h 6 0 6 0 9 6 0 1 . 5 4 5 0 0f P 答：该轴承满足使用寿命要求 10 （ 1）选择轴承 根据轴承类型为 角接触球轴承 和 轴颈 70214（ 2）计算轴承寿命 P=40600N，查教材表 10，表 10表中查得 7214=69200N 366 1 0 1 6 9 2 0 0 1 3 3 4 0 6 0 1 4 4 0 1 . 1 6 0 0 0n f P （ 3）判断轴承的压紧和放松 当 A+C， 所以轴承 承 A+： 0 （ 1）确定轴承 内部附加轴向力 （ 2）求轴承的 内部附加轴向力 1400=952N， 900=612N （ 3）求 轴承的轴向力 A+00+612=1412N952N所以轴承 1被压紧，轴承 2被放松 A+00+612=1412N， 12N （ 4） 求轴承的当量动载荷 查教材表 10210e=1412/1400 e， 查教材表 101 612/900 e， 查教材表 102 1， 0 11400+1412=2 2 900+0 612=900N P=1， 5） 求轴承寿命 查教材表 10，查教材附表 4得 7210=40800N， 366 1 0 1 4 0 8 0 0 5 9 6 6 2 . 5 6 0 9 6 0 1 . 5 1 8 0 2 . 4 4n f P 答：该 轴承 的 寿命 为 10 （ 1）确定轴承 内部附加轴向力 （ 2）求轴承的 内 部附加轴向力 查设计手册得 30212轴承的 e=Y=1=2Y=4800/3=1600N， 2Y=2200/3= （ 3）求 轴承的轴向力 A+50+1600=2250N2， 所以轴承 2被压紧，轴承 1被放松 1=1600N， A+250N （ 4） 求轴承的当量动载荷 1600/4800 e， 查教材表 102 1 1 4800+0 1600=4800N 22200+2250=4255N P=1， 4800N （ 5） 求轴承寿命 查教材表 10， 10教材附表 5得 30212轴承的 C=102000N， 366 1 0 1 1 0 2 0 0 0 4 9 3 6 0 h 1 5 0 0 0 6 0 9 6 0 1 . 5 4 8 0 0n f P 答： 该对轴承合适 10 （ 1）初选轴承型号 由于轴径已确定，所以采用验算的方法确定轴承 的型号。初选 30207轴承， 查设计手册得 30207轴承的 e=Y=C=54200N （ 2）求轴承所受的径向力 1 1 9 5 1 9 5 2 7 1 0 2 0 7 2 . 4 1 9 5 2 5 5F ，21 2 7 1 0 2 0 7 2 . 4 6 3 7 . 6 Nr r F （ 3）确定轴承 内部附加轴向力 （ 4）求轴承的 内部附加轴向力 2Y=2Y= （ 5）求 轴承的轴向力 A+60+1， 所以轴承 1被压紧，轴承 2被放松 + 6） 求轴承的当量动载荷 e， 查教材表 101 0000 6 0 5 0 0 1 . 2 2 6 8 3 . 8n f P 答：选用 30207轴承合适 10 （ 1） 选择 轴承 材料 选择轴承材料为 教材表 10 p=1515m/s，v=10m/s （ 2） 选择轴承宽径比 据径向滑动轴承宽径比的选择范围，选取 B/d =1， B=1 100 =100 3） 验算轴承工作能力 压强 r 20000 2 M P a 1 5 M P a =1 0 0 1 0 0 r 2 0 0 0 0 1 2 0 0 1 2 . 5 7 M P a m / s 1 5 M P a m / s =1 9 1 0 0 1 9 1 0 0 1 0 0v p 3 . 1 4 1 0 0 1 2 0 0 6 . 2 8 m / s 1 0 m / s =6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 答：从上面的验算可知所选择的轴承材料合理 10 （ 1） 选择 轴承 材料 选择轴承材料为 教材表 10 p=815m/s，v=3m/s （ 2） 验算轴承工作能力 压强 r 5000 0 . 1 6 M P a 8 M P a =2 0 0 1 6 0 r 5 0 0 0 3 0 0 0 . 3 9 M P a m / s 1 5 M P a m / s =1 9 1 0 0 1 9 1 0 0 2 0 0v p 3 . 1 4 1 6 0 3 0 0 2 . 5 1 m / s 3 m / s =6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 答：从上面的验算可知所选择的轴承材料合理 10 （ 1）查许用值 查教材表 10 p=1515m/s （ 2）由压强 1 0 0 1 0 0 1 5 1 5 0 0 0 0 d p （ 3）由 19100 1 9 1 0 0 1 0 0 1 5 2 3 8 7 5 p vF n 答：轴承的主要承载能力由 （ 2）和（ 3）可知，该轴承的最大径向载荷为 23875N。 十一 、 轴 11断题 （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） （ 5） （ 6） （ 7） （ 8） （ 9） （ 10） （ 11） （ 12） （ 13） （ 14） （ 15） 11空题 （ 1）转轴，心轴，传动轴 （ 2）心，转 （ 3）回转 （ 4）轴径 （ 5）轴向定位，工作 （ 6）相对转动，键连接，花键连接 （ 7）轴端，轴向 （ 8）3 （ 9） （ 10）应力集中 11择题 （ 1） A （ 2） A （ 3） A （ 4） A （ 5） B （ 6） A （ 7） B （ 8） A （ 9） A （ 10） C （ 11） A （ 12） A （ 13） A （ 14） A （ 15） A （ 16） A 11 材料为 408，则： 0 7 m 3 圆整为 标准值取 d=56： 轴的直径 可取 56 11 由 3 T 055.9 n 得 ，则： 36 3 答： 该轴能传递的最大功率 为 11 （ 1）计算支反力 4 2 5 .5 r/ m 6 8 8 6 t： 6 6763 2 4 6 8 8 622 2 2t n： o o s 0 力： 2）计算弯矩并绘制弯矩图 （ 3）求当量弯矩 对载荷变化规律不清楚，一律按脉动循环处理，取 ，则 2200)( 22222 c （ 4） 计算危险截面 对于 45 钢调质，查表 M P M P 0 2 9 .3 m 0 9 7 考虑键槽影响，轴径增 大 5， 标准值 为 32 答： 输出轴危险截面处的直径 为 32 11 （ 1） 选择轴的材料 选用 45 钢，并进行正火处理 （ 2） 初估轴的直径 据 45钢查表 ，取 C=118，则： 2 3 .6 m 8 33 虑到键槽的影响，将轴径增大 5%，即 d（ 1+5%） =择 其标准直径 d=30为输出轴的最小直径。 （ 3） 轴的结构设计 1）轴结构形式的确定，如图所示 2）各轴段直径的确定 位置 轴径 /明 联轴器处 30 由步骤（ 2）确 定 油封处 35 为 满 足 联 轴 器 的 轴 向 固 定 要 求 而 设 一 轴 肩 ， 由 表 11轴肩高度a=(.1)d=顾透盖密封的标准尺寸，取 a=该段轴径为 35承处 40 由题意知选用轻系列深沟球轴承；为便于轴承的装拆，轴承内径应稍大于油封处轴径，并符合滚动轴承标准内径，故取该段轴径为 40定轴承型号为 6008，两端相同 齿轮处 50 考虑齿轮从右端装入，故齿轮孔径应稍大于轴承处直径，并为标准直径，取为 50环处 60 齿 轮 左 端 用 轴 环 定 位 ， 按 齿 轮 处 轴 径 d=50由表 11 轴 环 高 度a=(.1)d= a=5该段轴径为 60端轴承轴肩处 46 为了滚动轴承内圈的拆卸方便，轴肩高度不能过高，按 6008 型滚动轴承安装尺寸查出，取轴肩高度为 3该段轴径为 46轴环做成阶梯形 3）各轴段长度的确定 位置 轴径 /明 联轴器处 82 查手册得轴孔直径为 30 联轴器的长度为 84了使联轴器右端轴向定位可靠，此轴段长度应略小于联轴器长度，取该轴段长度为 82封处 45 此段长度包 括两部分：为便于轴承端盖的装拆和防止联轴器左端面与轴承端盖上的螺钉相碰撞，取轴承端盖外端面与联轴器左端面间的距离为 20减速器及轴承端盖的结构设计确定取轴承端盖总宽度为 25该轴段长度为（ 25+20） 5轮处 58 齿轮右端面与右端轴承之间采用套筒定位，已知齿轮轮毂宽度为 60了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段长度应略小于齿轮轮毂宽度，取该轴段长度为 58端轴承处（含套筒） 30 此段长度包括四部分：查轴承手册得 6008 轴承的宽度为 15虑到箱体的铸造误差，装 配时留有余地，右端轴承左端面与箱体内壁的间距取为 3轮对称布置，齿轮左右端面与箱体内壁间的距离均取为 10轮轮毂宽度与安装齿轮处轴段长度之差为 2该轴段长度为（ 15+3+10+2） 0环处 8 轴环宽度 b=5 b=8端轴承 轴肩处 5 左端轴承右端面至齿轮左端面的距离与轴环宽度之差，即（ 10 3） 8 端轴承处 15 等于 6008型轴承宽度 15轴长 243 （ 82 45 58 30 8 5 15） 243）键的选择 齿轮与联轴器处均采用 齿轮处：键 14 501096轴器处：键 8 701096 4） 校核轴的强度 1） 画出轴的受力简图（见图（ a） ， 并确定轴上的作用力 转矩 7 4 1262 t：o 7 4 12c o r： a n 2 0038c o 1 2t a nc o s a： a n 81 0 1 2t a h ） （ g ） （ f ） （ e ） （ d ） （ c ） （ b ） （ a ） R R A H R R 2）求水平面内的支反力（ 见图（ b） ） 3）作水平面内的弯矩图（ 见图（ c） ） 0 4）求垂直面内的支反力（ 见图（ d） ） 22 03 7 2 r 5）求垂直面内的弯矩图（ 见图（ e） ） 0 1 2 6）作合成弯矩图（见图（ f） 22C V 12 55 4 002 5 30 0 222 2 7）作扭矩图（见图（ g） 8） 求危险截面的当量弯矩 从合成弯矩图和扭矩图可以看出截面 C 是危险截面。因该减速器为单向传动，故转矩可视为按脉动循环变化，取 =危险截面上的当量弯矩为： 9412)( 2222 e 9） 校核轴的强度 对于 45 钢正火，查表得 b=600用弯曲应力 -1w =55 得 P 故强度足够。 11 由轴的扭转强度 条件： 当 料和其它条件不变，则： 45： 改造后所需轴的直径 为 45 11 a） （ 1）轴承右侧定位轴肩太高，轴承无法拆卸；（ 2）键太短；（ 3）轮毂太长，齿轮轴向定位不可靠；（ 4）齿轮右侧无轴向定位；（ 5）轴段太长，缺少轴径变化，轴承安装不方便；（ 6）与齿轮处键槽位置不在同一母线上，轮毂键槽结构不对；（ 7）轮毂 太长，传动零件轴向定位不可靠。 b） （ 1）缺少调整垫片；（ 2）轴承外圈左侧无定位；（ 3）轴承右侧定位轴肩太高，轴承无法拆卸；（ 4）轴承端盖与轴之间无间隙；（ 5）缺少调整垫片；（ 6）轴承端盖处无密封；（ 7）轴段太长，缺少轴径变化，轴承安装不方便；（ 8）联轴器左侧无轴向定位；（ 9）联轴器无周向定位，少键；（ 10）联轴器右侧轴段太长，轴向定位不可靠。 c） （ 1）缺少调整垫片；（ 2）轮毂键槽结构不对； （ 3）与齿轮处键槽不在同一母线上；（ 4）键槽处没有局部剖；（ 5）轴承端盖孔与轴径间无间隙；（ 6）多一个键；（ 7）齿轮左侧轴向定位不可靠；（ 8）齿轮右侧无轴向定位；（ 9）轴承安装方向不对；（ 10）轴承外圈定位超高；（ 11），轴段过长，与轴承端盖相碰。 （ 1）齿轮无周向定位，少键；（ 2）齿轮无法安装；（ 3）齿轮轴向定位不可靠；（ 4）齿轮无周向定位，少键；（ 5）轴承左侧套筒