机械设计第八版课后答案.doc

3.5课后习题详解3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限，取循环基数，试求循环次数N分别为7 000，25 000，620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。解 3-2 已知材料的力学性能为，试绘制此材料的简化极限应力线图（参看图3.2的ADGC）。解 ，由得。根据点按比例绘出该材料的极限应力线图如3.13所示。有图3-3 一圆轴的轴肩尺寸为：，材料为，其强度极限，屈服极限，试计算轴肩的弯曲有效应力集中系数。解 由于，所以查教材附表3.1，插值得，查教材附科3.1，插值得，则3-4 圆轴的轴肩尺寸为：，如用题3-2中的材料，设其强度极限，试绘制此零件的简化极限应力线图。解 由，所以，查教村附表3.1,插值得，查教材附图3.1，插值得，则查教材附图3.2，插值得，按粗车加工工艺，查教材附图3.4，插值得，则得按比例绘出该零件的极限应力线图如图3.14所示。有图3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力，应力幅，试分别按：，求出该截面的计算安全系数。解 （1）。若工作应力点在疲劳强度区，由式（3.6）得若工作应力点在屈服强度区，由式（3.7）得（2），若工作应力在疲劳强度区，由式（3.8）得若工作应力点在屈服强度区，由式（3.7）得5.5课后习题详解5-1 分析比较普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，各举一例说明它们的应用。答 见下表。5-2 将承受轴向变载荷联接螺栓的光杆部分做得细些有什么好处？答 可以减小螺栓的刚度，从而提高螺栓联接的强度。5-3 分析活塞式空气压缩机气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力、最小应力如何得出？当气缸内的最高压力提高时，它的最大应力、最小应力将如何变化？解 最大应力出现在压缩到最小体积时，最小应力出现在膨胀到最大体积时。当汽缸内的最高压力提高时，它的最大应力增大，最小应力不变。5-4 如图5.21所示的底板螺栓组接受外力作用。外力作用在包含x轴并垂直于底板接合面的平面内，试分析底板螺栓组受力情况，并判断哪个螺栓受力最大？保证联接安全工作的必要条件有哪些？解 将等效转化到底板面上，可知底板受到轴向力，横向力和倾覆力矩M。（1）底板最左侧的螺栓受力最大，应验算该螺栓的拉伸强度，要求拉应力。（2）应验算底板右侧边缘的最大挤压应力要求最大挤压应力。（3）应验算底板左侧边缘的最小挤压应力，要求最小挤压应力。（4）应验算底板在横向力作用下是否会滑移，要求摩擦力。有图5-5 图5.22所示是由两块边板和一块承重板焊成的龙门起重机导轨托架，两块边板各用4个螺栓与立柱相联接，托架承受的最大载荷为20kN，载荷有较大的变动，试问：此螺栓连接采用普通螺栓联接还是铰制孔螺栓联接为宜？为什么？解 采用铰制孔用螺栓联接为宜，因为托架所承受的载荷有较大变动，看通螺栓联接合面产生的磨擦力矩来抵抗转矩。可求得螺栓的最小直径，铰制孔用螺栓时，由公式及挤压强度和剪切强度公式可以计算出此时的最小直径，两个直径进行比较可得出铰制孔用螺栓的直有图 5-6 已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相联接，托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行，距离为250mm，大小为60kN的载荷作用。现有如图5.23所示的两种螺栓布置型式，设采用铰制孔螺栓联接，试问哪一种布置型式所用的螺栓直径较小？为什么？解 螺栓组受到的剪力F和转矩，设剪力F分在各个螺栓上的力为F，转矩T分在各个螺栓上的力为F。（1） 在图5.23（a）的螺栓布置方案中，各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离都为r，即，故由图可知，最左和最右的螺栓受力量大为（2）对于图5.23（b）由以上数值可以得出，采用图5.23（b）的布置型式所用的螺栓直径较小。5-7 图5.24所示为一拉杆螺纹联接，已知拉杆所受的载荷，载荷稳定，拉杆材料为钢，试设计此联接。有图解 该题属于松螺栓联接的题目。拉伸强度条件为拉杆材料为，其由 所以取螺栓选用的直径5-8 两块金属板在两个的普通螺栓联接。若接合面的摩擦系数，螺栓预紧力控制在其屈服上限的70%。螺栓用性能等级为4.8的中碳钢制造，求此联接所能传递的横向载荷。解 螺栓数目为2，接合面数为1，取防滑系数为，性能等级为4.8的碳钢，则螺栓所需预紧力为得出5-9 受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已知螺栓预紧力，当受轴向工作载荷时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。解 采用橡胶垫片密封，取螺栓的相对刚度，由教材公式（5-18），螺栓的总拉力由教材公式（5.15），残余预紧力为5-10 图5.25所示为一气缸盖螺栓组联接。已知气缸内的工作压力，缸盖与缸体为钢制，直径，上、下凸缘厚均为25mm，试设计此联接。解 （1）确定螺栓数z和直径d。查教材表5-5，螺栓间距，取，取，则螺栓间距螺栓直径取。有图（2）选择螺栓性能等级。选择螺栓性能等级为8.8级，查教材表5-8得（3）计算螺栓上的载荷，作用在气缸上的最大压力和单个 螺栓上的工作载荷F分别为取残余预紧力，由教材公式（5-15），螺栓的总载荷（4）许用应力，按不控制预紧力确定安全系数，查教材表5-10，取S=4，许用拉应力（5）验算螺栓的强度，查手册，螺栓的大径，小径，取螺栓公称长度，由教材公式（5-19），螺栓的计算应力满足强度条件，螺栓的标记为，螺栓数量。5-11 设计如教材图5-25（a）所示简单千斤顶的螺杆和螺母的主要尺寸，起重量为40000N，起重量高度为，材料自选。（解答参见例5.9）6.5课后习题详解6-1 为什么采用两上平键时，一般布置在沿周向相隔1800的位置；采用两个楔键时，相隔；而采用两个半圆键时，却布置在轴的同一母线上？答：两个平键联接，一般沿周向相隔1800布置，对轴的削弱均匀，并且两键的挤压力对轴平衡，对轴不产生附加弯矩，受力状态好。采用两上楔键时，相隔布置，若夹角过小，则对轴的局部削弱过大。若夹角过大，则两个楔键的总承载能力下降。当夹角为1800时，两个楔键的承载能力大体上只相当于一个楔键的承载能力。采用两上半圆键时，在轴的同一母线上布置。半圆键对轴的削弱较大，两个半圆键不能放在同一横截面上，只能放在同一母线上。6-2 胀套串联使用时，为何要引入额定载荷系数m？为什么型胀套和型胀套的额定载荷系数有明显的差别？答： 胀套串联使用时，由于各胀套的胀紧程度不同，因此各个胀套的承载能力有别，所以计算时要引入载荷系数m来考虑这一因素的影响。型胀套在串联使用时，由于夹紧力的传递受到摩擦力的影响，使得内侧胀套和外侧胀套的胀紧程度相差比较大，因此，额定载荷系数m值较小。型胀套在串联使用时，各个胀套分别自行胀紧，由于先后胀紧的原因，内侧胀套和外侧胀套的胀紧程度会有少量差别，因此，额定载荷系数m值较大。6-3在一直径的轴端，安装一钢制直齿圆柱齿轮（见图6.3），轮毂宽度，工作时有轻微冲击。试确定平键联接的尺寸，并计算其传递的最大转矩。解 由图可知采用的是A型平键。根据轴径，查手册得所用键的剖面尺寸为，根据轮毂长度，取键的公称长度。键的标记：键。键的工作长度为，键与轮毂键槽接触高度为，根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，查教材表6-1，取许用挤压应力，则键联接传递的最大转矩6-4 如图6-4所示的凸缘半联轴器及圆柱齿轮，分别用键与减速器的低速轴相联接。试选择两处键的类型及尺寸，并校核其联接强度。已知轴的材料为45号钢，传递的转矩，齿轮用锻钢制成，半联轴器用灰铸铁制成，工作时有轻微冲击。 有图解 （1）确定联轴器段的键，选A型平键，由轴径，查手册得，并取键公称长度，键的标记：键。键的工作长度为，键与轮毂键槽接触高度为，根据联轴器材料铸铁，载荷有轻微冲击，查教材表6-1，取许用挤压应力，则其挤压强度满足挤压强度要求。（2）确定齿轮段的键，选A型平键，由轴径，查手册得键的剖面尺寸为，并取键公称长度，键的标记，键。键的工作长度为，键与轮毂键槽的接触高度为，根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，查教村表6-1，取许用挤压应力满足强度要求。6-5 如图6.5所示的灰铸铁V带轮，安装在直径的轴端，带轮的基准直径（计算直径），工作时有效拉力，轮毂宽度，工作时有轻微振动，设采用钩头楔键联接，试选择楔键的尺寸，并校核联接的强度。解 转矩，根据轴径查手册，选取楔键为：键，其中教材表6-1，V带轮材料为灰铸铁，载荷有轻微冲击，取许用应力中间值，取摩擦系数，则其挤压强度从强度校核中可看出，键的挤压强度不够，解决办法之一是增加轮毂宽度。有图6-6 如图6.6所示为变速箱中的双联滑移齿轮，传递的额定协率，转速。齿轮在空载下移动，工作情况良好，试选择花键类型和尺寸，并校核联接的强度。解 滑移齿轮传递的转矩选用矩形花键，根据图中所给尺寸，其外径，查手册，其矩形花键标记：，其倒角，取载荷不均匀系数为，工作长度为。键的工作高度键的平均直径根据空载下移动，工作情况良好，查教材表6-2得压力条件强度满足强度要求。6-7 如图6.7所示为套简式联轴器，分别用平键及半圆与两轴相联接，已知：轴径，联轴器材料为灰铸铁，外径。试分别计算两种联接允许传递的转矩，并比较其优缺点。有图解（1）平键联接，由图可知，采用的是A型平键，根据轴径，查手册得所用键的剖面尺寸为，取键长。键的标记，键。键的工作长度为，键与轮毂键槽的接触高度为，根据齿轮材料为灰铸铁，载荷有轻微冲击，查教材表6-1，取许用挤压应力，则此平键允许传递的最大转距（2）半圆键联接。根据轴径，查手册得所用键应为：，键长，键的标记，键。键的工作长度为，接触高度为，仍取许用挤压应力，则此半圆键允许传递的最大转矩（3）平键联接承载能力较高，半圆键对轴削弱较大，承载能力较低，但半圆键有自定位作用。而平键不具备，也即采用半圆键的套筒式联轴器可允许两轴有一定的角度误差。8.5课后习题详解8-2 V带传动传递的功率，带速，紧边拉力是松边拉力的两倍，即，试求紧边拉力、有效拉力F，和预紧力。解 由，得由，得由，得8-3 已知一窄V带传动的，中心距，窄V带为SPA型，根数，工作时有振动，一天运转16h（即两班制）。试求带能传递的功率。解 ，查教材图8-9取。查第六版教材表8-3，取，由得查教材表8-5c得；查教材表8-5d得；查教材表8-6得，查教材表8-8得，查第六版教材表8-10得，所以8-4有一带式输送装置，其异上步电动机与齿轮减速器之间用普通V带传动，电动机功率，转速，减速器输入轴的转速，允许误差为，运输装置工作时有轻度冲击，两班制工作，试设计此带传动。解 （1）计算功率。由教材表8-6得。计算功率（2）选取V带型号，根据，查图8-8确定为B型。（3）确定带轮计算直径，由表教材8-5a取主动轮计算直径查教材表8-7取。从动轮实际转速合适。验算带的速度带速合理。（4）确定带的长度和中心距，根据，初步确定中心距由教材表8-2选节线长度，实际中心距a为（5）验算主动轮上的包角a主动轮上的包角合适。（6）计算胶带的根数z取根。（7）计算初拉力（8）计算轴上的压力Q（9）结构设计（略）9.5课后习题详解9-1如图9.2所示链传动的布置形式，小链轮为主动轮，中心距。它在图9.2(a),(b)所示布置中应按哪个方向回转才算合理？两轮轴线布置在同一铅垂面内（见图9.2(c)有什么缺点？应采取什么措施？解 图（a），（b）所示布置中轮按逆时针方向旋转合理。两轮轴线布置在同一铅垂面内下垂量增大，下链轮的有效啮合齿数减少，降低了传动能力。应采取：调整中心距；加张紧轮；两轮偏置等措施。有图9-2 某链传动传递的功率，主动链轮转速，从动链轮转速，载荷平稳，定期人工润滑，试设计此链传动。提示：本题链传动速很低，可假定，按静强度设计，具全可参见例9.5。9-3 已知主动链轮转速，齿数，从动链轮齿数，中心距，滚子链极限拉伸载荷为55.6kN，工作情况系数，试求链条所能传递的功率。解取。查教材表9-1，满足滚子链极限拉伸载荷为55.6kN的链节距，链号为16A，查教材图9-13得，由教材表9-10得由教材表9-11得。由式（9.5）得9-4 选择并验算一输送装置用的传动链，已知链传动传递的功率，主动链轮的转速，传动比，工作情况系数，中心距（可以调节）解 （1）选择链轮齿数。假定链速，由教材表9-8取主动链轮齿数，则从动链轮齿数。（2）确定链节距计算功率由教材图9-13按小链轮转速估计链工作在额定功率曲线顶点的左侧。查教材表9-10得初选中心距，则取，根据教材表9-10得选取单排链，由教材表9-11得，所需传递的功率为根据，由教材图9-13选链号为10A的单排链。同时也证实原估计链工作在额定功率曲线顶点的左侧是正确的。由教材表9-1查得链节距。（3）确定链长L及中心距a中心距减小量实际中心距取，接近650mm，符合题目要求。（4）验算链速。与原假设相符。根据教材图9-14采用油浴或飞溅润滑。（5）压轴力计算。有效圆周力按水平传动，取压轴力系数，则压轴力105 课后习题详解10-1 试分析如图10.6的齿轮传动中各齿轮所受的力（用受力图表示出各力的作用位置和方向）。10-2 如图10.8所示的齿轮传动，齿轮A，B和C的材料都是中碳钢调质，其硬度：齿轮A为240HBS，齿轮B为260HBS，齿轮C为220HBS。试确定齿轮B的许用接触应力和许用弯曲应力和许用弯曲应力。假定：（1）齿轮B为“惰轮”（中间轮），A为主轮，C为从动轮，设。解（1）齿轮A为主动轮，齿轮B为“惰轮”，也就是说齿轮B既是主动轮又是从动轮。当齿轮B与主动轮A啮合时，工作齿面是一侧，当齿轮B与从动轮C啮合时，工作齿面是另一侧。对于一个轮齿来讲，是双齿工作双齿面受载。弯曲应力是对称循环，接触应力是脉动循环。取查教材图10-21（d）得接触疲劳强度极限应力查教材10-20（c）得则春弯曲疲劳极限应力及许用应力分别为（2）齿轮B为主动轮，A和C同为从动轮时，齿轮B推动齿轮A和C的工作齿面为同一齿廓面，故弯曲应力和接触应力均为脉动循环。仍取接触疲劳强度极限仍为弯曲疲劳极限应力则其许用应力分别为评注本题中假定寿命系数均为已知。但在实际计算中，是与循环次数N有关。公式中j表示齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数。在齿轮B为“惰轮”时，是双侧工作，对于同一齿面来讲，齿轮转动一圈，只受一次载，故，在齿轮B为主动轮时，是单侧工作，齿轮转动一圈，同一齿面分别与齿轮A和齿轮C啮合一次，故。103 对于作双向传动的齿轮来说，它的齿面接触应力和齿根弯曲应力各属于什么循环特性？在作强度计算时应怎样考虑？104 齿轮的精度等级与齿轮的选材及热处理方法有什么关系？答 一般齿轮材料主要选用锻钢（碳钢或合金钢）。对于精度要求较低的齿轮，将齿轮毛坯经正火或调质处理后切齿即为成品，这时精度可达8级，精切时可达7级。对于精度要求较高的齿轮，可调质后表面淬火，对于低碳钢或低碳合金钢主要是渗碳后淬火，最后进行滚齿等精加工，其精度可达7，6级甚或5级。对于尺寸较大的齿轮，可选用铸钢或球墨铸铁，正火后切齿也可达8级精度。105 要提高轮齿的抗弯疲劳强度和齿面抗点蚀能力有哪些可能的措施？答 提高轮齿抗弯疲劳强度措施有：增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，可降低齿根应力集中；增大轴和支承的刚度，可减小齿面局部受载；采取合适的热处理方法使轮芯部具有足够的韧性；在齿根部进行喷丸、滚压等表面强度处理，降低齿轮表面粗糙度，齿轮采用正变位等。提高齿面抗点蚀能力的措施有：提高齿面硬度；降低表面粗糙度；增大润滑油粘度；提高加工、安装精度以减小动载荷；在许可范围内采用较大变位系数的正传动，可增大齿轮传动的综合曲率半径。106 设计铣床的圆柱齿轮传动，已确定，寿命，小齿轮相对其轴的支承为不对称布置，并画出大齿轮的结构图。解 （1）选择齿轮的材料和精度等级。由教材表101可知，大小齿轮材料均为45号钢调质。小齿轮齿面硬度为250HBS，大齿轮齿面硬度为220HBS，选精度等级为7级。（2）按齿面接触疲劳强度设计。小齿轮传递的转矩初选载荷系数：初选确定齿宽系数：小齿轮作不对称布置，据教材表选取确定弹性影响系数：据教材表查得确定区域载荷系数：按标准直齿轮传动设计齿数比：确定接触许用应历：循环次数查教材图曲线1得查教材图（d）得取安全系数由接触强度计算小齿轮的分度圆直径=验算载荷系数：齿轮的使用系数：载荷状况以轻微冲击为依据查数教材表得齿轮的圆周速度由教材图查得：对于软齿面齿轮，假设，由教材表10-3查得齿宽齿宽与齿高比接触强度载荷系数：校正直径：取标准值。齿轮的相关参数：确定齿宽：圆整后，取，（3）校核齿根弯曲疲劳强度。确定弯曲强度载荷系数；查教材表10-5得确定许用应力：由教材图10-18查得，取安全系数由教材图10-20（c）得按对称循环变应力确定许用弯曲应力校核弯曲强度：满足弯曲强度，以上所选参数合适。10-7 某齿轮减速器的斜齿圆柱齿轮转动，已知，两轮的齿数为，8级精度，小齿轮材料为（调质），大齿轮材料为45号钢（调质），寿命20年（设每年300工作日），每日两班制，小齿轮相对其轴的支承为对称布置，试计算该齿轮传动所能传递的功率。解（1）材料及精度根据小齿轮材料，调质，查表10-1得，硬度217269HBS大齿轮材料45号钢调质，查表10-1得：硬度217255HBS齿轮精度：8级（2）确定载荷系数。使用系数：按轻微冲击查表10-2得，小齿轮的分度圆直径齿轮的圆周速度由教材图10-8查得：假设，由教材表10-3查得：，齿宽齿宽系数齿宽与齿高比由教材表10-4查得，由教材图10-13查得弯曲强度载荷系数接触强度载荷系数（3）确定强度计算各系数。计算斜齿轮的当量齿数；确定齿形系数和应力集中系数：查教材表10-5得确定斜齿轮端面重合度，查教材图10-26得，螺旋角影响系数：斜齿轮的纵向重合度查教材图10-28得：确定弹性影响系数：据教材表10-6查得确定区域载荷系数：据教材图10-30查得（4）计算许用应力。计算循环次数：计算弯曲强度许用应力：由教材图10-18查得按脉动循环变应力确定许用弯曲应力（4）弯曲强度确定的最大转矩。比较 取由公式得6齿轮传动的功率。由弯曲强度和接触强度计算的转矩可知，此齿轮传动所能传递的最大转矩为10-8 设计小型航空发动机中的一斜齿圆柱齿轮传动，已知，寿命，小齿轮作悬臂布置，使用系数。解（1）先择齿轮的材料和精度等级。根据教材表10-1选大小齿轮材料均为，渗碳淬火。小齿轮面硬度取62HRC，大齿轮齿面硬度取58HRC，芯部达300HRS。选精度等级6级。（2）按齿根弯曲疲劳强度设计。小齿轮传递的转矩：初选载荷系数数：初选确定齿宽系数：小齿轮作悬臂布置，据教材表10-7选取初选螺旋角：计算斜齿轮的当量齿数：确定齿形系数和应力集中系数：查教材表10-5得确定斜齿端面重合度：查教材图10-26得确定弯曲强度许用应力：循环次数由教材图10-18查得取安全系数由教材图10-26（d）得按对称循环变应力确定许用弯曲应力为由弯曲强度计算齿轮的模数。因，将齿轮1的参数代入设计公式中得取标准值验算载荷系数：小齿轮的分度圆直径齿轮的圆周速度由教材图10-8查得：假设，由教材表10-3查得齿宽齿宽与齿高比由教材表10-4查得，由教材图10-13查得弯曲强度载荷系数校正模数：可以得出前面取标准值合适。螺旋角的确定：中心距：圆整中心距后，螺旋角斜齿轮的相关参数：对齿宽圆整：（3）齿面接触强度校核。确定接触强度载荷系数：确定接触强度许用应力：查教材图10-21（e）得查教材图10-19中曲线2得取安全系数：确定弹性影响系数：据教材表10-6查得确定区域载荷系数：据教材图10-30查得校核接触强度：满足接触强度，以上所选参数合适。10-9 设计用于螺旋输送机的闭式直齿圆锥齿轮传动，轴夹角，传递功率，转速，齿数比，两班制工作，寿命10年（每年按300天计算），小齿轮作悬臂布置。解（1）选择齿轮的材料和精度等级，查教材表10-1，选取大小齿轮材料均为45号钢调质。小齿轮齿面三硬度为250HRS，大齿轮齿面硬度为220HRS。选精度等级为8级。（2）按齿面接触疲劳强度设计。初选小齿轮齿数：小齿轮传递的转矩：初选载荷系数：初选取齿宽系数：确定弹性影响系数：据教材表10-6查得确定区域载荷系数：标准直齿圆锥齿轮传动确定接触许用应力：循环次数查教材图10-19曲线1得查教材图10-21（d）得取安全系数：由接触强度计算小齿轮的分度圆直径验算载荷系数：齿轮的使用系数：载荷状况以均匀平稳为依据查教材表10-2得齿轮的圆周速度A、 小齿轮表面淬火，大齿轮调质B、 小齿轮表面淬火，大齿轮正火C、 小齿轮调质，大齿轮正火D、 小齿轮正火，大齿轮调质（3）在齿轮传动中，为了减少动载系数，可采取的措施有 、 。A、提高齿轮的制造精度 B、减小齿轮的平均单位载荷C、减小外加载荷的变化幅度 D、降低齿轮的圆周速度（4）计算齿轮传动时，选择许用应力与 没关系。A、材料硬度 B、应力循环次数C、安全系数 D、齿形系数（5）直齿圆锥齿轮强度计算中，是以 为计算依据的。A、大端当量直齿圆柱齿轮B、大端分度圆柱齿轮C、平均分度圆处的当量直齿圆柱齿轮D、平均分度圆柱齿轮（6）在圆柱齿轮传动中，材料与齿宽系数、齿数比、工作情况一定情况下，轮齿的接触强度主要取决于 ，而弯曲强度主要取决于 。A、模数 B、齿数 C、中心距 D、压力角（7）在圆柱齿轮传动中，常使小齿轮宽略大于大齿轮齿宽，其目的是 。A、提高小齿轮齿面接触强度 B、提高小齿轮齿根弯曲强度C、补偿安装误差，以保证全齿宽的接触 D、减少小齿轮载荷分布不均（8）斜齿圆柱齿轮的齿形系数和相同齿数的直齿圆柱齿轮相比是 。A、相等 B、较大 C、较小 D、视实际工作条件可能性大也可能小（9）选择齿轮毛坯的型式（轧制圆钢、锻造、铸造）时，主要考虑 。A、齿宽 B、齿轮直径 C、齿轮在轴上的布置位置 D、齿轮精度（10）选择齿轮传动的平稳性精度等级时，主要依据 。A、圆周速度 B、转速C、传递的功率 D、承受的转矩10-2 填空题（1）闭式软齿面齿轮传动中，齿面疲劳点蚀通常出现在 处，提高材料 可以增强轮齿抗点蚀能力。（2）在齿轮传动中，若一对齿轮采用软齿面，则小齿轮的材料硬度比大齿轮的硬度 HRS。（3）钢制齿轮，由于渗碳淬火后热处理变形大，一般需经过 加工，否则不能保证齿轮精度。（4）齿轮传动的强度计算中，齿形系数的大小与 无关，主要取决于 。直齿圆柱齿轮按 选取，而斜齿圆柱齿轮按 选取。（5）圆柱齿传动的强度计算中，齿形系数的大小与 无关，主要取决于 ，直齿圆柱齿轮按 选取，而斜齿圆柱齿轮按 选取 。10-3 如图10.9所示一内啮合标准直齿圆柱齿轮传动，小齿轮逆时方向旋转，转速，传递功率，小轮齿数，大轮齿数，模数。试在图中标出书点啮合处作用力的方向，并计算各分力的值。有图10-4 一对相啮事的标准直齿圆柱齿轮传动，有关 参数和许用值如下表，试分析比较哪个齿轮的弯曲强度低？哪个齿轮的接触强度低？齿数z模数m齿宽b小齿轮202mm45mm2.82.2大齿轮502mm40mm2.42.3115 课后习题详解11-1 试分析图11.6所示蜗杆传动中各轴的回转方向，蜗轮轮齿的螺旋方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向。有图解 各轴的回转方向如图11.7所示。蜗轮2.4的轮齿螺旋线方向均匀为右旋。蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向如图11.7所示。有图11-2 图11.8所示为热处理车间所用的可控气氛加热炉拉料机构传动简图。已知，蜗轮传递的转矩，蜗杆减速器的传动比，蜗杆转速，传动较平稳，冲击不大，工作时间为每天8h，要求工作寿命为5年（每年按300工作日计），试设计该蜗杆传动。有图解 采用渐开线蜗杆（ZI），考虑到是低速中载的蜗杆，蜗杆用45号钢，蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜，金属模铸造。（1）按齿面接触或疲劳强度设计；确定各计算系数，由教材表11-5查得，取，则载荷系数蜗轮为铸锡磷青铜，取，假设，从教材图11-18中查得。确定许用接触应力。根据蜗轮材料为，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，由教材表11-7查得蜗轮的基本许用接触应力，蜗杆传动的工作寿命，蜗轮轮齿的应力循环次数为寿命系数为蜗轮齿面的许用接触应力为计算中心距取中心距，因，故从教材表11-2中取模数，蜗杆分度圆直径，这时，由教材图11-18查得接触系数，因此以上计算结果可用。（2）蜗杆与蜗轮的主要参数和几何尺寸：蜗杆，由教材表11-2查得蜗杆头数，直径系数，分度圆导程角，则轴向齿距齿顶圆直径齿顶圆直径蜗杆轴向齿厚蜗轮。蜗轮齿数，变位系数。验算传动比，这时传动比误差为，是允许的。蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径蜗轮咽喉母圆半径（3）校核齿根弯曲疲劳强度：确定各计算系数，当量齿数根据和，由教材图11-19查得齿形系数，螺旋角影响系数确定许用弯曲应力，由教材表11-8查得蜗轮的基本许用弯曲应力为。寿命系数许用弯曲应力校核计算满足弯曲强度条件。（4）热平衡计算。取润滑油的最高工作温度，周围空气温度取，箱体表面传热系数取。滑动速度为由教材表11-18插值求得当量摩擦角。蜗杆传动的总效率为蜗杆传递的功率为所需的散热面积为（5）结构设计（略）11-3设计用于带式输送机的普通圆柱蜗杆传动，传递功率，传动比，由电动机驱动，载荷平稳。蜗杆材料为，渗碳淬火，硬度。蜗轮材料为，金属模铸造。蜗杆减速器每日工作8h，要求工作寿命为7年（每年按300工作日计）。解 采用渐开线蜗杆（ZI）。（1）按齿面接触疲劳强度设计：确定作用在蜗杆上的转矩。按估取效率，蜗轮上的转矩为确定各计算系数。由教材表11-5查得，取，则载荷系数蜗轮为铸锡磷青铜，取，假设，从教材图11-18中查得。确定许用接触应力，根据蜗轮材料为，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度，由教材表11-7查得蜗轮的基本许用接触应力，蜗杆传动的工作寿命，蜗轮轮齿的应力循环次数寿命系数为蜗杆齿面的许用接触应力为计算中心距取中心距，因，故从教材表11-2中取模数，蜗杆分度圆直径，这时，与假设值相符，因此以上计算结果可用。（2）蜗杆与蜗轮的主要参数几何尺寸：蜗杆，从教材表11-2查得蜗杆头数，直径系数，分度圆导程角，则轴向齿距齿顶圆直径齿根圆直径蜗杆轴向齿厚蜗轮、蜗轮齿数，变位系数。验算传动比，这时传动比误差为，是允许的。蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮咽喉母圆半径（3）校核齿根弯曲疲劳强度 确定各计算系数，当量齿数根据，由教材图11-19查得齿形系数，螺旋角影响系数 确定许用弯曲应力，由教材表11-8查得蜗轮的基本许用弯曲应力为。寿命系数许用弯曲应力 校核计算满足弯曲强度条件。（4）热平衡计算，取润滑油的最高工作温度，周围空气温度取，箱体表面传热系数取。滑动速度为由教材表11-18插值求得当量摩擦角。蜗杆传动的总效率为与预估值相等。所需的散热面积为（5）结构设计（略）11-4 设计一起重设备用的蜗杆传动，载荷有中等冲击，蜗杆轴由电动机驱动，传递的额定功率，间歇工作，平均约为每日2h，要求工作寿命为10年（每年按300工作日计）。解 采用开式渐开线蜗杆（ZI）传动。因为要求，故按排非标准中心距设计，蜗杆用45号锅，蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45-55HRC，蜗轮用铸锡磷青铜 ，金属模铸造。（1）按齿根弯曲疲劳强度设计：确定作用在蜗轮上的转矩，按做取效率，蜗轮上的转矩为确定各计算系数，由教材表11-5查得，则载荷系数，假设，当量齿数为由教材图11-19查得齿形系数。螺旋角影响系数 确定许用弯曲应力，由教材表11-8查得蜗轮的基本许用弯曲应力为。蜗杆传动的工作寿命，蜗轮轮齿的应力循环次数寿命系数许用弯曲应力 计算取模数，蜗杆分度圆直径，实际中心距（2）蜗杆，由教材表11-2查得蜗杆头数，直径系数，分度圆导程角，则轴向齿距齿顶圆直径齿根圆直径蜗杆轴向齿厚蜗轮、蜗轮齿数，不变位。验算传动比，这时传动比误差为，是允许的。蜗轮分度圆直径蜗杆喉圆直径蜗轮齿根圆直径蜗轮咽喉母圆半径（3）结构设计（略）。11-5 试设计轻纺机械中的一单级蜗杆减速器，传递功率，主动轴转速，传动比，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15000h。解 采用渐开线蜗杆（ZI）。蜗杆材料为，渗碳淬火，齿面硬度。蜗轮用铸锡磷青铜，金属横铸造。（1）按齿面接触疲劳强度设计：确定作用在蜗轮上的转矩，按做取效率，蜗轮上的转矩为确定各计算系数。由教材表11-5查得，取，则载荷系数蜗轮为铸锡磷青铜，取，假设，从教材图11-18中查得。确定许用接触应力，根据蜗轮材料为，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度，由教材表11-7查得蜗轮的基本许用接触应力。蜗杆传动的工作寿命，蜗轮轮齿的应力循环次数寿命系数为蜗轮齿面的许用接触应力为计算中心距取中心距，因，故从教材11-2中取模数，蜗杆分度圆直径，这时，与假设值相符，因此以上计算结果可用。（2）蜗杆与蜗轮的主要参数和几何尺寸：蜗杆。从教材表11-2查得蜗杆头数，直径系数，分度圆导程角。计算可得轴向齿距，齿顶圆直径，齿根圆直径，蜗杆轴向齿厚。蜗轮、蜗轮齿数，变位系数。验算传动比，这时传动比误差为，是允许的。蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径蜗轮咽喉母圆半径（3）校核齿根弯曲疲劳强度：确定各计算系数，当量齿数根据和，由教材图11-19查得齿形系数，螺旋角影响系数确定许用弯曲应力，由教材表11-8查得蜗轮的基本许用弯曲应力寿命系数许用弯曲应力校核计算满足弯曲强度条件。（4）热平衡计算，取润滑的最高工作温度，周围空气温度取，箱体表面传热系数取。滑动速度为由教材表11-18插值求得当量摩擦角。蜗杆传动的总效率为与预估值相符。所需的散热面积为（5）结构设计（略）11-6 试设计某钻机用的单级圆弧圆柱蜗杆减速器。已知蜗轮轴上的转矩，蜗杆转速，蜗轮转速，断续工作，有经验振动，有效工作时数为3000h。解 蜗杆材料为45号钢，经淬火、磨削而成，蜗轮齿圈材料为锡青铜。从圆弧圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择6级精度。（1）确定蜗杆与蜗轮的主要几何参数。因为，所以传动比。输入功率为 由教材图11-20可查得中心距，参考教材表11-10可确定该传动中蜗杆与蜗轮的主要参数为验算传动比，这时传动比误差为，是允许的。（2）校核蜗轮齿面接触疲劳强度，蜗轮分度圆周上的圆周力为系数蜗轮平均齿宽因为，由教材表11-13查得蜗杆齿的齿形系数，蜗轮齿面接触应力为由教材表11-14查得蜗与蜗杆的配对付料系数，寿命系数，滑动速度速度系数由教材表11-16插值求得，载荷系数取为，蜗轮齿面接触疲劳极限为蜗轮的圆周速度由教材表11-12查得接触疲劳强度最小安全系数，蜗轮齿面接触疲劳强度的安全系数为所以蜗轮齿面接触疲劳强度满足要求。（1） 校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度，蜗轮平均圆直径蜗轮平均圆上的最大的圆周力为蜗轮齿宽取为，蜗轮齿弧长，法向模数，蜗轮齿根最大应力系数为由教材表11-17查得蜗轮齿根应力系数极限值。蜗轮齿根弯曲线疲劳度满足要求。（4）计算几何尺寸（略）。（5）结构设计（略）。125 课后习题详解12-1 某不完全液体润滑径向滑动轴承，已知：轴径直径，轴承宽，轴径转速，轴瓦材料采用，试问它可以承受的最大的径向载荷是多少？解 轴瓦的材料为，查其许用应力，许用。（1）轴承的平均压力应满足式（12.1），据此可得（2） 轴承的值应满足式（12.2），据此可得综合考虑（1）和（2），可知最大径向载荷为。12-2 已知一起重机卷筒的滑动轴承所承受的载荷，轴颈，轴的转速，轴承材料为铸造青铜，试设计此轴承（采用不完全液体径向轴承）。解 确定轴承的形式：采用剖分式结构，便于安装和维护，润滑方式为脂润滑，由机械设计手册可初选号径向滑动轴承，轴瓦材料采用，其中。（1）确定轴承宽度，对于起重装置，轴承的宽径比可以取大一些，取，则轴承宽度（2）验算轴承强度，根据式（12.1）得（3） 验算值。根据式（12.2）和式（12.3）得从上面的验算可以看出选材合理。（4） 选择配合，滑动轴承常有的配合有等，参考同类机械的使用经验取。12-3 某对开式径向滑动轴承，已知向载荷F=35000N，轴颈直径，轴承宽度，轴颈转速，选用全损耗用油，设平均温度轴承的相对间隙，轴颈、轴瓦表面粗糙度分别为，试校核此轴承能否实现液体动压润滑。解 按50时的动力黏度轴径转速承受最大载荷时，考虑到表面几何形状误差和轴径挠曲变形，选安全系数为2。根据式（12.9），式（12.10）得所以由查教材表12-8得有限宽轴承的承载量系数因为所以，可以实现液体动力润滑。12-4 设计一发电机转子的液体动压径向滑动轴承。已知，载荷，轴颈直径，转速，工作情况稳定。解 （1）选择轴承材料及轴瓦结构。该轴承转速较高，故选用带轴承衬套的轴瓦，且安装方便，轴瓦采用剖分式结构，轴瓦材料为，导热性好，轴承衬套采用，由机械设计手册查得，由于起停车时，轴承会处于非液体摩擦状态，故进行混合润滑计算。（2）选宽径比，确定轴承宽度取则。（3）按混合润滑计算故轴承材料合适。（4）选择润滑油。参考同类机器，选用L-AN22号机械油，在50时动力黏度为。（5）选相对间隙轴承半径间隙（6）算承载系数 （7）求偏心率和阻力系数及耗油量，根据及查表得，耗油量（8）求量小油膜厚度（9）确定许用油膜厚度，取轴颈表面粗糙度，轴瓦表面粗糙度，安全系数。则，可以形成流体动压润滑。（10）计算润滑油流量。由得（11）计算摩擦系数f（12）计算轴承温升和轴承平均温度。取，由式（12.15）得平均温度为（13）选择配合。根据间隙，直径间隙，按，选配合，孔为，轴，最大间隙为，最小间隙为。直径间隙在二者之间且接近平均值，所用合理。（14）绘制轴瓦与零件工作图（从略）135 课后习题详解13-1 试说明下列各轴承的内径有多大？哪个轴承公差等级最高？哪个允许的极限转速最高？哪个承受的径向载荷能力最高？哪个不能承受径向载荷？答 各轴承的内径均为轴承公差等级最高；轴承允许的极限转速最高；轴承承受径向载荷能力最高；51307/P6轴承不能承受径向载荷。13-2 欲对一批同型号滚动轴承做寿命试验，若同时投入50个轴承进行试验，若其基本额定动载荷值加载，试验机主轴转速，若预计该批轴承为正品，则试验进行8小时20分时，应约有几个轴承已失效。解 8小时20分时转动的圈数为此寿命刚好为，且轴承在基本额定动载荷下试验，所以其失效率应为10%，应约有5010%=5个轴承已失效。13-3 某深沟球轴承需在径向载荷作用下，以的转速工和3500h。试选择轴承应有的基本额定动载荷C。解 根据式（13.3），有13-4 一农用水泵，决定选用深沟球轴承，轴颈直径，转速，已知径向载荷，轴向载荷，预期计算寿命，试选择轴承的型号。解 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6207轴承，其基本额定动载荷，基本额定静载荷，验算如下：（1）求相对轴向载荷对应的e值和Y值，根据教材表13-5注1，对深沟球轴承取，则相对轴向载荷在表中介于之间，对应的e值为。由于，显然比e大，所以Y值为。（2）用线性插值法求Y值故。（3）求当量动载荷P，取载荷系数，则（5） 验算轴承寿命所以所选轴承不能满足设计要求。改选6307轴承重新计算。限于篇幅，这里就不详细计算，只给出计算结果如下：所以选6307轴承可满足设计要求。13-5 根据工作条件，决定在轴的两端选用的两个角接触球轴承，如图13.2（b）所示正装。轴颈直径，工作中有中等冲击，转速，已知两轴承的径向载荷分别为，外加轴向载荷，作用方向指向轴承1，试确定其工作寿命。解 （1）求派生轴向力根据教材表13-7得（2）计算各轴承轴向力（3）确定X，Y。根据教材表13-5，因为，所以。因为，所以。（4）计算当量动载荷P，取载荷系数，则（6） 计算轴承寿命，由于题目中未给出轴承的具体代号，不能确定轴承的基本额定载荷这里选，查轴承手册得其基本额定动载荷。由于，所以用计算轴承寿命13-6 若将教材图13-34（a）中的两轴承换为圆锥滚子轴承。代号为30207。其他条件同教材例题13-2，试验算轴承的寿命。解 （1）求两轴承受到的径向载荷同教材例题。（2）求两轴承的计算轴向。查轴承手册得30207轴承。根据教材表13-7得（3）求轴承当量动载荷。因为根据教材表13-5得径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1 对轴承2 因轴承运转有中等冲击载荷，按教材表13-6，取，则（4）计算轴承寿命13-7 某轴的一端支点上原采用6308轴承，其工作可靠度为90%，现需将该变点轴承在寿命不降低的条件下将工作可靠度提高到99%，试确定可能用来替换的轴承型号。解 查滚动轴承样本或设计手册可知6308轴承的基本额定动载荷，由于要求寿命不降低的条件下将工作可靠度提高到99%，所以有由上式得查滚动轴承样本或设计手册，得6408轴承的基本额定动载荷，勉强符合要求，故可用来替换的轴承型号为6408。144 课后习题详解14-1 某电动机与油泵之间用弱性套柱销联轴器联接，功率，转速，轴伸直径，试决定该联轴器的型号（只要求与电动机轴伸联接的半联轴器满足直径要求）。解（1）计算名义转矩T（2）确定计算转矩。由教材表14-1查得，故由式（14.1）得（3）选择联轴器型号，从中查得TL4型弹性套柱销联轴器的公称扭矩，铁制许用转速，钢制的许用转速轴径在2028mm之间，而TL5型弹性套柱销联轴器的公称扭矩，铁制的许用转速，钢制的许用转速轴径在，故选用TL5型弹性套柱销联轴器。14-2 某离心式水泵采用弹性柱销联轴器联接，原动机为电动机，传递功率，转速为，联轴器两端联接轴径均为，试选择该联轴器的型号，若原动机