机械设计基础课后答案陶平

1、第2章习题2-5 计算题2-5图所示各机构的自由度。弁指出图中的复合较、局部 自由度和虚约束。解答：a) n=7； pi=io； Ph=0 , f=3' 7-2 ' 10 = 1 C处存在复合较链b) n=7; Pl=10; Ph=0 , F=3' 7-2 ' 10 = 1c) n=3; Pl=3; Ph=2 , F=3' 3 -2 '3-2 = 1 D 处存在局部自由d) n=4; Pl=5; Ph=1 , F=3' 4 -2 '5-1 = 1EHe) n=6; Pl=8; Ph=1,F=3' 6 -2 '8-1

2、 = 1 B 处存在局部自由度，G或G'处存在虚约束f) n=9; Pl=12; Ph=2,F=3' 9 -2 '12-2 = 1 C处存在局部自由度，I处存在复合校链,第3章习题3-3题3-3图所示校链四杆机构中，已知 BC=100mm CD=70mmAD=60mm AD为机架。试问：(1)若此机构为曲柄摇杆机构，且 AB为曲柄，求AB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 AB的取值范围。22 / 36题3-3图解：(1)根据题意：AB为最短杆，且满足杆长之和条件，即：AB+ BGC CD+ AD 彳#： ABC 30m

3、m AB杆最大值为 30 mm(2)若此机构为双曲柄机构，那么 AD一定为最短杆，即：AD+ BCC CD+ AB 得：AB> 90mm AB杆最小值为 90 mm(3)若此机构为双摇杆机构，则可判定该机构不满足杆长之和条件，分三种情况讨论：其一：AB是最短杆，贝U有： AB+ BG> CD+ AD得：60>AB>30;其二：AB不是最短杆也不是最长杆，则 AD为最短杆，有：AD+ BC>AB+ CD 得：90>AB> 60;其三：AB是最长杆，则有：AD+ AB>BC+ CD得：AB> 110,又为了满足该机构能成为一个四杆机构， 需保证

4、：ABC BC+CD+AD=23Q即 230>AB> 110。综上所述，AB的取值范围为：ABG (30,90) U (110,230)。3-4 题3-4图所示四杆机构简图中，各杆长度为 a =30 mm b =60 mmc =75 mm, d =80 mm,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) min =41.65 ° ,108.63 ° = 41.65 ° ,71.37 ° = 41.65amax= 90° -41.65° =48.1 max =90

5、° ; (L min =02) 。=17.62° ; .行程速比系数 K= 1.213-5 题3-5图所示的四杆机构中，各杆长度为a=25 mm b=90 mmc=75 mm, d=100 mm 试求：1）若杆AB是机构的主动件，AD为机架，机构是什么类型的机构？ 一 曲柄摇杆机构2）若杆BC是机构的主动件，AB为机架，机构是什么类型的机构？ 一 双曲柄机构3）若杆BC是机构的主动件，CD为机架，机构是什么类型的机构？ 一 双摇杆机构题3-5图3-7如题3-7图所示的曲柄滑块机构：(1)曲柄为主动件，滑块朝右运动为工作行程， 试确定曲柄的合理转向，弁简述其理由；(2)当曲柄

6、为主动件时，画出极位夹角，最小传动角 min。(3)设滑块为主动件，试用作图法确定该机构的死点位置；解：(1)曲柄应为顺时针转动，理由可从下两方面说明：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。b)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 min :当曲柄AB位于最上方B'处有工作行程最小传动 角min ;当曲柄AB位于最下方B处有同行程最小传动角min。(3)滑块为主动件时，机构的死点位置：在曲柄与连杆共线的B1和B2两个位置处。第4章习题4-8在题4-8图所示的对心直动滚子

7、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R=40 mm凸轮绕轴心O逆时针方向转 动，LOA=25 mm滚子半径为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。(2)(3)(4)凸轮的基圆半径指理论廓线的最小向径: 从动件行程最大向径减去最小向径： 压力角如图所示。r0=40-25+1h=40+25-15=50 r(5) mm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4-9 一对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，已知基圆半径r0=50 mm,滚子半径rT=10 mm凸轮逆时针等速车专动。凸轮转过1400 ,从动件按简谐运动规

8、律上升30 mm凸轮继续转过40°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 转过其余60。时，从动件保持不动。试绘出其从动件位移曲线，弁用图 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60°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h=OA2-OA侪示；压力角如图 a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a=0° ;(c)摆动从动件盘形凸轮机构：

9、从动件与机架之间的夹角减小， 角 位移为：0 01 1 ；压力角如图 a所示。(a)(b)(c)题4-13图第5章习题5-2 已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮z=26,模数m=3mm =20° ,h*a=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国； 压力角目 。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 已知一对外啮合齿标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a=160mm齿数z1=20,齿数z2=60,求模数和分度圆直径。可得模数

10、分度圆直径5-6试根据渐开线特性说明一对模数相等，压力角相等，但齿数不等的渐开线标准直齿圆柱齿轮，其分度圆齿厚、齿顶圆齿厚和齿根圆齿厚是否 相等？哪一个较大？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，所以基圆直径就大。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。5-9 已知一对外啮合正常齿制标准斜齿圆柱齿轮传动的中心距a=250mm法面模数 mn=4mm法面压力角n=20° ,齿数z1=23, z2=98,试计算该

11、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根圆直径5-10试设计一对外啮合圆柱齿轮， 已知z1=21 , z2=32, mn=2mm实际 中心距为55mm问：（1）该对齿轮能否采用标准直齿圆柱齿轮传动？（2）若采用标准斜齿圆柱齿轮传动来满足中心距要求，其分度圆螺旋角、分度圆直径di、d2和节圆直径di'、d2'各为若干？解：（1）不能。若采用标准直齿圆柱齿轮传动，具中心距 I x |,与所给实际中心距不相等。（2）斜齿轮中心距 ri ,所以 一 故分度圆直径为:标准斜齿齿轮传动，未采用变位，其节圆与分度圆重合，故:第6章习

12、题6-1在题6-6图所示的轮系中，已知各轮齿数为：z1=20,z2=40,= 20, z3=30,凶=20, z4 = 32, z5=40,试求传动比 目。题6-6图6-7在题6-7图所示轮系中，已知齿轮 1转向如图所示，n1= 405 r/min各轮齿数为：z1=，=®=20, z2=z3=z5=30, z4=z6=60,试求：(1)传动比弓；(2)齿轮6的转速n6的大小及转动方向解：(1)此为定轴轮系，先判定方向,首末两轮转向相反,传动比为:(2)6-9在题6-9图所示的一手摇提 升装置中，已知各轮齿数，试求 传动比i15，弁指出提升重物时手 柄的转向。解：此为定轴轮系，先判定方

13、向， 提升重物时，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，判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： 6-10题6-10图(a)、(b)分别为两个不同结构的锥齿轮周转轮系，已知(a)(b)z1=20, z2=24,回=30, z3=40, n1=200 r/min , n3=-100 r/min。试求两 轮系中行星架H的转速nH的大小和方向。解：(a) I|,代入已知数据得:(b)|I ,代入已知数据得:6-11在题6-11图所7K的手动葫芦中，A为手动链轮，B为起重

14、链轮。已知 z1=12, z2=28, ®=14, z3=54,求传动比iABo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i1Ho挂钩不动，可 看作机架。此为周转轮系中的行星轮系（中心轮 3固定），其 转化轮系的传动比为：将臼代入得：iAB=i1H =103.46-12在图6-12所示的电动三爪自定心卡盘传动轮系中，设已知各轮的齿解：该轮系为3K-H型周转轮系，固定系杆 H,转数为化为定轴轮系。对1-2-3-H可得:对 3-2-2'-4-H 可得:所以轮1与轮4转向相反。注：此题有多种解法，请思考。第8章习题8-1 机械零件的主要失效形式是什么

15、？相应的计算准则是什么？8-2 简述机械零件设计的一般步骤。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？8-4 什么是钢？什么是铸铁？碳素钢的力学性能主要取决于什么？如何划分高碳钢、中碳钢、低碳钢？8-5 在机械设计中，常用的材料有哪些？8-6 钢、铸铁和铜合金等材料的牌号是怎样表示的？说明下列材料牌号的含义及材料的主要用途：Q235, 45, 40Cr, 65Mn 20CrMnTi, ZG310-570,HT20Q QT500-7, ZCuSn10P1 ZCuAl10Fe3。第9章习题9-1 试计算M2。M20X 1.5螺纹的开角，弁通过计算指出哪种螺纹

16、的自锁性较好。解：由教材表9-1、表9-2查得I山，粗牙，螺距I,中径 二J螺纹升角 1I 3 ,细牙，螺距II,中径螺纹升角 1对于相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹，细牙螺纹的开角较小,更易实现自锁。9-8解1）选用C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=70-（510） =60 65, 由平键长度系列，取键的标准长度L=63mm2）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 = L-b/2= 63- 8= 55mm则该平键挤压强度合格。其标记为：键 C 16X63 GB1096-2003

17、如用A型平键：键的工作长度 l =L-b=63-16 = 47mm则键挤压强度合格。其标记为：键 16X 63 GB1096-2003如用B型平键：键的工作长度l =L=63mm则键挤压强度合格。其标记为：键 B16X 63 GB1096-2003第10章习题10-8如图所示为二级斜齿圆柱齿轮减速器，已知主动轴的转速和斜齿轮“4”的螺旋线方向(图示)。为使得 II轴所受的轴向力较小，试分析确定：近10-8图(1)其余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II轴和III轴的 转向如图。(1)齿轮4为右旋，齿轮3为左旋，对3用左手定则，判断其轴向力方

18、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 1用左右手定则判断出其应为右旋，则齿轮 2为左旋。如图所示(2)如图标出了齿轮1和齿轮3的受力，包括径向力、圆周力和轴向力；齿轮2和齿轮4的受力分别与1、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)10-9 一直齿圆锥齿轮一斜齿圆柱齿轮传动系统如图所示。已知主动轴的转速，为使得II轴所受的轴向力较小，试分析确定：(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。24 / 36解：（1）根据I轴的转向，画出II轴和III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

19、向大端），则斜齿轮3所受的轴向力的方向应向右，对齿轮3用左右手定 则判断出其应为右旋，则齿轮 4 为左旋。如图所示。（2）如图标出了齿轮 1、齿 轮2和齿轮3的受力，齿轮4各 力与3成反力，图中简化未标出。iii轴II轴Fr3Fa3Ft3I轴（主动）城11铲 r-Fa2Ft238 / 3610-11设计一用于带式运输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 P1=10kVy 转速 n1=1450r/min , n1=340r/min ,允许转速误差为± 3%电动机驱动，单向旋转，载荷存在中等冲击。要求使用寿命10年，每年按300工作日计，每日工作 8小时(不要)。解：

20、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10-1、表10-2 :小齿轮45钢调质，硬度：197286HBs 大齿轮45钢正火，硬度：156217HBs查教材表10-1 :1 一»(书上有误)； I 一 查教材表 10-1 : ; ="= 查教材表10-3 :按一般可靠度，取 皿， 三故：I=I(2)按齿面接触疲劳强度设计，具设计公式:其中：小齿轮转矩:传动比：i=n1/n2=1450/340=4.265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

21、局，取 LJ齿数比 u=4.265; I - I查表10-5:q标准齿轮ZH=2.5;许用应力：|="=|代入设计公式则： 二 二取中心距| x | 圆整为a=160mm确定模数：模数 mn=(0.0070.02)a=1.12 3.2mm; 取 mn=2.5mm确定齿数：由得： z1=23.4,取 z1=23，则 z2=98，则 i 实=98/23=4.26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J大齿轮当量齿数|查教材表10-6得： x I - I取 b1=75, b2=67满足弯曲强度。(4)精度验算：由表10-7则8级精度等级可用(5)计算主要几

22、何尺寸：（6）结构设计：略第11章习题11-2 如题11-2图所7K,蜗杆主动，I - I , i 一 I ,日， - I 蜗轮齿数 目，传动的效率|1 。试确定：（1）蜗轮的转向；（2） 蜗杆与蜗轮上作用力的大小和方向。题11-2图11-4题11-4图所示为某手动简单起重设备，按图示方向转动蜗杆，提升重物Q试确定：（1）蜗杆与蜗轮螺旋线方向；（2）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，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

23、2也为右旋。（2）蜗杆与蜗轮上作用力的方向如图所示。（3）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 原来相反。题11-4图11-5如题11-5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n轴所受轴向力互相抵消一部分，试确 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：（1）根据III轴的转向，画出II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1所受的圆周力方向向左，根据主反从同，则蜗杆1应为逆时针转动；又根据蜗轮2的转动方向

24、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(2)如图标出了蜗杆1和锥齿轮3的受力，其余齿轮受力简化未标出, 自己补上。题11-5图第12章习题第13章习题13-1说明下列型号轴承的类型、尺寸系列、结构特点、公差等级及其适用场合。6005, N209/P6, 7207C, 30209/P5。解：6005 :深沟球轴承，窄宽度，特轻系列，内径 ,普通精度等级(0级)。主要承受径向载荷，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II, 6级精度。只能承受径向载荷，适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 g L接触角臼I, 钢板冲压保持架，普通精度等级。既可承受径向载荷，又可承受轴向载荷， 适用于高速无冲击,一般成对使用，对称布置。30209/P5:圆锥滚子轴承，窄宽度，轻系列，内径, 5级精度。能同时承受径向载荷和轴向载荷。适用于刚性大和轴承孔能严格对中之处，成对使用，对称布置13-6根据工作条件，决定在某传动轴上安装一对角接触球轴承，如题13-6图所示。已知两个轴承的载荷分别为 Fr1=1470 N, Fr2=2650 N,外加轴向力 FA=1000 N,轴颈d=40 mm