机械设计基础A2（第五版）课后习题10-16章答案

机械设计基础A2（第五版）课后习题10-16

章答案

10-7解查教材表10-5P147得，螺栓的屈

服极限Os=320MPa。

当不能严格控制预紧力时，查教材表

10-7得8=2-3取S=2.5螺栓的许用应

力，

查教材表10-1得，的小径

螺栓所能承受的最大预紧力

所需的螺栓预紧拉力

2.f.2Fa.^=2fFaD=WL

则施加于杠杆端部作用力的最大值

10-9解（1）确定螺栓的长度

由教材图10-9a）得：螺栓螺纹伸出长度

螺栓螺纹预留长度

查手册选取六角薄螺母GB6172-86,厚度为

垫圈GB93-8716,厚度为

则所需螺栓长度

查手册中螺栓系列长度，可取螺栓长度

螺栓所需螺纹长度，

取螺栓螺纹长度

(2)每个螺栓所承担的横向力

F=2T/zD=2x630/6X0.13=1615.39N

(3)每个螺栓所需的预紧力

由题图可知，取可靠性系数

Fa=CF/mf=1.3X1615.39/1X0.15=14000.05N

(4)每个螺栓的应力

查教材表10-1得的小径

2

由公式得。a=1.3x14000.05X4/3.14/0.013835=121.14MPa

查教材表10-6、10-7得，当不能严格控制预紧力时，碳素钢取安全系数

由许用应力

bsNsxcra=3x121.14=363.42"?〃

育教材衣10-5得螺栓力学性能等级为5.8级的屈服极限，as=400MPa

所以螺栓的力学性能等级为5.8级

10-10解(1)初选螺柱个数

(2)每个螺柱的工作载荷

(3)螺柱联接有紧密性要求，取残余预

紧力

(4)螺柱总拉力

(5)确定螺柱直径

查教材表10-5P147得，螺栓的屈服极

限Os=400MPa。

查教材表10-7得，当不能严格控制

预紧力时，暂时取安全系数

许用应力

螺栓小径

查教材表10-1,取螺栓()，由

教材表10-7可知取安全系数是合适的。

(6)确定螺柱分布圆直径

由题10-10图可得

取。

(7)验证螺柱间距

所选螺柱的个数和螺柱的直径均合适。

11-1解1)由公式可知：

轮齿的工作应力不变，则

则，若，该齿轮传动能传递的功率

11-2解由公式

\2KTM±1R]

0H=ZE.Z“.、.

可知，由抗疲劳点蚀允许的最大扭矩有关

2KT、M±1R,

ZE•Z”.、

设提高后的转矩和许用应力分别为、

当转速不变时，转矩和功率可提高69%O

11-6解斜齿圆柱齿轮的齿数与其当量齿

数之间的关系：

(1)计算传动的角速比用齿数。

(2)用成型法切制斜齿轮时用当量齿数

选盘形铳刀刀号。

(3)计算斜齿轮分度圆直径用齿数。

(4)计算弯曲强度时用当量齿数查取

齿形系数。

11-7解见题解图。从题图中可看出，齿

轮1为左旋，齿轮2为右旋。当齿轮1为主

动时按左手定则判断其轴向力；当齿轮2

为主动时按右手定则判断其轴向力。

轮1为主动轮2为主动时

题11-7解图

11-9解(1)要使中间轴上两齿轮的轴

向力方向相反，则低速级斜齿轮3的旋向应

与齿轮2的旋向同为左旋，斜齿轮4的旋向

应与齿轮3的旋向相反，为右旋。

(2)由题图可知：、、、、

分度圆直径轴向力

要使轴向力互相抵消，贝!J：

即

卜atcsin曳4in,=arcsin—

加马3x51

11-10解软齿面闭式齿轮传动，分别校核

其接触强度和弯曲强度。P175例11-1和

P178例n-2

(1)许用应力

查教材表H-1小齿轮40MnB调质硬度：

241〜286HBS；大齿轮35SiMn调质硬度：

207〜286HBS。

查教材表11-1m：*加1=730MPa,叫=600MPa

查教材表11T取：b//iim2=70°MPaf<TFE2=580MPa；

查教材表11-5取，SH=1,SE=1.25

故：，

=bmimi=2j2=730MPa

H，S“1

700

=700MPa

1

[o-]=x07=-^x0.7=336MPa,

F

'Sh.1.25

]=X0.7=-x0.7=324.8MPa

2Sp1.25

(2)验算接触强度，其校核公式n-8：

"178k=z-zz.gpC^；

£r//\bd「u

其中：小齿轮转矩

载荷系数查教材表11-3P169得

齿宽

中心距

齿数比

=Jcos£

Z=2=

'COS3P1COSP

ZE:材料弹性系数，查表11-4。189.8

ZH：节点区域系数，考虑节点处齿廓曲率对

OH的影响。对标准齿轮传动：ZH=2.5

贝I」：

〃土'】

_77712Kz

%-・Z尸・Z“•~T~ji-[^2J

满足接触强度。

一对齿轮必然有:广°H2

但：材料、热处理不同I。"W[。工

强度计算时，m[oH]=min([oHI1>[。局)。

(3)验算弯曲强度，校核公式：

MPa

ba}mn

小齿轮当量齿数

大齿轮当量齿数

齿形系数查教材图H-8得%]=2.77

%=2.18

应力校正系数查教材图11-9得：

区1=1.59YSa2=1.86

。臼,总工MPa

ba}mn

=::T'%Ka2"[品]MPa

bd{mn

或者『2=/1'勺MPa

满足弯曲强度。

11T6解见题n-16解图。径向力总是

指向其转动中心；对于锥齿轮2圆周力与其

转动方向相同，对于斜齿轮3与其圆周力方

向相反。

图11.16题HT6解图

12-2

图12.2

解：（1）从图示看，这是一个左旋蜗

杆，因此用右手握杆，四指，大拇指，可

以得到从主视图上看，蜗轮顺时针旋转。（见

图12.2）

（2）由题意，根据已知条件，可以得到

蜗轮上的转矩为

蜗杆的圆周力与蜗轮的轴向力大小相等,

方向相反，即：

蜗杆的轴向力与蜗轮的圆周力大小相等,

方向相反，即：

蜗杆的径向力与蜗轮的径向力大小相等,

方向相反，即：

各力的方向如图12-2所示。

12-3

图1213

届："（1）先用箭头法标志出各轮的转

向仁如图12.3所示。由于锥齿轮轴向力指

向大端，因此可以判断出蜗轮轴向力水平向

右，从而判断出蜗杆的转向为顺时针，如图

12.3所示。因此根据蜗轮和蜗杆的转向，用

手握法（左手）可以判定蜗杆螺旋线为右旋。

（2）各轮轴轴向力方向如图12.3所示。

已知右旋蜗杆1为主动，为了使轴ni、n上的轴向力相互抵消，确

定蜗杆的转向；齿轮3和4的螺旋方向；轴11上的各传动件的受力。

12-6解(1)重物上升，卷筒转的圈数

为：转；

由于卷筒和蜗轮相联，也即蜗轮转的圈

数为圈；因此蜗杆转的转数为：

转。

(2)该蜗杆传动的蜗杆的导程角为:

而当量摩擦角为

比较可见，因此该机构能自锁。

(3)手摇转臂做了输入功，等于输出功

和摩擦损耗功二者之和。

输出功焦耳；

依题意本题摩擦损耗就是蜗轮蜗杆啮合

损耗，因此啮合时的传动效率

则输入功应为焦耳。

由于蜗杆转了转，因此应有：

即：

可得：

图12.6

12-8解，取，，则

一侬迎幺.心土。%42.4#卜6。~碇

则油温，小于，满足使用要求。

13T解(1)

(2)

=2879.13mm

(3)不考虑带的弹性滑动时,

(4)滑动率时,

‘'''a'、均-539.29rInun

4伽

13-2解(工)

(2)=

(3)==

13-5A?由教材表13-8得P221例13-2

由图13-15P219得选用A型带(m=1450r/min)

由教材表13-3P214得

表13-9P219选得

初选

取

=1979.03mm

由教材表13-2P213得=2000mm

由教材表13-3得：=1.92kW,由教材表

13-5得：△=0.17kW由教材表13-2得:

,由教材表13-7得:

z------------------------------------------------------------jy/

(为+A盼人孙Q92+C17)x093xl03

取z=4

13-11MP235例13—4

(1)链轮齿数

假定，由教材表13-12P232,取zi=25

,72.5选73

实际传动比2.92

链轮节数

初选中心距由式13-22得

=130.46

取130

由教材表13-15查得取

估计此链传动工作位于图13・32所示曲线的左

侧，由教材表13-13得

1.35

采用单排链表13-14得，

<2.12KW

由教材图13-33得当=960r/min时，08A链条

能传递的功率满足要求，表13-11P226节距p

=12.7mm。

(4)实际中心距

(5)验算链速

由式13-20得

5.08m/s,符合原来假定。

13-12解P231例13—3

(1)链速V

由教材表13-11P226得，10A型滚子链，

其链节距p=15.875mm,每米质量q=lkg/m,极

限拉伸载荷(单排)Q=21800No由式13-20得

速度，故应验算静强度。P235

(2)紧边拉力

离心拉力

由于是水平传动，Ky=(6)7,P231，则

悬垂拉力

紧边拉力

由教材表13-15查得取.2

根据式(13-26)可得所需极限拉伸载荷

所以选用10A型链不合适。

工4・1解

I为传动轴，II、IV为转轴，III为心轴。

7i-955x!06--9.55XI06X—

14・6解n14TO/io3=i,429xl05Nmm

7727

T?=7；〃」B7；2=1.429X103—=6.51x105Nmm

Z|Z118

„F,2T,2x142900八

Fn=-f—=------!—=------------------=4224.195N

cosamztcosa4xl8xcos20

Fx[

M=-^—=4224195x180/4=190088.8Nmm

4

扭切应力为脉动循环变应力，取折合系数a=0.6

22

Me=料+(叫)2=A/190088.8+(0.6X651000)=434398.6Nmm

选45钢，调质，a4-1Ob=650MPa,

表4-3[o-w]=60MPa

41.68mm

故42mm

中间轴所受转矩为:

6A406A

72=9J5X10—=9.55x10x—=1.91x10Nmm

200

图14.8题14-8解图

2.轴的空间受力情况如图14.8(a)所示。

3.垂直面受力简图如图14.8(b)所示。

/BD+%CD

AD

22.5x1()3x325+”5x1()3x100

=1674x10%

470

照,AB.Ff2,AC

AD

垂直面的弯矩图如图14.8(c)所示。

Mr”%CD-lUlxl^xlOO-il-aixl^Nmm

4.水平面受力简图如图14.8(d)所示。

D%RD-%CD-%为门-%句2

%----------------7D---------------

8.33xlO3x325-2,07xlO5-417xlO3x85-1.26xlO3x344

470

=364X103N

版二------------AD-------------------------------------

33JJ

M417X10XW+126xlOX344+833xlOx145-207xl0x370

0470

=2.62X103N

水平面的弯矩图如图14.8(e)所示。

B点左边的弯矩为：

人B・364xl«xl45-5278xl炉Nmm

B点右边的弯矩为:

M"暹=R隘AB-P^dj/2-(5278-4.17x85)x103

=1734x103Nmtn

C点右边的弯矩为:

C点左边的弯矩为:

M定*RRD8+%?

=2.62x10s+1.26xl03x344=655xlOjXmm

5.B点和C点处的合成最大弯矩为:

6.转矩图如图14.8(f)所示，其中。

7.可看出，B截面为危险截面，取，则危险截面的当量弯矩为:

%项=用赢？=J2486rx呼+喇9吐】心

・2."XWNE

查表得：，则按弯扭合成强度计算轴II的直径为:

考虑键槽对轴的削弱，对轴直径加粗4%后为:

14-9解

(1)应加调整垫圈(2)应有间隙(3)应有轴肩

(4)应有轴肩、外径减小(5)(6)应有间隙

（7）应有轴肩、外径减小（8）应有轴肩

（9）应有螺钉（10）间隙过大、应有轴肩

（11）应有间隙、轴端应有倒角（12）（13）应加键

题14-9图

结构分析题：指出下图中的错误，并改正。

(1)和(2)

处加键；

(3)和(4)

处加轴肩；

(5)和

(6)处

套筒和轴

肩尺寸应

减小；

⑺处

齿轮不

能保证

夹紧；

(8)处应加

调整垫片；

(9)处是否加轴端挡圈，由半联轴器的结构而定；

轴承是否应改为角接触球轴承，由齿轮轴向力的大小而定。

15-1答滑动轴承按摩擦状态分为两种：液体摩擦滑动轴承

和非液体摩擦滑动轴承。

液体摩擦滑动轴承：两摩擦表面完全被液体层隔开，摩

擦性质取决于液体分子间的粘性阻力。根据油膜形成机理的不同

可分为液体动压轴承和液体静压轴承。

非液体摩擦滑动轴承：两摩擦表面处于边界摩擦或混合

摩擦状态，两表面间有润滑油，但不足以将两表面完全隔离，其

微观凸峰之间仍相互搓削而产生磨损。

15-5证明液体内部摩擦切应力、液体动力粘度、和

速度梯度之间有如下关系:

轴颈的线速度为，半径间隙为，则

速度梯度为

磨擦阻力

摩擦阻力矩

将、代入上式

16T解由手册查得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，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。

7207CJ角接触球轴承，窄宽度，轻系列，内径，接

触角，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。

16-6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）计算轴承的轴向载荷（见图16-6P289反装结构）

由教材表16-12查得，轴承的内部派生轴向力

,方向向左

,方向向右

因，同向相加

轴承1被压紧

轴承2被放松

（3）计算当量动载荷

查教材表16-11,

，查表16-11得，

查表16-12得，

（3）计算所需的基本额定动载荷

查教材表1