机械设计基础 习题解答 邓昭铭

第一章平面机构的运动简图及自由度1-6a)F=3×n-2×PL-PH=3×7-2×10-0=1有确定运动。1-6b)F=3×n-2×PL-PH=3×7-2×10-0=11-6c)F=3×n-2×PL-PH=3×3-2×4-0=1第二章平面连杆机构2-5问：（1）当以杆4为机架时，有无曲柄存在？（2）能否选以不同构件为机架的方法，获取双曲柄与双摇杆机构？如何获得？a14（2）1夒获得双摇杆机构应取最短杆1的对边杆3为机架。2-6𝑙𝑙𝐵𝐵𝐵𝐵50𝑐𝑐𝑐𝑐𝑙𝑙𝐵𝐵𝐶𝐶35𝑐𝑐𝑐𝑐30𝑐𝑐𝑐𝑐,求此机构分别为(1)（2)（3)双曲柄机构时，𝑙𝐴𝐵𝐵的取值范围。（1）曲柄摇杆机构时，X+50≤30+35，X≤15（2）双曲柄结构时，30+50≤X+35，X+30≤35+50，则45≤X≤55（3）XXX+50>30+35则X>1530+50>X+35则X<4530+X>35+50则X>55X-30<35+50则X<115即X取值为：15<X<45及55<X<115。2-7图示各四杆机构中,标箭头构件为主动件，试标出各机构在图示位置时的压力角和传动角，并判定有无死点位置。第三章 凸轮机构3-6a)中，αB=0，αA=arctan(7.3/20)=200 b)中，αA=0。αB=arcsin(10/20)=300第五章带传动和链传动5-2V答：因为带速低时所需有效圆周力大，则所需带的根数也多，若带传动按高转速设计，则不一定能满足低转速的工作要求，会引起失效。5-3普通V带传动由电动机驱动，电机转速𝒏𝒏𝟏𝟏=𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝒓𝒓𝒎𝒎𝒎𝒏𝒏,小带轮基准直径𝒅𝒅𝒅𝒅𝟏𝟏=𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝒎𝒎𝒎𝒎，大带轮基准直径𝒅𝒅𝒅𝒅𝟏𝟏=𝟐𝟐𝟐𝟐𝟏𝟏𝒎𝒎𝒎𝒎，中心距𝐚𝐚≈𝟑𝟑𝟏𝟏𝟏𝟏𝟑𝟑𝟑𝟑，传动带用2根A型V带，两班制工作，载荷平稳，试求此传动所能传递的最大功率。答：初定中心距𝑎𝑎0=350𝑐𝑐𝑐𝑐𝜋𝜋𝐿𝐿0=2𝑎𝑎0+2(𝑑𝑑𝑑𝑑1+𝑑𝑑𝑑𝑑2)+

(𝑑𝑑𝑑1−𝑑𝑑𝑑2)²4𝑎𝑎=2×350+𝐿𝐿𝑑𝑑=1250𝑐𝑐𝑐𝑐

3.142

0(280−100)²(100+280)+4×350

=1319.7𝑐𝑐𝑐𝑐a≈a0+

Ld−L0=350+2

1250−1319.7=315.2mm2𝛼𝛼1=180°−57.3°×

(𝑑𝑑𝑑1+𝑑𝑑𝑑2)=180°−57.3°×𝑎𝑎

280−100=147.3°315.2Pc1Z=P′=(P1

Pc+∆P1)KαKL查表可知𝑃𝑃1=1.32𝑘𝑘𝑘𝑘,∆P1=0.17,Kα=0.91,KL=0.93𝑃𝑃𝑐𝑐=𝑍𝑍�(P1+∆P1)KαKL�=2×(1.32+0.17)×0.91×0.93=2.52𝑃𝑃𝐵𝐵𝐾𝐾=𝐾𝐾𝐴𝐴

2.52= =2.1𝑘𝑘𝑘𝑘1.25-7链传动布置如图所示，小链轮为主动轮，试在图上标出其正确的转动方向。5-8已知链传动传递的功率=.2W，主动轮转速𝒏𝒏𝟏𝟏=𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝒓𝒓𝒎𝒎𝒎𝒏𝒏,主动轮齿数𝒛𝒛𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏,08A单排滚子链，工作情况系数𝑲𝑲𝑨𝑨𝟏𝟏𝟑𝟑，试验算此链传动。答：1=19𝑧𝑧2=𝑖𝑖12𝑧𝑧1=5×19=952、𝐾𝐾𝐴𝐴=1.3,𝐾𝐾𝑧𝑧=1𝑃𝑃0=𝑃𝑃𝐾𝐾𝐴𝐴𝐾𝐾𝑍𝑍=1.2×1.3×1=1.56𝐾𝐾𝐾𝐾3、链速：V=z1Pn160×100

=19×1.2×140m/s=0.0532m/s60×1004、确定链节数：𝑎𝑎0=40𝑝𝑝,𝑓𝑓1=146.308𝐿𝐿

=𝑚0+𝑧1+𝑧2+𝑝𝑝𝑓𝑓

140.66,取𝐿𝐿

=140𝑝𝑝

𝑝𝑝

2 𝑚01

𝑝𝑝5、实际中心距：𝑓𝑓2=0.239a=𝑓𝑓2𝑝𝑝�2𝐿𝐿𝑝𝑝−(𝑧𝑧1+𝑧𝑧2)�=0.239×12.7×(280−114)=504𝑐𝑐𝑐𝑐6、F=1000PV

=1000×

0.20.0532

N=22556.4N𝐹𝐹𝑄𝑄=1.25𝐹𝐹=28195.5𝑁𝑁第六章齿轮传动61s𝛼𝛼𝐾𝐾=K=0/508𝛼𝛼𝐾𝐾=60°𝜌𝐾𝐾=𝛼𝛼𝐾𝐾=56745m6-3解：d=mz=5x40=200mmdb=dcosα=200cos20°=187.939mmda=d+2m=200+2x5=210mmcos𝛼𝛼𝑚𝑚=rb/ra=187.939/210=0.895𝛼𝛼𝑚𝑚=69°𝜌𝑚𝑚=a𝛼𝛼𝑚𝑚=569=688m617解：=05(1+)𝛽𝛽=05(61)5°11ms𝛽𝛽=05(1+)32+1)0=07585°Fa2FFa2Fr1Ft1Ft2⊙Fr2Fa16-21解：FFa3Fa1Fa4Fa2Fa2=Fa3 Ft2tanβ2=Ft2tanβ3T2=T3 Ft2d2/2=Ft3d3/2tanβ2/d2=tanβ3/d3 sinβ2/mn2z2=sinβ3/mn3z3β3=arcsin(mn3z3sinβ2/mn2z2)=arcsin(2x20xsin18°/3x57)=8.312°第七章 蜗杆传动7-2解答：m=px=19.7=6.27π 3.14由表7-1查标准，得m=6.3mmda1=m(q+2)=6.3(q+2)=92.6q=12.698=mq=6.3×12.698=80mmd2=mz2=6.3×30=189mmz1tgγ=q

2=12.698

=0.1575β2=γ=8.950a=d1+d2=80+189=134.5mm2 2i=z2=30=1527-3解答：（1）a图：蜗轮顺时针转动b图：蜗轮逆时针转动（2）（3）d

=mz =4×46=184mmi=z2=46=232 2 z1 2F ==2×20000=1000N=−Ft1 40 a2F ===2×20000×23×0.75=3750N=−Ft2 d2 d2

184 a1Fr2=Ft2tgα=3750tg200=3750×0.3640=1365N=−Fr1第八章齿轮系8-5𝒛𝒛𝟏𝟏=𝟏𝟏𝟐𝟐𝒛𝒛𝟐𝟐=𝟐𝟐𝟐𝟐𝒛𝒛𝟐′=𝟏𝟏𝟏𝟏𝒛𝒛𝟑𝟑=𝟏𝟏𝟏𝟏。求手动链轮S和起重链轮H的传动比𝒎𝑺。𝑖𝑖 =答：𝐻𝐻 𝑖𝑖 =313 𝑛𝑛𝐻𝐻3

=𝑛𝑛1−𝑛𝑛𝐻𝐻=−𝑛𝑛3−𝑛𝑛𝐻𝐻

𝑍2×𝑍3𝑍1×𝑍𝑍2

=−9因3轮为固定𝑛𝑛3=0𝑛𝑛1−𝑛𝑛𝐻𝐻0−𝑛𝑛𝐻𝐻

=−9𝑛𝑛1𝑛𝑛𝑖𝐻𝐻=𝑛𝑛𝐻𝐻𝑛𝑛1=𝑛𝑛𝑠𝑠𝑖𝑖𝑆𝑆𝐻𝐻=10

=108-8在图示自行车里程表的机构中，C为车轮轴。已知𝒛𝒛𝟏𝟏=𝟏𝟏𝟏𝟏,𝒛𝒛𝟑𝟑=𝟐𝟐𝟑𝟑,𝒛𝒛𝟏𝟏=𝟏𝟏𝟏𝟏𝒛𝒛𝟏′=𝟐𝟐𝟏𝟏𝒛𝒛𝟏𝟏=𝟐𝟐𝟏。设轮胎受压变形后车轮的有效直径为.7。当车行一公里时，表上指针刚好回转一周,2的齿数。答：3→4=4′→5 组成周转轮系↑2iH=𝑛𝑛3−𝑛𝑛2=𝑧𝑧4𝑧𝑧5

114=3 𝑛5−𝑛2

𝑧3𝑧′

115当𝑛𝑛3=0，𝑛𝑛5=1时0−𝑛𝑛2=−114

求得𝑛𝑛

=1141−𝑛𝑛2 115当𝑛𝑛5=1时,𝑛𝑛1

2=10000.7𝜋𝜋n1n𝑖𝑖12=n2

𝑧𝑧2=−𝑧𝑧1故𝑧𝑧2

=n1z1≈68n28-9在图示的某涡轮螺旋桨发动机主减速器传动机构中，各轮齿数分别为𝒛𝒛𝟏𝟏𝒛𝒛𝟏′𝒛𝒛𝟐𝟐𝒛𝒛𝟐′𝒛𝒛𝟑𝟑𝒛𝒛𝟑′轮1为主动，求轮系传动比𝒎𝟏𝑺𝑺。答：𝑖𝑖𝐻𝐻=𝑛𝑛1−𝑛𝑛𝐻𝐻=−𝑧𝑧313𝑛′𝑖′=𝑛𝑛

𝑛𝑛3−𝑛𝑛𝐻𝐻𝑧′=−𝑧′

𝑧′𝑛′=−𝑧𝑧

𝑛′又𝑛3=𝑛’ 𝑛’=𝑛𝐻𝐻𝑧′−𝑧′

𝑛′=𝑛𝐻𝐻𝑛𝑛1−𝑛𝑛𝐻𝐻𝑧′

𝑧𝑧3=−𝑧𝑧−𝑧′

𝑛𝑛𝐻𝐻−𝑛𝑛𝐻𝐻

1𝑧′

𝑧𝑧3𝑛𝑛1−𝑛𝑛𝐻𝐻=−�𝑧′

+1�𝑛𝑛𝐻𝐻

�𝑧𝑧1𝑧𝑧31𝑛𝑛1=�𝑧𝑧1

𝑧′�𝑧′

+1�+1�𝑛𝑛𝐻𝐻𝑛𝑛1𝑛𝑛𝑖𝐻𝐻=𝑛𝑛𝐻𝐻

=�

𝑧′�𝑧′

+1�+1�第九章螺纹联接和螺旋传动9-8M1635答：查表得：𝑑1=3.𝑐𝑐𝑐𝑐,𝜎𝑠𝑠=𝑀𝑃𝑎𝑎[𝜎𝜎]=𝜎𝜎𝑠𝑠=315=126𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎𝑠𝑠𝜋𝜋𝑑𝑑

2.52𝜎𝜎]

𝜋𝜋×(13.84)²×126≤4

1=1.3

4×1.3

≈14581𝑁𝑁𝐹𝐹0𝑓𝑓2𝑐𝑐≥𝑘𝑘𝐹𝐹𝑅𝑅14581×0.15×2×2≤

=7290.5𝑁𝑁1.29-94（如图所示对称分布𝑭𝑭𝑸𝑸𝟐𝟐𝟐𝟐𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟐𝟐，拧紧螺母后，要求螺栓的剩余预紧力为其工作拉力的60%，螺栓材料为Q235，试求螺栓直径。答：总拉力𝐹𝐹𝛴𝛴=𝐹𝐹0′+𝐹𝐹=0.6𝐹𝐹+𝐹𝐹=1.6𝐹𝐹FQF= =4

4

N=5500N𝐹𝐹𝛴𝛴=1.6𝐹𝐹=1.6×5500N=8800N查表得：𝜎𝑠𝑠=𝑀𝑃𝑎𝑎𝑠𝑠=.5[𝜎𝜎]=𝜎𝜎𝑠𝑠=235=157𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎𝑠𝑠 1.5𝑑𝑑

≥�4×.𝛴𝛴≥�4×1.3×0=.m1

𝜋𝜋×157取M12，𝑑𝑑1=10.11𝑐𝑐𝑐𝑐＞9.63𝑐𝑐𝑐𝑐9-10p=0.5MPa,容器内径𝑫𝑫𝟐𝟐=10个直径d=16mm个螺栓均分布于直径为𝑫𝑫𝟏𝟏（如图所示45𝑭𝑭′𝟏𝟏=𝟏𝟏𝟏𝟏𝑭（F为工作载荷12FP∙4πZD22Z

,Z=10𝐹𝐹𝑄𝑄=𝐹𝐹0′+𝐹𝐹又0′=1.𝐹，𝛴𝛴=.𝐹𝐹若1.𝛴𝛴

≤[𝜎𝜎]1πD24 11 1 21.3×2.5×2×4×𝜋𝜋×2804 10 ≈49.77𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎1×𝜋𝜋×1624第十章 轴及联接（62061da3611C1h3630)/23由定位轴肩的尺寸要求，有：d35(0.07~0.1)352d(0.07~0.1)703539.9~42取d41齿轮的定位轴肩高度为(d35)/2(4135)/23，3(2~3)C1，取C11.5,r21齿轮宽度为60，取l581—差调整垫片，不能调整轴承的轴向游隙2—轴段太长，不便于轴承的装拆3—轴承定位轴肩太高，轴承无法拆卸4—键太长，套筒不能安装5—套筒外径太大，轴承无法拆卸6—与齿轮和套筒配合的轴段太长，轴承轴向定位不可靠7—轴段太长，差过渡轴肩，不便于轴承的装拆8—轴承透盖孔径太小，与轴相碰9—联轴器差定位轴肩10—键的位置不对，同一轴上的键槽应开在同一条母线上11—半联轴器差联接螺栓孔10-6解答：（1）平键尺寸选择10-3，L=B−(5~10)=605~10)=50~55，取L=5010850GB/T1096（2）校核挤压强度由式（10-5）

p dhl

lLb501040mmp由表10-4查得许用挤压应力�𝜎𝜎𝑝𝑝�=(100~120)𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎，则p4×250×1000= 35×8×40 =89.29𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎<挤压强度足够解答：

第十一章 轴承计算p、v、和pv值

p=FRdB

30000=70×80

=5.36MPaπdnv=60×1000=

3.14×70×4060×1000 =0.15m/s= FRn

30000×40=19100×80=0.79MPa∙m/s1.选择轴瓦材料由上述计算结果：p=5.36MPa，v=0.15m/s，pv=0.79MPa∙m/s查表11-1可知，锡青铜、铝青铜、黄铜都可以采用解答：JB/TH2040（宽度B=50mm）计算p、v、和pv值p=FRdB

6000=40×50

=3MPaπdnv=60×1000=

3.14×40×30060×1000 =0.63m/s= FRn

6000×300=19100×50=1.88MPa∙m/s3MPa0.63m/s1.88MPam/s查表11-1可知，锡青铜、铝青铜、黄铜都可以采用解答：计算L10

C3=��

×106rPPr=Cr时：L10=1×106rP=0.5C

时：L

=�

3×106r=23×106r=8×106rr r 10

�0.5CrP=0.1C

L

=�

3×106r=103×106r=1000×r r106r

10 �0.1Cr计算Lh

Lh=

16670C3n ��

16670C3= �

C3=185.22��P 90 P PPr=Cr时：Lh=185.22×1=185.22小时Pr=0.5Cr时：Lh=185.22×8=1481.76小时Pr=0.1Cr时：Lh=185.22×1000=185220小时11-13解答：1.轴承选择。预选6207轴承，Cr=25.5KN,C0r=15.2KN2.计算当量动载荷和轴承寿命FAC0r

700=15200

=0.046FA=700

=0.387FR 1810由表11-9可知：FA=0.387>𝑒𝑒，X=0.56，FR用线性插值法求Y：1.99−1.71=0.056−0.028

a=0.1a 0.056−0.046Y=1.71+a=1.71+0.1=1.81由表11-8，fp=1.0~1.2，取fp=1.1P1=fp(XFR+YFA)=1.1(0.56×1810+1.81×700)=2508.66N不受轴向力的轴承：P2=fp×FR=1.1×1810=1991N因为P2<P1，所以选P1计算轴承寿命L =16670�C�3=1667