机械设计基础第2版陈照强课后答案

第2章平面机构的结构分析答案一、课后习题2-5。绘出如图2-32所示机构运动简图。ABC1ABC1243（a）抽水筒机构5353214BFDECA（b）手动冲床机构（c）缝纫机下针机构1A1A32BC（d）偏心轮机构二、课后习题2-6，判断下列机构的运动是否确定，要求画图并在图上标出复合铰链、虚约束和局部自由度。（a）图注意两图的差别解：a）图中，C处为虚约束，无复合铰链和局部自由度。自由度F=3n-2PL-PH=3×3-2×4–0=1原动件数目为1，F=1，机构的运动确定。a1）图中，A处为复合铰链，无虚约束和局部自由度。自由度F=3n-2PL-PH=3×5-2×7–0=1原动件数目为1，F=1，机构的运动确定。（b）图解：无复合铰链。自由度F=3n-2PL-PH=3×4-2×4–2=2原动件数目为2，F=2，机构的运动确定。（c）图解：无复合铰链和虚约束。自由度F=3n-2PL-PH=3×3-2×4–1=0F=0，机构不动，但原动件数目为1，需修改机构为此时，自由度F=3n-2PL-PH=3×4-2×5–1=1，等于原动件数目，机构运动确定。（d）图解：A处为复合铰链，没有局部自由度和虚约束。原动件数目为1，F=1，机构的运动确定。（e）图自由度F=3n-2PL-PH=3×6-2×8–1=1原动件数目为1，F=1，机构的运动确定。（f）图解：自由度F=3n-2PL-PH=3×8-2×11-1=1原动件数目为1，机构的运动确定。（g）图解：无复合铰链、局部自由度和虚约束。自由度F=3n-2PL-PH=3×8-2×11–0=2原动件数目为2，机构的运动确定。（h）图解：机构无复合铰链、局部自由度和虚约束。自由度F=3n-2PL-PH=3×6-2×8–1=1原动件数目为1，机构的运动确定。（i）图自由度F=3n-2PL-PH=3×4-2×4–2=2原动件数目为2，机构的运动确定。（j）图解：局部自由度、虚约束和复合铰链如图所示。自由度F=3n-2PL-PH=3×9-2×12–2=1原动件数目为1，机构的运动确定。

第3章平面连杆机构答案一、课后习题3-7解：（1）Lmin=25，Lmax=85，Lmin+Lmax=25+85=110<L1+L2=55+65=120mm。又因取最短杆AB的临边AD为机架，因此为曲柄摇杆机构。（2）YYQψθB2B1C1DC2CBANM（3）作出曲柄和机架重叠和共线的两个位置，判断锐角BCD的大小，其中角度较小的位置为最小传动角。CC1C2B2B1AD由上图可知，最小传动角出现在曲柄AB和机架重叠位置处，此时量取角度可知，γmin=47º。（4）若要使该机构变成双曲柄机构，最简单的方法取AB杆作为机架。二、课后习题3-8，题意中的“四杆机构ABCD”改成“曲柄摇杆机构ABCD”。解：三、课后习题3-9。解：，选取作图比例为1:1。BB2B1FEC25038AC1D根据1:1的比例，在图上量取得到=24.7mm，=60.2mm。四、课后习题3-11。解：，选取作图比例为1:1。由图上量得，曲柄长度=21.5mm，连杆长度=46.5mmCC2B1EFBC2C1A五、课后习题3-13。解：，选取作图比例为1:1作图DDC2C1AA根据比例1:1，量得lAB=17.4mm，lBC=62mm，lAD=44.6mm。六、课后习题3-14，作图法求结果。解：（1）取比例1:10绘图CC2C1CBA由图上量出θ=5º,，由图上量取并计算可得，滑块的行程=245七、补充作业题解：（1）50+110=160≤80+90=170，且机架为最短杆，则该机构为双曲柄机构；（2）40+120=160≤80+100=180，且机架为最短杆的邻边，则该机构为曲柄摇杆机构；（3）40+110=150＞70+70=140，没有整转副，则该机构为双摇杆机构；（4）50+110=160≤80+90=170，且机架为最短杆的对边，则该机构为双摇杆机构。八、作出下列各图的压力角和传动角。（c）（d）（e）(f)(g)

第4章凸轮机构答案一、课本4-4，图4-35所示为一偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构。已知凸轮是一个以C为圆心的圆盘，试在图上作出：1）凸轮轮廓上D点与尖顶接触时的压力角αD；2）D点的位移hD；3）凸轮的升程h和推程运动角。二、用作图法求图中各凸轮由图示位置逆转45°时，凸轮机构的压力角，并标在图中。（a）（b）（c）解：（b）（c）三、如图所示为一盘形凸轮机构，逆时针方向回转。已知凸轮是一个以O为圆心的圆盘。试求：1）该凸轮机构的名称；2）画出凸轮的基圆和偏距圆；3）画出凸轮轮廓在B点与尖顶接触时的压力角；4）标出从动件的升程h；5）该凸轮的推程、远休止、回程、近休止是否存在，若存在，标出凸轮的推程运动角、远休止角、回程运动角和近休止角。题四图解：1）该凸轮机构为偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构；2）a、连接OA，并向两端延长，分别与凸轮轮廓相交于C、D两点；b、AC线段长度为基圆半径，以A为圆心，以AC为半径作出基圆；c、点A与竖直点划线的垂距为偏距e，以A为圆心，以e为半径作出偏距圆；3）a、连接OB，OB方向即为从动件所受力F的方向；b、过B作偏距圆的下切线，该切线方向即为从动件在点B处的速度v的方向；c、从动件在B点的力F和速度v所夹的锐角即为B点的压力角；4）过D点作偏距圆的下切线，与基圆交于点E，连接AE。如图所示，DE的长度即为从动件的升程h；5）该凸轮的推程、回程存在，远休止、近休止不存在。由凸轮转动方向和凸轮结构可知，若图上接触点为点F，则CFD圆弧段为凸轮的推程段，则CBD圆弧段为凸轮的回程段，所以优弧对应的角CAE为推程运动角，劣弧对应的角CAE为回程运动角。四、如图所示为一盘形凸轮机构，凸轮为一偏心圆盘。试求：1）该凸轮机构的名称；2）在图上画出基圆；3）在图上标出从动件升程h；4）作图表示B点的压力角αB和位移hB；题四图解：1）该凸轮机构的名称为对心滚子直动从动件盘形凸轮机构；2）设在图中位置接触时滚子的中心为点G，则AG线段长度即为基圆半径，以A为圆心，以AG长度为半径作基圆；3）a、以O为圆心，以OG为半径作出理论轮廓曲线；b、理论轮廓曲线最下方的点与基圆最下方点的距离为从动件升程h；4）a、连接OB，并延长，与理论轮廓曲线交于点B′；b、连接AB′，与基圆交于点C，线段B′C的长度即为B点的位移hB；c、OB′连线的方向为从动件在B点处力的方向，AB′连线的方向为从动件在B点处速度的方向，力和速度所夹的锐角即为压力角αB。五、如图所示为一凸轮机构，凸轮为一偏心圆盘。试确定：1）机构名称；2）基圆和偏距圆；3）理论轮廓线和实际轮廓线；4）升程h；5）推程运动角。题五图解：1）该机构为偏置滚子从动件盘形凸轮机构；2）基圆和偏距圆如图所示；3）理论轮廓线和实际轮廓线如图所示；4）升程h如图所示；5）如图所示，推程运动角为优弧对应的角度角BAD。

第5章齿轮机构答案5-15一渐开线，其基圆半径，试求此渐开线压力角处的半径r和曲率半径的大小。解：，得。，5-17两个标准直齿圆柱齿轮，已测得齿数、，小齿轮齿顶圆直径，大齿轮全齿高，试判断这两个齿轮能否正确啮合传动?解：，m=10；，m=10。两个齿轮能够正确啮合。5-18有一对正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮，它们的齿数为、，模数m=5mm，压力角。若将其安装成的齿轮传动，问能否实现无侧隙啮合？为什么？此时的顶隙（径向间隙）C是多少?解：，因为，实际中心距等于标准中心距，能实现无侧隙啮合。因为标准齿轮在标准安装，其中心距为标准中心距的情况下，可以实现无侧隙啮合此时的顶隙（径向间隙）。5-19现有4个标准齿轮：（1）m1=4mm，z1=25；（2）m2=4mm，z2=50；（3）m3=3mm，z3=60；（4）m4=2.5mm，z4=40。试问：①哪两个齿轮的渐开线形状相同？②哪两个齿轮能正确啮合？③哪两个齿轮能用同一把滚刀制造?这两个齿轮能否改成用同一把铣刀加工？答：①1、4两对齿轮基圆相同，渐开线形状相同。②1、2两个齿轮能正确啮合。因为模数相同。③1、2两个齿轮能用同一把滚刀制造。这两个齿轮不能改成同一把铣刀加工。因为模数相同，但齿数不同，所以基圆不同，渐开线齿形及铣刀形状也不相同。5-20已知一对正常齿标准斜齿圆柱齿轮的模数m=3mm，齿数z1=33、z2=76，分度圆螺旋角。试求其中心距、端面压力角、当量齿数、分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径。解：将数据代入下列公式求结果即可，，，5-21有两对标准安装的标准直齿圆柱齿轮传动，其中一对的有关参数为m=5mm，，，，；另一对的有关参数为：m=2mm，，，，，试问这两对齿轮传动的重合度哪一对大？略5-23一对齿轮的啮合传动中，下列应力是否相等，为什么？（1）两齿面的接触应力和；（2）两齿轮的许用接触疲劳应力[]和[]；（3）两轮齿根的弯曲应力和；（4）两轮齿根的许用弯曲应力[]和[]；答：（1）两齿面的接触应力和相等。因为接触应力同时取决于两齿轮的材料、几何形状、接触时的法向力、接触线的长度，法向力是作用力与反作用力，大小相等，把两轮的材料参数和综合曲率半径代入，两齿轮的接触应力相等。（2）两齿轮的许用接触疲劳应力[]和[]不一定相等，取决于两轮所用的材料和热处理方式。（3）两轮齿根的弯曲应力和不相等；因为齿数不相等，齿形系数、应力集中系数不相等。（4）两轮齿根的许用弯曲应力[]和[]不一定相等，取决于两轮所用的材料和热处理方式。5-25单级闭式标准直齿圆柱齿轮传动中，小齿轮的材料为45钢调质处理，大齿轮的材料为ZG310～570正火，P=4kW，n1=720r/min，m=4mm，z1=25，z2=73，b1=84mm，b2=78mm，单向转动，载荷有中等冲击，用电动机驱动，试验算此单级传动的强度。解：小齿轮调质，大齿轮正火，所以为软齿面齿轮。验算时，注意，计算接触应力相等，接触疲劳强度只需校核一次即可，即校核是否小于等于[]和[]中的小值。弯曲应力不等，应分别校核。即验算，是否小于等于[]，否小于等于[]。具体过程省略。5-26两级斜齿圆柱齿轮减速器如图5-56所示，输出轴的转向和齿轮4的螺旋线如图所示，求：（1）为使齿轮2、3轴向力方向相反，确定齿轮1、2、3的螺旋线方向；（2）两对齿轮所受各分力的方向。答：答案如图所示。图5-565-27圆锥-圆柱齿轮减速器，动力由Ⅰ轴输入，转向如图5-57所示。求：（1）为使轴Ⅱ上两轮轴向力方向相反，确定斜齿轮3、4的螺旋线方向；（2）两对齿轮所受各分力的方向。答：4轮右旋，5轮左旋；力的方向如图所示。图5-575-28图5-58示为一个斜齿圆柱齿轮—蜗杆传动，小斜齿轮1主动，已知蜗轮为右旋，转向如图示。试在图上标出：（1）蜗杆螺旋线方向及转向；（2）大斜齿轮螺旋线方向，要求大斜齿轮所产生的轴向力能与蜗杆的轴向力抵消一部分；（3）小斜齿轮螺旋线方向及轴的转向；（4）蜗杆轴（包括大斜齿轮）上各作用力的方向，画出受力图（各以三个分力表示）。答：答案如图所示。图5-58

第6章轮系答案一、课本P139页，6-3，图6-26所示定轴轮系中，已知各齿轮的齿数为、、、、、、、，求：（1）传动比；（2）在图中用箭头标出齿轮7的旋转方向；（3）若

r/min，确定蜗轮10的转速和转向。解：图6-26（1）；（2）齿轮7转动方向如图所示；（3），如图所示，蜗轮10顺指针方向转动。二、课本P140页，6-6，在图求：（1）标准直齿圆柱齿轮3的分度圆、齿根圆、齿顶圆直径；（2）轮系传动比及齿轮6的转速；（3）在图上标出各轮的转向。图6-29解：（1）由题意可知，m3=m4=5mm，z3=20，所以d3=m3*z3=100mmda3=d3+2ha=d3+2ha*m3=100+2*1*5=110mmdf3=d3-2hf=d3-2（ha*+c*）m3=100-2*（1+0.25）*5=87.5mm（2），；（3）如图所示。三、补充：图1中所示锥齿轮组成的行星轮系中，已知z1=20，z2=30，z2′=50，z3=80，n1=50r/min，求nH的大小和方向。图1解：，，∴,与齿轮1转向相同。四、补充：图2所示的轮系中，各齿轮均为标准齿轮，且其模数均相等，若已知各齿轮的齿数分别为：z1=20、z2=48、z2'=20。试求齿数z3及传动比i1H。图2解：该轮系为周转轮系，由图可知，a12=a2`3。a12=m12（z2-z1），a2`3=m2`3（z3-z2`），又因为各轮模数相等，所以z2-z1=z3-z2`，z3=z2-z1+z2`=48。又因为n3=0，。五、课本P140页，6-7，在图6-30所示的轮系中，已知各轮齿数为、，各轮的模数相同，QUOTE

r/min。试求行星架的转速的大小和方向。图6-30解：该轮系为复合轮系，其组成为：周转轮系：2-2`，4，1-1`，3-3`，H定轴轮系：1`，5，3`由图上可知，a12=a24=a2`3，即z1-z2=z2+z4=z2`+z3=50代入数值可得，z1=75mm，z3=30，定轴轮系中：，即，由图可知，周转轮系中：即，，联立得六、补充：图3所示汽车后桥差速器中，已知z4=60，z5=15，z1=z3，轮距B=1200mm，输入轴转速n5=250r/min，当左转弯半径r′=2400mm时，左右两轮的转速各为多少？图3解：差动轮系1,2,3,H(4):,∴定轴轮系4,5：又(1)、(2)、(3)三式联立,解得:,。

第8章螺纹连接答案8-1答：螺纹升角愈小，自锁性能愈好，因自锁条件为当量摩擦角。螺纹升角愈小，效率愈低，因螺纹副效率的公式为。8-2答：常用螺纹的主要类型有普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹。前两种主要用于联接，后三种主要用于传动。8-3答：小数点前的数字代表材料的抗拉强度极限的1/100（σB/100），小数点后的数字代表材料的屈服极限与材料的抗拉强度极限之比值的10倍。对于6.8级螺栓，其中的6表示材料的抗拉强度极限为600MPa，即。8表示屈服极限与抗拉强度极限之比为0.8，即。8-4答：在工作载荷和残余预紧力不变的情况下，减小螺栓刚度或增大被联接件刚度，都能减小应力幅，提高螺栓的疲劳强度。减小螺栓刚度的措施有：适当增大螺栓的长度；部分减小螺栓杆直径或作成中空的结构—空心螺栓，在螺母下面安装上弹性元件。增大被联接件的刚度，不用垫片或采用刚度较大的垫片。8-5答：在冲击、振动或变载荷下，或当温度变化大时，满足<（升角小于当量摩擦角）的螺纹联接可能松动，甚至松脱而需防松。防松的根本问题在于防止螺纹副相对转动。按防松原理不同可分为摩擦防松（双螺母、弹簧垫圈、尼龙圈锁紧螺母）、机械防松（开口销与槽形螺母、圆螺母用带翅垫片、止动垫圈、串联钢丝）和破坏螺纹副关系（如端铆、冲点、胶粘）三类。8-6答：受横向载荷FR的两板若用铰制孔用螺栓联接，则螺栓受FR力剪切。若用普通螺栓联接，则螺栓靠拧紧螺母产生足够大的预紧力（，式中f为摩擦系数）和由此产生的摩擦力来传递横向载荷FR，此时螺栓受拉力和螺纹副中的摩擦力矩，这说明螺栓受力与被联接件承受载荷既有联系又有区别，亦同时说明被联接件受横向载荷，采用普通螺栓联接时，螺栓不受剪切。8-7答：1）平键靠键的受剪切传力。当采用两个周向相隔180的平键时可使轴与毂得到较好的对中；2）楔键靠摩擦力传力如图所示，设两楔键间夹角为，两个键上压力的合力为FR，则由力矩的平衡条件可得当时，愈小则T愈大，但太小，则两键距离太近对轴强度不利，因而常取=90～120；3）半圆键因轴槽呈圆弧形且较深，对轴的强度削弱较大，若再将两个半圆键在周向相隔某一角度布置则对轴的削弱更大，所以一般两个半圆键在轴向安置于同一母线上。8-8答：8-9答：用普通螺栓和用铰制孔用螺栓联接的结构如图a和图b所示。普通螺栓联接靠拧紧螺母产生的预紧力在板间产生摩擦力，并使其大于横向力FR来传递横向力，f为摩擦系数，即。铰制孔用螺栓联接，依靠螺栓和孔壁直接接触挤压传递横向力FR。普通螺栓联接主要失效形式考虑螺栓拉伸破坏，强度条件为或式中为螺栓联接许用拉应力，为螺栓小径和计算直径。铰制孔用螺栓联接主要失效形式为螺栓剪断和与被联接件孔壁挤压破坏。强度条件分别为式中为螺栓光杆直径，h为计算对象最小受压高度，分别为螺栓许用切应力、强度较弱零件的许用挤压应力。8-10解：许用拉应力4个螺钉，z＝4，每个螺钉的工作载荷剩余预紧力F1＝0.4F=0.42600=1040N故得螺钉中总拉力按强度条件，螺栓小径8-11解：许用拉应力设每个螺栓所需预紧力为F0，则，故由强度条件，知故8-12解：气罐盖所受总推力每个螺栓的工作载荷取残余预紧力每个螺栓总拉力许用拉应力拉应力所以，强度不足。8-13答：8-14答：参见题图，选择平键（A型）查课本表8-9，取键的尺寸b×h=14×9，取L=70mm键的工作长度，安全。

第10章轴答案10-8解：根据传动轴强度计算公式可以求得轴的直径d=36.61mm.如果此轴段上有键槽，则需要将此轴段相应加大，同时，与安装的零件的基本直径相等，还要考虑直径的标准问题。10-9解：根据传动轴的强度计算公式求得轴传动的功率是59.78KW。10-10解答：解题思路：齿轮传动的轴一般都是转轴。先求出作用在小齿轮上的力；再求得轴所受弯矩和扭矩；再根据弯扭组合强度计算轴的直径。1.小齿轮的直径2.作用在小齿轮上的力圆周力径向力3.建立计算的力学模型，计算支反力由于齿轮是对称安装，所以再支承1和支承2处的支反力是相等的。4.计算轴上的弯矩和扭矩水平面弯矩垂直面弯矩计算轴上的扭矩合成弯矩：5.材料为45号钢调质的强度指标弯曲许用应力6.根据转轴强度计算公式计算出危险截面直径由于弯矩最大再轴的中间，因此，计算出的轴直径是轴中间部分的直径。由于没有说明电机的运行条件，按照一般情况处理，轴的应力按照脉动循环处理，而因此有：所以d=13.92mm此处安装齿轮，应该把此轴段相应加大。10-11答：说明：用标号标注错误之处，并用文字说明错误原因。1.轴承端盖与箱体间缺少调整垫片；2.定位轴承的轴肩高度过高，无法拆卸轴承；3.安装齿轮的轴段长度应比齿轮轮毂长度短2~3mm；4.键太长，套筒无法装入；5.定位轴承的套筒高度过高，无法拆卸轴承；6.安装轴承的轴段精加工面过长，且不便于轴承的装拆，应设为阶梯轴；7.轴与轴承端盖接触；8.无密封；9.联轴器与端盖直接接触，应采用轴肩定位；10.联轴器的键槽应为通槽；11.键应与齿轮处的键布置在同一母线上；12.安装联轴器的轴段长度应比联轴器轮毂长度短2~3mm；10-12解答：这道题与课本中的例题10-1相似，参考课本例题即可。

第11章轴承答案11-9解：解题过程参考例题11-2.注意以下几点：1.把圆锥滚子轴承换成6308轴承。由于轴承类型变化，6类轴承的公称接触角为零，所以，没有内部轴向力产生。2.需要判断齿轮上的轴向力由左右哪一个轴承来承担。设左右轴承分别是轴承1和轴承2.根据6类轴承的支承结构分析，齿轮上的轴向力是由轴承2承受。因此，2轴承所受轴向力，而轴承1不承受轴向力，只受径向力作用。3.求轴承1、轴承2上的径向支反力。①求水平径向分力Fr1H、Fr2H。水平面内的作用力包括齿轮的径向分力、两轴承所受的水平径向支承反力，以及轴向力产生的弯矩。根据力和弯矩的平衡有：可解得：Fr1H