机械设计基础(同济版)课后习题答案

《机械设计基础》答案

第1章机械设计概述

一、填空题

1.构件；2.传递，转换；3.运动，制造；4.确定，有用；5.断裂，表面失

效，过量变形；6.标准化，系列化；7.干摩擦，边界摩擦，液体摩擦；8.磨粒，

腐蚀；9.液体，半固体。

二、判断题

1-5：xWxx；6-9：xqxx。

三、单项选择题

1-5：BCACC

四、综合题

1.机械零件设计主要内容和过程是什么？

答：1）设计阶段：根据社会需求进行市场调研，在对相关产品进行可行性分

析并对有关技术资料进行研究的基础上，确定设计对象的主要性能指标和主要设

计参数，编制设计任务书。2）方案设计阶段：根据设计对象所要达到的主要性能

指标和主要设计参数，确定机器的工作原理，拟定总体方案。3）技术设计阶段：

将设计方案具体化，使其成为机器及其零件的合理结构，完成总装配图、部件装

配图和零件图。4）改进设计阶段：包括样机试制、测试、综合评价及改进等环节。

根据设计任务书的要求，对样机进行测试，发现产品在设计、制造、装配及运行

中出现的问题，并加以改进、完善，形成最终的技术文件。

2.何谓磨损？并任举出三种不同机理的磨损。

答：1）磨损：指运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐损失的现象，

单位时间内材料的磨损量称为磨损率，磨损量可以用体积、质量或厚度来衡量。

1）磨损机理：（1）磨粒磨损：由于摩擦表面上的硬质突出物或从外部进入摩

擦表面的硬质颗粒，对摩擦表面起到切削或刮擦作用，从而引起表层材料脱落的

现象。（2）粘着磨损：当摩擦副受到较大正压力作用时，由于表面不平，其顶峰

接触点受到高压力作用而产生弹、塑性变形，附在摩擦表面的吸附膜破裂、温升

后使金属的顶峰塑性面牢固地粘着并熔焊在一起，形成冷焊结点。在两摩擦表面

相对滑动时，材料便从一个表面转移到另一个表面，成为表面凸起，促使摩擦表

面进一步磨损。这种由于粘着作用引起的磨损，称为粘着磨损。（3）疲劳磨损：

两摩擦表面为点或线接触时，由于局部的弹性变形形成了小的接触区。这些小的

接触区形成的摩擦副如果受变化接触应力的作用，则在其反复作用下，表层将产

生裂纹。随着裂纹的扩展与相互连接，表层金属脱落，形成许多月牙形的浅坑，

这种现象称为疲劳磨损，也称点蚀。（4）腐蚀磨损：在摩擦过程中，摩擦面与周

围介质发生化学或电化学反应而产生物质损失的现象，称为腐蚀磨损。

3.标准化、系列化及通用化的含义和重要意义各是什么？

答：1）“三化”的含义：⑴标准化：通过对零件的尺寸、结构要素、材料性

能、检验方法、设计方法、制图要求等，制定出大家共同遵守的标准。（2）系列

化：对于同一产品，为了满足不同的使用条件，在同一基本结构或基本尺寸条件

下，规定出若干个辅助尺寸不同的产品，形成系列产品。（3）通用化：系列内部

或跨系列的产品之间尽量采用同一结构和尺寸的零件，比较少的规格品种满足生

产上的广泛需求。

2）“三化”的意义：（1）可以简化设计，减少设计工作量，缩短设计周期，

提高设计质量，使设计人员把主要精力用在关键零件的设计上。（2）可以采用最

新先进技术在专门化工厂中进行大规模集中生产标准零件，以提高质量，降低成

本。（3）可以集中成功经验，减少设计和制造过程中技术过失的重复出现。（4）扩

大零件的互换性，方便维修。

4.润滑油的润滑方法有哪些？

答：根据是否连续提供润滑剂把润滑方法分为不连续润滑和连续润滑两大类。

1）不连续润滑：指用手工注油或涂抹润滑脂，只用于小型、低速或间歇运动

的零件。

2）连续润滑：（1）滴油润滑：利用油杯按一定的速度连续供油的方式，一般

用于低速场合。（2）浸油润滑：把零件的一部分浸在油中达到润滑效果的方式。

这种方法不适于高速场合，因为在工作过程中会产生搅油损耗，造成很大的能量

损耗，降低效率，一般只用于低速场合。（3）甩油润滑：把油杯或甩油盘浸在油

中，当轴转动时带动油环或甩油盘转动，通过离心力的作用甩出油液对其它零件

进行润滑的方式。（4）飞溅润滑：将转动零件或曲轴的曲柄的一部分浸在油池内，

依靠它们的旋转运动将油池中的油溅散，使油面上部的零件得到润滑的方式。（5）

油雾润滑：将润滑油在油雾发生器中变成油雾，油雾随压缩空气一起送到润滑表

面的润滑方式。其温度比液体润滑油的温度低，可起到很好的冷却作用。一般用

于线速度很高的轴承润滑。（6）压力喷油润滑：用油泵进行压力供油，把润滑油

送到各润滑部位后又回流到油箱再循环使用，以保证供油充分，并带走摩擦产生

的热量。一般用于高速、重载、要求润滑可靠的零件上，如轴承、齿轮等。

5.接触式密封和非接触式密封各是如何实现密封的？

答：1）接触式密封，两密封结合面相互接触，并做相对运动或填料与结合面

间作相对运动；2）非接触式密封，两密封结合面间有一定间隙，并作相对运动。

第2章平面机构的自由度和速度分析

一、填空题

1.直接，几何联接；2.接触；3.点，线；4.面;5.点，线；6.绕，给定；

7.回转，移动，高。

二、判断题

1-5：dxxdx；6-10：x《/xx；H-14XXA/X0

三、单项选择题

1-5：ACDBC;6-10:AADDD

四、综合题

1.图示油泵机构中，1为曲柄，2为活塞杆,3为转块，4为泵体。试绘制

该机构的机构运动简图，并计算其自由度。

解：

流

1\

J]

/

懑解图

i题图

2.图示为冲床刀架机构，当偏心轮1绕固定中心A转动时，构件2绕活动

中心C摆动，同时带动刀架3上下移动。B点为偏心轮的几何中心，构件4为机

架。试绘制该机构的机构运动简图，并计算其自由度。

解：

r

F=3n-2R-Ph=3X3-2X4=1

分析与思考：图中构件2与刀架3组成什么运动副？

答：转动副。

3.计算图2-5到图2-8所示机构的自由度（若有复合较链，局部自由度或虚

约束应明确指出）。

图2-5解：滚子D为局部自由度，E、F之一为虚约束。

F=3n-2PL-Ph=3X4-2X5-1=1

图2-6解：A处为复合锐链F=3n-2PL-Ph=3X5-2X6-1=2

分析与思考：当机构的自由度2、而原动件数为1时，机构能有确定的运动

吗？

答：没有。

图2-7解：滚子C为局部自由度，E处为复合钱链。

F=3n-2PL-Ph=3X8-2XH-l=lo

图2-8解：齿轮I、J之一为虚约束，A处为复合较链

F=3n-2PL-Ph=3X8-2X10-2=2。

4.计算图2-9到图2-11所示机构的自由度（若有复合铁链，局部自由度或虚约束

应明确指出），并判断机构的运动是否确定，图中画有箭头的构件为原动件。

图2-11

图2-9解：A、B、C处为复合钱链

F=3n-2PL-Ph=3X7-2X8-3=2,有确定运动。

图2-10解：滚子E为局部自由度，滑块H、I之一为虚约束

F=3n-2PL-Ph=3X6-2X8-1=1,有确定运动。

图2-11解：滚子C为局部自由度，滑块K为虚约束

F=3n-2PLPh=3X9-2X12-2=1,有确定运动。

第3章平面连杆机构

一、填空

1.转动，移动，平面；2.连续转动，连架杆，往复摆动，连架杆；3.曲柄，摇

杆，曲柄，摇杆；4.曲柄摇杆，双曲柄，双摇杆；5.小于或等于，机架，曲柄；

6.最短，最短；7.主动，从动，旋转；8.从动，主动，往复摆动；9.极位夹角，

大于1；10.曲柄；11.卡死；12.压力角，传力。

二、判断题答案

1-5：XVVX6-10：VVVVX11-15：XXVVV

16-20：VXVXV21-25：VXVVV26-30:VXXXX

三、选择题答案

1、D,C；2、B.D.E；3、A,C；4、B；5、C；

6-10：CCABC;11-15：ADBDA;16-20：CACDA;

21、A;22、A,D；23、C；24、B。

四、综合题

1.图3-1所示的四杆机构中，各杆长度为a=25mm,b=90mm,c=75mm,

d=100mm,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？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？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？

L解答:

1）若杆AB是机构的主动件，AD为机架，因为

/AB+ZAD=(25+1OO)mm=125〃〃XV/BC+/CD=:(90+75)帆加二165mm

满足杆长之和条件，主动件AB为最短构件，AD为机架将得到曲柄摇杆机构;

2)同上，机构满足杆长之和条件；

AB为最短构件为机架，与其相连的构件BC为主动件将得到双曲柄机

构；

3)若杆BC是机构的主动件，CD为机架，将得到双摇杆机构。

2.如图3-2所示钱链机构中，一直摇杆长lcD=75mm,行程速度变化系数

K=1.5,机架长lAD=100mm,摇杆CD的一个极限位置与机架间的夹角力=45°,

试求曲柄长IAB及连杆长1BC»

2.解答:

1)根据题意NCiDA=45°>AD=100mm,CiD=75mm,由余弦定理可

22

得/Ci=JAD+C1D—2ADxC1DxcosNGDA=71mm,再由

行程速度变化系数K=1.5可得较链机构的极位夹角0=180*(K-1)

/(K+1)=36°；

2)取合适的作图比例系数，由已知数据作出△ADG,然后作N

CiAC2=36。，令AC2与C।D为半径,D为圆心的圆弧相交于点C2,

分别测量出ACi和AC2,代入方程AC产BC-AB,AC2=BC+AB,即

可求得AB和BC的长度。

3.某四杆机构各构件的长度分别为lAB=240mm,lBc=600mm,lcD=400mm,

Lw=500mm,试确定：(1)该机构是否存在曲柄？(2)如何使该机构成为曲柄摇杆

机构、双曲柄机构或双摇杆机构？

3.解答:

1)/AB+/BC=(240+600)，〃，〃=840〃〃〃</CD+/AD=(400+500)，"，〃=900〃””

满足杆长之和条件，取合适的杆件为机架，该机构存在曲柄；

2)若杆AD或者BC为机架，为曲柄摇杆机构；

若杆AB为机架，为双曲柄机构；

若杆CD为机架，为双摇杆机构。

4.设］■!••一曲柄摇杆机构。已知摇杆长ICD=80mm,摆角6=40°,摇杆的行

程速度变化系数K=l,且要求摇杆CD的一个极限位置与机架的夹角/

CDA=90°,试用图解法确定其余三杆的长度。

解答：

取合适的比例系数，根据题意绘图如上，由于K=l,所以极位夹角。=0,曲

柄和连杆两次共线的位置是重合的，此时/ADCi=90°,摇杆在两个极限位置的

摆角NCIDC2=40°,摇杆CiD=C2D=80mm,ZCIC2D=ZC2CiD=70°,Z

CiAD=20°,分别量取ACi和AC2的长度，代入方程ACI=AB+BC,AC2=BC-AB,

AB和BC可求,AD的长度可以直接量取。

（解析法如下：AD=CiD*tanZC2CiD=80*tan70°=220mm,ACi=CiD+cos

0

ZC2CiD=804-cos70=234mm,由余弦定理得C&=

22

^JC2D+C1D—2c2。xC\DxcosNC2DG=55nun,则AC2=ACI-CIC2=179mm,

将数据代入方程ACI=AB+BC,AC2=BC-AB可得AB=27.5mm,BC=206.5mm)

第4章凸轮机构

一、填空题

1.等速运动规律；等加速、等减速运动规律、余弦加速度运动规律；正弦加速度运动规

律、五次多项式运动规律；2.凸轮回转中心；凸轮理论廓线；3零；4凸轮,从动杆，固定

机架；5尖顶，滚子，平底；6位移,转角；7一致，有效，垂直，有害；8越大，越小，越大。

二、判断题

1-5:VVVVV；6-10:VXVXV；11-15：XXXXV；16-20:XXVVVo

三、单项选择题

1-5:BACDB；6-10:AAACB；11-15:ABABC；16-20:AAACBo

四、综合题

1.如图4-1,已知凸轮的实际廓线为一圆，R=40mm,凸轮逆时针转动，IOA=25"1〃I,滚子半径

rr=Smm,试确定：1）凸轮的理论廓线；2）凸轮的％和从动件的行程〃。

解答：1）凸轮的理论廓线如图所示，也是一个圆周，以点A为圆心，半径为48mm

2）凸轮的基圆半径ro=4O-25=15〃〃7?,从动件的行程/?=R+IOA-ro=4O+25-15=5O/??m

2.分别画出图4-2所示的各凸轮机构中b、c点的压力角。

(a)(b)(c)

解答：各凸轮机构中b、c点的压力角作图如上图所示。

第5章齿轮机构

一、填空题。

1.节；2.无，定；3.模数、齿数、压力角；4.模数、压力角、法向、压力角、螺旋、

大端、压力角、锥距；5.范成，仿形；6.轮齿，平稳，大；7.变尖，变厚；8.相同，弯曲，

平直；9.不相等，越大，零；10.20°,标准值；11.外啮合，内啮合；12.旋转，直线；

13.重合度大于1；14.齿厚，齿槽宽，齿顶高；15.中，分度；16.齿面磨损，齿面疲劳点

蚀；17.接触，弯曲，分度圆直径：dl、d2；18.齿面胶合；19.齿面节线附近的齿根部分;

20.齿面疲劳点蚀，轮齿弯曲疲劳折断；21.相反，相同；22.点蚀，接触，弯曲疲劳，弯曲；

23.1.0；24.大于；25.提高，提高；26.齿数z,变位系数x,模数m；27.分度圆直径5,齿

宽b,齿轮材料的种类，热处理方式；28.分度圆直径di或中心距；29.铸造；30.1,亚-1；

3

31.z/cos8,大；32.1628N,539N,246N；33.z,zv=z/cosP,zv=z/cos5；34.斜齿圆

柱齿轮，直齿锥齿轮；35.较硬；较韧。

二、判断题。

1-5：XXXX4；6-10：11-15：W

三、选择题。

1.C;2.B,D;3.B,D;4.A;5.A,A;

6-10：ACBCA;16-20：ACCAC;21-25：BCBDC;26-30：ADACC

31-35：BBBDB;36-40：CBDBB;41-46:DCDBBC

四、综合题

1.齿距、模数和压力角之间有何关系？分度圆上的模数和压力角为什么要标准化？模数相

同的标准齿轮有哪些尺寸相同？

解答：齿距p=g*m,为了测量、计算和加工方便，分度圆上的模数和压力角要标准化。

模数相同的标准齿轮齿厚、齿槽宽、顶隙、齿顶高、齿根高、全齿高和分度圆齿距相同。

2.试述一对直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮与直齿锥齿轮的正确啮合条件。

解答：直齿圆柱齿轮：两轮的模数和压力角分别相等；

斜齿圆柱齿轮：两轮的模数和压力角分别相等，两轮的螺旋角相等，方向相反；

直齿锥齿轮：两轮大端模数、压力角和锥距分别相等。

3.已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a=160mm,齿数zi=20,z2=60,其模数

和齿轮分度圆直径。

解答：模数m=2a/(zi+Z2)=320/(20+60)=4mm;

小齿轮分度圆直径di=m*zi=4*20=80mm;

大齿轮分度圆直径d2=m*Z2=4*60=240mm。

4.用变位齿轮传动的目的是不是就是为了避免根切？除了避免根切以外，变位齿轮传动

还有哪些应用？

解答：不是，变位齿轮可以用来切制出齿数少于17而不根切的齿轮，还能增大齿厚，提

高轮齿的抗弯强度以及实现非标准中心距传动的要求；而且加工时所使用的刀具和机床同切

制标准齿轮完全一样，无需专门制作。

5.一正变位齿轮，"?=3、z=18、x=0.25,试求其4、db、a、s、e、4及办)

解答：d=mz=54mm;d=dcosa=50.7mm;a=20°;s=况m/2+2xmtana=5mm;e=nm/2-

2xmtana=4mm;

&尸d+2(ha*+x)m=61.5mm;dj=d-2(ha*+c*-x)m=48mm.

6.试设计对外啮合圆柱齿轮,己知zi=21,Z2=32,mn=2mm,实际中心距为55mm，问：

1)能否采用标准直齿圆柱齿轮传动？为什么？2)若采用标准斜齿圆柱齿轮传动来满足中心

距要求，其分度圆螺旋角夕、分度圆直径5和d2各为多少？

解答：(1)不能采用标准直齿圆柱齿轮传动，因为实际中心距不是标准中心距；

(2)因为心+d2=蕊(Zi+Z2),所以B=arccos嘿管=15.5°

而出=急四=43.6,d2=*Z2=66.4

7.为什么轮齿的弯曲疲劳裂纹首先发生在齿根受拉伸一侧？

解题要点：

(1)齿根弯曲疲劳强度计算时，将轮齿视为悬臂梁，受载荷后齿根处产生的弯曲应力最

大。

(2)齿根过渡圆角处尺寸发生急剧变化，又由于沿齿宽方向留下加工刀痕产生应力集

中。

（3）在反复变应力的作用下，由于齿轮材料对拉应力敏感，故疲劳裂纹首先发生在齿根

受拉伸一侧。

8.有一闭式齿轮传动，满载工作几个月后，发现硬度为200~240HBs的齿轮工作表面上

出现小的凹坑。试问：1）这是什么现象？2）如何判断该齿轮是否可以继续使用？3）应采取

什么措施？

解题要点：

（1）已开始产生齿面疲劳点蚀，但因“出现小的凹坑”，故属于早期点蚀。

（2）若早期点蚀不再发展成破坏性点蚀，该齿轮仍可继续使用。

（3）采用高粘度的润滑油或加极压添加剂于没中，均可提高齿轮的抗疲劳点蚀的能力。

9.有两对斜齿圆柱齿轮传动，主动轴传递的功率Pi=13kW,m=200r/min,齿轮法面模数

mn=4mm,齿数zi=60均相同，螺旋角分别为9。与18。。试求各对齿轮传动轴向力大小？

解题要点：

（1）因两对齿轮传递的P1和nl相等，故主动轴上的转矩也应相等，即

66

T[=9.55x10[/〃]=（9.55x10x13/200）N•iron=620750N-mm

（2）计算B=9°的齿轮传动的轴向力：

.=27]/4=2x620750xcos（3/（犯£）

=[2X620750Xcos9°/（4X6）]=5109N

Fa1=FtltanP=5109Xtan9°N=809N=Fa2

（3）计算B=18°的齿轮传动的轴向力：

e2T.2T,cosp2x620750xcos18°

r,i=----=------------=-------------------------=4950

4mnz14x60N

项=Ktan£=4920xtan180=1599N=F%

10.某传动装置采用一对闭式软齿面标准直齿圆柱齿轮，齿轮参数zi=20,Z2=54,m=4〃"w。

加工时误将箱体孔距像大为优=150〃〃〃。齿轮尚未加工，应采取何种方法进行补救？新方案的

齿轮强度能满足要求吗？

解题要点：

标准直齿圆柱齿轮的中心距为

a=m（z,+z2）/2=4x（20+50）72=148mm>故可补救。

(1)将齿轮改为斜齿轮，使中心距等于

a-，〃(Z]+Z2)/(2COS/?)=4X(20+54)/(2COS/?)=150mm

cos/?=a/a'=148/150=0.9867

夕=9.367。=9。22'01"

通过调整B角，中心距达到150mm,用斜齿代替直齿，新方案不仅强度有所提高，而且

传动性能也有所改善。

(2)或者采用正确度变位齿轮卜+々＞0),同样可使而仍用直齿轮，选用

合适的变位系数xl与x2值，同样可达到"=15()mm。此时，端减少，接触疲劳强度可提高。

第6章蜗杆传动

一、填空题

1.低，好，1、2和4,增大，升高；2.880N,1800N；3.胶合，点蚀，磨损，断齿，胶

合、磨损；4.轮齿啮合损耗，轴承转动损耗，搅油阻力损耗；5.轴面，端面，导程角，螺旋

角。

二、判断题

1-5：Yxxx，。

三、单项选择题

1-5：BAAAA；6-10：AACCDo

四、综合题

1.有一阿基米德蜗杆传动，已知比i=18,蜗杆头数zi=2,直径系数q=10,蜗杆分度圆直

径4=80mm。试求：1）模数而、蜗杆分度圆柱导程角八蜗轮齿数Z2及分度圆柱螺旋角0；

2）蜗轮的分度圆直径di和蜗杆传动中心距a。

解：1）确定蜗杆传动基本参数：

m=di/q=80/10=8mm

Z2=ZZI=18X2=36

y=arctan(Zj/q)=arctan(l/10)=11°18’36"

(3=/=11。18'36〃

2)求心和中心距a：d2=z2m=36x2=288mm

a=m（q+z2）/2=8x（10+36）/2=184=184mm

2.题图6.1中蜗杆主动，试标出未注明的蜗杆（或蜗轮）的螺旋线方向及转向，并在图中绘

出蜗杆、蜗轮啮合点处圆周力R、径向力R、轴向力心的方向。

(a)(b)

题6.1图

解：根据蜗杆传动啮合条件之一：，=/和螺旋传动原理标出未注明的蜗杆（或蜗轮）的

螺旋线方向及转向；再根据蜗杆（主动）与蜗轮啮合点处各作用力的方向确定方法，定出各力

方向如题解图所示。

3.一单头蜗杆传动，已知蜗轮的齿数Z2=40,蜗杆直径系数牛=10,蜗轮分度圆直径

d2=200mm。试求：1）模数相、轴向齿距p“i,蜗杆分度圆直径di,中心距。及传动2；2）若

当量摩擦系数亦=0.08,求蜗杆、蜗轮分别为主动件时的效率〃及叱3）若改用双头蜗杆，其

小〃’又为多少？4）从效率〃与的计算中可得出什么结论？

解：1)模数：m=d2/z2=200/40=5mm；

齿星巨："ai=神=乃x5=15.708mm；

蜗杆分度圆直径：&=〃叼=5x10=50mm；

传动比：z12=z2/z,=40/1=40；

中心距a=0.5〃z(q+Z2)=0.5x5x(10+40)=125mm。

2)单头蜗杆传动时，计算效率：

71

tan/=—=一=0.1,y-arctanO.1=5°42'38"

q10

pv=arctanfv=arctan0.08=4°34'26"

tan5042'38"

蜗杆为主动时：〃=0.955―回土一=0.955x0.526

tan(/+/?,.)tan(5042'38"+4°34'26")

蜗轮为主动时：〃'=0.955~0、—0.955x---=0.1898

tanytan5042'38"

3）改用双头蜗杆传动时，计算效率

7.1

tan/=—=一=0.2；y=arctan0.2=11°18'35"

q10

tan/八cuutanll°18'35"

蜗杆为主动时:7=0.955------=0.955x

tan(/+A.)--------tan(ll°18'35〃+4°34'26")

蜗轮为主动时：»=0.955tan（'-R,）=0955xtan（lioi8,35〃-4。：4,26〃）=0猱

tan/tan1101835

4）得出结论

通过对不同头数的蜗杆主动或是蜗轮主动时的效率计算，可知：（1）双头蜗杆的效率比

单头蜗杆高；（2）相同条件下蜗杆主动的效率比蜗轮主动时的效率高。

4.手动绞车采用圆柱蜗杆传动，如题6.4图，已知根=8mm,zi=l、c/i=80mm>Z2=40,卷

筒直径0=200mm。试问：1）欲使重物W上升1m,蜗杆因转多少转？2）蜗杆与蜗轮间的当

量摩擦系数亦=0.18,该机构能否自锁？3）若重物W=5kN,手摇时施加的力尸=100N,手柄转

臂/应取多少？

解：1）重物卬上升1m,卷筒转的圈数为：3=1■；=1.59转，又由于卷筒和蜗轮相

nD3.14X0.2

联，也即蜗轮转的圈数为1.59转；因此蜗杆转的转数为：

1.592=1.5/=1,59—=64.6转

Z11

2）该蜗杆传动的蜗杆的导程角为：丫=arctan产=arctan^=5.71°；

80

而当量摩擦角为：pv=arctan/l=arctanO.18=10.2°；

比较可见：pay，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：Ai=W/?=5000xl=5000J；

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：

tanytan5.71°

H=--~~-=———~——=0.3508=35.08%

tan（y+pv）tan（5.71°+10.2°）

则输入功应为：A=Ai勿=5000/0.3508=14253.14J；

由于蜗杆转了63.6转，因此应有：4=2兀/7x63.6=14253.14J,可得：

/=1425314/（63.6x100x2x3.14）=356.9mmo

5.题图6.5所示传动系统中，1、5为蜗杆，2、6为蜗轮，3、4为斜齿圆柱齿轮，件7、

8为直齿锥齿轮。已知蜗杆1为主动，要求输出齿轮8的回转方向如题图6.5示。试确定：1）

各轴的回转方向（画在图上）；2）若考虑轴I、II、III上所受轴向力能抵消一部分，定出各轮

的螺旋线方向（画在图上）；3）画出各轮的轴向力的方向。

题6.4图题6.5图

解：1）依据轮系传动方向的判定，各轴回转方向如图；2）要I、II、III上所受轴向力能

抵消一部分，则轴上零件产生的轴向力方向需相反，则可确定各轮螺旋线的方向；3）依据各

轮转向和螺旋线方向，可画出各轮轴向力的方向。

第7章轮系

一、填空题。

1.定轴、周转；2.行星轮、中心轮、机架；3.传动比数值、转动；4.从动、主动、传动

比；5.行星、差动。

二、判断题。

1-5：XXXX-V；6-8：4x4。

三、单项选择题。

1-5：ABCBCo

四、综合题

1.在题7.1图所示的双级蜗杆传动中，蜗杆1的转向和蜗轮2的旋向如图，试用画箭头

法判断蜗轮2和3的转向。

解:

2.在题7.2图所示钟表传动示意图中，E为擒纵轮，E为发条盘，S、M、H分别为秒针、

分钟、时针。已知：zi=72,Z2=12,Z3=64,〃=8,Z5=60,26=8,Z7=60»Z8=6,Z9=8,zio=24,

Zll=6和Z12=24,试求isM、ZMH和ZSHo

一8"E

题7.2图

解：1）秒针到分针的传递路线为：6-5-4-3,齿轮3上带着分针，齿轮6上带着秒

针，因此有：

Z5Z360X64

iSM=­―-=———=60

z6z48x8

2）分针到时针的传递路线为：9-10-11-12,齿轮9上带着分针，齿轮12上带着时

针，因此有：

._ziozi2_24X24_

lMH=7^=~8^6~=12

3.已知蜗杆1为双头蜗杆，转向如题7.3图，蜗轮2的齿数为Z2=5O,蜗杆7为单头右旋

蜗杆，蜗轮3的齿数为Z3=4O,其余各轮的齿数为Z3=30,Z4=20,Z4/=26,Z5=18,Z5=28,Z6=16,

Z7=18O试求传动比，17及九7的方向Q

解：1）该轮系为空间定轴轮系，只能用画箭头方法标出各轮转向，最后得m的转动向

上，见题7.3图解。

2）计算传动比，17,且齿轮6为惰轮:

Z2Z3Z4Z5Z7_50x40x20x18x18

«4153.85

z1z2fZ3fz4rz5f2x1x30x26x2

4.已知轮1转向n\如图题7.4图所示。各轮的齿数为zi=20,Z2=40,Z3=15,Z4=60,

Z5=Z6=18,Z7=l,Z8=40,Z9=20,若〃i=1000r/min,齿轮9的模数加=3mm。试求齿条10的速

度也0及其移动方向。

题7.3图题7.4图

解：1）该轮系为空间定轴轮系,只能用画箭头方法标出各轮转向，最后得到齿条10的

移动方向应为向上，见图题7.4图解。

题7.4图解

2）计算齿条10的移动速度vio：齿条10由齿轮9带动，蜗轮8和齿轮9为同一构件,

具有相同的转速，同时齿轮1到蜗轮8之间的各构件作回转运动，可计算传动比2，即：

,MiZZ4Z6Z840X60X18X40

i-io=—=-2------=------------------=320

n8Z1Z3Z5Z720X15x18x1

得:m=ns=—=h3.125r/min

i18320'

又：v10=2nxn9Xy=2x3.14x3.125x20x|=588.75mm/min

5.在题7.5图所示的行星减速器装置中，已知ZI=Z2=17,Z3=51。试求当手柄转过90。时,

转盘H转过多少角度？

解：从图上分析这是一个周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2为行星轮，构件”

为行星架，则有：

,H_^-nH_z3_51_

113————7^7——J

n3-nHZi17

又〃3=0,得：生=1+3=4,当手柄转过90。，即〃1=90。时，转盘转过的角度为：

nH

〃/尸90。/4=22.5。，方向与手柄方向相同。

6.题7.6图示为锥齿轮组成的周转轮系，各轮转向如图。已知ZI=Z2=17,Z2=3O,Z3=45,

若1轮转速〃i=200r/min。1）试求系杆转速〃H；2）请思考用转化轮系法能否求出双联齿轮2-

2,的转速?

7.题7.7图所示为一小型起重机构。一般工作情况下，单头蜗杆5不转，动力由电机M

输入，带动卷筒N转动。当电机发生故障或需慢速吊重时，电机定转并刹住，用蜗杆传动。

已知zi=53>zr=44,Z2=48,Z2-53,Z3=58,zy=44,Z4=87。试求一般工作情况下的传动比ZH4

和慢速吊重时的传动比右4。

解：1）这个起重机系统可以分解为3个轮系：由齿轮3，、4组成的定轴轮系；由蜗轮蜗

杆「和5组成的定轴轮系；以及由齿轮1、2、2，、3和构件H组成的周转轮系，其中齿轮1、

3是中心轮，齿轮4、2,为行星轮，构件”是行星架。一般工作情况时由于蜗杆5不动，因

此蜗轮也不动，即〃尸0,又在周转轮系中:

九1一九HZ2Z348x58

棋=—~~—=0.9911

的一而zlz2i53x53

=殁__幺=_87

在定轴齿轮轮系中：i34

«444

又因为：n\=nv,联立式可解得：出4=220.1882。

2)当慢速吊重时，电机刹住，即〃1=0,此时为平面定轴轮系，故有:

n5Z1，Z2Z3Z444X48x58x87

--------——------------=86.2257

n4z5z1z2z31X53x53x44

题7.6图题7.7图

8.在题7.8图中，各轮是模数和压力角均相同的标准齿轮，各轮齿数为zi=23,Z2=51,

23=92,Z3=40,Z4=40,Z4,=17,Z5=33,ni=1500r/min,转向如图。试求齿轮2'的齿数及〃A的大

小和方向。

解：1)齿轮1,2啮合的中心距等于齿轮2',3啮合的中心距，所以得:

z,+z2=z3-z2>得：z2=z3—z,—z2=92—23-51=18

2)1-(2-2，)-3-(A)组成差动轮系，3,-(4-4')-5-⑷组成行星轮系，有:

51x92_34

23x18

,40x3350

-40x17-17

nA-nH_34

：/〃“一〃〃3

3/-3nH=-66〃”

63nH=-3〃],nA=nH=--^^=-71.43r/min,负号表明〃〃转向与m相反。

9.在题7.9图所示轮系中，左旋蜗杆zi=l,蜗轮Z2=40,齿轮Z2=Z2”=20,Z3=15,Z3=3O,

Z4=Z4=Z5=40,Z5-20O试求传动比，AB和轴B的转向。

解：l)2"-33-4-H为差动轮系，1-2为定轴轮系，1-2-2155-4为定轴轮系。

2)二一三①

n4~nHZ2"Z3n

z12=—=—n,=—»)>k②

n

"24z2

Z2Z5Z4,%=咨至%J③

AZ4^2'^5'^2^5'

3)联立式①、②、③得

4)­=40x40=4

几4z5，z2,20x20

代入式①得：〃2=|〃H，8(”)和轮2同向，均为J方向。

题7.8图

10.在题7.10图所示轮系中，转速为19r/min,已知各轮的齿数为zi=90,Z2=60,z)二

Z3=3O,Z3=24,Z4=18,Z5=15,Z5=30,Z6=105,z?=32,Z8=35。试求转速〃7。

TJ

题7.10图

解：1）1-2-2-3定轴轮系，3」4-5-5-6-H行星轮系，8-7定轴轮系。

2)八=^"=；'«3=|«1

Z]

(—1)2Z4Z5Z6=Z©6=]05

Zyz4z5,Zyz5.48

n1应110557

y二1-A，&=1----=----

热364848

4)，87=%=-三=-||

n7z835

35.三

—国x=26.25r/min,〃7和〃i同方向。

323257332

第8章间歇运动机构

一、填空题

1.连续，时动时停；2.棘轮，棘爪，往复摆动；3.槽轮、拔销、匀速圆周；4.冲击；5.

l/4o

二、判断题

1-5：4xxxx；6-9：xxxxx0

三、单项选择题

1-5：BAACD；6-10：AABBC

四、综合题

1.已知一棘轮机构，棘轮模数〃?=5mm,齿数z=12,试确定机构的主要几何尺寸，并画

出棘轮的齿形。

解：1）计算主要几何尺寸

顶圆直径：D=mz=5x12=60mm；齿高：/?=0.75??2=0.75x5=3.75mm；

齿顶厚：a=m=5mm；齿槽夹角：0=60°；棘爪长度：L=2JU"=2X3.14x5=31.4mm。

2）画棘轮的齿形

2.槽轮机构的运动特性系数T的物理意义是什么？为什么运动特性系数7必须大于零而

小于1?

答：1）槽轮机械的运动系数7的物理意义是指在一个运动循环内，槽轮的运动时间与拔

销的运动时间之比。2）槽轮的运动是间歇运动，因此运动系数必须大于零而小于1。

3.有一外槽轮机构，已知槽轮的槽数z=6,槽轮停歇时间为每转Is,槽轮运动时间为每

转2So试求该槽轮机构的运动特性系数r和所需的圆销数K。

解：1）槽轮的运动系数7=二-=2

1+23

K7_2/3_2

槽轮所需的圆销数K：

-l/2-l/z-1/2-1/6-

xxWW

第9章带传动和链传动

一、判断题

1-5：A/XXW；6-11：xWxx，

二、单项选择题

1-5：ACAAC；6-10：ABBCC；11-15：BCCDC；16-20：AABCC；21-25：BBDCD；

26-30：AACDC；30-33：BCC

三、填空题

1.拉应力，离心拉应力，弯曲应力，ol+oc+ob,带的紧边开始绕上小带轮，疲劳；

fa

2.带与带轮之间发生显著的相对滑动，小，Fi/F2=e;

3.小带轮包角过小；

4.有效拉力小、易打滑，带的磨损加剧、轴受力大。

四、简答题

1.带传动是如何工作的？有哪几种类型？带传动为什么要定期张紧？有哪些张紧方法？

答：带以一定的预紧力紧套在两个带轮上，由于预紧力的作用，带和带轮的接触面上就

产生了正压力。主动轮和带产生的摩擦力驱使带运动，带和从动轮相对运动，产生摩擦力，

带作用在从动轮上的摩擦力带动从动轮运动。

在带传动中，常用的有平带传动，V带传动，多喊带传动和同步带传动等。

各种材质的带都不是完全的弹性体，在变应力的作用下，经过一定的时间的运转后，就

会由于弹性变形而松弛，使传动能力降低。为了保证带传动的能力，应定期检查，如果发现

不足时，必须张紧，才能正常工作。

2.平皮带与V形带在条件相同时？哪个传递动力大？为什么？

答：V带大，当量摩擦系数大。

3.何谓带传动的弹性滑动？带绕过主动轮时，带速是落后还是超前轮速？

答：由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的滑动，称为带传动的弹性滑动，弹性滑动

是带传动的固有现象。

落后。

4.计算带的许用功率时，为什么要对基本额定功率进行修正？

答：考虑到传动比不等于1时，带在大带轮的弯曲应力较小，故在寿命相同条件下，可

增大传递的功率。

5.对小带轮的包角有何限制？可采取哪些措施可增大包角？

答：带轮的包角一般大于等于120度，至少大于90度。

增大包角有两种方法：1）增大中心距；2）在带的松边外侧加张紧轮。

6.链传动的主要参数是什么？为什么链条的节数最好取偶数，而链轮齿数最好取奇数？

答：节距、链轮齿数、转速、滚子外径、内链节、内宽、排距。

当链节数为偶数时，接头处可用开口销或弹簧卡片来固定，一般前者用于大节距，后者

用于小节距；当节数为奇数时，需采用过渡连节。过渡连节要受到附加弯矩的作用，所以在

一般情况下最好不用奇数节。

7.链传动的布置原则如何？

答：链传动一般应布置在铅垂平面内。如确有需要，则应考虑加托板或张紧轮等装置，

并且设计较紧的中心距。

第10章联接

一、单项选择题

1-5：AABAA；6-10：DBDCC；11-15：BAAAC；16-19：BBAA

二、填空题

L60度，联接，30度；2.螺纹升角小于等于当量摩擦角；3.矩形螺纹，三角形螺纹，

梯形螺纹，锯齿形螺纹；4.提高效率；5.头数；6.克服螺纹副相对转动的阻力矩，螺母支

承面上的摩擦阻力矩；7.防止螺纹副的相对转动；8.拉伸，扭转；9.拉伸和扭转，被联接

件发生相对滑动；10.残余预紧力，工作载荷；11.螺栓，被联接件；12.利用附加摩擦力

防松，采用专门防松元件防松，其他方法防松。

三、计算题

1.有一气缸盖与缸体凸缘采用普通螺栓连接，如题图10-1所示。已知气缸中的压力P

在0~2MPa之间变化,气缸内径D=500mm,螺栓分布圆直径Do=65Omm。为保证气密性要求，

剩余预紧力尸=1.8/(尸为螺栓的轴向工作载荷)，螺栓间距Y4.5"(d为螺栓的大径)。螺

栓材料的许用拉伸应力⑸=120MPa,许用应力幅［几=20MPa。选用铜皮石棉垫片，螺栓相

对刚度G/(6+C„,)=0.8，试设计此螺栓组连接。

题图10-1气缸盖螺栓组连接

解题分析：本题是典型的仅受轴向载荷作用的螺栓组连接。但是，螺栓所受载荷是变化

的，因此应先按静强度计算螺栓直径，然后校核其疲劳强度。止匕外，为保证连接的气密性，

不仅要保证足够大的剩余预紧力，而且要选择适当的螺栓数目，保证螺栓间间距不致过大。

解：1)初选螺栓数目Z

因为螺栓分布圆直径较大，为保证螺栓间间距不致过大，所以应选用较多的螺栓，初取

Z=24o

2)计算螺栓的轴向工作载荷尸

；rx52

(1)螺栓组连接的最大轴向载荷EQ：FQ=^-p=00x2=3.927x105N

44

3,927X1

(2)螺栓的最大轴向工作载荷氏FQ=^-=O-=16362.5N

Z24

3)计算螺栓的总拉力Fo：=K+F=1.8F+F=2.8x16632.5=45815N

gHWMxl.3x45815

4）计算螺栓直径:=mm=25139mm

1\乃⑸V^-X12O

查GB196-8L取M30(Ji=26.211mm>25.139mm)»

5)校核螺栓疲劳强度

2F“2x16362.5

%—r=0.8X--------712.13MPa<[cr]„20MP«

兀d；%X26.2112

故螺栓满足疲劳强度。

6）校核螺栓间距，实际螺栓间距为

t=="*65°=851mm<4.5J=4.5*30=135，〃机

Z24

故螺栓间距满足连接的气密性要求。

2.起重卷筒与大齿轮用8个普通螺栓连接在一起，如题图10-2所示。已知卷筒直径

D=4000mm,螺栓分布圆直径Do=5OOmm,接合面间摩擦系数户0.12,可靠性系数Ks=L2,起

重钢索拉力FQ=50000N,螺栓材料的许用拉伸应力回=100MPa。试设计该螺栓组的螺栓