机械设计基础课后答案陶平

1、机械设计基础课后答案（陶平）第2章习题2-5计算题2-5图所示各机构的自由度。并指出图中的复合较、局部自由度和虚约束。=1=1C处存在复合较链EBCDc) n=3; Pi=3; Ph=2, F=3 3 -2 3-2d) n=4; Pi=5; Ph=1, F=3 4 -2 5-1f)e) n=6; Pi=8; Ph=1, F=3 6 -2 8-1B处存在局部自由度，G或G'处存在 虚约束，n=9; Pi=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=70mm ,

2、AD=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。题解：(1)根据题意：AB为最短杆，且满足杆长之和条件，即：AB+ BC&CD+ AD ,得：AB<30mm, 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+ BC&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

3、，则有：AB+ BC>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：AB<BC+ CD+ AD=230 ,即 230>AB >110 综上所述，AB的取值范围为：AB C (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 mm , c

4、=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。) min = 41.65° ,108.63=41.65° ,71.37=41.65°omax = 90 -41.65=48.1max= 90 ° ; ornin = 02)k17.62° ; .行程速比系数 K= 1.213-5题3-5图所示的四杆机构中, 试求：各杆长度为 a=25 mm, b=90 mm , c=75 mm ,d=100若杆AB是机构的主动件, 若杆BC是机构的主动件, 若杆BC是机构的主动件,ADAB为机架，机构是什

5、么类型的机构? 为机架，机构是什么类型的机构?-曲柄摇杆机构-双曲柄机构-双摇杆机构CD为机架，机构是什么类型的机构?题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，并简述其理由;(2)当曲柄为主动件时，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8角；最小传动角

6、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处有回行程最小传动角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。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。(2)凸轮的基圆半径指理论廓线的最小向径：r0=40-25+10=25 m

7、m(3)从动件行程最大向径减去最小向径：h=40+25-15=50 mm。(4)压力角如图所示。4-9 一时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=10mm ,凸轮逆时针等速转动。凸轮转过 1400,从动件按简谐运动规律上升 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，并用图 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 600角 时从动件的位移和凸轮的压力角。

8、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-OA1所示；压力角如图a所(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：从动件与机架之间的夹角减小，角位移为：山 0- 一巾1;压力角如图a所小。Q)(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r mz/2 326/2 39mm基圆半径：rbrcos39 cos2036

9、.7mm齿顶圆半径ra r ha*m 39 1 3 42mm分度圆上渐开线齿廓的曲率半径2222,rrb中 3936.713.33mm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 角b 0。齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径 2；-2 2 一a、rarb寸 4236.720.5mm齿顶圆上渐开线齿廓h =2尸0 ； 压力的压力角rb arccosraarscos到 29.24425-3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 zi=20,齿数Z2=60求模数和分度圆直径。解:4句）由 2 可得模数242x160 .m=4m*/ + / 20 +60分度圆直径5-6试

10、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，分度圆齿厚金;则也相等。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zi=23, z2=98,试计算该对齿轮的螺旋角

11、、端面模数 分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径。解:螺旋角端面模数2a2 x2J0问:分度圆直径齿顶圆直径：齿根圆直径：co峭 cod<4.53班用 4x98们=4)4wfi cod4.33*= & + 2% =匕 D4 4 2 x4 = 103.04mm隔=4 +2 = «4 35+2x4= 412.95mm4=4 - 24=残Q4 - 3 xL办 = S;Ota6拉，小-物广404 Pj - 2 xl.25 x4 =删男血5-10试设计一对外啮合圆柱齿轮， 已知zi=21, z2=32, mn=2mm ,实际中心距为55mm,（1）该对齿轮能否采用标准直齿圆柱齿轮传

12、动？ （2）若采用标准斜齿圆柱齿轮传动来满足中心距要求，具分度圆螺旋角、分度圆直径di、d2和节圆直径di'、d2各为若解:1）不能。若采用标准直齿圆柱齿轮传动，其中心距 a m（44）53mm，与所给2实际中心距不相等。（2）斜齿轮中心距a mn（Z1 Z2）,所以 cosmz口 0,9636 故 15.49872 cos2a风/ cos/T - 4/ c qs14 J3 - 4.1 工用沈分度圆直径为：di mnZi/cos43.59mm , d2mnZ2 / cos66.42mm标准斜齿齿轮传动，未采用变位，其节圆与分度圆重合，故： a di, d2 d2第6章习题6-1在题6-

13、6图所示的轮系中，已知各轮齿数为：zi = 20, Z2 = 40, Z2 = 20, z3= 30, 4=20, Z4=32, z5=40,试求传动比 i15。i15Z2Z3Z4Z5ZiZ2Z3'Z4传动比ii6; (2)齿轮6的转速n6的大题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，ni= 405 r/min 。各轮齿数为:Zi = Z2 = 4 =20, z2=z3=z5=30, z4=z6=60,试求: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：Z2Z3-Z5 4Z2Z4Z6i1613.、Z1Z2 Z3Z4Z5Z1Z2Z4

14、(2) n6 n1 /i1630r / min6-9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,并指出提升重物时手柄的转向。解：此为定轴轮系，先判定方向，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。Il5Z2Z3Z4Z5Z1Z2 Z3Z4577.86-10题6-10图（a）、（b）分别为两个不同结构的,齿轮周转轮系，已知z1=20, z2=24, Z2 =30, z3=40, n1=200 r/m

15、in , n3=-100 r/min 。试求两轮系中行星架 H的转速nH的大小和方向。(a)(b)4H解：（a）尾与1.6 ,代入已知数据得： n3n3nHz1 Z2nH600r/min ；(b) inn1% nHZ2 Z3Z1 Z21.6 ,代入已知数据得：nH 15.4r/min o6-11在题6-11图所示的手动萌产中，A为手动链轮，B为起重链轮。已知z1=12, z2=28, Z2=14, z3=54,求传动比iAB。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i1H0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：

16、HH n_nnHZ2Z3Qi13H9%n3nHZ1Z2将 飞 0代入得：iAB = i1H =10。6-12在图6-12所示的电动三爪自定心卡盘传动轮系中，设已知各轮的齿数为z16z2 z2 25Z3 57z456 ,试求传动比'14 o解：该轮系为3K-H型周转轮系，固定系杆H,转化为定轴轮 系。i1H1-2-3-H 可得：1 i1H 1 女 10.5乙对 3-2-2'-4-H 可得:.H.Z2Z3111431 -z2z456所以轮1注：止i14 -i1H iH4 10.5 ( 56)5884 H 4与轮4转向相反。二题有多种解法，请思考。第8章习题8-1机械零件的主要失效形

17、式是什么？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同？8-3-4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, HT200 , QT500- 7,ZCuSn10P1 , ZCuAl10Fe3 。第9章习题9-1试计算M20、M20X1.5螺纹的开角，并通过计

18、算指出哪种螺纹的自锁性较好。解：由教材表9-1、表9-2查得M20,粗牙，螺距P 2.5mm,中径d2 18.376mmP arctan 螺纹开角d2M20 1.5,细牙，螺距 P+ P arctan2.5 arctan3.14 18.3761.5mm2.48螺纹开角d2arctan,中径d21.53.14 19.026d 1 0.026 19.026mm1.44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8 =;由轮毂宽度初估键的长度 L = 70 （510）=6065,由平键长度系

19、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）L =70-30 MPaC型键的工作长度l =Lb/2 = 63 8=55mm34T4 400 10p - 56MPa pdhl52 10 55则该平键挤压强度合格。其标记为：键 C 16X63 GB1096-2003如用a型平键：键的工作长度l =Lb=6316 = 47mm一一一34T 4 400 10p66MPap dhl 52 10 47则键挤压强度合格。其标记为：键 16X63 GB1096-2003如用B型平键：键的工作长度lL = 63mm4T 4 400 103p48MP

20、adhl 52 10 63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:(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

21、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)题 10-810-9 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：(D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：(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

22、与3成反力，图中简化 未标出。IIIII10-11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 R=10kW 转速ni=1450r/min , ni=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：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1

23、0-1 ： Hlim1 550620MPa （书上有误）；Hlim2 350 400 MPa查教材表 10-1 : ； FE1 410 480MPa ； fe2 280 340MPa查教材表10-3 :按一般可靠度，取Sh 1 ,Sf 1.25故：H1 3mL 胭 600MPaSh1H lim 2Sh380380MPaFE1F1 "sT4501.25360MPaFE1320F2SF1.25256MPa(2)按齿面接触疲劳强度设计，其设计公式:2 KT 1 u 1 Z eZ h Zd i 3 1duHmm其中：小齿轮转矩:6 P6 104T1 9.55 109.55 106.59 10

24、 N mmn11450传动比：i=n1/n2=1450/340=4.265初定齿轮精度为：8级；初取15载荷系数 查教材表10-4得K 1.21.6齿宽系数查教材表10-8,按对称布局，取d 0.81.4 齿数比u=4.265 ； Z .cos 0.983查表10-5：Ze 189母标准齿轮Zh=2.5 ;许用应力:H1 H2600 380 . ”H min ,1.23 H 2 min ,1.2322467MPa380代入设计公式则:42,3 21 .56.59104.2651189 .82.50.99245 cd 1.60 .61 .14.265467取中心距a (121 159.3; 圆整

25、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c cosZ2zZ2 2 a不口 i mnZi得:z1=23.4,取 z1=23，则 z2=98，则 i 实=98/23=4.26演算:实际的转速in, £23 ,.1450 仝 340.31r/min98340.31 340340100% 0.09% 3%,可行精确螺旋角arccosmn(Z1-z2) 19.032a,m1nzi2.5 23d1cos cos19.0360.82 d2 mz , cos2.5 98cos19.03259.18(3)验算其齿根弯曲疲劳强

26、度:小齿轮当量齿数Z1zv13cos23cos319.0327.22大齿轮当量齿数Zv2与 cos一H一116cos 19.03查教材表10-6得:YF 1Ys12.57;Yf 21.60;Ys 22.1671.8171.1 60.8266.9取 b1=75, b2=672KTM 工 1F1. 一bd1mn2 1.5 6.59 104 2.57 1.6067 60.82 2.579.8MPa F1YF 2Ys 2F2Yf Ys 1F1267 "17 79.8 76.4MPa22.57 1.60满足弯曲强度（4）精度验算：由表10-7、,dini60.82 1450V 4.6r / m

27、in 10.6r / min60 100060 1000则8级精度等级可用(5)计算主要几何尺寸：d1 史二 2.5 2360.82 d2 -mnz2-2.5 98259.18cos cos19.03, cos cos19.03da1 d1 2ha 60.82 2 2.5 65.82mmda2 d2 2ha 259.18 2 2.5 264.18mmd1 d2a 1 2(60.82 259.18)/2 160mm（6）结构设计：略第11章习题11-2 如题11-2图所示，蜗杆主动，Ti20N m , m 4mm , zi 2, d1 50mm,蜗轮齿数Z21 50 ,传动的效率0.75。试确定

28、：（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G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。11-4 图4的

29、转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向,向;(1)欲使R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 (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即蜗杆1所受的圆周力方向向左，2的转动方向知蜗轮2的圆周力方(由小端指向大端)，则蜗轮2所受的轴向力的方向应向右, 根据主反从同，则蜗杆1应为逆时针转动；又根据蜗轮 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 3 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

30、未标出，自己补上。!U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 d 25mm,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 d 45mm, 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d 35mm,接触角 15 ,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 d 45mm , 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 F1=1470 N, F2=2650 N,外加轴向力Fa=1000 N,轴颈d=40 mm, 转速n=5000 r/min ,常温下运转，有中等冲击，预期寿命 Lh=2000 h,试选择轴承型号。题1