《机械设计基础》杨晓兰版(机械工业出版社)课后习题内容

1、X第十三章习题册参考答案绪论0-1判断题(1)X( 2)0-2填空题(1)确定的相对0-3选择题(1) A (2) A(3 )X(2)机械(3) A(4)V(3)零件(4) A(5)V(4)构件(6 )X(7 )XF=3n 2p ph=3X 5 2X 7 0=1F=3n 2p ph=3X 3 2X 4 0=1F=3n 2p ph=3X 3 2X 4 0=1c)d)e) F=3n 2pi ph=3X 3 2 X 4 0=1 f ) F=3n 2pi ph=3X 3 2 X 4 0=1g) F=3n 2pi ph=3X 3 2 X 4 0=1 1-5 解：a)b)c)d)e)F=3n 2pi ph

2、=3X 4 2 X 4- 2=2f)g)h)i )j )0=11-6 解：a) 该构件组合为机构，因为该组合自由度F=3n 2pl ph=3X 4 2 X 5 1=10b) 该构件组合不是机构，因为该组合自由度F=3n 2pl ph=3 X 3 2 X 4 1=0、机构的自由度(1)X(2)V(3 )X(4 )：X(5)X(6)X(7)V(8)V(9)X(10 )V(11)V(12)X(13)X(14)X1-2填空题(1)运动副(2)独立(3)2(4)低(5)机构自由度(6)机架1-3选择题(1) A(2) A(3) A(4) A(5) A(6) A(7) A(8) A(9) A(10) A(

3、11) A(12) A(13) A1-4 解：a) F=3n 2pph=3X 3 2X 4 0=11-1判断题b)F=3n 2pl ph =3 X 5 2X 7 0=1滚子中心存在局部自由度，F=3n 2pl ph=3X 8 2X 11 1=1E 处存在复合铰链，F=3n 2pl ph=3 X 5 2 X 6 1=2F=3n 2pl ph=3X 6 2 X 8 1=1滚子中心存在局部自由度，两移动副处之一为虚约束，三根杆以转动副相连处存在复合铰链F=3n 2pl ph=3X 9 2X 12 2=1齿轮、杆和机架以转动副相连处存在复合铰链，F=3n 2pl ph=3 X 3 2 X 3 0=3滚

4、子中心存在局部自由度，F=3n 2pl ph=3X 3 2X 3 2=1中间三根杆以转动副相连处存在复合铰链，=3n 2pl Ph=3X 7 2X 10 0=1左边部分全为虚约束，三根杆以转动副相连处存在复合铰链，F=3n 2pl ph=3X 5 2X 7c) 该构件组合不是机构，因为该组合自由度d) 该构件组合为机构，因为该组合自由度F=3n 2pi ph=3X 4 2X 6- 0=0F=3n 2pi- ph=3X 3 2 x 4 0=10、平面连杆机构(1) x(2 ) x(3) V(4):X(5) V(6) x(7) V(8) V(9) V(10) x(11)x(12 ) V(13 )

5、x(14 ) x(15 ) V(16 ) x(17) x(18)V(19 ) x(20) V(21) x(22 ) x(23 ) x(24) x(25)V2-2填空题(1)低(2)转动(3) 3(4)连杆,连架杆(5)曲柄，摇杆(6 )最短(7)曲柄摇杆(8)摇杆,连杆(9 )2 (10)(11)运动不确定(12)非工作时间(13 )惯性(14 )大(15 )中的摆动导杆机构有，中的转动导杆机构无(16 )机架(17 )曲柄(18 )曲柄滑块(19 )双摇杆(20)双曲柄机构(21)无，有2-3选择题(1) A(2 ) C(3 ) B(4 ) A(5 ) B(6) B(7) A(8) C(9

6、) A(10) A(11) A(12) C(13 ) C(14) A(15 ) A(16 ) A(17) A(18 ) A(19) A(20 ) A(21) A2-1判断题满足杆长条件,并以最短杆为机架2-4 解：双曲柄机构，因为 曲柄摇杆机构，因为 双摇杆机构，因为 双摇杆机构，因为40+11070+90,30+13060+70，不满足杆长条件，无论以哪杆为机架都是双摇杆机构50+120=80+90，满足杆长条件，并以最短杆的对边为机架a)b)c)d)2-5 解：(1) 由该机构各杆长度可得l AB+ l BCV 1cd+ l AD,由此可知满足杆长条件，当以AB杆或AB杆的邻边为机架时该机

7、构有曲柄存在(2) 以IbC或IaD杆成为机架即为曲柄摇杆机构，以IaB杆成为机架即为双曲柄机构，以IcD杆成为机架即为双摇杆机构2-6 解：(1) 曲柄摇杆机构由题意知连架杆 CD杆不是最短杆，要为曲柄摇杆机构，连架杆AB杆应为最短杆(0IabW 300 mm 且应满足杆长条件l ab+I bc I cd+I ad,由此可得01 abW 150mm(2) 双摇杆机构由题意知机架 AD杆不是最短杆的对边，要为双摇杆机构应不满足杆长条件 AB杆为最短杆(0|cd+| ad,由此可得150mmABIcd+Iab,由此可得300口用 l AE450mm AB杆为最长杆(500mnW lAE：1150

8、mm 时，I ab+I aaIcD+lbc,由此可得550mmAB1150mm由此可知：150mmAB450 mm, 550mmAB1150 mm(3) 双曲柄机构要为双曲柄机构，AD杆必须为最短杆且应满足杆长条件AB, AB杆为中间杆(300mnW | abW 500mm 时，I ad+I bcW | cd+ I ab,由此可得 450mnW | abW 500mm AB杆为最长杆(500mnW l AB5-5 解：该螺栓连接为受横向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为:5.2FaTn2TFaF。CFr，查教材表5-2可知，M16的螺栓的小径d1=13.835mm取C=1.2，则: zmf2

9、2Lzmfn1 (T 4 2 0.15 3.14 13.8352 160 “Fr 18.49kN5.2C5.2 1.2答：该螺栓组能承受的横向载荷应不大于18.49kN。nl1Fq22000n 4各螺栓所受残余预紧力Fr=0.6 Fe,各螺栓所受总轴向拉力各螺栓所受轴向工作载荷Fe5500NFa=FE+FR=1.6 Fe =1.6 X 5500=8800N5-6 解： 该螺栓连接为受轴向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为:拉杆材料为Q235,其c 235MPa，取安全系数S=1.5，则：c 空 156 67MPa S 1.5l5.2Fa则：d1 茂9.64mm查教材表5-2可知，选小径 d1=

10、10.106mm,公称直径d=12mm的粗牙普通螺纹。 答：所求螺栓直径为 M12o5.2F5-7 解：该螺栓连接为受横向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为:材料为35钢，其c315MPa，取安全系数S=1.5，则:(7csS315 210MPa1.5查教材表5-2可知,M16的螺栓的小径 di=13.835mm。则:Fa F0 CFy， Frzmfzmfnd2 c 4 2 0.15 3.14 13.8352 52C5.2 1.221024.27kN答：允许承受的最大载荷不大于5-8* 解:(1) 确定螺杆的直径24.27kN。该螺栓连接为受轴向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为:5.2Fa绻

11、n2(7Fa=W=20kN材料为45钢，其os355MPa，该连接不需严格控制预紧力,取安全系数S=4,则:c 355 88.75MPaS 4d1亦 P2 20 1000 19.32mmV 3.14 88.75查教材表5-2可知，选小径 d1=20.752mm 公称直径d=24mm的粗牙普通螺纹。(2)确定扳手手柄的最小长度查教材表5-2可知公称直径 d=24mn粗牙普通螺纹中径 d2=22.051mm,贝9：Fa20丝塑1102.55mm,取 L=1103mmL二F200答：(1)螺杆直径为 M24 (2)扳手手柄的最小长度为 1103mm5-9 解：(1) 校核螺栓的剪切和挤压强度该螺栓连

12、接为受横向工作载荷的铰制孔螺栓连接：剪切强度条件为:4FT 2mnloT ;挤压强度条件为:FZPd0查教材表5-3 可知：8.8 级的螺栓的 o bp=800Mpa o s=640Mpa 查教材表 5-4 可知：s t =2.5 , Sp=2.5则：TosST640 256MPa ；oSp800 320MPa2.5T4r4F肌 2423N4 2423mnTM 仃 7.72MPa所用螺栓满足剪切和挤压强度要求256MPa ； o F24235.27MP a5-11* 解：di=8.376mm 公称直径d=10mm的粗牙普通螺纹。该螺栓连接为受横向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为:5.2Fa(

13、T受力分析如图所示7p-1%将外载荷P向螺栓组中心简化得螺栓组所受的转矩横向载荷 P= 10000N ;转矩T =10000300 = 3000000 N由于横向载荷作用每个螺栓受到的横向力FpiT和横向载荷P-mm方向如图所示P 10000Fp4 2500N44Fp2 FP3由于转矩作用每个螺栓受到的横向力FT1FT2由图可知，螺栓1、2所受的横向力相等，螺栓 向力最大，其值为4r 4 鴛；52 7071N3、4所受的横向力相等，且螺栓 1、2所受的横FT3FT4F1 后Ft； 2Fp1Ft1COs135 5002 70712 2 2500 7071 cos135=9013.8NE 取 2,

14、则：Fa 秤67603-5NTt(Td1匡戸曇30.54mm Y n T V 3.14 120公称直径d=36mm勺粗牙普通螺纹。 可选M36的螺栓。查设计手册可知，可选小径 d1=31.67mm, 答：该螺栓组螺栓的小径须大于 30.54 ,5-12* 解：(略)5-13 解：(1)确定螺柱直径该螺栓连接为受轴向工作载荷的紧螺栓连接,其强度条件为:5.2FaT d T2 2 n3D3.14 3 1604z取残余预紧力Fr=1.6Fe，则各螺栓所受总轴向拉力每个螺栓平均承受的轴向工作载荷:Fe4 8Fa=FE+FR=2.67536NFe =2.6X 7536=19593.6N5.8级螺栓的os

15、400MPa ,按控制预紧力取安全系数 S=1.5 ,s 譽 266.67MPa则：d1 nT戶 19593.6 11.03mm3.14 266.67查教材表5-2可知，可选小径 di=13.835mm,公称直径d=16mm的粗牙普通螺纹。(2) 确定螺柱分布直径取螺柱间距为 5d,则 Do 5zd 5 8 16 203 82mm，取 D=200mm n 3.14答：连接螺栓直径可选M16的粗牙普通螺纹，分布直径为200mm5-14 解：(1) 平键类型和尺寸选择安装齿轮处的键：选 A型平键，根据轴径和轴头长度，从设计手册中查得键的尺寸h = 14mm, L =80mm键的标记为：键安装联轴器

16、处的键：选 A型平键，h = 12mm, L =100mm 键的标记为：键(2) 平键连接强度的校核25 X 80 GB/T 1096 2003。根据轴径和轴头长度，从设计手册中查得键的尺寸20 X 100 GB/T 10962003。安装齿轮处平键强度校核:4T4 800而 90 14_80 2546.18 MPa 100120安装联轴器处平键强度校核:4 800b = 25mm,MPab = 20mm4Tdh!70 12100 2047.62MPa 50 60 MPa所选择的平键满足强度要求 答：所选择的平键满足强度要求5-15 解：从设计手册中查得键的尺寸b = 22mm h = 14m

17、m L=100mm(1) 平键类型和尺寸选择 选A型平键，根据轴径和轴头长度，此键的标记为：键 22 X 100 GB/T 1096 2003。(2) 传递的最大扭矩查教材表 5-7 得(7p =(100 - 120 ) Mpa 取bp =120MpaT -dhl 空 80 14100 222620.8 N m44答：能传递的最大扭矩不大于2620.8N 5-16 解：(1) 平键类型和尺寸选择选A型平键，根据轴径和轴头长度， 从设计手册中查得键的尺寸b = 25mm h = 14mm L = 90mm此键的标记为：键 25 X 90 GB/T 1096 2003。(2) 平键连接强度的校核4

18、8.84MPa 100 120 MPa4T4 10007 dhl 90 1490 25所选择的平键满足强度要求 答：所选择的平键为键25X 90 GB/T 10962003。经验算该键满足强度要求。六、带传动和链传动6-1判断题(1)X(2)X(3 )V(4 )V(5)X(6)X(7)X(8)V(9)X(10 )X(11)V(12)X(13)V(14)V(15)X(16)X(17 )X(18)X(19)X(20)X(21)V(22)X(23)X(24 )V(25)X6-2填空题(I) 中心角，120 (4)初拉力，摩擦系数,(8)带的基准长度(II)(15)(19)(24)(27)(28)(3

19、1)(32)传动比(12)弹性滑动，打滑主(20)小绳芯(2)两侧，40小轮包角(5)越大(9)平行，对称平面应在同一平面(13)摩擦力(17) 10(22)型号张紧轮(16)打滑(21) 4(25)平均，瞬时(3)梯形，7, Y(6) 525(7)(10)小(14)可以(18) 外(23)主(26)链轮的多边效应不能保持恒定的瞬时传动比；传动平稳性差；工作时有噪音等 偶，奇制造精度的影响，大，跳齿(29 )疲劳破坏，胶合 致使各排链的载荷分布不均 (33)少，冲击，动载荷(30)外链板与销轴6-3选择题(1) C(2) B(3) B(4) A(5) A(6) A(7) C(8) A(9) B

20、(10) B(11) A(12) A(13) C(14) A(15) C(16) A(17) A(18) C(19) A(20) D(21) D(22) A(23) A(24) B(25) A(26) A(27) A(28) A(29) D(30) B(31) B(32) A(33) B(34) A(35) B(36) A(37) B(38) C6-4 解：(1 )小轮包角180 dd2 dd1g 180a(2)带的几何长度57.3180400700015057.3165.7dd2)24aLd 2a n(dd1 dd2)查教材表6-3可知，选带的基准长度(3) 不考虑带传动的弹性滑动时大带轮转

21、速n1 dd2n 1dd1 1460 150 一丁 =,.i 一 ，n2 547.5r /minn2dd 1dd2(4) 滑动率 =0.0151000 上 1502Ld=2800mm400(400150)24 10002879.6mmniin2dd2dd1 1n2400时大带轮的实际转速n1dd1 11460 1501dd20.015400539.3r/min答：1)不考虑带传动的弹性滑动时大带轮转速6-5 解：(1) 确定带的基准长度Ld2Iccn3* (dd1 dd2)Ld0 2a0 (dd1 dd2)24a0查教材表6-3可知，选带的基准长度(2) 确定实际中心距 a小轮包角为165.7

22、 ; 2)带的几何长度为 2879.6mm,应选带的基准长度 2800mm 3)547.5r/min ; 4)大带轮的实际转速 539.3r/min 。n2 500 丄 1122Ld=1600mm Ld Ld0a a0500 1600 1534.1532.95mm2224(224 112)1534.1mm4 5002取实际中心距 a=530mm(3) 计算所需带的根数 zPc Ka P 1.1 4 4.4kW57.3167.9“c 224 112 urc “c 400 150 a 180 57.31805301000得 Po= 0.168kW;查教材表6-7得 匕=0.974 ;查教查教材表6

23、-5得F0= 1.60kW;查教材表 6-6 材表 6-3 , Kl=0.99，则：4.4z (F0APJKJKl1.60 0.1680.974 0.99取z=3根答：6-62.581）带的基准长度 Ld=1600mm 2）实际中心距 a=530mm 解：3）所需带的根数为 3根。Ldo2ao2(dd12d、(dd1 dd2)dd2)4a02 450 上 100 31522(315 100)1577.6mm4 450查教材表6-3可知，选带的基准长度Ld=1600mm461.2mmc 1600 1577.6450 -2取实际中心距 a=460mm224 112a 180 57.3530查教材表

24、 6-5得F0= 1.306kW;查教材表6-6得 P0= 0.168kW;查教材表6-7得Ka =0.93 ;查教 材表6-3 , 30.99，查教材表6-8取工作情况系数 KA=1.2KaPcA 2(P,&0)KJl2侃 夕0)KJ120,合适。(6) 确定带的根数查教材表 6-5得1.91kW;查教材表 6-6得 Pb= 0.168kW;查教材表6-7得K. =0.954 ;查教材表 6-3 , Kl=0.99，则：Pc8.25z 4.2(RzPojK 水L1.91 0.168 0.954 0.99取z=5根(7) 计算单根V带的预紧力查教材表 6-1得q=0.1kg/m，则：500 2

25、.5 K a PC2 500 2.5 0.954 8.25qvK aZV(8) 计算带轮轴上的压力F。0.954 5 9.4220.1 9.42150.8NFq 2zF0sina 2 5 150.82(9)带轮结构设计(略)6-8 解：(1 )求链节数由教材表6-9查得链节距sin 161邑 1488N2p=15.875mmLp0畤Z1Z2pZ22a0Zi2n2 73015.87519 61215.8757302g 132.942 nLp=132取链节数(2)求链所能传动的最大功率P KzKmP)Ka由教材图6-25查得F)=10kWKzKmP。Ka1)链节数解：答:6-960 1000n1Z

26、1P查表6-11得Ka=1.0，查表1 1 1010kW1Lp =132; 2)链所能传动的最大功率v 60 1000 6994.6r/min19 19.05由教材表6-9查得链节距为p=19.05mm的链号为由n1=996.4r/min、链号12A查教材图6-25可得6-10 解：6-12得Kz=1.0，单排链取 K=1,则:P=10kW12AF0=20kW由教材表6-9查得满足极限载荷 Q= 50kN的链号为16A,链节距为p=25.4mmKzKmP)P Ka根据（2） 由表v60 1000 60 1000答：由链号10A，v=4.76m/s，查图6-26，可选择油浴或飞溅润滑。6-12（

27、1）（2）（3）（4）小带轮上的总摩擦力相应地小于大带轮上的总摩擦力，故打滑首先出现在小带轮处3.14 100 1460 7.64m/s,带速在 525m/s 范围内，nddim(5) v60 1000带速合适由教材图6-25查得F0=40kW 查表6-12得Kz=1.1，单排链取 K=1，则：P KzKmF0 1.1 1 40 36.67kWKa1.2答：链能传递的功率为36.67kWo6-11 解：（1 ）选择链号由传动比i = 3查教材表 6-10 取乙=25，则Z2=iz1=3X 25=75查表6-11取K=1.2，查表6-12取Kz=0.74，单排链取 K=1,由式（6-22b ）得

28、 F0 竺沁 8.92kWKzKm0.74 1Po=8.92kW和ni =720r/min 查教材图6-25可选链号10A确定润滑方式6-9查得链节距P=15.875mmWPrn25 15.875 720,H 1 4.76m/s解：两轮的合理转向如图所示两轮的包角如图所示V带与带轮接触处的弯曲应力分布如图所示，bb1bb2载荷过大时，打滑首先出现在小带轮处。由于小带轮上的包角小于大带轮上的包角，因此6-13 解：图a、b、c所示的链传动布置中链轮均按逆时针旋转20(2)七、齿轮传动(1)v(2)X(3 )X(4 )V(5)X(6)X(7)X(8)V(9)X(10 )V(11)V(12)V(13

29、)V(14)V(15)X(16)X(17 )X(18)V(19)X(20)X(21)X(22)X(23)X(24 )X(25)X(26)X(27)V(28)X(29)X(30)V(31 )X(32)V(33)X(34)X(35)X7-1判断题基圆恒定，不变7-2填空题（1）基圆，(6)1，实际啮合线段/基圆齿距(8 )两轮的模数相等、压力角相等、螺旋角大小相等方向相反(5)两轮的模数相等、压力角相等(7)轴向力，825(9)右，1430，3mm(10)相切，相割，相离(11)正，弯曲(12) 17(13)少，小(14) 350HBS齿面点蚀(15)轮齿折断(16)高(2050) HBS (51

30、0) mm(17)齿面磨损(18)硬度(19)相反，相同(20)相同，不同(21)多(22)1.5(23) 2040(24)少，大，弯曲(25)浸油(26)10(27)直径大小(28) 500(29)铸造(30)同时参加啮合的齿对数7-3选择题(1) B(2) C(3) A(4) C(5) B(6) B(7) C(8) B(9) C(10) D(11) D(12) D(13) A(14) D(15) B(16) D(17) A(18) C(19) A(20) C(21) A-4解：(1)啮合线NNb如图所示；(2)节点P如图所示；(3)两轮的节圆如图所示IFOi7-5 解:分度圆直径:dimz

31、i2.5 20 50mm,d2 mz22.5 40100mm齿顶圆直径:da1(Zi2ha)m (2021) 2.555mm齿根圆直径:da2(Z22ha)m (402 1) 2.5105mmdf1(Z12ha 2c )m(20 2 12 0.25) 2.543.75mm标准中心距:df 2(Z22 ha2c)m (402 1 2 0.25) 2.593.75mmdb1d1 cos50cos20o46.985mmdb2d2 cos100cos20o93.969mma d250100 ZC基圆直径:2答：两轮的分度圆直径分别为250mm 100mm两轮的齿顶圆直径分别为55mm 105mm两轮的

32、齿根圆直径分别为 43.75mm 93.75mm,两轮的基圆直径分别为46.985mm 93.969mm,标准中心距为75mm7-6 解:模数：m2a分度圆直径:齿顶圆直径:齿根圆直径:Z1Z22040dida1da2dfidf2mz,(Z1(Z2(Zi(Z24 202ha )m2ha)m80mm ， d2 mz24 40160mm(20 2 1) 4 88mm(402 1) 4168mm2ha 2c )m2ha 2c )m答：两轮的模数为168mm两轮的齿根圆直径分别为7-7 解：（1）查表(20 2(402 14mm两轮的分度圆直径分别为70mm 150mm验算齿面接触疲劳强度7 7 2K

33、T1 u 1ZeZh厂 HY bd1u7-6取载荷系数K=1.2，查表7-7取弹性系数12 0.25) 4 70mm2 0.25) 4150mm80mm 160mm两轮的齿顶圆直径分别为88mm1/2Ze=188.9 MPau至z17525b275mm， d1 mz1325 75mmT19.55 1069.55H limst查表7-8 取 SHn1查表7-4取1.1，HZeZh 卄满足齿面接触强度要求。（2）验算齿根弯曲强度2KTYFaYSabm2查图106 盒 39791.67NmmHlim1HlimSh188.97-26 得 YFa1=2.72、YFa2=2.25，580MPa、 Hlim2 300MPa ， Hlim Hlim2300MPa300272.73MPac L /2 1.2 39791.67275 75查图 7-27 得 YSa1=1.59、Ysa2=1.76FE，查表 7-4 取 fe1 450MPa、 fe2 230MPa，查表 7-8 取 Sf 1.25SfF1FE1 450sT莎360MPa , f2竺空184M PaSf 1.25F12KTYFaXa1bm2z12 1.2 39791.67 2.72 1.5975 32 2524.48M Pav f1F224.48逻竺=22.42M Pa2.72 1.59F2满足齿根弯曲强度要求。答：齿面接触强