机械设计基础课后习题

机械设计基础（第五版）课后习题答案(完满版)高等教育初版社杨可桢、程光蕴、李仲生主编1-1至1-4解机构运动简图以以下图所示。图题1-1解图图题1-2解图图题1-3解图图题1-4解图1-5解1-6解1-7解1-8解1-9解1-10解1-11解1-12解1-13解该导杆机构的全部瞬心以以下图，构件1、3的角速比为：1-14解该正切机构的全部瞬心以以下图，构件3的速度为：，方向垂直向上。1-15解要求轮1与轮2的角速度之比，第一确定轮1、轮2和机架4三个构件的三个瞬心，即，和，以以下图。则：，轮2与轮1的转向相反。1-16解（1）图a中的构件组合的自由度为：自由度为零，为一刚性桁架，所以构件之间不能够产生相对运动。（2）图b中的CD杆是虚拘束，去掉与否不影响机构的运动。故图b中机构的自由度为：所以构件之间能产生相对运动。题2-1答:a），且最短杆为机架，所以是双曲柄机构。b），且最短杆的邻边为机架，所以是曲柄摇杆机构。c），不满足杆长条件，所以是双摇杆机构。d），且最短杆的对边为机架，所以是双摇杆机构。题2-2解:要想成为转动导杆机构，则要求与均为周转副。（1）当为周转副时，要求能经过两次与机架共线的地址。见图2-15中地址和。在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）；在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）。综合这二者，要求即可。（2）当为周转副时，要求能经过两次与机架共线的地址。见图2-15中地址和。在地址时，从线段来看，要能绕过点要求：（极限情况取等号）；在地址时，由于导杆是无量长的，故没有过多条件限制。3）综合（1）、（2）两点可知，图示偏置导杆机组成为转动导杆机构的条件是：题2-3见图。图题2-4解:（1）由公式，并带入已知数据列方程有：所以空回行程所需时间；2）由于曲柄空回行程用时，转过的角度为，所以其转速为：转/分钟题2-5解:（1）由题意踏板在水平川址上下摇动，就是曲柄摇杆机构中摇杆的极限地址，此时曲柄与连杆处于两次共线地址。取合适比率图尺，作出两次极限地址和（见图）。由图量得：，。解得：由已知和上步求解可知：，，，（2）因最小传动角位于曲柄与机架两次共线地址，所以取和代入公式（2-3）计算可得：或：代入公式（2-3）′，可知题2-6解：由于本题属于设计题，只要步骤正确，答案不唯一。这里给出基本的作图步骤，不给出详尽数值答案。作图步骤以下（见图）：1）求，；并确定比率尺。2）作，。（即摇杆的两极限地址）3）认为底作直角三角形，，。4）作的外接圆，在圆上取点即可。在图上量取，和机架长度。则曲柄长度，摇杆长度。在获取详尽各杆数据此后，代入公式（2—3）和（2-3）′求最小传动角，能满足即可。图题2-7图解:作图步骤以下（见图）：（1）求，；并确定比率尺。（2）作，顶角，。（3）作的外接圆，则圆周上任一点都可能成为曲柄中心。4）作一水平线，于相距，交圆周于点。5）由图量得，。解得：曲柄长度：连杆长度：题2-8解:见图，作图步骤以下：（1）。（2）取，选定，作和，。（3）定另一机架地址：角均分线，。（4），。杆即是曲柄，由图量得曲柄长度：题2-9解：见图，作图步骤以下：（1）求，，由此可知该机构没有急回特点。（2）选定比率尺，作，。（即摇杆的两极限地址）（3）做，与交于点。（4）在图上量取，和机架长度。曲柄长度：连杆长度：题2-10解:见图。这是已知两个活动铰链两对地址设计四杆机构，能够用圆心法。连接，，作图的中垂线与交于点。尔后连接，，作的中垂线与交于点。图中画出了一个地址。从图中量取各杆的长度，获取：，，题2-11解:（1）认为中心，设连架杆长度为，依照作出，，。2）取连杆长度，以，，为圆心，作弧。3）另作以点为中心，、，的另一连架杆的几个地址，并作出不相同半径的好多同心圆弧。4）进行试凑，最后获取结果以下：，，，。机构运动简图如图。题2-12解:将已知条件代入公式（2-10）可获取方程组：联立求解获取：，，。将该解代入公式（2-8）求解获取：，，，。又由于实质，所以每个杆件应放大的比率尺为：，故每个杆件的实质长度是：，，，。题2-13证明:见图。在上任取一点，下边求证点的运动轨迹为一椭圆。见图可知点将分为两部分，其中，。又由图可知，，二式平方相加得可见点的运动轨迹为一椭圆。3-1解图题3-1解图如下图，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过凸轮与从动件在B点接触时，导路的方向线。推程运动角3-2解

B点作偏距圆的下切线，此线为以以下图。图题3-2解图如下图，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过D点作偏距圆的下切线，此线为凸轮与从动件在D点接触时，导路的方向线。凸轮与从动件在D点接触时的压力角以以下图。3-3解：从动件在推程及回程段运动规律的位移、速度以及加快度方程分别为：（1）推程：（2）回程：等加快段

0°≤≤

150°0°≤≤60

°等减速段60°≤≤120°为了计算从动件速度和加快度，设。计算各分点的位移、速度以及加快度值以下：总转角0°15°30°45°60°75°90°105°位移(mm)015速度0(mm/s)加快度（mm/s02）总转角120°135°150°165°180°195°210°225°位移(mm)303030速度000-25-50-75(mm/s)加快度（mm/s02）总转角240°255°270°285°300°315°330°345°位移(mm)150000速度-100-75-50-250000(mm/s)加快度（mm/s0002）依照上表作图以下（注：为了图形大小协调，将位移曲线沿纵轴放大了5倍。）：图3-13题3-3解图3-4解：图3-14题3-4图依照3-3题解作图如图3-15所示。依照式可知，取最大，同时s2取最小时，凸轮机构的压力角最大。从图3-15可知，这点可能在推程段的开始处或在推程的中点处。由图量得在推程的开始处凸轮机构的压力角最大，此时＜[]=30°。图3-15题3-4解图3-5解：（1）计算从动件的位移并对凸轮转角求导当凸轮转角在0≤≤过程中，从动件按简谐运动规律上升h=30mm。依照教材(3-7)式可得：0≤≤0≤≤当凸轮转角在≤≤过程中，从动件远休。S2=50≤≤≤≤当凸轮转角在≤≤过程中，从动件按等加快度运动规律下降到升程的一半。依照教材(3-5)式可得：≤≤≤≤当凸轮转角在≤≤过程中，从动件按等减速度运动规律下降到初步地址。根据教材(3-6)式可得：≤≤≤≤当凸轮转角S2=50

在≤≤过程中，从动件近休。≤≤≤≤（2）计算凸轮的理论轮廓和实质轮廓本题的计算简图及坐标系如图3-16

所示，由图可知，凸轮理论轮廓上

B点(即滚子中心

)的直角坐标为图3-16式中。由图3-16可知，凸轮实质轮廓的方程即B′点的坐标方程式为由于所以故由上述公式可得理论轮廓曲线和实质轮廓的直角坐标，计算结果以下表，凸轮廓线如图3-17所示。x′y′x′y′0°180°10°190°20°200°30°210°40°220°50°230°60°240°70°250°80°260°90°270°100°280°110°290°120°300°130°310°140°320°150°330°160°340°170°350°180°360°图3-17题3-5解图3-6解：图3-18题3-6图从动件在推程及回程段运动规律的角位移方程为：1.推程：0°≤≤150°2.回程：0°≤≤120°计算各分点的位移值以下：总转角153045607590105（°）0角位移（°）0总转角135150165180195210225（°）120角位移151515（°）总转角255270285300315330345（°）240角位移0000（°）依照上表作图以下：图3-19题3-6解图3-7解：从动件在推程及回程段运动规律的位移方程为：1.推程：0°≤≤120°2.回程：0°≤≤120°计算各分点的位移值以下：总转角153045607590105（°）0位移（mm）010总转角135150165180195210225（°）120位移（mm）20202010总转角255270285300315330345（°）240位移（mm）000000图3-20题3-7解图课后习题详解4-1解分度圆直径齿顶高齿根高顶隙中心距齿顶圆直径齿根圆直径基圆直径齿距齿厚、齿槽宽4-2解由可得模数分度圆直径4-3解由得4-4解分度圆半径分度圆上渐开线齿廓的曲率半径分度圆上渐开线齿廓的压力角基圆半径基圆上渐开线齿廓的曲率半径为0；压力角为。齿顶圆半径齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径齿顶圆上渐开线齿廓的压力角4-5解正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿根圆直径：基圆直径假设章解得故当齿数时，正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆大于齿根圆；齿数，基圆小于齿根圆。4-6解中心距内齿轮分度圆直径内齿轮齿顶圆直径内齿轮齿根圆直径4-7证明用齿条刀具加工标准渐开线直齿圆柱齿轮，不发生根切的临界地址是极限点正幸好刀具的顶线上。此时有关系：正常齿制标准齿轮、，代入上式短齿制标准齿轮、，代入上式图题4-7解图4-8证明以以下图，、两点为卡脚与渐开线齿廓的切点，则线段即为渐开线的法线。依照渐开线的特点：渐开线的法线必与基圆相切，切点为。再依照渐开线的特点：发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚过的弧长，可知：AC对于任一渐开线齿轮，基圆齿厚与基圆齿距均为定值，卡尺的地址不影响测量结果。图题4-8图图题4-8解图4-9解模数相等、压力角相等的两个齿轮，分度圆齿厚相等。但是齿数多的齿轮分度圆直径大，所以基圆直径就大。依照渐开线的性质，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。所以，齿数多的齿轮与齿数少的齿轮对照，齿顶圆齿厚和齿根圆齿厚均为大值。4-10解切制变位齿轮与切制标准齿轮用同一把刀具，可是刀具的地址不相同。所以，它们的模数、压力角、齿距均分别与刀具相同，从而变位齿轮与标准齿轮的分度圆直径和基圆直径也相同。故参数、、不变。变位齿轮分度圆不变，但正变位齿轮的齿顶圆和齿根圆增大，且齿厚增大、齿槽宽变窄。所以、变大，变小。啮合角与节圆直径是一对齿轮啮合传动的范围。4-11解因螺旋角端面模数

、、端面压力角当量齿数分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径4-12解（1）若采用标准直齿圆柱齿轮，则标准中心距应说明采用标准直齿圆柱齿轮传动时，实质中心距大于标准中心距，齿轮传动有齿侧缝隙，传动不连续、传动精度低，产生振动和噪声。（2）采用标准斜齿圆柱齿轮传动时，因螺旋角分度圆直径节圆与分度圆重合，4-13解4-14解分度圆锥角分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径外锥距齿顶角、齿根角顶锥角根锥角当量齿数4-15答：一对直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角必定分别相等，即、。一对斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角分别相等，螺旋角大小相等、方向相反（外啮合），即、、。一对直齿圆锥齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的大端模数和压力角分别相等，即

、。5-1解：蜗轮2和蜗轮3的转向如图粗箭头所示，即和。图图5-2解：这是一个定轴轮系，依题意有：齿条6的线速度和齿轮5′分度圆上的线速度相等；而齿轮5′的转速和齿轮5的转速相等，因此有：经过箭头法判断获取齿轮5′的转向顺时针，齿条6方向水平向右。5-3解：秒针到分针的传达路线为：6→5→4→3，齿轮3上带着分针，齿轮6上带着秒针，所以有：。分针到时针的传达路线为：9→10→11→12，齿轮9上带着分针，齿轮12上带着时针，所以有：。图图5-4解：从图上解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：∵∴∴当手柄转过，即时，转盘转过的角度，方向与手柄方向相同。5-5解：这是一个周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2、2′为行星轮，构件为行星架。则有：∵，∴∴传动比为10，构件与的转向相同。图图5-6解：这是一个周转轮系，其中齿轮1为中心轮，齿轮2为行星轮，构件为行星架。则有：∵，，∵∴∴5-7解：这是由四组完满相同的周转轮系组成的轮系，所以只要要计算一组即可。取其中一组作分析，齿轮4、3为中心轮，齿轮2为行星轮，构件1为行星架。这里行星轮2是惰轮，所以它的齿数与传动比大小没关，能够自由采用。（1）由图知（2）又挖叉固定在齿轮上，要使其向来保持必然的方向应有：（3）联立（1）、（2）、（3）式得：图图5-8解：这是一个周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2、2′为行星轮，为行星架。∵，∴∴与方向相同5-9解：这是一个周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2、2′为行星轮，为行星架。∵设齿轮1方向为正，则，∴∴与方向相同图图5-10解：这是一个混杂轮系。其中齿轮1、2、2′3、组成周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2、2′为行星轮，为行星架。而齿轮4和行星架组成定轴轮系。在周转轮系中：（1）在定轴轮系中：（2）又由于：（3）联立（1）、（2）、（3）式可得：5-11解：这是一个混杂轮系。其中齿轮4、5、6、7和由齿轮3引出的杆件组成周转轮系，其中齿轮4、7为中心轮，齿轮5、6为行星轮，齿轮3引出的杆件为行星架。而齿轮1、2、3组成定轴轮系。在周转轮系中：（1）在定轴轮系中：（2）又由于：，联立（1）、（2）、（3）式可得：（1）当，时，，的转向与齿轮1和4的转向相同。2）当时，3）当，时，，的转向与齿轮1和4的转向相反。图图5-12解：这是一个混杂轮系。其中齿轮4、5、6和构件组成周转轮系，其中齿轮4、6为中心轮，齿轮5为行星轮，是行星架。齿轮1、2、3组成定轴轮系。在周转轮系中：（1）在定轴轮系中：（2）又由于：，（3）联立（1）、（2）、（3）式可得：即齿轮1和构件的转向相反。5-13解：这是一个混杂轮系。齿轮1、2、3、4组成周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2为行星轮，齿轮4是行星架。齿轮4、5组成定轴轮系。在周转轮系中：，∴（1）在图中，当车身绕瞬时辗转中心转动时，左右两轮走过的弧长与它们至点的距离成正比，即：（2）联立（1）、（2）两式获取：，（3）在定轴轮系中：则当：时，代入（3）式，可知汽车左右轮子的速度分别为，5-14解：这是一个混杂轮系。齿轮3、4、4′、5和行星架组成周转轮系，其中齿轮3、5为中心轮，齿轮4、4′为行星轮。齿轮1、2组成定轴轮系。在周转轮系中：（1）在定轴轮系中：（2）又由于：，，（3）依题意，指针转一圈即（4）此时轮子走了一公里，即（5）联立（1）、（2）、（3）、（4）、（5）可求得5-15

解：这个起重机系统能够分解为

图3个轮系：由齿轮

图3′、4组成的定轴轮系；由蜗轮蜗杆

1′和

5组成的定轴轮系；以及由齿轮1、2、2′、3和构件组成的周转轮系，其中齿轮轮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，所以蜗轮也不动，即（1）在周转轮系中：（2）在定轴齿轮轮系中：（3）

1、3是中心轮，齿又由于：，，（4）联立式（1）、（2）、（3）、（4）可解得：。当慢速吊重时，电机刹住，即，此时是平面定轴轮系，故有：5-16解：由几何关系有：又由于相啮合的齿轮模数要相等，所以有上式能够获取：故行星轮的齿数：图图5-17解：欲采用图示的大传动比行星齿轮，则应有下边关系成立：（1）（2）（3）又由于齿轮1与齿轮3共轴线，设齿轮1、2的模数为，齿轮2′、3的模数为，则有：（4）联立（1）、（2）、（3）、（4）式可得（5）当时，（5）式可获取最大值；当时，（5）式凑近1，但不能能取到1。所以的取值范围是（1，）。而标准直齿圆柱齿轮的模数比是大于的，所以，图示的大传动比行星齿轮不能能两对都采用直齿标准齿轮传动，最少有一对是采用变位齿轮。5-18解：这个轮系由几个部分组成，蜗轮蜗杆1、2组成一个定轴轮系；蜗轮蜗杆5、4′组成一个定轴轮系；齿轮1′、5′组成一个定轴轮系，齿轮4、3、3′、2′组成周转轮系，其中齿轮2′、4是中心轮，齿轮3、3′为行星轮，构件是行星架。在周转轮系中：（1）在蜗轮蜗杆1、2中：（2）在蜗轮蜗杆5、4′中：（3）在齿轮1′、5′中：（4）又由于：，，，（5）联立式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）式可解得：，即。5-19解：这个轮系由几个部分组成，齿轮1、2、5′、组成一个周转轮系，齿轮1、2、2′、3、组成周转轮系，齿轮3′、4、5组成定轴轮系。在齿轮1、2、5′、组成的周转轮系中：由几何条件解析获取：，则（1）在齿轮1、2、2′、3、组成的周转轮系中：由几何条件解析获取：，则（2）在齿轮3′、4、5组成的定轴轮系中：（3）又由于：，（4）联立式（1）、（2）、（3）、（4）式可解得：6-1解顶圆直径齿高齿顶厚齿槽夹角棘爪长度图题6-1解图6-2解拔盘转每转时间槽轮机构的运动特点系数槽轮的运动时间槽轮的静止时间6-3解槽轮机构的运动特点系数因：所以6-4解要保证则槽轮机构的运动特点系数应为因得，则槽数和拔盘的圆销数之间的关系应为：由此合适取槽数～8时，满足运动时间等于逗留时间的组合只有一种：，。6-5解：机构种类工作特点结构、运动及动力性适用途合能摇杆的往来摇动变成棘轮的单结构简单、加工方适用于低速、转角不棘轮机构便，运动可靠，但冲击、大场合，如转位、分度以向间歇转动噪音大，运动精度低及超越等。结构简单，效率高，槽轮机构拨盘的连续转动变成槽轮的间传动较平稳，但有柔性冲用于转速不高的轻歇转动工机械中击不完满齿从动轮的运动时间和静止时间需专用设备加工，有用于拥有特别要求轮机构的比率可在较大范围内变化较大冲击的专用机械中凸轮式间只要合适设计出凸轮的轮廓，运转平稳、定位精度可用于载荷较大的高，动荷小，但结构较复歇运动机构就能获取预期的运动规律。场合杂7-1解：（1）先求解该图功的比率尺。（2）求最大盈亏功。依照图做能量指示图。将和曲线的交点注明，，，，，，，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并注明“+”号或“号，尔后依照各自区间盈亏功的数值大小按比率作出能量指示图（图）以下：第一自，表示区间的盈功；其次作向下表示区间的亏功；依次类推，直到画完最后一个封闭矢量。由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功，其绝对值为：

-”向上做3）求飞轮的转动惯量曲轴的平均角速度：；系统的运转不平均系数：；则飞轮的转动惯量：图图7-2图图解：（1）驱动力矩。由于给定为常数，所认为一水平直线。在一个运动循环中，驱动力矩所作的功为，它相当于一个运动循环所作的功，即：所以求得：（2）求最大盈亏功。依照图做能量指示图。将，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并注明“功的数值大小按比率作出能量指示图（图）以下：第一自

和曲线的交点注明，+”号或“-”号，尔后依照各自区间盈亏向上做，表示区间的盈功；其次作向下表示区间的亏功；尔后作向上表示区间的盈功，至此应形成一个封闭区间。由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功。欲求，先求图中的长度。如图将图中线1和线2延长交于点，那么在中，相当于该三角形的中位线，可知。又在中，，所以有：，则依照所求数据作出能量指示图，见图，可知最大盈亏功出现在段，则。（3）求飞轮的转动惯量和质量。7-3解：原来安装飞轮的轴的转速为，现在电动机的转速为，则若将飞轮安装在电动机轴上，飞轮的转动惯量为：7-4解：（1）求安装在主轴上飞轮的转动惯量。先求最大盈亏功。由于是最大动能与最小动能之差，依题意，在经过轧辊前系统动能达到最大，经过轧辊后系统动能达到最小，所以：则飞轮的转动惯量：（2）求飞轮的最大转速和最小转速。（3）由于一个周期内输入功和和输出功相等，设一个周期时间为，则：，所以有：。7-5解：图一个周期驱动力矩所作的功为：一个周期阻力矩所作的功为：又时段内驱动力矩所做的功为：所以最大盈亏功为：机组的平均角速度为：机组运转不平均系数为：故飞轮的转动惯量为：7-6答：本书介绍的飞轮设计方法，没有考虑飞轮以外其他构件动能的变化，而实质上其他构件都有质量，它们的速度和动能也在不断变化，所以是近似的。7-7解：图图由图见一个运动循环的力矩图有四个重复图示，所以，能够以一个周期只有来计算。（1）求驱动力矩。一个周期内驱动力矩功和阻力矩功相等，又依题意驱动力矩为常数，故有，（2）求最大盈亏功。依照图做能量指示图。将和曲线的交点注明，，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并注明“+”号或“-”号，尔后依照各自区间盈亏功的数值大小按比率作出能量指示图（图）以下：第一自向上做，表示区间的盈功，；其次作向下表示区间的亏功，；尔后作向上表示区间的盈功，至此应形成一个封闭区间，。由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功。3）求飞轮的转动惯量。4）求飞轮的质量。由课本公式7-8：得：7-8解：图

图（1）求驱动力矩。一个周期内驱动力矩功和阻力矩功相等，又依题意驱动力矩有：

为常数，故，（2）求最大盈亏功。依照图做能量指示图。将和曲线的交点注明，，，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并注明“+”号或“-”号，尔后依照各自区间盈亏功的数值大小按比率作出能量指示图（图）以下：第一自向下做，表示区间的亏功，；其次作向上表示区间的盈功，；尔后作向下表示区间的亏功，；作向上表示区间的盈功，至此应形成一个封闭区间，机械系统在区间出现最大盈亏功。

。由图知该（3）求飞轮的转动惯量。7-9答：机械有规律的，周期性的速度变化称为周期性速度颠簸。系统速度颠簸是随机的、不规则的，没有必然周期的称为非周期性速度颠簸。调治周期性速度颠簸的常用方法是在机械中加上转动惯量很大的辗转件——飞轮。非周期性速度颠簸常用调速器调治。经过调治后只能使主轴的速度颠簸得以减小，而不能完整除掉。7-10解：（1）先求阻力矩。由于阻力矩

图为常数，故有

图，再求发动机平均功率。一个周期内输出功为；一个周期所用的时间为：；所以发动机的平均功率为：。（2）第一求最大盈亏功。依照图做能量指示图。将和曲线的交点注明，，，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并注明“+”号或“-”号，尔后依照各自区间盈亏功的数值大小按比率作出能量指示图（图）以下：第一自向下做，表示区间的亏功；其次作向上表示区间的盈功；尔后向下表示区间的亏功，至此应形成一个封闭区间。欲求，先求图中的长度。由图知，所以有：，则依照所求数据作出能量指示图，见图，可知最大盈亏功出现在段，则。则求飞轮的转动惯量为3）若将飞轮转动惯量减小，而保持原值，可将飞轮安装在速度较高一点的轴上，设该轴的转速为，则有：，∴8-1解：依题意该转子的离心力大小为该转子自己的重量为则，即该转子的离心力是其自己重量的倍。8-2答：方法以下：1）将转子放在静平衡架上，待其静止，这时不平衡转子的质心必凑近于过轴心的垂线下方；2）将转子顺时针转过一个小角度，尔后松开，转子缓慢回摆。静止后，在转子上画过轴心的铅垂线1；（3）将转子逆时针转过一个小角度，尔后松开，转子缓慢回摆。静止后画过轴心的铅垂线2；（4）做线1和2的角均分线，重心就在这条直线上。8-3答：（1）两种振动产生的原因解析：主轴周期性速度颠簸是由于碰到周期性外力，使输入功和输出功之差形成周期性动能的增减，从而使主轴表现周期性速度颠簸，这种颠簸在运动副中产生变化的附加作用力，使得机座产生振动。而辗转体不平衡产生的振动是由于辗转体上的独爱质量，在辗转时产生方向不断变化的离心力所产生的。（2）从理论上来说，这两种振动都能够除掉。对于周期性速度颠簸，只要使输入功和输出功时时相等，就能保证机械运转的不平均系数为零，完整除掉速度颠簸，从而完整除掉这种机座振动。对于辗转体不平衡使机座产生的振动，只要满足静或动平衡原理，也能够除掉的。（3）从实践上说，周期性速度颠簸使机座产生的振动是不能够完整除掉的。由于实质中不能能使输入功和输出功时时相等，同时若是用飞轮也只能减小速度颠簸，而不能够完整除掉速度颠簸。所以这种振动只能减小而不能够完整除掉。对于辗转体不平衡产生的振动在实践上是能够除掉的。对于轴向尺寸很小的转子，用静平衡原理，在静平衡机上实验，增加或减去平衡质量，最后保证全部独爱质量的离心力矢量和为零即可。对于轴向尺寸较大的转子，用动平衡原理，在动平衡机上，用双面平衡法，保证两个平衡基面上全部独爱质量的离心力食量和为零即可。8-4图8.7解：已知的不平衡质径积为。设方向的质径积为，方向的质径积为，它们的方向沿着各自的向径指向圆外。用作图法求解，取，作图8.7所示。由静平衡条件得：由图8-7量得，。8-5图8.9解：先求出各不平衡质径积的大小：方向沿着各自的向径指向外面。用作图法求解，取，作图8.9所示。由静平衡条件得：由图8.9量得，方向与水平夹角为。8-6图解：（1）求质心偏移实质就是求静平衡时的平衡向静，所以能够依照静平衡条件考虑这个问题。先求出各不平衡质径积的大小：方向沿着各自的向径指向外面。用作图法求解，取，作图8.11（a）所示。由静平衡条件得：由图量得，则质心偏移的距离为，偏移的方向就是平衡质径积的方向，与水平夹角为。2）求左右支反力实质上就是求动平衡时在左右支点所在平面所需要的平衡力。先把不平衡质量在两支承所在平面上分解。左支承：；右支承：；则在两个支承所在平面上的质径积的大小分别为：左支承：；右支承：；方向沿着各自的向径指向外面。用作图法求解，取，作图8.11（b）（c）所示。由动平衡条件得：左支承：，量得，则支反力大小为右支承：，量得，则支反力大小为8-7图解：（1）先把不平衡质量在两平衡基面Ⅰ和Ⅱ上分解。基面Ⅰ：基面Ⅱ：则在两个基面上的质径积分别为：基面Ⅰ：，方向垂直向下。基面Ⅱ：，方向垂直向上。用作图法求解，取，作图8.13（a）（b）所示。由动平衡条件得：基面Ⅰ：，平衡质径积，方向垂直向上。基面Ⅱ：，平衡质径积，方向垂直向下。8-8图解：先把不平衡质量在两平衡基面和上分解。基面：基面：则在两个基面上的质径积分别为：基面：图基面：用作图法求解，取，作图8.15（a）（b）所示。由动平衡条件得：和由图上量取：，方向如图8.15校核。设坐标轴方向如图8.15基面：向有：

（a）（b）所示。所示，用解析法校核。向有：基面：向有：向有：两个平面在向和向合力均为零，所以所得结果正确。由于辗转半径为，所以所加的平衡质量应为8-9图解：先把不平衡质量在两平衡基面Ⅰ和Ⅱ上分解。基面Ⅰ：基面Ⅱ：则在两个基面上的质径积的大小分别为：基面Ⅰ：基面Ⅱ：方向沿着各自的向径指向外面。用作图法求解，取，作图8.17（a）（b）所示。由动平衡条件得：基面Ⅰ：，量得，，方向以以下图。基面Ⅱ：量得，，方向以以下图。8-10解：（1）求左右支反力实质上就是求动平衡时在支点Ⅰ、Ⅱ所在平面所需要的平衡力。先把不平衡质量在两平衡基面Ⅰ和Ⅱ上分解。基面Ⅰ：基面Ⅱ：则在两个基面上的质径积的大小分别为：基面Ⅰ：基面Ⅱ：方向沿着各自的向径指向外面。用作图法求解，取，作图8.19（a）图（b）所示。由动平衡条件得：基面Ⅰ：，量得，则支反力方向如图8.19（a）所示，大小为。基面Ⅱ：量得，则支反力方向如图8.19（b）所示，大小为（2）若是在面上加一平衡质径积进行静平衡，则按静平衡条件求解，只要要，和三个质径积矢量和为零即可。方向沿着各自的向径指向外面。用作图法求解，取，作图8.19（c）所示。由静平衡条件得：。量得，方向如图8.19（c）所示。（3）静平衡此后，依照有三个独爱质量做动平衡计算，求取基面Ⅰ和Ⅱ上的平衡力即可。同理把全部不平衡质量在两平衡基面Ⅰ和Ⅱ上分解，尔后求基面上的质径积，有：基面Ⅰ：，基面Ⅱ：，方向沿着各自的向径指向外面。用作图法求解，取，作图8.19（d）（e）所示。由动平衡条件得：基面Ⅰ：，量得，则支反力方向如图8.19（d）所示，大小为。基面Ⅱ：量得，则支反力方向如图8.19（e）所示，大小为（4）静平衡后，两个支座的支反力一个增大，一个减小。9-1答退火：将钢加热到必然温度，并保温到一准时间后，随炉缓慢冷却的热办理方法。主要用来除掉内应力、降低硬度，便于切削。正火：将钢加热到必然温度，保温一准时间后，空冷或风冷的热办理方法。可除掉内应力，降低硬度，便于切削加工；对一般零件，也可作为最后热办理，提高资料的机械性能。淬火：将钢加热到必然温度，保温一准时间后，浸入到淬火介质中迅速冷却的热办理方法。可提高资料的硬度和耐磨性，但存在很大的内应力，脆性也相应增加。淬火后一般需回火。淬火还可提高其抗腐化性。调质：淬火后加高温回火的热办理方法。可获取强度、硬度、塑性、韧性等均较好的综合力学性能，广泛应用于较为重要的零件设计中。表面淬火：迅速将零件表面加热到淬火温度后马上喷水冷却，使工件表层淬火的热办理方法。主要用于中碳钢或中碳合金钢，以提高表层硬度和耐磨性，同时疲倦强度和冲击韧性都有所提高。渗碳淬火：将工件放入渗碳介质中加热，并保温一准时间，使介质中的碳浸透到钢件中的热办理方法。适合于低碳钢或低碳合金钢，可提高表层硬度和耐磨性，而仍保留芯部的韧性和高塑性。9-2解见下表9-3解查教材表9-1，Q235的信服极限查手册GB706-88标准，14号热轧工字钢的截面面积则拉断时所所的最小拉力为9-4解查教材表9-1，45钢的信服极限许用应力把夹紧力向截面中心转变，则有拉力和弯距截面面积抗弯截面模量则最大夹紧力应力分布图以以下图图题9-4解图9-5解查手册，查手册退刀槽宽度，沟槽直径，过渡圆角半径，尾部倒角设所用螺栓为标准六角头螺栓，对于的螺栓，最小中心距，螺栓轴线与箱壁的最小距离。9-6解查手册，当圆轴时，平键的断面尺寸为且轴上键槽尺寸、轮毂键槽尺寸。图题9-6解图9-7解（1）取横梁作为示力体，当位于支承右侧处时由得由得由得由得（2）横梁弯矩图图题9-7解图（3）横梁上铆钉组的载荷力矩水均分力垂直分力9-8解水均分力在每个铆钉上产生的载荷垂直分力在每个铆钉上产生的载荷力矩在每个铆钉上产生的载荷各力在铆钉上的方向见图所示图题9-8解图依照力的合成可知，铆钉1的载荷最大9-9解铆钉所受最大载荷校核剪切强度校核挤压强度均合适。9-10解支承可用铸铁HT200或铸钢ZG270-500。其结构立体图见图。图题9-10解图支承的可能无效是辗转副的磨损无效，或辗转副孔所在横截面处拉断无效。9-11解（1）轮齿波折应力可看作是脉动循环变应力。2）大齿轮循环次数3）对应于循环总次数的疲倦极限能提高提高了倍。9-12答由图5-1可见，惰轮4的轮齿是双侧受载。当惰轮转一周时，轮齿任一侧齿根处的波折应力的变化规律：未进入啮合，应力为零，这一侧进入啮合时，该侧齿根受拉，并逐渐达到最大拉应力，然退后出啮合，应力又变成零。接着另一侧进入啮合，该侧齿根受压，并逐渐达到最大压应力，当退出啮合时，应力又变成零。所以，惰轮4轮齿根部的波折应力是对称循环变应力。9-13答在齿轮传动中，轮齿工作面上任一点所产生的接触应力都是由零（该点未进入啮合）增加到一最大值（该点啮合），尔后又降低到零（该点退出啮合），故齿面表面接触应力是脉动循环变应力。9-14解（1）若支承能够自由搬动时，轴的伸长量（2）两支承都固准时，因轴的温升而加在支承上的压力9-15基孔制优先配合为、、、、、、、、、、、、，试以基本尺寸为绘制其公差带图。图题9-15解图9-16答（1）公差带图见题9-16解图。（2）、均采用的是基轴制，主若是为了制造中减少加工孔用的刀具品种。图题9-16解图10-1证明当升角与当量摩擦角吻合时，螺纹副拥有自锁性。当时，螺纹副的效率所以拥有自锁性的螺纹副用于螺旋传动时，其效率必小于50%。10-2解由教材表10-1、表10-2查得，粗牙，螺距，中径螺纹升角，细牙，螺距，中径螺纹升角对于相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹中，细牙螺纹的升角较小，更易实现自锁。10-3解查教材表10-1得粗牙螺距中径小径螺纹升角一般螺纹的牙侧角，螺纹间的摩擦系数当量摩擦角拧紧力矩由公式可得预紧力拉应力查教材表9-1得35钢的信服极限拧紧所产生的拉应力已远远高出了资料的信服极限，螺栓将损坏。10-4解（1）升角当量摩擦角工作台牢固上升时的效率：（2）牢固上升时加于螺杆上的力矩（3）螺杆的转速螺杆的功率（4）因，该梯形螺旋副不拥有自锁性，欲使工作台在载荷作用低等速下降，需制动装置。其制动力矩为10-5解查教材表9-1得Q235的信服极限，查教材表10-6得，当控制预紧力时，取安全系数由许用应力查教材表10-1得的小径由公式得预紧力由题图可知，螺钉个数，取可靠性系数牵曳力10-6解此联接是利用旋转中间零件使两端螺杆碰到拉伸,故螺杆碰到拉扭组合变形。查教材表9-1得，拉杆资料Q275的信服极限，取安全系数，拉杆资料的许用应力所需拉杆最小直径查教材表10-1，采用螺纹（）。10-7解查教材表9-1得，螺栓35钢的信服极限，查教材表10-6、10-7得螺栓的许用应力查教材表10-1得，的小径螺栓所能承受的最大预紧力所需的螺栓预紧拉力则施加于杠杆端部作用力的最大值10-8解在横向工作载荷作用下，螺栓杆与孔壁之间无缝隙，螺栓杆和被联接件接触表面碰到挤压；在联接接合面处螺栓杆则受剪切。假设螺栓杆与孔壁表面上的压力分布是平均的，且这种联接的预紧力很小，可不考虑预紧力和螺纹摩擦力矩的影响。挤压强度验算公式为：其中；为螺栓杆直径。螺栓杆的剪切强度验算公式其中表示接合面数，本图中接合面数。10-9解（1）确定螺栓的长度由教材图10-9a）得：螺栓螺纹伸出长度螺栓螺纹预留长度查手册采用六角薄螺母GB6172-86，厚度为垫圈GB93-8716，厚度为则所需螺栓长度查手册中螺栓系列长度，可取螺栓长度螺栓所需螺纹长度，取螺栓螺纹长度2）单个螺栓所受横向载荷3）螺栓资料的许用应力由表9-1查得被联接件HT250的强度极限查表10-6取安全系数被联接件许用挤压应力查教材表9-1得螺栓35钢的信服极限，查表10-6得螺栓的许用剪切应力螺栓的许用挤压应力（4）校核强度查手册，六角头铰制孔用螺栓GB28-88，其光杆直径螺栓的剪切强度最小接触长度：挤压强度所用螺栓合适。10-10解（1）每个螺栓所赞同的预紧力查教材表9-1得45钢的信服极限，查教材表10-6、10-7得，当不能够严格控制预紧力时，碳素钢取安全系数由许用应力查教材表10-1得的小径由公式得预紧力2）每个螺栓所能肩负的横向力由题图可知，取可靠性系数横向力4）螺栓所需肩负的横向力5）螺栓的个数取偶数。在直径为155的圆周上布局14个的一般螺栓，结构地址不相赞同。10-11解（1）初选螺柱个数（2）每个螺柱的工作载荷（3）螺柱联接有亲密性要求，取节余预紧力（4）螺柱总拉力（5）确定螺柱直径采用螺柱资料为45钢，查表9-1得信服极限，查教材表10-6得，当不能够严格控制预紧力时，暂时取安全系数许用应力螺栓小径查教材表10-1，取螺栓（），由教材表10-7可知取安全系数是合适的