机械设计基础（第2版）-习题及答案全套 林伟 单元1-13 机械设计概论- 工业机器人的机械结构与安装

单元一机械设计概论1.简述设计技巧应满足的基本要求。答：1.使用功能要求；2.经济性要求；3.劳动保护要求；4.可靠性要求；5.其他专用要求。2.简述设计机械零件应满足的基本要求。答：1.工作能力要求；2.结构工艺性要求；3.经济性要求；4.质量小的要求；5.可靠性要求。3.机械零件的主要失效形式有哪些？并解释。答：1.整体断裂。整体断裂分为一次断裂和疲劳断裂两类。当零件受外载荷作用,由于危险截面上应力超过零件的强度极限时而发生的断裂称为一次断裂。当零件在循环变应力作用下工作较长时间以后,危险截面上的应力超过零件的疲劳极限时所发生的断裂称为疲劳断裂。2.过大的残余变形。如果作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限,则零件将产生残余变形。3.表面破坏。机器中的零件都要与别的零件发生静接触或动接触,或形成配合关系，因此表面破坏是机械零件经常发生的一种失效形式。4.破坏正常工作条件引起的失效。有些机械零件只有在一定的工作条件下才能正常工作。如果这些工作条件被破坏,就将导致零件失效。4.简述机械零件的计算准则。答：1.强度准则；2.刚度准则；3.寿命准则；4.振动稳定性准则。5.简述机械零件设计的一般步骤。答：1.选择零件的类型和结构；2.分析和计算载荷；3.选择合适的材料；4.确定零件的主要尺寸和参数；5.零件的结构设计；6.校核计算；7.绘制零件的工作图；8.编写设计计算说明书。单元二工程材料余钢的热处理2-1材料性能通常分几类?什么叫材料的力学性能?用哪些指标来衡量?材料性能通常分为两类：1.使用性能；2.工艺性能；材料在外力作用下所表现出来的特性是力学性能；指标衡量：强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度。2-2一根标准拉伸试样的直径为10mm,标距长度为50mm,拉伸试验时测出试样在26000N时屈服,出现的最大载荷为45000N。拉断后的标距长度为58mm,断口处直径为7.75mm,试计算σs、σb、δ52-3试述布氏硬度和洛氏硬度在测试方法及应用范围上的区别。常用的布氏硬度机是淬火钢球压头；而洛氏硬度机是用金刚石压头。因此，它们在测量钢铁材料时，其应用范围是不一样的：布氏硬度一般用作硬度较低材料的测定，如退火钢或正火钢；而洛氏硬度大多用作硬度较高材料的测定，如淬火钢。2-4金属材料的工艺性能有哪些?1.铸造性；2.锻造性；3.焊接性；4.切削加工性。2-5解释下列名词术语:强度、硬度、塑性、冲击韧性、疲劳强度。强度：强度是材料载荷（外力）作用下抵抗塑性变形和破坏的能力；硬度：硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划伤的能力。塑性：塑性是材料断裂前发生不可逆永久变形的能力。冲击韧性：冲击韧性是指金属材料在冲击载荷的作用下折断时吸收变形能量的能力，常用冲击吸取或冲击韧度来表示。疲劳强度：疲劳强度是表示材料经周期性交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力，其大小与应力变化的次数有关。2-6常用的热处理方法有哪些?请说明退火、正火、淬火、回火及表面淬火的作用。常用的热处理方法：1.整体热处理（普通热处理）；2.表面热处理；3.最终热处理；4.预备热处理。退火：降低钢的硬度,提高塑性;细化晶粒,消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷,均匀钢的组织和成分;消除钢中的内应力,以防止变形和开裂。正火：使晶粒细化和碳化物分布均匀化，去除材料的内应力，降低材料的硬度。淬火：提高钢的硬度和耐磨性；回火：稳定组织和尺寸，降低脆性，消除内应力；调整硬度，提高韧性，获得优良的力学性能和使用性能。表面淬火：提高工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部仍具有较高的韧性。2-7什么是铸铁?它分哪几类?铸铁是含碳质量分数大于2.11%的铁碳合金；分类：1.白口铸铁；2.灰铸铁；3.球墨铸铁；4.可锻铸铁。2-8试述钢的分类。说明下列钢的牌号的含义及主要用途:Q235、45、T12A、1Cr13、W18Cr4V、GCr15、Cr12、65Mn。钢的分类：碳素钢；合金钢；特殊性能合金钢。Q235：Q235是中国的普通碳素结构钢牌号，表示其碳含量为0.2%左右。它具有良好的可塑性、韧性和焊接性能，广泛用于一般结构件、轻型履带、管道、车辆制造等领域。45：45是一种碳素结构钢，含碳量较高，约为0.45%。它具有较高的强度和硬度，常用于制造机械零件、轴承、齿轮、刀具等要求较高强度和耐磨性的零部件。T12A：T12A是一种高速工具钢牌号，含有较高的碳、钨、钼和铬等元素。它具有良好的耐热性、耐磨性和硬度，适用于制造切削工具、冲模、钻头、铣刀等高速切削工具。1Cr13：1Cr13是一种不锈钢，含有约13%的铬元素，具有一定的耐腐蚀性和磁性。它常用于制造刀具、厨具、机械零件等需要较强耐蚀性的应用领域。W18Cr4V：W18Cr4V是一种高速工具钢牌号，含有较高的钨、铬、钒和碳等元素。它具有优异的热硬性、耐热性和耐磨性，广泛用于制造刀具、钻头、铣刀、切削工具等高速切削工具。GCr15：GCr15是一种轴承钢牌号，含有约1.5%的铬元素。它具有良好的硬度、耐磨性和疲劳强度，适用于制造轴承、滚珠、滚子等高精度轴承零件。Cr12：Cr12是一种冷作模具钢牌号，含有较高的碳和铬元素。它具有较高的硬度、耐磨性和尺寸稳定性，常用于制造冷冲模、剪切刀具、冷挤压模具等要求较高的模具。65Mn：65Mn是一种碳素弹簧钢牌号，含有约0.65%的碳元素。它具有良好的弹性和疲劳强度，适用于制造弹簧、弹片、刀条等要求弹性和硬度的零部件。2-9常用的非金属材料有哪些?试举出它们在机器中的应用例子。塑料、橡胶、陶瓷、玻璃、纤维材料；塑料应用：机器外壳、面板、齿轮、管道、线缆套等。橡胶应用：密封圈、减震垫、橡胶管等。玻璃应用：观察窗、仪表面板、光学元件等。陶瓷应用：绝缘体、耐磨件、传感器、陶瓷刀具等。纤维材料应用：结构件、强化材料、飞机部件、船舶零件等。10-14ADDCA15-19BAADD2-20钢中常见的有害和有益元素有哪些?分别说明其有害和有益的原因。钢中常见的有害元素包括硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）和铅（Pb），而常见的有益元素包括铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、钒（V）、锰（Mn）和钛（Ti）等。原因：有害元素：硫（S）和磷（P）：它们会降低钢的韧性和冷加工性能，导致脆性断裂，并在高温下引起热开裂和气孔形成。氧（O）：氧的存在会导致钢的氧化和烧结，降低钢的强度和塑性。氮（N）：氮会在钢中形成氮化物，使钢的塑性和韧性下降。铅（Pb）：铅会降低钢的强度和塑性，并对环境产生污染。有益元素：铬（Cr）：铬可以提高钢的耐腐蚀性、耐热性和抗磨损性能，增强钢的强度和硬度。镍（Ni）：镍可以提高钢的韧性、延展性和耐腐蚀性能，使钢具有较好的低温冲击韧性。钼（Mo）：钼可以提高钢的强度、硬度和热稳定性，增强钢的抗磨损性和耐蚀性。钒（V）：钒可以提高钢的强度、韧性和耐磨性能，还可以调节钢的晶粒细化。锰（Mn）：锰可以提高钢的强度和韧性，增强钢的耐磨性和冲击韧性。钛（Ti）：钛可以提高钢的强度、韧性和抗腐蚀性能，还可以抑制氮的影响，减少氮的含量。单元三互换性技术3-1在机械制造中,按互换性原则组织生产有什么优越性?是否在任何情况下按互换性原则组织生产都有利?答：优越性：互换性简化了生产流程：互换性要求零件具有相同的尺寸、形状和功能，可以在不需要额外加工的情况下互相替换使用。这简化了生产流程，减少了零件加工和调试的工作量。提高了生产效率：互换性使得零件的加工和装配更加标准化和自动化，降低了人工操作的难度和出错的可能性。同时，互换性还便于批量生产和快速更换零件，提高了生产效率。降低了生产成本：互换性减少了因为零件不匹配而导致的调试和修正成本。同时，互换性也便于批量生产，提高了生产规模经济效益，降低了单位产品的生产成本。便于维修和更换：互换性使得维修更加简便，可以直接更换具有相同功能的零件，减少了维修时间和成本。然而，并不是在任何情况下按照互换性原则组织生产都有利。有些特殊的机械设备或产品需要定制化的零件，无法完全符合互换性要求。另外，一些高精度、高可靠性的设备或产品可能需要特殊的加工和装配工艺，互换性可能会受到一定的限制。3-2举例说明在日常生活中具有互换性的零部件给人们带来的方便。答：电池：不同品牌的电子设备通常可以使用相同类型和规格的电池。例如，常见的AA电池和AAA电池可以被多种不同品牌的电子设备所使用，这种互换性使得电池的更换和购买变得简单方便。灯泡：标准化的灯泡可以在各种灯具中互相替换使用。不同型号的灯泡可以根据需要选择，而无需更换灯具本身，这为人们提供了更多的选择和便利。螺纹连接件：螺钉、螺母和螺纹管件等螺纹连接件具有互换性。它们的标准化尺寸和螺纹规格使得不同品牌和型号的产品可以使用相同类型的连接件，方便了装配、拆卸和维修。USB接口：USB接口已成为广泛应用于计算机、手机、相机等设备之间的标准接口。具有相同类型的USB接口的设备可以使用相同的数据线和充电器，实现互换性，方便了数据传输和充电。3-3完全互换与不完全互换的区别是什么?各应用于何种场合?答：完全互换是指在设计和生产过程中，零部件之间的尺寸、形状、功能等参数完全一致，可以在不需要任何调整或加工的情况下互相替换使用。换句话说，完全互换的零部件具有绝对一致的互换性，可以实现零误差的互换。不完全互换则是指虽然零部件之间有一定的互换性，但在使用过程中可能需要进行一些适应性的调整、配合或加工，才能实现互相替换使用。不完全互换的零部件可能在尺寸、配合间隙、表面质量等方面存在一定的差异。完全互换适用于对尺寸精度要求较高、需要快速装配、快速更换零部件的场合。例如，精密仪器、机床等领域常常要求零部件具有完全互换性，以便快速更换损坏或需要维修的零部件。不完全互换适用于对尺寸精度要求相对较低、在使用过程中可以通过调整或加工实现互换的场合。例如，某些机械设备的关键零部件可能因为特定的工作环境或特殊的功能要求而需要进行定制或调整，无法实现完全互换。3-4加工误差、公差、互换性三者的关系是什么?答：加工误差会对零部件的尺寸产生影响，公差的设定是为了控制加工误差在允许范围内，而互换性则是在满足公差要求的前提下，实现零部件的替换和互换使用。公差的设定是为了保证互换性的实现，使得零部件在制造和装配过程中能够达到预期的功能和性能要求。3-5利用标准公差和基本偏差数值表,查出公差带的上、下偏差。(1)Φ28K7(2)Φ40M8(3)Φ25Z6(4)Φ30js6(5)Φ60J6答：(1)解:由公称尺寸Φ28和偏差代号K查表得ES=6um,由公称尺寸Φ28和公差等级IT7查的Th=21um,∵Th=ES-EI;∴EI=-15um(2)~(5)如上。3-6查出下列配合中孔和轴的上、下偏差,说明配合性质,画出公差带图和配合公差带图,标明其公差,求出最大,最小极限尺寸,求出最大、最小间隙（或过盈）。（1）Φ40H8/f7（2）Φ40H8/js7（3）Φ40H8/t7答：略。3-7设三个配合的基本尺寸和允许的极限间隙或极限过盈如下，若均选用基孔制，试确定各孔、轴的公差等级及配合种类，并画出公差带图、配合公差带图。（1）D(d)=Φ40mm，Xmax=+70um，Xmin（2）D(d)=Φ95mm，Ymax=＋130um，Ymin（3）D(d)=Φ10mm，Ymax=∅+10um，Ymin答：略。3-8试根据题3-8表中的已知数据，填写表中的空格，并按适当比例绘制各孔和轴的公差带图。答：略。3-9根据题3-9表中三对配合的已知数据，填写表中的空格，并按适当比例绘制各对配合的尺寸公差带图和配合公差带图。答：略。3-10设基本尺寸为Φ40mm的孔、轴配合，要求装配后的间隙或过盈值在+0.025~～0.020mm范围内，试确定孔、轴的配合代号（采用基孔制配合），并绘制尺寸公差带图与配合公差带图。答：略。3-11某基轴制配合，孔的下偏差为—11pum，轴公差为16pm，最大间隙为30um，试确定配合公差。答：略。3-12基本尺寸为30mm的N7孔和m6轴相配合，已知N和m的基本偏差分别为-7um和+8pm，IT7=21um，IT=13um。试计算极限间隙(或过盈)、平均间隙(或过盈)及配合公差，并绘制孔﹑轴配合的公差带图（说明何种配合类型）。答：略。3-13设有一孔、轴配合,基本尺寸为25mm，要求配合的最大过盈为一0.028rmm，最大间隙为0.006mm，试确定公差等级，选择适当的配合并绘制公差带图。答：略。3-14一对基轴制的同级配合，基本尺寸为25mm，按设计要求配合的间隙应在066m范围内变动，试确定孔、轴公差，写出配合代号并绘制公差带图。答：略。3-15一对基孔制配合基本尺寸为25mm，要求配合过盈为-0.014～-0.048mm，试确定孔轴公差等级、配合代号并绘制公差带图。答：略。3-16设计基本尺寸为50mm的孔、轴配合，要求装配后的间隙在8～51urm范围内，确定合适的配合代号，并绘出公差带图。答：略。3-17判断下列各对配合的配合性质是否相等,并说明理由。（1）Φ25H7/g6与Φ25G7/h6（2）Φ60H8/f8与Φ6OF8/h8（3）Φ40K7/h6与Φ40H7/k6（4）Φ50K6/h6与Φ50H/6k6（5）Φ40H7/s7与Φ40S7/h7（6）Φ60H7/s6与Φ60S7/h6答：略。3-18有一孔、轴配合，要求镀铬后应满足的Φ50H8/f7的配合要求，镀铬层厚度为0.068~0.012mm。试确定镀铬前孔、轴加工的公差带代号。答：略。3-19圆度和径向圆跳动公差带，有何相同点和不同点?答：相同点：两者都是用于描述圆形零件的几何特征误差。它们都是通过公差带的形式来表示误差范围，通过上下限值来限制圆形零件的偏差。不同点：圆度描述的是圆形零件表面与一个理想圆之间的偏差，它关注的是整体圆度程度。径向圆跳动公差带描述的是圆形零件上各个点与一个理想圆的径向偏差，它关注的是局部径向跳动情况。3-20圆柱度和径向全跳动公差带，有何相同点和不同点?答：相同点：两者都是用于描述圆柱零件的几何特征误差。它们都是通过公差带的形式来表示误差范围，通过上下限值来限制圆柱的偏差。不同点：圆柱度描述的是圆柱零件表面与一个理想圆柱之间的偏差，它关注的是圆柱表面的整体圆度程度。径向全跳动公差带描述的是圆柱零件表面上各个点与一个理想圆柱轴线之间的径向偏差，它关注的是圆柱表面上的局部跳动情况。3-21平面度公差带与平面对基准平行度公差带，有何相同点及不同点?答：相同点：两者都是用于描述平面零件的几何特征误差。它们都是通过公差带的形式来表示误差范围，通过上下限值来限制平面的偏差。不同点：平面度公差带描述的是平面零件表面与一个理想平面之间的偏差，它关注的是平面表面的整体平整程度。平面对基准平行度公差带描述的是平面零件表面与一个基准平面之间的平行关系，它关注的是平面表面与基准平面的平行度。3-22形状公差的公差带与方向公差的公差带，主要区别是什么?答：主要区别如下：描述的误差类型不同：形状公差的公差带描述的是零件的形状和轮廓误差，如平面度、圆度、直线度等。它关注的是零件表面的形状和轮廓与理想形状之间的偏差。方向公差的公差带描述的是零件的方向误差，如平行度、垂直度、倾斜度等。它关注的是零件中线或表面的方向与理想方向之间的偏差。限制的几何特征不同：形状公差的公差带用于限制零件的形状和轮廓，例如一个平面的平面度、一个圆的圆度等。方向公差的公差带用于限制零件的方向和位置关系，例如两个平面的平行度、一个表面与轴线的垂直度等。表示方法和符号不同：形状公差的公差带通常使用直线、圆形或其他曲线来表示，可以用具体数值或符号表示形状误差的大小。方向公差的公差带通常使用箭头或指示线来表示，箭头的方向和长度表示方向误差的方向和大小。3-23端面对轴线的轴向全跳动公差带与端面对轴线的垂直度公差带，有何相同点及不同点?答：相同点：两者都是用于描述零件端面与轴线之间的几何关系。它们都是一种二维公差带，用于限制零件端面的偏移量或倾斜度。不同点：轴向全跳动公差带描述的是零件端面与轴线之间的平行度误差，即端面在轴向上的偏移量。垂直度公差带描述的是零件端面与轴线之间的垂直度误差，即端面的倾斜度。3-24某被测平面的平面度误差为0.04mm，则它对基准平面的平行度的误差是否小于0.04mm?答：不一定。平面度误差指的是被测平面与理想平面之间的偏差，表示平面的整体平坦程度。平行度误差指的是两个平面之间的平行关系偏差，表示平面之间的夹角误差。平面度误差和平行度误差是两个不同的概念。虽然平面度误差的大小可以间接影响平行度误差，但不能直接断定平面度误差的值就是平行度误差的值。因此，无法简单地根据被测平面的平面度误差来判断其对基准平面的平行度误差是否小于0.04mm。要准确评估平行度误差，需要进行专门的测量和分析。3-25试将下列各项几何公差要求标注在题3-25图上。（1）Φ100h8圆柱面对Φ40H7孔轴线的径向圆跳动公差为0.025mm。（2）Φ40H7孔圆柱度公差为0.007mm。（3）左右两凸台端面对币Φ40H7孔轴线的圆跳动公差为0.012mm。（4）轮毂键槽（中心面）对Φ40H7孔轴线的对称度公差为0.02mn。答：略。3-26试将下列各项几何公差要求标注在题3-26图上。（1）ΦD中心线对2×ΦD1（2）ΦD中心线对2×ΦD1（3）ΦD中心线的直线度公差为0.006mm。答：略。3-27试将下列各项几何公差要求标注在题3-27图上。（1）圆锥面A的圆度公差为0.008mm、圆锥面素线的直线度公差为0.005mm，圆锥面A的中心线对Φd轴线的同轴度公差为Φ0.015mm。（2）Φd圆柱面的圆柱度公差为0.009mm，Φd中心线的直线度公差为Φ0.012mm。（3）右端面B对Φd轴线的圆跳动公差为0.01mm。答：略。单元四工程力学基础4-1“分力一定小于合力”这种说法对不对?为什么?试举例说明。答："分力一定小于合力"这种说法是正确的。这是因为分力是合力在某个特定方向上的分量，其大小不能超过合力的大小。举个简单的例子来说明。假设有一个物体被两个力同时作用，一个力向左施加10牛的力，另一个力向右施加15牛的力。在这种情况下，合力为这两个力的矢量和，即15牛-10牛=5牛。分力是合力在不同方向上的分量，即向左的分力是10牛，向右的分力是15牛。可以看到，分力的大小分别小于合力的大小。因此，根据向量合成的原理，分力的大小一定小于合力的大小。4-2如题4-2图所示,试将作用于A点的力F依据下述条件分解为两个力:（1）沿AB、AC方向（见题4-2图（a））；（2）已知分力F（见题4-2图（b））；（3）一分力沿已知方向MN，另一分力为数值最小（见题4-2图（c））。答：略。4-3如题4-3图,试解释当杆AB与转轴О共线时最不好转动。答：略。4-4为什么力偶不能与一力平衡，如何解释题4-4图所示转轮的平衡现象?答：略。4-5F1、F2、F3三力共拉一碾子，已知F1=1kN、F答：略。4-6试求如题4-6图中,F对O点的力矩。F=1000N，l=300mm，a=80mm，α=β=45°，θ=15°。答：略。4-7题4-7图示摆锤重G,其重心A到悬挂点О的距离为L。试求在图示3位置时，力G对点O的力矩。答：略。4-8题4-8图示之齿轮齿条压力机在工作时,齿条BC作用于齿轮О上的力Fn=2kN,方向如图所示,压力角α0=20°,齿轮节圆直径D=80mm。求答：略。4-9点的速度大小是常量，点的加速度一定等于零，这种说法对吗?应该怎样认识?答：不一定；点的速度大小并不一定是常量，而是取决于点在运动过程中的加速度情况。点的加速度可以是非零的，也可以是零。当点的速度大小保持恒定并且点的加速度等于零时，我们可以说点的速度大小是常量。这种情况下，点沿着直线或者曲线做匀速直线运动或匀速曲线运动。然而，当点的速度大小发生变化，或者点的加速度不等于零时，我们不能说点的速度大小是常量。这种情况下，点将经历加速度引起的速度变化，即加速度导致点的速度在时间上变化的情况。因此，我们需要根据点的加速度情况来判断点的速度是否是常量。如果点的加速度为零，那么点的速度大小将保持不变；如果点的加速度不为零，那么点的速度大小将随时间发生变化。4-10质点（刚体的质心）沿半径R=1000m的圆弧运动，其运动方程为S=40t-t2答：略。4-11点作直线运动，其运动方程式为S=t3答：略。4-12点的运动方程为x=3t，y=4t-3t2，求t=1答：略。4-13动点M的运动由下列方程给定:求t=1s时动点的切向速度与加速度。答：略。4-14曲柄滑块机构如题4-14图，曲柄OB逆时针方向转动，角Φ=ωt(角速度ω为常量)。已知AB=OB=R，BC=l，且L>R。试求连杆AC上C点的运动方程和轨迹方程。如l=R，C点的运动方程和轨迹方程将如何?答：略。4-15如题4-15图示导杆机构由摇杆BC、滑块A和曲柄0A组成,已知OA=OB=10cm，BC杆绕B轴按Φ=10t（式中Φ以rad计，t以s计）的规律转动，并通过滑块A在BC上滑动而带动OA杆绕О轴转动，试用自然法和坐标法求滑块A的运动方程及速度和加速度。答：略。4-16如题4-16图所示悬臂式起重机的起重臂以角速度ω=0.1πrad/s绕铅垂轴线AB转动，并以v1答：略。4-17倾角为45°的斜面体以v1=lm/s的速度沿水平做直线运动,物体A以v2=答：略。4-18在直径d=40mm的工件上，需铣削与轴线成α=20°的槽，如题4-18图所示。已知铣刀相对工件的速度v=50mm/min。求铣床的纵向进给速度和工件的圆周速度。答：略。4-19如题4-19图所示，车床主轴的转速n=30r/min，工件的直径D=40mm，车刀的纵向进给速度为10mm/s。试求车刀相对于工件的速度。答：略。4-20题4-20图所示内圆磨床的砂轮直径d=60mm，转速n1=10000r/min，工件的孔径D=80mm，转速n2=500r/min，n1答：略。4-21如题4-21图所示，曲柄CB以等角速度ω0绕C轴转动,其转动方程为Φ=ω答：略。4-22一飞轮绕固定轴转动如题4-22所示,其轮缘上一点的全加速度与轮半径的交角恒为60°。当运动开始时,其转角Φ0=0，角速度为ω0答：略。4-23一定轴转动的刚体，在初瞬时的角速度ω0=20rad/s，刚体上一点的运动规律S=t+t答：4-24如题4-24图所示，质量m=3kg的小球，在铅垂面内摆动，绳长l=0.8m，当θ=60°时，绳中的拉力为25N，求这一瞬时小球的速度和加速度。答：略。4-25一电动机重G=980kN，由静止开始沿水平直线轨道作匀加速运动，经过路程S=100m后，速度达到v=36km/h。若行车阻力是车重的0.01倍，试求电动机总的牵引力。答：略。4-26一个重G0=1000N,半径r=0.4m的均质轮绕О点作定轴转动,其转动惯量I=8kg·m3，轮上绕有绳索，下端挂有G=答：略。4-27如题4-26图所示，圆盘重0.6kN，半径R=0.8m，转动惯量I0=100kg·m2，在半径为R处绕有z绳索，其上挂GA答：略。4-28应力的种类有哪几种?答：应力的种类有以下几种：张应力：指物体在拉伸力作用下受到的应力，作用于物体的内部，导致物体的长度增加。压应力：指物体在受到压缩力作用下受到的应力，作用于物体的内部，导致物体的长度减小。剪应力：指物体内部相邻部分之间的切变力产生的应力，作用于物体的平面上，导致物体发生形变。弯曲应力：指物体在受到弯曲力作用下受到的应力，作用于物体的内部，导致物体产生弯曲变形。扭转应力：指物体在受到扭转力作用下受到的应力，作用于物体的内部，导致物体产生扭转变形。接触应力：指物体表面在接触点处受到的应力，由于接触面上的力集中，导致局部应力增大。4-29机械零件的主要失效形式有哪几种?答：机械零件的主要失效形式包括以下几种：疲劳失效：由于长时间的交变载荷作用，零件发生疲劳裂纹并最终断裂。磨损失效：由于零件表面之间的相对运动，引起摩擦和磨损，导致零件尺寸变化或表面质量下降。腐蚀失效：由于零件与环境中的腐蚀介质发生化学反应，导致零件表面腐蚀或腐蚀裂纹。塑性变形失效：由于零件受到超过其强度限制的载荷作用，导致零件发生塑性变形或塑性破坏。热疲劳失效：由于零件长时间受到高温循环载荷作用，导致材料内部产生热疲劳裂纹并最终断裂。弹性变形失效：由于零件受到弹性变形超过其可恢复程度的载荷作用，导致零件变形永久性或弹性恢复性降低。4-30什么叫安全系数?什么叫许用应力?答：安全系数是指工程设计中采用的一种安全措施，用于衡量结构或设备的强度和可靠性。它是指实际工作状态下的承载能力与设计要求或标准规定的最小要求之间的比值。安全系数越大，表示结构或设备的强度越充足，越具有抗破坏和可靠性。许用应力是指在设计中允许材料或结构在工作负荷下承受的最大应力值。它是基于材料的力学性能和可靠性要求确定的。许用应力一般是通过实验、理论计算和经验得出，用于指导工程设计中材料的选择和结构的设计。在设计中，材料或结构的实际应力应低于许用应力，以确保结构的安全性和可靠性。单元五平面连杆结构5-1一个在平面内自由运动的构件有几个自由度?一个空间自由运动的构件有几个自由度?答：一个在平面内自由运动的构件有2个自由度，分别对应于平面内的两个独立运动方向。一个空间自由运动的构件有6个自由度，分别对应于三个独立的平移运动和三个独立的转动运动。5-2什么叫运动副?运动副分几类?具体说明各种运动副能限制的自由度数。答：运动副是指构成机械装置的两个构件之间能够实现相对运动的连接方式。运动副分为一类、二类和三类运动副。具体说明各种运动副能限制的自由度数如下：一类运动副能够限制两个构件之间的相对运动自由度为零，即限制6个自由度。二类运动副能够限制两个构件之间的相对运动自由度为一个或多个，根据具体类型的副不同，限制的自由度数也不同，通常为1到5个自由度。三类运动副不能限制两个构件之间的相对运动自由度，允许相对运动，因此不对自由度数进行限制，可达到6个自由度。5-3绘制折叠伞折叠椅﹑铝合金平开窗的机构示意图。答：略。5-4计算题5-4图所示各机构的自由度。答：略。5-5检查如题5-5图所示简易冲床的设计方案是否具有确定的相对运动?如不具备，应如何改正?画出改正后的机构示意图。答：略。5-6什么是平面连杆机构?它有哪些优缺点?答：平面连杆机构是由若干个连杆和铰链连接组成的机构，其运动仅限于一个平面内。平面连杆机构的优点包括：结构简单：平面连杆机构由少量的连杆和铰链组成，结构相对简单，制造和装配较为容易。运动准确：平面连杆机构的运动轨迹和运动速度可以通过准确的连杆长度和位置来控制，因此能够实现精确的运动。载荷传递能力强：平面连杆机构由于连接方式可靠，能够承受较大的载荷。可靠性高：平面连杆机构由于结构简单，不易出现故障，具有较高的可靠性。平面连杆机构的缺点包括：受限于平面运动：平面连杆机构的运动仅限于一个平面内，无法在三维空间中自由运动。约束较多：平面连杆机构需要通过多个铰链连接，其中连杆之间的约束关系较多，设计和分析复杂度较高。弯曲和振动：在高速和高负载情况下，平面连杆机构可能发生连杆的弯曲和振动，影响运动的平稳性和精度。5-7平面四杆机构有哪些常见形式?其中最基本的是哪一种类型?答：平面四杆机构有以下常见形式：二级连杆机构：由两个连杆和两个固定铰链组成。常见的二级连杆机构有平行四杆机构和菱形四杆机构。三级连杆机构：由三个连杆和三个固定铰链组成。常见的三级连杆机构有双曲线四杆机构和梅花四杆机构。四级连杆机构：由四个连杆和四个固定铰链组成。常见的四级连杆机构有切线四杆机构和双梅花四杆机构。其中，平行四杆机构是最基本的一种类型。5-8根据如题5-8图中注明的尺寸，判别各四杆机构的类型。答：略。5-9根据题5-9图中所示各机构,标出:（1）机构的极限位置；（2）最大压力角位置；（3）死点位置。标注箭头的构件为原动件，尺寸由图中直接量取。答：略。5-10如题5-10图所示为曲柄滑块机构,曲柄AB=30mm，连杆BC=120mm，偏心距e=15mm，求:（1）滑块的两个极限位置；（2）滑块的行程S；（3）机构的行程速比系数K。答：（1）略。（2）略。（3）略。5-11指出题5-11图中哪些杆是二力杆（设所有接触处均光滑,未画出重力的构件不计自重），并画出各构件的受力图。答：略。5-12画出题5-12图所示物体的受力图。答：略。5-13油压夹紧装置如题5-13图所示，试分别画出活塞A、滚子B和杠杆DCE的受力图。答：略。5-14如题5-14图所示压榨机构ABC中，饺链B固定不动，作用在饺链A处的水平力F使压块C压紧物体D，压块C与墙壁间是光滑接触。压榨机的尺寸如图，试求物体D所受的压力。答：略。5-15铵链四杆机构CABD的CD边固定，如题5-15图所示。在饺链A上作用力F1，∠BAF1=45°。在饺链B上作用一力F2，∠BAF2=30°。此时四边形CABD处于平衡状态。如果已知∠CAF1=90°，∠DBF答：略。5-16饺链四杆机构OABO1在题5-16图示位置平衡。已知OA=400mm，O1B=600mm，作用在OA上的力偶矩|M1答：略。5-17如题5-17图所示，起重设备中的棘轮机构用以防止齿轮倒转，鼓轮直径d1答：略。5-18钢筋校直机结构如题5-18图所示，如在E点作用水平力F=90N，试求在D处将产生多大的压力，并求饺链支座A的约束力。答：略。5-19试求题5-19图示各杆指定截面上的轴力，并作轴力图。答：略。5-20在圆杆上铣出一槽，如题5-20图所示。已知杆受拉力F=15kN，杆直径d=20mm，式求截面1—1、2—2上的应力(铣去槽的横截面可近似按矩形计算)。答：略。5-21如题5-21图所示钢制阶梯形直杆，各段截面面积分别为A1=A3=300mm2，A（1）试求出各段的轴力，并画出轴力图；（2）计算杆的总变形量。答：（1）略；（2）略。5-22如题5-22图所示，某机构中一连杆受拉力Fp答：略。5-23如题5-23图所示构架上悬挂的物体重G=60kN，木质支柱AB的截面为正方形，横截面每边长0.2m，许用应力[σ]=10MPa，问AB支柱是否适用。答：略。5-24如题5-24图所示对心曲柄滑块机构ABC,在图示位置平衡。已知lAB=400mm，l（1）确定应加在曲柄AB杆上的主动力偶M，并求出A处约束力及滑块对导轨面的压在此处键入公式。力；答：略（2）若已知连杆材料为20钢，[σ]=80MPa，E=200GPa，许用变形量[△l]=±0.35mm。试按强度条件确定其横截面积并校核其刚度。答：略。5-25什么叫压杆失稳?什么叫应力集中?试举例说明。答：压杆失稳是指在压杆受压作用下，由于压力过大或结构不稳定等原因，压杆无法保持稳定的平衡状态，导致失去原有的刚度和承载能力，可能发生侧向位移、变形或破坏。应力集中是指在结构中存在一个或多个局部区域，由于载荷作用或几何形状的不连续性，导致应力集中于这些区域，使该区域的应力远高于周围区域。应力集中可能导致材料的局部破坏、裂纹形成和失效。举例说明：压杆失稳：在支撑柱或框架结构中，若压杆的长度过长、弯曲刚度不足或压力过大，压杆可能发生失稳。例如，一根长而细的竖直杆件，受到较大的压力作用，由于其自身的弯曲刚度不足，可能发生侧向位移或弯曲变形，导致失去原有的稳定性。应力集中：在机械零件的连接处，由于几何形状的不连续性，可能引起应力集中。例如，一个平板上有一个孔，当外部载荷施加在孔附近时，由于孔的存在，会导致应力在孔周围集中，使该区域的应力远高于其他区域。如果应力集中过大，可能导致孔附近的材料产生裂纹或破坏，影响零件的强度和使用寿命。单元六齿轮传动6-1齿轮传动有什么特点?齿轮传动的类型有哪些?答：特点：传动效率高；传动精度高；传动比范围广；传递大功率；可靠性强。类型：平行轴齿轮传动；锥齿轮传动；内啮合齿轮传动；齿条传动。6-2渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是什么?连续传动条件是什么?答：渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件：模数相等：两个齿轮的模数必须相等，即每个齿轮的齿数与齿距的比值相等。压力角相等：两个齿轮的压力角必须相等，即齿轮齿廓上法线与切线之间的夹角。齿数相等或整数倍关系：两个齿轮的齿数必须相等或存在整数倍关系，以保证齿轮之间的配合。齿宽相等：两个齿轮的齿宽必须相等，以确保齿轮之间的传力均匀。连续传动条件：啮合点的连续性：齿轮啮合时，齿轮齿廓曲线上的啮合点应该是连续的，不应有突变或间断。这样可以保证齿轮之间的传动平稳，避免产生冲击和振动。啮合曲线的光滑性：齿轮齿廓曲线应具有光滑的变化特性，以确保齿轮之间的啮合过程中能够顺畅进行，减小摩擦和磨损。6-3什么叫齿轮的切齿干涉？标准直齿圆柱齿轮不发生切齿干涉的最少齿数是多少?答：齿轮的切齿干涉是指在齿轮传动中，齿轮齿廓的相互干涉或重叠现象。当两个齿轮的齿数、模数、压力角等参数选择不当或设计不准确时，会导致齿轮的切齿干涉问题。标准直齿圆柱齿轮不发生切齿干涉的最少齿数是17。6-4什么叫变位齿轮?与标准齿轮相比有什么特点?答：变位齿轮是一种特殊类型的齿轮，其齿槽轮廓不同于标准齿轮，具有非常规的齿廓形状。相比于标准齿轮，变位齿轮具有以下特点：齿廓形状非常规：变位齿轮的齿廓形状不同于标准齿轮，采用了特殊的齿廓曲线，以实现特定的运动传动需求。齿轮参数可调：变位齿轮可以通过调整齿廓参数来实现不同的传动性能，如变位系数、变位量等。变速传动：由于其特殊的齿廓形状，变位齿轮可以实现变速传动，通过改变齿轮啮合点的位置来调整传动比。平稳运行：变位齿轮具有较大的接触面积和更平稳的运动特性，能够减小齿轮传动中的噪声和振动。应用广泛：变位齿轮广泛应用于各种工业设备和机械系统中，特别适用于需要变速传动和平稳运行的场合，如汽车变速器、机床传动等。6-5常见的齿轮轮齿损伤与失效形式有哪些?答：常见的齿轮轮齿损伤与失效形式包括：磨损：齿面磨损是齿轮常见的损伤形式，主要包括压力角磨损、疲劳磨损、摩擦磨损等。唇部磨损：主要发生在齿轮的齿廓唇部，导致齿轮齿廓减小、变形和功能性能下降。断齿：指齿轮齿齿根或齿顶出现裂纹或断裂，常见于过载或冲击载荷下。齿面点蚀：由于摩擦和挤压引起的齿面局部点状损伤，通常在高负荷和高速工况下发生。齿面断裂：指齿轮齿面出现裂纹或断裂，常见于过载或疲劳加载下。锈蚀和腐蚀：齿轮表面受潮气、腐蚀介质或润滑不良导致的腐蚀现象。齿轮偏差：包括齿廓偏差、齿距偏差等，导致齿轮啮合不良、噪音增加和传动效率降低。齿轮材料疲劳：由于反复加载导致齿轮材料发生疲劳破坏，通常表现为齿面裂纹和断裂。6-6开式齿轮传动和闭式齿轮传动的轮齿失效形式有什么不同?闭式软齿面齿轮传动与闭式硬齿面齿轮传动的失效形式又有什么不同?各自的设计准则是什么?答：略。6-7为什么小齿轮齿面硬度要比大齿轮齿面硬度高些?答：为了平衡载荷分布和磨合效果，小齿轮的齿面硬度相对较高，而大齿轮的齿面硬度相对较低。6-8为什么斜齿圆柱齿轮比直齿圆柱齿轮传动平稳、承载能力大?答：斜齿圆柱齿轮传动由于其特殊的齿面形状和齿面分布特点，具有较好的平稳性和承载能力。6-9一对啮合传动的直齿圆柱齿轮其圆周力，径向力和法向力的大小、方向如何确定?答：圆周力：圆周力是指作用于齿轮齿面的沿着齿轮周向的力。圆周力的大小取决于传动的扭矩大小和齿轮的几何参数，如模数、齿数等。圆周力的方向与齿轮的转动方向相反。径向力：径向力是指作用于齿轮齿面的沿着齿轮半径方向的力。径向力的大小取决于齿轮的几何形状和啮合条件。当齿轮啮合时，径向力会导致齿轮产生径向位移。径向力的方向指向齿轮中心。法向力：法向力是指作用于齿轮齿面的垂直于齿轮齿面的力。法向力的大小取决于齿轮的几何形状和啮合条件。法向力的方向垂直于齿轮齿面，通常指向齿轮中心。6-10斜齿圆柱齿轮模数、压力角各有哪几种?哪一种是标准值?答：斜齿圆柱齿轮模数：英制模数；公制模数；直径模数。斜齿圆柱齿轮压力：14.5度、20度和25度。标准值：法面模数和法面压力角。6-11斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是什么?答：模数匹配：齿轮对的模数必须相等，即齿轮的齿距必须匹配。压力角匹配：齿轮对的压力角必须相等，以保证啮合面的正确接触。齿数匹配：齿轮对的齿数必须满足齿轮啮合规则，使得齿轮齿数之和满足等于或整数倍于某个基本单位。同侧啮合：齿轮对的啮合是同侧啮合，即齿轮的齿面在同一侧。正确的啮合角：齿轮对的啮合角必须正确，使得齿轮的啮合点处于合适的位置，确保平稳的啮合和传动。合适的中心距：齿轮对的中心距必须合适，以保证齿轮之间的正常啮合。6-12什么叫斜齿轮的当量齿数?如何计算?答：斜齿轮的当量齿数是一种用来描述斜齿轮传动中齿轮大小的指标。当量齿数是指在同样模数和压力角下，与直齿轮传动具有相同传动比的斜齿轮的几何齿数。当量齿数可以通过以下公式进行计算：当量齿数Z_e=Z/cos(α)其中，Z_e表示当量齿数，Z表示实际齿数，α表示压力角。6-13斜齿圆柱齿轮在选择切削刀具和强度计算时应以什么齿数为依据?答：略。6-14一对啮合传动的斜齿圆柱齿轮的轴向力的方向如何确定?答：对于外啮合齿轮：当两个齿轮的斜齿角方向相同时，轴向力的方向与齿轮旋转方向相反；当两个齿轮的斜齿角方向相反时，轴向力的方向与齿轮旋转方向相同。对于内啮合齿轮：当两个齿轮的斜齿角方向相同时，轴向力的方向与齿轮旋转方向相同；当两个齿轮的斜齿角方向相反时，轴向力的方向与齿轮旋转方向相反。6-15直齿圆锥齿轮的模数、压力角的标准值规定在什么位置?其正确啮合的条件是什么?答：直齿圆锥齿轮的模数和压力角的标准值通常规定在以下位置：模数（Module）的标准值通常在齿轮的齿数、模数和齿宽等参数中确定。具体的标准值可以参考国际标准ISO54和国家标准GB/T14357。压力角（PressureAngle）的标准值通常在齿轮的设计和制造标准中规定。常见的压力角标准值有20°、22.5°、25°等，其中最常用的是20°。直齿圆锥齿轮的正确啮合条件包括以下几个方面：齿轮的模数和压力角必须相同。啮合齿轮的齿宽应相等或近似相等。齿轮的齿数必须满足啮合条件，即两个齿轮的齿数之比应为整数或近似整数。齿轮的齿面要满足齿面接触和啮合要求，确保齿轮在运动过程中的正常接触和传递力。6-16蜗杆传动有哪些基本特点?答：基本特点：大转动比；转向性能好；自锁性能；传动效率低；体积大、重量重。6-17蜗杆传动的正确啮合条件是什么?其传动比是否等于蜗轮和蜗杆的分度圆直径之比?答：蜗杆传动的正确啮合条件主要包括以下几点：啮合角：蜗杆和蜗轮的啮合角要符合一定的范围，通常在10°到30°之间。啮合角过小或过大都会影响传动的效果和寿命。啮合条件：蜗杆和蜗轮的啮合必须是正啮合，即蜗杆的螺旋线方向与蜗轮的齿线方向相反。这样才能保证传动平稳且具有自锁性能。啮合质量：蜗杆和蜗轮的啮合齿面应具有良好的啮合质量，无明显的啮合误差和不良的表面质量。关于传动比的问题，蜗杆传动的传动比是由蜗杆的螺旋线间距和蜗轮的齿数决定的，并非等于蜗轮和蜗杆的分度圆直径之比。传动比可以通过蜗杆的螺旋线间距和蜗轮的齿数比来计算，通常表示为n，即传动比n=Z2/Z1，其中Z2为蜗轮的齿数，Z1为蜗杆的螺旋线间距。6-18什么叫定轴轮系?什么叫周转轮系?答：定轴轮系是指在传动过程中，传动轴固定不动，只有被传动轮转动的轮系。在定轴轮系中，传递动力的元件（如齿轮、带轮等）固定在轴上，通过轮齿或带带来传递力和运动。周转轮系是指在传动过程中，传动轴可以自由转动的轮系。在周转轮系中，传递动力的元件（如齿轮、带轮等）不仅可以转动自身，还可以转动传动轴。通过轮齿或带带来传递力和运动。6-19如何计算定轴轮系的传动比?怎样确定其首末轮的转向关系?答：定轴轮系的传动比可以通过齿轮的齿数比例来计算。传动比等于从动轮的齿数除以主动轮的齿数。如果有多个齿轮组成的轮系，传动比可以通过各个齿轮齿数比例的乘积来计算。确定定轴轮系中首末轮的转向关系，可以根据传动的目的和要求进行判断。通常情况下，如果主动轮逆时针转动，则从动轮也会逆时针转动；如果主动轮顺时针转动，则从动轮也会顺时针转动。转向关系的确定也可以根据齿轮啮合时的齿顶与齿底的接触情况进行判断。6-20为什么可以通过转化轮系计算周转轮系的传动比?转化轮系中各构件的转速是否与原周转轮系的转速相等?答：可以通过转化轮系计算周转轮系的传动比是因为转化轮系和周转轮系在传动原理上是等效的，它们具有相同的传动关系。在转化轮系中，各构件的转速不一定与原周转轮系的转速相等。转化轮系的目的是通过改变齿轮的数量和尺寸来实现所需的传动比。因此，转化轮系中的转速与周转轮系的转速之间存在一定的关系，通常通过传动比来表示。6-21C61508车床主轴箱内有一对标准直齿圆柱齿轮,其模数m=3mm,齿数z1=21，z答：略6-22题6-21中,若支撑两齿轮的箱体轴承孔中心距恰好等于标准中心距。试确定两轮的节圆直径、啮合角﹔并作图确定实际啮合线BB长度,检查该对齿轮传动的重合度为多少?答：略。6-23已知一标准渐开线直齿圆柱齿轮,其齿顶圆直径da1=77.5mm,齿数z答：略。6-24有一个齿数z=24的正常齿制标准圆柱齿轮,跨齿数为3时,测得公法线长度W3=61.83mm;跨齿数为2时,测得公法线长度W2=37.55mm。此外,测得齿顶圆直径答：略。6-25某闭式渐开线标准直齿圆柱齿轮传动,中心距a=120mm。现有两种方案:方案一z1=18，z方案二z1=36，z如小齿轮均为40Cr钢,表面淬火,齿面硬度52HRC,大齿轮45钢表面淬火,表面硬度45HRC,问:接触疲劳强度哪对齿轮较高?为什么?答：略。弯曲疲劳强度哪对齿轮较高?为什么?答：略。运转起来哪对齿轮较平稳?为什么?答：略。（4）应用于简易磨床,应选哪种方案?如用于简易冲床,又选哪种方案?为什么?答：略。6-26试设计单级直齿圆柱齿轮减速器中的齿轮传动。已知传递功率P=5kW，小齿轮转速n1=970r/min，大齿轮转速n2=250r/min;电动机驱动，工作载荷比较平稳，单向传动，小齿轮齿数已选定答：略。6-27已知一对正常齿标准斜齿圆柱齿轮的模数mn=3mm，齿数z1=23,答：略。6-28题6-28图所示为斜齿圆柱齿轮减速器。（1）已知主动轮1的螺旋角旋向及转向，为了使轮2和轮3的中间轴的轴向力最小，试确定轮2、3、4的螺旋角旋向和各轮产生的轴向力方向。答：略，（2）已知mn2=3mm，z2=57，β2=18°，mn3=4mm，z3=20答：略。6-29已知一对轴交角E=90°的直齿圆锥齿轮传动，m=3mm，齿数z1=20，z2=40，压力角α=20°，齿顶高系数ℎa答：略。6-30一标准普通圆柱蜗杆传动，已知其蜗杆的轴向模数m=10mm，头数z1=1，分度圆直径d1=90mm，蜗轮齿数答：略。6-31试判定题6-31图中的转动方向或螺旋方向，蜗杆均为主动。答：略。6-32题6-32图所示轮系中，已知各轮的齿数为z1=z2=20，z3=60，z3'=26，z4=30，z答：略。6-33题6-33图所示的手摇提升装置中，设已知各轮的齿数z1=20，z2=50，z2'=15，z3=30，=1，z3'=40，解:该轮系为空间定轴轮系,用箭头表示各轮的转向。轮系的传动比大小为当提升重物时,手柄的转向如图下箭头所示。6-34题6-34图所示的行星齿轮系中，已知轮3的转速n3=2400r/min，各轮的齿数z1=105，z答：略。6-35题6-35图所示为一矿山用电钻的传动机构。已知各轮的齿数为z1=15，z2=45,电动机m的转速n1=答：略。6-36题图6-36所示为滚齿机滚刀与工件间的传动简图,已知各轮的齿数为z1=35，z2=10，z3=30，z4=70，z5=40，z6=90，答：毛坯回转一周滚刀轴126转。单元七带传动和链传动7-1 平带传动,已知两带轮直径分别为150mm和400mm,中心距为1000mm,小轮主动转速为1460r/min。试求:小轮包角﹔不考虑带传动的弹性滑动时大轮的转速;滑动率ε=0.015时大轮的实际转速。答：7-2带传动的弹性滑动和打滑是怎样产生的?它们对传动有何影响?是否可以避免?答：带传动中的弹性滑动和打滑是由于带传动带和轮缘之间的相对滑动引起的。弹性滑动是指在带传动中，由于带的弹性变形和轮缘之间的相对滑动，导致带松弛，带与轮缘之间产生一定的相对滑动。这种滑动一般发生在传动起动和停止阶段，由于带的弹性变形和轮缘的形状不匹配，会产生一定的相对滑动。打滑是指在带传动中，由于传动力矩过大或传动装置的负载突然增加，导致带与轮缘之间的滑动速度超过了允许的范围，带发生打滑现象。这种现象会导致传动效率下降、带传动带磨损加剧、传动装置噪音增加等问题。弹性滑动和打滑会对传动产生负面影响，包括传动效率降低、带磨损加剧、传动装置寿命缩短等。此外，打滑还会导致传动装置产生较大的热量，进一步影响传动的稳定性和可靠性。为了减少或避免弹性滑动和打滑现象，可以采取以下措施：选择合适的带传动参数：包括带材料、带尺寸、轮缘形状等，以确保带与轮缘的匹配性和传动的可靠性。控制传动负载：避免突然增加的负载或传动力矩过大，合理设计传动装置，使其在额定工作范围内运行。适当预紧带传动带：通过调整带的预紧力，使其能够满足传动所需的牵引力，减少滑动现象的发生。定期检查和维护：对带传动进行定期检查，确保带的状态良好，及时更换磨损严重的带，保持传动装置的良好工作状态。7-3在V带传动设计过程中,为什么要校验带速和包角?答：确保传动效率：带速是指传动带在工作状态下的线速度，而包角是指带在滑过驱动轮或从动轮时所形成的角度。带速和包角的合理匹配能够确保带的正常工作，减少滑动和打滑现象，提高传动的效率。保护传动带寿命：过高的带速或过小的包角会导致带的磨损加剧，甚至导致带的提前失效。校验带速和包角能够确保带在合适的工作条件下运行，延长传动带的使用寿命。避免传动过热：带速过高或包角过小会导致带在传动过程中摩擦产生过多的热量，进而引起传动部件过热。校验带速和包角可以控制传动的热量产生，避免传动过热，提高传动系统的稳定性和可靠性。确保传动的稳定性：带速和包角的合理匹配能够减少带的滑动和打滑现象，保持传动的稳定性。稳定的传动能够减少振动和噪音，提高传动系统的工作效率和舒适性。7-4带传动工作时,带截面上的应力如何分布?最大应力发生在何处?答：在带传动中，带截面上的应力分布是不均匀的，主要集中在带的张紧一侧，而另一侧则相对较低。带传动中的最大应力通常发生在紧侧（拉紧一侧）的带轮接触区域。这是因为紧侧带在传动过程中受到较大的张力作用，从而导致该区域的应力集中。7-5试设计题7-5图所示带式输送机中的普通V带传动。已知从动带轮的转速n2=610r/min,单班工作制,电动机额定功率为7.5kW,转速n答：略。7-6链传动和带传动相比有哪些优缺点?答：与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保证准确的平均传动比，传动效率较高；又因链条不需要像带那样张得很，所以作用于轴上的径向压力较小；在同样的条件下，链传动结构较为紧凑。同时链传动能在高温和低温的情况下工作。单元八轴承8-1试说明下列滚动轴承代号的含义:30308、LN203、6210/C3、7210C、51208、N208E/P4、7208AC/P5。答：30308:这是一个圆锥滚子轴承的代号，其中"30"表示锥角为30度，"308"表示内径为40mm、外径为90mm、宽度为25.25mm。LN203:这是一个深沟球轴承的代号，其中"LN"表示内径加倍，"203"表示内径为17mm、外径为40mm、宽度为12mm。6210/C3:这是一个深沟球轴承的代号，其中"6210"表示内径为50mm、外径为90mm、宽度为20mm，"/C3"表示轴承内部游隙大于标准。7210C:这是一个角接触球轴承的代号，其中"7210"表示内径为50mm、外径为90mm、宽度为20mm，"C"表示轴承的接触角为15度。51208:这是一个推力球轴承的代号，其中"512"表示单向推力球轴承，"08"表示内径为40mm、外径为68mm、宽度为19mm。N208E/P4:这是一个圆柱滚子轴承的代号，其中"N208"表示内径为40mm、外径为80mm、宽度为18mm，"E"表示轴承带有增强型内圈，"/P4"表示轴承的精度等级为P4。7208AC/P5:这是一个角接触球轴承的代号，其中"7208"表示内径为40mm、外径为80mm、宽度为18mm，"AC"表示轴承的接触角为25度，"/P5"表示轴承的精度等级为P5。8-2试述滚动轴承的主要失效形式。答：疲劳失效：长时间运行和负荷作用下，轴承内部的滚动体和滚道会受到循环应力，导致材料疲劳破坏。疲劳失效表现为滚动体和滚道表面出现裂纹或断裂。磨损：由于轴承在工作中滚动和滑动，摩擦力会导致轴承部件表面的材料磨损。常见的磨损形式包括磨粒磨损、磨痕磨损和胶合磨损。密封失效：轴承通常需要进行密封以防止外界污染物进入轴承内部。密封失效可能导致润滑剂泄漏，进而造成轴承内部润滑不足或污染。腐蚀和锈蚀：在恶劣的工作环境下，轴承可能会遭受化学腐蚀或氧化锈蚀，导致表面的材料损坏或腐蚀。温度过高：轴承在工作中由于摩擦产生热量，如果散热不良或润滑不足，温度可能会升高，导致轴承失效。安装错误或装配不当：轴承的安装和装配过程中，如果存在错误或不当操作，例如过度或不足的预紧力、轴承偏斜等，可能导致轴承失效。8-3滚动轴承的额定寿命、额定动载荷和当量动载荷的含义是什么?答：额定寿命（RatedLife）：额定寿命是指在一定条件下，轴承可以运行的预期寿命。通常表示为一定数量的旋转循环或行程循环，例如滚动轴承的额定寿命可以表示为L10寿命。额定寿命是基于统计方法和试验数据得出的，表示在这个循环数内，约有90%的轴承能够正常运行而不出现失效。额定动载荷（RatedDynamicLoad）：额定动载荷是指轴承能够承受的标准动载荷，即在额定寿命下，轴承可以安全运行的最大载荷。额定动载荷考虑了轴承的寿命、可靠性和使用条件等因素，是选取轴承的重要参考指标。当量动载荷（EquivalentDynamicLoad）：当量动载荷是在实际工况下，将复杂载荷条件转化为等效载荷的概念。在实际应用中，轴承所受的载荷通常是多向、不规则的，难以直接确定额定动载荷。因此，通过计算和考虑不同载荷方向和大小的综合影响，将复杂载荷转化为当量动载荷，以便与额定动载荷进行比较和选择合适的轴承。8-4滚动轴承的内、外圈的固定形式各有几种?适用于什么场合?答：轴承与轴配合：内圈与轴通过配合方式实现固定，外圈通过外圈与座孔的配合方式实现固定。适用于轴与座孔都有足够的强度和刚度的场合。紧定套圈：使用紧定套圈将内圈或外圈紧固在轴上或座孔上。适用于轴或座孔的尺寸与轴承的内径或外径有较大差距的场合，或需要频繁拆卸的场合。锁紧螺母：通过螺母的锁紧来固定轴承的内圈或外圈。适用于需要轴承在轴上或座孔上做轴向位置调整的场合。接触式密封件：通过轴承上的接触式密封件与轴或座孔的配合来固定内圈或外圈。适用于需要防止外界灰尘、水等物质进入轴承内部的场合。加装固定环：在轴承上加装专门的固定环来固定内圈或外圈。适用于需要额外固定轴承的场合，如在高速旋转或振动环境下。8-5采用滚动轴承轴系结构形式有几种?适用于什么场合?答：单轴承结构：轴系中只有一个滚动轴承，通常用于轻载、低速、简单的轴系，例如家用电器、小型机械等。双轴承结构：轴系中有两个相对安装的滚动轴承，通常用于承受较大径向和轴向载荷的应用，例如机床主轴、车辆传动轴等。多轴承结构：轴系中有多个滚动轴承并按一定顺序组合，常见的有串联、并联、交叉等结构形式。多轴承结构能够承受更大的载荷和提供更高的刚度，适用于重载、高速、精密的机械设备，例如工业机械、航空航天设备等。调心轴承结构：通过调心滚子轴承或调心球轴承来实现轴系中的轴向和角向调整。调心轴承结构能够补偿轴系中的轴向偏差和安装误差，适用于需要调整和适应不同工况的应用。8-6在进行滚动轴承组合设计时应考虑哪些问题?答：载荷分析：准确分析和计算实际工作条件下的径向载荷、轴向载荷和扭矩等，以确定所需的轴承类型、数量和布局。轴承选型：根据工作条件、载荷类型和工作要求选择合适的滚动轴承，包括球轴承、滚子轴承、调心轴承等，考虑到其载荷能力、刚度、运行精度和寿命等参数。轴承布局：确定轴承的布局方式，包括单轴承、双轴承或多轴承结构，以满足轴向和径向载荷的要求，同时考虑轴系的刚性和运行平稳性。轴承寿命计算：根据滚动轴承的额定寿命和工作条件，计算轴承的寿命，以确保轴承在设计寿命内能够可靠运行。温度和润滑：考虑轴承的工作温度和润滑方式，选择合适的润滑剂和润滑方式，以确保轴承在正常工作温度和充分润滑条件下运行。安装和调整：考虑轴承的安装方式和调整要求，包括合适的安装间隙、预紧力和轴向偏差等，以确保轴承能够正确安装并正常运行。振动和噪声：在设计中考虑减小轴承振动和噪声的措施，选择合适的密封、降噪装置和减振措施，以提高轴系的运行平稳性和舒适性。8-7轴承为什么要进行润滑和密封?常用的润滑油和密封装置有哪些?答：轴承进行润滑和密封的目的是为了保护轴承，减少摩擦和磨损，延长轴承寿命，并防止灰尘、污染物和湿气等对轴承的侵入。润滑油：矿物油：常用的润滑油类型，适用于一般工况。合成油：具有更高的性能，耐高温、抗氧化和抗腐蚀等特点，适用于高速、高温和特殊环境下的工作。润滑脂：由稠化剂和润滑油组成，适用于密封和长期润滑要求的场合，能够提供更好的密封效果。密封装置：密封圈：常用的轴封装置，安装在轴承外部，防止润滑油泄漏和污染物进入。密封盖：覆盖在轴承上，形成密封，常用于防尘和防水的场合。防尘罩：安装在轴承周围，防止灰尘和杂物进入轴承内部。密封润滑脂：具有密封功能的润滑脂，能够阻止润滑油的泄漏和污染物的侵入。8-8一代号为6304的深沟球轴承，承受径向载荷Fr=2kN，载荷平稳,转速n=960r/min，一般工作温度，试计算该轴承的寿命；若载荷改为F答：略。8-9根据工作条件,某机器传动装置中的轴两端各采用一个深沟球轴承，轴颈d=35mm,转速n=200r/min，每个轴承承受径向载荷Fr=2000N，一般工作温度,载荷平稳，预期使用寿命Lℎ答：略。8-10一矿山机械的转轴，两端用6313深沟球轴承，每个轴承的径向载荷Fr=5400N，轴上的轴向外载荷Fr=2650N，轴的转速n=1250r/min，一般温度下工作，有轻微冲击，预期使用寿命答：略。8-11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8-11图所示,已知两轴承载荷分别为Fr1=1470N,Fr2=2650N,轴向外载荷FA答：略。8-12如题8-12图所示,齿轮轴用30206轴承支撑。已知径向载荷Fr1=1.5kN，Fr2=0.5kN，轴向外载荷答：略。单元九轴9-1自行车前轴、后轴、中轴各属于什么类型的轴?答:由于自行车的前轴和后轴需要克服轮对轴产生的滚动摩擦力矩很小,所受的转矩可以忽略,而弯矩是主要的载荷,所以应该是心轴。前轴为不转动的心轴,而后轴为转动的心轴。而自行车的中轴一方面需要克服车轮对地的摩擦力,从而驱动车轮转动,因此受转矩作用;同时,中轴还受有链轮对轴的作用力和踏脚力以及由此引起的弯矩,因此中轴应该是转轴。9-2试从减小轴上载荷﹑提高轴的强度观点出发,分别指出题9-2图(a)中哪一种布置形式及题9-2图(b)中哪―种卷筒的轮毂更为合理?答：略。9-3作题9-3图所示各轴的扭矩图。答：略。9-4如题9-4图所示,已知传动轴的转速n=200r/min,由轮1输入功率P1=20kW，轮2、3、4输出功率分别为P2=5kW、P3答：略。9-5如题9-5图所示,试求（1）轴AB截面上离圆心距离为20mm各点的切应力﹔（2）Ⅰ—Ⅰ截面上最大切应力﹔（3）AB轴的最大切应力。答：（1）略。（2）略。（3）略。9-6妳轴的尺寸如题9-6图所示。转矩T=300N·m,轴材料的许用切应力[τ]=60MPa,试校核该轴的强度。答：略。9-7绞车由两人操作,如题9-7图所示,每人加在手柄上的力F=250N,已知AB轴的许用切应力[τ]=4MPa,按扭转强度计算AB轴的直径。答：略。9-8一级圆柱齿轮减速器如题9-8图所示。已知主动轮转速n1=960r/min,传递功率P=100kw,z1=20,答：略。9-9一传动轴受力如题9-9图所示,已知材料许用切应力[τ]=40MPa,材料许用扭转角[θ]=0.5°m，答：略。9-10阶梯轴直径分别为d1=40mm,d2=50mm,材料许用切应力[τ]=60MPa,G=80GPa,许用扭转角[θ]=1.5°m,功率由轮C输入,已知P答：略9-11如题9-11图所示镗孔装置,在刀杆部装有两把镗刀,已知切削功率P-8kW,刀J杆转速n=60r/min,刀杆直径d=70mm,材料的许用切应力[τ]=60MPa，[θ]=0.5°，G=80MPa，试校核该刀杆的扭转强度和刚度。答：略。9-12心轴弯曲时,一般情况下其横截面上会产生什么内力?答：当心轴弯曲时，其横截面上会产生以下两种内力：弯矩（弯曲力矩）：弯矩是指垂直于轴线作用的力矩，使得心轴发生弯曲。弯矩的大小与外力的大小和作用点的位置有关。在心轴弯曲的凸侧（拉侧），弯矩产生正向弯曲力矩；在凹侧（压侧），产生反向弯曲力矩。剪力：剪力是指沿着横截面平面内部作用的力，使得心轴的横截面产生剪切变形。剪力的大小与外力的大小和作用方向有关。剪力一般沿着心轴的切线方向作用，呈现剪切力的分布。9-13试判断题9-13图示各梁,哪种加载方式使梁产生的弯矩最大?哪种最小?答：略。9-14求题9-14图示梁的弯矩,并画出弯矩图。已知F=200N,l=200mm。答：略。9-15圆截面外伸梁受载如题9-15图所示，试计算支座B处梁截面上的最大正应力。答：略。9-16空心管受载如题9-16图所示,已知[σ答：dmax9-17由20b工字钢制成的外伸梁如题9-17图所示,在外伸端C处作用集中载荷F，已知许用弯曲应力[σ答：略。9-18一级圆柱齿轮减速如题9-18图所示。已知输入功率P=13kW,转速n=980r/min,齿数z1=18,z2（1）估算主动轴的最小直径;（2）验算从动轴的强度。答：（1）略。（2）略。9-19如题9-19图所示,折杆AB段为圆截面AB垂直BC,已知AB杆直径d=140mm,材料的许用应力[σ答：略。9-20如题9-20图所示,绞车的最大载重量W=0.8kN,鼓轮的直径D=380mm,绞车材料的许用应力[σB答：略。9-21如题9-21图所示的转轴,齿轮A的直径D1=300mm,其上作用垂直力Fy=1kN,齿轮B的直径D2=150mm,其上作用的水平力F答：略。9-22注出题9-22图中轴的局部结构尺寸。(1)D1、R';(2)D、b、R";(3)d1、答：略。9-23如题9-23图所示为输出轴结构,试指出1~8处的错误。答：略。9-24指出题9-24图示轴结构中的错误。答：略。单元十连接10-1为什么绝大多数螺纹连接都要预紧?主要有哪些防松措施?答：绝大多数螺纹连接都需要进行预紧的主要原因是为了确保连接的紧固力和稳定性。通过预紧螺纹连接，可以使螺纹间产生摩擦力和弹性变形，从而提供一定的紧固力，防止连接在振动、冲击或负载下松动。预紧螺纹连接的主要目的是消除或减小连接界面上的松动间隙，确保连接紧固后的稳定性。此外，预紧还可以增加连接的承载能力，提高连接的刚度和抗疲劳性能。常见的防松措施包括：使用垫圈：在螺纹连接中加入垫圈，可以增加连接面积，分担载荷，减少松动的可能性。使用螺母锁紧剂：螺母锁紧剂是一种特殊的涂层或液体，可以增加螺母和螺纹之间的摩擦力，提高连接的阻抗力，防止松动。使用弹簧垫片：在螺纹连接中添加弹簧垫片可以提供弹性变形，增加连接的紧固力和阻尼效果，减少松动。使用止动螺母：止动螺母具有特殊的设计，可以在连接过程中锁定螺纹，防止松动。使用螺纹固定剂：螺纹固定剂是一种液体或胶状物质，涂在螺纹连接部位，经固化后可以填充间隙，增加连接的紧固力。10-2在进行紧螺栓连接的强度计算时,为什么要将螺栓拉力增大30%?答：不均匀载荷分布：在实际应用中，螺栓连接承受的载荷分布可能不均匀。一些区域可能承受更高的载荷，而其他区域的载荷较轻。通过增加螺栓拉力，可以提供额外的安全余量来抵抗不均匀载荷分布带来的影响。材料性能变化：材料的强度、刚度和其他性能可能存在一定的变化范围。由于制造过程、材料批次或环境因素的影响，螺栓的实际性能可能与设计时的理想情况有所偏差。增加螺栓拉力可以在一定程度上弥补这种变化。安全性和可靠性：螺栓连接在工程设计中承担重要的责任，连接失效可能导致严重的后果。通过增加螺栓拉力，可以提高连接的安全性和可靠性，确保其在各种工况下都能够满足要求。10-3螺纹的螺距和导程有何区别和联系?答：联系：螺距和导程都描述了螺纹的线密度和相邻螺纹之间的距离。在公制螺纹中，螺距等于导程。因此，当我们知道其中一个参数时，可以根据公制螺纹的标准关系确定另一个参数。区别：螺距只描述了相邻螺纹之间的距离，而导程描述了一圈螺纹的长度。在某些特殊情况下，如锥度螺纹，导程和螺距可能不相等。此外，导程还包括锥度螺纹的锥度信息，而螺距只表示螺纹线密度。10-4具有相同直径和螺距的单线螺纹和多线螺纹哪一个效率高?为什么?答：多线螺纹的效率比单线螺纹高。多线螺纹是将螺纹分成多条线来完成螺纹加工的一种方式，而单线螺纹则是使用单条线进行加工。以下是多线螺纹效率高的原因：分担载荷：多线螺纹由多条线共同承担负载，相比于单线螺纹，每条线所承受的负载减少，从而减轻了单个线的应力，提高了整体的承载能力和寿命。减小摩擦：多线螺纹由多条线共同参与摩擦，减小了每条线的摩擦力，使整个螺纹的摩擦系数降低。这有助于减少功耗和热量产生，提高传动效率。增加快进速度：由于多线螺纹的线数较多，当进行快速移动时，相同线距下多线螺纹可以更快地完成螺纹的进给。10-5公称直径相等的普通螺纹连接,粗牙螺纹和细牙螺纹相比,哪一种自锁性能好?答：粗牙螺纹具有较好的自锁性能。自锁性是指螺纹连接在受力后能够抵抗自发松动的能力。粗牙螺纹的自锁性能较细牙螺纹更好的原因在于以下几点：螺纹斜率较小：粗牙螺纹的斜率较小，即单位长度内螺纹高度的增加较少。这导致在受到外部力矩作用时，螺纹的径向压力较大，可以更好地抵抗自发松动的倾向。摩擦力增加：由于粗牙螺纹的螺纹高度较大，其螺纹表面接触面积较大，从而增加了螺纹间的摩擦力。这有助于阻止螺纹的相对滑动，提高自锁性能。可调紧程度：粗牙螺纹的螺距较大，使得在连接过程中可以更容易地进行调整和紧固，从而更好地保持连接的紧固状态。10-6用两个M10的螺钉固定一牵曳钩,若螺钉材料为Q235,装配时控制预紧力,接合面摩擦系数f=0.15,求其允许的牵曳力F。答：10-7在图示某重要拉杆螺纹连接中,已知拉杆所受拉力Fa答：10-8一钢制液压油缸,油压力ρ=3MPa,油缸内径D=160mm。为保证气密性要求,螺柱间距l不得大于4.5d(d为螺柱大径),试计算此油缸的螺柱连接和螺柱分布圆直径D0答：略。10-9螺纹有哪些主要参数?答：1.大径d（D）；2，小径d1（D1）；3.中径d2（D2）；4.螺距p；5.螺纹线数n；6.导程S；7.螺纹升角10-10螺纹导程和螺距有什么不同?两者有什么关系?答：螺纹导程是描述螺纹在纵向上的运动距离，而螺距是描述螺纹在横向上的距离。它们通过螺旋线数相乘来建立关系。10-11螺纹公差有几种,其公差等级﹑代号是什么?答：螺纹的公差通常有三种：基本公差、普通公差和精密公差。螺纹公差的等级和代号如下：基本公差等级：IT01、IT0、IT1、IT2、IT3、IT4、IT5、IT6、IT7、IT8、IT9、IT10、IT11、IT12、IT13、IT14、IT15。普通公差等级：T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13、T14、T15。精密公差等级：C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15。10-12常用的螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母、垫圈有哪些型式?答：螺栓：常见的螺栓型式包括六角头螺栓、内六角头螺栓、圆头方颈螺栓、圆柱头螺栓等。双头螺柱：双头螺柱是一种具有两个螺纹端的螺柱，常见的型式包括双头螺柱、外螺纹双头螺柱、内外螺纹双头螺柱等。螺钉：常见的螺钉型式包括螺丝、自攻螺钉、木螺钉、机械螺钉等