机械设计基础部分习题及答案.doc 18页

'《机械设计基础》部分习题答案第一章1-1.各种机器尽管有着不同的形式、构造和用途，然而都具有下列三个共同特征：①机器是人为的多种实体的组合；②各部分之间具有确定的相对运动；③能完成有效的机械功或变换机械能。机器是由一个或几个机构组成的，机构仅具有机器的前两个特征，它被用来传递运动或变换运动形式。若单纯从结构和运动的观点看，机器和机构并无区别，因此，通常把机器和机构统称为机械。1-2.都是机器。1-3.①杀车机构；有手柄、软轴、刹车片等。②驱动机构；有脚踏板、链条、链轮后轴，前轴等。第二章2-2.问题一：绘制机构运动简图的目的是便于机构设计和分析。问题二：(1)分析机构的运动原理和结构情况，确定其原动件、机架、执行部分和传动部分。(2)沿着运动传递路线，逐一分析每个构件间相对运动的性质，以确定运动副的类型和数目。(3)选择视图平面，通常可选择机械中多数构件的运动平面为视图平面，必要时也可选择两个或两个以上的视图平面，然后将其画到同一图面上。(4)选择适当的比例尺，定出各运动副的相对位置，并用各运动副的代表符号、常用机构的运动简图符号和简单的线条来绘制机构运动简图。(5)从原动件开始，按传动顺序标出各构件的编号和运动副的代号。在原动件上标出箭头以表示其运动方向。问题三：机构具有确定运动的条件是：F＞0,机构原动件的数目等于机构自由度的数目。2-3.答：铰链四杆机构有三种类型：它们是曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。铰链四杆机构具有曲柄的条件是：（1）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；（2）连架杆和机架中必有一杆是最短杆。根据曲柄存在条件还可得到如下推论：1）当最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，则不论取何杆为机架，都只能得到双摇杆机构。2）若四杆机构中最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和，当最短杆的邻边是机架时，机构成为曲柄摇杆机构；当最短杆本身为机架时成为双曲柄机 构；当最短杆是连杆时成为双摇杆机构。2-5.(a)9×3-12×2-1＝2小滚轮是虚约束，凸轮中心有二个转动副。(b)F＝3n－PL－PH＝3×5－2×7＝1除A、B、C、D、E外，其余都是虚约束;(c)F＝3n－PL－PH＝3×5－2×7＝1C处有一复合铰链，E处都是虚约束。2-6.解：①要得到曲柄摇杆机构，最长杆与最短杆之和必须小于其余两杆之和。这有三种情况：设a为最长杆a+40≤45+50a≤55设a为最短杆a+50≤45+40a≤35设a为中间值50+40≤45+a45≤a故：a的范围为：45≤a≤55②要得到双摇机构，最长杆与最短杆之和必须大于其余两杆之和。也有三种情况：a为最大值：a+40＞45+50a＞55a为最小值：a+50＞45+40a＞35a为中间值：50+40＞45+a45＞a综合得到：a＞35a＞55a＜45故a的取值范围：a＞0即可。2-8、a)双曲柄机构；b）曲柄摇杆机构；c）双摇杆机构；d）双摇杆机构；e）转动导杆机构；f）摆动导杆机构。2-10.解：①这是曲柄摇杆机构；②有急回特性，因为有极位夹角；（下图1） ③最小传动角出现在图示位置。（下图2）图1图2 第三章3-1.答：尖顶，适合高速轻载；滚子，耐磨性好；平底从动件，凸轮不能有凹的轮廓等。3-3.答：凸轮的压力角为凸轮廓线上传力点B的法线与推杆（从动件）上点B的速度方向所夹的锐角。对于滚子从动件，滚子中心可视作B点。压力角是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数。在其它条件相同的情况下，越大、则分母越小、P力将越大。当增大到某一数值时，分母将减小为零，作用力P将增至无穷大，此时该凸轮机构将发生自锁现象。而这时的压力角我们称为临界压力角，为使凸轮机构工作可靠，受力情况良好，必须对压力角进行限制。最基本的要求是：。3-4.解：常有的间歇运动机构有棘轮机构和槽轮机构。棘轮机构结构简单、制造方便、运动可靠，在各类机械中有较广泛的应用。槽轮机构构造简单，机械效率高，并且传动平稳，因此在自动机床转位机构、电影放映机卷片机构等自动机械中得到广泛的应用。3-8.图1 图2①②⑤⑥两点有柔性冲击；③④两点有刚性冲击；3-9.解：5mm÷40=0.125mm0.5mm÷0.125mm=44／40×360°=1／10×360°=36°最小进给量为0.125mm,每次转过36°。3-10.解：t1=2s∵k=1槽数为6∴主动拨盘转一周所用的时间为t主=2÷(5／6)=12／5sn=60÷（12／5）=25转／分 第四章4-3.答：弹性滑动是带传动不可避免的物理现象，由弹性带引起的。打滑是由于过载引起的，可以避免。传动比不准确的原因是由于带有弹性滑动，如改变带的材质可以解决。传动带是弹性体，受到拉力后会产生弹性伸长，伸长量随拉力大小的变化而改变。带由紧边绕过主动轮进入松边时，带的拉力由F1减小为F2,其弹性伸长量也由δ1减小为δ2。这说明带在绕过带轮的过程中，相对于轮面向后收缩了（δ1-δ2），带与带轮轮面间出现局部相对滑动，导致带的速度逐步小于主动轮的圆周速度，这种由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指过载引起的全面滑动，是可以避免的。而弹性滑动是由于拉力差引起的，只要传递圆周力，就必然会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的。4-4.答：（1）v带工作一段时间后，就会由于塑性变形而松弛，有效拉力降低，为了保证带传动的正常工作，应定期张紧。（2）滑道式定期张紧、摆架式定期张紧、利用自身重量的自动张紧、调位式内张紧轮张紧等。4-8.答：常见的链传动失效形式有：1）链板的疲劳断裂；2）滚子和套筒的疲劳点蚀；3）链条脱落；4）链条过载磨损；5）链轮齿面磨损。4-9.答：张紧方法：（1）通过调整链轮中心距来张紧链轮；（2）拆除1~2个链节，缩短链长，使链张紧；（3）使用张紧轮张紧，当两链轮中心连线倾角大于60°时，应当设置张紧装置，张紧轮常设置在链条松边外侧或内侧。张紧最常用的方法是通过移动链轮的位置以增大两轮的中心距，当中心距不可调时，可设张紧装置张紧，常用张紧方法：（1）张紧轮张紧（2）托板张紧。4-10.解：①确定链轮齿数z1、z2传动比假设v=3～8m／s,由表4-17取z1=23大齿轮z2=i×z1=3.2×23=73.6 取z2=74②确定链条节距p:P0==由表4-15查得=1.23由表4-16查得=1.0由表4-14查得=1.3根据P0=5.81，n1=960由图4-21选定链号为10A,节距p=15.875③由式（4-20）验算链速v:由表4-17知，链速合适。按图4-14，采用油浴润滑。（4）确定中心距和链条节数:1）初选中心距取。2）由式（4-27）确定链条节数取链节数3）按式（4-28）计算实际中心距 考虑安装的初垂度，取第五章5-1.答：正确啮合条件是：m1=m2，。连续传动条件是ε≥1。（1）两齿轮模数和压力必须相等（2）重合度相等。5-2.解：模数m,压力角α，齿顶高系数，顶隙系数均为标准值，分度圆上的齿槽宽（即S=e）齿轮为标准齿轮。①模数；②齿数；③压力角；④齿顶高系数；⑤顶隙系数。5-3.答：齿轮的失效形式主要有断齿、磨损、点蚀、胶合、齿面塑性变形。缓解失效发生可增大齿根圆半径，正变位，增大模数，增大压力角，喷丸强化等热处理。5-4.答：齿轮上作为齿轮尺寸基准的圆称为分度圆。分度圆与节圆重合是标准齿轮，标准安装的理想状态。节园是一对齿轮传动才会有的参数。分度圆是一个虚拟的圆,它是模数与齿数的乘积。节圆：单个齿轮没有节圆，只有两齿轮啮合，才会形成节点节圆，在标准齿轮副传动和高变位齿轮副传动中，节圆和分度圆相等。若一对模数相等的标准齿轮传动，则一个齿轮的分度圆与另一个齿轮的分度圆齿槽必须相等，这样的两个齿轮在安装传动时，其分度圆相切，节圆和分度圆重合，啮合角等于分度圆压力角。5-6.改变刀具位置与齿坯相对位置后切制出来的齿轮称为变位齿轮。为了改善齿轮的传动性能，正变位可提高齿轮的抗弯强度；负变位可使齿顶加厚。5-8.d1=3×21=63mmd2=3×59=177mm da1=63+2×3=69mmda2=177+2×3=183mm==120mm5-9.a=m／2(z1+z2)i=33z1=z22×180=m(z1+z2)=m×4z1m=3360=3×4z1z1=30m=4360=4×4z1z1=22.5m=5360=5×4z1z1=18故可取：m=3z1=30m=5z1=18第六章6-2.解：已知：m=5i=25则利用公式可得： 6-4.解：因为蜗杆涡轮的齿合齿面间会产生很大的相对滑动速度，也就是涡轮蜗杆之间的磨损较大，产生的热量也大，这都要消耗一部分的功，因此效率低得多。6-6．各力方向如图： 第七章7-1.解：定轴轮系的传动比等于各对啮合齿轮的传动比之连乘积，传动比的正负号取决于外啮合齿轮的对数，外啮合齿轮为奇数对时取负号，表示首末两齿轮转向相反；偶数对时取正号，表示首末两齿轮转向相同。7-4.解：根据题目及给出图形分析该轮系为平面定轴轮系因已知为单头右旋蜗杆可判断出其它齿轮的转向，如图所示（上箭头）又因，定轴轮系传动大小＝因此该齿轮系的传动比为90。7-5.解：根据所给条件结合图分析可得，求作手轮转速，也就是求齿轮1的转速，已知溜板箱的移动速度为1m/min，则有： 因此经过分析计算后该手轮的转速为49r/min7-6.解：①i15==84②n1=500r／min=5.95r／min7-8.解：根据图形分析1、2、3为圆锥齿轮，H可看成行星架，这是一个差动轮系，可以使用转化轮系基本公式进行计算，因为可看成行星架固定不动，1.3轮的转动方向已在图中标出，齿数的符号取"-"，可知与方向相反，代入公式有：即则H固定行星架的转速为9.07。 第八章8-1.答：螺纹可分为三角形、矩形、梯形和锯齿形螺纹等。根据螺旋线的绕行方向，可分为左旋螺纹和右旋螺纹，规定将螺纹直立时螺旋线向右上升为右旋螺纹，向左上升为左旋螺纹。机械制造中一般采用右旋螺纹，有特殊要求时，才采用左旋螺纹。三角形螺纹主要用于连接，矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于传动。除矩形螺纹外，其它三种螺纹均已标准化。8-2.答：螺距P：相邻两牙在中径上对应两点间的轴向距离。导程S：同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。设螺纹线数为n，则有S=nP。8-3.答：螺纹连接的基本类型有螺栓连接，双头螺柱连接，螺钉连接和紧定螺钉连接。螺栓连接又分为普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接两种，普通螺栓连接结构特点是被连接件上的通孔和螺栓杆间留有间隙，故孔的加工精度要求低，结构简单，装拆方便，适用于被连接件不太厚和两边都有足够装配空间的场合。铰制孔用螺栓连接的孔和螺栓杆多采用基孔制过渡配合，故孔的加工精度要求高，适用于利用螺杆承受横向载荷或需精确固定被连接件相对位置的场合。双头螺柱连接，是将双头螺柱的一端旋紧在一被连接件的螺纹孔中，另一端则穿过另一被连接件的孔，再放上垫圈，拧上螺母。双头螺柱连接适用于被连接零件之一太厚，不便制成通孔，或材料比较软且需经常拆装的场合。螺钉连接是将螺钉穿过一被连接件的孔，并旋人另一被连接件的螺纹孔中。螺钉连接适用于被连接零件之一太厚而又不需经常拆装的场合。紧定螺钉连接是利用拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面或顶入该零件的凹坑中，以固定两零件的相互位置，并可传递不大的载荷。8-4. 答：连接螺纹都能满足自锁条件，且螺母和螺栓头部支承面处的摩擦也能起防松作用，故在静载荷下，螺纹连接不会自动松脱。但在冲击、振动或变载荷的作用下，或当温度变化很大时，螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬间消失，影响连接的安全性，甚至会引起严重事故。所以在重要场合，必须采取有效的防松措施。常用的防松方法有摩擦防松、直接锁住和破坏螺纹副等三种。8-5.答：普通平键分为圆头(A型)、平头(B型)和半圆头(C型)。轴端联接一般采用半圆头(C型)。键的尺寸是根据键联接的轴径和长度由标准中查得。如轴径为Φ60时，轴长为60mm时，键的尺寸应为b=18mm，h=11mm，L=50mm标记为键18×50GB1096—2003。8-6.答：销的主要用途是固定零件之间的相对位置，也用于轴和轮毂的连接或其他零件的连接，通常只传递不大的载荷。销还可以用于安全装置中作为过载剪断元件，称为安全销，当过载时，销即断裂，以保证安全。销的型式较多，有圆柱销、圆锥销及其他特殊形式的销等。教材（8-36）图所示即为圆锥销在轴毂连接中的应用。8-7.解：预紧力F′=1.5FΣF=F′+F=2.5FF=1002×π×1.5=47100NΣF=2.5F=2.5×47100=117750N设计八个螺栓：螺距：280×π÷8=109.9mm查有关手册，满足要求。=/S=240S=3=240/3117750÷8=14718N d1≥=17.455mm取d=20mm故取8个φ20的螺栓即可。8-9.解：F=50KN=50×103NQ235=/S=240/1.5=160Mpad1≥==19.95mm查表或手册：取M=24mm的螺栓。8-10.解：====13556N==4518.66N第九章9-1.答：心轴、转轴和传动轴，转轴是机械中最常见的轴。9-2.答：前轴是心轴，中轴是转轴，后轮轴也是心轴。9-3.答：（1）轴肩与轴环定位（2）套筒定位（3）轴端挡圈（4）圆锥面定位（5）圆螺母定位（6）弹性挡圈定位。9-4.答：低速轴传动的力矩大。 9-5.答：轴上零件的周向定位常用平键联接、花键联接、销联接、过盈配合、成形联接、弹性环联接等实现周向固定。齿轮与轴通常采用过渡配合与键联接；滚动轴承的内圈与轴采用较紧的过渡配合；受力小或光轴上的零件可采用紧定螺钉固定；受力大且要求零件作轴向移动时采用花键联接。9-6.答：轴的材料主要有碳素钢和合金钢。若轴的刚度不够，不应采用高强度合金钢来提高轴的刚度。因合金钢在常温下的弹性模量与普通碳素钢基本相同。9-7.答：滚动轴承一般由两个套圈（即内圈、外圈）、滚动体和保持架等基本元件组成。滚动体是不可省略的关键零件。球轴承的滚动体是球形，承载能力和承受冲击能力小。滚子轴承的滚动体形状有圆柱滚子、圆锥滚子、鼓形滚子和滚针等，承载能力和承受冲击能力大，但极限转速低。滚子轴承的特性：（1）有接触角（2）有游隙（3）一般允许有偏位角（4）极限转速较低。球轴承的特点：承载能力和承受冲击能力小。9-8.解：60210/p6表示深沟轴承，宽度系列代号为0，直径系列代号为2，内径为50mm，公差等级为6级，游隙为0组。612/32表示深沟球轴承，宽度系列代号为0，直径系列代号为0，内径为60mm，公差等级为0级，游隙为32组。N2312表示圆柱滚子轴承，宽度系列代号为2，直径系列代号为3，内径为60mm，公差等级为0级，游隙为0组。70216AC表示角接触球轴承，宽度系列代号为0，直径系列代号为2，内径为80mm，接触角=25°71311C表示角接触球轴承，宽度系列代号为1，直径系列代号为3，内径为55mm，接触角=15°9-9.答：按承受载荷方向不同，可分为向心轴承和推力轴承两类。向心轴承：主要承受径向载荷，其公称接触角α=0°的轴承称为径向接触轴承；0°＜α≤45°的轴承，称为角接触向心轴承。接触角越大，承受轴向载荷的能力也越大。推力轴承：主要承受轴向载荷，其公称接触角45°＜α＜90° 的轴承，称为角接触推力轴承，其中α=90°的称为轴向接触轴承，也称推力轴承。接触角越大，承受径向载荷的能力越小，承受轴向载荷的能力也越大，轴向推力轴承只能承受轴向载荷。9-11.答：密封方法可分为接触式密封和非接触式密封两大类。接触式密封常用的有毛毡圈密封、唇形密封圈密封等。高速时多采用与转轴无直接接触的非接触式密封，以减少摩擦功耗和发热。非接触式密封常用的有油沟式密封、迷宫式密封等结构。9-12.答：为使润滑油均布于轴瓦工作表面，轴瓦上制有油孔和油槽。当载荷向下时，承载区为轴瓦下部，上部为非承载区。润滑油进口应设在上部，使油能顺利导入。油槽应以进油口为中心沿纵横或斜向开设，但不得与轴瓦端面开通，以减少端部泄油。9-14.解：选轴的材料45＃C取112d≥=112=112×0.34=38.19mmd取40mm.9-21.解：=1.5=1ε=3P=r=7500N=×=87750N 第十章10-1.解：联轴器是用来联接两轴使其一同运转并传递运动和转矩的一种机械装置；离合器用于各种机械的主、从动轴之间的结合和分离，并传递运动和动力；制动器是利用摩擦力来降低机械运动速度或迫使其停止运转的机械装置。联轴器连接两轴后一般不能分离，而离合器运转中就能使两轴随时分离和接合。10-4.答：定向离合器又称为超越离合器。10-5.解：1）类型选择：为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销联轴器。2）确定计算转矩：公称转矩由表查得载荷系数K=1.9，故得计算转矩为：3）型号选择：从GB/T4323—1984中查得TL6型弹性套柱销联轴器的公称扭矩为250N．m，最大许用转速为3800r/min，轴径为32～42mm之间，故合用。4）标记：10-6.解：自行车上手闸上的弹簧是压缩弹簧，功能是手闸松开时，使刹车片恢复到原来的状态，也就是与车轮分离。10-7.解：①缓冲和吸振；如：汽车的减震簧；②储存及输出能量；如：钟表；③测量载荷；如：弹簧秤；④控制运动；如：内燃机中的阀门弹簧。10-9.答：选择材料时，应考虑到弹簧的用途、重要程度、使用条件（包括载荷性质、大小及循环特性，工作持续时间，工作温度和周围介质情况等），加工、热处理和经济性等因素。同时，也要参照现有设备中使用的弹簧，选择较为合用的材料。常用材料有：（1）碳素弹簧钢（2）低锰弹簧钢（3）硅锰弹簧钢（4）铬钒钢等。'