机械设计基础课后习题答案(第四版)陈立德___罗卫平 115页

'目录第1章　　机械设计概述1第2章　　摩擦、磨损及润滑概述3第3章　　平面机构的结构分析12第4章　　平面连杆机构16第5章　　凸轮机构36第6章　　间歇运动机构46第7章　　螺纹连接与螺旋传动48第8章　　带传动60第9章　　链传动73第10章　齿轮传动80第11章　蜗杆传动112第12章　齿轮系124第13章　机械传动设计131第14章　轴和轴毂连接133第15章　轴承138第16章　其他常用零、部件152第17章　机械的平衡与调速156第18章　机械设计CAD简介163 第1章机械设计概述1.1机械设计过程通常分为哪几个阶段？各阶段的主要内容是什么？答：机械设计过程通常可分为以下几个阶段：1.产品规划　主要工作是提出设计任务和明确设计要求。2.方案设计　在满足设计任务书中设计具体要求的前提下，由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较，从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。3.技术设计完成总体设计、部件设计、零件设计等。4.制造及试验制造出样机、试用、修改、鉴定。1.2常见的失效形式有哪几种？答：断裂，过量变形，表面失效，破坏正常工作条件引起的失效等几种。1.3什么叫工作能力？计算准则是如何得出的？答：工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力。对于载荷而言称为承载能力。根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。1.4标准化的重要意义是什么？　答：标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少，简化生产管理过程，降低成本，保证产品的质量，缩短生产周期。 第2章　摩擦、磨损及润滑概述2.1按摩擦副表面间的润滑状态，摩擦可分为哪几类？各有何特点？答：摩擦副可分为四类：干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。干摩擦的特点是两物体间无任何润滑剂和保护膜，摩擦系数及摩擦阻力最大，磨损最严重，在接触区内出现了粘着和梨刨现象。液体摩擦的特点是两摩擦表面不直接接触，被液体油膜完全隔开，摩擦系数极小，摩擦是在液体的分子间进行的，称为液体润滑。边界摩擦的特点是两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，但由于边界膜较薄，不能完全避免金属的直接接触，摩擦系数较大，仍有局部磨损产生。混合摩擦的特点是同时存在边界润滑和液体润滑，摩擦系数比边界润滑小，但会有磨损发生。2.2磨损过程分几个阶段？各阶段的特点是什么？答：磨损过程分三个阶段，即跑合摩合磨损阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段。各阶段的特点是:跑合磨损阶段磨损速度由快变慢；稳定磨损阶段磨损缓慢，磨损率稳定；剧烈磨损阶段，磨损速度及磨损率都急剧增大。2.3　按磨损机理的不同，磨损有哪几种类型？答：磨损的分类有磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损点蚀、腐蚀磨损。2.4　哪种磨损对传动件来说是有益的？为什么？答：跑合磨损是有益的磨损，因为经跑合磨损后，磨损速度减慢，可改善工作表面的性质，提高摩擦副的使用寿命。2.5如何选择适当的润滑剂？答：选润滑剂时应根据工作载荷、运动速度、工作温度及其它工作条件选择。当载荷大时，选粘度大的润滑油，如有较大的冲击时选润滑脂或固体润滑剂。高速时选粘度小的润滑油，高速高温时可选气体润滑剂；低速时选粘度小的润滑油，低速重载时可选润滑脂；多尘条件选润滑脂，多水时选耐水润滑脂。2.6润滑油的润滑方法有哪些？答：油润滑的润滑方法有分散润滑法和集中润滑法。集中润滑法是连续润滑，可实现压力润滑。分散润滑法可以是间断的或连续的。间断润滑有人工定时润滑、手动油杯润滑、油芯油杯润滑、针阀油杯润滑、带油润滑、油浴及飞溅润滑、喷油润滑、油零润滑等几种。2.7接触式密封中常用的密封件有哪些？答：接触式密封常用的密封件有O形密封圈，J形、U形、V形、Y形、L形密封圈，以及毡圈。2.8非接触式密封是如何实现密封的？答:非接触式密封有曲路密封和隙缝密封，它是靠隙缝中的润滑脂实现密封的。 第3章平面机构的结构分析3.1机构具有确定运动的条件是什么?答：机构的主动件数等于自由度数时,机构就具有确定的相对运动。3.2在计算机构的自由度时，要注意哪些事项？答：应注意机构中是否包含着复合铰链、局部自由度、虚约束。3.3机构运动简图有什么作用？如何绘制机构运动简图？答：（1）能抛开机构的具体结构和构件的真实外形，简明地表达机构的传动原理，并能对机构进行方案讨论和运动、受力分析。（2）绘制机构运动简图的步骤如下所述：①认真研究机构的结构及其动作原理，分清机架，确定主动件。②循着运动传递的路线，搞清各构件间相对运动的性质，确定运动副的种类。③测量出运动副间的相对位置。④选择视图平面和比例尺，用规定的线条和符号表示其构件和运动副，绘制成机构运动简图。3.4计算如题3.4图所示各机构的自由度，并说明欲使其具有确定运动，需要有几个原动件？题3.4图答：a）代入式（3.1）中可得此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件。b)处存在局部自由度，必须取消，即把滚子与杆刚化，则代入式（3.1）中可得此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件。c)代入式（3.1）中可得 此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件。3.5绘制如题3.5图所示各机构的运动简图，并计算其自由度。题3.5图答：取，绘制运动简图如题3.5答案图所示：题3.5答案图图a)：，则；图b)：，则。3.6试计算如题3.6图所示机构的自由度，并判断该机构的运动是否确定（图中绘有箭头的构件为原动件）。 题3.6图解：a)：。运动确定。b)运动确定c)。 运动确定d)。运动确定。e)。运动确定。f)。运动确定。g)。运动确定h)。运动确定。3.7试问如题3.7图所示各机构在组成上是否合理？如不合理，请针对错误提出修改方案。 题3.7图答：图示机构的自由度为零，故都不合理，修改方案如下：对于题3.7图a的机构，在处改为一个滑块，如题3.7图a所示。对于题3.7图b的机构，在构件4上增加一个转动副，如题3.7答案图b所示；或在构件4的处添加一滑块，如题3.7答案图c所示。题3.7答案图 第4章平面连杆机构4.1机构运动分析时的速度多边形与加速度多边形特性是什么？答：同一构件上各点的速度和加速度构成的多边形与构件原来的形状相似，且字母顺序一致。4.2为什么要研究机械中的摩擦？机械中的摩擦是否全是有害的？答：机械在运转时，其相邻的两构件间发生相对运动时，就必然产生摩擦力，它一方面会消耗一部分的输入功，使机械发热和降低其机械效率，另一方面又使机械磨损，影响了机械零件的强度和寿命，降低了机械工作的可靠性，因此必须要研究机械中的摩擦。机械中的摩擦是不一定有害的，有时会利用摩擦力进行工作，如带传动和摩擦轮传动等。4.3何谓摩擦角？如何确定移动副中总反力的方向？答：（1）移动或具有移动趋势的物体所受的总反力与法向反力之间的夹角称为摩擦角。（2）总反力与相对运动方向或相对运动趋势的方向成一钝角，据此来确定总反力的方向。4.4何谓摩擦圆？如何确定转动副中总反力的作用线？答：（1）以转轴的轴心为圆心，以为半径所作的圆称为摩擦圆。（2）总反力与摩擦圆相切，其位置取决于两构件的相对转动方向，总反力产生的摩擦力矩与相对转动的转向相反。4.5从机械效率的观点看，机械自锁的条件是什么？答：机械自锁的条件为。4.6连杆机构中的急回特性是什么含义？什么条件下机构才具有急回特性？答：（1）当曲柄等速转动时，摇杆来回摇动的速度不同，返回时速度较大。机构的这种性质，称为机构的急回特性。通常用行程速度变化系数K来表示这种特性。（2）当时，则，机构具有急回特性。 4.7铰链四杆机构中曲柄存在的条件是什么？曲柄是否一定是最短杆？答：（1）最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和；最短杆或相邻杆应为机架。（2）曲柄不一定为最短杆，如双曲柄机构中，机架为最短杆。4.8何谓连杆机构的死点？举出避免死点和利用死点的例子。答：（1）主动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心时的位置，称为连杆机构的死点位置。（2）机车车轮在工作中应设法避免死点位置。如采用机车车轮联动机构，当一个机构处于死点位置时，可借助另一个机构来越过死点；飞机起落架是利用死点工作的，当起落架放下时，机构处于死点位置，使降落可靠。4.9在题4.9图示中，已知机构的尺寸和相对位置，构件1以等角速度逆时针转动，求图示位置C点和D点的速度及加速度，构件2的角速度和角加速度。题4.9图解：取长度比例尺，绘制简图如题4.9答案图a所示。题4.9答案图解：（1）速度分析。 ①求.由图可知，，方向垂直于AB，指向与的转向一致。②求.因B点与C点同为构件2上的点，故有：大小？？方向水平取速度比例尺（）,作速度矢量图如题4.9答案图b所示，则代表；代表，其大小为，。③求。因，则方向为顺时针转。④求。因为B、C、D为同一构件上的三点，所以可利用速度影像原理求得d点，连接代表，如题4.9答案图b所示，其大小为，方向同。（2）加速度分析。①求。由已知条件可知：，方向为BA；。②求。根据相对运动原理，可选立下列方程式大小？？方向水平 取加速度比例尺，作加速度矢量如题4.9答案图c，则代表，代表。由图可知，方向同（水平向左）；，方向同。③求。因，则（方向为逆时针）④求。大小？？？方向？作矢量图，如题4.9答案图c所示，可见代表。由图可见，=，方向同。4.10如题4.10图所示的铰链四杆机构中，已知，，，，构件1以等角速度顺时针转动。现已作出该瞬时的速度多边形（题4.10图b）和加速度多边形（题4.10图c）。试用图解法求：（1）构件2上速度为零的点E的位置，并求出该点的加速度；（2）为加速度多边形中各矢量标注相应符号：（3）求构件2的角加速度。 题4.10图解：取，作结构简图，如题4.10答案图a所示。（1）求构件2上速度为零的点E及E点的加速度。题4.10答案图①求。，方向如题4.10答案图a所示，且。 ②求。大小？？方向水平取，作速度矢量图如题4.10答案图b所示。因，故在速度图中，e与极点p相重合，即三角符号Δ为ΔBCE的影像，其作图过程为：过B点作，过C点作，其交点即为E点，如题4.10答案图a所示。③求、及。由图可知，。又因则，方向为逆时针。，方向为逆时针。大小？？方向取，作加速度矢量图，如题4.10答案图所示，则代表。 ，方向。④求。利用加速度影像原理，即∽。作图过程为：作，其交点即为，则代表。（2）各矢量标准符号如题4.10答案图c所示。（3）求构件2的角加速度。由图可知，，又因则。4.11如题4.11图所示为一四杆机构，设已知，，，求当平行于且垂直于AB时的和。题4.11图解：取，画出机构的位置图，如题4.11答案图a所示。 题4.11答案图（1）速度分析。①求。，方向垂直于。②求。因B点与A点同为构件2上的点，故有：大小？0.4？方向取速度比例尺，作速度矢量如题4.11答案图b所示，由图可知：③求。因为所以构件2在此瞬时作平动，即 方向为顺时针转。（2）加速度分析。①求。由已知条件可知：，方向，。②求。根据相对运动原理，可建立下列方程式大小？？0.80？方向？取作加速度矢量图如题4.11答案图c所示，则代表。③求。根据影像原理可得出：，作图如题4.11答案图c所示，可得出代表。，方向垂直向下。4.12如题4.12图所示为摆动导杆机构，设已知曲柄AB以等角速度顺时针转动。求：（1）当时，构件3的角速度和角加速度；（2）当时，构件3的角速度和角加速度；（3）当（B点转于AC之间）时，构件3的角速度和角加速度。 题4.12图解：（1）当时，取,画出机构的位置图，如题4.12答案图（一）a所示。题4.12答案图（一）①求。……（1）大小？？方向取，作速度矢量图如题4.12答案图（一）b所示，由图可知：代表，则 方向为顺时针，且。②求。……（2）大小？？方向式中取，作加速度矢量图如题4.12答案图（一）c所示，由图可知：代表，将移至B点，得：方向为逆时针转。（2）当时，取，画出机构的位置图，如题4.12答案图（二）所示。 题4.12答案图（二）①求。依据矢量方程（1），作速度矢量图如题4.12答案图（二）b所示，取。由图可知：代表，，则。②求。依据矢量方程（2），作加速度矢量图如题4.12答案图（二）c所示，取。由图可知：代表，则方向为逆时针转。（3）当时，取，画出机构的位置图，如题4.12答案图（三）所示。 a)b)c)题4.12答案①求。依据矢量方程（1），作速度矢量图如题4.12答案图（三）b所示，取。由图可知：代表，又、重合，则代表，则方向为逆时针转。②求。依据矢量方程（2），作加速度矢量如题4.12答案图（三）c所示，取。由图可知：因、重合，，则。4.13如题4.13图所示，设已知构件逆时针转动，，求及。题4.13图 解：取，画出机构的位置图，如题4.13答案图所示。题4.13答案图(1)速度分析（求）。,即，方向垂直于。大小？0.1？方向水平铅垂取，作速度矢量图如题4.13答案图b所示，由图可知：代表代表,则方向为水平。（2）加速度分析（求）。 大小？？方向水平水平向右垂直式中取，作加速度矢量图如题4.13答案图c所示，由图可知：代表，则方向为水平向右。4.14如题4.14图所示为一机床的矩形-V形导轨，已知拖板1的运动方向垂直于纸面，重心在S处，几何尺寸如图所示，各接触面间的滑动摩擦系数。求V形导轨处的当量摩擦系数。题4.14图解：作用于导轨上压力为、。 根据力矩平衡条件可知：作用在左右导轨上的摩擦力为、所以4.15如题4.15图所示，已知为驱动力，为工作阻力，转动副A、B的轴颈半径为r，当量摩擦系数为，滑动摩擦系数为，忽略各构件的重力和惯性力。试作出各运动副中总反力的作用线。题4.15图答：（1）求、。忽略各构件的重量和惯性力，杆2为二力杆，作用在杆2上的两个力和应等值、共线、反向。当考虑摩擦后，该二力不通过铰链中心，而与摩擦圆相切。滑块3向下移动，连杆2与垂直导路的夹角增大，连杆2相对于滑块3的转速为顺时针方向。所以，对轴心产生的摩擦力矩为逆时针方向。因而应切于摩擦圆上方。同时，滑块1左移，角减小，为顺时针方向，所以 对轴心产生的摩擦力为逆时针方向。因而应切于摩擦圆下方。由于与应共线，因此，它们的作用线应是A、B两点摩擦圆的内公切线，如题4.15答案图所示。题4.15答案图（2）求。取滑块3为单元体，其上作用力为、、，且三力汇交于一点。与滑块3的速度的夹角大于，如题4.15答案所示。（3）求。取滑块1为单元体，其上作用力为、、，且三力汇交于一点，与的夹角大于，如题4.15答案图所示。4.16一铰链四杆机构中，已知，AD为机架。试问：（1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求的最大值。（2）若此机构为双曲柄机构，求的最小值。（3）若此机构为双摇杆机构，求的取值范围。解：结构简图如题4.16答案图所示。（1）若为曲柄摇杆机构，则AB为最短，且 代入已知量求解得，则的最大值为150mm。（2）若为双曲柄机构，则AD应为最短，且：①当AB为最长时，由于，可得出。②当AB不是最长时，由于，可得出要满足上述二种情况，的最小值应为450mm。（3）若为双摇杆机构，则只能是不满足杆长之和的条件，即为最短杆与最长杆长度之和大于其它两杆长度之和。①当为最短时，由于，可得出；②当为最长时，由于，可得出，又由于，可得出。③当时，由于，可得出要满足上述三种情况，的取值范围为或。4.17已知铰链四杆机构（如题4.17图所示）各构件的长度，试问：（1）这是铰链四杆机构基本形式中的何种机构？（2）若以AB为原动件，此机构有无急回特性？为什么？（3）当以AB为原动件时，此机构的最小传动角出现在机构何位置（在图上标出）？ 题4.17图答：（1）因为，且又以最短杆AB的邻边为机架，则此机构为曲柄摇杆机构。（1）有。因为以AB为原动件时，此机构为曲柄摇杆机构。（3）出现在曲柄与机架共线时的位置，如题4.17答案图所示，取比例尺，由图可得出或者。题4.17答案图4.18如题4.18图所示的偏置曲柄滑块机构，已知行程速度变化系数K=1.5，滑块行程h=50mm，偏距e=20mm，试用图解法求：（1）曲柄长度和连杆长度.（2）曲柄为原动件时机构的最大压力角和最大传动角。（3）滑块为原动件时机构的死点位置。 题4.18图解：（1）求、。板位夹角作图如题4.18答案所示，取，可测得：。又代入、值后，联立求得：。（说明：设，。将原位置图旋转后作图）题4.18答案图结论： （2）求和。由图可知：当时，为最大值，即当时，为最小值，即（3）滑块为原动件时，机构的死点位置为和。4.19设计铰链四杆机构（如题4.19图所示），已知机架长要求两连架杆的三组对应位置为：和、和、和，连架杆AB的长度，连架杆CD上的标线DE的长度可取为，试设计此四杆机构。题4.19图解：（1）取，按给定条件作出AB、DE的三组位置，并连接和。 （2）用反转法将、分别绕D点反转，得出、点。（3）分别作、垂直平分线、交于点，连接，即为该铰链四杆机构，如题4.19答案图所示。题4.19答案图（4）由题4.19答案图测得：。杆、CD的长度、为4.20如题4.20图示所示为一双联齿轮变速装置，用拔叉DE操纵双联齿轮移动。现拟设计一四杆机构ABCD操纵拔叉的摆动。已知条件是：机架，铰链A、D的位置如题4.20图所示，拔叉滑块行程为30mm，拔叉尺寸，固定轴心D在拔叉滑块行程的垂直等分线上。又在此四杆机构ABCD中构件AB为手柄，当手柄垂直向上位于位置时，拔叉处于位置，当手柄逆时针转过处于水平位置AB2时，拔叉处于位置。试设计此四杆机构。 题4.20图解：如题4.20答案图所示，取，利用刚化反转法，连接，令绕A点反转角得点，作的垂直平分线，交位置1于点，连接即为该四杆机构。由题4.20答案图测得题4.20答案图 第4章凸轮机构5.1滚子从动件盘形凸轮的基圆半径如何度量？答：是在理论轮廓上度量的。5.2平底垂直于导路的直动从动件盘形凸轮机构的压力角等于多大？设计凸轮机构时，对压力角有什么要求？答：（1）等于零。（2）从传力合理，提高传动效率来看，压力角越小越好。设计时规定：5.3凸轮机构常用的四种从动件运动规律中，哪种运动规律有刚性冲击？哪些运动规律有柔性冲击？哪种运动规律没有冲击？如何来选择从动件的运动规律？答：匀速运动规律有刚性冲击；等加速-等减速和余弦加速度运动规律有柔性冲击；正弦加速度运动规律没有冲击。在选择从动件的运动规律时，应根据机器工作时的运动要求来确定。5.4工程上设计凸轮机构时，其基圆半径一般如何选取？答：先根据结构条件初定基圆半径。若出现，则需增大基圆半径，再重新进行设计。5.5如题5.5图所示为尖顶直动从动件盘形凸轮机构的运动图线，但图题5.5给出的运动线图尚不完全，试在图上补全各段的曲线，并指出哪些位置有刚性冲击，哪些位置有柔性冲击。 题5.5图答：（1）补全各段的曲线，如题5.5答案图所示。（2）在O、b、c、e、处有刚性冲击；在a、d处有柔性冲击。题5.5答案图5.6试作图法法设计一个对心直动从动件盘形凸轮。已知理论轮廓基圆半径，滚子半径，凸轮顺时针匀速转动。当凸轮转过时，从动件以等速运动规律上升30mm；再转过时，从动件以余弦加速度运动规律回到原位；凸轮转过其余时，从动件静止不动。解：取。（1）绘制曲线，如题5.6答案图a所示，并将推程、回程各分为6等份。 （2）以相同的比例绘制凸轮基圆及从动件的初始位置，如题5.6答案图b所示。题5.6答案图（3）在题５.6答案图b上，按逆时针方向画出推程角，回程角，近休止角，并在相应段与位移线图对应划分为6等份，得分点、、……。（4）过各分点作径向线，并从基圆上的点、、……。开始向外量取相应的位移量得、、……，即……得到反转后滚子中心的位置。（5）将、、……连成光滑曲线，得凸轮理论轮廊η。（6）以η上各点为圆心，rT为半径作一系列圆，此圆的包络线为凸轮的实际轮廊，如题5.6答案图b所示。5.7用作图法求出下列各凸轮从如题5.7 所示位置转到B点而与从动件接触时凸轮的转角。（可在题5.7图上标出来）。题5.7图答：如题5.7答案图5.8用作图法求出下列各凸轮从如题5.8图所示位置转过后机构的压力角。（可在题5.8图上标出来）题5.8图 答：如题5.8答案图5.9在如题5.9图所示偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构中，已知圆盘半径R，圆心与转轴中心间的距离，偏距，滚子半径为。（1）求在如题5.9图所示位置时机构的压力角。（2）如分别增大半径、偏距e、圆心与转轴中心间的距离OA（三个数值每次只改变一个），试问从动件的上升距离和压力角有无变化？为什么？题5.9图解：（1）因二者接触点的法线OB与方向一致，故。（2）如题5.9答案图所示，设在某瞬时，从动件占据位置Ⅱ。由图可知。。当增大时，点上移至使得角减小；当e增大时，增大，增大；当OA增大时，不变。从动件的上升距离是不变化的。 题5.9答案图5.10一对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮顺时针匀速转动，基圆半径，行程，滚子半径，推程运动角，从动件按正弦加速度规律运动，试用极坐标法求出凸轮转角、、时凸轮理论轮廊与实际轮廓上对应点的坐标。解：当从动件按正弦加速度规律运动时，它的位移方程为当、、时的位移、、分别为 （1）用极标法求理论轮廊上对应点的坐标值。选取凸轮转轴中心为坐标原点，OX通过从动件的运动起始点，则理论轮廊上某点的极坐标方程为因该凸轮机构为对心直动从动件，故、、、可求得当时：当时：当时：（2）用极坐标方法出实际轮廓上对应点的坐标值。极坐标方程为式中： 根据题意可得出当时：当时：当时：式中：Δ当时：Δ当时：Δ当时：Δ因此可得出当时： 当时：当时： 第6章间歇运动机构6.1某牛头刨床工作台横向进给丝杆的导程为5mm，与丝杆联动的棘轮齿数为40，求此牛头刨床的最小横向进给量是多少？若要求此牛头刨床工作台的横向进给量为0.5mm，则棘轮每次能转过的角设应为多少？答：牛头刨床的横向进给量最小为若要求其横向进给量为0.5mm，则棘轮每次转过的角度应为6.2某外啮合槽轮机构中槽轮的槽数z=6，圆销的数目k=1，若槽轮的静止时间，试求主动拨盘的转速。答：主动拨盘的转速为：6.3在六角车床上六角刀架转位用的外啮合槽轮机构中，已知槽轮槽数z=6，槽轮停歇时间，运动时间，求槽轮机构的运动系数及所需的圆柱销数目。答：运动系数所需圆柱销数目6.4内啮合槽轮机构能不能采用多圆柱销拨盘？答：不能。 第七章螺纹连接与螺旋传动7.1常用螺纹的种类有哪些？各用于什么场合？答：常用螺纹的种类有普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹，前两种主要用于联接，后三种主要用于传动。7.2螺纹的主要参数有哪些？怎样计算？答：螺纹的主要参数有：（1）大径d；（2）小径d1；（3）中径d2；（4）螺距P；（5）导程S；（6）升角λ；；（7）牙型角α、牙型斜角β。7.3螺纹的导程和螺距有何区别？螺纹的导程S和螺距P与螺纹线数n有何关系？答：螺距是螺纹相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离，导程则是同一螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。导程S、螺距P、螺纹线数n之间的关系：。7.4根据牙型的不同，螺纹可分为哪几种？各有哪些特点？常用的连接和传动螺纹都有哪些牙型？答：根据牙型的不同，螺纹可分为普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。各种螺纹特点：普通螺纹的当量摩擦系数较大，自锁性能好，强度高，广泛应用于各种紧固连接；管螺纹分圆柱管螺纹和圆锥管螺纹。圆柱管螺纹用于水、煤气、润滑管路系统等低压场合。圆锥管螺纹适用于高温、高压及密封要求较高的管路连接中。常用的连接螺纹的牙型是三角形牙型。常用的传动螺纹的牙型是矩形、梯形和锯齿形牙型。7.5螺柱连接的基本形式有哪几种？各适用于何种场合？有何特点？答：螺纹连接有四种基本类型。(1)螺柱连接。其结构特点是被连接件的孔中不切制螺纹，装拆方便，结构简单，适用于经常拆卸、受力较大的场合。(2)双头螺栓连接。其结构特点是被连接件中薄件制光孔，厚件制螺纹孔，结构紧凑。适用于连接一厚一薄零件，受力较大、经常拆卸的场合。(3)螺钉连接。其结构特点是螺钉直接旋入被连接件的螺纹孔中，结构简单。适用于连接一厚一薄件，受力较少、不经常拆卸的场合。(4)紧定螺钉连接。其结构特点是紧定螺钉旋入一零件的螺纹孔中，螺钉端部顶住另一零件，以固定两零件的相对位置。适用于传递不大的力或转矩的场合。7.6为什么螺纹连接通常要采用防松措施？常用的防松方法和装置有哪些？答：连接用的三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷或温度变化不大、冲击振动不大时不会自行脱落。但在冲击、振动或变载的作用下，螺纹连接会产生自动松脱现象。因此，设计螺纹连接，必须考虑防松问题。常用的防柱方法有摩擦防松、机械防松、永入防松和化学防松四大类。7.7常见的螺栓失效形式有哪几种？失效发生的部位通常在何处？答：常见的螺栓失效形式有：（1）螺栓杆拉断；（2）螺纹的压溃和剪断；（3）经常装拆时会因磨损而发生滑扣现象。失效发生的部位通常在螺纹处。 7.8被连接件受横向载荷时，螺栓是否一定受到剪切力？答：被连接件受横向载荷时，螺栓不一定全受到剪切力。只有受横向外载荷的铰制孔螺栓连接，螺栓才受剪切力。7.9松螺栓连接与紧螺栓连接的区别何在？它们的强度计算有何区别？答：松螺栓连接在承受工作载荷前，不需把螺母拧紧，即不受预紧力。而紧螺栓连接在承受工作载荷前，必须把螺母拧紧，螺栓承受预紧力。松螺栓连接的强度按拉伸强度条件进行强度计算。紧螺栓连接中，螺纹部分受轴向力作用产生拉伸正应力σ，因螺纹摩擦力矩的作用产生扭转剪应力τ，螺栓螺纹部分产生拉伸与扭转的组合变形，根据强度理论建立强度条件进行强度计算。7.10铰制孔用螺栓连接有何特点？用于承受何种载荷？答：铰制孔用螺栓连接在装配时螺栓杆与孔壁间采用过渡配合，没有间隙，螺母不必拧得很紧。工作时螺栓连接承受横向载荷，螺栓在连接结合面处受剪切作用，螺栓杆与被连接件孔壁相互挤压。7.11在进行紧螺栓连接的强度计算时，为什么要将螺栓拉力增加30%？答：当螺栓拧紧后，其螺纹部分不仅受因预紧力Fo的作用而产生的拉伸正应力σ，还受因螺纹摩擦力矩下T1的作用而产生的扭转剪应力τ，使螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的复合应力状态。根据第四强度理论，可求出螺栓螺纹部分危险截面的当量应力，则强度条件为因拉伸正应力则强度条件为可见，紧螺栓连接的强度计算可按纯拉伸强度计算，考虑螺纹摩擦力矩T1的影响，需将螺栓拉力增加30%。7.12判断下列说法的对错：（1）对于受轴向工作载荷的紧螺栓连接有：。（2）紧螺栓连接的强度条件是按拉应力建立的，因此没有考虑剪切应力的影响。（3）受拉螺栓连接只能承受轴向载荷。答：（1）的说法不对。对于受轴向工作载荷的紧螺栓连接，螺栓所受的轴向总拉力FΣ应为其所受的工作载荷F与残余预紧力之和，即。（2）的说法错误。紧螺栓连接中，螺栓所受拉力会产生拉伸正应力，考虑螺纹摩擦力矩的作用而产生的扭转剪应力，螺栓螺纹部分产生接伸与扭转的组合变形，其强度条件根据强度理论建立的。 （3）的说法错误。受拉螺栓连接中，承受横向外载荷的紧螺栓连接采用的是普通螺栓连接，由于处于拧紧状态，螺栓受预紧力的作用，被连接件靠其结合面间的摩擦力承受横向外载荷。7.13螺栓连接的结构设计要求螺栓组对称布置于连接接合面的形心，理由是什么？答：其理由是这样高计能保证接合面的受力比较均匀、对称，而且便于加工制造。7.14进行螺栓组连接的受力分析时，有哪五项假说？答：进行螺栓组连接的受力分析时，有五项假说：（1）螺栓组内各螺栓的材料、结构、尺寸和所受的预紧力均相同；（2）螺栓组的对称中心与连接结合面的形心重合；（3）受载后，连接结合面仍保持为平面；（4）被连接件为刚体；（5）螺栓的变形在弹性范围内等。7.15总结四种典型螺栓组连接的受力分析情况。答：总结四种典型螺栓组连接的受力分析情况：(1)受横向载荷的螺栓组连接。①普通螺栓连接。每个螺栓所受的预紧力。②铰制孔螺栓连接。假设各螺栓受力相等，每个螺栓所受的横向工作剪力（2）受旋转力矩的螺栓组连接。①普通螺栓连接。②铰制孔螺栓连接。距离被连接件旋转中心最远处的螺栓所受的最大工作剪力为(3)受轴向载荷的螺栓组连接。每个螺栓所受的轴向工作载荷为(4)受翻转力矩的螺栓组连接。距翻转轴线最远的螺栓所受的最大工作拉力为7.16起重滑轮松螺栓连接如题7.16图所示。已知作用在螺栓上的工作载荷FQ=50kN，螺栓材料为Q235，试确定螺栓的直径。 题7.16图解：（1）确定螺栓的许用应力。根据螺栓材料Q235，查表7.1得σs=215MPa;查教材表7.8，取S=1.4,则（2）确定螺栓直径d。由式（7.4）得查手册，得螺栓大径为d=24mm，其标记为螺栓GB/T5780M24长度。7.17用两个普通螺栓连接长扳手，尺寸如题7.17图所示。两件接合面间的摩擦系数f=0.15，扳拧力F=200N，试计算两螺栓所受的力。若螺栓的材料为Q235，试确定螺栓的直径。题7.17图解：（1）计算两螺栓所受的力。此连接为承受横向外载荷的紧螺栓连接。①计算A、B螺栓承受的横向载荷FR。分析右扳手受力，画受力图如题7.17答案图。根据平衡条件可求出：，，则螺栓承受的横向载荷FRA=FA,FRB=FB。②计算螺栓承受横向载向载荷所需的预紧力。取Kf=1.2，则 （2）确定螺栓直径。根据螺栓材料Q235查表7.7得，根据表7.8，控制预紧力取S=1.4，则许用应力根据紧螺栓连接的强度条件得d1为螺栓小径，查阅螺纹标准，取螺栓直径d=16mm。7.18如题7.18图所示为普通螺栓连接，采用2个M10的螺栓，螺栓的许用应力，被连接合面间的摩擦系数f=0.2，若取摩擦传力可靠性系数Kf=1.2，试计算该连接允许传递的最大静载荷KR。题7.18图解：（1）求满足螺栓螺纹部分强度条件的预紧力F。由式（7.5）得可得（2）计算承受横向外载荷不产生滑移的预紧力。由式（7.14）得 （3）计算允许传递的最大静载荷FR。根据螺栓的强度条件和承受横向外载荷不产生滑移条件可得根据螺栓M10，查手册得d1=8.376mm。则该连接只许传递的最大静载荷FR为4518.86N。7.19某气缸的蒸气压强p=1.5MPa,气缸内径D=200mm。气缸与气缸盖采用螺栓连接（如图7.26所示），螺栓分布圆直径Do=300mm。为保证紧密性要求，螺栓间距不得大于80mm，试设计此气缸盖的螺栓组连接。解：（１）确定螺栓数目z。由螺栓间距得，取z=12。（２）确定每个螺栓所受的轴向工作载荷Ｆ。（３）计算单个螺栓所受的总拉力。（4）确定螺栓的对称直径d。①螺栓材料选用35号钢，由表7.7查得σs=315MPa，若装配时不控制预紧力，假定螺栓直径d=16mm，由表7.9查得S=3，则许用应力②由式（7.10）确定螺栓小径d1。根据d1计算值，查螺纹标准得螺栓公称直称d=16mm,与假定值相等。此气缸盖螺栓为螺栓M16ⅹLGB5782-86。7.20如题7.20图所示，机座用4个螺栓固定在混凝土壁面上。已知拉力F=4kN,作用在宽度为140mm的中间平面上，，混凝土的许用挤压应力，接合面间摩擦系数f=0.3，试设计此连接。 题7.20图解：如题7.20图所示，螺栓数z=4，对称布置。（1）螺栓受力分析。①在工作载荷F作用下，螺栓组连接承受以下各力和倾覆力矩的作用：轴向力横向力倾翻力矩②在轴向力F1作用下，各螺栓所受工作拉力③在倾覆力矩M的作用下，上两个螺栓受到加载作用下两个螺栓受到减载作用。螺栓所受载荷④上面螺栓所受的轴向工作载荷为⑤在横向力的作用下，底板接合面不产生滑移的条件为根据连接条件取。则各螺栓所需要的预紧力为⑥螺栓所受轴向总拉力 根据式（7.11）可得整理后可得（1）定螺栓直径。选择螺栓材料为Q235，由表7.7取σs=205MPa，s=1.3。螺栓材料的许用应力由式(7.10)计算螺栓的小径d1查阅螺纹标准，选用粗牙普通螺纹，公称直径d=88mm。（3）校核螺栓组连接接合面的工作能力。①连接接合面下端的挤压应力不超过许用值。故连接接合面下端不能被压溃。②连接接合面上端不出现间隙，即故连接接合面上端不能出现间隙。（4）确定各螺纹紧固件（略）。 第8章带传动8.1带传动的主要类型有哪些？各有何特点？试分析摩擦带传动的工作原理。答：按传动原理的不同，带传动可分为摩擦型带传动和啮型带传动。前者是依靠传动带与带轮间的摩擦力实现传动；后者是依靠带内侧凸点与带轮外像上的齿槽相啮合实现传功。摩擦带传动是由主动轮、从动轮、紧套在两轮上的传功带及机架组成的，当原动机驱动主功轮转动时，由于带与带轮间摩擦力的作用，使从动轮一起转动，从而实现运动和动力的传递。8.2什么是有效拉力？什么是初拉力？它们之间有何关系？答：当传动带静止时，带两边承受相等的拉力，此力称为初拉力。当传动带传动时，带两边的拉力不再相等。紧边拉力为，松边拉力为。带两边的拉力之差称为带传动的有效拉力F。设环形带的总长度不变，可推出8.3小带轮包角对带传动有何影响？为什么只给出小带轮包角的公式？答：角增大说明了整个接触弧上的摩擦力的总和增加，从而提高传动能力。由于大带轮的包角大于小带轮的包角，打滑首先发在小带轮，因此，只要考虑小带轮的包角值。8.4带传动工作时，带截面上产生哪些应力？应力沿带全长是如何分布的？最大应力在何处？答：带传动时，带中的应力有三个：（1）由拉力产生的拉应力，带全长上分布的，紧边上为、松边上为、>。（2）由离心力产生和离心拉应力，作用于带的全长的。（3）带绕过带轮时发生弯曲，产生的弯曲后应力，发生在带上包角所对的圆孤部分，。最大应力发生在带左紧边进入小带轮处。8.5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：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。而弹性滑动是由拉力差引起的，只要传递圆周力，就必然会发生弹性滑动，是一种不可避免的物理现象。8.6一般来说，带传动的打滑多发生在大带轮上还是小带轮上，为什么？答：因为，故打滑总是先发生在小轮上。因为小带轮的接触弧上产生的摩擦力小于大带轮。8.7带传动的设计准则是什么？ 答：在传递规定功率时不打滑，同时具有足够的疲劳强度和一定的使且寿命。8.8在V带动设计过程中，为什么要校验带速和包角？答：带速太高会使离心力增大，使带与带轮间的摩擦力减小，传动容易打滑。另外单位时间内带绕过带轮的次数也增加，降低传动带的工作寿命。若带速太低，则当传递功率一定时，使传递的圆周力增大，带的根数增多。因此设计时，一定要校验带速5m/sP1，则应按P2计算，根据表15.14，取fT=1，则由式（15.6）可得所以,采用30310轴承是适用的。15.22锥齿轮轴系选用一对30206/P6圆锥滚子轴承（如题15.22图所示）。已知轴的转速n=640r/min，锥齿轮平均分度圆直径dm=56.25mm，作用于锥齿轮上的圆周力F1=2260N，径向力F2=760N，轴向力Fa=292N。试求该对轴承的寿命。题15.22图答：（1）计算轴承的径向支反力，画受力图如题15.22答案图所示；画出水平面受力图如题15.22答案图b所示，求F1H、F2H。由得 图a、b、c画出垂直平面受力图如题15.22答案图c所示，求F1V、F2V。得合成反支力：（2）求轴承内部轴向力。由表15.16得,查手册30206轴承的Y=1.6，e=0.37，C=43200N。、力向如题15.22答案图d所示。，根据力的平衡条件有，则（3）计算当量动载荷。 由表15.13得X1=0.4，Y1=0.4cot,查轴承手册30206轴承=，则Y1=0.4，cot=1.6。由表15.13得X2=1，Y2=0，则（4）计算轴承寿命。取fT=1，，根据式(15.5)可得轴承I轴承II 第16章其他常用零、部件16.1两轴轴线的偏移形式有哪几种？答：有经向位移、轴向位移、偏角位移以及综合以上三种位移中的几种同时发生的情况。16.2凸缘联轴器两种对中方法的特点各是什么？答：凹凸槽对中时轴必须作轴向移动；用螺栓与孔的紧配合对中时不须轴作轴向移动，且传递扭矩大。16.3联轴器与离合器的主要区别是什么？答：联轴器只保持两轴的接合，离合器可在机器工作中随时定成两轴的接合与分离。16.4常用联轴器和离合器有哪些类型？各有哪些特点？应用于哪些场合？答：常用联轴器可分为刚性联轴器和挠性联器两大类，刚性联轴器不能补尝两轴的相对位移，用于两轴严格对中并在工作中不发生相对位移的场合；挠性联轴器具有一定的补尝两轴相对位移的能力，用于工作中两轴可能会发生相对位移的场合。常用离合器分为牙嵌式和摩擦式两大类。牙嵌式离合器结构简单，制造容易，但在接合式分离时齿间会有冲击，用于转矩不大、接合或分离时两轴静止或转速差很小的场合；摩擦式离合器接合过程平稳，冲击、振动较小，有过载保护作用，但外廓尺寸大，接合分离时有滑动摩擦，发热量及磨损较大，用于转矩较大，两轴有较大转速差的场合。16.5无弹性元件联轴器与弹性联轴器在补偿位移的方式上有何不同？答：无弹性元件联轴器利用联轴器工作元件间的动联接实现位移补偿；弹性联轴器利用其中弹性元件的变形来补偿位移。16.6牙嵌式离合器与牙嵌式安全离合器有何区别？答：不同点在于牙嵌式安全离合器的牙的倾斜角较大，且无操纵机构。16.7普通自行车上手闸、鞍座等处的弹簧各属于什么类型？其功用是什么？答：手闸处的弹簧是扭转弹簧，用于刹车后手闸复位；鞍座处的弹簧是螺旋压簧，用于缓冲吸振。16.8圆栓螺旋弹簧的端部结构有何作用？答：压缩弹簧的端部结构起支承作用，拉伸弹簧的端部结构功用是利于弹簧的安装及加载。16.9某电动机与油泵之间用弹性套柱销连轴器连接，功率P=7.5kW,转速n=970r/min,两轴直径均为42mm，试选择连轴器的型号。解：（1）计算名义转矩。（2）计算转矩。 查表16-1，K取1.75，则（3）查机械设计手册，选取型号为型联轴器。16.10选择如题16.10图所示的蜗杆蜗轮减速器与电动机及卷筒轴之间的联轴器。已知电动机功率P1=7.5kw，转连=970r/mm，电动机轴直径=42mm，减速器传动比，传动效率η=0.8，输出轴直径d=60mm，工作机为轻型起重机。题16.10图解：电动机与减速器之间，选用弹性套栓销联轴器：名义转矩转矩（K取1.75）查机械设计手册，选取型号为型联轴器。减速器与卷筒轴之间，可采用齿式联轴器：名义转矩转矩（K取3）查机械设计手册，选取型号为GICL6型齿式联轴器。 第17章机械的平衡与调速17.1刚性回转件的平衡有哪几种情况？如何计算？从力学观点看，它们各有什么特点？答：有两种情况：静平衡和动平衡。（1）静平衡计算。方法是在同一平面内增加或减少一个平衡质量，使平衡质量产生的离心惯性力Fb与原有各偏心质量产生的离心惯性力的矢量和相平衡。特点：各偏心质量及平衡质量产生的离心惯性力组成一个平面汇交力系。（2）动平衡计算。方法是任选两个平衡平面，将回转件上的不平衡质量都向这两个平面内分解，在这两个平面内各加上一个平衡质量，使惯性力的合力及合力矩同时为零。特点：各偏心质量及平衡质量产生的惯性力组成一空间力系。17.2怎样的回转件需要进行动平衡？需要几个校正平面？答：对于轴向宽度大的回转件，需要进行动平衡。需要两个校正平面。17.3“周期性速度波动”与“非周期性速度波动”的特点各是什么？各用什么方法来调节？答：周期性速度波动的特点是机器在稳定运转阶段中，它的运动速度发生周期性的反复变化，其调节方法是采用飞轮。非周期性速度波动的特点是机器运动速度的波动没有一定的周期性，并且其作用不是连续的，其调节方法是采用调节器。17.4为了减轻飞轮的重量，飞轮最好安装在何处？它能否安装在有自锁性的蜗轮轴上？能否安装在万向联轴器的变速轴上？答：飞轮最好安装在高速轴上。它既不能安装在有自锁的蜗轮轴（低速轴）上，也不能安装在万向联轴的变速轴上。17.5机械的平衡与调速都可以减轻机械上的动载荷，但两者有何本质区别？答：机械的平衡是通过计算或实验使回转体上的离心惯性力的矢量和为零。而调速是通过一定的手段使机器所受的驱动功与阻力功保持平衡。17.6如题17.6图所示，圆盘回转件上有三个不平衡质量：=2kg，=3kg，=2kg，=120mm，=10mm，=110mm，。（1）若考虑在圆盘平面中的圆周上加平衡质量，试求该平衡质量的大小和方位；（2）若因结构原因需将平衡质量加在图中Ⅰ、Ⅱ平面内，且已知试求平衡平面Ⅰ、Ⅱ内应加的平衡质径积。题17.6图 解：（1）由静平衡条件得：又选取比例尺作向量图，如题17.6答案图b所示。由图中可测得：，又因，则方位同一致，如题17.6答案图a所示。（2）平衡面Ⅰ、Ⅱ内的质径积分别为17.7如题17.7图所示为一厚度B=10的钢制凸轮，质量为m=0.8kg,质心S离轴心的偏距e=2mm。为了平衡此凸轮，拟在R=30mm的圆周上钻3个直径相同且相互错开60°的孔。试求应钻孔的直径d。（已知钢材密度）答：设钻去每个圆柱孔的质量为，则取比例尺，，，作向量图如题17.7答案图b所示,由图可知：题17.7答案图 现将R、e、凸轮质量值代入上式，可得又因，则结论：钻孔的直径为21mm。17.8在电动机驱动的剪床中，已知作用在剪床主轴上的阻力矩的变化规律如题17.8图所示。设驱动力矩为常量，剪床主轴转速为760r/min,不均匀系数δ=0.05，求安装在主轴上的飞轮的转动惯量。解：（1）求。题17.8图题17.8答案图在一个稳定周期内，与的平均值应相等，又为常数，则（2）求a、b、c、d、e五个位置的累积变化量ΔW及最大盈亏功Wmax。由题17.8答案图可知：在Oa阶段在ab阶段 在bc阶段在cd阶段在de阶段即则（3）求飞轮的转动惯量。17.9在柴油发电机机组中，设柴油机曲轴的上驱动力矩曲线和阻力矩曲线如题17.9图所示。已知两曲线所围各面积代表的盈、亏功为：、、、、、、；曲线的转速为；许用不均匀系数[δ ]=1/300。若飞轮装在曲轴上，试求飞轮的转动惯量。题17.9图解：（1）求量大盈亏功。由题意可知：在b、c、d、e、f、g、a各位置的累积变化量为可得出则（2）求飞轮的转动惯量。 第18章机械设计CAD简介18.1CAD的含义是什么？答：CAD的含义是Computeraideddesign的编写，意思为计算机辅助设计。18.2机械设计CAD的主要内容有哪些？答：机械设计CAD的内容很广泛，可从两个方面来概括，一方面是设计计算，一方面是绘图，均可通过对软件的应用在计算机上完成。即计算机辅助计算数和计算机辅助绘图。18.3在机械设计CAD中常用的数据处理方法有哪几种？答：在机械设计CAD中常用的数据处理方法有：（1）取整数；（2）四舍五入取整数；（3）按某数的倍数取整数；（4）取标准值；（5）判断两个实数是否相等，是用两实数的差的绝对值小于给定精度作为判别条件的。18.4在CAD程序中如何对数表进行处理？答：在CAD程序中对数表的处理是数表程序化。对于简单数表，可以直接应用数组语句，分别用行或列表示规格及选项。按照数组的的定义规则，将表格中的数据输入数组里，查询数组相应的行或列，即可得到所需的参数。若为复杂数表，根椐表格的结构，使用开关语句，分层次查询。外层变量起分类作用，内层变量查询表格，应用变量赋值。18.5在CAD程序中如何对线图进行处理？答：应根椐线图变化趋势，分段找出函数表达式。绘出变量值，选择合适的函数表达式并计算出函数值。对于不能直接确定函数表达式的线图，可根据线图的横坐标或纵坐标分段，查出各分段点的函数值，然后将线图转化为表格，按表格程序的方式编程序。对于均匀变化的曲线，可以等分线图的横坐标，查出横坐标相应的函数值，按表格形式进行程序化处理。对于曲线线图的处理较繁琐，利用线性插值法将线图转化为公式。对于曲率变化较大的曲线，可以分段确定相应的线性插值公式，然后由计算机根椐自变量的值判断使用相应的插值公式，并计算出函数值。对直线段线图可直接程序化。'