机械设计基础课后答案Word文件下载.docx
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其三：
AB是最长杆，则有:
AD+AB>
BC+CD,得：
AB>
110,
乂为了满足该机构能成为一个四杆机构，需保证：
AB<
BC+CD+AD=230,
即230>
110。
综上所述，AB的取值范围为：
ABC（30,90^（110,230）
3-4题3-4图所示四杆机构简图中，各杆长度为a=30mm,b=60mm,c=75mm,d=80mm,试求机构的最大传动角和最小传动角、最大压力角和最小压力角、行程速比系数。
（用
题3-4图
图解法求解）
解:
1）
2）
min=[41.65°
108.63]=[41.65°
71.37°
]=41.65°
伽ax=90°
-41.65°
=48.1°
max=90;
血=0
X17.62°
"
.行程速比系数K=1.21
35题3-5图所示的四杆机构中，各杆长度为a=25mm,b=90mm,c=75mm,d=100mm,
试求：
1）若杆AB是机构的主动件，AD为机架，机构是什么类型的机构？
---曲柄摇杆机构
2）若杆BC是机构的主动件，AB为机架，机构是什么类型的机构？
---双曲柄机构
3）若杆BC是机构的主动件，CD为机架，机构是什么类型的机构？
---双摇杆机构
题3-5图
3-7如题3-7图所示的曲柄滑块机构：
（1）曲柄为主动件，滑块朝右运动为工作行程，试确定曲柄的合理转向，并简述其理
（2）当曲柄为主动件时，画出极位火角，最小传动角min
（3）设滑块为主动件，试用作图法确定该机构的死点位置；
（1）曲柄应为顺时针转动，理由可从下两方面说明：
a）顺时针转动，滑块朝右运动慢，向左返回运动快，即机构工作行程速度慢，回行程速度快，具有急回特性。
b）顺时针转动，则在工作行程中，机构的压力角比较小，传力特性好；
（2）极位夹角如图。
角;
最小传动角min:
当曲柄AB位丁最上方B'
处有工作行程最小传动角min；
当曲
柄AB位丁最下方B"
处有回行程最小传动角min。
（3）滑块为主动件时，机构的死点位置：
在曲柄与连杆共线的B1和B2两个位置处。
第4章习题
4-8在题4-8图所示的对心直动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的实际廓线为一圆，圆心在点A,半径R=40mm,凸轮绕轴心O逆时针方向转动，LOA=25mm,滚子半径为10mm,试求：
①凸轮的理论廓线；
②凸轮的基圆半径；
③从动件行程；
④图示位置的压力角。
（1）理论廓线：
在实际廓线上画一系列滚子圆，连接圆心而成。
（2）凸轮的基圆半径指理论廓线的最小向径：
r0=40-25+10=25mm
（3）从动件行程最大向径减去最小向径：
h=40+25-15=50mm。
（4）压力角如图所示。
4-9一对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，已知基圆半径s=50mm,滚子半径「t=10mm,凸轮逆时针等速转动。
凸轮转过140。
，从动件按简谐运动规律上升30mm；
凸轮继续转过40°
时，从动件保持不动。
在回程中，凸轮转过120。
时，从动件以等加速等减速运动规律返回原处。
凸轮转过其余600时，从动件保持不动。
试绘出其从动件位移曲线，并用图解法设计凸轮的轮廓曲线。
4-13画出题4-13图所示凸轮机构中凸轮基圆，在图上标出凸轮由图示位置转过60°
角时从动件的位移和凸轮的压力角。
（a）对心直动滚子从动件盘形凸轮机构：
从动件上升，位移如图中h=OA2-OA1所示；
压力角如图a所示；
（b）对心直动平底从动件盘形凸轮机构：
从动件下降，位移如图中h所示；
压力角
0=0
（c）摆动从动件盘形凸轮机构：
从动件与机架之间的火角减小，角位移为：
n卜W；
Q）
压力角如图a所小
（b）
题4-13图
第5章习题
5-2已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮z=26,模数m=3mm,=200,h*a=1,试分别
求出分度圆、基圆、齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径和压力角。
分度圆半径rmz/2326/239mm
基圆半径：
rbrcos39cos2036.7mm
*
齿顶圆半径rarham391342mm
分度圆上渐开线齿廓的曲率半径：
r2rb2，39236.7213.33mm
分度圆上渐开线齿廓的压力角岂=2=1，：
，
基圆上渐开线齿廓的曲率半径为b0；
压力角b0。
齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径：
ara2rb242236.7220.5mm
齿顶圆上渐开线齿廓的压力角
aarccos鱼arscos^6729.24
ra42
5-3已知一对外啮合齿标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a=160mm，齿数z〔=20,齿数
Z2=60,求模数和分度圆直径。
矗2x160.
m===4mw
羽+为20+60
1「、
七响+如）
由'
可得模数
分度圆直径
4二侧1二4x20=S0mm
司==^1x60=240忡阳
5-6试根据渐开线特性说明一对模数相等，压力角相等，但齿数不等的渐开线标准直齿圆柱齿轮，其分度圆齿厚、齿顶圆齿厚和齿根圆齿厚是否相等？
哪一个较大？
模数相等、压力角相等的两个齿轮，分度圆齿厚3二剧!
相等。
但是齿数多的齿轮分度圆直径大，所以基圆直径就大。
根据渐开线的性质，渐开线的形状取决丁基圆的大小，基圆小，则渐开线曲率大，基圆大，则渐开线越趋丁平直。
因此，齿数多的齿轮与齿数少的齿轮相比，齿顶圆齿厚和齿根圆齿厚均为大值。
5-9已知一对外啮合正常齿制标准斜齿圆柱齿轮传动的中心距
mn=4mm,法面压力角
分度圆直径、
a=250mm,法面模数
n=20°
齿数Zi=23,Z2=98,试计算该对齿轮的螺旋角、端面模数、齿顶圆直径和齿根圆直径。
螺旋角
朗岫^血+叽町海"
3+勇）=
由2x2J0
端面模数
叫匚眼#=4/cosl4.J3=4.13mm
叫瓦4x23皿彩—==95.01to
cos/53对4：
3°
4x93
cosW.530
=404.95™
齿顶圆直径：
齿根圆直径:
如=^+2^=9304+2x4=103.04mm
妇=^+2^=404.95+2x^1=41Z9M
硫=吊-2^=95.04-2x125对=85.C4™
如响-2^-404.95-2x1.25x4-3W95mm
5-10试设计一对外啮合圆柱齿轮，已知zi=21,Z2=32,mn=2mm，实际中心距为55mm,问：
（1）该对齿轮能否采用标准直齿圆柱齿轮传动？
（2）若采用标准斜齿圆柱齿轮传动来
满足中心距要求，其分度圆螺旋角、分度圆直径di、d2和节圆直径di'
、d2‘各为若干？
（1）不能。
若采用标准直齿圆柱齿轮传动，其中心距am（Ziz2）53mm,与所给实际中
2
心距不相等。
（2）'
人'
111~足Ea，cos0.9636故15.4987
2cos2a
分度圆直径为：
d1mnZ1/cos43.59mm,d2mnz?
/cos66.42mm
标准斜齿齿轮传动，未采用变位，其节圆与分度圆重合，故：
d1d1,d2d2。
第6章习题
6-1在题6-6图所示的轮系中，已知各轮齿数为：
乙=20,Z2=40,z2=20,Z3=30,z
=20,z4=32,乙=40,试求传动比i15o
z1z2z3'
Z4
5-r
rzz/i
、
2r
题6-6图
6-7在题6-7图所示轮系中，已知齿轮1转向如图所示，n1=405r/min。
各轮齿数为：
z1=22=z4=20,z2=z3=z5=30,z4=z6=60，试求：
（1）传动比il6;
（2）齿轮6的转速n6的大
小及转动方向。
（1）此为定轴轮系，先判定方向，首末两轮转
向相反，
传动比为：
z2z3z4z5z6z2z4z6
i16[3,5
z1z2z3z4z5z1z2z4
（2）n6n1/i1630r/min
6-9在题6-9图所示的一手摇提升装置中，
已知各轮齿数，试求传动比i15,并指出提升重物时手柄的转向。
此为定轴轮系，先判定方向，提升重
物时，齿轮5逆时针转动；
蜗轮4顺时针
转动，在啮合点处受力与速度向上，则蜗杆在啮合点处受力向下，乂蜗杆右旋，对蜗杆用右手定则，判定其转动方向为由右指向左;
锥齿轮2'
方向向上；
最后得出齿轮1方向向上。
■l5
Z2Z3Z4Z5
Z1Z2Z3Z4
577.8
6-10题6-10图（a）、（b）分别为两个不同结构的锥齿轮周转轮系，已知z1=20,z2=24,Z2=30,
z3=40,n1=200r/min,n3=-100r/min。
试求两轮系中行星架H的转速nH的大小和方向。
（a）in
H
n〔
~H
（b）i13
Z2Z3
n〔nH
山nH
Z1Z2
1.6,代入已知数据得:
600r/min；
1.6,代入已知数据得：
nH15.4r/min。
6-11在题6-11图所示的手动葫芦中，A为手动链轮，B为起重
链轮。
已知z1=12,z2=28,Z2=14,z3=54,求传动比iAB。
齿轮1与手动链轮A相连，系杆H与起重链轮B相连，求
传动比iAB即为求i1H。
挂钩不动，可看作机架。
此为周转轮系中的行星轮系（中心轮3固定），其转化轮系的
.Hn_nnHZ2Z3
i13H9
山山wz〔Z2
将n30代入得：
iAB=i1H=10。
6-12在图6-12所示的电动三爪自定心卡盘传动轮系中，设已知
各轮的齿数为z16
z2z225Z357z4
56，试求传动比il4
该轮系为3K-H
型周转轮系，固定系杆H,转化为定轴轮系。
对1-2-3-H可得:
H」z3
i1H1i131―
z1
10.5
对3-2-2'
-4-H可得:
HZ2
*H11431—
Z31
z2z456
所以i14———i1HiH410.5（56）588
4H4
轮1与轮4转向相反。
注：
此题有多种解法，请思考。
第8章习题
8-1机械零件的主要失效形式是什么？
相应的计算准则是什么？
8-2简述机械零件设计的一般步骤。
8-3按应力随时间的变化关系，交变应力分为几种？
许用应力和极限应力有什么不
同？
8-4什么是钢？
什么是铸铁？
碳素钢的力学性能主要取决丁什么？
如何划分高碳钢、
中碳钢、低碳钢?
8-5在机械设计中，常用的材料有哪些？
8-6钢、铸铁和铜合金等材料的牌号是怎样表示的？
说明下列材料牌号的含义及材料
的主要用途:
Q235,45,40Cr,65Mn,20CrMnTi,ZG310-570,HT200,QT500-7,ZCuSn10P〔
ZCuAl10Fe3o
第9章习题
9-1试计算M20、M20X1.5螺纹的升角，并通过计算指出哪种螺纹的自锁性较好。
由教材表9-1、表9-2查得
M20，粗牙，螺距P2.5mm，中径d218.376mm
P2.5
arctan—arctan2.48
螺纹升角d23.1418.376
M201.5,细牙，螺距P1.5mm，中径d2d10.02619.026mm
P1.5…
arctanarctan1.44
螺纹升角d23.1419.026
对丁相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹，细牙螺纹的升角较小，更易实现自锁。
9-8解
1）选用C型平键，查教材表9-7,由轴的直径d=52mm可得平键的截面尺寸SLWgi,人=1。
毗；
由轮毂宽度初估键的长度L=70-（5〜10）=60〜65,
由平键长度系列，取键的标准长度L=63mm。
2）验算平键的挤压强度
由材料表9-8查得，铸铁的许用挤压应力（按静载荷考虑）
灯」二7"
知加朋
C型键的工作长度l=L—b/2=63-8=55mm
56MPa
4T4400103
pdhl521055
则该平键挤压强度合格。
其标记为：
键C16X63GB1096-2003
如用A型平键：
键的工作长度l=L-b=63—16=47mm
p66MPa
pdhl521047
则键挤压强度合格。
键16X63GB1096-2003
如用B型平键：
键的工作长度l=L=63mm
4T4400103p48MPa
dhl521063
键B16X63GB1096-2003
10-8如图所示为二级斜齿圆柱齿轮减速器，已知主动轴的转速和斜齿轮“
4”的螺旋线方向
（图示）。
为使得II轴所受的轴向力较小，试分析确定:
（1）其余斜齿轮的合理螺旋线方向；
（2）各齿轮在啮合点所受各分力的方向。
根据I轴的转向，画出II轴和III轴的转向如图。
（1）齿轮4为右旋，齿轮3为左旋，对3用左手定则，
判断其轴向力方向向右，贝U齿轮2所受的轴向力的方向应向左，齿轮1所受的轴向力的方向应向右，对齿轮1用左右手定则判断出其应为右旋，则齿轮2为左旋。
如图所示。
（2）如图标出了齿轮1和齿轮3的受力，包括径向力、圆
III轴—
周力
和轴向力；
齿轮2和齿轮4的受力分别与1、3各力成反力,
化未标出。
（自己补上）
X
Fr3
Ft-
II轴——
Fr1
-11
-a1
>
10-8图
大小相等，方向相反，图中简
10-9一直齿圆锥齿轮一斜齿圆柱齿轮传动系统如图所示。
已知主动轴的转速，为使得II轴
所受的轴向力较小，试分析确定:
（1）斜齿轮的合理螺旋线方向；
（2）各齿轮在啮合点所受各分力的
方向。
III轴
（1）根据I轴的转向，画出II轴和
III轴的转向如图。
锥齿轮2所受的轴向„袖
II年田
题10-9图
力的方向向左（由小端指向大端），则斜齿轮3所受的轴向力的方向应向右，对齿轮3用左右
手定则判断出其应为右旋，贝U齿轮4为左旋。
（2）如图标出了齿轮1、齿轮2和齿轮3的受力，齿轮4各力与3成反力，图中简化未标出。
Ft2
10-11设计一用丁带式运输机上的单级齿轮减速器中的斜齿圆柱齿轮传动。
已知：
传递功
率P1=10kW，转速n1=1450r/min,n〔=340r/min，允许转速误差为土3%,电动机驱动，单向
旋转,载荷存在中等冲击。
要求使用寿命10年，每年按300工作日计，每日工作8小时（不要）。
分析：
通用机械一般齿轮传动，按软齿面闭式齿轮传动设计。
设计准则：
按接触强度设计，然后验算其弯曲强度
（1）材料及许用应力
查教材表10-1、表10-2:
小齿轮45钢调质，硬度：
197〜286HBS;
大齿轮45钢正火，硬度：
156〜217HBS。
查教材表10-1：
Hlim1550~620MPa（书上有误）；
Hlim2350~400MPa
;
FE1410~480MPa；
FE2280~340MPa
查教材表10-3:
按一般可靠度，取Sh1,Sf1.25
Hlim1
600
Sh
1
Hlim2
380
FE1
450
Sf
1.25
320
600MPa
H1
380MPa
H2
360MPa
F1
256MPa
F2
故:
（2）按齿面接触疲劳强度设计，其设计公式:
ZeZHZ
mm
106旭
1450
6.59104Nmm
其中：
小齿轮转矩:
_6P
T19.551069.55
传动比：
i=n1/n2=1450/340=4.265
初定齿轮精度为：
8级；
初取
15
载荷系数查教材表10-4得K1.2~1.6
齿宽系数查教材表10-8,按对称布局，取d0.8~1.4
齿数比
u=4.265；
Z
cos0.983
查表10-5:
Ze189.8;
标准齿轮Zh=2.5;
许用应力:
Hmin
产123H2min^80,1.23380代入设计公式
467MPa
则:
d1
42
.21.56.59104.2651189.82.50.9924
360.6
4.265467
1.1
取中心距a
（1一d1159.3;
圆整为a=160mm
确定模数：
模数mn=（0.007~0.02）a=1.12〜3.2mm;
取mn=2.5mm
确定齿数：
由Z1Z22a4和i互
mnZ1
z1=23.4，取z1=23，则z2=98，则i实=98/23=4.26
演算:
实际的转速：
n2n1
Zi
Z2
23
1450—340.31r/min
98
n2
340.31340
100%
0.09%
精确螺旋角
mnZi
d1cos
340
mn（Z1arccos—
Z2）
2a
2.52360.82cos19.03
d2
（3）验算其齿根弯曲疲劳强度:
小齿轮当量齿
Zvi
Z1
3cos
Zv2
查教材表10-6得:
Yf
满足弯曲强度。
（4）精度验算
3%,可行
19.03
mnZ2
cos
23
3
cos19.03
cos319.03
2.57;
Yf22.167
Ys
1.60;
Ys2
2KTM工1
bd1mn
YF2Ys2
YfNs1
由表10-7V
1.817
2.598259.18cos19.03
27.22
116
bdd11.160.8266.9
取b1=75,b2=67
21.56.591042.571.60
6760.822.5
2.1671.817
2.571.60
dm
601000
则8级精度等级可用
（5）计算主要几何尺寸
mn4
2.523
cos19.03
60.82
da1d12ha60.8222.5
da2d22ha259.18
d1d2
a
79.8MPa
79.876.4MPa
60.821450
2.598
4.6r/min10.6r/min
259.18
65.82mm
22.5264.18mm
（60.82259.18）/2160mm
第11章习题
11-2如题11-2图所示，蜗杆主动，T120Nm,m4mm,z12,d150mm,蜗轮
齿数Z2150,传动的效率0.75。
试确定：
（1）蜗轮的转向；
（2）蜗杆与蜗轮上作用力的大小和方向。
4
rti¥
题11-2图
11-4题11-4图所示为某手动简单起重设备，按图示方向转动蜗杆，提升重物G。
试确
定：
（1）蜗杆与蜗轮螺旋线方向；
（2）蜗杆与蜗轮上作用力的方向；
（3）若蜗杆自锁，反转手柄使重物下降，求蜗轮上作用力方向的变化。
（1）重物上升，即蜗轮2为顺时针转动，即2所受到的圆周力的方向向右，贝U蜗杆1
所受的轴向力的方向应向左，对蜗杆1用左右手定则判断出其应为右旋，贝U蜗轮2也为右旋。
（2）蜗杆与蜗轮上作用力的方向如图所示。
（3）若蜗杆自锁，反转手柄使重物下降，蜗轮
上的作用力：
径向力方向不变，圆周力和轴向力方向与原来相反。
Fr2
题11-4图
11-5如题11-5图所示为蜗杆传动和锥齿轮传动的组合，已知输出轴上的锥齿轮4的转
向，
（1）欲使II轴所受轴向力互相抵消一部分，试确定蜗杆传动的螺旋线方向和蜗杆的转向；
（2）各轮啮合点处所受作用力的方向。
（1）根据III轴的转向，画出II轴的转向如图。
锥齿轮3所受的轴向力的方向向左（由
小端指向大端），贝U蜗轮2所受的轴向力的方向应向右，即蜗杆1所受的圆周力方向向左，
根据主反从同，则蜗杆1应为逆时针转动；
乂根据蜗轮2的转动方向知蜗轮2的圆周力方向
向内，贝U蜗杆1的轴向力方向向外，对蜗杆1用左右手定则判断出其应为右旋，贝U蜗轮3也为右旋。
I
（2）如图标出了蜗杆1和锥齿轮3的受力，其余齿轮受力简化未标出，自己补上。
题11-5图
第13章习题
13-1说明下列型号轴承的类型、尺寸系列、结构特点、公差等级及其适用场合。
6
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