机械设计基础课后答案陶平Word文档下载推荐.docx
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（2）若此机构为双曲柄机构，那么AD一定为最短杆，即：
AD+BC≤CD+AB，得：
AB≥90mm，AB杆最小值为90mm。
（3）若此机构为双摇杆机构，则可判定该机构不满足杆长之和条件，分三种情况讨论:
其一：
AB是最短杆，则有：
AB+BC＞CD+AD，
得：
60＞AB＞30；
其二：
AB不是最短杆也不是最长杆，则AD为最短杆，有：
AD+BC＞AB+CD，得：
90＞
AB＞60；
其三：
AB是最长杆，则有:
AD+AB＞BC+CD，得：
AB＞110，
又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＞AB＞110。
综上所述，AB的取值范围为：
AB∈（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=80
mm，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
图解法求解）
题3-4图
1）min＝[41.65°
108.63°
]=[41.65°
71.37°
]=41.65°
αmax＝90°
-41.65°
=48.1°
max＝90°
;
αmin＝0
2）∵θ=17.62°
∴行程速比系数K＝1.21
3-5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，
2）若杆BC是机构的主动件，
3）若杆BC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
AB为机架，机构是什么类型的机构？
---双曲柄机构
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
由；
（2）当曲柄为主动件时，画出极位夹角，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；
B′B
B1
B2
θ
图
题3-7
B〞
（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θ角；
最小传动角
min：
当曲柄
AB位于最上方
B′处有工作行程最小传动角
min；
当曲
柄AB位于最下方
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
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。
α
（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r0=50mm，滚子半径rT=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60°
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α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
α=0°
；
（c）摆动从动件盘形凸轮机构：
从动件与机架之间的夹角减小，角位移为：
ψ0—ψ1；
压力角如图α所示。
vψ0
h
A1
v
A2
ψ1
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
，模数m
，
°
a
=1,
试分别求
=26
=3mm
=20
h*
出分度圆、基圆、齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径和压力角。
解:
分度圆半径
r
mz/23
26/2
39mm
基圆半径:
rb
rcos
39
cos20
36.7mm
齿顶圆半径
ra
rha*m
3
42mm
分度圆上渐开线齿廓的曲率半径:
r2
2
392
36.72
13.33mm
分度圆上渐开线齿廓的压力角
基圆上渐开线齿廓的曲率半径为
b0；
压力角b
0。
齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径:
ara
422
20.5mm
齿顶圆上渐开线齿廓的压力角
:
arscos
36.7
arccos
29.24
42
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z1=20，齿数z2=60，求模数和分度圆直径。
解:
由可得模数
分度圆直径
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。
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a
，法面模数
=250mm
m=4mm，法面压力角
n
=20°
，齿数z=23，z
=98，试计算该对齿轮的螺旋角、端面模数
、
分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径。
因
螺旋角
端面模数
分度圆直径:
齿顶圆直径:
齿根圆直径:
5-10试设计一对外啮合圆柱齿轮，已知z1=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d1、d2和节圆直径
d1′、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a
m（z1
z2）
53mm，与所给实际中
心距不相等。
（2）斜齿轮中心距a
mn（z1z2），所以cos
mn（z1z2）
0.9636故
15.4987
2cos
2a
分度圆直径为：
d1mnz1/cos
43.59mm，d2mnz2/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：
z1＝20，z2＝40，2'
＝
3＝30，
20z
z3'
＝20，z4＝32，z5＝40，试求传动比i15。
z2z3z4z5
6
i15
z4
z1z2
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=
z2
=
z4
=20，z2=z3=z5=30，z4=z6=60，试求：
（1）传动比
i16
（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：
z2z3z4z5z6
z2z4z6
13.5
z1z2z4
z1z2z3z4z5
（2）n6
n1/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，又蜗杆右旋，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。
z2z3z4z5
577.8
传动比：
z1z2z3z4
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）
i13H
n1H
n1
nH
z3
1.6，代入已知数据得：
600r/min；
n3H
n3
z1
（b）
15.4r/min。
z1z2
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
i13
9
将n30代入得：
i
AB=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,z2z2
25，z357，z456，试求
4
传动比i14。
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：
10.5
i1H1i13
对3-2-2'
-4-H
可得：
i4H1i43H
56
所以i14
i1H
iH410.5（56）588
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于什么？
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，ZCuSn10P1，ZCuAl10Fe3。
第9章习题
9-1试计算M20、M20×
1.5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P
2.5mm，中径d218.376mm
arctan
2.5
2.48
螺纹升角
d2
3.14
18.376
M201.5，细牙，螺距
1.5mm，中径d2
d10.02619.026mm
1.5
1.44
d2
3.1419.026
对于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，；
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）
C型键的工作长度l＝L－b／2＝63－8＝55mm
4T
400
10
p
52
56MPa
dhl
55
则该平键挤压强度合格。
其标记为：
键C16×
63GB1096-2003
如用A型平键：
键的工作长度l＝L－b＝63－16＝47mm
66MPa
47
则键挤压强度合格。
键16×
如用B型平键：
键的工作长度
l＝L＝63mm
48MPa
63
键B16×
第10章习题
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。
III
轴
（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，则齿轮2所受的轴向力的方向应
Fr3
向左，齿轮1所受的轴向力的方向应向右，对齿轮1用左
Fa3
Ft3
右手定则判断出其应为右旋，则齿轮2为左旋。
如图所示。
II
（2）如图标出了齿轮1和齿轮3的受力，包括径向力、
Fr1
圆周力
Fa1
和轴向力；
齿轮2和齿轮4的受力分别与1、3各力成反
I轴
Ft1
力，大小相等，方向相反，图中简化未标出。
（自己补
（
主
上）
题10-8图
10-9一直齿圆锥齿轮—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；
（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，则齿轮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。
I轴（主动）
III轴
Fr2
r3
Fa2
Ft3
Ft2
Fa1
II轴
题10-9图
10-11设计一用于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，n1=340r/min，允许转速误差为±
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
查教材表
10-1：
FE1410~480MPa
FE2
280~340MPa
10-3：
按一般可靠度，取
SH1
SF
1.25
故：
H1
Hlim1
600
600MPa
SH
Hlim2
380
H2
380MPa
FE1
450
F1
360MPa
FE1
320
F2
256MPa
（2）按齿面接触疲劳强度设计，其设计公式：
2KT1
u1
ZEZH
Z
d
mm
u
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