机械设计基础习题答案.docx
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机械设计基础习题答案
机械设计基础（第七版）陈云飞卢玉明主编课后答案
chapter11-1什么是运动副？
高副与低副有何区别？
答：
运动副：
使两构件直接接触，并能产生一定相对运动的连接。
平面低副－凡是以面接触的运动副，分为转动副和移动副；平面高副－以点或线相接触的运动副。
1-2什么是机构运动简图？
它有什么作用？
答：
用简单的线条和符号代表构件和运动副，并按比例定出各运动副位置，表示机构的组成和传动情况。
这样绘制出的简明图形就称为机构运动简图。
作用：
机构运动简图不仅能表示出机构的传动原理，而且还可以用图解法求出机构上各有关点在所处位置的运动特性（位移，速度和加速度）。
它是一种在分析机构和设计机构时表示机构运动的简便而又科学的方法。
1-3平面机构具有确定运动的条件是什么？
答：
机构自由度F>0，且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运动是确定的；这就是机构具有确定运动的条件。
（复习自由度4个结论P17）chapter22-1什么是曲柄摇杆机构的急回特性和死点位置？
答：
急回特性：
曲柄等速回转的情况下，摇杆往复运动速度快慢不同，摇杆反行程时的平均摆动速度必然大于正行程时的平均摆动速度，此即急回特性。
死点位置：
摇杆是主动件，曲柄是从动件，曲柄与连杆共线时，摇杆通过连杆加于曲柄的驱动力F正好通过曲柄的转动中心，所以不能产生使曲柄转动的力矩，机构的这种位置称为死点位置。
即机构的从动件出现卡死或运动不确定的现象的那个位置称为死点位置（从动件的传动角=0°）。
chapter33-2通常采用什么方法使凸轮与从动件之间保持接触？
答：
力锁合：
利用重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。
形锁合：
利用高副元素本身的几何形状使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。
3-3什么叫刚性冲击和柔性冲击？
用什么方法可以避免刚性冲击？
答：
刚性冲击：
从动件在运动开始和推程终止的瞬间，速度突变为零，理论上加速度为无穷大，产生无穷大的惯性力，机构受到极大的冲击，称为刚性冲击。
柔性冲击：
当从动件做等加速或等减速运动时，在某些加速度突变处，其惯性力也随之有限突变而产生冲击，这种由有限突变而引起的冲击比无穷大惯性力引起的刚性冲击轻柔了许多，故被称为柔性冲击。
避免刚性冲击的方法：
为了避免刚性冲击，常将这种运动规律已知的运动开始和终止两小段加以修正，使速度逐渐升高和逐渐降低。
让从动件按正弦加速度运动（既无刚性运动，也无柔性冲击）chapter44-1棘轮机构、槽轮机构及不完全齿轮机构各有何运动特点？
是举出应用这些间歇运动机构的实例。
1
答：
槽轮机构特点：
结构简单，工作可靠，常用于只要求恒定旋转角的分度机构中；停歇运动主要依靠槽数和圆柱销数量（运动系数）应用:
应用在转速不高，要求间歇转动的装置中。
如：
电影放映机自动传送链装置纺织机械棘轮机构特点：
这种有齿的棘轮其进程的变化最少是1个齿距，且工作时有响声。
应用：
起重机绞盘牛头刨床的横向进给机构计数器不完全齿轮机构特点：
普通齿轮传动，不同之处在于轮齿不布满整个圆周。
主动轮上的锁住弧与从动轮上的锁住弧互相配合锁住，以保证从动轮停歇在预定位置上。
应用：
各种计数器多工位自动机半自动机chapter66-1设计机械零件时应满足哪些基本要求？
答：
足够的强度和刚度，耐摩擦磨损，耐热，耐振动（衡量机械零件工作能力的准则）。
6-2按时间和应力的关系，应力可分为几类？
实际应力、极限应力和许用应力有什么不同？
答：
随时间变化的特性，应力可分为静应力和变应力两类。
许用应力：
是设计零件时所依据的条件应力。
[σ]极限应力:
零件设计时所用的极限值，为材料的屈服极值。
实际应力:
零件工作时实际承受的应力。
（静应力下：
[σ]=σS/s[σ]=σB/ss=s1s2s3）6-4指出下列符号各表示什么材料：
Q235、35、65Mn、20CrMnTi、ZG310-570、HT200.Q235：
屈服强度为235，抗拉强度为375-460，伸长率为：
26%的普通碳素钢。
35：
优质碳素钢（数字表示碳的平均含量）65Mn;优质碳素钢，平均含碳量为0.65%，含Mn量约为1%。
20CrMnTi：
合金钢，含碳量0.20%，平均含Cr，Mn，Ti量约为1%。
ZG310-570：
屈服强度为310MPa，抗拉强度为570MPa伸长率为15%，硬度为：
40-50HRC的铸钢HT200：
抗拉强度为200，硬度为170-241HBS的灰铸铁。
6-5在强度计算时如何确定许用应力？
答：
许用应力的确定通常有两种方法：
1.查许用应力表：
对于一定材料制造的并在一定条件下工作的零件，根据过去机械制造的实践与理论分析，将他们所能安全工作的最大应力制成专门的表格。
这种表格简单，具体，可靠，但每一种表格的适用范围较窄。
2.部分系数法：
以几个系数的乘积来确定总的安全系数ss1s2s3S1——考虑计算载荷及应力准确性的系数，一般s1=1-1.5。
S2——考虑材料力学性能均匀性的系数。
S3——考虑零件重要程度的系数。
6-8
-101各代表什么？
-1：
对称循环变应力下，疲劳极限为-1。
2
0：
脉动循环变应力下，疲劳极限为0。
1：
静应力下的疲劳极限。
chapter77-1常见的螺栓中的螺纹式右旋还是左旋、是单线还是多线？
怎样判别?
多线螺纹与单线螺纹的特点如何
？
答：
常见的螺栓中的螺纹是右旋、单线。
根据螺旋线绕行方向科判别右旋与左旋；根据螺旋线的数目可判别单线还是多线。
特点：
单线螺纹的螺距等于导程，多线螺纹的导程等于螺距与线数的乘积；单线螺纹由于其螺旋升角较小，用在螺纹的锁紧，多线螺纹由于其螺纹升角较大，用于传递动力和运动。
7-2螺纹主要类型有哪几种？
说明他们的特点及用途。
答：
机械制造中主要螺纹类型：
三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹、半圆形螺纹。
三角形螺纹：
a.普通螺纹：
特点为抗拉强度较高，连接自锁作用也较可靠，一般适用于薄壁零件及受冲击零件的连接。
b.管螺纹（半圆形螺纹）：
特点为螺纹深度较浅，是专门用来连接管子的。
矩形螺纹：
特点为刨面呈矩形、螺母与螺杆对中的精度较差以及螺纹根部强度较弱等缺点；没有自锁。
梯形螺纹：
特点为刨面为梯形，效率较矩形螺纹低，没有自锁。
多用于车床丝杆等传动螺旋及起重螺旋中。
锯齿形螺纹：
效率较矩形螺纹略低，强度较大，没有自锁。
在受载很大的起重螺旋及螺旋压力机中常采用。
（三角形螺纹用于连接；锯齿、梯形、矩形用于传动。
）7-3螺旋副的效率与哪些参数有关？
各参数变化大小对效率有何影响？
螺纹牙型角大小对效率有何影响？
答：
A2tg为升角，ρ为摩擦角A1tg
当摩擦角不变时，螺旋副的效率是升角的函数。
牙型角变小，效率变大；牙型角变大，效率变小。
（举例矩形螺纹变为三角形螺纹）7-4螺旋副自锁条件和意义是什么？
常用链接螺纹是否自锁？
答：
自锁条件：
（一般情况：
越小，自锁性能愈好）：
螺纹升角ρ：
当量摩擦角。
意义：
不加支持力F，重物不会自动下滑。
即螺旋副不会自动松脱，当拧紧螺母时，螺旋副的效率总是小于50%。
常用链接螺纹自锁。
7-5在螺纹连接中，为什么采用防松装置？
例举几种最典型的防松装置，会出其结构件图，说明其工作原理和机构简图。
答：
螺纹连接的自锁作用只有在静载荷下才是可靠的，在振动和变载荷下，螺纹副之间会产
3
生相对转动，从而出现自动松脱的现象，故需采用防松装置。
举例:
（一）利用摩擦力的防松装置：
原理：
在螺纹间经常保持一定的摩擦力，且附加摩擦力的大小尽可能不随载荷大小变化。
（1）弹簧垫圈:
工作原理：
弹簧垫圈被压平后，利用其反弹力使螺纹间保持压紧力和摩擦力
（2）双螺母：
工作原理：
梁螺母对顶，螺栓始终收到附加压力和附加摩擦力的作用。
结构简单，用于低速重载。
（二）利用机械方法防松装置：
原理：
利用机械装置将螺母和螺栓连成一体，消除了它们之间相对转动的可能性。
（1）开口销：
开口销从螺母的槽口和螺栓尾部的孔中穿过，起防松作用。
效果良好。
（2）止动垫圈：
垫片内翅嵌入螺栓的槽内，待螺母拧紧后，再将垫片的外翅之一折嵌于螺母的一个槽内，。
将止动片的折边，分别弯靠在螺母和被联接件的侧边起防松作用7-6将松螺栓连接合金螺栓连接（受横向外力和轴向歪理）的强度计算公示一起列出，是比较其异同，并作出必要的结论。
7-10平键链接可能有哪些失效形式？
平键的尺寸如何确定？
答：
失效形式：
挤压破坏和剪切确定尺寸：
按挤压和剪切的强度计算，再根据工作要求，确定键的种类；再按照轴的直径d查标准的键的尺寸，键的长度取l1.5d且要比轴上的轮毂短。
chapter88-2带传动中的弹性滑动和打滑时怎样产生的？
它们对带传动有何影响？
答：
弹性滑动：
由于带的紧边与松边拉力不等，使带两边的弹性变形不等，所引起的带与轮面的微量相对滑动为弹性滑动。
弹性滑动是不可避免的，对带传动影响不大打滑：
机器出现过载，摩擦力不能克服从动轮上的阻力矩，带沿轮面全面滑动，从动轮转速急剧降低甚至不动，此现象即为打滑，是带传动的主要失效形式之一，可避免。
8-3带传动中主要失效形式是什么？
设计中怎么样考虑？
答：
主要失效形式：
1.张紧力不足导致的打滑；2.张紧力过大导致的疲劳损坏；3.疲劳寿命。
设计是必须要考虑：
在保证不打滑的情况下（确保工况系数），带应有一定的疲劳强度或寿命。
chapter99-1齿轮传动的最基本要求是什么？
齿廓的形状符合什么条件才能满足上述要求？
答：
基本要求是：
传动比恒定。
齿廓的形状是：
渐开线形、摆线形、圆弧齿时满足上述要求。
（齿廓的形状必须满足不论轮齿齿廓在任何位置接触，过触点所做齿廓的公法线均须通过节点。
）
4
9-2分度圆和节圆，压力角和啮合角有何区别？
答：
分度圆：
为了便于齿廓各部分尺寸的计算,在齿轮上选择一个圆作为计算的基准,该圆称为齿轮的分度圆.（标准齿轮分度圆与节圆重合且s=e）标准化的齿轮上压力角和模数均为标准值的圆称为分度圆.节圆：
通过节点的两圆具有相同的圆周速度，他们之间作纯滚动，这两圆称为齿轮的节圆。
分度圆、节圆区别：
分度圆是齿轮铸造成立后本身具有的，而节圆是在两齿轮运动啮合时根据其速度而确定出来的。
压力角：
渐开线上任一点法向压力的方向线（即渐开线在该点的法线）和该点速度方向之间的夹角称为该点的压力角。
啮合角：
过节点的两节圆的公切线，与两齿廓公法线间的夹角。
压力角、啮合角区别：
选取点的不同，压力角的大小也就不同；而只要两齿轮的大小确定，则其啮合角也就随确定。
9-3一对渐开线标准齿轮正确啮合的条件什么？
答：
1.两齿轮的模数必须相等m1
m2；12
2.两齿轮分度圆上的压力角必须相等
9-4为什么要限制齿轮的最少齿数？
对于α=20、正常齿制的标准直齿圆柱齿轮，最少齿数是多少？
答：
限制最少齿数是为了保证不发生根切，要使所设计齿数大于不产生根切的最少齿数，当α=20的标准直齿圆柱齿轮，则ha=1，则zmin=17。
9-12齿轮轮齿有哪几种失效形式？
开式传动和闭式传动的失效形式是否相同？
在设计及使用中应该怎样防止这些失效？
答：
失效形式有：
（1）轮齿折断
（2）齿面胶合（3）齿面磨粒磨损（4）齿面点蚀（5）塑性变形开式传动和闭式传动的失效形式不完全相同：
其中磨损和疲劳破坏主要为开式齿轮传动的失效形式；而齿面点蚀和折断主要为闭式齿轮传动的失效形式。
为了防止轮齿折断：
在设计时应使用抵抗冲击和过载能力较强的材料。
为了避免齿面磨粒磨损：
可采用闭式传动或加防护罩等；为了避免轮齿齿面点蚀：
应使用接触应力较大的材料；为了防止齿面胶合：
必须采用粘度大的润滑油（低速传动）或抗胶合能力强的润滑油（高速传动）。
9-13选择齿轮材料时，为什么软齿面齿轮的小齿轮比大齿轮的材料要好些或热处理硬度要
5
o
高些？
答：
主要由于小齿轮转速高，应力循环次数多，则寿命较短，为了使大小齿轮的寿命接近，则在材料的选取方面要好些或热处理要更高些。
9-16在轮齿的弯曲强度计算中，齿形系数YF与什么因素有关？
答：
齿形系数YF只与齿形有关，即与压力角α，齿顶高系数ha以及齿数Z有关。
chapter1010-2蜗杆传动的啮合效率受哪些因素的影响？
答：
蜗杆传动的啮合效率为：
tanr，则效率受导程角和当量摩擦角的影响。
tanr'
10-3蜗杆传动的传动比等于什么？
为什么蜗杆传动可得到大的传动比？
答：
蜗杆传动传动比：
i=n1/n2=z2/z1（传动比与齿数成反比）因为蜗杆的齿数可以非常小，小到z=1，因而可以得到很大的传动比。
10-4蜗杆传动中，为什么要规定d1与m对应的标准值？
答：
当用滚刀加工蜗轮时，为了保证蜗杆与该蜗轮的正确啮合，所用蜗轮滚刀的齿形及直径必须与相啮合的蜗杆相同，这样，每一种尺寸的蜗杆，就对应有一把蜗轮刀滚，因此规定蜗杆分度圆直径d为标准值，且与模数m相搭配；其次，蜗轮加工的刀具昂贵，规定蜗杆分度直径d为标准值且与模数相搭配可以减少加工刀具的数量。
10-7为什么蜗杆传动常用青铜涡轮而不采用钢制涡轮？
答：
因为青铜的耐磨性，抗胶合性能及切削加工性能均好，而啮合处有较大的滑动速度，会产生严重的摩擦磨损引起热，使润滑情况恶化，青铜的熔点较高，所以用青铜涡轮而不用钢制涡轮。
10-9为什么对连续工作的蜗杆传动不仅要进行强度计算，而且还要进行热平衡计算？
答：
蜗杆传动由于摩擦损失大，效率较低，因而发热量就很大、若热量不能散逸将使润滑油的粘度降低，润滑油从啮合齿间被挤出进而导致胶合。
chapter1111-1定轴轮系中，输入轴与输出轴之间的传动比如何确定？
与主动齿轮的齿数有何关系？
如何判定输出轴的转向？
答：
轮系的总传动比等于组成该轮系的各对齿轮的传动比的连成积，其值等于所有从动轮齿数的连成积与所有主动轮齿连成积之比。
传动比判定方向：
a.通常规定若最末从动轮与第一个主动轮的回转方向相同时，传动比为正号，若两轮回转方向相反时，则取为负号b.若传动比的计算结果为正，则表示输入轴与输出轴的转向相同，为负则表示转向相反。
c.还可以用画箭头标志的方法表示转向:
外啮合的齿轮转向相反,内啮合的
6
齿轮转向相同.chapter1212-1心轴与转轴有何区别？
试列举应用的实例。
答：
心轴只承受弯矩，不承受转矩，如：
装带轮和凸轮的轴；转轴既承受弯矩，又承受转矩。
如：
齿轮减速器中的轴，是机器中最常见的轴。
12-4轴的结构和尺寸与哪些因素有关？
答：
轴的结构决定因素：
载荷及载荷分布、轴上标准件、轴上已确定的零件、轴上零件的装配位置及固定方法、轴的加工工艺性、轴上零件的装配工艺性等。
轴尺寸决定因素：
轴沿轴向尺寸及形状是由轴上各零件的相互举例，尺寸和安装情况，与轴的制造情况及轴上载荷（弯矩、转矩、轴向力）分布情况等决定的。
计算题：
1.已知一对外啮合的标准直齿圆柱齿轮的齿数分别为z1=20z2=80，模数m=2，计算两个齿轮的齿顶圆，齿根圆和分度圆的直径，以及齿轮传动的中心距。
解：
由公式及系数得：
齿顶圆直径：
d
a1
z2hm44mm1
*
da2z22hm60mmdf2（z22h*2c*）m51mmd2z2m28256
d齿根圆直径：
f1（z12h2c）m35mmm分度圆直径：
d1z1，20240
中心距：
a
z1z2
2
m96248mm
7
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