机械设计基础第2版朱龙英主编课后习题答案.docx

1、机械设计基础第2版朱龙英主编课后习题答案机械设计基础习题解答第 0 章 绪论第一章 平面机构运动简图及其自由度第二章平面连杆机构第三章凸轮机构第四章齿轮机构第五章轮系及其设计19第六章间歇运动机构26第七章机械的调速与平衡29第八章带传动34第九章链传动38第十章联接42第十一章46第十二章滚动轴承50第十三章滑动轴承56第十四章联轴器和离合器59第十五章弹簧62第十六章机械传动系统的设计65第 0 章 绪论12-3 机器的特征是什么？机器和机构有何区别？解 1）都是许多人为实物的组合；2）实物之间具有确定的相对运动； 3）能完成有用的机械功能或转换机械能。0-2 构件和零件的区别是什么？指出

2、缝纫机的通用和专用零件。解 构件是运动的基本单元，而零件是制造的基本单元。缝纫机上的通用零件有：螺丝、螺母、齿轮等，专用零 件有：曲轴、凸轮、飞轮、脚踏板等。0-3 机械零件常用的材料有哪几类？ 解 有钢、铸铁、有色金属、非金属材料等。0-4 机械零件的主要计算准则有哪些？解 有强度准则、刚度准则、寿命准则和振动稳定性准则。0-5 机械零件结构工艺性的基本要求有哪些？解 1）选择合理的毛坯； 2）结构简单、便于加工； 3）便于装折和维修。0-6 为什么在设计机械时要尽量采用标准零件？解使用标准零件，可以简化设计工作，可以有效地组织现代化生产，提高产品质量，降低成本，提高劳动生 产率。第一章度平

3、面机构运动简图及其自由1-1 一个在平面内自由远东的构件有多少个自由度？ 解 有 3 个自由度。1-2 在平面内运动副所产生的约束数与自由度有何关系？解 约束数 +自由度 =31-3 如何判别有构件和运动副组成的系统是否具有确定的相对运动？解 自由度数 =原动件数系统无确定的相对运动自由度数 原动件数 系统有确定的相对运动1-4 在计算机构的自由度时应注意哪几个问题？ 解 复合铰链、局部自由度和虚约束。1-5 绘制机构运动简图时，用什么来表示机构和运动副？解用简单的线条和符号表示构件和运动副。1-6 绘制图 1-15 所示的机构运动简图，并计算其自由度。a )n3， P L4， P H0F=3

4、3-24=1b) n4， P L5 ， PH1F=34-25 1=1c) n3， P L4 ， P H0F=33-24=1d) n3， P L4 ， PH0F=33-24=11-7 试计算下列图示机构的自由度，并指出机构链，局部自由度或虚约束。解a)n5, PL7, PH0F=35-27=1b) n5, PL7, PH0( c 处为复合铰链F=35-27=1c) n5, PL7, PH0F=35-27=1d) n5, PL7, PH0( c 处为复合铰链F=35-27=1e) n4, PL5, PH1( F 处为虚约束F=34-25 1=1f) n4, PL5, PH1( c 处为复合铰链F=

5、3 3-23 2=1g) n3, PL3, PH2(2 、2 为虚约束F=33-23 2=1)中存在的复合铰第二章平面连杆机构2-1铰链四杆机构的基本形式有几种?解有曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构三种。2-2四杆机构的行程速比系数与极位夹角的关系如何确定?1800K 12-3 在铰链四杆机构中，a=60mm,b=150mm,c=120mm,d=100mm。分别把构件a、b、c、d作为机架，所对应的为何种类型的机构?解曲柄存在的条件 60+150V120+100A为机架，是双曲柄机构；b、d为机架，是曲柄摇杆机构；c为机架，是双摇杆机构。2-4在曲柄摇杆机构中，如何确定最小传动角?解曲柄与

6、机架共线时连杆与摇杆之间的夹角，两位置中夹角较下的为最小传动角。2-5四杆铰链机构的演化方式主要有哪几种?解有改变机构的形状和相对尺寸、扩大转动副尺寸、选用不同的构件为机架三种。2-6已知一曲柄摇杆机构的摇杆长度 l3=150mm,摆角 45o，行程速比系数k=1.25，试确定曲柄、连杆和机架的长度 l1l2和14。“co1.25 1 O180 201.25 1取1 3mV ，按书上的作图方法作图，该题为无穷多组解，取 /mm56mm。两固定铰链在水平直线上。由图得 AG 86mm, AC,AB 71MMAb (AQ AC% 15mm, bCIab =AB 1 =45mmLbc=BC=213m

7、mIad=AD 1 =165mm2-7已知一曲柄滑块机构的滑块行程H=60mm，偏距e=20mm，行程速比系数K=1.4。试确定曲柄和连杆的长度o 1.4 1 0180o 30o1.4 1取1 1mmmm作图，由图上量得 AG 82mm, AC 28mm。解之得 lAB=27mm， lBc=55mm2-8已知一导杆机构的固定件长度 l4=1000mm，行程速比系数k=1.5，试确定曲柄长度和导杆摆角 。导杆的摆角180o12LJ 36o1.25 1由解析法得曲柄长度Iab 1000si n18o 309mm2-9已知一曲柄摇 杆机构，摇杆与机架之间的夹角分别为1 45, 2 90,固定件长度l

8、4=300mm摇杆长度l3=200mm，试确定曲柄和连杆的长度 l1 和 l2。解取 5mm/mm 作图，得 l1=72.5mm， l2=287.7mm。第三章 凸轮机构3-2)等加速1 从动件的常用运动规律有哪种？各适用在什么场合？解 1) 等速运动规律，使用于低速、轻载的场合；等减速运动规律，适用于中速、轻载的场合； 3) 余弦 加速度运动规律 (简谐运动规律) ，适用于中、 低速；4) 正弦加速度运动规律，适用于高速。3-2 凸轮机构的常用类型有几种？选择凸轮的类型时应该考虑 哪些因素？ 解 按凸轮的形状分： 盘形凸轮、 移动凸轮和圆柱凸轮； 按从动件形状来分：尖端从动件、滚子从动件和平

9、底从 动件；按凸轮与从动件锁合形式分：力锁合和几何锁 合。选择凸轮时，应考虑凸轮和从动件的相对运动形式从动件的运动形式等。3-3 图解法设计凸轮时， 采用了什么原理？简单叙述此原理的主要内容。各构解 才用反转原理， 即给整个机构加上一个反向转动，件之间的相对运动并不改变，根据这一原理，设想给整个凸轮机构加上一反向转动（即加上一个凸轮角速度转向相反、数值相等绕凸轮回转中心0 的角速度3-4时，应如何解决？解 在凸轮设计中，由于 实际轮廓出现交叉现象某加工时- ）的转动），则凸轮处于相对静止状态， 从动件一方面随机架以角速度（ - ）绕 0 点转动，另一方面又 按给定的运动规律作往复移动或摆动。何

10、谓凸轮的运动失真？滚子从动件盘形凸轮机构运动时针交叉的部分被切去，使得从动件不能实现预期的运动 规 律称 为运 动失真。 滚 子从 动 件 运 动失 真 是由 于3-5rk mi n。实际时要避免时针，必须使 rk min。试用作图法设计一对心尖顶直动草丛洞见行程凸轮机构的凸轮轮廓曲线。 已知凸轮一等角速顺时针方向转动， 从动件行程h=40m m ,凸轮的基圆半径 ro=50m m,从动件运动规律为:1 135o, 2 30o, 3 120o, 4 75o 。从动件在 推程以余弦加速度运动 规律（简谐运动） 上升，在回程以等加速和等减速运动规律返回。3-6 在上题中 1）如果采用一对心滚子从动

11、件，其滚子半径rk=10mm，其它条件与上相同。试设计此凸轮轮廓曲线。 2）：如果采用偏置方式， 凸轮轴心偏向从动件轴线的右侧， 其它条件相同，试设计此凸轮的轮廓曲线。3-7 试用作图法设计一摆动滚子从动件盘形凸轮机构的轮廓曲线。已知凸轮等角速顺时针方向回转，基圆半径 ro=7Omm，中心距a=160mm,摆杆长度l=100mm ,滚子半径rk=10mm，从动件 的运动规律为：。冲动件在推程和回程均以正弦加速度运动规律 运动。以上三题见教材上的作图方法）第四章 齿轮机构4-1 为什么要规定模数的标准系列？在直齿圆柱齿轮、 斜齿圆柱 齿轮，蜗杆蜗轮和直齿圆锥齿轮上何处的模数是标准值？解 为了设计

12、、制造、检验和使用的方便。直齿轮端面模数是标准值；斜齿法面模数是标准值；蜗杆蜗轮中间平面 上的模数是标准值；圆锥齿轮大端的模数是标准值。4-2 渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有哪几个？那些是标准的， 其标准值是否相同？为什么这些参数称为基本参数？解基本参数：齿数Z、模数m、压力角、齿顶高系数h；和顶隙系数 c* 。其中后四个是标准的，标准值不相同。4-3 分度圆与节圆有什么区别？在什么情况下节圆与分度圆重 合？ 解 分度圆是齿轮上具有标准压力角的圆。节圆是过节点所作的两个相切的圆。标准安装时节圆与分度圆重合。4-4 渐开线的形状取决于什么？若两个齿轮的模数和齿数分别 相等，但压力角不同，他们齿数

13、不同，他们齿廓渐开线形状是否 相同？一对相啮合的两个齿轮， 若它们的齿数不同， 他们齿廓的 渐开线形状是否相同？ 解 取决于基圆的大小。不同。不同。4-5 何谓齿廓的根切现象？产生根切的原因是什么？是否基圆愈小愈容易发生根切？根切有什么危害？如何避免根切？ 解 齿轮齿根的渐开线齿廓被切去的现象为根切现象。原因是展成法加工时，刀具的齿顶线或齿顶圆与啮合线的焦点超过了被切极限点 N。不是。根切使刀具的齿顶线或齿顶圆与捏合线的焦点不超过极限点 N 可避免 根切。4-6 平行轴斜齿圆柱齿轮机构、 蜗杆蜗轮机构和直齿圆锥齿轮机 构的正确啮合条件与直齿圆柱机构的正确啮合条件相比较有何 异同？解 平行轴斜齿

14、轮是法面 （或端面）的模数和压力角相等，且 1 2 ；蜗杆蜗轮是中间面上模数和压力角相等且为标准值， 且 1 290。；直齿圆锥齿轮是大端的模数和压力角相等且为标准值。4-7何谓平行轴斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮当量齿数？当量齿数有什么用途?解斜齿圆柱齿轮量齿数：乙 二厂；圆锥齿轮当量齿数:cos乙 厶。当量齿数用于齿轮加工、强度计算、变位系数的选择cos等处。4-8齿轮传动常见的失效形式有哪些？各种失效形式常在何种情况下发生？试对工程实际中见到的齿轮失效形式和原因进行 分析。齿轮传动的设计计算准则有哪些， 他们分别针对何种失效 形式？在工程设计实践中， 对于一般使用的闭式硬齿面、 闭式软 齿面

15、和开式齿轮传动的设计计算准则是什么?解失效形式：轮齿折断、齿面点蚀、 齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形。当齿根弯曲应力过大或突然过载、 冲击载荷等易产 生折断。在闭式传动中，若接触应力过大，齿轮工作一段时间后 会出现点蚀。齿面磨损是由于齿面间的灰尘、硬屑粒等引起的。齿面胶合是在高速、重载传动中，高温、高压使两接触面熔粘在起而产生的。塑性变形是在重载情况下产生的。计算准则；齿面接触疲劳强度计算，针对齿面点蚀；齿根弯 曲疲劳强度计算，针对齿根弯曲疲劳折断。闭式硬齿面齿轮传动 设计准则：按弯曲疲劳强度和接触疲劳强度设计； 闭式软齿面齿 轮传动设计准则：按接触疲劳强度设计，校核弯曲疲劳强度；开 式齿轮

16、传动设计准则：按弯曲疲劳强度设计。4-9 现有 A、 B 两对闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动， A 对参数为； 模数m=2mm，齿数Zi=40, z2=90，齿宽b=60mm; B对参数为:模数 m=4mm，齿数乙=20, Z2=45，齿宽 b=60mm。两对齿轮精度为 8 级，小齿轮转速均为 1450r/min ，其它条件分别相同。试 比较两对齿轮接触强度及抗弯强度的高低。解 两对齿轮接触强度相同，弯曲强度第二对较高。4-10 应主要根据哪些因素来决定齿轮的结构型式？常见的齿轮 结构型式有哪几种？它们分别用于何种场合？解 根据齿轮的几何尺寸、 毛坯材料、 加工工艺等决定等决定 齿轮结构型式。结构

17、型式:齿轮轴，用于直径很小的场合；实心 结构，用于 da 160mm; 腹板式结构，用于 da 500mm; 轮辐式结构，用于 400 da 1000mm 。4-11 已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮m=2mm，z1=20,z2=45,试计算这对吃乱的分度直径、齿顶高、齿根高、顶隙、中心距、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径、齿距、齿厚和齿槽宽。d1d 2ha2 202 451 240 mm90 mm4-12已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮m=5mm， 20o, z=45,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2 mmhf1.2522.5mmc2.520.5 mmd a14

18、02244 mmd a2902294 mmd f14022.535 mmd f 29022.585 mmd b140cos20 o37.588 mmd b 290cos20 o84.572 mmP26.28 mmse 3.14力角。分度圆基圆_ 1= 2=20=045sin 20 o38.477齿顶圆racosb=0 o45cos 20117.5 mmo 0.8997112.5117.525.88 o117.5sin 25.88 o 51.2884-13试比较正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆和齿根圆，在什么条件下基圆大于齿根圆？什么条件下基圆小于齿根 圆？db d cos mzcos20o

19、df d 2.5m m(z 2.5)df db m(z 2.5 0.9397z) m(0.0603z 2.5)由上式可见，当齿数z增大时，(df db)值亦增大。当df db 0时，得2.5 “ ,z= 41.40.0603因此，当z 42时，df db；反之，当z 42时，df db。4-14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、齿顶圆和 齿根圆齿厚是否相等，哪个较大。解分度圆齿厚相等，齿顶圆和齿根圆齿厚不等，因基圆愈小，渐开线愈弯曲，基圆愈大，渐开线愈平直，故齿数多的齿轮齿顶 圆和齿根圆的齿厚大。4-15现需要传动比i=3的一对渐

20、开线标准直齿圆柱齿轮传动， 有三个压力角相等的渐开线标准直齿圆柱齿轮， 它们的齿数分别为Z1=20， Z2=z3=60,齿顶圆直径分别为 da1=44mm， da2=124mm，da3=139.5m m，问哪两个齿轮能用？中心距 a等于多少？并用作2mm, a 80mmb小齿轮材料为45钢调质处图法求出它们的重合度da1mz2h*m20m2h；m44da2mz22ham60m2ham124da3mz32h*m60m2ham139.5解得；齿轮1、2能用。m4-16单级闭式直齿圆柱齿轮传动中,理，大齿轮的材料为 ZG270 500正火，P=4kw，ni=720r/min， m=4mm，zi=25

21、,z2=73,bi=84mm,b2=78mm,单向传动，载荷有中等冲击，用电动机驱动，试验算此单级传动的强度。解1.验算接触强度(1)计算接触应力Ti9.55106 Pn15.3410 Nmm;73252.92; d蛊0.78;K 查表45),671.30.：831：.：21) 231N/mm2(2)查许用应力H 小齿轮45钢调质，HB=217255，取 HB=220 ;大齿轮 ZG270 500,正火，HB=156 200 取 HB=180。查图 4-21c得 HNm1 =560N/mm2;查图 4-21b 得 讪2=360N/mm2。由表 4-6，Sh=1.1。h1 则h2560 2 61

22、6N / mm1.1360 2327.27 N/mm21.1(3)结论Hh,故满足接触强度要求。2.验算弯曲强度(1)计算弯曲应力2KTYfYsFbmd1其中，由表4-8得Yf1 2.26,Ys1 1.59; Yf2 2.24, Ys2 1.75,其余同接触强度。 则2 1.3 5.3 104 2.62 1.59F178 4 1002 1.3 5.3 104 2.24 1.7518.4N /mm2F278 4 10017.3N/mm2(2 )查许用应力F 由图 4-23C，F liml =185N/mm2由图 4-23b ,Fiim2=130N/mm2。查表 4-6，取 Sf=1.4,185f

23、1f2132.14N / mm21.4130 92.85N / mm21.4(3)结论：弯曲强度也满足。4-17已知一对正常齿渐开线标准斜圆柱齿轮 a=250mm,zi=23,Z2=98,mn=4mm试计算其螺旋角、端面模数、端面压力角、当量齿数、分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径。cos2a14.53 omn(乙 z2)4(23 98) 0.9682 2504-18设计一对外啮合圆柱齿轮，已知zi=21,Z2=32,mn=2,实际中心m n4 m t4 132 mmcos0.968 tanatanan tan20 0 376tcoso U.376cos14.53a t20.6 Z v1232

24、5.3630.968Z V198匚 108.050.968 3d1423 95.041 mm0.968d2498 404.959 mm0.968da195.0412mn 103.041 mmda2404.9592 mn 412.959 mmdf195.0412.5 mn 85.041 mmd f 2404.9592.5 m n 394.959 mm距为55mm，问：(1)该对齿轮能否采用标准直齿圆柱齿轮传动?(2)若采用标准直齿圆柱齿轮传动来满足中心距要求，其分度圆螺旋角、反度圆直径di、d2和节圆直径di、d2各为多少?(1)不能采用标准直齿圆柱齿轮传动由2(21 32) 552cos15.

25、502 211d1 43.585mmcos2 322d 2 66.415mmcos4-19已知单级闭式斜齿轮传动 P=10kW,ni=960r/min,i=3.7，电动机驱动，载荷平稳，双向传动，设小齿轮用 40MnB调质，大齿轮用45钢调质，zi=25，试设计此单级斜齿轮传动。解1.计算许用应力小齿轮40MnB调质，HB=260 ;大齿轮45钢调质，HB=230 （表 4-4）Hiim2=590N/mm2查图4-23,Flim1 =220N/mm2,Fiim2 =190N/mm2表 4-6,Sh=1.1，Sf=1.4，则h1h26801.15901.1618.18N/mm22536.36N/

26、mmf1220 110N / mm2F 2021.40.7 190 CL 2 95N /mm1.4查图 4-21, Hlim1 =680N/mm2,2.按接触疲劳设计设计公式d1 3jK1（罟）2Y D I H J其中：k 1.1（表4 5）, D 1（表4 7）,6 P 6 10 4T 9.55 10 9.55 106 9.95 104Ngmmrn 960di3 乩1 9.95 10 (3.7 1)( 610 )2 5644536.3678,则mnJ12o,Z2d1 cosZ1 3.7iz1 3.7 2156.44cos12o212.63mm21取标准值mn3,则a3 (21 78)取 a

27、152mm,则 cos2cos12o3 (21 78)2 152151.82mm0.977d1d2b2b212.323 21cos12.32o3 78cos12.32o64.485mm238.595mmdd1 64.485 mm 圆整后65mm; d 70mm。3.较核弯曲强度当量齿数22.52ZV1 (cos12.32o)378ZV2 (cos12.32o)3由表4 8得，2.705,YS1 1.573,Yf2 2.215,YS2 1.77383.40Yf1 则1.6KTYF1YS1 1.6 1.1 9.95 104 2.705 1.573 bmnd157.89MPaCOS12.320F16

28、5 3 64.485F2 F1 Y 53.43M PaYf1Ys1弯曲强度满足要求。4-20标准蜗杆传动的蜗杆轴向齿距 P=15.708mm,蜗杆头数Z1=2,蜗杆齿顶圆直径da1=60mm,蜗轮的齿数Z2=40,试确定其模数m、蜗杆铁性系数q、蜗轮分度圆直径d2和中心距a。15.708 L 5m因da1q dq md1 2m,则d1 60 2 5 50mm10d2 mz2 5 40 200mmm, 、 “La (q z2) 125mm4-21试判断图中所示各蜗杆蜗轮的转向和旋向(蜗杆主动) ，并 画出各蜗轮所受三个分力的方向。解a)蜗轮右旋，逆时针转动，b)蜗杆右旋，转向向下；C)蜗杆蜗轮都为左旋；d)蜗杆蜗轮都为右旋；蜗轮受力图