机械设计基础第五版1218章答案.docx

1、机械设计基础第五版1218章答案 地大北京机械设计基础课后答案第十二章12-1解 ：从例 12-1已知的数据有： ， ， ， ， ，中心距 ，因此可以求得有关的几何尺寸如下： 蜗轮的分度圆直径： 蜗轮和蜗杆的齿顶高： 蜗轮和蜗杆的齿根高： 蜗杆齿顶圆直径： 蜗轮喉圆直径： 蜗杆齿根圆直径： 蜗轮齿根圆直径： 蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距： 径向间隙： 12-2 图12.3 解 ：（ 1）从图示看，这是一个左旋蜗杆，因此用右手握杆，四指 ，大拇指 ，可以得到从主视图上看，蜗轮顺时针旋转。（见图12.3） （ 2）由题意，根据已知条件，可以得到蜗轮上的转矩为 蜗杆的圆周力与蜗轮的轴向力大小相等，方向

2、相反，即： 蜗杆的轴向力与蜗轮的圆周力大小相等，方向相反，即： 蜗杆的径向力与蜗轮的径向力大小相等，方向相反，即： 各力的方向如图 12-3所示。 12-3 图 12.4解 ：（ 1）先用箭头法标志出各轮的转向，如图12.5所示。由于锥齿轮轴向力指向大端，因此可以判断出蜗轮轴向力水平向右，从而判断出蜗杆的转向为顺时针，如图12.5所示。因此根据蜗轮和蜗杆的转向，用手握法可以判定蜗杆螺旋线为右旋。 （ 2）各轮轴轴向力方向如图12.5所示。 12-4解 ：（ 1）根据材料确定许用应力。 由于蜗杆选用 ，表面淬火，可估计蜗杆表面硬度 。根据表12-4， （ 2）选择蜗杆头数。 传动比 ，查表12-

3、2，选取 ，则 （ 3 ）确定蜗轮轴的转矩 取 ，传动效率 （ 4）确定模数和蜗杆分度圆直径 按齿面接触强度计算 由表 12-1 查得 ， ， ， ， 。 （ 5）确定中心距 （ 6）确定几何尺寸 蜗轮的分度圆直径： 蜗轮和蜗杆的齿顶高： 蜗轮和蜗杆的齿根高： 蜗杆齿顶圆直径： 蜗轮喉圆直径： 蜗杆齿根圆直径： 蜗轮齿根圆直径： 蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距： 径向间隙： （ 7 ）计算滑动速度 。 符合表 12-4给出的使用滑动速度 （说明：此题答案不唯一，只要是按基本设计步骤，满足设计条件的答案，均算正确。） 12-5解 ：一年按照 300天计算，设每千瓦小时电价为 元。依题意损耗效率为 ，

4、因此用于损耗的费用为： 12-6解 （1）重物上升 ，卷筒转的圈数为： 转； 由于卷筒和蜗轮相联， 也即蜗轮转的圈数为 圈；因此蜗杆转的转数为： 转。 （ 2）该蜗杆传动的蜗杆的导程角为： 而当量摩擦角为 比较可见 ，因此该机构能自锁。 （ 3）手摇转臂做了输入功，等于输出功和摩擦损耗功二者之和。 输出功 焦耳； 依题意本题摩擦损耗就是蜗轮蜗杆啮合损耗，因此啮合时的传动效率 则输入功应为 焦耳。 由于蜗杆转了 转，因此应有： 即： 可得： 图 12.6 12-7解 蜗轮的分度圆直径： 蜗轮和蜗杆的齿顶高： 蜗轮和蜗杆的齿根高： 蜗杆齿顶圆直径： 蜗轮喉圆直径： 蜗杆齿根圆直径： 蜗轮齿根圆直径

5、： 蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距： 径向间隙： 图 12.7 12-8解 ，取 ， ，则 则油温 ，小于 ，满足使用要求。第十三章13-1解 （ 1 ）（ 2 ） = =2879.13mm （ 3 ）不考虑带的弹性滑动时， （ 4 ）滑动率 时， 13-2解（ 1 ）（ 2 ） = （ 3 ） = = 13-3解 由图 可知 = 图 13.6 题 13-3 解图 13-4解 （ 1 ） = （ 2 ）由教材表 13-2 得 =1400mm （ 3 ） 13-5解 由教材表 13-6 得 由教材表 13-4 得： =0.17kW, 由教材表 13-3 得： =1.92 kW, 由教材表 13-2

6、得：,由教材表 13-5 得： 取 z=3 13-6解 由教材表 13-6 得 由图 13-15 得选用 A 型带 由教材表 13-3 得 选 初选 取 = =1979.03mm 由教材表 13-2 得 =2000mm 由教材表 13-3 得： =1.92 kW， 由教材表 13-4 得： =0.17kW 由教材表 13-2 得： ，由教材表 13-5 得： 取 z=4 13-7解 选用 A 型带时，由教材表 13-7 得， 依据例 13-2 可知： ， =2240mm ， a =757mm ，i =2.3 ，。 由教材表 13-3 得 =2.28 kW， 由教材表 13-4 得： =0.17

7、kW， 由教材表 13-2 得： 取 z =5 由此可见，选用截面小的 A 型带较截面大的 B 型带，单根带的承载能力减小，所需带的根数增多。 13-8 解略。 13-9解 由教材表 13-9 得 p =15.875mm ，滚子外径 15.875(0.54+cot =113.90mm 15.875(0.54+cot =276.08mm =493.43mm 13-10解 （1） 由图 13-33得 查教材表 13-11，得 取 由式（ 13-18）得 P （ 2 ）由图 13-33 得可能出现链板疲劳破坏 （ 3 ） 由图 13-34 查得可用滴油润滑。 13-11解 （ 1 ）链轮齿数 假定

8、， 由教材表 13-10，取 ， ，选 实际传动比 链轮节数 初选中心距 = 取 由教材表 13-13查得 取 估计此链传动工作位于图 13-33所示曲线的左侧，由教材表13-11得 采用单排链， 由教材图 13-33得当 =960r/min时，08A链条能传递的功率 满足要求，节距 p =12.7mm。 （ 4 ）实际中心距 （ 5）验算链速 由式 13-19得 ，符合原来假定。 13-12解 （ 1）链速 v 由教材表 13-9得，10A型滚子链，其链节距p=15.875mm，每米质量q=1kg/m，极限拉伸载荷（单排）Q=21800N。 速度 ，故应验算静强度。 （ 2）紧边拉力 离心拉

9、力 由于是水平传动， K y =7 ，则悬垂拉力 紧边拉力 根据式（ 13-19）可得所需极限拉伸载荷 所以选用 10A型链不合适。第十四章14-1解 I 为传动轴， II 、 IV 为转轴， III 为心轴。 14-2解 圆整后取 d=37 mm 。 14-3解 14-4解 按弯扭合成强度计算，即： 代入数值计算得： 。 14-5解 这两个轴都是心轴，只承受弯矩。两种设计的简化图如下： 图 14.5 题 14-5 解图 图 14.6 （ a ）中，因为是心轴，故 ，查相关手册得： ，则 考虑到键槽对轴的削弱，直径再扩大 4 % 。得： 图 14.6 （ b ）中， 14-6解 故 。 14-

10、7解 由题可知 ， ， 若不计齿轮啮合及轴承摩擦的功率损失，则 （ i = , , ） 设： ，则 ， ， 14-8解 1. 计算中间轴上的齿轮受力 中间轴所受转矩为： 图 14.8 题 14-8 解图 2. 轴的空间受力情况如图 14.8 （ a ）所示。 3. 垂直面受力简图如图 14.8 （ b ）所示。 垂直面的弯矩图如图 14.8 （ c ）所示。 4. 水平面受力简图如图 14.8 （ d ）所示。 水平面的弯矩图如图 14.8 （ e ）所示。 B 点左边的弯矩为： B 点右边的弯矩为： C 点右边的弯矩为： C 点 左 边的弯矩为： 5. B 点和 C 点处的合成最大弯矩为：

11、6. 转矩图如图 14.8 （ f ）所示，其中 。 7 可看出， B 截面为危险截面，取 ，则危险截面的当量弯矩为： 查表得： ，则按弯扭合成强度计算轴 II 的直径为： 考虑键槽对轴的削弱，对轴直径加粗 4% 后为： 14-9解 该题求解过程类似于题 14-8 。在此略。 14-10解 钢的切变模量 ，按扭转刚度要求计算，应使 即 14-11解 1. 求该空心轴的内径 空心轴的抗扭截面模量 实心轴的抗扭截面模量 令 ，即 解得 圆整后取 。 2 计算减轻重量的百分率 实心轴质量密度体积 空心轴质量 空心轴减轻重量的百分率为 42.12% 。 第十五章15-1答 滑动轴承按摩擦状态分为两种：

12、液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承。 液体摩擦滑动轴承：两摩擦表面完全被液体层隔开，摩擦性质取决于液体分子间的粘性阻力。根据油膜形成机理的不同可分为液体动压轴承和液体静压轴承。 非液体摩擦滑动轴承：两摩擦表面处于边界摩擦或混合摩擦状态，两表面间有润滑油，但不足以将两表面完全隔离，其微观凸峰之间仍相互搓削而产生磨损。 15-2解 （ 1）求滑动轴承上的径向载荷 （ 2）求轴瓦宽度 （ 3）查许用值 查教材表 15-1，锡青铜的 ， （ 4）验算压强 （ 5）验算 值 15-3解 （1）查许用值 查教材表 15-1，铸锡青铜ZCuSn10P1的 ， （ 2）由压强 确定的径向载荷 由 得 （ 3

13、）由 值确定的径向载荷 得 轴承的主要承载能力由 值确定，其最大径向载荷为 。 15-4解 （ 1）求压强 （ 5）求 值 查表 15-1，可选用铸铝青铜ZCuAl10Fe3 ， 15-5证明 液体内部摩擦切应力 、液体动力粘度 、和速度梯度之间有如下关系： 轴颈的线速度为 ，半径间隙为 ，则 速度梯度为 磨擦阻力 摩擦阻力矩 将 、 代入上式 第十六章16-1解 由手册查得6005 深沟球轴承，窄宽度，特轻系列，内径 ，普通精度等级（0级）。主要承受径向载荷，也可承受一定的轴向载荷；可用于高速传动。 N209/P6 圆柱滚子轴承，窄宽度，轻系列，内径 ，6级精度。只能承受径向载荷，适用于支承

14、刚度大而轴承孔又能保证严格对中的场合，其径向尺寸轻紧凑。 7207CJ 角接触球轴承，窄宽度，轻系列，内径 ，接触角 ,钢板冲压保持架，普通精度等级。既可承受径向载荷，又可承受轴向载荷，适用于高速无冲击, 一般成对使用，对称布置。 30209/P5 圆锥滚子轴承，窄宽度，轻系列，内径 ，5级精度。能同时承受径向载荷和轴向载荷。适用于刚性大和轴承孔能严格对中之处，成对使用，对称布置。 16-2解 室温下工作；载荷平稳 ，球轴承 查教材附表 1， （ 1）当量动载荷 时 在此载荷上，该轴承能达到或超过此寿命的概率是 90%。 （ 2）当量动载荷 时 16-3解 室温下工作 ；载荷平稳 ，球轴承 当

15、量动载荷 查教材附表1，可选用轴承6207（基本额定动载荷 ）。 16-4解 （1）计算当量动载荷 查手册， 6313的 ， ，查教材表16-12，并插值可得 ，所以 ， 当量动载荷 （ 2）计算所需基本额定动载荷 查教材表 16-9，室温下工作 ；查教材表16-10有轻微冲击 ，球轴承 因所需的 ，所以该轴承合适。 16-5解 选择轴承型号 查教材表 16-9，工作温度125时， ；载荷平稳， 选用球轴承时， 查教材附表 1，根据 和轴颈 ，可选用球轴承6408（基本额定动载荷 ）.选用滚子轴承时， 查教材附表 1，根据 和轴颈 ，可选用圆柱滚子轴承N208（基本额定动载荷 ）。（ 2）滚子

16、轴承的载承能力较大，并查手册可知其径向尺寸小。 16-6解 （ 1）按题意，外加轴向力 已接近 ，暂选 的角接触轴承类型70000AC。 （ 2）计算轴承的轴向载荷 (解图见16.4b) 由教材表 16-13查得，轴承的内部派生轴向力 ，方向向左 ，方向向右 因 ， 轴承 1被压紧 轴承 2被放松 （ 3）计算当量动载荷 查教材表 16-12， ，查表16-12得 ， 查表16-12得 ， （ 3）计算所需的基本额定动载荷 查教材表 16-9，常温下工作， ；查教材表16-10，有中等冲击，取 ；球轴承时，；并取轴承1的当量动载荷为计算依据 查手册，根据 和轴颈 ，选用角接触球轴承7308AC

17、合适（基本额定动载荷 ）。 16-7 根据工作要求，选用内径 的圆柱滚子轴承。轴承的径向载荷 ，轴的转速，运转条件正常，预期寿命 ，试选择轴承型号。 解 正常条件下， ； ；滚子轴承 当量动载荷 查手册，根据 和轴颈 ，选用圆柱滚子轴承N310（基本额定动载荷 ）。 16-8解 (1)求斜齿轮上的作用力 齿轮传递的转矩 齿轮的分度圆直径 齿轮的圆周力 齿轮的径向力 齿轮的轴向力 由图可知 ,斜齿轮为右旋,主动小齿轮,顺时针方向旋转时其轴向力指向右 （ 2）求轴承径向载荷 假设小齿轮与大齿轮的啮合点位于小齿轮的上端。 图16.12 题16-8解图1 垂直方向 水平方向 左端轴承 1的径向载荷 右

18、端轴承 2的径向载荷 （ 3）求轴承的派生轴向力 现已知 、 、 （向右） 查教材附表 3，圆锥滚子轴承30206的接触角 （向右） （向左） （ 4）求轴承的轴向力 因 向右、 向右、 向左 图16.13 题16-8解图2 左端轴承 1被放松 右端轴承 2被压紧 （ 5）求当量动载荷 查教材表 16-12 圆锥滚子轴承 ，查表16-12得 ， 查表16-12得 ， （ 6）求轴承的基本额定寿命 正常条件下， ； ；滚子轴承 ，查教材附表3，圆锥滚子轴承30206的当量动载荷取 第十七章17-1解 1）选择型号：因此类机组一般为中小型，所需传递的功率中等，直流发电机载荷平稳，轴的弯曲变形较小，

19、联接之后不再拆动，故选用传递转矩大、结构简单的固定式刚性联轴器，如凸缘联轴器。 2）按传递最大功率求计算转矩 转矩 。 由教材表 17-1查得，当工作机为发电机时的工作情况系数。则计算转矩 根据计算转矩、轴的转速 、外伸轴直径d=45mm查手册，可用标准GB5843-1986铰制孔型凸缘联轴器 YL9。其许用转矩为 ，许用最大转速 。其他主要尺寸：螺栓孔中心所在圆直径 ，6只M10 螺栓。 17-2解 （ 1）选择型号：因汽轮发电机组的转子较重，传递的转矩特大，轴有一定的弯曲变形，工作环境为高温高压蒸汽，轴有伸长，故选用耐温的齿式联轴器。 （ 2）求计算转矩 转矩。 由教材表 17-1,当工作

20、机为发电机原动机为汽轮机时的工作情况系数仍可取 。则计算转矩根据计算转矩、轴的转速 、外伸轴直径d=120mm查手册，可用标准ZB19012-1989GCLD型鼓型齿式联轴器GCLD7。其许用转矩为 ，许用最大转速。 17-3 图 17.2 题17-3图 图17.3 题17-3解图 解 可选用一超越离合器，如图 17.3所示。电动机1和电动机2的转速是相同的，但电动机1经过蜗杆蜗轮传动后，转速降至 ，并有 。当两电机同时开动时，因 ，超越离合器松开， 传不到 轴上， 轴由电机2带动。若电动机1开动后，再停止电动机2，那么当电动机2停止转动时， ，超越离合器被滚珠楔紧带动 轴旋转。所以任何时间都

21、不会卡死。 17-4图 17.4 题17-4图 解 （ 1）求计算转矩 转矩 。 由教材表 17-1查得，当工作机为车床时的工作情况系数 。则计算转矩 （ 2）求摩擦面数目 由教材式（ 17-7） 得 由教材表 17-2查得 ，并将 、 、 、 代入上式得 摩擦面数应为 10。主动摩擦片为6片，从动摩擦片为5片时，摩擦面数 即可实现。 （ 3）验算压强 查教材表 17-2，取 合适。 17-5 答 ：自行车从动链轮与内棘轮 3相固联，棘爪4通过弹簧始终与棘齿啮合。当脚蹬踏板顺时转动时，经主动链轮1、链条2带动从动链轮3顺时针转动，再通过棘爪4使后轮轴5顺时转动，驱动自行车前行。自行车前进时，如

22、果脚踏板不动，从动链轮（内棘轮）不转，后轮轴5便超越内棘轮3而转动，棘爪4在棘轮齿背上滑过，从而实现 图17.5 题17-5解图不蹬脚踏板的自行滑行。 17-6 图 17.6 题17-6图 解 自动离心离合器的工作原理是：活动瓦块在离心惯性力的作用下克服弹簧拉力压紧鼓轮内壁，当输入轴转速达到一定值时，压紧力所产生的摩擦力矩克服外力矩后，离合器处于接合状态。故离合器所能传递的转矩与轴的转速之间的关系是： 则： 当输入轴的角速度为 时，传递转矩 第十八章18-1解 1）弹簧丝最大剪应力取 时对应着最大工作载荷 由弹簧的材料、载荷性质查教材表18-1得；由弹簧丝直径 查教材表18-2得 。故 由式（

23、 18-2）可解得最大工作载荷 将 ，及由教材图18-6查得 代入上式，得 在 作用下的变形量 即为最大变形量，由式（18-4）得 2）采用端部磨平结构时，设两端各有3/4圈并紧，其有效圈数为 圈 则其并紧高度 将 代入自由高度计算式，得其自由高度 3）验算稳定性 符合稳定性要求。 18-2解 （ 1）初选弹簧丝直径 根据对结构尺寸的限制条件，此弹簧的内径应 ，弹簧外径应 ，故弹簧丝直径 ，初选 （ 2）确定许用应力 弹簧用碳素钢丝 组制造，承受冲击载荷，由教材表18-1、表18-2查得 （ 3）确定弹簧丝直径 由式（ 18-2）可解得 因 ，取 ，则 ，查教材图18-6得 ，将各值代入上式，

24、得 说明取 的碳素钢丝满足强度要求。 （ 4）确定弹簧有效圈数 由式（ 18-5）得 将弹簧的刚度 代入上式，得 圈，取 圈 （ 5）计算弹簧的其他尺寸 弹簧内径： 弹簧外径： 弹簧间距： ， 弹簧节距： 螺旋升角： 弹簧总圈数：两端各并紧 3/4圈磨平，则 圈 弹簧丝的展开长度： 自由高度： 安装高度： （ 6）验算弹簧的稳定性 符合稳定性要求。 18-3解 1）弹簧储存的变形能为： 由题意可知 ， ， ，代入上式可得 则弹簧刚度： 2）由 ，查教材表18-1得 代入式（18-2）得 说明此弹簧的强度足够。 3）弹簧的有效圈数： 圈 18-4解 1）由弹簧的材料、载荷性质查教材表18-1得 ，且 弹簧中径 由旋绕比 ，查教材表18-1得 则极限载荷 由于 ，所以在最大工作载荷 作用时弹簧不会拉断。 2）由式（18-5）得弹簧刚度 则弹簧的工作行程 18-5解 1）计算初拉力 由弹簧的刚度公式可得 将已知数据代入上式：