![河科大机械设计作业第12.13章作业解答[1]](https://img.doczj.com/img85/03zpxnrg3vadupc66mk4-51.webp)
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第十二章滑动轴承
一、分析与思考题
12-20 在滑动轴承上开设油孔和油槽时应注意哪些问题？
答： 1、应开设在非承载区；
2、油槽沿轴向不能开通。
12-21 一般轴承的宽径比在什么范围内？为什么宽径比不宜过大或过小？
答：一般B/d为0.3—1.5；
B/d过小，承载面积小，油易流失，导至承载能力下降。但温升低；
B/d过大，承载面积大，油易不流失，承载能力高。但温升高。
12-22 滑动轴承常见的失效形式有哪些？
答：磨粒磨损，刮伤，咬粘（胶合），疲劳剥落和腐蚀。
12-23 对滑动轴承材料的性能有哪几方面的要求？
答： 1、良好的减摩性，耐磨性和抗咬粘性。
2、良好的摩擦顺应性，嵌入性和磨合性。
3、足够的强度和抗腐蚀能力。
4、良好的导热性、工艺性、经济性。
12-24 在设计滑动轴承时，相对间隙ψ的选取与速度和载荷的大小有何关系？
答：速度愈高，ψ值应愈大；
载荷愈大，ψ值应愈小。
12-25 验算滑动轴承的压力p、速度v和压力与速度的乘积pv，是不完全液体润滑滑轴承设计的内容，对液体动力润滑滑动轴承是否需要进行此项验算？为什么？
答：也应进行此项验算。因在起动和停车阶段，滑动轴承仍处在不完全液体润滑状态。另
外，液体动力润滑滑动轴承材料的选取也是根据[p]、[pv]、[v]值选取。
12-26 试说明液体动压油膜形成的必要条件。
答： 相对滑动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙；有相对速度，其运动方向必须使油由
大端流进，小端流出； 润滑油必须有一定的粘度，且充分供油； 12-27 对已设计好的液体动力润滑径向滑动轴承，试分析在仅改变下列参数之一时，将如何影响该轴承的承载能力。
⑴ 转速n=500r/min 改为n=700r/min ； ⑵ 宽径比B/d 由1.0改为0.8;
⑶ 润滑油由采用46号全损耗系统用油改为68号全损耗系统用油 ⑷ 轴承孔表面粗糙度由R z =6.3μm 改为R z =3.2μm 。
答：（1）承载能力↑ （2）承载能力↓ （3）η↑，承载能力↑
（4）R Z ↓，允许h min ↓，偏心率↑，承载能力↑。
12-28 在设计液体润滑轴承时,当出现下列情况之一后,可考虑采取什么措施(对每种情况提出两种改进措施)？
⑴ 当h min <[h min ]时;
⑵ 当条件p<[p]、v<[v]、pv<[pv]不满足时； ⑶ 当计算入口温度t i 偏低时。
答：（1）说明承载能力不够。可：d ↑；B ↑；η↑；ψ↓等。 （2）可改选材料； B ↑。
（3）说明轴承的温升过高，承载量过大。可：d ↑，B ↑；ψ↑η↑等。 12-29 液体动力润滑轴承承载能力验算合格的基本依据是什么？
答；p ≤[p]；pv ≤[pv]；v ≤[v]；h min ＞ [h min ]；t i ＞350
—400C 。
12-30 就液体动力润滑的一维雷诺方程3
06h
h h v
x
p -=??η，说
件。 答：能承载，
x
p ??应大于0，所以：
η＞0，润滑油应有一定的粘度；
V ＞0，有相对速度；
h ≠h 0 ，有楔形间隙，油由大端流进小端流出。
12-31 图所示为两个尺寸相同的液体摩擦滑动轴承，其工作条件和结构参数（相对间隙ψ、
动力粘度η、速度v 、轴径d 、轴承宽度B ）完全相同。试问哪个轴承的相对偏心率χ较大些？哪个轴承承受径向载荷F 较大？哪个轴承的耗油量Q 较大些？
答：偏心率：χ=e/δ 半径间隙: δ=R-r (1) χ
a
＞χ
b
(2)
p
C vB
F 2
2ψ
η=
C p ↑ 承载能力F ↑;χ↑ C p ↑ ，所以,F a > F b ；
题12—31图
（3）令耗油量（或流量）系数为C q vBd
q
C q ψ=
则：润滑油流量q=C q ψvBd ，由书中图12—16可知： C q 随着χ的增大先增
后减
∵χ值不详 ∴ q a 、q b 谁大无法判断
或当 χ在顶点左侧时，q a ＞q b
χ在顶点有侧时，q a ＜q b
二、 设计计算题
12-32 起重机卷筒轴采用两个不完全液体摩擦径向滑动轴承支承，已知每个轴承上的径向载
荷F=100KN ，轴颈直径d=90mm ，转速n=90r/min 。拟采用整体式轴瓦，试设计此轴承，并选择润滑剂牌号。
解：1、选宽径比B/d=1, B=90mm
2、s
m
Mpa pv s
m
dn v Mpa
Bd
F p .187.542.01000
6035.1290
90100000==?=
=?==
π
由表12—2 ZCuZn16Si4（16-4硅黄铜） [p]=12Mpa [pv]=10Mpa m/s [v]=2m/s 或：ZCuAl10Fe3（10-3铝青铜） [p]=15Mpa [pv]=12Mpa m/s [v]=4m/s 表12—3 1号钙钠基脂。 没有合适的润滑油。
12-33 有一不完全液体润滑径向滑动轴承，轴颈直径d=200mm ，轴承宽度B=250mm
，轴承材
料选用ZCuAl10Fe 3，当轴转速为60r/min 、100r/min 、500r/min 时,轴承允许的最大径向载荷各为多少?
解：由表12—2 ZCuAl10Fe3 （10-3铝青铜）
[p]=15Mpa [pv]=12Mpa m/s [v]=4m/s F ≤B.d[p]=250×200×15=750KN
s
m
v s
m
v s m
v dn v 236.5047.1628.01000
60321===?=
π
V 3 >[v] 材料不合适。
F ≤[PV]Bd/v F 1 ≤955.414 KN ∴ 取F=750 KN F 2 ≤ 573.065 KN ∴ 取F=573.065 KN n=500r/min 时, v>[v] 不满足。
12-34 一液体动力润滑径向滑动轴承,承受径向载荷F=70kN ，转速n=1500r/min 轴径直径d=200mm ，宽径比B/d=0.8，相对间隙ψ=0.0015，包角α=1800，采用32号全损耗系统用油（无压供油），假设轴承中平均油温t m =500
C ，油的粘度η=0.018Pa.s ，求最小油膜厚度h min 。 解: 由 Bd
F C C dB F p p ηωψ
ψ
ηω2
2
=
=
08.15730
==n
πω 1/s d=0.2 m B=0.8d=0.16 m
η=0.018 ψ=0.0015 C p =1.74
表12—7 B/d=0.8 插值可得: χ
=0.7237
h min =r ψ(1-χ)= 0.041445mm = 41.4μm
12-35 某转子的径向滑动轴承，轴承的径向载荷F=10000N ，轴承宽径比B/d=1.0，轴径的转速n=1000r/min ，载荷方向一定，工作情况稳定，轴承相对间隙34108.0-?=v ψ (v 为轴颈圆周速度，m/s)，轴颈和轴瓦的表面粗糙度R z1=3.2μm ，R z2=6.3μm ，轴瓦材料的[p]=20MPa ，[v]=15m/s ，[pv]=15MPa.m/s ，油的粘度η=0.028Pa.s 。
⑴ 求按混合摩擦润滑（不完全液体润滑）状态设计时，轴颈的直径d =？。
⑵ 将由⑴求出的轴颈直径进行圆整，（尾数为0或5），试问在题中给定条件下此轴承能否达到液体润滑状态？
解: (1) 按不完全液体润滑状态，设计轴颈直径：
由 F/(dB)≤[P]，B/d=1得 mm mm p F d 36.2220
101]
[4
=?=
≥
由][1000
60.
pv dn
Bd F
pv ≤?=
π 得 mm pv n F d 907.34]
[60000=≥
π
∴ 应取 d=35 mm 验算 v=πdn/60000=1.8326m/s ＜[v]=15m/s (2) 按液体润滑状态计算h min
计算轴承相对间隙: 0009308.0108.034=?=-v ψ
计算承载量系数: 4155.2035
.08326.1028.020009308
.01000022
2
=????=
=
vB
F C p ηψ
再由C p 和B/b=1，查表12—7得： 偏心率 χ≈0.75 计
算
最
小
油
膜
厚
度
:
h min =r ψ(1-χ)=17.5×
0.0009308(1-0.75)=0.00407225mm
计算许用最小油膜厚度,取S=2
[h min ]=S(R Z1+R Z2)=2(3.2+6.3)=0.019 mm 因为h min <[h min ]，故该轴承在题中给定的条件下不能达到液体润滑状态。
第十三章 滚动轴承
三、分析与思考题
13—26滚动轴承共分几大类型？写出它们的类型代号及名称，并说明各类轴承受何种载荷（径向或轴向）。 答：
13—27 为什么30000型和70000型轴承常成对使用？成对使用时，什么叫正装及反装？什么叫“面对面”及“背靠背”安装？试比较正装及反装的特点。
答：30000型和70000型轴承只能承受单方向的轴向力，成对安装时才能承受双向轴向力。同时这两类轴承的公称接触角α大于零，承受径向载荷时会产生内部轴向力，为避免轴在内部轴向力作用下产生轴向移动，30000型和70000型轴承通常应成对使用。
正装和反装是对轴的两个支承而言，两个支承上的轴承外套圈薄边相对（大口径）安装叫正装，外套圈厚边相对（小口径）安装叫反装。“面对面”和“背靠背”安装是对轴的一个支承而言，一个支承上的两个轴承大口径相对为“面对面” 安装，小口径相对为“背靠背”安装。 正装：轴热伸长可能会使轴承卡死；
反装：轴热伸长会使受载滚动体个数减少。
13—28滚动轴承的寿命与基本额定寿命有何区别？按公式L=(C/P)ε计算出的L 是什么含义？
答：轴承的寿命是指出现点蚀前的寿命（转速），是一般概念的寿命。在一批轴承中，各个轴承的寿命离散性很大。而基本额定寿命是指对于点蚀失效具有90%可靠度的寿命。是一个特定意义的寿命。L=(C/P)ε中的L 为轴承的基本额定寿命，单位为106转。
13—29 滚动轴承基本额定动载荷C 的含义是什么？当滚动轴承上作用的当量动载荷不超过C 值时，轴承是否就不会发生点蚀破坏？为什么？ 答：C 的含义见教材。
当P ≤C 时，轴承是否发生点蚀要具体分析。当说要求的工作寿命等于(C/P)ε时，出现点蚀的概率为10%；大于(C/P)ε
时，概率大于10%；小于(C/P)ε
时，概率小于10%。总有点蚀出现的可能性，仅概率大小不同。
13—30 对同一型号的滚动轴承，在某一工作状况下的基本额定寿命为L 。若其它条件不变，仅将轴承所受的当量动载荷增加一倍，轴承的基本额定寿命将为多少？ 答：对于球轴承，当P →2P ，L P C P
C L 8
1)(81)2(
33
==
=' 对于滚子轴承，当P →2P ，L P
C
P
C L 1
.101)
(
1.101
)
2(
3
10
3
10
=
=
='
13—31 滚动轴承常见的失效形式有哪些？公式L=(C/P)ε是针对哪种失效形式建立起来的？
答：滚动轴承常见的失效形式有：疲劳点蚀、塑性变形、磨粒磨损、粘着磨损（胶合）等。
公式L=(C/P)ε是针对疲劳点蚀失效形式建立起来的。
13—32 你所学的滚动轴承中，哪几类滚动轴承是内、外圈可分离的？
答：29000、30000、N0000、NU0000、NJ0000、NA0000型轴承的内外圈是可以分离的。推力轴承51000和52000型轴承的轴圈和座圈是可以分离的。
13—33 什么类型的滚动轴承在安装时要调整轴承游隙？常用哪些方法调整轴承游隙？
答：29000、30000、70000、51000、52000型轴承的游隙大小是可变的，安装时应根据使用要求进行调整。其它轴承都有规定的游隙系列，使用时通常不调整游隙。游隙的大小可通过垫片、调整螺母等方法进项调整。
13—34 滚动轴承支承的轴系，其轴向固定的典型结构形式有三类：
（1）两支点各单向固定：
（2）一支点双向固定，另一支点游动：
（3）两支点游动。试问这三种类型各适用什么场合？
答：两支点各单向固定的支承方式用于工作温度变化较小且支承跨度不大的短轴；
一支点双向固定，另一支点游动的支承方式用于工作温度变化较大且支承跨度较大的长轴；两支点游动的支承方式用于人字齿轮的游动齿轮轴。
13—35 一高速旋转、传递较大功率且支承跨距较大的蜗杆轴，采用一对正装的圆锥滚子轴承作为支承。是否合适？为什么？
答：因为蜗杆传动效率低。若传递功率大，转速高，则温升大。蜗杆采用正装结构时，蜗杆轴热伸长会使轴承卡死。如果采用反装结构，轴伸长不会使轴承卡死，但会使受载滚动体个数减少。因此，对这种蜗杆传动应采用一端双向固定，一端游动的支承方案。
13—36 滚动轴承的回转套圈和不回转套圈与轴颈或机座装配时所采用的配合性质有何不同？常选用什么配合？其配合的松紧程度与圆柱公差标准中相同配合有何不同？
答：滚动轴承回转套圈与轴颈或机座的配合应紧一些，常选用过盈配合；不回转套圈与轴颈或机座的配合应松一些，常选用间隙或过渡配合，目的在于允许其略有转动，工作中可适当改变套圈的受力位置，对提高寿命有利。
滚动轴承是标准件，配合应以它为基准。滚动轴承内孔的尺寸公差带采用上偏差为零、下偏差为负的分布，这与通常的基孔制配合中基准孔的尺寸公差带不同，因而滚动轴承内圈配合在采用同样的配合符号时，比通常圆柱公差标准中的基孔制配合略紧。滚动轴承外圈与机座孔的配合与圆柱公差标准中规定的基轴制同类配合相比较，配合性质的类别基本一致，但由于轴承外径的公差值较小，因而配合也较紧。
13—37 在圆锥齿轮传动中，小圆锥齿轮的轴常支承在套杯里，采用这种结构形式有何优点？答：采用这种结构形式有利于调整小圆锥齿轮轴的位置，目的在于保证锥顶重合，保证全齿宽啮合。同时通过调整轴承外圈或内圈的轴向位置，可使轴承达到理想的游隙或所要求的预紧程度。
13—38 滚动轴承常用的润滑方式有哪些？具体选用时应如何考虑？
答：滚动轴承常用的润滑方式有油润滑、润滑脂及固体润滑剂润滑。
具体选用时主要根据滚动轴承的dn 值选取适当的润滑方式，参见教材p324
13—39 接触式密封有哪几种常用的结构形式？分别适用于什么速度范围？
答：接触式密封有：
1． 毡圈密封：这种密封主要用于润滑脂的场合，用于滑动速度小于4~5m/s 的地方； 2． 唇形密封圈：用于滑动速度小于10~15m/s 的地方； 3． 密封环：用于滑动速度小于60~100m/s 的地方。
13—40 在唇形密封圈密封结构中，密封唇的方向与密封要求有何关系？
答：在唇形密封圈密封结构中，密封唇的方向要朝向密封的部位，即如果主要是为了封油，密封唇应对着轴承（朝内）；如果主要是为了防止外物侵入，则密封唇应背着轴承（朝外）；如果两个作用都要有，最好使用密封唇反向放置的两个唇形密封圈。
四、设计计算题
13—41 某转轴由一对代号为30312的圆锥滚子轴承支承，轴上斜齿轮的轴向分力F a =5000N ，方向如图。已知两轴承的径向支反力F r1=13600N,F r2=22100N 。轴的转速n=720r/min ，运转中有中等冲击，轴承工作温度小于120°C 。试计算轴承的寿命。
解：由《机设》表13-7知：F d =F r /(2y) 题13—41图
由《机设课程设计》查得30312圆锥滚子轴承：KN C ctg y tg e r 162,4.0,5.1===αα
74.1,345.0,95278.12017512==∴?='''?=y e α
N F F N y
F F r d r d 635148
.32210074
.12,390874
.121360022211==?=
=?=
?=
,方向如图示，
21890850003908d a d F N F F >=+=+ ，轴承2压紧，轴承1放松 N F F F N F F a d a d a 8908,39081211=+===∴
N F f P e F F r p r a )2448016320(13600)8.12.1(,
287.013600
3908111
1-=?-==∴<==
N
yF xF f P e F F a r p r a )4381229208()890874.1221004.0)(8.12.1()(,
40.022100
89082222
2-=?+?-=+=∴>==
h P C n L P P r h )18096987(43812292081620007206010
6010
3
10
6
3
10
2
6
12-=?
?
? ??-?=
???
?
??=
∴>
13—42 如图所示，安装有两个斜齿圆柱齿轮的转轴由一对代号为7210AC 的轴承支承。已知两齿轮上的轴向分力分别为F ae1=3000N ，F ae2=5000N ，方向如图。轴承所受径向载荷F r1=8600N ，F r2=12500N 。
求两轴承的轴向力F a1、F a2；当量动载荷P r1、P r2。
解：由《机设》表13-7知：F d =0.68F r 由《机设课程设计》查得7210AC
KN C KN C e y x r r 2.25,5.3168.0,87.0,41.00=====
,
85001250068.0,5848860068.021N F N F d d =?==?=
方向如图示， 题13—42图
N F F N F F ae d ae d 1350088482211=+<=+ ，轴承1“压紧”，轴承2“放松”， ,8500,10500221221N F F N F F F F d a ae ae d a ===-+=∴
F ae1
N yF xF f P e F F a r P r r a )15193~12661()1050087.0860041.0)(2.1~0.1()(,
8600
105001111
1=?+?=+=∴>=
N
F f P e F F r P r r a )15000~12500(12500)2.1~0.1(,
68.012500
8500222
2=?==∴===
13—43 一对7210AC 轴承分别受径向力F r1=8000N ，F r2=5200N ，轴上作用F A 力（方向如图）。试求下列情况下各轴承的内部轴向力F d 及轴向力F a 。（1）F A =2200N ；（2）F A =900N ；（3）F A =1904N ；（4）F A =0N 。
解：由《机设》表13-7知：F d =0.68F r
题13—43图
,
3536520068.068.0,5440800068.068.02211N F F N F F r d r d =?===?==
（1）F A =2200N 时：
2
1
12573622003536d A d F F F >=+=+ 轴承1“压紧”
，轴承2“放松”， N F F N F F F d a A d a 3536,57362221===+=∴
（2）F A =900N 时：
1244369003536d A d F F F <=+=+ 轴承1“放松”
，轴承2“压紧”， N F F F N F F A d a d a 4540,54401211=-===∴
（3）F A =1904N 时：
12544019043536d A d F F F ==+=+ 轴承1和2的轴向力等于各自的内部轴向
力，
N F F N F F d a d a 3536,54402211====∴
（4）F A =0N 时：轴承1和2的轴向力相等且等于两内部轴向力中的大值，
N F F F F F d d d a a 5440),max(12121====∴
13—44 圆锥齿轮减速器输入轴由一对代号为30206的圆锥滚子轴承支承，已知两轴承外圈间距为72mm ，锥齿轮平均分度圆直径d m =56.25mm ，齿面上的圆周力F t =1240N ，径向力F r =400N ,轴向力F a =240N ，各力方向如图所示。求轴承的当量动载荷P r1、P r2。
解：由《机设课程设计》查得30206接触角α=14°02′10″=14.036111°，
e=1.5tg α=0.375，y=0.4ctg α=1.6， x=0.4，a=14
∴L=72+2a=100，L 1=64-a=50 5
.5325.1322/12111=+=∴=∴?=?+?r H r H r H r r m a H r F F F N
F L F d F L F
N
F F F N F F t V r V r t V r 1860,6202/121=+=∴==
N F F F V
r H r r 6342
12
11=+=
N F F F V
r H
r r 19352
22
22=+=
由《机设》表13-7知：F d =F r /(2y)
N y F F r d 198)2/(11=?= N y F F r d 605)2/(22=?= 题13—44图
60543821=<=+d a d F F F 轴承1“压紧”
，轴承2“放松”， N F F N F F F d a a d a 605,3652221===-=∴
N P e F F r r a )1005~838()3656.16344.0)(2.1~0.1(,575.0634365111=?+?=∴>==
N P e F F r r a )2322~1935(1935)2.1~0.1(,312.01935
60522
2=?=∴<==
五、结构设计与分析题
13—45按要求在给出的结构图中填画合适的轴承(图中箭头示意载荷方向)。
题13—45图
13—46 图示为采用一对反装圆锥滚子轴承的小锥齿轮轴承组合结构。指出结构中的错误，
加以改正并画出轴向力的传递路线。
题13—46图
13—47 试分析图示轴系结构的错误，并加以改正。齿轮用油润滑、轴承用脂润滑。
第五章螺纹联接和螺旋传动 一、选择题 5—1 螺纹升角ψ增大，则联接的自锁性C，传动的效率A；牙型角增大，则联接的自锁性A，传动的效率C。 A、提高 B、不变 C、降低 5—2在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是 D 。 A、三角形螺纹 B、梯形螺纹 C、锯齿形螺纹 D、矩形螺纹 5—3 当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常装拆时，往往采用A 。 A、双头螺柱联接 B、螺栓联接 C、螺钉联接 D、紧定螺钉联接 5—4螺纹联接防松的根本问题在于C。 A、增加螺纹联接的轴向力 B、增加螺纹联接的横向力 C、防止螺纹副的相对转动 D、增加螺纹联接的刚度 5—5对顶螺母为A防松，开口销为B防松，串联钢丝为B防松。 A、摩擦 B、机械 C、不可拆 5—6在铰制孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为B。 A、间隙配合 B、过渡配合 C、过盈配合 5—7在承受横向工作载荷或旋转力矩的普通紧螺栓联接中，螺栓杆C作用。 A、受剪切应力 B、受拉应力 C、受扭转切应力和拉应力 D、既可能只受切应力又可能只受拉应力 5—8受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，依靠A来承载。 A、接合面间的摩擦力 B、螺栓的剪切和挤压 C、螺栓的剪切和被联接件的挤压 5—9受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓所受的载荷为B；受横向工
作载荷的铰制孔螺栓联接中，螺栓所受的载荷为A；受轴向工作载荷的普通松螺 栓联接中，螺栓所受的载荷是A；受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓所 受的载荷是D。 A、工作载荷 B、预紧力 C、工作载荷+ 预紧力 D、工作载荷+残余预紧力 E、残余预紧力 5—10受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接。假设螺栓的刚度C b与被联接件的刚度C 相等，联接的预紧力为F0，要求受载后接合面不分离，当工作载荷F等于预紧力F0 m 时，则D。 A、联接件分离，联接失效 B、被联接件即将分离，联接不 可靠 C、联接可靠，但不能再继续加载 D、联接可靠，只要螺栓强度足够，工作载荷F还可增加到接近预紧力的两 倍 5—11重要的螺栓联接直径不宜小于M12，这是因为C。 A、要求精度高 B、减少应力集中 C、防止拧紧时过载拧断 D、 便于装配 5—12紧螺栓联接强度计算时将螺栓所受的轴向拉力乘以，是由于D。 A、安全可靠 B、保证足够的预紧力 C、防止松脱 D、计入 扭转剪应力 5—13对于工作载荷是轴向变载荷的重要联接，螺栓所受总拉力在F0与F2之间变 化，则螺栓的应力变化规律按C。 A、r = 常数 B、 =常数C、min=常数 m 5—14对承受轴向变载荷的普通紧螺栓联接，在限定螺栓总拉力的情况下，提高 螺栓疲劳强度的有效措施是B。 A、增大螺栓的刚度C ，减小被联接件的刚度C m B、减小C b，增大C b m
3 凸轮机构 1．【答】 根据形状，可分为盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮三类。 基本组成部分有凸轮、从动件和机架三个部分。 凸轮与从动件之间的接触可以通过弹簧力、重力或凹槽来实现。 2．【答】 从动件采用等速运动规律时，运动开始时，速度由零突变为一常数，运动终止时，速度由常数突变为零，因此从动件加速度及惯性力在理论上为无穷大（由于材料有弹性变形，实际上不可能达到无穷大），使机构受到强烈的冲击。这种由于惯性力无穷大突变而引起的冲击，称为刚性冲击。 从动件运动时加速度出现有限值的突然变化，产生惯性力的突变，但突变是有限的，其引起的冲击也是有限的，这种由于加速度发生有限值突变而引起的冲击称为柔性冲击。等加速等减速运动规律和简谐运动规律都会产生柔性冲击。 3．【答】应注意的问题有： 1）滚子半径：必须保证滚子半径小于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径；在确保运动不失真的情况下，可以适当增大滚子半径，以减小凸轮与滚子之间的接触应力； 2）校核压力角：进行为了确保凸轮机构的运动性能，应对凸轮轮廓各处的压力角进行校核，检查其最大压力角是否超过许用值。如果最大压力角超过许用值，一般可以通过增加基圆半径或重新选择从动件运动规律； 3）合理选择基圆半径：凸轮的基圆半径应尽可能小些，以使所设计的凸轮机构可能紧凑，但基圆半径越小，凸轮推程轮廓越陡峻，压力角也越大，致使机构工作情况变坏。基圆半径过小，压力角就会超过许用值，使机构效率太低，甚至发生自锁。 4．【答】绘制滚子从动件凸轮轮廓时，按反转法绘制的尖顶从动件的凸轮轮廓曲线称为凸轮的理论轮廓。由于滚子从动件的中心真实反映了从动件的运动规律和受力状况，因此基圆半径和压力角应在理论轮廓上量取。
第三章 机械零件的强度 一、选择题 3—1 零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之 C 。 A 增加 B 不变 C 降低 D 规律不定 3—2 在图中所示的极限应力图中，工作应力有C 1、C 2所示的两点，若加载规律为r=常数。在进行安全系数校核时，对应C 1点的极限应力点应取为 A ，对应C 2点的极限应力点应取为 B 。 A B 1 B B 2 C D 1 D D 2 3—3 同上题，若加载规律为σm =常数，则对应C 1点 的极限应力点应取为 C ，对应C 2点的极限应力点 应取为 D 。 A B 1 B B 2 C D 1 D D 2 题3—2图 3—4 在图中所示的极限应力图中，工作应力点为C ，OC 线与横坐标轴的交角θ=600 ，则该零件 所受的应力为 D 。 A 对称循环变应力 B 脉动循环变应力 C σmax 、σmin 符号（正负）相同的不对称循环变应力 D σmax 、σmin 符号（正负）不同的不对称循环变应力 3—5 某四个结构及性能相同的零件甲、乙、丙、丁，若承受最大应力的值相等，而应力循环特性r 分别为+1、-1、0、，则其中最易发生失效的零件是 B 。 A 甲 B 乙 C 丙 D 丁 3—6 某钢制零件材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=300MPa ，若疲劳曲线指数m=9，应力循环基 数N 0=107，当该零件工作的实际应力循环次数N=105 时，则按有限寿命计算，对应于N 的疲劳极限σ-1N 为 C MPa 。 A 300 B 420 C D 3—7 某结构尺寸相同的零件,当采用 C 材料制造时,其有效应力集中系数最大。 A HT200 B 35号钢 C 40CrNi D 45号钢 3—8 某个40Cr 钢制成的零件，已知σB =750MPa ，σs =550MPa ，σ-1=350MPa ，ψσ=，零件危险截面处的最大工作应力量σmax =185MPa ，最小工作应力σmin =-75MPa ，疲劳强度的综合影响系数K σ=，则当循环特性r=常数时，该零件的疲劳强度安全系数S σa 为 B 。 A B 1.74 C D 3—9 对于循环基数N 0=107 的金属材料,下列公式中, A 是正确的。 A σr m N=C B σN m =C C 寿命系数m N N N k 0/ D 寿命系数k N < 3—10 已知某转轴在弯-扭复合应力状态下工作，其弯曲与扭转作用下的计算安全系数分别为 S σ=、S τ=，则该轴的实际计算安全系数为 C 。 A B 6.0 C D 3—11 在载荷和几何尺寸相同的情况下,钢制零件间的接触应力 A 铸铁零件间的接触应力。 A 大于 B 等于 C 小于 D 小于等于 3—12 两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值 A 。 A 相等 B 不相等 C 是否相等与材料和几何尺寸有关 D 材料软的接触应力值大 3—13 两等宽的圆柱体接触，其直径d 1=2d 2，弹性模量E 1=2E 2，则其接触应力为 A 。 A σH1=σH2 B σH1=2σH2 C σH1=4σH2 D σH1=8σH2 S m σa O σ
12 带 传 动13 链 传 动14 轴15 滑 动 轴 承16 滚 动 轴 承 17 联轴器、离合器及制动器 1、【答】由公式 αα f f ec e e F F /11/1120+-= 影响带传动工作能力的因素有： （1） 预紧力：预紧力越大，工作能力越强，但应适度，以避免过大拉应力； （2） 包角：包角越大越好，一般不小于120度； （3） 摩擦系数：摩擦系数越大越好。 2、【答】由公式A c 2 υσ=可知，为避免过大的离心拉应力，带速不宜太高； 1） 由公式（12-6），带传动的圆周力 υP F 1000= 由公式（12-8），紧边拉力 υ P F F F F 10002001+=+= 因此，为避免紧边的拉应力 A F 11= σ 过大，带速不宜太低。 3、【答】 带传动中的弹性滑动是由于带松边和紧边拉力不同，导致带的弹性变形并引起带与带轮之间发生相对微小滑动产生的，是带传动固有的物理现象。弹性滑动会使带产生磨损，并且使从动轮转速小于主动轮转速。 带传动中由于工作载荷超过临界值并进一步增大时，带与带轮间将产生显著的相对滑动，这种现象称为打滑。打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急剧降低，甚至使传动失效，这种情况应当避免。 4、【答】带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏。 带传动的设计准则是在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。 13 链 传 动
2 1、【答】链传动优点与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保证准确的平均传动比，传动效率较高；又因链条不需要像带那样张得很，所以作用于轴上的径向压力较小；在同样的条件下，链传动结构较为紧凑。同时链传动能在高温和低温的情况下工作。 2、【答】链传动运动中由于链条围绕在链轮上形成了正多边形，造成了运动的不均匀性，称为链传动的多边形效应。这是链传动固有的特性。 减轻链传动多边形效应的主要措施有： 1） 减小链条节距； 2） 增加链轮齿数； 3） 降低链速。 3、【答】滚子链传动的主要失效形式为： 1）链的疲劳破坏：链在工作时，周而复始地由松边到紧边不断运动着，因而它的各个元件都是在变应力作用下工作，经过一定循环次数后，链板将会出现疲劳断裂，或者套筒、滚子表面将会出现疲劳点蚀（多边形效应引起的冲击疲劳）。 2）链条铰链的磨损：链条在工作过程中，由于铰链的销轴与套筒间承受较大的压力，传动时彼此又产生相对转动,导致铰链磨损,使链条总长伸长,从而使链的松边垂度变化,增大动载荷,发生振动,引起跳齿,加大噪声以及其它破坏,如销轴因磨损削弱而断裂等。 3）链条铰链的胶合：当链轮转速高达一定数值时，链节啮入时受到的冲击能量增大，销轴和套筒间润滑油被破坏，使两者的工作表面在很高的温度和压力下直接接触，从而导致胶合。因此，胶合在一定程度上限制了链的传动的极限转速。 4）链条静力拉断：低速（6.0<υm/s ）的链条过载，并超过了链条静力强度的情况下，链条就会被拉断。 14 轴 1、【答】 工作中只承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）的轴称为传动轴。只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。 自行车的前轴和后轴属于心轴，中轴属于转轴。 2、【答】轴的常用周向定位方式有：键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。 轴的常用轴向定位方式有：轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等。 3、【答】轴的强度不足时，可采取：增大轴的直径；改变材料类型；增大过渡圆角半径；对轴的表面进行热处理和表面硬化加工处理；提高表面加工质量；用开卸载槽等方法降低过盈配合处的应力集中程度；改进轴的结构形状等措施。 刚度不足时只能采取增大轴径，改变轴外形等措施。 6、
机械设计习题及答案 第一篇总论 第一章绪论 一．分析与思考题 1-1 机器的基本组成要素是什么 1-2 什么是零件什么是构件什么是部件试各举三个实例。 1-3 什么是通用零件什么是专用零件试各举三个实例。 第二章机械设计总论 一．选择题 2-1 机械设计课程研究的内容只限于_______。 (1) 专用零件的部件 (2) 在高速，高压，环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件 (3) 在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件 (4) 标准化的零件和部件 2-2 下列8种机械零件：涡轮的叶片，飞机的螺旋桨，往复式内燃机的曲轴，拖拉机发动机的气门弹簧，起重机的起重吊钩，火车车轮，自行车的链条，纺织机的纱锭。其中有_____是专用零件。 (1) 3种 (2) 4种 (3) 5种 (4) 6种
2-3 变应力特性可用σmax,σmin,σm, σa, r 等五个参数中的任意_____来描述。 (1) 一个 (2) 两个 (3) 三个 (4) 四个 2-4 零件的工作安全系数为____。 (1) 零件的极限应力比许用应力 (2) 零件的极限应力比零件的工作应力 (3) 零件的工作应力比许用应力 (4) 零件的工作应力比零件的极限应力 2-5 在进行疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的____。 (1) 屈服点 (2) 疲劳极限 (3) 强度极限 (4) 弹性极限 二．分析与思考题 2-1 一台完整2-3 机械零件主要有哪些失效形式常用的计算准则主要有哪些 2-2 机械零件主要有哪些失效形式常用的计算准则主要有哪些 2-3 什么是零件的强度要求强度条件是如何表示的如何提高零件的强度 2-4 什么是零件的刚度要求刚度条件是如何表示的提高零件刚度的措施有哪些 2-5 机械零件设计中选择材料的原则是什么 2-6 指出下列材料的种类，并说明代号中符号及数字的含义：HTl50，ZG230-450，2-7 机械的现代设计方法与传统设计方法有哪些主要区别 第三章机械零件的强度
机械设计基础课程形成性考核作业（一） 第1章静力分析基础 1．取分离体画受力图时，__CEF__力的指向可以假定，__ABDG__力的指向不能假定。 A．光滑面约束力B．柔体约束力C．铰链约束力D．活动铰链反力E．固定端约束力F．固定端约束力偶矩G．正压力 2．列平衡方程求解平面任意力系时，坐标轴选在__B__的方向上，使投影方程简便；矩心应选在_FG_点上，使力矩方程简便。 A．与已知力垂直B．与未知力垂直C．与未知力平行D．任意 E．已知力作用点F．未知力作用点G．两未知力交点H．任意点 3．画出图示各结构中AB构件的受力图。 4．如图所示吊杆中A、B、C均为铰链连接，已知主动力F＝40kN,AB＝BC＝2m,α＝30?.求两吊杆的受力的大小。
∑=0 Fx 又因为AB=BC α α 答：当机构的原动件数等于自由度数时，机构具有确定的运动 2．什么是运动副？什么是高副？什么是低副？ 答：使两个构件直接接触并产生一定相对运动的联接，称为运动副。以点接触或线接触的运动副称为高副，以面接触的运动副称为低副。 3．计算下列机构的自由度，并指出复合铰链、局部自由度和虚约束。
（1）n ＝7，P L ＝10，P H ＝0 （2）n ＝5，P L ＝7，P H ＝0 H L P P n F --=23 H L P P n F --=23 =10273?-? =7253?-? 1= 1= C 处为复合铰链 （3）n ＝7，P L ＝10，P H ＝0 （4）n ＝7，P L ＝9，P H ＝1 H L P P n F --=23 H L P P n F --=23 =10273?-? =19273-?-? 1= 2= E 、E ’有一处为虚约束 F 为局部自由度
第9章作业 9-1 何谓凸轮机构传动中的刚性冲击和柔性冲击?试补全图示各段一、 一、一曲线，并指出哪些地方有刚性冲击，哪些地方有柔性冲击？ 答凸轮机构传动中的刚性冲击是指理论上无穷大的惯性力瞬问作用到构件上，使构件产生强烈的冲击；而柔性冲击是指理论上有限大的惯性力瞬间作用到构件上，使构件产生的冲击。 s-δ, v-δ, a-δ曲线见图。在图9-1中B，C处有刚性冲击，在0，A，D，E处有柔性冲击。 9—2何谓凸轮工作廓线的变尖现象和推杆运动的失真现象?它对凸轮机构的工作有何影响?如何加以避免? 题9-1图 答在用包络的方法确定凸轮的工作廓线时，凸轮的工作廓线出现尖点的现象称为变尖现象：凸轮的工作廓线使推杆不能实现预期的运动规律的现象件为失真现象。变尖的工作廓线极易磨损，使推杆运动失真．使推杆运动规律达不到设计要求，因此应设法避免。变尖和失真现象可通过增大凸轮的基圆半径．减小滚子半径以及修改推杆的运动规律等方法来避免。 9—3力封闭与几何封闭凸轮机构的许用压力角的确定是否一样?为什么?
答力封闭与几何封闭凸轮机沟的许用压力角的确定是不一样的。因为在回程阶段-对于力封闭的凸轮饥构，由于这时使推杆运动的不是凸轮对推杆的作用力F，而是推杆所受的封闭力．其不存在自锁的同题，故允许采用较大的压力角。但为使推秆与凸轮之间的作用力不致过大。也需限定较大的许用压力角。而对于几何形状封闭的凸轮机构，则需要考虑自锁的问题。许用压力角相对就小一些。 9—4一滚子推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推杆滚子的直径偏小，欲改用较大的滚子？问是否可行?为什么? 答不可行。因为滚子半径增大后。凸轮的理论廓线改变了．推杆的运动规律也势必发生变化。 9—5一对心直动推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推程压力角稍偏大，拟采用推杆偏置的办法来改善，问是否可行?为什么? 答不可行。因为推杆偏置的大小、方向的改变会直接影响推杆的运动规律．而原凸轮机构推杆的运动规律应该是不允许擅自改动的。 9-6 在图示机构中，哪个是正偏置?哪个是负偏置?根据式(9-24说明偏置方向对凸轮机构压力角有何影响? 答由凸轮的回转中心作推杆轴线的垂线．得垂足点，若凸轮在垂足点的 速度沿推杆的推程方向．刚凸轮机构为正偏置．反之为负偏置。由此可知．在图 示机沟中，两个均为正偏置。由
0 绪论 1．【答】 机器的共同特征是：（1）它们是一种人为实物的组合；（2）各部分之间形成各个运动单元，且各单元之间具有确定的相对运动；（3）在生产过程中能完成有用的机械功（如：机床的切削加工）或转换机械能（如：内燃机、电动机）。 机构的共同特征是：（1）它们是一种人为实物的组合；（2）它们各部分之间形成各个运动单元，且各单元之间具有确定的相对运动。如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构。 机器与机构的区别是前者在生产过程中能完成有用的机械功或转换机械能。 2．【答】 构件与零件的区别是：构件是运动的单元，而零件是制造的单元。 零件的实例有：齿轮，键，轴，弹簧。 构件的实例有：连杆，齿轮、键、轴组成的装配体。 3、【答】 在各种机器中经常能用到的零件称为通用零件。如螺钉、齿轮、弹簧、链轮等。 在特定类型的机器中才能用到的零件称为专用零件。如汽轮机的叶片、内燃机的活塞、曲轴等。
1 平面机构及其自由度 1．【答】 运动副是由两构件直接接触形成的一种可动联接。 面接触的运动副称为低副，点接触或线接触的运动副称为高副。 在平面机构中低副引入2个约束，高副引入1个约束。 低副容易加工制造，并且承载能力大。 2．【答】 机构具有确定运动的条件是：机构的自由度大于0，且机构的原动件数等于机构的自由度数。 若不满足这一条件，机构会出现三种情况： （1）当机构的自由度数大于原动件数时，从动件的运动不确定； （2）当机构的自由度大于0，但小于原动件数时，会发生运动干涉而破坏构件； （3）当机构的自由度小于或等于0时，不能形成机构，是不能产生相对运动的静定或超静定刚性结构。 3．【答】 机构的自由度是指机构中各构件相对于机架所具有的独立运动数目。 计算自由度时应注意：（1）复合铰链；（2）局部自由度；（3）虚约束。 4．【a解】Array活动构件数5 n,低副数量7 = P，高副数量 = L = P，故自由度为 H - ? F ? = 3= 1 - 7 2 5 该机构无复合铰链、局部自由度和虚约束。 a）
机械设计作业集(答案) 第五章螺纹 一、简答题 1.相同公称直径的细牙螺纹和粗牙螺纹有何区别? 答普通三角螺纹的牙型角为60 0,又分为粗牙螺纹和细牙螺纹，粗牙螺纹用于—般连接，细牙螺纹在相同公称直径时，螺距小、螺纹深度浅、导程和升角也小，自锁性能好，适合用于薄壁零件和微调装置。细牙螺纹的自锁性能好，抗振动防松的能力强，但由于螺纹牙深度浅，承受较大拉力的能力比粗牙螺纹差。 2.螺栓、双头螺柱、紧定螺钉连接在应用上有何不同? 答 (1)普通螺栓连接：被连接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。 (2)精密螺栓(铰制孔螺栓)连接：装配间无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制扎螺栓连接。 (3)双头螺柱连接：螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被连接件，另一端配以螺母，适于常拆卸而被连接件之一较厚时。装拆时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被连接件中拧出。 (4)螺钉连接：适于被连接件之一较厚( 上带螺纹孔) 、不需经常装拆、受载较小的情况。一端有螺钉头、不需螺母。 (5)紧定螺钉连接：拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零
件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。 3.为什么多数螺纹连接都要求拧紧?预紧的目的是什么？ 答绝大多数螺纹连接在装配前都必须拧紧，使连接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用。这个预先加的作蝴用力称为顶紧JJ 力。预紧的目的在于增强连接的紧密性和可靠性，以防止被连接件在受力后出现松动、缝隙或发生滑移。 4.连接用螺纹已经满足自锁条件，为什么在很多连接中还要采取防松措施? 答; 对于一般单线螺纹，螺旋升角小于螺旋副的当量摩擦角，本身能满足自锁条件，但是在冲击、振动或变载荷作用下，螺旋副摩擦力可能减小或瞬时消失，多次反复作用后，就可能松脱。另外，在温度大幅度变化的情况下，反复的热胀冷缩，也会造成松脱。 5.防松原理和防松装置有哪些? 答防松的根本在于防止螺旋副在受载荷时发生相对转动，防松的方法分为：摩擦防松、机械防松和破坏螺旋副关系的永久防松。具体装置如下； (1)摩擦防松：对顶螺母，弹簧垫图，自锁螺毋。 (2)机械防松：开口销与六角开槽螺母，止动垫圈，串联钢丝。 (3)破坏螺旋副关系的永久防松：铆合，冲点，涂胶粘剂。 6.为什么只受预紧力的紧螺栓连接，对螺栓的强度计算要将预紧力增大到它的1．3 倍按纯拉伸计算? 答受顶紧力的紧螺栓连接在拧紧力矩的作用下，螺栓除了要受到顶
第5章作业 5-l 眼镜用小螺钉(Ml x 0．25)与其他尺寸螺钉(例如M8 x 1．25)相比，为什么更易发生自动松脱现象(§纹中径=螺纹大径-O ．65 x 螺距)? 答：因为螺纹升角： 2tan (0.65)t t d d t βππ= =- 而眼镜用小螺钉的螺纹升角比其他尺寸螺钉大，自锁性差，所以更易发生自动松脱现象。 5-2 当作用在转动副中轴颈上的外力为一单力，并分别作用在其摩擦圆之内、之外或相切时，轴颈将作种运动?当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时，也会发生自锁吗? 答：当作用在转动副中轴颈上的外力为一单力，并分别作用在其摩擦圆之内发生自锁，轴不能运动；作用在其摩擦圆之外或相切时，轴颈将转动。当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时，不会发生自锁。 5-3 自锁机械根本不能运动，对吗?试举2,-3个利用自锁的实例。 答：不对，因为自锁机械对应于一定的外力条件和方向才自锁。 5-4 通过对串联机组及并联机组的效率计算，对设计机械传动系统有何重要启示? 答：应尽可能的提高串联机组中任意机构，减少的效率串联机组中机构的数目。在并联机组部分着重提高传递功率大的传动路线的效率。 5-5 图示曲柄滑块机构中，曲柄1在驱动力矩M 1作用下等速转动。设已知各转动副的轴颈半径r=10mm ，当量摩擦系数f v =0.1，移动副中的滑块摩擦系数f=0.15，l AB =100 mm ，l BC =350 mm 。各构件的质量和转动惯量略而不计。当M 1=20 N.m 时，试求机构在图示位置所能克服的有效阻力F 3及机械效率。 解：（1）根据已知条件fvr=0.1ⅹ10=1mm φ=arctanf=8.53o 计算可得图示位置α=45.67o, β=14.33o （2）考虑摩擦时，运动副中反力如图（a ）所示 （3）构件1的平衡条件为：F R21(l AB sin α+2ρ)=M 1 F R21=F R23=M 1/[(l AB sin α+2ρ)] 构件3的平衡条件为：F R23+F R43+f 3=0 作力的多边形图（b ）有：233sin(90)sin(90)R F F β??=-+-o o （4）2313cos cos 93.64%cos()(sin 2)cos()R AB F M F l ??β?αρβ?= ==-+- （5）机械效率：330cos sin cos 270.38(sin 2)cos()AB AB F l N F l ?αβηαρβ?= ==+- 5-6图示为一带式运输机, 由电动机1经平带传动及一个两级齿轮减速器带动运输带8。设 已知运输带8所需的曳引力F=5 500 N ，运送速度v=1.2 m/s 。平带传动(包括轴承)的效率η1=0.95，每对齿轮(包括其轴承)的效率η2=0.97，运输带8的机械效率η3=0.92(包括其支承和联轴器)。试求该系统的总效率η及电动机所需的功率。
12-7 解：由 得： 12-8 解：由 得： 12-9 解：对不变转矩α=0.3，45钢调质的[σ-1b ]=60MPa ，则： 该轴能满足强度要求。 12-10 解： 对不变转矩α=0.3，则： 由 得： ][1.0)(13 22b e d T M -≤+=σασmm x mm M Fa Ma x 4268.42510 584.1300900030010584.16 6==?-???=-=取x a Fax M +=max Nmm T d M b 622362 23110584.1)23003.0()6010801.0()()][1.0(?=?-???=-≤-ασ][2.01055.936ττ≤?=n d P mm d mm n P d 3828.364010002.040 1055.9][2.01055.93636==????=?≥取τ][2.01055.936ττ≤?= n d P kw nd P 61.711055.9553514502.01055.9][2.06363=????=?≤τ][5.0551.0)10153.0()107(1.0)(132 323322b e MPa d T M -≤=???+?=+=σασ
解： 错误说明：(略) 改正图(略) 12-12 解： 取d =28mm 12-13 解： 1. 计算中间轴上的齿轮受力 中间轴所受转矩为： 1 2 3 4 5 6 1 2
2. 轴的空间受力情况如图a)所示。 3. 垂直面受力简图如图b)所示。 垂直面的弯矩图如图c)所示。 4. 水平面受力简图如图d)所示。 水平面的弯矩图如图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：
《机械设计基础》作业答案 第一章 平面机构的自由度和速度分析 1－1 1－2 1－3 1－4 1－5 自由度为： 或： 1－6 自由度为 或： 1－10 自由度为： 或： 1－11 1－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。 1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设s rad /101=ω，求构件3的速度3v 。 1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比21/ωω。 构件1、2的瞬心为P 12 P 24、P 14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心
1－16：题1-16图所示曲柄滑块机构，已知：s mm l AB /100=，s mm l BC /250=， s rad /101=ω，求机构全部瞬心、滑块速度3v 和连杆角速度2ω。 在三角形ABC 中， BCA AB BC ∠= sin 45sin 0 ，52sin = ∠BCA ，5 23cos =∠BCA ， 0 45 sin sin BC ABC AC =∠，mm AC 7.310≈ 1－17：题1-17图所示平底摆动从动件凸轮1为半径20=r 的圆盘，圆盘中心C 与凸轮回转中心的距离mm l AC 15=，mm l AB 90=，s rad /101=ω，求00=θ和0180=θ时，从动件角速度2ω的数值和方向。 00=θ时 方向如图中所示 当0180=θ时 方向如图中所示
第二章 平面连杆机构 2-1 试根据题2-1图所注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构还是双摇杆机构。 （1）双曲柄机构 （2）曲柄摇杆机构 （3）双摇杆机构 （4）双摇杆机构 2-3 画出题2-3图所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。 2-4 已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角θ为300，摇杆工作行程需时7s 。试问：（1）摇杆空回程需时几秒？（2）曲柄每分钟转数是多少？ 解：（1）根据题已知条件可得： 工作行程曲柄的转角01210=? 则空回程曲柄的转角02150=? 摇杆工作行程用时7s ，则可得到空回程需时： （2）由前计算可知，曲柄每转一周需时12s ，则曲柄每分钟的转数为 2-5 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如题2-5图所示，要求踏板CD 在水平位置上下各摆100，且mm l mm l AD CD 1000,500==。（1）试用图解法求曲柄AB 和连杆BC 的长度；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇计算此机构的最小传动角。 解： 以踏板为主动件，所以最小传动角为0度。 2-6 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度mm l 1003=，摆角030=ψ，摇杆的行程速比变化系数2.1=K 。（1）用图解法确定其余三杆的尺寸；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇
《机械设计作业集》（第四版）解题指南 西北工业大学机电学院 2012.7
前言 本书是高等教育出版社出版、西北工业大学濮良贵、纪名刚主编《机械设计》（第八版）和李育锡主编《机械设计作业集》（第三版）的配套教学参考书，其编写目的是为了帮助青年教师使用好上述两本教材，并为教师批改作业提供 方便。 本书是机械设计课程教师的教学参考书，也可供自学机械设计课程的读者和 考研学生参考。 《机械设计作业集》已经使用多年，希望广大教师将使用中发现的问题和错误、希望增加或删去的作业题、以及对《机械设计作业集》的改进建议告知编 者（电子信箱：liyuxi05@https://www.doczj.com/doc/8e6080728.html,），我们会认真参考，努力改进。 本书由李育锡编写，由于编者水平所限，误漏之处在所难免，敬请广大使用 者批评指正。 编者 2012.7
目录 第三章机械零件的强度 (1) 第四章摩擦、磨损及润滑概述 (5) 第五章螺纹连接和螺旋传动 (6) 第六章键、花键、无键连接和销连接 (9) 第七章铆接、焊接、胶接和过盈连接 (11) 第八章带传动 (15) 第九章链传动 (18) 第十章齿轮传动 (19) 第十一章蜗杆传动 (24) 第十二章滑动轴承 (28) 第十三章滚动轴承 (30) 第十四章联轴器和离合器 (34) 第十五章轴 (36) 第十六章弹簧 (41) 机械设计自测试题 (43)
第三章机械零件的强度 3—1 表面化学热处理；高频表面淬火；表面硬化加工；3—2 （3）； 3—3 截面形状突变；增大；3—4 （1）；（1）；3—5 （1）； 3－6 答： 零件上的应力接近屈服极限，疲劳破坏发生在应力循环次数在 103～104范围内，零件破坏断口处 有塑性变形的特征，这种疲劳破坏称为低周疲劳破坏，例如飞机起落架、火箭发射架中的零件。 零件上的应力远低于屈服极限，疲劳破坏发生在应力循环次数大于104时，零件破坏断口处无塑性 变形的特征，这种疲劳破坏称为高周疲劳破坏，例如一般机械上的齿轮、轴承、螺栓等通用零件。 3－7 答： 材料的持久疲劳极限σr∞ 所对应的循环次数为N D，不同的材料有不同的N D值，有时N D很大。为 了便于材料的疲劳试验，人为地规定一个循环次数N0，称为循环基数，所对应的极限应力σr称为材料 的疲劳极限。σr∞ 和N D为材料所固有的性质，通常是不知道的，在设计计算时，当N > N0时，则取 σrN= σr。 3—8 答： 图a 中A点为静应力，r = 1 。图b 中A点为对称循环变应力，r= ?1。图c 中A点为不对称循环变 应力，?1 < r < 1。 3—9 答： 在对称循环时，Kσ是试件的与零件的疲劳极限的比值；在不对称循环时，Kσ是试件的与零件的 极限应力幅的比值。Kσ与零件的有效应力集中系数kσ、尺寸系数εσ、表面质量系数βσ和强化系数βq 有关。Kσ对零件的疲劳强度有影响，对零件的静强度没有影响。 3—10 答： 区别在于零件的等寿命疲劳曲线相对于试件的等寿命疲劳曲线下移了一段距离（不是平行下移）。 在相同的应力变化规律下，两者的失效形式通常是相同的，如图中m1′和m2′。但两者的失效形式也有可 能不同，如图中n1′和n2′。这是由于Kσ的影响，使得在极限应力线图中零件发生疲劳破坏的范围增大。 题解3—10 图 3—11 答： 承受循环变应力的机械零件，当应力循环次数N≤ 103时，应按静强度条件计算；当应力循环次数 N > 103时，在一定的应力变化规律下，如果极限应力点落在极限应力线图中的屈服曲线GC上时，也 应按静强度条件计算；如果极限应力点落在极限应力线图中的疲劳曲线AG上时，则应按疲劳强度条件
1 第5章作业 5-l 眼镜用小螺钉(Ml x 0．25)与其他尺寸螺钉(例如M8 x 1．25)相比，为什么更易发生自动松脱现象(§纹中径=螺纹大径-O ．65 x 螺距)? 答：因为螺纹升角： 2tan (0.65)t t d d t βππ= =- 而眼镜用小螺钉的螺纹升角比其他尺寸螺钉大，自锁性差，所以更易发生自动松脱现象。 5-2 当作用在转动副中轴颈上的外力为一单力，并分别作用在其摩擦圆之内、之外或相切时，轴颈将作种运动?当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时，也会发生自锁吗? 答：当作用在转动副中轴颈上的外力为一单力，并分别作用在其摩擦圆之内发生自锁，轴不能运动；作用在其摩擦圆之外或相切时，轴颈将转动。当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时，不会发生自锁。 5-3 自锁机械根本不能运动，对吗?试举2,-3个利用自锁的实例。 答：不对，因为自锁机械对应于一定的外力条件和方向才自锁。 5-4 通过对串联机组及并联机组的效率计算，对设计机械传动系统有何重要启示? 答：应尽可能的提高串联机组中任意机构，减少的效率串联机组中机构的数目。在并联机组部分着重提高传递功率大的传动路线的效率。 5-5 图示曲柄滑块机构中，曲柄1在驱动力矩M 1作用下等速转动。设已知各转动副的轴颈半径r=10mm ，当量摩擦系数f v =0.1，移动副中的滑块摩擦系数f=0.15，l AB =100 mm ，l BC =350 mm 。各构件的质量和转动惯量略而不计。当M 1=20 N.m 时，试求机构在图示位置所能克服的有效阻力F 3及机械效率。 解：（1）根据已知条件fvr=0.1ⅹ10=1mm φ=arctanf=8.53o 计算可得图示位置α=45.67o, β=14.33o （2）考虑摩擦时，运动副中反力如图（a ）所示 （3）构件1的平衡条件为：F R21(l AB sin α+2ρ)=M 1 F R21=F R23=M 1/[(l AB sin α+2ρ)] 构件3的平衡条件为：F R23+F R43+f 3=0 作力的多边形图（b ）有：233sin(90)sin(90)R F F β??=-+-o o （4）2313cos cos 93.64%cos()(sin 2)cos()R AB F M F l ??β?αρβ?= ==-+- （5）机械效率：330cos sin cos 270.38(sin 2)cos()AB AB F l N F l ?αβηαρβ?= ==+- 5-6图示为一带式运输机, 由电动机1经平带传动及一个两级齿轮减速器带动运输带8。设 已知运输带8所需的曳引力F=5 500 N ，运送速度v=1.2 m/s 。平带传动(包括轴承)的效率η1=0.95，每对齿轮(包括其轴承)的效率η2=0.97，运输带8的机械效率η3=0.92(包括其支承和联轴器)。试求该系统的总效率η及电动机所需的功率。
问题 1 得 1 分，满分 1 分 选择题 转动的轴，受不变的载荷，其所受的弯曲应力的性质为_______。 所选答案： A. 对称循环 正确答案： A. 对称循环 问题 2 得 1 分，满分 1 分 选择题 安装齿轮的轴，若弯曲变形超过限度，会造成齿轮_______。 所选答案： B. 沿齿宽方向发生偏载 正确答案： B. 沿齿宽方向发生偏载 问题 3 得 1 分，满分 1 分 选择题 转轴上载荷和支点位置都已确定后，轴的直径可以根据_______来进行计算或校 核。 所选答案： B. 弯扭合成强度
正确答案： B. 弯扭合成强度 问题 4 得 1 分，满分 1 分 选择题 某45钢轴的刚度不足，可采取_______措施来提高其刚度。 所选答案： C. 增大轴的直径 正确答案： C. 增大轴的直径 问题 5 得 1 分，满分 1 分 选择题 轴上安装有过盈配合零件时，应力集中将发生在_____。 所选答案： A. 沿轮毂两端部位 正确答案： A. 沿轮毂两端部位 问题 6 得 1 分，满分 1 分 填空题 对大直径的轴的轴肩圆角处进行喷丸处理是为了降低材料对_______的敏感性。
所选答案： 应力集中 正确答案： 应力集中 问题 7 得 1 分，满分 1 分 选择题 自行车的前轴是_______。 所选答案： C. 心轴 正确答案： C. 心轴 问题 8 得 1 分，满分 1 分 选择题 为了使轴上零件能靠紧轴肩而得到准确可靠定位，轴肩处圆角半径r 与相配零件 孔端部圆角半径R 间关系应为（ ）。 所选答案： C. r 小于R 正确答案： C. r 小于R 问题 9 得 1 分，满分 1 分
绪论作业： 一、单项选择题： 1．以下四种机械零件中不是通用零件的是（） A．齿轮B．带轮C．蜗轮D．叶轮 二、填空题： 1．构件是机构中的运动单元体；零件是机器中的制造单元体。 2．机器的定义是：由零件组成的执行机械运动的装置。用来完成所赋予的功能，如变换或传递能量、物料或信息 三、简答题： 1．机械一般由哪四部分组成？ 密封件、辅助密封件、压紧件、传动件 2．机械零件设计时有哪四个主要要求？ 功能要求、可靠性要求、经济性要求、操作方便和安全要求 3．机械、机器和机构三者有何区别和联系？ 1）他们都是若干人为实体的组合 2)各实体之间具有确定的相对运动 3）能用来代替人们的劳动去实现机械能与其他形式能量之间的转换或做有用的机械功。具备以上（1）（2）两个特征的成为机构。及其与机构的主要区别在于：机器具有运动和能量（而且总包含有机械能）的转换，而机构只有运动的变换。机器由机构组成，机构是机械的运动部分，机构又是有构建组成，构件时机械运动的基本单元体。 4．构件和零件有何区别和联系？ 零件:组成机器的基本单元称为零件 零件是一个产品最小的组成单元，而构件可以是某个产品的某个组成部分，构件可以是一个零件，也可以由多个零件组成。 第一章作业 三：2、何谓运动链？如何使运动链成为机构？ 构件通过运动服连接而成的系统成为运动链。 当运动链具备以下条件时就成为机构： 具有一个机架。 具有足够的给定运动规律的构件。这种构件成为主动件。 4 、在计算机构自由度时，什么是局部自由度？什么是复合铰链？什么是虚约束？ 局部自由度使之机构中某些构件具有的并不影响其他构件运动关系的自由度。由三个或三个以上构件同时在一处用转动副连接，称此结构为复合铰链。某些情况下，机构中有些运动副引入的约束与其他运动副引入的约束相重复，此时，这些运动副对构件的约束，形式上虽然存在而实际上并不起作用，一般把这类约束成为虚约束。 6 、写出平面机构自由度计算公式，并说明式中各符号的意义 F=3n-2P5-P4；n为自由度不为零的运动构件个数；P4高副个数；P5为低副个数。 四：1．计算图1-1所示机构的自由度。（若有复合铰链、局部自由度或虚约束时请加以说明）F=3n-2P5-P4=3X5-2X6-1=2 有复合铰链和虚约束 3、计算图1-3所示机构的自由度。（若有复合铰链、局部自由度或虚约束时请加以说明）F=3n-2P5-P4=3X6-2X7-3=1 有复合铰链和虚约束 4、求图1-4所示实现直线轨迹机构的自由度（若有复合铰链、局部自由度或虚约束时请加
第十三章滚动轴承 一、选择题 — 各类滚动轴承中，除承受径向载荷外，还能承受不大的双向轴向载荷的是 ，还能承受一定单向轴向载荷的是 、 。 深沟球轴承 角接触球轴承 圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 — 选择滚动轴承类型时为方便拆卸常用 ，需有一定调心性能时选 ，作为游动轴承时适宜选 、 。 深沟球轴承 圆锥滚子轴承 圆柱滚子轴承 调心球轴承 — 转速 ，一端固定一端游动的蜗杆轴其固定端轴承应选用 。 推力球轴承 深沟球轴承 一对角接触球轴承 一对圆锥滚子轴承 — 适用多支点、弯曲刚度小的轴及难于精确对中的支承。 深沟球轴承 圆锥滚子轴承 角接触球轴承 调心球轴承 — 载荷一定的深沟球轴承，当工作转速由 变为 时，其寿命变化为 。 增大为 （ ） 下降为 （ ） 增大为 （ ） 下降为 （ ） — 若一滚动轴承的基本额定寿命为 转，则该轴承所受的当量动载荷 基本
额定动载荷。 大于 小于 等于 大于等于 — 某滚动轴承按寿命公式计算得寿命 ，其可靠度 ；若要求工作寿命达 可靠度 。 为 为 — 直齿圆柱齿轮轴系由一对圆锥滚子轴承支承，轴承径向反力 ，则作用在轴承上的轴向力 。 — 滚动轴承内圈与轴颈配合的正确标注为 。 6 7 50 k H φ 750H φ 650k φ 7 650 H k φ — 滚动轴承内圈与轴颈、外圈与座孔的配合 。 均为基轴制 前者为基轴制，后者为基孔制 均为基孔制 前者为基孔制，后者为基轴制 — 为保证轴承内圈与轴肩端面接触良好，轴承的圆角半径 与轴肩处圆角半径 应满足 的关系。 — 不是滚动轴承预紧的目的。
机械设计基础习题集及 参考答案 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
机械设计基础习题集及参考答案 一、判断题（正确 T，错误 F） 1. 构件是机械中独立制造的单元。（） 2. 能实现确定的相对运动，又能做有用功或完成能量形式转换的机械称为机器。（） 3. 机构是由构件组成的，构件是机构中每个作整体相对运动的单元体。（） 4. 所有构件一定都是由两个以上零件组成的。（） 二、单项选择题 1. 如图所示，内燃机连杆中的连杆体1是（）。 A 机构 B 零件 C 部件 D 构件 2. 一部机器一般由原动机、传动部分、工作机及控制部分组成， 本课程主要研究（）。 A 原动机 B 传动部分 C 工作机 D 控制部分 三、填空题 1. 构件是机械的运动单元体，零件是机械的______单元体。 2. 机械是______和______的总称。 参考答案 一、判断题（正确 T，错误 F） 1. F 2. T 3. T 4. F 二、单项选择题 1. B 2. B 三、填空题 1. 制造 2. 机构机器 第一章平面机构的自由度 一、判断题（正确 T，错误 F） 1. 两构件通过点或线接触组成的运动副为低副。（） 2. 机械运动简图是用来表示机械结构的简单图形。（） 3. 两构件用平面低副联接时相对自由度为1。（） 4. 将构件用运动副联接成具有确定运动的机构的条件是自由度数为1。（） 5. 运动副是两构件之间具有相对运动的联接。（） 6. 对独立运动所加的限制称为约束。（） 7. 由于虚约束在计算机构自由度时应将其去掉，故设计机构时应尽量避免出现虚约束（） 8. 在一个确定运动的机构中，计算自由度时主动件只能有一个。（） 二、单项选择题 1. 两构件通过（）接触组成的运动副称为高副。 A 面 B 点或线 C 点或面 D 面或线 2. 一般情况下，门与门框之间存在两个铰链，这属于（）。 A 复合铰链 B 局部自由度 C 虚约束 D 机构自由度 3. 平面机构具有确定运动的条件是其自由度数等于（）数。 A 1 B 从动件 C 主动件 D 0 4. 所谓机架是指（）的构件。 A 相对地面固定 B 运动规律确定