机械设计习题 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12-2，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，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。

第十二章例1'：设某蜗杆减速器的蜗轮轴两端采用混合摩擦润滑径向滑动轴承支撑。

已知：蜗杆转速n=60r/min，轴材料为45钢，轴径直径d=80mm，轴承宽度B=80mm，轴承载荷F=80000N，轴瓦材料为锡青铜ZCuSnP1 ([p]=15MPa，[v]=10m/s，[p.v]=15Mpa·m/s)，试校核此向心滑动轴承。

作业：1补1'有一采用混合摩擦润滑径向滑动轴承。

已知：轴径直径d=60mm，轴承宽度B=60mm，轴瓦材料为铝青铜ZCuAl10Fe3 ([p]=15MPa，[v]=4m/s，[p.v]=12Mpa·m/s)，试求：（1）当载荷F=36000N，转速n=150r/min时，此轴承是否满足液体润滑轴承使用条件？（2）轴允许的最大转速n？（3）当轴的转速n=900r/min时，允许的载荷F max为多少？（4）当载荷F=36000N，轴的允许转速n max为多少？1. 验算滑动轴承最小油膜厚度h min的目的是。

A. 确定轴承是否能获得液体润滑B. 控制轴承的发热量C. 计算轴承内部的摩擦阻力D. 控制轴承的压强P2. 在图所示的下列几种情况下，可能形成流体动力润滑的有。

1 A2 BE3.巴氏合金是用来制造。

A. 单层金属轴瓦B. 双层或多层金属轴瓦C. 含油轴承轴瓦D. 非金属轴瓦4.在滑动轴承材料中，通常只用作双金属轴瓦的表层材料。

A. 铸铁B. 巴氏合金C. 铸造锡磷青铜D. 铸造黄铜5.液体润滑动压径向轴承的偏心距e随而减小。

A. 轴颈转速n的增加或载荷F的增大B. 轴颈转速n的增加或载荷F的减少C. 轴颈转速n的减少或载荷F的减少D. 轴颈转速n的减少或载荷F的增大6.不完全液体润滑滑动轴承，验算是为了防止轴承。

A. 过度磨损B. 过热产生胶合C. 产生塑性变形D. 发生疲劳点蚀3 B4 B5 B6 B7. 设计液体动力润滑径向滑动轴承时，若发现最小油膜厚度h min 不够大，在下列改进设计的措施中，最有效的是 。

第十二章其他常用机构一、选择题：1、用单万向节传递两相交轴之间的运动时，其传动比为变化值；若用双万向节时，其传动比C。

(A) 是变化值；(B) 一定是定值；(C) 在一定条件下才是定值2、在单向间歇运动机构中， A 的间歇回转角在较大的范围内可以调节。

（A）槽轮机构(B) 棘轮机构（C）不完全齿轮机构(D) 蜗杆凸轮式间歇运动机构3、在单向间歇运动机构中， C 可以获得不同转向的间歇运动。

（A）不完全齿轮机构(B) 圆柱凸轮间歇运动机构（C）棘轮机构(D) 槽轮机构4、家用自行车中的“飞轮”是一种超越离合器，是一种 C 。

（A）凸轮机构(B) 擒纵轮机构（C）棘轮机构(D) 槽轮机构二、填空题：1、棘轮机构是由摇杆、棘爪、棘轮、止动爪组成，可实现运动，适用于低速轻载的场合。

其棘轮转角大小的调节方法是：改变主动摇杆摆角的大小、加装一棘轮罩以遮盖部分棘齿。

2、槽轮机构是由主动拨盘、从动槽轮、机架组成，优点是：结构简单、外形尺寸小、机械效率高，能较平稳、间歇地进行转位，缺点是：存在柔性冲击，适用于速度不太高的场合。

3、擒纵轮机构由擒纵轮、擒纵叉、游丝摆轮及机架组成。

4、擒纵轮机构优点是结构简单，便于制造，价格低廉，缺点是振动周期不很稳定，故主要用于计时精度要求不高、工作时间较短的场合。

5、凸轮式间歇运动机构由主动轮和从动盘组成，主动凸轮作连续转动，通过其凸轮廓线推动从动盘作预期的间歇分度运动。

优点是：动载荷小，无刚性和柔性冲击，适合高速运转，无需定位装置，定位精度高，结构紧凑，缺点是：加工成本高，装配与调整的要求严格。

6、不完全齿轮机构由一个或一部分齿的主动轮与按动停时间要求而作出的从动轮相啮合，使从动轮作间歇回转运动。

工作特点是：结构简单，制造容易，工作可靠，动停时间比可在较大范围内变化，但在从动轮的运动始末有刚性冲击，适合于低速、轻载的场合。

7、螺旋机构是由螺杆、螺母和机架组成，通常它是将旋转运动转换为直线运动。

思考题及练习题12.1用轴肩或轴环可以对轴上零件作轴向固定吗？答：轴肩或轴环可以对轴上零件作单向轴向固定12.2圆螺母也可以对轴上零件作周向固定吗？答：圆螺母不能对轴上零件作周向固定，可以轴向固定。

12.3轴肩或轴环的过渡圆角半径是否应小于轴上零件轮毂的倒角高度？ 答：轴肩或轴环的过渡圆角半径应小于轴上零件轮毂的倒角高度，以保证装拆方便可靠。

12.4汽车下部变速器与后桥间的轴是否传动轴？答：是传动轴。

12.5轴上零件的轴向固定方法有：1）轴肩和轴环；2）圆螺母与止动垫圈；3）套筒； 4）轴端挡圈和圆锥面；5）弹性挡圈、紧定螺钉或销钉等。

当受轴向力较大时，可采用几种方法？答：轴向力较大时，可采用：1）轴肩和轴环；2）圆螺母与止动垫圈；3）套筒； 4）轴端挡圈和圆锥面。

12.6若轴上的零件利用轴肩来轴向固定，轴肩的圆角半径R 与零件轮毅孔的圆角半径1R 或倒角1C 的关系如何？答：轴肩的圆角半径R 要小于零件轮毅孔的圆角半径1R 或倒角1C 。

12.7为了便于拆卸滚动轴承，轴肩处的直径d （或轴环直径）与滚动轴承内圈外径1D 应保持何种关系？答：1d D <，大约2 mm 。

12.8平键连接的工作原理是什么？主要失效形式是什么？平键的剖面尺寸b ×h 和键的长度L 是如何确定的？举例说明平键连接的标注方法。

答：工作原理：平键的上表面与轮毂键槽顶面留有间隙，依靠键与键槽间的两侧面挤压力 ，传递转矩 。

所以两侧面为工作面。

主要失效形式：键连接的主要失效形式是挤压破坏。

键的剖面尺寸b ×h 和键的长度L 的确定：按照轴的公称直径d ，从国家标准中选择平键的尺寸h b ×。

键的长度L 应略小于轮毂的长度，键长L 应符合标准长度系列。

12.9 圆头（A 型）、方头（B 型）及单圆头（C 型）普通平键各有何优缺点？它们分别用在什么场合？轴上的键槽是如何加工出来的？轮毂上的键槽是如何加工出来的？答：圆头（A 型）对中性好，安装方便，使用广泛；方头（B 型）应力集中小，对轴影响小。

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↑。

第12章 齿轮系12.1 定轴齿轮系与行星齿轮系的主要区别是什么？答：主要区别是：定轴齿轮系运转时齿轮轴线相对于机架固定，而行星齿轮系运转时则有一个或几个齿轮的轴线相对于机架不固定。

12.2 各种类型齿轮系的转向如何确定？()1m -的方法适用于何种类型的齿轮系？ 答：定轴轮系的转向可用()1m -的方法或在图上画箭头的方法确定；行星轮系的转向应根据其转化机构经计算确定；()1m -方法适用于平面圆柱齿轮定轴轮系。

12.3 “转化机构法”的根据何在？答：根据在于运动的相对性原理。

12.4 摆线针轮行星传动中，针轮与摆线轮的齿差为多少？答：齿数差为1。

12.5 谐波齿轮传动是怎样工作的？谐波齿轮传动中刚轮与柔轮的齿数差如何确定？ 答：谐波齿轮传动是利用波发生器使柔轮产生可控的弹性变形而实现柔轮与刚轮的啮合及运动传递。

刚轮与柔轮的齿数差212H2z z z i --= 式中：z 1—刚轮齿数;z 2—柔轮齿数;i H2—波发生器与柔轮的传动比。

12.6 谐波齿轮减速器与摆线针轮减速器相比有何特点？答：谐波齿轮减速器与摆线针轮减速器相比有以下特点：结构简单，体积小，重量轻，安装方便，传动效率高，但使用寿命相对不如摆线针轮减速器。

12.7 如题12.7图所示的某二级圆栓齿轮减速器，已知减速器的输入功率1P =3.8kW,转速1n =960r/min ，各齿轮齿数1z =22，2z =77，3z =18，4z =81，齿轮传动效率η齿=0.97，每对滚动轴承的效率η滚=0.98。

求：（1）减速器的总传动比IIII i ；（2）各轴的功率、转速及转矩。

题12.7图解：（1）总传动比()224IIII 137781115.752218z z i z z ⨯=-⨯==⨯ (2)轴I 的功率I 1P P =η滚=3.80.98 3.724kW ⨯=转速I n =960r/min 转矩31I 19.5510378.02N m P T n =⨯=⋅ 轴II ：II I P P = η齿η滚=3.54kW1II 1222960274.29r /min 77z n n z ==⨯= 3II II II 9.55101235.527N m P T n =⨯=⋅ 轴III ：P III =P II η齿η滚=3.37kW3III II 460.95r /min z n n z == 3III III III 9.5510528.031N m P T n =⨯=⋅12.8 在如题12.8图所示的齿轮系中，已知各齿轮齿数（括号内为齿数），3'为单头右旋蜗杆，求传动比15i 。

摩擦：滚动摩擦滚动摩擦轴承滚动轴承滑动摩擦滑动摩擦轴承滑动轴承第十二章滑动轴承第一节概述1、滑动轴承应用场合：1）工作转速特高轴承，如汽轮发电机；2）要求对轴的支撑位置特别精确的轴承，如精密磨床；3）特重型的轴承，如水轮发电机；4）承受巨大的冲击和振动，如轧钢机；5）根据工作要求必须做成剖分式的轴承，如曲轴轴承；6）在特殊的工作条件下（如在水中或腐蚀性介质中）工作的轴承，如军舰推进器的轴承；7）在安装轴承处的径向空间尺寸受到限制时，也常采用滑动轴承，如多辊轧钢机。

2、分类①按载荷方向：径向（向心）轴承、止推轴承、向心止推②按接触表面之间润滑情况：液体滑动轴承、非液体滑动轴承液体滑动轴承：完全是液体非液体滑动轴承：不完全液体润滑轴承、无润滑轴承不完全液体润滑轴承（表面间处于边界润滑或混合润滑状态）无润滑轴承（工作前和工作时不加润滑剂）③液体润滑承载机理：液体动力润滑轴承（即动压轴承）液体静压润滑轴承（即液体静压轴承）3、如何设计滑动轴承（设计内容）1）轴承的型式和结构2）轴瓦的结构和材料选择3）轴承的结构参数4）润滑剂的选择和供应5）轴承的工作能力及热平衡计算4.特点：承载能力大，工作平稳可靠，噪声小，耐冲击，吸振，可剖分等特点。

第二节滑动轴承的典型结构一、整体式径向滑动轴承：特点：结构简单，易于制造，端部装入，装拆不便，轴承磨损后无法调整。

应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。

二、对开式径向滑动轴承：装拆方便，间隙可调，应用广泛。

特点：结构复杂、可以调整磨损而造成的间隙、安装方便。

应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器中。

三、止推式滑动轴承：多环式结构，可承受双向轴向载荷。

第三节滑动轴承的失效形式及常用材料一、失效形式1、磨粒磨损：硬颗粒对轴颈和轴承表面起研磨作用。

2、刮伤：硬颗粒划出伤痕。

3、胶合：轴承温度过高，载荷过大，油膜破裂或供油不足时，轴颈和轴承相对运动表面材料发生粘附和迁移，从而造成轴承损坏。

12-1解：轴瓦的材料为ZCuAl10Fe3，查其许用应力[p]=15MPa,许用[pv]=12MPa.m/s 。

（1）轴承的平均压力应满足式（12.1），据此可得(2)轴承的Pv 值应满足式（12.2），据此可得综合考虑（1）和（2），可知最大径向载荷为.。

12-2解：确定轴承的形式：采用剖分式结构，便于安装和维护 。

润滑方式为润滑。

由机械设计手册可初选H4090号径向滑动轴承。

轴瓦材料采用2CuSn10P1,其中[p]=15MPa,[pv]=15MPa,[v]=10m/s.（1）确定轴承宽度。

对二起重装置，轴承的宽径比可以取大一些，取B/d=1.5,则轴承宽度B=1.5*d=135mm (2)验算轴承强度。

根据式（12.1）得从上面的验算可以看出选材俣理。

（4）选择配合。

滑动轴承常有的配合有,等，参考同类机械的使用经验取第三个。

12-3 解：按查L-AN32的运动粘度，查得换算出L-AN32时的动力黏度 琥珀资源网轴径转速承受最大载荷时，考虑到表面几何形状误差和轴径挠曲变形，选安全系数为2，根据式（12.9），式（12.10）得所以由B/d=1及查教材表12-8得有限宽轴承的承载量系数因为所以，可以实现液体动力润滑。

12-4解：（1）选择轴承材料及轴瓦结构。

该轴承转速较高，帮选用带轴承衬套的轴瓦，且安装方便，轴瓦采用剖分式结构，轴瓦材料为ZQSn6-6-3，导热性好。

轴承衬套采用ZChSnSb11-6,，由机械说干就干手册查得由于起停车时，轴承会处于非液体摩擦状态，进行混合润滑计算。

（2）选宽径比，确定轴承宽度取B/d=1,则B=0.15M. （3）按混合润滑计算帮轴承材料合适。

（4）选择润滑油。

参考同类机器，选用L-AN22号机械油，在时动力黏度为。

（5）选相对间隙轴承半径间隙1. 算承载系数Cp 琥珀资源网(7)求偏心北和阻力系数Cf及耗油量。

根据Cp 及B/d 查表得耗油量(8)求最小油膜厚度（9）确定许用油膜厚度[h]。

机械设计第十二章滑动轴承引言滑动轴承是一种常用的机械元件，广泛应用于各种机械设备中。

它是通过润滑油膜在轴承与轴之间形成润滑层，以减小摩擦和磨损，保证机械设备运行的稳定性和寿命。

本文将介绍滑动轴承的工作原理、分类、设计要点以及常见故障及解决方案。

工作原理滑动轴承是通过动摩擦来转移轴承所受载荷的。

当轴承受到载荷时，润滑油膜在轴承和轴之间形成，使轴与轴承之间的接触部分只有少量的接触点，从而减小了摩擦和磨损，实现了轴与轴承的相对滑动。

分类滑动轴承可以根据润滑方式、摩擦材料和工作方式等进行分类。

常见的分类如下：1.润滑方式–干摩擦滑动轴承：不需要润滑油膜来减少摩擦和磨损，常见的干摩擦滑动轴承有干燥轴承和自润滑轴承。

–液体润滑滑动轴承：液体润滑滑动轴承需要润滑油膜来减少摩擦和磨损，常见的滑动轴承有液体润滑轴承和液体静压轴承。

2.摩擦材料–金属滑动轴承：采用金属作为摩擦材料，常见的金属滑动轴承有铜合金轴承、铝合金轴承等。

–非金属滑动轴承：采用非金属材料作为摩擦材料，常见的非金属滑动轴承有塑料轴承、陶瓷轴承等。

3.工作方式–圆周速度相对：轴与轴承之间产生相对圆周速度。

–直线速度相对：轴与轴承之间产生相对直线速度。

设计要点在设计滑动轴承时，需要考虑以下几个要点：1.轴承负荷：根据轴承所受的载荷来选择合适的轴承类型和尺寸。

2.润滑方式：根据工作条件和要求选择合适的润滑方式，如干摩擦滑动轴承还是液体润滑滑动轴承。

3.摩擦材料：根据工作条件和要求选择合适的摩擦材料，如金属滑动轴承还是非金属滑动轴承。

4.润滑油膜厚度：根据载荷、转速和润滑条件等要素来计算和确定润滑油膜的厚度。

5.温度和密封：在特定的工作环境中，需要考虑温度和密封性能对轴承的影响。

常见故障及解决方案滑动轴承在实际应用中，可能会出现一些故障。

常见的故障及相应的解决方案如下：1.磨损：轴承表面磨损，造成摩擦增加或噪音增大。

–解决方案：选择合适的润滑方式和润滑油膜厚度，定期检查和更换润滑油。