机械设计基础-第12章_轴作业解答

机械设计基础课后习题答案第三版高等教育出版社课后答案(1-18章全)机械设计基础课后习题答案第三版高等教育出版社目录第 1 章机械设计概述??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 1第 2 章摩擦、磨损及润滑概述??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????? 3第 3 章平面机构的结构分析??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????? 12第 4 章平面连杆机构??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 16第 5 章凸轮机构??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????36第 6 章间歇运动机构??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 46第7 章螺纹连接与螺旋传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????? 48第8 章带传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????60第9 章链传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????73第10 章齿轮传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????80第11章蜗杆传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????112第12 章齿轮系??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????124第13 章机械传动设计???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 131第14 章轴和轴毂连接??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 133第15 章轴承??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????????138第16 章其他常用零、部件??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????? 152第17 章机械的平衡与调速??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????? 156第18 章机械设计CAD 简介??????????????????????????????????????????????????????????????????? ???????????????????????163第1章机械设计概述1.1 机械设计过程通常分为哪几个阶段?各阶段的主要内容是什么?答:机械设计过程通常可分为以下几个阶段:1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。

机械设计基础习题参考答案机械设计基础课程组编武汉科技大学机械自动化学院第2章 平面机构的自由度和速度分析2-1画运动简图。

134522-2 图2-38所示为一简易冲床的初拟设计方案。

设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A 连续回转；而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。

试绘出其机构运动简图，分析其运动是否确定，并提出修改措施。

43512 运动产生干涉解答：原机构自由度F=3⨯3- 2 ⨯4-1 = 0，不合理 ， 改为以下几种结构均可：2-3 试计算图2-42所示凸轮—连杆组合机构的自由度。

b)a)A EMDFELKJIFBCCDBA解答：a) n=7; P l =9; P h =2，F=3⨯7-2 ⨯9-2 =1 L 处存在局部自由度，D 处存在虚约束b) n=5; P l =6; P h =2，F=3⨯5-2 ⨯6-2 =1 E 、B 处存在局部自由度，F 、C 处存在虚约束 2-4 试计算图2-43所示齿轮—连杆组合机构的自由度。

BDCA(a)CDBA(b) 解答：a) n=4; P l =5; P h =1，F=3⨯4-2 ⨯5-1=1 A 处存在复合铰链b) n=6; P l =7; P h =3，F=3⨯6-2 ⨯7-3=1 B 、C 、D 处存在复合铰链2-5 先计算如图所示平面机构的自由度。

并指出图中的复合铰链、局部自由度和虚约束。

ABCDE解答： a) n=7; P l =10; P h =0，F=3⨯7-2 ⨯10 = 1C 处存在复合铰链。

b) n=7; P l =10; P h =0，F=3⨯7-2 ⨯10 = 1BDECAc) n=3; P l =3; P h =2，F=3⨯3 -2 ⨯3-2 = 1 D 处存在局部自由度。

d) n=4; P l =5; P h =1，F=3⨯4 -2 ⨯5-1 = 1A BCDEFGG'HA BDCEFGHIJe) n=6; P l=8; P h=1，F=3⨯6 -2 ⨯8-1 = 1 B处存在局部自由度，G、G'处存在虚约束。

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,＝30.求两吊杆的受力的大小。

解：受力分析如下图列力平衡方程：Fx0又因为AB=BCF A sinF C sinF A FCFy02F A sinFFF A F B40KN2sin第2章常用机构概述1．机构具有确定运动的条件是什么?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＝0F3n2P L PF3n2P L P HH37210352711C处为复合铰链（3）n＝7，P L＝10，P H＝0（4）n＝7，P L＝9，P H＝1F3n2P L PF3n2P L P HH372103729112E、E’有一处为虚约束F为局部自由度C处为复合铰链第3章平面连杆机构1．对于铰链四杆机构，当满足杆长之和的条件时，若取_C_为机架，将得到双曲柄机构。

A．最长杆B．与最短杆相邻的构件C．最短杆D．与最短杆相对的构件2．根据尺寸和机架判断铰链四杆机构的类型。

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。

习题12
12-1 润滑油的主要性能指标有哪些？选择润滑油所依据的性能指标是什么？怎样选用润滑油？
答：主要性能指标有：动力粘度、运动粘度、条件粘度、粘度指数、油性、极压性能、闪点、凝点和倾点
选择润滑油依据运动粘度。

选择润滑油时，根据机械设备的工作条件、载荷和速度，先确定合适的粘度范围，再选择适当的润滑油品种。

12-2 润滑脂的性能指标有哪些？
答：针入度、滴点、胶体安定性（析油性）、氧化安定性、机械安定性、蒸发损失、抗水性、相似粘度。

12-3 机器转轴上的滚动轴承用润滑脂润滑，试述转轴外伸端可采用的密封方法。

答：毡圈密封、缝隙密封。

12-4 为什么润滑系统中要设有密封装置？
答：密封装置的作用是防止润滑剂的泄漏并阻止外部杂质、灰尘、空气和水分等侵人润滑部位。

密封不仅能节约润滑剂，提高机器寿命，而且可防止环境污染，改善环境卫生、提高经济性，对保障工人健康也有很大作用。

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， C、E、F 力的指向可以假定， A 、B、D、 G 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 __G___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, ＝ 30 .求两吊杆的受力的大小。

列力平衡方程：Fx 0又因为AB=BCF A s i n F C s i nF A F CFy 02F A s i n FF A F BF40KN 2 sin第 2 章常用机构概述1．机构具有确定运动的条件是什么?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。

机构的自由度计算（ 1）n＝7，P L＝10， P H＝0（2）n＝5，P L＝7，P H＝0F 3n 2P L P H F 3n 2P L P H37210352711C处为复合铰链（3）n＝7， P L＝ 10，P H＝0（4）n＝7，P L＝9，P H＝1F 3n 2P L P H F 3n 2P L P H372103729112E、E’有一处为虚约束 F 为局部自由度C 处为复合铰链第 3 章平面连杆机构1．对于铰链四杆机构，当满足杆长之和的条件时，若取_ C __为机架，将得到双曲柄机构。

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 。

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(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]。

第12章其他常用机构12-1棘轮机构除常用来实现间歇运动的功能外，还常用来实现什么功能？答：棘轮机构除了常用的间歇运动功能外，还能实现制动、进给、转位、分度、趙越运动等功能。

12-2某牛头刨床送进丝杠的导程为6mm,要求设计一棘轮机构，使每次送进呈可在0.2〜之间作有 级调整(共6级)。

设棘轮机构的棘爪由一曲柄摇杆机构的摇杆来推动，试绘出机构运动简图，并作必姜的计算 和说明。

解：牛头刨床送进机构的运动简图如图12-1所示，牛头刨床的横向进给是通过齿轮1、2,曲衲摇杆机构2、 3、4,練轮机构4、5、7来使与棘轮固连的丝杠6作间歇转动，从而使牛头刨床工作台实现横向间接进给。

通过 改变曲柄长度刃的大小可以改变进给的大小。

当棘爪7处于图示状态时，棘轮5沿逆时针方向作间歇进给运 动。

若将棘爪7拔出绕自身轴线转180°后再放下•由于棘爪工作面的改变.棘轮将改为沿顺时针方向间接进给。

G=^X360° = 12°O棘轮的齿数为360° 360° “0 12°设牛头刨床横向进给的初始位置如图12-1 (a)所示，则曲柄摇杆机构0。

2皿的极限位置为初始位置左右 转0/2,其中0为摇杆的摆角，极限位置如图12-1 (b)所示。

半-次进给量为0.2mm 时，帀为虽短，即得棘轮最小转角.2久 2穴 rac0 =〒仏二石".2 = 72。

每次送进量的调整方法：① 采用隐蔽棘轮罩来实现送进駅的调格：② 通过改变棘爪摆角來实现送进就的调整。

当一次进给虽为\.2tnm 时 即得棘轮最人转角当进给最为0.2/n/n 时，棘轮每次转过的角度为=—x0.2 = 6图(a)中所示，三个楝爪尖在練轮齿圈上的位置相互磅个齿風图(b)中所示，三个棘爪尖在練轮齿圈上的位買相互差I个齿距。

(a) (b)图12-212-4当电钟电压不足时，为什么步进式电钟的秒针只在原地震荡，而不能作整周回转？答：如图12-3所示为用于电钟的棘轮机构。

机械设计基础-12.1轴第一篇：机械设计基础-12.1轴第十二章轴主要内容1、轴的结构设计：影响轴结构的因素；轴的台阶化设计；轴的设计步骤。

2、轴的强度与刚度计算：轴上载荷及应力分析；轴的强度计算、刚度计算等。

基本要求1、了解轴的功用、类型、特点及应用。

2、掌握轴的结构设计方法。

3、掌握轴的三种强度计算方法：按扭转强度计算、按弯扭合成强度计算、按疲劳强度进行安全系数校核计算。

重点难点1、轴的结构设计，强度计算。

2、转轴设计程序问题。

3、弯扭合成强度计算中的应力校正系数a。

第二篇：机械设计基础机械设计基础》考试大纲一、考试的性质与地位《机械设计基础》是高等工科院校机械类专业的一门重要技术基础课，它在教学计划中起着承先启后的桥梁作用，为学生学习后续的专业课打下必要的基础。

它不仅具有较强的理论性，同时具有较强的实用性。

它在培养机械类工程技术人才的全过程中，具有培养学生的工程意识，增强学生的机械理论基础，提高学生对机械技术工作的适应性，培养其开发创新能力的重要作用。

本课程的目标在于培养学生掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本方法；培养学生具备机械设计中的一般通用零部件设计方法的能力，为后继专业课程学习和今后从事设计工作打下坚实的基础。

二、考试内容(一)绪论1．了解本课程的研究对象及本课程在教学中的地位。

2．掌握机器、机构、构件、零件等基本概念。

3．了解对机械设计的基本要求。

(二)平面机构的运动简图及自由度1．掌握运动副的概念及分类。

2．能够绘制简单的机构运动简图。

3．掌握机构自由度的计算。

(三)平面连杆机构1．了解平面连杆机构的基本类型、特点及应用。

2．掌握铰链四杆机构基本类型的判别。

3．掌握四杆机构基本特性及四杆机构的设计方法。

(四)凸轮机构1．了解凸轮机构的类型和应用。

2．熟悉凸轮从动件常用运动规律，了解其特性及应用场合。

3．掌握图解法设计凸轮轮廓的方法。

4．熟悉凸轮机构基本尺寸的确定原则。

(五)螺纹联接1．了解螺纹的形成、分类、主要参数、特点和应用。

第12章轴一、基本内容及要求本章学习的主要内容是轴的结构设计、轴的强度计算以及轴的常用材料。

在轴的强度计算中，轴的弯曲、扭转及其联合作用下的强度计算方法，以及变应力对材料强度的影响，是学习本章的重要基础知识，这方面的详细内容已在材料力学中叙述，必要时学生应事先预习。

关于轴的刚度计算，教材中仅给出由实践经验确定的变形量许用值。

轴的弯曲变形及扭转变形计算公式，详见材料力学教材。

轴的临界转速的概念不是必学内容。

本章学习的要求是能够根据具体条件选择轴的材料，进行强度计算，确定轴的形状和尺寸。

二、自学指导1．根据受载情况，轴可分为转轴、传动轴和心轴三种。

转轴是机器中最常见的轴，因为工作时大多数轴既承受弯矩又传递扭矩。

图12.12．轴的结构设计是本章重点之一。

轴的结构是由许多因素决定的，如轴上载荷的大小及其分布情况，轴上零件的布置和固定方法，以及轴的加工和装配方法等。

结构设计的主要要求是：(1)轴上零件装拆方便，因此常将轴做成阶梯形；(2)轴上零件的定位要准确。

因此常将轴做出轴肩或用套筒来定位；(3)轴上零件在轴向与圆周方向要能固定，因此常采用螺母、挡圈、压板以及键、销等；(4)尽量减少应力集中。

总之，在满足强度、刚度和上述要求的前提下，轴的结构应越简单越好。

为了减少应力集中，轴肩应有一定的圆角，但考虑到定位可靠，轴肩的圆角应小于轴上零件毂孔的倒角或圆角。

轴上装带轮、齿轮的轴段应做得比轮毂短2—3mm，以保证轮毂端面能靠紧轴肩。

应该指出，正确的构思常可使轴的强度得到进一步提高。

如图12.1的卷筒轮毂结构，图a就不如图b。

后者不但减小了弯矩，提高了轴的强度和刚度，而且轴孔不是全长配合，便于加工和安装，故结构合理。

3．轴的强度计算，也是本章的重点。

强度计算的目的是求出轴上危险截面的尺寸。

学习时应注意下列问题：(1)对于既受弯矩又受扭矩的转轴，如果轴承间的距离尚未确定，则作用在轴上的弯矩就无法求出。

若一开始就按弯扭合成强度来计算轴的直径，那是有困难的。