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机械设计课后习题答案3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数60105⨯=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。
[解] MPa 6.373107105180936910111=⨯⨯⨯==--N N σσN MPa 3.324105.2105180946920112=⨯⨯⨯==--N N σσNMPa 0.227102.6105180956930113=⨯⨯⨯==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。
[解])170,0('A)0,260(C012σσσΦσ-=-σΦσσ+=∴-1210MPa 33.2832.0117021210=+⨯=+=∴-σΦσσ得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D '根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。
如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。
[解] 因2.14554==dD ，067.0453==d r，查附表3-2，插值得88.1=ασ，查附图3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即()()69.1188.178.0111k =-⨯+=-α+=σσσq查附图3-2，得75.0=σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1=q β，则35.211191.0175.069.1111k =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=q σσσσββεK ()()()35.267.141,67.141,0,260,35.2170,0D C A ∴根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =σ，应力幅MPa 20a =σ，试分别按①C r =②C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。
1-4机床分配运动的原则是什么？传动形式如何选择？答：机床分配运动的原则： 1）将运动分配给质量小的零部件； 2）运动分配应有利于提高工件的加工精度； 3）运动分配应有利于提高运动部件的刚度； 4）运动分配应视工件形状而定。
传动形式如何选择：机床传动的形式有机械传动、液压传动等。
机械传动靠滑移齿轮变速，变速级数一般少于30级，传动功率大，变速范围较广，传动比准确，工作可靠，广泛用于通用机床中，尤其是中小型机床中。
缺点是有相对转速损失，工作中不能变速。
液压无极变速传动平稳，运动换向冲击小，易于实现直线运动，适用于刨床、拉床、大型矩台平面磨床等机床的主运动中。
机床进给运动的传动多采用机械传动或液压无极传动。
数控机床进给运动采用伺服电动机——齿轮传动——滚珠丝杠副传动。
设计时应根据具体情况，以满足使用要求为原则，合理选定。
1-6怎样减少机床的振动,减少齿轮的噪声值?减少机床的振动:对来自机床外部的振源，最可靠最有效的方法是隔离振源。
对无法隔离的振源或传动链内部形成的振源，则应1)选择合理的传动形式，尽量减短传动链，减少传动件个数，即减少振动源数量。
2)提高传动链内各传动轴组件，尤其是主轴组件的刚度，提高其固有角频率。
3)大传动件应作动平衡或设置阻尼机构。
4)箱体外表面涂刷高阻尼涂层，如机床腻子等，增加阻尼比。
5)提高各部件结合面的表面精度，增强结合面的局部刚度。
减小齿轮的噪声值:1 )缩短传动链，减少传动件的个数。
2)采用小模、硬齿面齿轮，降低传动间的线速度。
3）提高齿轮的精度。
4）采用增加齿数、减小压力角或采用圆柱螺旋齿轮，增加齿轮啮合的重合度，机床齿轮的啮合度不小于1.3。
5）提高传动件的阻尼比，增加支承组件的刚度。
1-8标准公比有哪些？是根据什么确定的？数控机床分级传动的公比是否为标准值？标准公比有7个:1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2。
（1）限制最大相对速度损失Amax≤50%，因此1<φ≤2（2）为方便记忆和使用，转速数列为10进位，即相隔一定数级使转速成10倍关系，即njφ^E1=10nj，φ=E1^√10（3）转速数列为2进位，即相隔一定数级，使转速成2倍关系以便采用转速成倍数关系的双速电动机，即φ=E2^√2机床主轴的等级数列转速与数学中的等比数列是有区别的，虽然标准公比写成精度为1/100的小数，但标准公比（2除外）都是无理数，机械传动无法实现2、∛2、等传动比，尤其是1.26，∛2≈1.26≈10，但∛2≠102-1.何谓转速图中的一点三线？机床的转速图表示什么？一点三线：一点是转速点，三线是主轴转速线、传动轴线、传动线；转速图表示：主轴各转速的传递路线和转速值，各传动轴的转速数列及转速大小，各传动副的传动比的线图。
a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。
2.方案设计在满足设计任务书中设计具体要求的前提下，由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较，从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。
3.技术设计完成总体设计、部件设计、零件设计等。
4.制造及试验制造出样机、试用、修改、鉴定。
1.2常见的失效形式有哪几种？答：断裂，过量变形，表面失效，破坏正常工作条件引起的失效等几种。
1.3什么叫工作能力？计算准则是如何得出的？答：工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力。
对于载荷而言称为承载能力。
根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。
1.4标准化的重要意义是什么？答：标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少，简化生产管理过程，降低成本，保证产品的质量，缩短生产周期。
第2章摩擦、磨损及润滑概述2.1按摩擦副表面间的润滑状态，摩擦可分为哪几类？各有何特点？答：摩擦副可分为四类：干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。
干摩擦的特点是两物体间无任何润滑剂和保护膜，摩擦系数及摩擦阻力最大，磨损最严重，在接触区内出现了粘着和梨刨现象。
第15章轴承转动轴承的主要类型有哪些？各有什么特点？答：（1）深沟球轴承。
主要经受径向载荷，也能经受必然的双向轴向载荷、可用于较高转速。
（2）圆锥子轴承。
内、外圆可分离，除能经受径向载荷外，还能经受较大的单向轴向载荷。
（3）推力球轴承。
套圈可分离，经受单向轴向载荷。
极限转速低。
（4）角接触球轴承。
可用于经受径向和较大轴向载荷，α大则可经受轴向力越大。
（5）圆柱滚子轴承。
有一个套圈（内、外圈）可以分离，所以不能经受轴向载荷。
由于是线接触，所以能经受较大径向载荷。
（6）调心球轴承。
双排球，外圈内球面、球心在轴线上，偏位角大，可自动调位。
主要经受径向载荷，能经受较小的轴向载荷。
绘制下列转动轴承的结构简图，并在图上表示出轴承的受力主向：630六、N30六、7306ACJ ，3030六、51306。
答：按表中表示的简图及受力方向绘制。
转动轴承的大体额定动载荷C 与大体额定静载荷C ο在概念上有何不同，别离针对何种失效形式？答：（1）大体额定动载荷C 与大体额定静载荷C ο在概念上区别在于“动”与“静”二字的区别。
C 是指轴承在L 10（单位为106r ）时轴承能经受的最大载荷值；C ο是指在静载荷下极低速运转的轴承。
（2）C 下的失效形式为点蚀破坏；C ο下为永久塑性变形。
何谓转动轴承的大体额定寿命？何谓当量动载荷？如何计算？答：大体额定寿命是指一批同型号的轴承在相同条件下运转时，90%的轴承未发生疲劳点蚀前运转的总转教，或在恒定转速下运转的总工作小时数，别离用L 10、L 10h 表示。
当量动载荷是轴承在当量动载荷P 作用下的寿命与在实际工作载荷（径向和轴向载荷）条件下的寿命相等。
其计算方式为()P r a P f XF YF =+转动轴承失效的主要形式有哪些？计算准则是什么？答：对于一般转速的轴承（10Y /min<n <n Lim ），若是轴承的制造、保管、安装、利用等条件均良好时，轴承的主要失效形式为疲劳点蚀，因此应以疲劳强度计算为依据进行轴承的寿命计算。
机械设计（西北工业大学）作业集（第三版）答案第三章 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∞r σ所对应的循环次数为D N ，不同的材料有不同的D N 值，有时D N 很大。
为了便于材料的疲劳试验，人为地规定一个循环次数0N ，称为循环基数，所对应的极限应力r σ称为材料的疲劳极限。
∞r σ和D N 为材料所固有的性质，通常是不知道的，在设计计算时，当0N N >时，则取r rN σσ=。
3—8答：图a 中A 点为静应力，1=r 。
图b 中A 点为对称循环变应力，1-=r 。
图c 中A 点为不对称循环变应力，11<<-r 。
3—9 答：在对称循环时，σK 是试件的与零件的疲劳极限的比值；在不对称循环时，σK 是试件的与零件的极限应力幅的比值。
σK 与零件的有效应力集中系数σk 、尺寸系数σε、表面质量系数σβ和强化系数q β有关。
σK 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1m '和2m '。
但两者的失效形式也有可能不同，如图中1n '和2n '。
这是由于σK 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。
机械设计基础课后习题答案第三版课后答案(1-18章全) 完整版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机械设计概述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。
2.方案设计在满足设计任务书中设计具体要求的前提下,由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较,从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。
3.技术设计完成总体设计、部件设计、零件设计等。
4.制造及试验制造出样机、试用、修改、鉴定。
常见的失效形式有哪几种?答:断裂,过量变形,表面失效,破坏正常工作条件引起的失效等几种。
什么叫工作能力?计算准则是如何得出的?答:工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力。
对于载荷而言称为承载能力。
根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。
标准化的重要意义是什么?答:标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少,简化生产管理过程,降低成本,保证产品的质量,缩短生产周期。
第2章摩擦、磨损及润滑概述按摩擦副表面间的润滑状态,摩擦可分为哪几类?各有何特点?答:摩擦副可分为四类:干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。
干摩擦的特点是两物体间无任何润滑剂和保护膜,摩擦系数及摩擦阻力最大,磨损最严重,在接触区内出现了粘着和梨刨现象。
液体摩擦的特点是两摩擦表面不直接接触,被液体油膜完全隔开,摩擦系数极小,摩擦是在液体的分子间进行的,称为液体润滑。
班 级成 绩姓 名任课教师学 号批改日期第十五章 轴一、选择题15—1按所受载荷的性质分类，车床的主轴是 A ，自行车的前轴是 B ，连接汽车变速箱与后桥，以传递动力的轴是 C 。
A 转动心轴B 固定心轴C 传动轴D 转轴 15—2 为了提高轴的刚度，措施 B 是无效的。
A 加大阶梯轴个部分直径B 碳钢改为合金钢C 改变轴承之间的距离D 改变轴上零件位置15—3 轴上安装有过盈联接零件时，应力集中将发生在 B 。
A 轮毂中间部位B 沿轮毂两端部位C 距离轮毂端部为1/3轮毂长度处 15—4 轴直径计算公式3nPC d ≥， C 。
A 只考虑了轴的弯曲疲劳强度 B 考虑了弯曲、扭转应力的合成 C 只考虑了扭转应力D 考虑了轴的扭转刚度15—5 轴的强度计算公式22)(T M M e α+=中，α是 C 。
A 弯矩化为当量转矩的转化系数B 转矩转化成当量弯矩的转化系数C 考虑弯曲应力和扭转切应力的循环性质不同的校正系数D 强度理论的要求 15—6 轴的安全系数校核计算，应按 D 计算。
A 弯矩最大的一个截面B 弯矩和扭矩都是最大的一个截面C 应力集中最大的一个截面D 设计者认为可能不安全的一个或几个截面 15—7 轴的安全系数校核计算中，在确定许用安全系数S 时,不必考虑 A 。
A 轴的应力集中B 材料质地是否均匀C 载荷计算的精确度D 轴的重要性 15—8 对轴上零件作轴向固定，当双向轴向力都很大时，宜采用 C 。
A 过盈配合B 用紧定螺钉固定的挡圈C 轴肩—套筒D 轴肩—弹性挡圈 15—9 对轴进行表面强化处理，可以提高轴的 C 。
A 静强度B 刚度C 疲劳强度D 耐冲击性能 15—10 如阶梯轴的过渡圆角半径为r ，轴肩高度为h,上面安装一个齿轮，齿轮孔倒角为C 45°,则要求 A 。
A r<C<hB r=C=hC r>C>hD C<r<h 15—11在下列轴上轴向定位零件中， B 定位方式不产生应力集中。
1-4机床分配运动的原则是什么？传动形式如何选择？答：机床分配运动的原则：1）将运动分配给质量小的零部件；2）运动分配应有利于提高工件的加工精度；3）运动分配应有利于提高运动部件的刚度；4）运动分配应视工件形状而定。
传动形式如何选择：机床传动的形式有机械传动、液压传动等。
机械传动靠滑移齿轮变速，变速级数一般少于30级，传动功率大，变速范围较广，传动比准确，工作可靠，广泛用于通用机床中，尤其是中小型机床中。
缺点是有相对转速损失，工作中不能变速。
液压无极变速传动平稳，运动换向冲击小，易于实现直线运动，适用于刨床、拉床、大型矩台平面磨床等机床的主运动中。
机床进给运动的传动多采用机械传动或液压无极传动。
数控机床进给运动采用伺服电动机——齿轮传动——滚珠丝杠副传动。
设计时应根据具体情况，以满足使用要求为原则，合理选定。
1-6怎样减少机床的振动,减少齿轮的噪声值?减少机床的振动:对来自机床外部的振源，最可靠最有效的方法是隔离振源。
对无法隔离的振源或传动链内部形成的振源，则应1)选择合理的传动形式，尽量减短传动链，减少传动件个数，即减少振动源数量。
2)提高传动链内各传动轴组件，尤其是主轴组件的刚度，提高其固有角频率。
3)大传动件应作动平衡或设置阻尼机构。
4)箱体外表面涂刷高阻尼涂层，如机床腻子等，增加阻尼比。
5)提高各部件结合面的表面精度，增强结合面的局部刚度。
减小齿轮的噪声值:1 )缩短传动链，减少传动件的个数。
2)采用小模、硬齿面齿轮，降低传动间的线速度。
3）提高齿轮的精度。
4）采用增加齿数、减小压力角或采用圆柱螺旋齿轮，增加齿轮啮合的重合度，机床齿轮的啮合度不小于1.3。
5）提高传动件的阻尼比，增加支承组件的刚度。
1-8标准公比有哪些？是根据什么确定的？数控机床分级传动的公比是否为标准值？标准公比有7个:1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2。
（1）限制最大相对速度损失Amax≤50%，因此1<φ≤2（2）为方便记忆和使用，转速数列为10进位，即相隔一定数级使转速成10倍关系，即njφ^E1=10nj，φ=E1^√10（3）转速数列为2进位，即相隔一定数级，使转速成2倍关系以便采用转速成倍数关系的双速电动机，即φ=E2^√2机床主轴的等级数列转速与数学中的等比数列是有区别的，虽然标准公比写成精度为1/100的小数，但标准公比（2除外）都是无理数，机械传动无法实现 、等传动比，尤其是1.26，，但，因而主轴转速数列的公比是近似的。
第十五章 轴
15—1 （2）；15—2 （3）；15—3 （2）； 15—4 （3） ； 15－5（略） 15－6（略） 15－7答：
扭转强度条件用于仅（主要）承受扭矩的传动轴的计算，也用于转轴结构设计时的初步估算轴径。
弯扭合成强度条件用于转轴的强度校核计算。
疲劳强度条件用于校核计算变应力情况下轴的安全程度。
静强度条件用于校核计算轴对塑性变形的抵抗能力。
15－8答：
按弯扭合成强度校核轴时，危险截面应选在弯曲应力和扭转切应力大的截面，考虑的因素主要是轴上的弯矩、扭矩和轴径。
按疲劳强度校核轴时，危险截面应选在弯曲应力和扭转切应力较大且应力集中系数大的截面，考虑的因素除了轴上的弯矩、扭矩和轴径外，还应考虑综合影响系数的影响。
15－9答：
对于瞬时过载很大的轴，或应力循环的不对称性较为严重的轴，会由于静强度不足而发生塑性变形，对于这种轴应进行静强度条件校核计算。
在静强度计算时不需要考虑应力集中等因素的影响。
15－10答：
可采取的措施有：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。
15－11答：
轴在引起共振时的转速称为临界转速，轴的横向振动临界转速大小与轴的刚度k 和轴的质量m 有关。
15－12答：
工作转速低于一阶临界转速的轴称为刚性轴，超过一阶临界转速的轴称为挠性轴。
设计高速运转的轴时，应使其工作转速避开各阶临界转速。
15—13 解：
1．按扭转强度条件计算
轴的材料为40Cr ，查表15-3，112~970=A 。
由公式（15-2），轴的直径
mm 5.59~5.5180
12
)112~97(3
3
==≥n
P
A d 2．按扭转刚度条件计算
钢材的MPa 101.84
⨯=G ，圆轴的324
d I p π=
，轴上的扭矩n
P
T 9550
=，由公式（15-15），轴的扭转角 4
7
4
43
44441003.180101.810
123295501073.53295501073.51073.5d d d Gn P
GI T
P ⨯=
⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯
⨯=⨯⨯
⨯=⨯=ππϕ
将ϕ值代入公式（15-17），可解得轴的直径
mm 4.675
.01003.1]
[1003.17
4
7
4
=⨯=⨯≥
ϕd
从计算结果可知，按扭转刚度条件计算出的轴径较大。
15—14 解：
查表15-4，实心轴的扭转模量16
31d W T π=
，空心轴的扭转模量])(
1[16
4
130
2d d d W T -=
π。
两轴扭转强度相等的条件为21T T W W =，即
])(
1[16
16
4
130
3
d d d d -=
ππ。
从上式中可解出内径1d 。
mm 6.63)85
75(
185)(13
4
304
1=-⨯
=-=d d
d d
%
5.43%10075)
6.6385(75%100)
(2
2222
212
02=⨯--=
⨯--d d d d
空心轴比实心轴减轻重量43.5%。
15—15 解：
1．计算小锥齿轮轴的支反力
0601201=+t NHA F F ； 01801201=-t NHB F F ； 2/111m a a d F M =
06012011=-+a r NVA M F F ； 018012011=+-a r NVB M F F
解得：N 2500-=NHA F ，N 7500=NHB F ，N 507-=NVA F ，N 2197-=NVB F ，N.m 6.40N.mm 405601==a M 。
2．计算小锥齿轮轴的弯矩和扭矩
-300N.m N.mm 300000)2500(120120=-=-⨯==NHA HB F M
-60.8N.m N.mm 60840)570(120120=-=-⨯==NVA VB F M
306.1N.m N.mm 30610760840300000222
2==+=+=VB HB B M M M
300N.m N.mm 3000002
120
5000211
==⨯==m t d F T
题解15—15图
15—16 解：
1．计算中间轴的支反力。
