机械设计基础-第9章-轴和联轴器

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。

第七章1．轮系的分类依据是什么？轮系在运转过程中各轮几何轴线在空间的相对位置关系是否变动2．怎样计算定轴轮系的传动比？如何确定从动轮的转向？定轴轮系的传动比等于组成轮系的各对齿轮传动比的连乘积，也等于从动轮齿数的连乘积与主动轮齿数的连乘积之比。

对于首末两轮的轴线相平行的轮系，其转向关系用正、负号表示。

还可用画箭头的方法来确定齿轮的转向3．定轴轮系和周转轮系的区别有哪些?定轴轮系是指在轮系运转过程中，各个齿轮的轴线相对于机架的位置都是固定的。

周转轮系是指在轮系运转过程中，其中至少有1个齿轮轴线的位置不固定，而是绕着其他齿轮的固定轴线回转4．怎样求混合轮系的传动比？分解混合轮系的关键是什么？如何划分？在计算复合轮系时，首要的问题是必须正确地将轮系中的各组成部分加以划分。

而正确划分的关键是要把其中的周转轮系部分找出来。

周转轮系的特点是具有行星轮和行星架，所以要找到轮系中的行星轮，然后找出行星架（行星架往往是由轮系中具有其他功用的构件所兼任）。

每一行星架，连同行星架上的行星轮和行星轮相啮合的太阳轮就组成一个基本的周转轮系，当周转轮系一一找出之后，剩下的便是定轴轮系部分了5．轮系的设计应从哪些方面考虑?考虑机构的外廓尺寸、效率、重量、成本等。

根据工作要求和使用场合合理地设计对应的轮系。

6．如图7-32所示为一蜗杆传动的定轴轮系，已知蜗杆转速n 1 = 750 r/min ，z 1 = 3，z 2 = 60，z 3 = 18，z 4 = 27，z 5 = 20，z 6 = 50。

试用画箭头的方法确定z 6的转向，并计算其转速。

答：齿轮方向向左，n6=75r/min7．如图7-33示为一大传动比的减速器，z 1 = 100，z 2 = 101，z 2 = 100，z 3 = 99。

求：输入件H 对输出件1的传动比i H1。

图7-32 蜗杆传动的定轴轮系 图7-33 减速器 答：100001 H i8．如图7-34所示为卷扬机传动示意图，悬挂重物G 的钢丝绳绕在鼓轮5上，鼓轮5与蜗轮4连接在一起。

机械设计基础（第五版）课后习题答案(完整版)高等教育出版社杨可竺、程光蕴、李仲生主编9-1答退火：将钢加热到一定温度，并保温到一定时间后，随炉缓慢冷却的热处理方法。

主要用来消除内应力、降低硬度，便于切削。

正火：将钢加热到一定温度，保温一定时间后，空冷或风冷的热处理方法。

可消除内应力，降低硬度，便于切削加工；对一般零件，也可作为最终热处理，提高材料的机械性能。

淬火：将钢加热到一定温度，保温一定时间后，浸入到淬火介质中快速冷却的热处理方法。

可提高材料的硬度和耐磨性，但存在很大的内应力，脆性也相应增加。

淬火后一般需回火。

淬火还可提高其抗腐蚀性。

调质：淬火后加高温回火的热处理方法。

可获得强度、硬度、塑性、韧性等均较好的综合力学性能，广泛应用于较为重要的零件设计中。

表面淬火：迅速将零件表面加热到淬火温度后立即喷水冷却，使工件表层淬火的热处理方法。

主要用于中碳钢或中碳合金钢，以提高表层硬度和耐磨性，同时疲劳强度和冲击韧性都有所提高。

渗碳淬火：将工件放入渗碳介质中加热，并保温一定时间，使介质中的碳渗入到钢件中的热处理方法。

适合于低碳钢或低碳合金钢，可提高表层硬度和耐磨性，而仍保留芯部的韧性和高塑性。

9-2解见下表9-3解查教材表9-1，Q235的屈服极限查手册GB706-88标准，14号热轧工字钢的截面面积则拉断时所所的最小拉力为9-4解查教材表9-1，45钢的屈服极限许用应力把夹紧力向截面中心转化，则有拉力和弯距截面面积抗弯截面模量则最大夹紧力应力分布图如图所示图9.3 题9-4解图9-5解查手册，查手册退刀槽宽度，沟槽直径，过渡圆角半径，尾部倒角设所用螺栓为标准六角头螺栓，对于的螺栓，最小中心距，螺栓轴线与箱壁的最小距离。

9-6解查手册，当圆轴时，平键的断面尺寸为且轴上键槽尺寸、轮毂键槽尺寸。

图9.5 题9-6解图9-7解（1）取横梁作为示力体，当位于支承右侧处时由得由得由得由得（2）横梁弯矩图图9.7 题9-7解图（3）横梁上铆钉组的载荷力矩水平分力垂直分力9-8解水平分力在每个铆钉上产生的载荷垂直分力在每个铆钉上产生的载荷力矩在每个铆钉上产生的载荷各力在铆钉上的方向见图所示图9.9 题9-8解图根据力的合成可知，铆钉1的载荷最大9-9解铆钉所受最大载荷校核剪切强度校核挤压强度均合适。

教学目地：1熟悉联轴器的类型、特点、应用和选择2了解离合器的类型和应用3了解制动器的类型和应用教学重点：1常用联轴器的特点和选择2常用离合器的类型和工作原理教学难点：常用联轴器的选择和标注第十三章联轴器和离合器和制动器联轴器和离合器是机械传动中的重要部件。

联轴器和离合器可联接主、从动轴，使其一同回转并传递扭矩，有时也可用作安全装置。

联轴器联接的分与合只能在停机时进行，而离合器联接的分与合可随时进行。

如图13-1、图13-2所示为联轴器和离合器应用实例。

1-电动机2、5-联轴器3-制动器4-减速器6-卷筒7-轴承8-机架图13-2图13-1图13-1所示为电动绞车，电动机输出轴与减速器输入轴之间用联轴器联接，减速器输出轴与卷筒之间同样用联轴器联接来传递运动和扭矩。

图13-2所示为自动车床转塔刀架上用于控制转位的离合器。

联轴器和离合器的类型很多，其中多数已标准化，设计选择时可根据工作要求，查阅有关手册、样本，选择合适的类型，必要时对其中主要零件进行强度校核。

13.1联轴器13.1.1 联轴器的性能要求联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后变形、温度变化和轴承磨损等原因，不能保证严格对中，使两轴线之间出现相对位移，如图13-3所示，如果联轴器对各种位移没有补偿能力，工作中将会产生附加动载荷，使工作情况恶化。

因此，要求联轴器具有补偿一定范围内两轴线相对位移量的能力。

对于经常负载启动或工作载荷变化的场合，要求联轴器中具有起缓冲、减振作用的弹性元件，以保护原动机和工作机不受或少受损伤。

同时还要求联轴器安全、可靠，有足够的强度和使用寿命。

a）b）c）d）a）轴向位移b）径向位移c）角度位移d）综合位移图13-313.1.2 联轴器的分类联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类。

刚性联轴器不具有缓冲性和补偿两轴线相对位移的能力，要求两轴严格对中，但此类联轴器结构简单，制造成本较低，装拆、维护方便，能保证两轴有较高的对中性，传递转矩较大，应用广泛。

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。

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。

1345 22-2 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。

4351 2解答：原机构自由度F=33- 2 4-1 = 0，不合理，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=37-2 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=35-2 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=34-2 5-1=1 A 处存在复合铰链b) n=6; P l =7; P h =3，F=36-2 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=37-2 10 = 1 C 处存在复合铰链。

b) n=7; P l =10; P h =0，F=37-2 10 = 1BDECAc) n=3; P l =3; P h =2，F=33 -2 3-2 = 1 D 处存在局部自由度。

d) n=4; P l =5; P h =1，F=34 -2 5-1 = 1A BCDEFGG'HA BDCEFGHIJe) n=6; P l=8; P h=1，F=36 -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》习题解答目录第0章绪论-------------------------------------------------------------------1 第一章平面机构运动简图及其自由度----------------------------------2 第二章平面连杆机构---------------------------------------------------------4 第三章凸轮机构-------------------------------------------------------------6 第四章齿轮机构------------------------------------------------------- -----8 第五章轮系及其设计------------------------------------------------------19 第六章间歇运动机构------------------------------------------------------26 第七章机械的调速与平衡------------------------------------------------29 第八章带传动---------------------------------------------------------------34 第九章链传动---------------------------------------------------------------38 第十章联接------------------------------------------------------------------42 第十一章轴------------------------------------------------------------------46 第十二章滚动轴承--------------------------------------------------50第十三章滑动轴承------------------------------------------------ 56第十四章联轴器和离合器-------------------------- 59第十五章弹簧------------------------------------62第十六章机械传动系统的设计----------------------65第0章绪论12-3机器的特征是什么？机器和机构有何区别？[解] 1）都是许多人为实物的组合；2）实物之间具有确定的相对运动；3）能完成有用的机械功能或转换机械能。

第17章 联轴器、离合器和制动器17.1 复习笔记联轴器和离合器主要用于轴与轴之间的连接，使它们一起回转并传递转矩。

用联轴器连接的两轴在机器运转时不能分离，停止时才能分离。

用离合器连接的两轴在运转中就能方便地分离和接合。

制动器是用来降低机械运转速度或迫使机械停止运转的装置。

目前，联轴器、离合器大都已经标准化，其选择过程如下：（1）计算转矩－由于机器起动时的惯性力和工作中可能出现的过载现象，计算转矩的计算公式为c A T K T =式中，T 为公称转矩，N ·m ；K A 为工作情况系数。

（2）确定型号根据轴径、计算转矩T c 、转速n 及所选的类型，按照公式c n T T ≤，p n n ≤从标准中选定合适的型号。

（3）必要时应对其中某些零件进行校核验算。

一、联轴器的种类和特性 1．刚性联轴器（1）固定式刚性联轴器固定式刚性联轴器中应用最广的是凸缘联轴器。

它是用螺栓连接两个半联轴器的凸缘，从而实规两轴的连接。

螺栓可以用普通螺栓，也可以用铰制孔螺栓。

如图17-1所示，这种联轴器主要有普通凸缘联轴器，如图17-1（a ）所示和有对中榫的凸缘联轴器，如图17-1（b ）所示两种结构形式。

（a ） （b ）图17-1凸缘联轴器的结构简单，使用方便，可传递的转矩较大，但不能缓冲减振。

常用于载荷较平稳的两轴连接。

（2）可移式刚性联轴器可移式刚性联轴器的组成零件间构成动连接，具有某一方向或几个方向的活动度，因此能补偿两轴的相对位移。

常见的可移式刚性联轴器有以下3种。

①齿式联轴器：由于是多齿接触，因此承载能力大，能传递很大的转矩以及补偿适量的综合位移，常用于重型机械中。

但是，当传递巨大的转矩时，齿间的压力也随着增大，使联轴器的灵活性降低，且其结构笨重，造价较高。

②十字滑块联轴器：可补偿安装及运转时两轴间的相对位移。

但由于两轴线不对中，转速较高时，将产生较大的离心力，并带有附加动载荷，因此只适用于低速，且轴的转速一般不超过300 r/min的场合。

一、填空题（每空1．2．3．4．得到双曲柄机构。

5．6．7．8．9．10．的胶合破坏。

二．选择题（1A.2.A .角。

3ABCD4.A. 好B. 差C. 相同5.A．基圆半径r0越大，压力角α就越大; B．基圆半径r0越小，压力角α就越大;C．滚子半径r b越小，压力角α就越小; D．滚子半径r b越大，压力角α就越小6. 斜齿圆柱齿轮的法面模数m n与端面模数m t的关系式，应该是_____C________A．m n=m t sinβB. m n=m t/cosβC．m n=m t cosβ D. m n=m t cosα7. 带传动是依靠B 来传递运动和功率的。

A. 带与带轮接触面之间的正压力B. 带与带轮接触面之间的摩擦力C. 带的紧边拉力D. 带的松边拉力8. 在B情况下，滑动轴承润滑油的粘度不应选得较高。

A. 重载B. 高速C. 工作温度高D. 承受变载荷或振动冲击载荷9. 根据轴的承载情况，A的轴称为转轴。

A．既承受弯矩又承受转矩B．只承受弯矩不承受转矩C．不承受弯矩只承受转矩D．承受较大轴向载荷10. 在蜗杆传动中，当其他条件相同时，增加蜗杆直径系数q，将使传动效率C。

A. 提高B. 减小C.不变D. 增大也可能减小三、简答题( 共5小题，共20分)1．计算所示机构的自由度（若有复合铰链，局部自由度或虚约束应明确指出），图中画有箭头的构件为原动件。

F＝6X3－2X8－1＝12．简述齿轮产生根切的原因及防止措施。

齿轮产生根切的原因是由于范成加工时刀具的齿顶圆超过轮坯的啮合极限点，把渐开线轮廓切掉一部分。

防止措施：增大齿数；采取正变位。

3．带和带轮的摩擦系数、包角与有效拉力的关系。

摩擦系数、包角增大，有效拉力增大。

其最大有效拉力满足欧拉公式。

4．滑动轴承的摩擦状态有哪几种？何为动压润滑和静压润滑？滑动轴承的摩擦状态有：干摩擦、液体摩擦和边界摩擦和混合摩擦。

自动形成油膜的液体摩擦称为动压润滑；靠外界压力形成油膜的称为静压润滑。

一级圆柱斜齿轮减速器系部：机电工程系班级：设计者：学号：指导老师：日期：目录设计任务书……………………………………………………一、传动方案拟定 (3)二、电动机的选择 (3)三、计算总传动比及分配各级的传动比 (5)四、运动参数及动力参数的计算 (6)五、传动零件的设计计算 (7)六、轴的设计的计算 (13)七、滚动轴承的选择和校核计算 (24)八、键联接的选择及校核计算 (28)九、联轴器的选择计算 (29)十、参考文献 (30)一、传动方案拟定(1) 工作条件：设备由电动机驱动，要求传动装置结构力求紧凑，两班制连续工作，单向运转，空载起动，工作载荷变化小，使用期限8年(每年按300个工作日计算),运输机卷筒转速容许误差±5%，卷筒效率ηw=0.96。

(2) 原始数据：卷筒阻力矩T=450N/m;卷筒转速=115r/min。

运动简图：二、电动机的选择1、电动机类型和结构形式的选择：选用卧式封闭式Y系列三相异步电动机2、电动机功率的选择(1)卷筒输出功率P W T=450N/m n w=115r/mi n P w=5.4KwKw n T P w w 4.595501154509550=⨯=⨯=由表7.1查得V 带传动、滚动轴承、齿轮传动、联轴器的效率分别为：,99.0,98.0,99.0,96.0====L c z ηηηη则传动总效率η89.096.099.098.099.096.0=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=w L c z v ηηηηηηKw P p w d 1.689.04.5==='η按表7.15查得电动机额定功率为P d 5.7=（3） 电动机转速的选择 卷筒轴工作转速：min /115r n W =按课程设计任务书推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围5~3=a I 。

取V 带传动比4~20=I ，则总传动比合理范围为20~6='aI 。

故电动机转速可选范围为min /2300~690115)20~6(r n I n w a d =⨯=⨯'=。