机械设计习题 第十五章

第十五章 一、填空题1．＿不承受弯矩，只承受转矩＿ ＿传动轴＿ ＿只承受弯矩，而不承受转矩＿ ＿既承受弯矩，又承受转矩＿＿ ＿转轴＿ ＿转动心轴＿ ＿固定心轴＿ 2．＿曲轴 ＿直轴＿ ＿汽油机主轴＿ ＿变速箱轴＿3． 碳钢 合金钢 淬火 、 渗碳 和＿氮化＿ 喷丸或滚压 4． 键 销 过盈配合及型面联接 5．＿轴肩＿ ＿套筒＿ ＿圆螺母＿＿二、选择题1． D 2．A 3．B 4．B 5．B 6．B 7．C 8. D 9. A 10. C 三、计算题： ⑴N mz T F t 100050002.05022=⨯⨯==N tg tg F F o t r 9702.363201000=⨯=⋅=α ⑵经计算N F NH 5001= N F NH 5002=N F NV 9851.1811=N F NV 9851.1812=两平面弯矩图及合成弯矩图，转矩图如右 ⑶显然，弯曲应力为对称循环变应力MPa W M b 5134.81025002836.219=⨯==-σ 故MPa m 0=σ，而MPa a 5134.8=σ ⑷显然，扭转剪应力为静应力MPa W T T T 11050000509=⨯==-τ 故MPa m 1=σ，而MPa a 0=σ四、结构改错：1．用编号指出下图中的错误, 并作简单说明，提出修改意见。

（轴承采用脂润滑）1）两个平键应布置在同一母线上；2）贯通轴承端盖孔与轴接触；3）贯通端盖孔无密封装置；4）贯通端盖应减少螺栓支承的加工表面；5）贯通端盖安装螺栓处应设置为通孔；6）钢衬套安装螺栓处应设置为通孔；7）箱体应设置完整的加工螺纹孔；8）箱体孔要求减少加工表面（与钢衬套配合面）；9）钢衬套要求减少外加工表面（与箱体配合面）；10）钢衬套要求减少内加工表面（与轴承配合面）11）两轴承间轴段应增加轴径，减少轴承接触的加工表面，并给轴以轴向定位；12）右轴承无法拆卸，应扩大钢衬套右孔直径；13）去处右端套筒，以避免过定位；（或增加右套筒长度）14）减少右端轴段长度，避免过定位；15）轴承内直径配合不当，应改为定义轴段公差。

15-1答滑动轴承按摩擦状态分为两种：液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承。

液体摩擦滑动轴承：两摩擦表面完全被液体层隔开，摩擦性质取决于液体分子间的粘性阻力。

根据油
膜形成机理的不同可分为液体动压轴承和液体静压轴承。

非液体摩擦滑动轴承：两摩擦表面处于边界摩擦或混合摩擦状态，两表面间有润滑油，但不足以将两
表面完全隔离，其微观凸峰之间仍相互搓削而产生磨损。

15-2解（ 1）求滑动轴承上的径向载荷
（ 2）求轴瓦宽度
（ 3）查许用值
查教材表 15-1，锡青铜的，
（ 4）验算压强
（ 5）验算值
15-3解（1）查许用值
查教材表 15-1，铸锡青铜ZCuSn10P1的，
（ 2）由压强确定的径向载荷
由得
（ 3）由值确定的径向载荷
得
轴承的主要承载能力由值确定，其最大径向载荷为。

15-4解（ 1）求压强
（ 5）求值
查表 15-1，可选用铸铝青铜ZCuAl10Fe3 ，
15-5证明液体内部摩擦切应力、液体动力粘度、和速度梯度之间有如下关系：
轴颈的线速度为，半径间隙为，则
速度梯度为
磨擦阻力
摩擦阻力矩
将、代入上式。

班 级成 绩姓 名任课教师学 号批改日期第十三章 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 。

《机械工程基础》机械设计部分习题集第十五章 常用机构15-1绘出图示机构的机构运动简图，并计算机构自由度。

15-2计算下列机构的自由度，并指出何处为复合铰链、局部自由度和虚约束。

a ) 卿筒机构b ) 回转柱塞泵c ) 小型压力机d ) 偏心轮机构15-3试根据图中注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是何种机构？四种机构的原动件均为AB 杆。

15-4试说明何为曲柄摇杆机构的急回特性和死点位置？并举例说明其应用场合。

15-5说明何为凸轮机构的刚性冲击和柔性冲击以及避免的方法？a ) 平炉渣口堵塞机构 e ) 锯木机机构 d ) 大筛机构b ) 加药泵机构c ) 测量仪表机构 f ) 冲压机构 a ) c )d ) b )A B C D A B CD AB C D A B C D15-6试比较正常齿制的标准直齿圆柱齿轮的基圆和齿根圆在什么条件下基圆大？什么条件下齿根圆大？15-7已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮的传动比为i12=2.5，z1=40，m=3mm，α=20º，h a*=1.0，试求：1）齿轮2的齿数z2和中心距a；2）这对齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径以及分度圆上的曲率半径；3）两个齿轮的齿厚、齿槽宽、齿距和基圆齿距。

15-8已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮的模数m=4mm，z1=20，z2=50，试求：1）在标准安装情况下，这对齿轮的分度圆直径、基圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径以及这些圆上的曲率半径和压力角；2）若实际安装中心距扩大2mm，问这对齿轮还能否正确传动？若能，则求这对齿轮的分度圆、基圆、节圆直径以及啮合角α'。

15-9如图所示，用卡尺跨三个齿测量渐开线直齿圆柱齿轮的公法线长度，试证明：只要保证卡脚与渐开线相切，无论切于何处，测量结果都相同，且值为W3=2p b+s b（式中，p b和s b分别为基圆齿距和基圆齿厚）。

第十六章机械的调速与平衡16-l机械在何种情况下会出现周期性速度波动？它有何危害？如何调节？16-2何谓机器运转的“平均角速度”和“不均匀系数”？在设计飞轮时是否选取越小的不均匀系数越好了为什么？16-3为了减轻飞轮的重量，飞轮最好安装在何处？为什么？举出你看到的安装飞轮的机器，并说明飞轮在机器运转时所起的作用？16-4何谓静平衡？何谓动平衡？满足动平衡的回转件是否一定满足静平衡？反之亦然吗？16-5举例说明常用的动、静平衡实验设备。

15.1 弹簧主要有哪些功能？试举例说明。

答：弹簧的主要功能有（1）缓冲和减振，如车辆中的缓冲弹簧、联轴器中的吸振弹簧；（2）控制运动，如内燃机中的阀门弹簧、离合器中的控制弹簧；（3）储蓄能量，如钟表中的弹簧；（4）测力，如测力器和弹簧秤中的弹簧等。

15.2 分析图示自行车，它采用了那些弹性连接？采用这些连接有什么优点？
答：采用了弹簧、油压减震器。

主要有点就是减振。

15.3 查找资料，写出有关“空气弹簧”结构及工作原理的调研报告。

参考：
空气弹簧是在一个密封的容器中充入压缩空气，使腔体内的压力高于大气压的几倍或者几十倍，利用气体可压缩性实现其弹性作用。

空气弹簧具有较理想的非线性弹性特性，加装高度调节装置后，车身高度不随载荷增减而变化，弹簧刚度可设计得较低，乘坐舒适性好。

但空气弹簧悬架结构复杂、制造成本高。

空气弹簧按气囊的结构型式可分成囊式、膜式和复合式三种。

通常在初始状态下，空气弹簧充气到规定压力，当载荷发生变化时，在高度
题15.2图 山地自行车
调整阀的配合下，自动调整空气弹簧内的气压与之适应，以维持车体高度不发生变化。

如车体静载荷增加时，车体高度降低，高度控制阀控制向空气弹簧充气，空气弹簧内气压升高，使车体恢复到原来平衡的高度。

15—4 一牵曳钩用2个M10的普通螺钉固定于机体上，如图所示。

已知接合面间的摩擦系数f=0.15，螺栓材料为Q235、强度级别为4.6级，装配时控制预紧力，试求螺栓组连接允许的最大牵引力。

解题分析：本题是螺栓组受横向载荷作用的典型例子．它是靠普通螺栓拧紧后在接合面间产生的摩擦力来传递横向外载荷F R 。

解题时，要先求出螺栓组所受的预紧力，然后，以连接的接合面不滑移作为计算准则，根据接合面的静力平衡条件反推出外载荷F R 。

题15—4图解题要点：（1）求预紧力F ′：由螺栓强度级别4.6级知σS =240MPa ，查教材表11—5（a ），取S=1.35，则许用拉应力： [σ]= σS /S =240/1.35 MPa=178 MPa ， 查（GB196—86）M10螺纹小径d 1=8.376mm由教材式（11—13）： 1.3F ′/（πd 21/4）≤[σ] MPa 得：F ′=[σ]πd 21/（4×1.3）=178 ×π×8.3762/5.2 N =7535 N （2） 求牵引力F R ：由式（11—25）得F R =F ′fzm/K f =7535×0.15×2×1/1.2N=1883.8 N （取K f =1.2）分析与思考：（1）常用螺纹按牙型分为哪几种？各有何特点？各适用于什么场合？连接螺纹用什么牙型？传动螺纹主要用哪些牙型？为什么？答：根据牙型，螺纹可以分为三角形、矩形、梯形、锯齿形等。

选用时要根据螺纹连接的工作要求，主要从螺纹连接的效率和自锁条件两个方面考虑，结合各种螺纹的牙形特点。

例如三角形螺纹，由于它的牙形角α较大，当量摩擦角υρ也较大（βρυυcos arctan arctan ff ==），分析螺纹的效率()υρη+ψψ=tan tan 和自锁条件 Ψυρ≤，可知三角形螺纹效率较低，但自锁条件较好，因此用于连接。