机械设计基础课后习题答案

机械设计基础课后习题答案

2-4 机构具有确定运动的条件是什么？

（1）机构⾃由度>0（2）原动件数=机构⾃由度数

2-6 计算⾃由度（a）(c)

(a)F=3N-2PL-PH=3*7-2*4-3=10 (b)F=3N-2PL-PH=3*9-2*12-2=1

3-1 铰链四杆机构有哪些基本性质？如何判断它是否具有曲柄？

基本性质：急回特性、死点位置

曲柄存在的条件：（1）最短杆与最长杆的长度之和⼩于等于其他两杆长度之和。（2）连架杆或机架之⼀为最短杆。

3-3 已知铰链四杆机构各杆杆长分别为：a = 40 mm，b = 79 mm，c = 90 mm，d = 110 mm，各杆按字母顺序布置。试问分别取不同杆为机架时，各获得何种机构？

3-4 如何判断机构有⽆急回运动？K = 1的铰链四杆机构的结构特征是什么？

判定机构是否有急回运动关键取决于极位夹⾓，当曲柄摇杆机构在运动过程中出现极位夹⾓θ时，机构便具有急回运动特性。θ⾓愈⼤，K值愈⼤，机构的急回运动性质也愈显著。

K = 1的铰链四杆机构的结构特征是主动曲柄与连杆拉直共线和重叠共线两处位置重合。

4-2 凸轮机构常⽤的四种从动件运动规律中，哪种运动规律有刚性冲击？哪些运动规律有柔性冲击？哪种运动规律没有冲击？

匀速运动规律有刚性冲击；等加速度、等减速度和余弦加速度运动规律有柔性冲击；正弦加速度运动规律没有冲击。

4-6 图⽰⼀偏置直动从动件盘形凸轮机构，凸轮以C点为中⼼，题4-6图画出轮廓上D点与尖顶接触时的压⼒⾓的位置和⼤⼩。

5-1 齿轮传动的最基本要求是什么？齿廓的形状符合什么条件才能满⾜上述要求？

基本要求是：传动⽐恒定。

齿廓的形状是：渐开线形、摆线形、圆弧齿时满⾜上述要求。（齿廓的形状必须满⾜不论轮齿齿廓在任何位置接触，过触点所做齿廓的公法线均须通过节点。）

5-2 简单叙述齿廓啮合基本定律。

互相啮合传动的⼀对齿轮，任意瞬间的传动⽐，都与其连⼼线被其啮合齿廓的接触处的公法线分成的两线段成反⽐。

5-3 分度圆和节圆，压⼒⾓和啮合⾓有何区别？

分度圆：为了便于齿廓各部分尺⼨的计算,在齿轮上选择⼀个圆作为计算的基准,该圆称为齿轮的分度圆. (标准齿轮分度圆与节圆重合且s=e) 标准化的齿轮上压⼒⾓和模数均为标准值的圆称为分度圆.。

节圆：通过节点的两圆具有相同的圆周速度，他们之间作纯滚动，这两圆称为齿轮的节圆。分度圆、节圆区别：分度圆是齿轮铸造成⽴后本⾝具有的，⽽节圆是在两齿轮运动啮合时根据其速度⽽确定出来的。

压⼒⾓：渐开线上任⼀点法向压⼒的⽅向线（即渐开线在该点的法线）和该点速度⽅向之间的夹⾓称为该点的压⼒⾓。

啮合⾓：过节点的两节圆的公切线，与两齿廓公法线间的夹⾓。压⼒⾓、啮合⾓区别：选取点的不同，压⼒⾓的⼤⼩也就不同；⽽只要两齿轮的⼤⼩确定，则其啮合⾓也就随确定。5-5 某直齿圆柱齿轮传动的⼩齿轮已丢失，但已知与之相配的⼤齿轮为标准齿轮，其齿数Z2=52，齿顶圆直径d a2=135mm，标准安装中⼼距a=112.5mm。试求丢失的⼩齿轮的齿数、模数、分度圆直径、齿顶圆直径，齿根圆直径。

5-7 当α=20o的正常齿渐开线标准齿圆柱齿轮的齿根圆和基圆相重合时，其齿数应为多少？⼜若齿数⼤于求出的数值，则基圆和齿根圆哪⼀个⼤？

5-10 齿轮的失效形式有哪些？闭式和开式传动的失效形式有哪些不同？

失效形式有：（1）轮齿折断（2）齿⾯胶合（3）齿⾯磨粒磨损（4）齿⾯点蚀（5）

塑性变形开式传动和闭式传动的失效形式不完全相同：其中磨损和疲劳破坏主要为开式齿轮传动的失效形式；⽽齿⾯点蚀和折断主要为闭式齿轮传动的失效形式。

5-13 齿轮强度设计准则是如何确定的？

齿轮强度设计准则的确定是根椐齿轮传动的⼯作⽅式，齿轮的材料、硬度、失效形式来定的。对闭式传动中的软齿⾯齿轮（HBS<=350）主要失效形式为点蚀，应按接触强度确定主要参数，按弯曲强度校核齿根弯曲强度。若为硬齿⾯（HBS>350）主要失效形式为断齿，应按弯曲强度确定主要参数，然后按接触强度校核齿⾯接触强度。对于开式传动，因为主要失效形式是磨损和断齿，按弯曲强度进⾏设计。不必按接触强度校核，固开式传动不会发⽣点蚀。5-14 齿形系数Y FS与什么参数有关？

齿形系数YF与系数z有关。z⼩YF⼤。

5-15为何要使⼩齿轮⽐配对⼤齿轮宽（5-10）mm？

为了保证齿轮传动的接触宽度，以防由于制造、安装的误差造成接触宽度不够，因宽度和强度有关。由于⼩齿轮直径⼩，增加齿宽（5~10）mm较为适宜，保证接触宽度b。

5-16 斜齿轮的当量齿轮是如何作出的？其当量齿数z v在强度计算中有何⽤处？

斜齿轮的当量系数应⼒校正系数时按当量齿数查取。值的⼤⼩有关。在强度计算中确定齿形

系数与

5-20 图5-76为⼆级斜齿圆柱齿轮减速器。已知：齿轮1的螺旋线⽅向和轴III的转向，齿轮2的参数m n=3mm，z2=57，β2=14o；齿轮3的参数m n=5mm，z3=21。试求：

（1）为使轴II所受的轴向⼒最⼩，齿轮3应选取的螺旋线⽅向，并在图b上标出齿轮2和齿轮3的螺旋线⽅向；

（2）在图5-76(b)上标出齿轮2、3所受各分⼒的⽅向；

5-22 图5-78为直齿锥齿轮--斜齿圆柱齿轮减速器，齿轮1主动，转向如图5-78所⽰。锥齿轮的参数为m n=2mm，z1=20，z2=40，ψR=0.3；斜齿圆柱齿轮的参数为mn=3mm，z3=20，z4=60。试求：

（1）画出各轴的转向。（2）为使轴II所受的轴向⼒最⼩，标出齿轮3、4的螺旋线⽅向。

（3）画出轴II上齿轮2、3所受各⼒的⽅向。

5-32 在如图5-79所⽰的蜗杆传动中，蜗杆为主动件。试在图上标出蜗杆（或蜗轮）的转向，蜗轮的螺旋线⽅向，蜗杆、蜗轮所受各分⼒的⽅向。

7-1 什么是弹性滑动和打滑？对带传动分别有什么影响？

产⽣：带传动中，由于⽪带的弹性引起的带与带轮之间的相对滑动产⽣。

产⽣：输送带正常运转时，带速不低于辊筒转速的95%。如果辊筒与输送带的摩擦⼒不够，输送带就容易出现打滑的现象。

影响：弹性滑动没有影响，但是打滑会使传动的机械效率得不到充分的利⽤。

弹性滑动的⼤⼩与带的松、紧边拉⼒差有关。带传递的圆周⼒愈⼤，弹性滑动也愈⼤。当外载荷所产⽣的刚周⼒⼤于带与⼩带轮接触弧上的全部摩擦⼒时，弹性滑动就转变为前⾯提到的打滑。

7-3 带传动的主要失效形式是什么？带传动的设计准则是什么？

带传动的主要失效形式是带的疲劳损坏和打滑，如脱层、撕裂以及断裂等。

带传动的设计准则是确保带传动在不打滑的前提下，具有⼀定的疲劳强度和寿命。

带传动的失效原因：1、输送带卷⼊滚筒时会弯曲，弯曲次数达到其疲劳极限时，会抄发⽣弯曲破坏，初期会出现⼩裂纹，随着时间的推移，裂纹扩⼤或撕裂，最终导致输送带断裂，造成带传动的失效。

2、由于滚筒⾃⾝加⼯误差，其表⾯粘上物料或磨损不均造成直径变化，输送带的牵引⼒产⽣向滚筒直径⼤侧的移动分⼒，在移动分⼒的作⽤下，输送带产⽣向滚筒直径较⼤⽅向的跑偏，输送带会向上部跑偏，造成带传动的失效。

7-4 带传动安装时，为什么要张紧？常见的张紧装置有哪⼏种？

由于带⼯作⼀段时间后，会产⽣永久变形⽽使带松弛，使带的初拉⼒F0减⼩⽽影响带传动的⼯作能⼒，因此需要采取⼀些措施对带进⾏张紧。常⽤的张紧⽅法有两种，⼀种是当两带轮的中⼼距能够调整时，借助于导轨及调整螺栓、摆架和调整螺母、电动机和机架等装置，使带重新具有⼀定的张紧⼒；另⼀种⽤张紧轮定期对带进⾏张紧。

7-5 链传动的速度不均匀性是什么原因引起的？如何减轻这种不均匀性？

产⽣链传动不百均匀性的原因：

链传动不均匀性即链传动的多边形效应，产⽣的原因有：传动时链速度将随链轮传动⽽不断变化，主动轮转过⼀齿，链速度由⼩变⼤，由⼤变⼩⼀度次节距越⼤，链齿轮数越少，速度不均匀性越知严重。这种由于多边形啮合传动给链传动带来的速度不均匀性，称为链传动的多边形效道应。同时链轮的节距越⼤，齿数越少，速的变化就越⼤。也就是说多边形效应越明显。

增加链轮的齿数可减少这种影响

7-7 已知V带传动传递的功率P = 7.5kW，带速v = 10m / s，测得紧边拉⼒是松边拉⼒的两倍，即F1 = 2F2，试求紧边拉⼒F1、有效拉⼒F e和张紧⼒F0。

Fe=1000P/v=1000*7.5/10=750N

由Fe=F1-F2和F=2F得F=2Fe=2*750=1500N

由F1=F0-0.5Fe得F0=F1-0.5Fe=1500-0.5*750=1125N

9-1 机械平衡的⽬的是什么？在什么情况下刚性转⼦可以只进⾏静平衡？在什么情况下应该进⾏动平衡？刚性转⼦达到动平衡的条件是什么？

消除或减少惯性⼒。当b／D≤1/5时进⾏静平衡，b／D＞1/5时进⾏动平衡。转动构件达到动平衡的条件是合⼒为零，合⼒矩为零。

9-2 什么是机械运转速度不均匀系数δ？

⾓速度波动的幅度与平均值之⽐

9-3 为什么在机械系统中安装飞轮可以调节周期性速度波动？通常都将飞轮安装在⾼速轴上的原因是什么？

由于飞轮具有很⼤的转动惯量，因⽽要使其转速发⽣变化，就需要较⼤的能量，当机械出现盈功时，飞轮的⾓速度只作微⼩上升，即可将多余的能量吸收储存起来；当机械出现亏功时，机械运转速度减慢，飞轮⼜可将其储存的能量释放，以弥补能量的不⾜，其⾓速度之作幅度的下降。当最⼤盈亏功与速度不均匀系数相同时，飞轮转动惯量与其轴的转速的平⽅值成反⽐，所以为减⼩飞轮的转动惯量。最好将飞轮安装在机械的⾼速轴上。

10-1 常见的螺栓中的螺纹是右旋还是左旋、是单线还是多线？怎样判别？多线螺纹与单线螺纹的特点如何？

常见的螺栓中的螺纹是右旋、单线。根据螺旋线绕⾏⽅向可判别右旋与左旋；根据螺旋线的数⽬可判别单线还是多线。特点：单线螺纹的螺距等于导程，多线螺纹的导程等于螺距与线数的乘积；单线螺纹由于其螺旋升⾓较⼩，⽤在螺纹的锁紧，多线螺纹由于其螺纹升⾓较⼤，⽤于传递动⼒和运动。

10-5 螺纹连接常⽤的防松⽅法有哪⼏种？它们是如何防松的？

防松⽅法：摩擦防松、机械防松、破坏纹副的防松。

防松原理都是防⽌螺旋副相对转动。

10-8 如图所⽰的连接由2个M20的螺栓组成，螺栓的性能等级为5.8级，安装时不控制预紧⼒，被连接件结合⾯的摩擦系数µ=0.1，可靠系数K=1.2。试计算该连接许可传递的静载荷F。

11-3 ⾮液体润滑滑动轴承的失效形式及其设计准则？

失效形式：磨损、胶合

设计准则：维护边界油膜不破坏，尽量减少轴承材料的磨损。

11-5滚动轴承有哪些基本元件组成？它们的作⽤是什么？

内圈，内圈⽤来和轴颈装配。

外圈，外圈⽤来和轴承座装配。

滚动体，滚动体的作⽤是当内圈、外圈相对转动时，滚动体在内、外圈的滚道间滚动，从⽽形成滚动摩擦。

保持架，保持架的作⽤是避免相邻的滚动体直接接触。

11-6试说明下列各轴承代号的含义

11-7什么是滚动轴承的基本额定寿命？什么是滚动轴承的基本额定动载荷？

基本额定寿命：⼀批相同的轴承，在同样的受⼒、转数等常规条件下运转，其中有10%的轴承发⽣疲劳点蚀破坏（90%的轴承未出现点蚀破坏）时，⼀个轴承所转过的总转（圈）数或⼯作的⼩时数称为轴承的基本额定寿命。

基本额定动载荷：基本额定动载荷是指基本额定寿命为L=106r时，轴承所能承受的最⼤载荷，⽤字母C表⽰。