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机械设计基础_孙立鹏_习题第十四章轴

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第十四章 轴

题14－1 简述轴的结构设计应满足的基本要求。指出图中结构设计的错误，在错误处标出序号，并按序号一一说明理由。

题14－1图

解题分析：轴的结构设计应满足的基本要：

1．轴及轴上零件应有确定的位置和可靠固定；

2．轴上零件应便于安装，折卸和调整；

3．轴应具有良好的加工工艺性；

4．力求受力合理，有利提高疲劳强度和刚度。

解答：图中的主要错误分析（题解 14-1 图）

题解14－1图

1．轴肩过高挡住了轴承圈，轴承不便于折卸；

2．与齿轮相配合的轴的两边均有轴肩，齿轮无法安装；

3．键的顶面应与轮毂槽底面应有间隙，且轮毂槽应开通，轴上键槽处应有局部剖视；

4．轴承不便于安装，此处应该有过渡轴肩；

5．此处的轮毂没有确定的位置，且无轴向固定；

6．键过长，且两键不在同一方位，不便于加工；

7．轴端过长，轮毂无法进行轴向固定。

题14－2 根据图示卷筒轴的三种设计方案填写下表（表中轴的类型为按承载情况分）：

方案 轴的类型 轴上应力 应力循环特性

a

b

c

题14－2图 解答：

方案 轴的类型 轴上应力 应力循环特性

a 转动心轴 弯曲应力σ r ＝ －1

b 转 轴

弯曲应力σ，扭剪应力τ r = －1，r = 0 (+1)

c 固定心轴 弯曲应力σ r = +1

题14－3 设计图示单级斜齿圆柱齿轮减速器低速轴的结构。已知齿轮相对于支承为对称布置，齿轮宽度b2＝100 mm，轴承为7308AC，两支承间的跨度L＝200mm，外伸端装有一个半联轴器，孔的直径在25～35mm之间，轴与孔的配合长度为L′＝60mm。

解答：1、确定各段轴的直径：

（1）与联轴器配合处的直径d：选联轴器的型

号为82YA3026YC28HL2，半联轴器的孔径d =28 mm，

长圆柱形轴孔，孔长L = 62 mm。

（2）轴身处直径d1：考虑半联轴器的定位和固

定，应有一个定位轴肩，此段轴为外伸轴，其上装有

密封圈，应取相应的标准直径。所以取d1 =35mm。

（3）安装滚动轴承处轴颈直径d2、、d6：为便于轴

承安装，d1与d2之间应有一非定位轴肩，轴肩高度一

般为1～3 mm，且轴颈直径必须满足滚动轴承孔径要求。 200

150

60

题14-3 图 因此选择7308AC轴承，径为40 mm，所以d2 = d6 =40 mm。

（4）安装齿轮处轴段直径d3：为装配方便，并考虑强度要求，取直径d3=45 mm。

（5）轴环直径d4：为使齿轮定位可靠和承受轴向力，取d4=55 mm，

（6）轴肩直径d5：考虑到轴承定位和拆卸方便，根据手册，查取d5=50 mm。

2．各段轴的长度：

其中轴径d3和d 段的长度应分别比与其配合的轮毂长度短2～3mm，以便可靠定位，其它段长度应考虑零件与零件间的相互位置关系来确定。图中尺寸 A应考虑箱体与箱外零件不发生干涉和装配、拆卸方便。

3．两键槽位置应在轴的同一母线上，键宽度应根据轴段d3和 d 的直径来确定。

4．轴的参考结构，如题解14-3 图所示。

题14－4 有一带式输送机的双级斜齿圆柱齿轮减速器（如图a所示），功率由带轮输入。已知带传动为水平布置，V带对轴的作用力为FQ＝2300 N（与

Fr1在同一平面，且方向与Fr1 相同）。主动轮1的分度圆直径d1＝120 mm，Ft1题解14-3 图 ＝5000 N，Fr1＝1800 N,Fɑ1=760 N。计算输入轴的支反力，画出轴的受力图，弯矩图、转矩图、当量弯矩图。

解答：

1．作轴的空间受力简图，见题解14-4 图（b）-a)。

2．求水平面支反力，作水平面弯矩图，水平面受力见题解14-4 图（b）-b）。

（1）求水平面支反力RH1，RH2 ：

（2） 求水平面弯矩MHC，见题解14-4 图（b）-c)。

3．求垂直面支反力，并作垂直平面弯矩图。垂直面受力，见题解14-4 图（b）-d)。

（1）求垂直面支反力RVA，RVB

（2）计算垂直面弯矩，绘制垂直面弯矩图，见题解14-4 图（b）-e）。

4.计算合成弯矩，作合成弯矩图，见题解14-4 图（b）-f）。

5.计算转矩，作转矩图，见题解14-4 图（b）-g)。

6.计算当量弯矩，作当量弯矩图，见题解14-4 图（b）-h)。取α=0.6 mN57.26276.2988.260mN36.2618.1588.260mN230222'2'2222CVHCCVCHCCVAAMMMMMMMMmNdFTt3002120.05000211 mmN 26088032618080HBHCRMN372N)37281800200(N3728N230607603302300180080230233080111VArVBarVARFQRdFQFRmmN230000mmN1002300100mmN15800mmN60760297602mmN372297608080''••QMdFMMRMVAaVCVCVBCV

mN57.262mN1803006.0 mN35.317)3006.0(36.261)(mN292)3006.0(230)(''22222222CcaCcaDCcaCAcaAMMTMTMMTMM

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机械设计基础习题及答案

机械设计基础习题及答案

第 1 页 共 28 页

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第一章 平面机构的自由度和速度分析

题1-1 在图示偏心轮机构中，1为机架，2为偏心轮，3为滑块，4为摆轮。试绘制该机构的运动简图，并计算其自由度。

题1—2 图示为冲床刀架机构，当偏心轮1绕固定中心A转动时，构件2绕活动中心C摆动，同时带动刀架3上下移动。B点为偏心轮的几何中心，构件4为机架。试绘制该机构的机构运动简图，并计算其自由度。

A B

C 1 2

3

4

a) 曲柄摇块机构 A B

C 1 2 3

4

b) 摆动导杆机构

题解1－1 图 第 2 页 共 28 页

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题1—3 计算题1－3图a）与 图b）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）。

题1－3图a） 题1－3图b）

题1—4 计算题1—4图a、图b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），并判断机构的运动是否确定，图中画有箭头的构件为原动件。

题1—5 计算题1—5图所示机构的自由度（若有复合铰链，局部自由度或虚约束应明确指出）,并标出原动件。

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题1—5图 题解1—5图

题1-6 求出图示的各四杆机构在图示位置时的全部瞬心。

第二章 连杆机构

题2-1在图示铰链四杆机构中，已知 lBC=100mm，lCD=70mm，lAD=60mm，AD为机架。试问：

【机械设计基础】(第五版)课后习题答案10-14章答案(精选五篇)[修改版]

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第一篇：【机械设计基础】(第五版)课后习题答案10-14章答案

10-1证明 当升角与当量摩擦角 符合 时，螺纹副具有自锁性。

当 时，螺纹副的效率

所以具有自锁性的螺纹副用于螺旋传动时，其效率必小于 50%。 10-2解 由教材表10-

1、表10-2查得

，粗牙，螺距 ，中径

螺纹升角

，细牙，螺距 ，

中径

螺纹升角

对于相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹中，细牙螺纹的升角较小，更易实现自锁。

10-3解 查教材表10-1得

粗牙 螺距 中径 小径

螺纹升角

普通螺纹的牙侧角

，螺纹间的摩擦系数

当量摩擦角

拧紧力矩

由公式

可得预紧力

拉应力

查教材表 9-1得 35钢的屈服极限

拧紧所产生的拉应力已远远超过了材料的屈服极限，螺栓将损坏。 10-4解 （1）升角

当量摩擦角

工作台稳定上升时的效率：

（ 2）稳定上升时加于螺杆上的力矩

（ 3）螺杆的转速

螺杆的功率

（ 4）因 速下降，

，该梯形螺旋副不具有自锁性，欲使工作台在载荷 作用下等需制动装置。其制动力矩为

10-5解 查教材表9-1得 Q235的屈服极限

，

查教材表 10-6得，当控制预紧力时，取安全系数

由许用应力

查教材表 10-1得 的小径

由公式

得

预紧力

由题图可知 ，螺钉个数 ，取可靠性系数 牵曳力

10-6解 此联接是利用旋转中间零件使两端螺杆受到拉伸 ,故螺杆受到拉扭组合变形。

查教材表 9-1得，拉杆材料Q275的屈服极限

，

取安全系数 ，拉杆材料的许用应力

所需拉杆最小直径

查教材表 10-1，选用螺纹 （ ）。

10-7解 查教材表 9-1得，螺栓35钢的屈服极限 ， 查教材表 10-

6、10-7得螺栓的许用应力

查教材表 10-1得， 的小径

螺栓所能承受的最大预紧力

所需的螺栓预紧拉力

则施加于杠杆端部作用力 的最大值

10-8解 在横向工作载荷 作用下，螺栓杆与孔壁之间无间隙，螺栓杆和被联接件接触表面受到

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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：

0Fx

又因为 AB=BC

sinsinCAFF

CAFF

0Fy

FFAsin2

KNFFFBA40sin2

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，PL＝10，PH＝0 （2）n＝5，PL＝7，PH＝0

机械设计基础第9,11,14章习题解答

机械设计基础第9,11,14章习题解答

机械设计基础第9章习题解答

9-1 解答

3.6级螺栓 MPa

查表9-2，M20的螺栓不控制预紧力时，取MPa

查螺纹标准，M20的普通螺纹mm

由得到

N

由得到

N

上式中取、

因此允许传递的最大静载荷R为3251牛顿。

若控制预紧力，查表9-2可取MPa

则N

N

9-2题解答

8.8级螺栓 MPa，则MPa

螺栓组所受轴向载荷N

每个螺栓所受轴向载荷N

（1） 根据螺栓的强度条件求最大预紧力

查螺纹标准，M16的普通螺纹mm

由得到

N

查表9-1，金属垫片，取

由得到

N

（2） 根据剩余预紧力求最小预紧力

N

因此，预紧力的取值范围为10597.5牛顿~23476牛顿。 9-3题解答

（1）按螺栓的剪切强度条件确定螺栓直径每个螺栓所受的工作剪力为

N

设螺栓的性能等级为5.6级，则MPa

查表9-3得，MPa

由螺栓的剪切强度条件得到

mm

（2）按贴合面挤压强度条件确定螺栓直径

查表9-3，取铸铁HT200的MPa，

螺栓的MPa

根据螺杆与孔壁的挤压强度条件

由得到

因此， mm

因此mm。 9-4题解答

每个螺栓的轴向载荷N

查表9-1，铜皮石棉垫片，取

油缸缸盖属于有气密性要求的连接，因此取剩余预紧力

N

则 N

设螺栓的性能等级为5.6级，则MPa

查表9-2，控制预紧力，取MPa

则 mm

按GB196-81，选用M16的螺栓，mm>12.817mm。 9-5题解答

由得到 N

因此， mm按GB196-81，选用M30的普通粗牙螺纹，mmmm。 9-6题解答

（1）螺栓的受力分析

在水平载荷R作用下，螺栓组联接承受横向力和翻转力矩作用：

横向力 N 翻转力矩 N.mm

在横向力R作用下，为保证接合面间不产生滑移，则各螺栓所需的预

紧力为（取、）

N

在翻转力矩作用下，右侧两螺栓受到加载作用，左侧两螺栓受到减

载作用，故右侧两螺栓受力较大，所受的载荷为

N

查表9-1，无垫片，取

螺栓所受的总拉力为

N

（2）确定螺栓的直径

8.8级螺栓的MPa

查表9-2，控制预紧力，取 MPa

则 mm按GB196-81，选用M8的螺栓，mm，mmmm。机械设计基础第11章习题解答