武汉科技大学机械设计基础课后答案教材.docx

武汉科技大学机械设计基础课后答案教材.docx

《武汉科技大学机械设计基础课后答案教材.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《武汉科技大学机械设计基础课后答案教材.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

武汉科技大学机械设计基础课后答案教材

第2章习题

2-5计算题2-5图所示各机构的自由度。

并指出图中的复合铰、局部自由度和虚约束

n=7;Pi=10;Ph=O，n=7;Pi=10;Ph=O,

F=37-210=1

F=37-210=1

c）n=3;Pi=3;Ph=2，F=33-23-2=1

d）n=4;Pi=5;Ph=1，F=34-25-1=1

f）n=9;P=12;Fh=2，F=39-212-2=1

B处存在局部自由度，G或G'处存在虚约束,

C处存在局部自由度，I处存在复合铰链

第3章习题

3-3题3-3图所示铰链四杆机构中，已知BC=100mm,CD=70mm,AD=60mm,AD为机架。

试问：

（1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求AB的最大值；

（2）若此机构为双曲柄机构，求AB最小值；

（3）若此机构为双摇杆机构，求AB的取值范围。

D

题3-3图

解：

（1）根据题意：

AB为最短杆，且满足杆长之和条件，即：

AB+BC

AB<30mm,AB杆最大值为30mm。

（2）若此机构为双曲柄机构，那么AD一定为最短杆，即：

AD+BC

AB>90mm，AB杆最小值为90mm。

（3）若此机构为双摇杆机构，则可判定该机构不满足杆长之和条件，

分三种情况讨论：

其一：

AB是最短杆，则有：

AB+BC>CD+AD，

得：

60>AB>30;

其二：

AB不是最短杆也不是最长杆，则AD为最短杆，有：

AD+BC>AB+CD，得：

90>AB>60;

其三：

AB是最长杆，则有:

AD+AB>BC+CD，得：

AB>110，

又为了满足该机构能成为一个四杆机构，需保证：

ABvBC+CD+AD=230，

即230>AB>110。

综上所述，AB的取值范围为：

AB€（30,90）U（110,230）。

3-4题3-4图所示四杆机构简图中，各杆长度为a=30mm,b=60mm,c=75mm,d=80mm，试求机构的最大传动角和最小传动角、最大压力角和最小压力角、行程速比系数。

（用图解法求解）

解:

1）min=[41.65°,108.63°]=[41.65°,71.37°]=41.65

omax=90°-41.65°=48.1

题3-5图

2）•/0=17.62°;a行程速比系数K=1.21

3-

5题3-5图所示的四杆机构中，各杆长度为a=25mm,b=90mm,c=75mm,d=100mm,

试求：

AD为机架，机构是什么类型的机构?

AB为机架，机构是什么类型的机构？

CD为机架，机构是什么类型的机构?

3-7如题3-7图所示的曲柄滑块机构：

（1）曲柄为主动件，滑块朝右运动为工作行程，试确定曲柄的合理转向，并简述其理由;

（3）设滑块为主动件，试用作图法确定该机构的死点位置;

解：

（1曲柄应为顺时针转动，理由可从下两方面说明：

a）顺时针转动，滑块朝右运动慢，向左返回运动快，即机构工作行程速度慢，回行程速度快，具有急回特性。

b）顺时针转动，则在工作行程中，机构的压力角比较小，传力特性好；

（2）极位夹角如图B角；

最小传动角min:

当曲柄AB位于最上方B'处有工作行程最小传动角min;当曲柄

AB位于最下方B"处有回行程最小传动角min。

（3）滑块为主动件时，机构的死点位置：

在曲柄与连杆共线的B1和B2两个位置处

第4章习题

4-8在题4-8图所示的对心直动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的实际廓线为一圆，圆心在点A，半径R=40mm,凸轮绕轴心0逆时针方向转动，LOA=25mm,滚子半径为10mm，试求：

①凸轮的理论廓线；②凸轮的基圆半径；③从动件行程；④图示位置的压力

解：

（1）理论廓线：

在实际廓线上画一系列滚子圆，连接圆心而成。

（2）凸轮的基圆半径指理论廓线的最小向径：

r0=40-25+10=25mm

（3）从动件行程最大向径减去最小向径：

h=40+25-15=50mm。

（4）压力角如图所示。

4-9一|对心直动滚子从动件盘形凸轮机构,已知基圆半径r0=50mm,滚子半径rT=10mm，

凸轮逆时针等速转动。

凸轮转过140。

，从动件按简谐运动规律上升30mm；凸轮继续转过

40°寸，从动件保持不动。

在回程中，凸轮转过120°时，从动件以等加速等减速运动规律返

回原处。

凸轮转过其余60。

时，从动件保持不动。

试绘出其从动件位移曲线，并用图解法设计凸轮的轮廓曲线。

4-13画出题4-13图所示凸轮机构中凸轮基圆,在图上标出凸轮由图示位置转过60°角时从动件的位移和凸轮的压力角。

解：

（a）对心直动滚子从动件盘形凸轮机构：

从动件上升，位移如图中h=OA2-OA所示；压力角如

图a所示；

（b）对心直动平底从动件盘形凸轮机构：

从动件下降，位移如图中h所示；压力角

a=0°；

（C）摆动从动件盘形凸轮机构：

从动件与机架之间的夹角减小，角位移为：

书0—

书1；压力角如图a所示。

第5章习题

5-2已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮z=26，模数m=3mm，=20°h*a=1,试分别求出分度圆、基圆、齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径和压力角。

6-

解：

分度圆半径

rmz/2326/239mm

基圆半径：

rbrcos39cos2036.7mm

齿顶圆半径

rarham391342mm

7-

齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径

分度圆直径

=mz3=^1x60=240用恥

5-6试根据渐开线特性说明一对模数相等，压力角相等，但齿数不等的渐开线标准直齿

圆柱齿轮，其分度圆齿厚、齿顶圆齿厚和齿根圆齿厚是否相等？

哪一个较大？

解：

模数相等、压力角相等的两个齿轮，分度圆齿厚-=小’二相等。

但是齿数多的齿轮分度圆直径大，所以基圆直径就大。

根据渐开线的性质，渐开线的形状取决于基圆的大小，基圆小，则渐开线曲率大，基圆大，则渐开线越趋于平直。

因此，齿数多的齿轮与齿数少的齿轮相比，齿顶圆齿厚和齿根圆齿厚均为大值。

5-9已知一对外啮合正常齿制标准斜齿圆柱齿轮传动的中心距a=250mm，法面模数

mn=4mm，法面压力角n=20°齿数zi=23，z2=98，试计算该对齿轮的螺旋角、端面模数分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径。

解：

因

螺旋角

P5屏血十肌甸J如+叭制卅

2^2k250

端面模数

叫==4/cosl4.J3=4.13mm

分度圆直径

加扁4x23「込X

叩24x93仆址

心三亠■三=4）4,95™

哪cosl4,53°

齿顶圆直径：

・斗+2^=?

5.04+2x4=103.04mm

dr2=ds+2^=40455+2x4=412.95™

齿根圆直径：

弧=妨-2州=95.04-2xl.25<4=

如詢-列二绷49八2x㈡丹牡3949j顺

5-10试设计一对外啮合圆柱齿轮，已知zi=21,z2=32,mn=2mm,实际中心距为55mm,

问：

（1）该对齿轮能否采用标准直齿圆柱齿轮传动？

（2）若采用标准斜齿圆柱齿轮传动来

满足中心距要求，其分度圆螺旋角、分度圆直径di、d2和节圆直径di'、d2各为若干？

解:

（1）不能。

若采用标准直齿圆柱齿轮传动，其中心距a吩Z53mm，与所给实际中

2

心距不相等。

（2）斜齿轮中心距amn（ZiZ2），所以cos—埜0.9636故15.4987

2cos2a

分度圆直径为：

d1mnz1/cos43.59mm，d2mnz2/cos66.42mm

标准斜齿齿轮传动，未采用变位，其节圆与分度圆重合，故：

d1d1，d2d2。

6-1在题6-6图所示的轮系中,

已知各轮齿数为：

Z1=20,Z2=40，Z2=20,Z3=30，%

6-

7在题6-7图所示轮系中，已知齿轮1转向如图所示，n1=405r/min。

各轮齿数为:

6-10题6-10图（a）、（b）分别为两个不同结构的锥齿轮周转轮系，已知

z1=20,z2=24,z2=30,

z3=40,n1=200r/min，n3=-100r/min。

试求两轮系中行星架H的转速nH的大小和方向。

8-

11在题6-11图所示的手动葫芦中，A为手动链轮，B为起重链轮。

已知z1=12,z2=28.

Z2Z3

Z

6-12在图6-12所示的电动三爪自定心卡盘传动轮系中，设已知各轮的齿数为

Z2Z225，Z357，Z456，试求传动比i14。

解：

该轮系为3K-H型周转轮系，固定系杆H，转化为定轴轮系。

对1-2-3-H可得：

.HZ3

i1H1i13110.5

乙

对3-2-2'-4-H可得：

i1iH1Z2Z31

i4H1丨431

Z456

所以i14———i!

HiH410.5（56）588

4H4

轮1与轮4转向相反。

注：

此题有多种解法，请思考。

第8章习题

8-1机械零件的主要失效形式是什么？

相应的计算准则是什么？

8-2简述机械零件设计的一般步骤。

8-3按应力随时间的变化关系，交变应力分为几种？

许用应力和极限应力有什么不同？

8-4什么是钢？

什么是铸铁？

碳素钢的力学性能主要取决于什么？

如何划分高碳钢、中碳钢、低碳钢？

8-5在机械设计中，常用的材料有哪些？

8-6钢、铸铁和铜合金等材料的牌号是怎样表示的？

说明下列材料牌号的含义及材料

的主要用途：

Q235,45,40Cr,65Mn,20CrMnTi,ZG310-570,HT200,QT500-7,ZCuSn10P1,ZCuAI10Fe3。

第9章习题

9-1试计算M20、M20X1.5螺纹的升角，并通过计算指出哪种螺纹的自锁性较好。

解：

由教材表9-1、表9-2查得

M20，粗牙，螺距P2.5mm，中径d?

18.376mm

arctan

arctan

2.5

2.48

螺纹升角

d2

3.14

18.376

M201.5，细牙,

螺距P

1.5mm

中径d2

d10.02619.026mm

arctan-^

arctan

1.5

1.44

螺纹升角

d2

3.14

19.026

对于相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹，细牙螺纹的升角较小，更易实现自锁

9-8解

1）选用C型平键，查教材表9-7，由轴的直径d=52mm可得平键的截面尺寸

“丄％,・，•〔“；由轮毂宽度初估键的长度L=70-（5〜10）=60〜65,

由平键长度系列，取键的标准长度L=63mm

2）验算平键的挤压强度

由材料表9-8查得，铸铁的许用挤压应力（按静载荷考虑）

C型键的工作长度I=L—b/2=63-8=55mm

4T

dhl

4400103

521055

56MPa

则该平键挤压强度合格。

其标记为：

键C16X63GB1096-2003如用A型平键：

键的工作长度I=L—b=63—16=47mm

3

66MPa

4T4400103

pdhl521047

则键挤压强度合格。

其标记为：

键16X63GB1096-2003如用B型平键：

键的工作长度I=L=63mm

4T4400103

p48MPa

pdhl521063

则键挤压强度合格。

其标记为：

键B16X63GB1096-2003

第10章习题

10-8如图所示为二级斜齿圆柱齿轮减速器，已知主动轴的转速和斜齿轮“4的螺旋线方向（图示）。

为使得II轴所受的轴向力较小，试分析确定：

（1）其余斜齿轮的合理螺旋线方向；

（2）各齿轮在啮合点所受各分力的方向。

解：

根据I轴的转向，画出II轴和III轴的转向如图。

（1）齿轮4为右旋，齿轮3为左旋，对3用左手定则，判断其轴向力方向向右，贝U齿轮2所受的轴向力的方向应向左，齿轮1所受的轴向力的方向应向右，对齿轮1用左右手定则判断出其应为右旋，则齿轮2为左旋。

如图所示。

大小相等，方向相反，图中简

（2）如图标出了齿轮1和齿轮3的受力，包括径向力、圆周力和轴向力；齿轮2和齿轮4的受力分别与1、3各力成反力,化未标出。

（自己补上）

10-9一直齿圆锥齿轮一斜齿圆柱齿轮传动系统如图所示。

已知主动轴的转速，为使得II轴

所受的轴向力较小，试分析确定:

（1）斜齿轮的合理螺旋线方向；

（2）各齿轮在啮合点所受各分力的方向。

解：

（1）根据I轴的转向，画出II轴和III轴的转向如图。

锥齿轮2所受的轴向力的方向向左（由小端指向大端），则斜齿轮3所受的轴向力的方向应向右，对齿轮3用左右手定则判断出其应为右旋，则齿轮4为左旋。

如图所示。

题10-9图

（2）如图标出了齿轮1、齿轮2和齿

轮3的受力，齿轮4各力与3成反力，图中简化未标出

Ft2

10-11设计一用于带式运输机上的单级齿轮减速器中的斜齿圆柱齿轮传动。

已知：

传递功

率Pi=10kW转速ni=1450r/min,m=340r/min，允许转速误差为土3%电动机驱动，单向旋转，载荷存在中等冲击。

要求使用寿命10年，每年按300工作日计，每日工作8小时（不要）。

解：

分析：

通用机械一般齿轮传动，按软齿面闭式齿轮传动设计。

设计准则：

按接触强度设计，然后验算其弯曲强度

（1）材料及许用应力

查教材表10-1、表10-2:

小齿轮45钢调质，硬度：

197〜286HBS

大齿轮45钢正火，硬度：

156〜217HBS

查教材表10-1:

|Hlim1550~620MPa（书上有误）；Hlim2350~400MPa

查教材表10-1:

;fe1410~480MPa；fe2280〜340MPa

查教材表10-3:

按一般可靠度，取SH1,SF1.25

（2）按齿面接触疲劳强度设计，其设计公式:

32KT1u1ZEZhZ

mm

其中：

小齿轮转矩:

6P6104

T19.55109.55106.5910Nmm

n11450

传动比：

i=n1/n2=1450/340=4.265

467MPa

确定齿数：

由z1z22aCOS和i互mnZ1

得：

z仁23.4,取z1=23,贝yz2=98,贝Ui实=98/23=4.26

演算：

实际的转速：

n2n1互145023340.31r/min

z298

（3）验算其齿根弯曲疲劳强度:

小齿轮当量齿数

Z1

Zv13

cos

23

cos319.03

27.22

98

3

cos19.03

Yf12.57;YF22.167

Ys11.60;Ys2

dd11.160.8266.9

取b仁75,b2=67

F1

2KTM汎1

bd1mn

1.56.591042.571.60

6760.822.5

79.8MPa

F1

YF2Ys2

F2

Yf1Ys1

F1

2・167佃779.8

2.571.60

76.4MPa

F2

满足弯曲强度。

则8级精度等级可用

（5）计算主要几何尺寸：

（6）结构设计：

略

第11章习题

力的大小和方向

题11-2图

11-4题11-4图所示为某手动简单起重设备，按图示方向转动蜗杆，提升重物G试确

定：

（1）蜗杆与蜗轮螺旋线方向；

（2）蜗杆与蜗轮上作用力的方向；（3）若蜗杆自锁，反转手柄使重物下降，求蜗轮上作用力方向的变化。

解:

（1）重物上升，即蜗轮2为顺时针转动，即2所受到的圆周力的方向向右，则蜗杆1

所受的轴向力的方向应向左，对蜗杆1用左右手定则判断出其应为右旋，贝U蜗轮2也为右旋。

（2）蜗杆与蜗轮上作用力的方向如图所示。

（3）若蜗杆自锁，反转手柄使重物下降，蜗轮

上的作用力：

径向力方向不变，圆周力和轴向力方向与原来相反。

题11-4图

11-5如题11-5图所示为蜗杆传动和锥齿轮传动的组合，已知输出轴上的锥齿轮4的转

向，

（1）欲使U轴所受轴向力互相抵消一部分，试确定蜗杆传动的螺旋线方向和蜗杆的转

向；

（2）各轮啮合点处所受作用力的方向。

解:

（1）根据III轴的转向，画出II轴的转向如图。

锥齿轮3所受的轴向力的方向向左（由小端指向大端），则蜗轮2所受的轴向力的方向应向右，即蜗杆1所受的圆周力方向向左，根据主反从同，则蜗杆1应为逆时针转动；又根据蜗轮2的转动方向知蜗轮2的圆周力方向向内，贝U蜗杆1的轴向力方向向外，对蜗杆1用左右手定则判断出其应为右旋，则蜗轮3也为右旋。

I

（2）如图标出了蜗杆1和锥齿轮3的受力，其余齿轮受力简化未标出，自己补上。

第12章习题

第13章习题

13-1说明下列型号轴承的类型、尺寸系列、结构特点、公差等级及其适用场合。

6005,

N209/P6,7207C,30209/P5。

解：

6005:

深沟球轴承，窄宽度，特轻系列，内径d25mm，普通精度等级（0级）。

主要承受径向载荷，也可承受一定的轴向载荷；可用于高速传动。

N209/P6:

圆柱滚子轴承，窄宽度，轻系列，内径d45mm，6级精度。

只能承受径向载荷，适用于支承刚度大而轴承孔又能保证严格对中的场合，其径向尺寸轻紧凑。

7207C:

角接触球轴承，窄宽度，轻系列，内径d35mm，接触角15，钢板冲压保持架，普通精度等级。

既可承受径向载荷，又可承受轴向载荷，适用于高速无冲击，一般成对使用，对称布置。

30209/P5:

圆锥滚子轴承，窄宽度，轻系列，内径d45mm，5级精度。

能同时承受径向载荷和轴向载荷。

适用于刚性大和轴承孔能严格对中之处，成对使用，对称布置。

13-6根据工作条件，决定在某传动轴上安装一对角接触球轴承，如题13-6图所示。

已知两个轴承的载荷分别为Fr1=1470N，Fr2=2650N，外加轴向力Fa=1000N，轴颈d=40mm,转速n=5000r/min，常温下运转，有中等冲击，预期寿命J=2000h，试选择轴承型号。

解：

（1）按题意，外加轴向力Fa已接近Fr1，暂选25的角接触轴承类型70000AC

（2）轴承为反安装方式，计算轴承的轴向载荷（解图见13-7）

由教材表13-9查得，轴承的内部派生轴向力

^'=0.63^^0.68X1470=1000J\T方向向左

..:

方向向右

因•，轴系向右运

动。

轴承1被压紧%+览Q1呱）+1血OXI2N

轴承2被放松比广厂丄…汕

（3）计算当量动载荷

查教材表13-8，e0.68

1.91>e

1470

，查表13-8得：

^=0.41益=>0初

1202

0.68=£

2（550

查表13-8得：

无厂1E胡

Fl=^l+讥=041xL470+0,87x28O2=3040N

£=瓦鬲+£凫=1x2650+0X1SQ2=2650^

（4）计算所需的基本额定动载荷查教材表13-6,常温下工作，ft1;查教材表13-7,有中等冲击，取ft1;球轴承时，

3；并取轴承1的当量动载荷为计算依据：

，1I册丿

查《机械设计课程设计》手册，根据Cr和轴颈d40mm，选用角接触球轴承7308AC合适（基本额定动载荷Cr38.5KN）。

第14章习题

14-3分析题14-3图中轴I、U、M、W是心轴、转轴、还是传动轴?

指出题14-12图所示轴系结构上的主要错误并改正指（齿轮用油润滑、轴承用脂润滑）

题14-12图

解：

（a）从左至右错误：

1—键槽过长；2—安装外部零件处应设计轴肩；3—轴承端盖和轴之间应留出间隙；4—缺少密封元件；5—两端轴承型号不一致；6—套筒直径过大，影响运转和装拆；7—缺少轴承密封元件（挡油盘）；8—轴段长度应小于齿轮宽度2~3mm；9—少了轴肩，轴承内圈无法轴向定位；10—轴承端盖厚度应小于轴承外圈厚度；11—两边均

缺少了调整垫片。

（b）从左至右错误：

1—轴段长度应小于联轴器宽度2~3mm；2—缺少了调整垫片；3—轴承端盖和轴之间应留出间隙；4—缺少密圭寸元件；5—轴承外圈两边定位，属过定位，应去掉右边台阶；6—套筒直径过大，影响运转和装拆；7—缺少轴承密封元件（挡油盘）；8—两个键应在轴的同一母线上；9—轴段长度应小于齿轮宽度2~3mm；10—少了轴肩，轴承内圈无法轴向定位；11—与5相同；12—轴承端盖厚度应小于轴承外圈厚度；13—两边均缺少了调整垫片。