机械设计基础第五版1218章答案.docx

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机械设计基础第五版1218章答案

12-1解：

从例12-1已知的数据有：

，

，

，

，

，

，中心距

，因此可以求得有关的几何尺寸如下：

蜗轮的分度圆直径：

蜗轮和蜗杆的齿顶高：

蜗轮和蜗杆的齿根高：

蜗杆齿顶圆直径：

蜗轮喉圆直径：

蜗杆齿根圆直径：

蜗轮齿根圆直径：

蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距：

径向间隙：

12-2　　　　　　　　　　　

图12.3

解：

（1）从图示看，这是一个左旋蜗杆，因此用右手握杆，四指

，大拇指

，可以

得到从主视图上看，蜗轮顺时针旋转。

（见图12.3）

（2）由题意，根据已知条件，可以得到蜗轮上的转矩为

蜗杆的圆周力与蜗轮的轴向力大小相等，方向相反，即：

蜗杆的轴向力与蜗轮的圆周力大小相等，方向相反，即：

蜗杆的径向力与蜗轮的径向力大小相等，方向相反，即：

各力的方向如图12-3所示。

12-3　　　　　　　　　　

　　　　　　　　图12.4　　　　　　　　　　　　　

解：

（1）先用箭头法标志出各轮的转向，如图12.5所示。

由于锥齿轮轴向力指向大端，因此可以判

断出蜗轮轴向力水平向右，从而判断出蜗杆的转向为顺时针，如图12.5所示。

因此根据蜗轮和蜗杆的转

向，用手握法可以判定蜗杆螺旋线为右旋。

（2）各轮轴轴向力方向如图12.5所示。

12-4解：

（1）根据材料确定许用应力。

由于蜗杆选用

，表面淬火，可估计蜗杆表面硬度

。

根据表12-4，

（2）选择蜗杆头数。

传动比

，查表12-2，选取

，则

（3）确定蜗轮轴的转矩

取

，传动效率

（4）确定模数和蜗杆分度圆直径

按齿面接触强度计算

由表12-1查得

，

，

，

，

。

（5）确定中心距

（6）确定几何尺寸

蜗轮的分度圆直径：

蜗轮和蜗杆的齿顶高：

蜗轮和蜗杆的齿根高：

蜗杆齿顶圆直径：

蜗轮喉圆直径：

蜗杆齿根圆直径：

蜗轮齿根圆直径：

蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距：

径向间隙：

（7）计算滑动速度

。

符合表12-4给出的使用滑动速度

（说明：

此题答案不唯一，只要是按基本设计步骤，满足设计条件的答案，均算正确。

）

12-5解：

一年按照300天计算，设每千瓦小时电价为

元。

依题意损耗效率为

，因此

用于损耗的费用为：

12-6解

（1）重物上升

，卷筒转的圈数为：

转；

由于卷筒和蜗轮相联，也即蜗轮转的圈数为

圈；因此蜗杆转的转数为：

转。

（2）该蜗杆传动的蜗杆的导程角为：

而当量摩擦角为　

比较可见

，因此该机构能自锁。

（3）手摇转臂做了输入功，等于输出功和摩擦损耗功二者之和。

输出功　　　

焦耳；

依题意本题摩擦损耗就是蜗轮蜗杆啮合损耗，因此啮合时的传动效率

则输入功应为　　

焦耳。

由于蜗杆转了

转，因此应有：

即：

可得：

图12.6

12-7解蜗轮的分度圆直径：

蜗轮和蜗杆的齿顶高：

蜗轮和蜗杆的齿根高：

蜗杆齿顶圆直径：

蜗轮喉圆直径：

蜗杆齿根圆直径：

蜗轮齿根圆直径：

蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距：

径向间隙：

图12.7

12-8解

，取

，

，则

则油温

，小于

，满足使用要求。

13-1解

（1）　　　　　

（2）　　　　　　　　　　

=

　　　　　　　　　　　　　　=2879.13mm

（3）不考虑带的弹性滑动时，

（4）滑动率

时，

13-2解

（1）　　　　　

（2）　　　

=

（3）　　

=

=

13-3解由图可知

=

图13.6题13-3解图

13-4解

（1）　　　　　　　

=

（2）由教材表13-2得　

=1400mm

（3）　　　　　

13-5解　　　

由教材表13-6得

由教材表13-4得：

△

=0.17kW,由教材表13-3得：

=1.92kW,由教材表13-2得：

由教材表13-5得：

取z=3

13-6解由教材表13-6得

由图13-15得选用A型带

由教材表13-3得

选

初选

取

=

=1979.03mm

由教材表13-2得

=2000mm

由教材表13-3得：

=1.92kW，由教材表13-4得：

△

=0.17kW由教材表13-2得：

，由教材表13-5得：

取z=4

13-7解选用A型带时，由教材表13-7得，

依据例13-2可知：

，

=2240mm，a=757mm，i=2.3，

。

由教材表13-3得

=2.28kW，由教材表13-4得：

△

=0.17kW，由教材表13-2得：

取z=5

由此可见，选用截面小的A型带较截面大的B型带，单根带的承载能力减小，所需带的根数增多。

13-8解略。

13-9解由教材表13-9得p=15.875mm，滚子外径

15.875（0.54+cot

=113.90mm

15.875（0.54+cot

=276.08mm

=493.43mm

13-10解

（1）由图13-33得

查教材表13-11，得

取

由式（13-18）得

P≤

（2）由图13-33得可能出现链板疲劳破坏

（3）　　　　　　　　

由图13-34查得可用滴油润滑。

13-11解　　　　　　　

（1）链轮齿数

假定

，由教材表13-10，取

，

，选

实际传动比　　　　

链轮节数

初选中心距

=

取

由教材表13-13查得取

估计此链传动工作位于图13-33所示曲线的左侧，由教材表13-11得

采用单排链，

≤

由教材图13-33得当

=960r/min时，08A链条能传递的功率满足要求，节距p=12.7mm。

（4）实际中心距

（5）验算链速

由式13-19得

，符合原来假定。

13-12解

（1）链速v

由教材表13-9得，10A型滚子链，其链节距p=15.875mm，每米质量q=1kg/m，极限拉伸载荷（单

排）Q=21800N。

速度

，故应验算静强度。

（2）紧边拉力

离心拉力

由于是水平传动，Ky=7，则悬垂拉力

紧边拉力

根据式（13-19）可得所需极限拉伸载荷

所以选用10A型链不合适。

14-1解I为传动轴，II、IV为转轴，III为心轴。

14-2解　　　　　　

圆整后取d=37mm。

14-3解　　　　　　

14-4解　　　　　　　　　　　　　　　　

按弯扭合成强度计算，即：

代入数值计算得：

。

14-5解这两个轴都是心轴，只承受弯矩。

两种设计的简化图如下：

图14.5题14-5解图

图14.6（a）中，

因为是心轴，故

，查相关手册得：

，则

考虑到键槽对轴的削弱，直径再扩大4%。

得：

图14.6（b）中，

14-6解　　　　　　　　　

故

。

14-7解由题可知

，

，若不计齿轮啮合及轴承摩擦的功率损失，则

（i=Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ）

设：

，则

，

，

14-8解1.计算中间轴上的齿轮受力

中间轴所受转矩为：

图14.8题14-8解图

2.轴的空间受力情况如图14.8（a）所示。

3.垂直面受力简图如图14.8（b）所示。

垂直面的弯矩图如图14.8（c）所示。

4.水平面受力简图如图14.8（d）所示。

水平面的弯矩图如图14.8（e）所示。

B点左边的弯矩为：

B点右边的弯矩为：

C点右边的弯矩为：

C点左边的弯矩为：

5.B点和C点处的合成最大弯矩为：

6.转矩图如图14.8（f）所示，其中

。

7．可看出，B截面为危险截面，取

，则危险截面的当量弯矩为：

查表得：

，则按弯扭合成强度计算轴II的直径为：

考虑键槽对轴的削弱，对轴直径加粗4%后为：

14-9解该题求解过程类似于题14-8。

在此略。

14-10解　　　　　　　　　

钢的切变模量

，按扭转刚度要求计算，应使

即

14-11解1.求该空心轴的内径

空心轴的抗扭截面模量

实心轴的抗扭截面模量

令

，即

解得

圆整后取

。

2．计算减轻重量的百分率

实心轴质量＝密度×体积

空心轴质量

空心轴减轻重量的百分率为42.12%。

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

16-1解由手册查得6005深沟球轴承，窄宽度，特轻系列，内径

，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

，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。

　　7207CJ角接触球轴承，窄宽度，轻系列，内径

，接触角

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

，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。

16-2解室温下工作

；载荷平稳

，球轴承

查教材附表1，

（1）当量动载荷

时

在此载荷上，该轴承能达到或超过此寿命的概率是90%。

（2）当量动载荷

时

16-3解室温下工作

；载荷平稳

，球轴承

当量动载荷

查教材附表1，可选用轴承6207（基本额定动载荷

）。

16-4解

（1）计算当量动载荷

　查手册，6313的

，

，查教材表16-12，并插值可得

，所以

，

　当量动载荷

（2）计算所需基本额定动载荷

查教材表16-9，室温下工作

；查教材表16-10有轻微冲击

，球轴承

因所需的

，所以该轴承合适。

16-5解选择轴承型号

　查教材表16-9，工作温度125℃时，

；载荷平稳，

　选用球轴承时，

　查教材附表1，根据

和轴颈

，可选用球轴承6408（基本额定动载荷

）.

　选用滚子轴承时，

　　查教材附表1，根据

和轴颈

，可选用圆柱滚子轴承N208（基本额定动载荷

）。

（2）滚子轴承的载承能力较大，并查手册可知其径向尺寸小。

16-6解

（1）按题意，外加轴向力

已接近

，暂选

的角接触轴承类型70000AC。

（2）计算轴承的轴向载荷（解图见16.4b）

由教材表16-13查得，轴承的内部派生轴向力

，方向向左

，方向向右

　因

，

　轴承1被压紧

　轴承2被放松

（3）计算当量动载荷

　查教材表16-12，

，查表16-12得

，

查表16-12得

，

（3）计算所需的基本额定动载荷

　查教材表16-9，常温下工作，

；查教材表16-10，有中等冲击，取

；球轴承时，

；并取轴承1的当量动载荷为计算依据

　　查手册，根据

和轴颈

，选用角接触球轴承7308AC合适（基本额定动载荷

）。

16-7根据工作要求，选用内径

的圆柱滚子轴承。

轴承的径向载荷

，轴的转速

，运转条件正常，预期寿命

，试选择轴承型号。

解正常条件下，

；

；滚子轴承

　当量动载荷

查手册，根据

和轴颈

，选用圆柱滚子轴承N310（基本额定动载荷

）。

16-8解

（1）求斜齿轮上的作用力

　齿轮传递的转矩

　齿轮的分度圆直径　　

　齿轮的圆周力　

　齿轮的径向力　

　齿轮的轴向力　

由图可知,斜齿轮为右旋,主动小齿轮,顺时针方向旋转时其轴向力指向右

（2）求轴承径向载荷

　假设小齿轮与大齿轮的啮合点位于小齿轮的上端。

图16.12题16-8解图1

　垂直方向　　

　水平方向　　

左端轴承1的径向载荷

　右端轴承2的径向载荷

（3）求轴承的派生轴向力

　现已知　

、

、

（向右）

　查教材附表3，圆锥滚子轴承30206的接触角

（向右）

（向左）

（4）求轴承的轴向力

　因　

向右、

向右、

向左

图16.13题16-8解图2

　左端轴承1被放松　

　右端轴承2被压紧　

（5）求当量动载荷

　查教材表16-12圆锥滚子轴承

，查表16-12得

，

查表16-12得

，

（6）求轴承的基本额定寿命

　　正常条件下，

；

；滚子轴承

，查教材附表3，圆锥滚子轴承30206的

当量动载荷取

17-1解1）选择型号：

因此类机组一般为中小型，所需传递的功率中等，直流发电机载荷平稳，轴的

弯曲变形较小，联接之后不再拆动，故选用传递转矩大、结构简单的固定式刚性联轴器，如凸缘联轴器。

2）按传递最大功率

求计算转矩

　　转矩

。

　　由教材表17-1查得，当工作机为发电机时的工作情况系数

。

则计算转矩

　　根据计算转矩、轴的转速

、外伸轴直径d=45mm查手册，可用标准GB5843-

1986铰制孔型凸缘联轴器YL9。

其许用转矩为

，许用最大转速

。

其

他主要尺寸：

螺栓孔中心所在圆直径

，6只M10螺栓。

17-2解

（1）选择型号：

因汽轮发电机组的转子较重，传递的转矩特大，轴有一定的弯曲变形，工作

环境为高温高压蒸汽，轴有伸长，故选用耐温的齿式联轴器。

（2）求计算转矩

转矩　　

　。

　　由教材表17-1,当工作机为发电机原动机为汽轮机时的工作情况系数仍可取

。

则计算转矩

　　根据计算转矩、轴的转速

、外伸轴直径d=120mm查手册，可用标准ZB19012-

1989GCLD型鼓型齿式联轴器GCLD7。

其许用转矩为

，许用最大转速

。

17-3

　　图17.2题17-3图　　　　　图17.3题17-3解图

解可选用一超越离合器，如图17.3所示。

电动机1和电动机2的转速是相同的，但电动机1经过蜗杆蜗

轮传动后，转速降至

，并有

。

当两电机同时开动时，因

，超越离合器松开，

传不到

轴上，

轴由电机2带动。

若电动机1开动后，再停止电动机2，那么当电动机2停止转动

时，

，

，超越离合器被滚珠楔紧带动

轴旋转。

所以任何时间都不会卡死。

17-4

图17.4题17-4图

解

（1）求计算转矩

　转矩　　

。

　由教材表17-1查得，当工作机为车床时的工作情况系数

。

则计算转矩

（2）求摩擦面数目

　　由教材式（17-7）　　

　得

由教材表17-2查得

，并将

、

、

、

代入上式

得

摩擦面数应为10。

主动摩擦片为6片，从动摩擦片为5片时，摩擦面数

即可实现。

（3）验算压强

　　查教材表17-2，取

合适。

17-5

答：

自行车从动链轮与内棘轮3相固联，棘爪4通过弹簧始终与棘齿啮合。

当脚蹬踏板顺时转动时，经

主动链轮1、链条2带动从动链轮3顺时针转动，再通过棘爪4使后轮轴5顺时转动，驱动自行车前行。

自

行车前进时，如果脚踏板不动，从动链轮（内棘轮）不转，后轮轴5便超越内棘轮3而转动，棘爪4在棘轮

齿背上滑过，从而实现图17.5题17-5解图不蹬脚踏板的自行滑行。

17-6

图17.6题17-6图

解自动离心离合器的工作原理是：

活动瓦块在离心惯性力的作用下克服弹簧拉力压紧鼓轮内壁，当输入

轴转速达到一定值时，压紧力所产生的摩擦力矩克服外力矩后，离合器处于接合状态。

故离合器所能传递

的转矩与轴的转速之间的关系是：

则：

当输入轴的角速度为

时，传递转矩

18-1解1）弹簧丝最大剪应力取

时对应着最大工作载荷

由弹簧的材料、载荷性质查教材

表18-1得

；由弹簧丝直径

查教材表18-2得

。

故

由式（18-2）可解得最大工作载荷

将

，及由教材图18-6查得

代入上式，得

在

作用下的变形量

即为最大变形量，由式（18-4）得

2）采用端部磨平结构时，设两端各有3/4圈并紧，其有效圈数为

圈

则其并紧高度

将

代入自由高度计算式，得其自由高度

3）验算稳定性

符合稳定性要求。

18-2解

（1）初选弹簧丝直径根据对结构尺寸的限制条件，此弹簧的内径应

，弹簧外径应

，故弹簧丝直径

，初选

（2）确定许用应力

　　弹簧用碳素钢丝

组制造，承受冲击载荷，由教材表18-1、表18-2查得

（3）确定弹簧丝直径

　　由式（18-2）可解得

　　因

，取

，则

，查教材图18-6得

，将各值

代入上式，得

说明取

的碳素钢丝满足强度要求。

（4）确定弹簧有效圈数

　　由式（18-5）得

　　将弹簧的刚度

代入上式，得

圈，取

圈

（5）计算弹簧的其他尺寸

　弹簧内径：

　弹簧外径：

　弹簧间距：

，

　弹簧节距：

　螺旋升角：

　弹簧总圈数：

　两端各并紧3/4圈磨平，则

圈

　弹簧丝的展开长度：

　自由高度：

　安装高度：

（6）验算弹簧的稳定性

符合稳定性要求。

18-3解1）弹簧储存的变形能为：

由题意可知

，

，

，代入上式可得

则弹簧刚度：

2）由

，查教材表18-1得

代入式（18-2）得

说明此弹簧的强度足够。

3）弹簧的有效圈数：

圈

18-4解1）由弹簧的材料、载荷性质查教材表18-1得

，且

　弹簧中径　

　由旋绕比

，查教材表18-1得

　则极限载荷

　由于

，所以在最大工作载荷

作用时弹簧不会拉断。

2）由式（18-5）得弹簧刚度

则弹簧的工作行程

18-5解1）计算初拉力

由弹簧的刚度公式可得

将已知数据代入上式：

得：

2）因两根弹簧的尺寸完全相同，故其刚度也完全相同

没有初拉力的弹簧在

时的伸长量：