《机械设计基础》杨晓兰版(机械工业出版社)课后习题答案.doc

第十三章习题册 参考答案绪论0-1 判断题（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7）0-2 填空题（1）确定的相对 （2）机械 （3）零件 （4）构件0-3 选择题（1）A （2）A （3）A （4）A （5）A一、机构的自由度1-1 判断题（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7）（8） （9） （10） （11） （12） （13） （14）1-2 填空题（1）运动副 （2）独立 （3）2 （4）低 （5）机构自由度 （6）机架1-3 选择题（1）A （2）A （3）A （4）A （5）A （6）A （7）A（8）A （9）A （10）A （11）A （12）A （13）A1-4 解：a）F=3n2plph=33240=1b）F=3n2plph=35270=1c）F=3n2plph=33240=1d）F=3n2plph=33240=1e）F=3n2plph=33240=1f）F=3n2plph=33240=1g）F=3n2plph=33240=11-5 解：a）F=3n2plph =35270=1b）滚子中心存在局部自由度，F=3n2plph=382111=1c）E处存在复合铰链，F=3n2plph=35261=2d）F=3n2plph=36281=1e）滚子中心存在局部自由度，两移动副处之一为虚约束，三根杆以转动副相连处存在复合铰链 F=3n2plph=392122=1f）齿轮、杆和机架以转动副相连处存在复合铰链，F=3n2plph=34242=2g）F=3n2plph=33230=3h）滚子中心存在局部自由度，F=3n2plph=33232=1i）中间三根杆以转动副相连处存在复合铰链，=3n2plph=372100=1j）左边部分全为虚约束，三根杆以转动副相连处存在复合铰链，F=3n2plph=35270=11-6 解：a）该构件组合为机构，因为该组合自由度F=3n2plph=34251=10b）该构件组合不是机构，因为该组合自由度F=3n2plph=33241=0c）该构件组合不是机构，因为该组合自由度F=3n2plph=34260=0d）该构件组合为机构，因为该组合自由度F=3n2plph=33240=10二、平面连杆机构2-1 判断题（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7）（8） （9） （10） （11） （12） （13） （14）（15） （16） （17） （18） （19） （20） （21）（22） （23） （24） （25）2-2 填空题（1）低 （2）转动 （3）3 （4）连杆，连架杆 （5）曲柄，摇杆 （6）最短 （7）曲柄摇杆 （8）摇杆，连杆 （9）2 （10）（11）运动不确定 （12）非工作时间 （13）惯性 （14）大（15）中的摆动导杆机构有，中的转动导杆机构无 （16）机架 （17）曲柄（18）曲柄滑块 （19）双摇杆 （20）双曲柄机构 （21）无，有2-3 选择题（1）A （2）C （3）B （4）A （5）B （6）B （7）A（8）C （9）A （10）A （11）A （12）C （13）C （14）A（15）A （16）A （17）A （18）A （19）A （20）A （21）A2-4 解：a）双曲柄机构，因为40+11070+90，满足杆长条件，并以最短杆为机架b）曲柄摇杆机构，因为30+13060+70，不满足杆长条件，无论以哪杆为机架都是双摇杆机构d）双摇杆机构，因为50+120=80+90，满足杆长条件，并以最短杆的对边为机架2-5 解：（1）由该机构各杆长度可得lAB+ lBClCD+ lAD，由此可知满足杆长条件，当以AB杆或AB杆的邻边为机架时该机构有曲柄存在（2）以lBC或lAD杆成为机架即为曲柄摇杆机构，以lAB杆成为机架即为双曲柄机构，以lCD杆成为机架即为双摇杆机构2-6 解：（1）曲柄摇杆机构由题意知连架杆CD杆不是最短杆，要为曲柄摇杆机构，连架杆AB杆应为最短杆（0lAB300 mm）且应满足杆长条件lAB+lBClCD+lAD，由此可得0lAB150mm（2）双摇杆机构由题意知机架AD杆不是最短杆的对边，要为双摇杆机构应不满足杆长条件AB杆为最短杆（0lCD+lAD，由此可得150mmlCD+lAB，由此可得300mmlAB450mmAB杆为最长杆（500mmlABlCD+lBC，由此可得550mmlAB1150mm由此可知：150mmlAB450 mm，550mmlAB1150 mm（3）双曲柄机构要为双曲柄机构，AD杆必须为最短杆且应满足杆长条件AB杆为中间杆（300mmlAB500mm）时，lAD+lBClCD+ lAB，由此可得450mmlAB500mmAB杆为最长杆（500mmlAB120，合适。（6）确定带的根数查教材表6-5得P01.91kW；查教材表6-6得P00.168kW；查教材表6-7得K=0.954；查教材表6-3，KL=0.99，则：取z=5根（7）计算单根带的预紧力查教材表6-1得q=0.1kg/m，则：（8）计算带轮轴上的压力（9）带轮结构设计（略）6-8解：（1）求链节数由教材表6-9查得链节距p=15.875mm取链节数Lp=132（2）求链所能传动的最大功率由教材图6-25查得P0=10kW，查表6-11得KA=1.0，查表6-12得KZ=1.0，单排链取 Km=1，则：答：1）链节数Lp=132；2）链所能传动的最大功率P=10kW。6-9解：由教材表6-9查得链节距为p=19.05mm的链号为12A由n1=996.4r/min、链号12A查教材图6-25可得P0=20kW6-10解：由教材表6-9查得满足极限载荷Q = 50kN的链号为16A，链节距为p=25.4mm由教材图6-25查得P0=40kW，查表6-12得KZ=1.1，单排链取 Km=1，则：答：链能传递的功率为36.67kW。6-11解：（1）选择链号由传动比i= 3查教材表6-10 取z1=25，则z2=iz1=325=75查表6-11取KA=1.2，查表6-12取Kz=0.74，单排链取 Km=1，由式（6-22b）得根据P0=8.92kW和nl=720r/min查教材图6-25可选链号10A（2）确定润滑方式由表6-9查得链节距p=15.875mm答：由链号10A，v=4.76m/s，查图6-26，可选择油浴或飞溅润滑。6-12解：（1）两轮的合理转向如图所示（2）两轮的包角如图所示（3）V带与带轮接触处的弯曲应力分布如图所示，b1b2（4）载荷过大时，打滑首先出现在小带轮处。由于小带轮上的包角小于大带轮上的包角，因此小带轮上的总摩擦力相应地小于大带轮上的总摩擦力，故打滑首先出现在小带轮处（5），带速在525m/s范围内，带速合适6-13解：图a、b、c所示的链传动布置中链轮均按逆时针旋转七、齿轮传动7-1 判断题（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7）（8） （9） （10） （11） （12） （13） （14）（15） （16） （17） （18） （19） （20） （21）（22） （23） （24） （25） （26） （27） （28）（29） （30） （31） （32） （33） （34） （35）7-2 填空题（1）基圆，基圆 （2）20 （3）等于，大于 （4）恒定，不变 （5）两轮的模数相等、压力角相等 （6）1，实际啮合线段/基圆齿距（7）轴向力，825 （8）两轮的模数相等、压力角相等、螺旋角大小相等方向相反（9）右，1430，3mm （10）相切，相割，相离（11）正，弯曲 （12）17 （13）少，小 （14）350HBS，齿面点蚀（15）轮齿折断 （16）高（2050）HBS，（510）mm （17）齿面磨损（18）硬度 （19）相反，相同 （20）相同，不同 （21）多（22）1.5 （23）2040 （24）少，大，弯曲 （25）浸油（26）10 （27）直径大小 （28）500 （29）铸造（30）同时参加啮合的齿对数7-3 选择题（1）B （2）C （3）A （4）C （5）B （6）B （7）C（8）B （9）C （10）D （11）D （12）D （13）A （14）D（15）B （16）D （17）A （18）C （19）A （20）C （21）A7-4解：（1）啮合线N1N2如图所示；（2）节点P如图所示；（3）两轮的节圆如图所示7-5解：分度圆直径：，齿顶圆直径： 齿根圆直径： 基圆直径： 标准中心距：答：两轮的分度圆直径分别为50mm、100mm，两轮的齿顶圆直径分别为55mm、105mm，两轮的齿根圆直径分别为43.75mm、93.75mm，两轮的基圆直径分别为46.985mm、93.969mm，标准中心距为75mm。7-6解：模数：分度圆直径：，齿顶圆直径： 齿根圆直径： 答：两轮的模数为4mm，两轮的分度圆直径分别为80mm、160mm，两轮的齿顶圆直径分别为88mm、168mm，两轮的齿根圆直径分别为70mm、150mm。7-7解：（1）验算齿面接触疲劳强度查表7-6取载荷系数K=1.2，查表7-7取弹性系数ZE=188.9MPa1/2，查表7-4取、，查表7-8取，满足齿面接触强度要求。（2）验算齿根弯曲强度查图7-26得YFa1=2.72、YFa2=2.25，查图7-27得YSa1=1.59、YSa2=1.76，查表7-4取、，查表7-8取，满足齿根弯曲强度要求。答：齿面接触强度和齿根弯曲强度均满足7-8解：开式齿轮传动主要失效形式是齿面磨损和齿根折断，由得齿轮所能传递的最大转矩查表7-6取载荷系数K=1.2，b=b2=40mm查图7-26得YFa1=2.91、YFa2=2.27，查图7-27得YSa1=1.56、YSa2=1.74考虑磨损对齿厚的影响，查表7-4取，查表7-8取，齿轮传动传递的最大功率答：该齿轮传动所能传递的最大功率为0.62kW。7-9解：（1）选择材料、确定许用应力1）由表7-4选小齿轮材料用38SiMnMo调质，硬度为260HBS，Hlim1=720MPa，FE1=590MPa，大齿轮材料为40Cr调质，硬度为230HBS，Hlim2=700MPa，FE2=580MPa。属软齿面传动，二者的硬度差为30HBS。2）由表7-8取SH=1.1，SF=1.25，许用应力 ， ，（2）按齿面接触强度设计1）设齿轮的精度等级为8级2）齿轮齿数取z1=25，z2=iz1=3.225=80，实际传动比3）小齿轮传递的转矩 4）计算小齿轮分度圆直径由表7-6取载荷系数K=1.4，由表7-9取齿宽系数，由表7-7取弹性系数ZE=189.8MPa1/2，则：5）模数，由表7-1取标准值m=2.5mm齿轮分度圆直径：，6）齿宽，取b2=63mm，b1=68mm7）中心距（3）验算轮齿的弯曲强度由图7-26得齿形系数YFa1=2.72，YFa2=2.25，由图7-27得应力修正系数YSa1=1.59，YSa2=1.77故所设计齿轮是安全的。（4）齿轮的圆周速度查表7-5可知齿轮选用8级精度是合适的。其他计算从略。7-10解：（1）选择材料、确定许用应力1）由表7-4大、小齿轮材料均选用40Cr调质后表面淬火，小齿轮齿面硬度为52HRC，FE1=720MPa，大齿轮齿面硬度为50HRC，FE2=700MPa。属硬齿面传动。2）由表7-8取SF=1.25，考虑磨损对齿厚的影响，许用应力 ，（2）按齿轮弯曲强度设计1）齿轮齿数取z1=17，z2=iz1=4.317=73.1，取z2=73，实际传动比2）小齿轮传递的转矩3）计算齿轮模数由表7-6取载荷系数K=1.2，由表7-9取齿宽系数由图7-26得齿形系数YFa1=3.07，YFa2=2.26，由图7-27得应力修正系数YSa1=1.53，YSa2=1.75，由表7-1取m=3mm4）齿宽，取b2=32mm，b1=37mm其他计算从略。7-11解：螺旋角：分度圆直径：齿顶圆直径： 齿根圆直径： 答：螺旋角为，分度圆直径分别为88.73mm、211.27mm，齿顶圆直径分别为96.73mm、219.27mm，齿根圆直径分别为78.73mm、201.27mm。7-12解：小齿轮传递的转矩：小齿轮分度圆直径：圆周力：径向力：轴向力：答：作用在两个齿轮上的圆周力为1830.34N，径向力为689.69N，轴向力为490.44N。7-13解：（1）选择材料、确定许用应力1）由表7-4选大、小齿轮材料均用40Cr，并经调质后表面淬火，齿面硬度为5055HRC，Hlim1=Hlim2=1200MPa，FE1=FE2=720MPa，属硬齿面传动。2）由表7-8取SH=1，SF=1.25，许用应力，（2）按齿根弯曲强度设计1）设齿轮的精度等级为8级2）齿轮齿数取z1=17，z2=iz1=3.617=61.2，取z2=61，实际传动比3）小齿轮传递的转矩4）初选螺旋角=155）计算法向模数由表7-6取载荷系数K=1.3，由表7-9取齿宽系数当量齿数：，由图7-26得齿形系数YFa1=2.97，YFa2=2.29，由图7-27得应力修正系数YSa1=1.55，YSa2=1.73，由表7-1取标准值mn=2.5mm6）中心距，取实际中心距a=101mm7）修正螺旋角8）齿轮分度圆直径，9）齿宽，取b2=25mm，b1=30mm（3）验算齿面接触强度由表7-7取弹性系数ZE=189.8MPa1/2所设计齿轮是安全的。（4）齿轮的圆周速度查表7-5可知齿轮选用8级精度是合适的。其他计算从略。7-14解：分度圆锥角：，分度圆直径：，齿顶圆直径：齿根圆直径：锥距：齿顶角和齿根角：顶锥角：根锥角：答：分度圆锥角分别为、，分度圆直径分别为95mm、190mm，齿顶圆直径分别为103.94mm、194.47mm，齿根圆直径分别为84.27mm、184.63mm，锥距为106.21mm，齿顶角和齿根角为，顶锥角分别为、，根锥角为。7-15解：小锥齿轮传递的转矩：小锥齿轮分度圆直径：小锥齿轮分度圆锥角：小锥齿轮齿宽中点的分度圆直径：圆周力：径向力、轴向力： 答：作用在两个齿轮上的圆周力为783.98N，齿轮1的径向力和齿轮2的轴向力为248.28N，齿轮1的轴向力和齿轮2的径向力为490.44N。7-16解：（1）两图在K点的圆周力和轴向力的方向如图所示（2）两图各轮的转向如图所示（3）斜齿轮的旋向如图所示 7-17解：（1）齿轮2的轮齿旋向及转动方向如图所示（2）两轮在啮合点处各力的方向如图所示7-18解：（1）从动轮2的转动方向如图所示（2）各轮在啮合点处各力的方向如图所示7-19解：（1）其它各轴的转向如图所示（2）齿轮2、3、4的轮齿旋向如图所示（3）各轮齿在啮合处的三个分力方向如图所示7-20解：（1）斜齿轮3和斜齿轮4的轮齿旋向如图所示（2）圆锥齿轮2和斜齿轮3所受各力的方向如图所示八、蜗杆传动8-1 判断题（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8）（9） （10） （11） （12） （13） （14） （15） 8-2 填空题（1）斜，齿轮 （2）低，好，1、2、4、6 （3）越大 （4）低 （5）合金钢，渗碳淬火，锡青铜 （6）ma1=mt2=m，a1=t2= ，=（旋向相同） （7）斜齿轮齿条的啮合 （8）mq （9）直径系数 （10）蜗轮 （11）浸油，压力喷油8-3 选择题（1）C （2）A （3）A （4）A （5）A （6）A （7）A（8）A （9）A （10）A （11）A （12）D （13）B （14）A（15）A （16）A （17）A （18）B 8-4解：（1）各图未注明的蜗杆或蜗轮的转动方向如图所示（2）a）图蜗轮左旋，b）图蜗杆左旋，c）图蜗轮右旋，d）图蜗轮右旋（3）各图蜗杆和蜗轮在啮合点处的各分力方向如图所示 a） b） c） d）8-5解：（1）各轮的转动方向如图所示（2）斜齿圆柱齿轮3、4和蜗轮2、6的轮齿螺旋线方向如图所示8-6解：，答：传动比为13.25，标准中心距为157.5mm。8-7解：（1）1轮为左旋，2轮为右旋，4轮为顺时针转动（2）2轮各分力的方向如图所示（3）根据中心距相等，解得根据，解得解得答：斜齿轮螺旋角为125019，蜗杆导程角111836，作用在蜗轮上转矩为439.03Nm8-8解：（1）蜗杆旋向如图所示，蜗轮右旋（2）蜗轮啮合点处各力的方向如图所示（3）轴向力和圆周力方向反向，径向力方向不变（4），答：蜗杆的分度圆直径为64mm，蜗轮的分度圆直径为480mm，传动的中心距为272mm。九、轮系9-1 判断题（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9） （10）9-2 填空题（1）固定 （2）周转 （3）首轮，末 （4）行星，差动（5）行星，差动 （6）定轴，差动，行星 （7）行星轮，中心轮（8）行星架 （9）nH，转化轮系 （10）大，简单9-3 选择题（1）A （2）B （3）B （4）C （5）A （6）B 9-4解：（1）根据和齿轮1、2、3模数相同得：（2）该轮系为定轴轮系，其传动比为：（3）（4）各轮转向如图所示答：齿轮3的齿数为60，轮系的传动比为5.73，n5大小为17.45r/min，各轮的转向如图所示。9-5解：（1）该轮系为定轴轮系，其传动比为：（2）各轮转向如图所示答：n4的大小为2.78r/min，各轮的转向如图所示。9-6解：（1）该轮系为定轴轮系，其传动比为：（2）各轮转向如图所示答：n8的大小为40r/min，各轮的转向如图所示。9-7解：（1）该轮系为周转轮系，其传动比为：（2）答：n3=80 r/min，i13=12.5。9-8解：（1）根据和各轮模数相等得：（2）该轮系为周转轮系，其传动比为：nH的转向与n1相同答：齿轮3的齿数为20，nH的大小为79.63r/min，nH的转向与n1相同。9-9解：该轮系为周转轮系，其传动比为：nH的转向与n1相反答：行星架H的转速的大小为8.33r/min，nH的转向与n1相反。9-10解：（1）该轮系为周转轮系，其自由度F=3n2plph=34243=1，该轮系为行星轮系（2）该轮系为周转轮系，其传动比为：，5n1与nH转向相同答：图示轮系为行星轮系，轮系的传动比为5，n1与nH转向相同。十、轴承10-1 判断题（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9） （10） （11） （12） （13） （14） （15） 10-2 填空题（1）滑动，滚动 （2）承受轴向载荷，轴向承载，越大 （3）外圈，内圈，滚动体，保持架 （4）阻力小，冲击 （5）向心，推力（6）60 （7）深沟球轴承，6312 （8）轴向承载 （9）点蚀，磨损，塑性变形（10）接触式，非接触式 （11）外圈，承载 （12）液体摩擦，非液体摩擦（13）向心，推力 （14）散热，减小接触应力，吸振，防锈 （15）内表面（16）间歇，低，轻 （17）滑动 （18）形成楔形油楔，相对运动，有一定粘度的润滑油 （19）低，高 （20）磨损，胶合10-3 选择题（1）D （2）A （3）A （4）D （5）C （6）B （7）B（8）A （9）C （10）B （11）A （12）A （13）A （14）A（15）B （16）C （17）A （18）A （19）A （20）A （21）A（22）D （23）C （24）A （25）A （26）C （27）A （28）A（29）B （30）A 10-4解：（1）初选轴承型号由于轴径已确定，所以采用验算的方法确定轴承的型号。初选6207轴承，查教材附表3得6207轴承的C=25500N，C0r=15200N（2）求当量动载荷Fa/Cor= 720/15200= 0.047，根据Fa/Cor值由教材表10-7线性插值求e值，Fa/Fr=720/1770=0.4068e，由教材表10-7查得X=0.56，根据Fa/Cor值由教材表10-7线性插值求Y值，P=XFr+YFa=0.561770+1.8720=2287.2N（3）求轴承寿命查教材表10-8取ft=1，表10-9取fp=1.1所选轴承6207不合适改选6307轴承按照上述步骤重新计算，此处不再详细计算，只给出计算结果如下：C=33200N，C0r=19200N，Fa/Cor= 0.0375，e=0.234，Fa/Fr=0.4068e，X=0.56，Y=1.895，P=2355.6N，Lh=12089h6000h答：所选轴承6307合适10-5解：P=Fr =1500N，查教材表10-8取ft=1，表10-9取fp=1.5，查教材附表3得6309轴承的C=52800N答：该轴承满足使用寿命要求10-6解：（1）选择轴承根据轴承类型为角接触球轴承和轴颈70mm从表中选择7214C轴承（2）计算轴承寿命P=40600N，查教材表10-8取ft=1，表10-9取fp=1.1，从表中查得7214C轴承的C=69200N（3）判断轴承的压紧和放松当A+S2S1时，轴承1被压紧，轴承2被放松答：（1）选择7214C轴承；（2）轴承寿命为13340h；（3）当A+S2634.6NSC，所以轴承C被压紧，轴承D被放松FaC= A+SD=2019.4N，FaD= SD=1269.4N答：FaC=2019.4N，FaD=1269.4N10-8解：（1）确定轴承内部附加轴向力S的方向：S1向左，S2向右（2）求轴承的内部附加轴向力S1=0.68Fr1=0.681400=952N，S2=0.68Fr2=0.68900=612N（3）求轴承的轴向力A+S2=800+612=1412N952NS1，所以轴承1被压紧，轴承2被放松Fa1= A+S2=800+612=1412N，Fa2= S2=612N（4）求轴承的当量动载荷查教材表10-7知7210AC轴承的e=0.68Fa1/ Fr11412/14001.0090.68= e，查教材表10-7取X10.41，Y10.87Fa2/ Fr2612/9000.68= e，查教材表10-7取X21，Y20P1X1Fr1+Y