机械设计作业集10答案新版

第十章齿轮传动

一、选择题

10—1 在齿轮传动的设计计算中，对下列参数和尺寸应标准化的有__A、G__；应圆整的有D、E__；没有标准化也不应圆整的有B、C、F、H、I、J。

A斜齿轮的法面模数m n B斜齿轮的端面模数m t C直齿轮中心距a

D斜齿轮中心距a E齿宽B F齿厚s G分度圆压力角α

H螺旋角βI锥距R J齿顶圆直径d a

10—2 材料为20Cr钢的硬齿面齿轮，适宜的热处理方法是______B____。

A整体淬火B渗碳淬火C调质D表面淬火

10—3 将材料为45钢的齿轮毛坯加工成为6级精度的硬齿面直齿圆柱齿轮，该齿轮制造工艺顺序应是_______A______为宜。

A滚齿、表面淬火、磨齿B滚齿、磨齿、表面淬火

C表面淬火、滚齿、磨齿D滚齿、调质、磨齿

10—4为了提高齿轮传动的齿面接触强度应__B__。

A分度圆直径不变增大模数B增大分度圆直径

C分度圆直径不变增加齿数D减小齿宽

10—5为了提高齿轮齿根弯曲强度应___A_____。

A 增大模数B增大分度圆直径C增加齿数 D 减小齿宽10—6一减速齿轮传动，主动轮1和从动轮2的材料、热处理及齿面硬度均相同，则两轮齿根的弯曲应力_A_。

A σF1>σF2

B σF1<σF2

C σF1=σF2

10—7一减速齿轮传动，小齿轮1选用45钢调质，大齿轮2选用45钢正火，它们的齿面接触应力__C__。

A σH1>σH2

B σH1<σH2

C σH1=σH2

10—8 一对标准圆柱齿轮传动，若大、小齿轮的材料或热处理方法不同，则工作时，两齿轮间的应力关系属于下列第 C 种。

A σH1≠σH2，σF1≠σF2，[σH]1＝[σH]2，[σF]1＝[σF]2

B σH1＝σH2，σF1＝σF2，[σH]1≠[σH]2，[σF]1≠[σF]2

C σH1＝σH2，σF1≠σF2，[σH]1≠[σH]2，[σF]1≠[σF]2

D σH1≠σH2，σF1＝σF2，[σH]1≠[σH]2，[σF]1≠[σF]2

（σH、σF、[σH]、[σF]分别为齿轮的接触应力、弯曲应力、许用接触应力、许用弯曲应力）

10—9一对正确啮合的标准渐开线齿轮作减速传动时，若两轮的材料、热处理及齿面硬度均相同且寿命系数K N1=K N2，则两轮的弯曲强度为___A_____。

A大齿轮较高B小齿轮较高C相同

10—10一对正确啮合的标准渐开线齿轮作减速传动，若两轮的许用接触应力[σH1]= [σH2]，则两轮的接触强度___C_____。

A大齿轮较高B小齿轮较高C相同

10—11有两个标准直齿圆柱齿轮，齿轮1模数m1=5mm，z1=25；齿轮2模数m2=3mm，z2=25，它们的齿形系数___ C___。

AY Fa1>Y Fa2 B Y Fa1

10—12有两个标准直齿圆柱齿轮，齿轮1的模数m1=5mm，齿数z l=30；齿轮2的模数m2=3mm，齿数z2=50，则齿形系数和应力校正系数的乘积Y Fa1Y Sa1___A____Y Fa2Y Sa2。

A大于B等于C小于D不一定大于、等于或小于10—13圆柱齿轮传动中，常使小齿轮齿宽b1略大于大齿轮齿宽b2，其目的是__C___。

A 提高小齿轮齿面接触强度B提高小齿轮齿根弯曲强度

C补偿安装误差，以保证全齿宽接触 D 减少小齿轮载荷分布不均

10—14对于重要的齿轮传动，可将齿顶进行修缘，目的是___C_____。

A减小齿间载荷分配不均B减小齿向载荷分配不均C减小附加动载荷10—15 在齿轮传动中，将齿轮轮齿加工成鼓形齿的目的是___B_____。

A减小动载荷B改善载荷沿齿向分布不均C提高齿轮的传动精度10—16 齿轮传动中，动载系数K v主要是考虑___A___因素对齿轮传动的影响。

A齿轮自身制造精度引起的误差B载荷沿齿宽分布不均

C双齿啮合时的载荷分配不均D齿轮以外的其它

10—17 齿轮接触强度计算中的材料弹性系数Z E反映了___A___对齿面接触应力的影响。

A齿轮副材料的弹性模量和泊松比B齿轮副材料的弹性极限

C齿轮副材料的强度极限D齿轮副材料的硬度

10—18对于闭式软齿面齿轮传动，在传动尺寸不变并满足弯曲疲劳强度的前提下，齿数宜适当取多些，其目的是__C__。

A 提高轮齿的弯曲强度B提高齿面的接触强度

C提高传动的平稳性

10—19对于闭式硬齿面齿轮传动，宜取较少齿数以增大模数，其目的是__D__。

A提高齿面接触强度B减小滑动系数，提高传动效率

C减小轮齿的切削量D保证轮齿的弯曲强度

10—20设计一对齿数不同的齿轮传动，若需校核其弯曲强度时，一般应___A___。

A对大、小齿轮分别校核B只需校核小齿轮

C只需校核大齿轮D应校核哪一个齿轮，无法判断

10—21在齿轮传动中，为减少动载荷，可采取的措施是____B___。

A改用好材料B提高齿轮制造精度

C降低润滑油粘度D加大模数

10—22直齿圆锥齿轮传动的强度计算方法是以___C___的当量圆柱齿轮为基础。

A大端B小端C齿宽中点处

二、填空题

10—23 对齿轮材料的基本要求是：齿面硬，齿芯韧；齿轮传动中，软、硬齿面是以齿面硬度来划分的，当HB<350时为软齿面，一般取小、大齿轮的硬度HBS1-HBS2为30~50 ，其原因是小齿轮的循环次数多；当HB350时为硬齿面，一般取小、大齿轮的硬度HBS1 = HBS2。10—24 在齿轮传动中，获得软齿面的热处理方式有调质、正火，而获得硬齿面的热处理方式有渗碳淬火、整体淬火、表面淬火等。

10—25一般参数的闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是点蚀，闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是断齿，开式齿轮传动的主要失效形式是磨损，高速重载齿轮传动，当润滑不良时最可能出现的失效形式是胶合。

10—26 在闭式软齿面齿轮传动中，齿面疲劳点蚀经常首先出现在 节线附近靠近齿根 处，其原因是该处 为单齿啮合区 、 摩擦力大润滑不良 。 10—27 在推导轮齿齿根弯曲疲劳应力计算公式时，其计算模型是 悬臂梁 ，设计的主要参数是 模数m 。一对齿轮传动中，大、小齿轮的弯曲应力 不相等 。

10—28 齿轮齿面接触应力计算公式是在 赫芝 公式的基础上推导出的，影响齿面接触应力最主要的参数是 分度圆直径d 1（中心距a ） 。一对标准齿轮传动，若中心距、传动比等其他条件保持不变，仅增大齿数z 1，而减小模数m ，则齿轮的齿面接触疲劳强度 不变 。

10—29渐开线齿轮的齿形系数Y Fa 的物理意义是 轮齿形状对弯曲应力的影响 ，标准直齿圆柱齿轮的Y Fa 值只与齿轮的 齿数 有关。设有齿数相同的A 、B 、C 三个标准齿轮，A 为标准直齿圆柱齿轮，B 为β＝15o的斜齿圆柱齿轮，C 为δ=30o的直齿锥齿轮，试比较这三个齿轮的齿形系数，最小的是 C ，最大的是 A 。

10—30 齿轮的弯曲疲劳强度极限σFlim 和接触疲劳强度极限σHlim 是经持久疲劳试验并按失效概率为 1%

来确定的，试验齿轮的弯曲应力循环特性为脉动循环。 10—31 一齿轮传动装置如图所示，轮1为主动，在传动过程中，轮2的齿根弯曲应力按 对称 循环变化，

而其齿面接触应力按 脉动循环 变化。若求得其齿根

最大弯曲应力为300MPa ，则最小应力值为 -300MPa ，应力幅值为300MPa ，平均应力为 0 。

10—32 在斜齿圆柱齿轮传动中，螺旋角β既不宜过小，也不宜过大，因为β过小，会使得 斜齿轮的优点不能充分发挥 ，而过大又会使得 轴向力过大 。因此，在设计计算中，β的取值应为 8~20 ，可以通过调整β而对 中心距 进行圆整。 10—33 填注下表中参数的荐用范围（一般情况下）：

10—34 在不改变齿轮的材料和尺寸的情况下，如何提高轮齿的抗折断能力? 答：1、加大齿根圆角半径，以减小应力集中；

2、增加轴的刚性，使受载均匀；

3、采用合适的热处理使齿芯具有足够的韧性；

4、对齿根进行强化处理。

10—35 齿面点蚀一般首先发生在轮齿的什么部位？在开式齿轮传动中，为什么一般不出现点蚀破坏？如何提高齿面抗点蚀的能力？

答：齿面点蚀一般首先发生在轮齿节线附近靠近齿根处。开式齿轮传动的主要失效是磨损，还没有出现点蚀就可能已磨损了。

措施：1、提高齿面硬度，降低粗糙度；

2、提高润滑油粘度；

3、采用正传动，提高综合曲率半径， 减小接触应力。

10—36软齿面齿轮和硬齿面齿轮是如何划分的？软齿面齿轮和硬齿面齿轮在加工方法上有何区

1

23

别？为什么？

答：根据齿面硬度划分，HB<350，为软齿面；HB 350，为硬齿面。硬齿面齿轮的加工比软齿面多了齿面硬化处理和精加工两道工序，主要是因为齿面硬化处理后有变形出现，需要精加工。

10—37在什么工况下工作的齿轮易出现胶合破坏?胶合破坏通常出现在轮齿的什么部位?如何提高齿轮齿面抗胶合的能力?

答：在高速重载工况下工作的闭式齿轮易出现胶合破坏，

提高齿轮齿面抗胶合的能力，可： 1、提高齿面硬度，降低粗糙度；

2、低速用粘度大的润滑油，高、中速及重载低速用极压润滑油；

3、采用变位齿轮，减小滑动系数；

4、减小模数，降低齿高，减小滑动系数；

5、两齿轮配对时，齿面有硬度差，HB 1-HB 2=30~50。

为什么轮齿的弯曲疲劳裂纹首先发生在齿根受拉伸一侧？ 答：拉应力导致疲劳裂纹的扩展。

在直齿圆柱齿轮强度计算中，当齿面接触强度已足够，而齿根弯曲强度不足时，可采用什么措施提高弯曲强度？

答：1、增大模数m ；

2、适当增大齿宽b ；

3、采用正变位齿轮。

10—38 标准直齿圆柱齿轮传动，若传动比i ，、转矩T 1、齿宽b 均保持不变，试问在下列条件下齿轮的弯曲应力和接触应力各将发生什么变化?

(1)模数m 不变，齿数z 1增加； (2)齿数z 1不变，模数m 增大；

(3)齿数z l 增加一倍，模数m 减小一半。 答：（1）弯曲应力↓（d 1增大，F n 减小，Y Fa Y sa 减小），接触应力↓（d 1增大）； （2）弯曲应力↓（m 增大，d 1增大，F n 减小），接触应力↓（d 1增大）； （3）弯曲应力↑（m 减小使F 大量增大，z 1增大使F 少量减小），接触应力不变（d 1不变）；

10—39一对圆柱齿轮传动，大、小齿轮齿面接触应力是否相等?大、小齿轮的接触强度是否相等?在什么条件下两齿轮的接触强度相等?

答：在任何情况下，大、小齿轮齿面接触应力都相等，但接触强度不一定相等，因为大、小齿轮的材料、热处理等不同，许用接触应力不一定相等。两齿轮的许用接触应力相等，即： ，两齿轮的接触强度相等。

10—40一对圆柱齿轮传动，一般大、小齿轮齿根弯曲应力是否相等?大、小齿轮弯曲强度相等的条件是什么?

答：一般大、小齿轮齿根弯曲应力不相等，F1>F2。

大、小齿轮弯曲强度相等的条件是：

试分析一对标准直齿圆柱齿轮传动，在中心距和传动比一定的情况下，齿数和模数的不同选择方

[][][][]

12121

21122 F F F F F F Fa Sa Fa Sa Y Y Y Y σσσσσσ==

或[][]

12 H H σσ=

案各有何利弊?

答：齿数增大，模数减小，则：

1、重合度εα↑，传动平稳；

2、齿高h ↓，滑动系数↓，磨损↓；

3、d a ↓，齿轮重量↓，切削量↓；

4、齿轮弯曲强度↓。

齿宽系数φd 的大小对齿轮传动的尺寸和强度影响如何?选取时要考虑哪些因素?

答：齿宽系数φd 越大，则齿轮的有效齿宽越大，齿轮的承载能力越强，强度越高；但齿宽越大，齿轮的偏载越严重，使得载荷分布不均匀，K β增大，计算应力增大，强度降低。因此，要根据支承方式适当选择齿宽系数φd 。

10—45在圆柱齿轮传动设计中，为什么通常取小齿轮的宽度大于大齿轮齿宽?在强度计算时是采用哪个齿宽?圆锥齿轮传动又如何?

答：因为轴系零件和箱体存在加工和装配误差，使得两齿轮轴向错位而减小了轮齿的接触宽度，为了保证轮齿的接触宽度，通常取小齿轮的宽度大于大齿轮齿宽。在强度计算时采用的有效齿宽是大齿轮的齿宽。圆锥齿轮则两齿轮的齿宽取为相等，因为圆锥齿轮的轴向位置可以调整，而且要求两齿轮的锥顶重合，大端面应当对齐。

10—46在齿轮传动中，载荷分布不均匀系数K β与哪些因素有关？可采取哪些措施减小K β？

答：载荷分布不均匀系数K β考虑载荷沿轮齿接触线分布不均匀的影响，这主要是由于系统变形（轴、轴承、箱体等）引起的，有弯曲变形和扭转变形，可采取如下措施减小K β： 1、提高轴、轴承、机架的刚度； 2、提高齿轮的制造、安装精度；

3、尽量使齿轮相对轴作对称布置，避免悬臂布置；

4、适当减小齿宽；

5、转矩从远离齿轮端输入；

6、重要传动中的齿轮作成鼓形齿。

10—47 有一对标准直齿圆柱齿轮传动。有关参数和许用值如下表，试分析比较哪个齿轮的弯曲疲劳强度高? 哪个齿轮的接触疲劳强度高?

Sa Fa t

F Y Y bm

KF =σE H t H Z Z u

u bd KF ?±?=

σ1

1[][]

54

.792

.28.2490

1

111

1=?=

σ=σσSa Fa F F F Y Y

弯曲强度可比较

齿轮1的弯曲强度高。

接触强度可比较 和

显然 ，齿轮1的接触强度高。

10—48 现有A 、B 两对闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动。其参数如下表所示。其材料及热处理硬度、载荷、工况及制造精度均相同。试分析比较这两对齿轮接触强度及弯曲强度的高低。

解：两对齿轮的材料及热处理硬度、载荷、工况及制造精度均相同，即表示其许用应力都相同，只需比较其计算应力的大小。

A: d 1=mz 1=2×40=80mm B: d 1=mz 1=4×20=80mm 弯曲强度：

每对齿轮都是小齿轮的弯曲应力大，只算小齿轮的弯曲应力。

A ：

B ：

B 对齿轮的弯曲强度高。 接触强度： A ： B ：

两对齿轮的接触强度一样高。

10—49 一标准直齿圆柱齿轮传动，若传递载荷不变，齿轮齿数、中心距和许用应力不变，小齿轮转速 n 1从960 r /min 降为720 r /min 。试问要改变何参数，并使该值与原用值之比大致等于多少才能保证该传动具有原来的抗弯曲强度?

答：由于转速下降，使得传递的扭矩增加，有

[]1H σ[][]

46

.723

.24.2400

2

222

2=?=

σ=σσSa Fa F F F Y Y []2H σ[][]21H H σ>σ004

226714************...Y Y m Y Y bmd KT Y Y bm KF Sa Fa Sa Fa Sa Fa t F =?=∝==σ1111111112128155

1085

4t F Fa Sa Fa Sa Fa Sa KF KT ..Y Y Y Y Y Y .bm bmd m σ?==∝==01767.040

22

212122212111=?=∝?±?=?±?=σd Z Z u u bd KT Z Z u u bd KF E H E H t H 01767.020

42

212122212111=?=∝?±?=?±?=σd Z Z u u bd KT Z Z u u bd KF E H E H t H 960

9550955011P

n P T ==720

955095501

1

P

n P T ='='HB HA σσ=

即扭矩增加为原来的 倍。由弯曲应力计算公式

只有改变齿宽b ，并使其等于原用值的1.333倍才能保证该传动具有原来的抗弯曲强度。

10—50两级齿轮传动中，若一级为斜齿，另一级为直齿，试问斜齿圆柱齿轮应置于高速级还是低速级？为什么？若为直齿锥齿轮和圆柱齿轮所组成的两级传动，锥齿轮应置于高速级还是低速级？为什么？

答：斜齿圆柱齿轮应置于高速级，这是因为斜齿轮在高速级时相对于低速级时的轴向力小，可使轴承受力较小。若为直齿锥齿轮和圆柱齿轮所组成的两级传动，锥齿轮应置于高速级，这是因为高速级速度高、受力小，锥齿轮的尺寸较小，便于加工。

10—51 （3）答：

齿轮4的接触强度最弱。

10—51 图示为一二级展开式标准斜齿圆柱齿轮减速器。已知，高速级齿数z 1=44, z 2=94，模数 m 12=2.5 mm ，中心距 a 12 = 175 mm ，齿宽b 2= 90mm ；低速级齿数z 3=40，z 4=75，模数m 34= 3 mm ，中心距a 34 =175 mm ，齿宽b 4=100 mm ；四个齿轮的材料相同，许用接触应力分别为： [σH ]1＝[σH ]3= 550 MPa ，[σH ]2＝[σH ]4=420MPa ；传动的摩擦损耗可忽略不计，假设两对齿轮传动的载荷系数K 相同。试：

(1)标出齿轮2轮齿螺旋线的旋向，以使 II 轴轴承上所受轴向力小些； (2)画出各齿轮的受力图(力的作用点和方向)； (3)判断哪个齿轮的接触强度最弱。

Sa

Fa Sa Fa t F Y Y bmd KT Y Y bm KF 11

2==σ333.1720960

=E

H E H E H H H Z Z KT .Z Z ).(KT Z Z u u d b KT ?=?+???=?±?==1211212212121200116044

941

4494445290212σσE

H E H E H H H Z Z KT T z z K Z Z KT Z Z u u d b KT ?=+?????=?+???=?±?=σ=σ121122

334342343432001508.040

7514075)403(1002407514075)403(100212

答：

题10—51图

（3）的解答在上一页。

10—52图示为二级圆锥-圆柱齿轮减速器简图，输入轴Ⅰ转向n 1如图所示。

(1)合理确定斜齿轮3和4的螺旋线方向（画在图上），； (2)在图上画出各齿轮的圆周力、径向力和轴向力的方向； (3)Ⅲ轴为输出轴，应从Ⅲ轴的哪端输出扭矩为好？为什么？ 答：

题10—52图

应从Ⅲ轴的上端输出扭矩，使弯曲、扭转的变形抵消一部分。

10—53有一同学设计闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动，方案一其参数为：m=4mm 、z 1=20、z 2=60，经强度计算其齿面接触疲劳强度刚好满足设计要求，但齿根弯曲应力远远小于许用应力，因而又进行了两种方案设计。方案二为：m=2mm 、z 1=40、z 2=120，其齿根弯曲疲劳强度刚好满足设计要求；方案三为：m=2mm 、z 1=30、z 2=90。假设改进后其工作条件、载荷系数K 、材料、热处理硬度、齿宽等条件都不变，问：

(1)改进后的方案二、方案三是否可用？为什么？ (2)应采用哪个方案更合理？为什么？ 答：(1) 方案二

与方案一的d 1相同，齿面接触疲劳强度不变，可用。

I

II III

ΙΙ

n Ι

n II

III

1

n ΙΙn ΙΙΙ

n mm

mz d 8040211=?==

方案三

比方案一的d 1减小，齿面接触疲劳强度降低，不可用。

(2) 方案一与方案二相比较，应采用方案二更合理，因为在d 1不变的条件下，齿数多、模数小有如下优点：

1、重合度εα↑，传动平稳；

2、齿高h ↓，滑动系数↓，磨损↓；

3、d a ↓，齿轮重量↓，切削量↓。

四、设计计算题

10—52 设计一直齿圆柱齿轮传动，原用材料的许用接触应力为[σH ]1=700MPa ，[σH ]2 =600MPa ，求得中心距a=100mm ；现改用[σH ]1=600MPa ，[σH ]2=400MPa 的材料，若齿宽和其它条件不变，为保证接触疲劳强度不变，试计算改用材料后的中心距a′。 解：

即

10—53 一直齿圆柱齿轮传动，已知z l =20，z 2=60，m=4mm ，B 1=45mm ，B 2=40mm ，齿轮材料为锻钢，许用接触应力[σH ]1=500MP a ，[σH ]2=430MP a ，许用弯曲应力[σF ]1=340MP a ，

[σF ]2=280MP a ，弯曲载荷系数K=1.85，接触载荷系数K =1.40，求大齿轮所允许的输出转矩T 2 (不计功率损失)。

解：1、计算弯曲强度允许的输出转矩

mm

mz d 6030211=?==[]H E H E H t H Z Z u

u bd KT Z Z u u bd KF σ≤?±?=?±?=σ1

212

111[]H E

H Z Z u u b KT d σ?

±?≥1211[]2

11H d σ∝

[]2

11H d σ'∝'[]21H a σ∝[]21H a σ'∝'[][]mm

a a H H 15040060010022=?=σ'σ?='[]F Sa Fa F Y Y z bm KT σ≤=σ1

21

2[][]Nmm

Y Y Y Y K z bm T Sa Fa F Sa Fa F 24555298.7085

.1220440},min{222

22111121=????=σσ≤[]34.7855.18.2340111=?=σSa Fa F Y Y []98.7075.128.2280222=?=σSa Fa F Y Y

2、计算接触强度允许的输出转矩

大齿轮所允许的输出转矩T 2=168938Nmm 。 10一54有一对闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动，已知小齿轮齿数z 1=20，传动比i=3，模数 m=4mm ，齿宽 b = 80 mm ，齿面接触应力σH = 400MP a ，大齿轮齿根弯曲应力 σF2 = 50 MP a 。现可忽略载荷系数K 对强度的影响，试求：

（1）小齿轮的齿根弯曲应力σF1；

（2）当其他条件不变，而 b =40mm 时的齿面接触应力σ′H 和齿根弯曲应力σ′F1、σ′F2；

（3）当传动比i 及其他条件不变，而 z 1= 40，m = 2 mm 时的齿面接触应力σ″H 和齿根弯曲应力σ″F1、σ″F2。 解：（1）

（2）

（3） （因为d 1不变）

10—57 设计铣床中一对直齿圆柱齿轮传动，已知功率P 1=7.5kW ，小齿轮主动，转速n 1=1450r/min ，齿数z 1=26，z 2=54，双向传动，工作寿命L h =12000h 。小齿轮对轴承非对称布置，轴的刚性较大，工作中受轻微冲击，7级制造精度。 解：略

Nmm n n

T T 73665732455522

112=?==[]H E H H Z Z u u z bm KT σ≤?±?=σ122121[][]Nmm Z Z u u K z bm T E

H H H 56312)8.1895.2430(434.1220440)},min{(122222212121=??????=σσ?+?≤Nmm

n n T T 1689383563122

112=?==MPa Y Y Y Y Sa Fa Sa Fa F F 01.5573.128.255

.18.25022112

1=???=?σ=σ[]H

E H H Z Z u u z bm KT σ≤?±?=σ122121MPa b b H H 68.56540

80400=?='σ=σ'[]F Sa Fa F Y Y z bm KT σ≤=σ12

1

2MPa

b b F F 02.110408001.5511=?='σ=σ'MPa b b F F 10040805022=?='σ=σ'MPa H H

400=σ=σ''MPa z m z m F F 02.11040220

401.5522121211=???=''σ=σ''MPa z m z m F F 10040220

45022121222=???=''σ=σ''

10—58 设计一斜齿圆柱齿轮传动，已知功率P l=40kW，转速n1=2800r/min，传动比i=3.2，工作寿命L h=1000h，小齿轮作悬臂布置，工作情况系数K A=1.25。

解：略

10—59 设计由电动机驱动的闭式圆锥齿轮传动。已知功率P1=9.2kW，转速n1=970r/min，传动比i=3，小齿轮悬臂布置，单向转动，载荷平稳，每日工作8小时，工作寿命为5年(每年250个工作日)。

解：略

合工大机械设计基础作业部分答案

3 凸轮机构 1．【答】 根据形状，可分为盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮三类。 基本组成部分有凸轮、从动件和机架三个部分。 凸轮与从动件之间的接触可以通过弹簧力、重力或凹槽来实现。 2．【答】 从动件采用等速运动规律时，运动开始时，速度由零突变为一常数，运动终止时，速度由常数突变为零，因此从动件加速度及惯性力在理论上为无穷大（由于材料有弹性变形，实际上不可能达到无穷大），使机构受到强烈的冲击。这种由于惯性力无穷大突变而引起的冲击，称为刚性冲击。 从动件运动时加速度出现有限值的突然变化，产生惯性力的突变，但突变是有限的，其引起的冲击也是有限的，这种由于加速度发生有限值突变而引起的冲击称为柔性冲击。等加速等减速运动规律和简谐运动规律都会产生柔性冲击。 3．【答】应注意的问题有： 1）滚子半径：必须保证滚子半径小于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径；在确保运动不失真的情况下，可以适当增大滚子半径，以减小凸轮与滚子之间的接触应力； 2）校核压力角：进行为了确保凸轮机构的运动性能，应对凸轮轮廓各处的压力角进行校核，检查其最大压力角是否超过许用值。如果最大压力角超过许用值，一般可以通过增加基圆半径或重新选择从动件运动规律； 3）合理选择基圆半径：凸轮的基圆半径应尽可能小些，以使所设计的凸轮机构可能紧凑，但基圆半径越小，凸轮推程轮廓越陡峻，压力角也越大，致使机构工作情况变坏。基圆半径过小，压力角就会超过许用值，使机构效率太低，甚至发生自锁。 4．【答】绘制滚子从动件凸轮轮廓时，按反转法绘制的尖顶从动件的凸轮轮廓曲线称为凸轮的理论轮廓。由于滚子从动件的中心真实反映了从动件的运动规律和受力状况，因此基圆半径和压力角应在理论轮廓上量取。

机械设计作业集第3章答案解析

第三章 机械零件的强度 一、选择题 3—1 零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之 C 。 A 增加 B 不变 C 降低 D 规律不定 3—2 在图中所示的极限应力图中，工作应力有C 1、C 2所示的两点，若加载规律为r=常数。在进行安全系数校核时，对应C 1点的极限应力点应取为 A ，对应C 2点的极限应力点应取为 B 。 A B 1 B B 2 C D 1 D D 2 3—3 同上题，若加载规律为σm =常数，则对应C 1点 的极限应力点应取为 C ，对应C 2点的极限应力点 应取为 D 。 A B 1 B B 2 C D 1 D D 2 题3—2图 3—4 在图中所示的极限应力图中，工作应力点为C ，OC 线与横坐标轴的交角θ=600 ，则该零件 所受的应力为 D 。 A 对称循环变应力 B 脉动循环变应力 C σmax 、σmin 符号（正负）相同的不对称循环变应力 D σmax 、σmin 符号（正负）不同的不对称循环变应力 3—5 某四个结构及性能相同的零件甲、乙、丙、丁，若承受最大应力的值相等，而应力循环特性r 分别为+1、-1、0、，则其中最易发生失效的零件是 B 。 A 甲 B 乙 C 丙 D 丁 3—6 某钢制零件材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=300MPa ，若疲劳曲线指数m=9，应力循环基 数N 0=107，当该零件工作的实际应力循环次数N=105 时，则按有限寿命计算，对应于N 的疲劳极限σ-1N 为 C MPa 。 A 300 B 420 C D 3—7 某结构尺寸相同的零件,当采用 C 材料制造时,其有效应力集中系数最大。 A HT200 B 35号钢 C 40CrNi D 45号钢 3—8 某个40Cr 钢制成的零件，已知σB =750MPa ，σs =550MPa ，σ-1=350MPa ，ψσ=，零件危险截面处的最大工作应力量σmax =185MPa ，最小工作应力σmin =-75MPa ，疲劳强度的综合影响系数K σ=，则当循环特性r=常数时，该零件的疲劳强度安全系数S σa 为 B 。 A B 1.74 C D 3—9 对于循环基数N 0=107 的金属材料,下列公式中, A 是正确的。 A σr m N=C B σN m =C C 寿命系数m N N N k 0/ D 寿命系数k N < 3—10 已知某转轴在弯-扭复合应力状态下工作，其弯曲与扭转作用下的计算安全系数分别为 S σ=、S τ=，则该轴的实际计算安全系数为 C 。 A B 6.0 C D 3—11 在载荷和几何尺寸相同的情况下,钢制零件间的接触应力 A 铸铁零件间的接触应力。 A 大于 B 等于 C 小于 D 小于等于 3—12 两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值 A 。 A 相等 B 不相等 C 是否相等与材料和几何尺寸有关 D 材料软的接触应力值大 3—13 两等宽的圆柱体接触，其直径d 1=2d 2，弹性模量E 1=2E 2，则其接触应力为 A 。 A σH1=σH2 B σH1=2σH2 C σH1=4σH2 D σH1=8σH2 S m σa O σ

机械设计基础作业集参考答案(12_17) - 副本

12 带 传 动13 链 传 动14 轴15 滑 动 轴 承16 滚 动 轴 承 17 联轴器、离合器及制动器 1、【答】由公式 αα f f ec e e F F /11/1120+-= 影响带传动工作能力的因素有： （1） 预紧力：预紧力越大，工作能力越强，但应适度，以避免过大拉应力； （2） 包角：包角越大越好，一般不小于120度； （3） 摩擦系数：摩擦系数越大越好。 2、【答】由公式A c 2 υσ=可知，为避免过大的离心拉应力，带速不宜太高； 1） 由公式（12-6），带传动的圆周力 υP F 1000= 由公式（12-8），紧边拉力 υ P F F F F 10002001+=+= 因此，为避免紧边的拉应力 A F 11= σ 过大，带速不宜太低。 3、【答】 带传动中的弹性滑动是由于带松边和紧边拉力不同，导致带的弹性变形并引起带与带轮之间发生相对微小滑动产生的，是带传动固有的物理现象。弹性滑动会使带产生磨损，并且使从动轮转速小于主动轮转速。 带传动中由于工作载荷超过临界值并进一步增大时，带与带轮间将产生显著的相对滑动，这种现象称为打滑。打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急剧降低，甚至使传动失效，这种情况应当避免。 4、【答】带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏。 带传动的设计准则是在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。 13 链 传 动

2 1、【答】链传动优点与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保证准确的平均传动比，传动效率较高；又因链条不需要像带那样张得很，所以作用于轴上的径向压力较小；在同样的条件下，链传动结构较为紧凑。同时链传动能在高温和低温的情况下工作。 2、【答】链传动运动中由于链条围绕在链轮上形成了正多边形，造成了运动的不均匀性，称为链传动的多边形效应。这是链传动固有的特性。 减轻链传动多边形效应的主要措施有： 1） 减小链条节距； 2） 增加链轮齿数； 3） 降低链速。 3、【答】滚子链传动的主要失效形式为： 1）链的疲劳破坏：链在工作时，周而复始地由松边到紧边不断运动着，因而它的各个元件都是在变应力作用下工作，经过一定循环次数后，链板将会出现疲劳断裂，或者套筒、滚子表面将会出现疲劳点蚀（多边形效应引起的冲击疲劳）。 2）链条铰链的磨损：链条在工作过程中，由于铰链的销轴与套筒间承受较大的压力，传动时彼此又产生相对转动,导致铰链磨损,使链条总长伸长,从而使链的松边垂度变化,增大动载荷,发生振动,引起跳齿,加大噪声以及其它破坏,如销轴因磨损削弱而断裂等。 3）链条铰链的胶合：当链轮转速高达一定数值时，链节啮入时受到的冲击能量增大，销轴和套筒间润滑油被破坏，使两者的工作表面在很高的温度和压力下直接接触，从而导致胶合。因此，胶合在一定程度上限制了链的传动的极限转速。 4）链条静力拉断：低速（6.0<υm/s ）的链条过载，并超过了链条静力强度的情况下，链条就会被拉断。 14 轴 1、【答】 工作中只承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）的轴称为传动轴。只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。 自行车的前轴和后轴属于心轴，中轴属于转轴。 2、【答】轴的常用周向定位方式有：键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。 轴的常用轴向定位方式有：轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等。 3、【答】轴的强度不足时，可采取：增大轴的直径；改变材料类型；增大过渡圆角半径；对轴的表面进行热处理和表面硬化加工处理；提高表面加工质量；用开卸载槽等方法降低过盈配合处的应力集中程度；改进轴的结构形状等措施。 刚度不足时只能采取增大轴径，改变轴外形等措施。 6、

机械设计考试试题及其答案

1．在一般工作条件下，齿面硬度HB≤350的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为【】 A．轮齿疲劳折断 B. 齿面疲劳点蚀 C．齿面胶合 D. 齿面塑性变形 2．带传动在工作时产生弹性滑动，是由于【】A．包角α太小 B. 初拉力F0太小 C．紧边与松边拉力不等 D. 传动过载 3．在下列四种型号的滚动轴承中，只能承受径向载荷的是【】A．6208 B. N208 C. 3208 D. 5208 4．下列四种螺纹中，自锁性能最好的是【】 A．粗牙普通螺纹 B.细牙普通螺纹 C．梯形螺纹 D.锯齿形螺纹 5．在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，可采用的方法为【】 A．减小齿面滑动速度υs B. 减少蜗杆头数Z1 C．增加蜗杆头数Z1 D. 增大蜗杆直径系数q 6．在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指【】 A．弹簧外径与簧丝直径之比值 B．弹簧内径与簧丝直径之比值 C．弹簧自由高度与簧丝直径之比值 D．弹簧中径与簧丝直径之比值 7．普通平键接联采用两个键时，一般两键间的布置角度为【】A．90° B. 120°°° 8．V带在减速传动过程中，带的最大应力发生在【】A．V带离开大带轮处 B. V带绕上大带轮处 C． V带离开小带轮处 D. V带绕上小带轮处 9．对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是【】 A．拉力 B.扭矩 C．压力 D.拉力和扭矩 10．滚子链传动中，链节数应尽量避免采用奇数，这主要是因为采用过渡链节后【】 A．制造困难 B.要使用较长的销轴 C．不便于装配 D.链板要产生附加的弯曲应力 二、 1．轴如按受载性质区分，主要受的轴为心轴，主要受的轴为传动轴。 2．代号62203的滚动轴承，为轴承，其内径为 mm。 3．在一般机械中的圆柱齿轮传动，往往使小齿轮齿宽b1大齿轮齿宽b2；在计算齿轮强度时，工作齿宽b应取。 4．普通平键联接的工作面是键的；楔键联接的工作面是键的。 5．为了便于互换及适应大量生产，轴承内圈孔与轴的配合采用制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用制。 6．不随时间变化的应力称为，随时间变化的应力称为，具有周期性的变应力称为。7．按照平面图形的形状，螺纹分为、和等。 8．按照工作条件，齿轮传动可分为和两种。 9．齿轮传动设计时，软齿面闭式传动通常先按设计公式确定传动尺寸，然后验算轮齿弯曲强度。

机械设计试题及答案

1．在疲劳曲线上，以循环基数N0为界分为两个区：当N≥N0时，为（无限寿命区）区；当N ＜N0时，为（有限寿命区）区。 2．刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗（弹性变形）的能力。零件材料的弹性模量越小，其刚度就越（小）。 3．润滑油的（油）性越好，则其产生边界膜的能力就越强；（粘度）越大，则其内摩擦阻力就越大。 4．为改善润滑油在某些方面的性能，在润滑油中加入的各种具有独特性能的化学合成物即为（添加剂）。 5．正是由于（弹性滑动）现象，使带传动的传动比不准确。带传动的主要失效形式为（打滑）和（带的疲劳破坏）。 6．蜗杆传动的主要缺点是齿面间的（相对滑动速度）很大，因此导致传动的（效率）较低、温升较高。 7．链传动水平布置时，最好（紧边）边在上，（松边）在下。 8．设计中，应根据被联接轴的转速、（转矩）和（直径）选择联轴器的型号。 9．径向滑动轴承的半径间隙与轴颈半径之比称为（相对间隙）；而（偏心距）与（半径间隙）之比称为偏心率 。 10．对于普通平键，考虑到载荷分布的不均匀性，双键联接的强度按（1.5 ）个键计算。 1．当所受轴向载荷通过（螺栓组形心）时，螺栓组中各螺栓承受的（轴向工作拉力）相等。2．从结构上看，带轮由（轮毂）、轮辐和（轮缘）三部分组成。 3．在直齿圆柱齿轮传动的接触疲劳强度计算中，以（节点）为计算点，把一对轮齿的啮合简化为两个（圆柱体）相接触的模型。 4．按键齿齿廓曲线的不同，花键分为（矩形）花键和（渐开线）花键。 5．请写出两种螺纹联接中常用的防松方法：（双螺母等）和（防松垫圈等）。

6．疲劳曲线是在（应力比）一定时，表示疲劳极限 与（循环次数）之间关系的曲线。 γN 7．理论上为（点）接触或（线）接触的零件，在载荷作用下，接触处局部产生的应力称为接触应力。 8．开式齿轮传动的主要失效形式是：（齿面的磨粒磨损）和（断齿）。 9．径向滑动轴承的条件性计算主要是限制压强、（速度）和（pv值）不超过许用值。10．在类型上，万向联轴器属于（无弹性元件的挠性）联轴器，凸缘联轴器属于（刚性）联轴器。 二、选择填空（每空1分，共10分） 1．下列磨损中，不属于磨损基本类型的是（ 3 ）；只在齿轮、滚动轴承等高副零件上经常出现的是（ 2 ）。 （1）粘着磨损；（2）表面疲劳磨损； （3）磨合磨损；（4）磨粒磨损。 2．在通过轴线的截面内，（1 ）的齿廓为直边梯形；在与基圆柱相切的截面内，（3 ）的齿廓一侧为直线，另一侧为曲线。 （1）阿基米德蜗杆；（2）法向直廓蜗杆； （3）渐开线蜗杆；（4）锥蜗杆。 3、对于直齿圆柱齿轮传动，其齿根弯曲疲劳强度主要取决于（4 ）；其表面接触疲劳强度主要 取决于（ 1 ）。 （1）中心距和齿宽；（2）中心距和模数； （3）中心距和齿数；（4）模数和齿宽。 4、对于径向滑动轴承，（1 ）轴承具有结构简单，成本低廉的特点；（ 3 ）轴承必须成对使 用。 （1）整体式；（2）剖分式； （3）调心式；（4）调隙式。 5．在滚子链传动的设计中，为了减小附加动载荷，应（4 ）。 （1）增大链节距和链轮齿数；（2）增大链节距并减小链轮齿数； （3）减小链节距和链轮齿数；（4）减小链节距并增加链轮齿数。 6．对中性高且对轴的削弱又不大的键联接是（ 1 ）联接。

机械设计作业集(答案)

机械设计作业集(答案) 第五章螺纹 一、简答题 1.相同公称直径的细牙螺纹和粗牙螺纹有何区别? 答普通三角螺纹的牙型角为60 0,又分为粗牙螺纹和细牙螺纹，粗牙螺纹用于—般连接，细牙螺纹在相同公称直径时，螺距小、螺纹深度浅、导程和升角也小，自锁性能好，适合用于薄壁零件和微调装置。细牙螺纹的自锁性能好，抗振动防松的能力强，但由于螺纹牙深度浅，承受较大拉力的能力比粗牙螺纹差。 2.螺栓、双头螺柱、紧定螺钉连接在应用上有何不同? 答 (1)普通螺栓连接：被连接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。 (2)精密螺栓(铰制孔螺栓)连接：装配间无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制扎螺栓连接。 (3)双头螺柱连接：螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被连接件，另一端配以螺母，适于常拆卸而被连接件之一较厚时。装拆时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被连接件中拧出。 (4)螺钉连接：适于被连接件之一较厚( 上带螺纹孔) 、不需经常装拆、受载较小的情况。一端有螺钉头、不需螺母。 (5)紧定螺钉连接：拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零

件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。 3.为什么多数螺纹连接都要求拧紧?预紧的目的是什么？ 答绝大多数螺纹连接在装配前都必须拧紧，使连接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用。这个预先加的作蝴用力称为顶紧JJ 力。预紧的目的在于增强连接的紧密性和可靠性，以防止被连接件在受力后出现松动、缝隙或发生滑移。 4.连接用螺纹已经满足自锁条件，为什么在很多连接中还要采取防松措施? 答; 对于一般单线螺纹，螺旋升角小于螺旋副的当量摩擦角，本身能满足自锁条件，但是在冲击、振动或变载荷作用下，螺旋副摩擦力可能减小或瞬时消失，多次反复作用后，就可能松脱。另外，在温度大幅度变化的情况下，反复的热胀冷缩，也会造成松脱。 5.防松原理和防松装置有哪些? 答防松的根本在于防止螺旋副在受载荷时发生相对转动，防松的方法分为：摩擦防松、机械防松和破坏螺旋副关系的永久防松。具体装置如下； (1)摩擦防松：对顶螺母，弹簧垫图，自锁螺毋。 (2)机械防松：开口销与六角开槽螺母，止动垫圈，串联钢丝。 (3)破坏螺旋副关系的永久防松：铆合，冲点，涂胶粘剂。 6.为什么只受预紧力的紧螺栓连接，对螺栓的强度计算要将预紧力增大到它的1．3 倍按纯拉伸计算? 答受顶紧力的紧螺栓连接在拧紧力矩的作用下，螺栓除了要受到顶

机械设计基础课程形成性考核作业及答案

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，__CEF__力的指向可以假定，__ABDG__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_FG_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,α＝30?.求两吊杆的受力的大小。

∑=0 Fx 又因为AB=BC α α 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。

（1）n ＝7，P L ＝10，P H ＝0 （2）n ＝5，P L ＝7，P H ＝0 H L P P n F --=23 H L P P n F --=23 =10273?-? =7253?-? 1= 1= C 处为复合铰链 （3）n ＝7，P L ＝10，P H ＝0 （4）n ＝7，P L ＝9，P H ＝1 H L P P n F --=23 H L P P n F --=23 =10273?-? =19273-?-? 1= 2= E 、E ’有一处为虚约束 F 为局部自由度

机械设计作业答案

第五章螺纹联接和螺旋传动 一、选择题 5—1 螺纹升角ψ增大，则联接的自锁性C，传动的效率A；牙型角 增大，则联接的自锁性A，传动的效率C。 A、提高 B、不变 C、降低 5—2在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是 D 。 A、三角形螺纹 B、梯形螺纹 C、锯齿形螺纹 D、矩形螺纹 5—3 当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常装拆时，往往采用A 。 A、双头螺柱联接 B、螺栓联接 C、螺钉联接 D、紧定螺钉联接 5—4螺纹联接防松的根本问题在于C。 A、增加螺纹联接的轴向力 B、增加螺纹联接的横向力 C、防止螺纹副的相对转动 D、增加螺纹联接的刚度 5—5对顶螺母为A防松，开口销为B防松，串联钢丝为B防松。 A、摩擦 B、机械 C、不可拆 5—6在铰制孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为B。 A、间隙配合 B、过渡配合 C、过盈配合 5—7在承受横向工作载荷或旋转力矩的普通紧螺栓联接中，螺栓杆C作用。 A、受剪切应力 B、受拉应力 C、受扭转切应力和拉应力 D、既可能只受切应力又可能只受拉应力 5—8受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，依靠A来承载。 A、接合面间的摩擦力 B、螺栓的剪切和挤压 C、螺栓的剪切和被联接件的挤压 5—9受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓所受的载荷为B；受横向工作载荷的铰制孔螺栓联接中，螺栓所受的载荷为A；受轴向工作载荷的普通松螺栓联接中，螺栓所受的载荷是A；受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓所受的载荷是D。 A、工作载荷 B、预紧力 C、工作载荷+预紧力 D、工作载荷+残余预紧力 E、残余预紧力 5—10受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接。假设螺栓的刚度C b与被联接件的刚度C 相等，联接的预紧力为F0，要求受载后接合面不分离，当工作载荷F等于预紧力F0 m 时，则D。 A、联接件分离，联接失效 B、被联接件即将分离，联接不可靠 C、联接可靠，但不能再继续加载 D、联接可靠，只要螺栓强度足够，工作载荷F还可增加到接近预紧力的两倍 5—11重要的螺栓联接直径不宜小于M12，这是因为C。 A、要求精度高 B、减少应力集中 C、防止拧紧时过载拧断 D、便于装配

机械设计基础作业集

0 绪论 1．【答】 机器的共同特征是：（1）它们是一种人为实物的组合；（2）各部分之间形成各个运动单元，且各单元之间具有确定的相对运动；（3）在生产过程中能完成有用的机械功（如：机床的切削加工）或转换机械能（如：内燃机、电动机）。 机构的共同特征是：（1）它们是一种人为实物的组合；（2）它们各部分之间形成各个运动单元，且各单元之间具有确定的相对运动。如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构。 机器与机构的区别是前者在生产过程中能完成有用的机械功或转换机械能。 2．【答】 构件与零件的区别是：构件是运动的单元，而零件是制造的单元。 零件的实例有：齿轮，键，轴，弹簧。 构件的实例有：连杆，齿轮、键、轴组成的装配体。 3、【答】 在各种机器中经常能用到的零件称为通用零件。如螺钉、齿轮、弹簧、链轮等。 在特定类型的机器中才能用到的零件称为专用零件。如汽轮机的叶片、内燃机的活塞、曲轴等。

1 平面机构及其自由度 1．【答】 运动副是由两构件直接接触形成的一种可动联接。 面接触的运动副称为低副，点接触或线接触的运动副称为高副。 在平面机构中低副引入2个约束，高副引入1个约束。 低副容易加工制造，并且承载能力大。 2．【答】 机构具有确定运动的条件是：机构的自由度大于0，且机构的原动件数等于机构的自由度数。 若不满足这一条件，机构会出现三种情况： （1）当机构的自由度数大于原动件数时，从动件的运动不确定； （2）当机构的自由度大于0，但小于原动件数时，会发生运动干涉而破坏构件； （3）当机构的自由度小于或等于0时，不能形成机构，是不能产生相对运动的静定或超静定刚性结构。 3．【答】 机构的自由度是指机构中各构件相对于机架所具有的独立运动数目。 计算自由度时应注意：（1）复合铰链；（2）局部自由度；（3）虚约束。 4．【a解】Array活动构件数5 n,低副数量7 = P，高副数量 = L = P，故自由度为 H - ? F ? = 3= 1 - 7 2 5 该机构无复合铰链、局部自由度和虚约束。 a）

《机械设计》试题及答案

《机械设计》试题A 一填空（每空1分,共20分） 1．在疲劳曲线上,以循环基数N0为界分为两个区：当N≥N0时,为（）区；当N＜N0时,为（）区. 2．刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗（）地能力.零件材料地弹性模量越小,其刚度就越（）. 3．润滑油地（）性越好,则其产生边界膜地能力就越强；（）越大,则其内摩擦阻力就越大. 4．为改善润滑油在某些方面地性能,在润滑油中加入地各种具有独特性能地化学合成物即为（）. 5．正是由于（）现象,使带传动地传动比不准确.带传动地主要失效形式为（）和（）. 6．蜗杆传动地主要缺点是齿面间地（）很大,因此导致传动地（）较低温升较高. 7．链传动水平布置时,最好（）边在上,（）在下. 8．设计中,应根据被联接轴地转速（）和（）选择联轴器地型号. 9．径向滑动轴承地半径间隙与轴颈半径之比称为（）；而（）与（）之比称为偏心率ε. 10．对于普通平键,考虑到载荷分布地不均匀性,双键联接地强度按（）个键计算. 二判断题（每小题1分,共10分）（正确地划“√”,错误地划“×”） 1．十字滑块联轴器中地所有元件都是刚性元件,因此属于刚性联轴器. （） 2．两摩擦表面地粗糙度值越小,则越容易实现液体动力润滑.（） 3．在计算转轴地强度时,安全系数法比当量弯矩法更精确. （） 4．相啮合地蜗杆和蜗轮地螺旋角必须大小相等,旋向相反. （） 5．闭式齿轮传动皆须首先按齿面接触强度进行设计计算,确定传动地几何尺寸,然后校核齿根弯曲疲劳强度. （） 6．由于链传动不需要张紧力,故作用在轴上地载荷较小. （） 7．正是由于过载时产生“弹性滑动”,故带传动对传动系统具有保护作用. （） 8．楔键只能用于单向传动,双向传动时,必须采用两个楔键. （） σ＝600MPa. （） 9．性能等级为6.6级地螺栓,其屈服点s 10．机械零件地计算分为设计计算和校核计算,两种计算地目地都是为了防止机械零件在正常使用期限内发生失效. （） 三简答题（每小题5分,共20分） 1．简述为什么开式齿轮传动一般不会出现点蚀现象？ 2．对于滚动轴承地轴系固定方式,请解释什么叫“两端固定支承”？

《机械设计基础》答案.. ()()

《机械设计基础》作业答案 第一章 平面机构的自由度和速度分析 1－1 1－2 1－3 1－4 1－5 自由度为： 或： 1－6 自由度为 或： 1－10 自由度为： 或： 1－11 1－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。 1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设s rad /101=ω，求构件3的速度3v 。 1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比21/ωω。 构件1、2的瞬心为P 12 P 24、P 14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心

1－16：题1-16图所示曲柄滑块机构，已知：s mm l AB /100=，s mm l BC /250=， s rad /101=ω，求机构全部瞬心、滑块速度3v 和连杆角速度2ω。 在三角形ABC 中， BCA AB BC ∠= sin 45sin 0 ，52sin = ∠BCA ，5 23cos =∠BCA ， 0 45 sin sin BC ABC AC =∠，mm AC 7.310≈ 1－17：题1-17图所示平底摆动从动件凸轮1为半径20=r 的圆盘，圆盘中心C 与凸轮回转中心的距离mm l AC 15=，mm l AB 90=，s rad /101=ω，求00=θ和0180=θ时，从动件角速度2ω的数值和方向。 00=θ时 方向如图中所示 当0180=θ时 方向如图中所示

第二章 平面连杆机构 2-1 试根据题2-1图所注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构还是双摇杆机构。 （1）双曲柄机构 （2）曲柄摇杆机构 （3）双摇杆机构 （4）双摇杆机构 2-3 画出题2-3图所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。 2-4 已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角θ为300，摇杆工作行程需时7s 。试问：（1）摇杆空回程需时几秒？（2）曲柄每分钟转数是多少？ 解：（1）根据题已知条件可得： 工作行程曲柄的转角01210=? 则空回程曲柄的转角02150=? 摇杆工作行程用时7s ，则可得到空回程需时： （2）由前计算可知，曲柄每转一周需时12s ，则曲柄每分钟的转数为 2-5 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如题2-5图所示，要求踏板CD 在水平位置上下各摆100，且mm l mm l AD CD 1000,500==。（1）试用图解法求曲柄AB 和连杆BC 的长度；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇计算此机构的最小传动角。 解： 以踏板为主动件，所以最小传动角为0度。 2-6 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度mm l 1003=，摆角030=ψ，摇杆的行程速比变化系数2.1=K 。（1）用图解法确定其余三杆的尺寸；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇

机械设计作业集答案-第四版-西北工大版

《机械设计作业集》（第四版）解题指南 西北工业大学机电学院 2012.7

前言 本书是高等教育出版社出版、西北工业大学濮良贵、纪名刚主编《机械设计》（第八版）和李育锡主编《机械设计作业集》（第三版）的配套教学参考书，其编写目的是为了帮助青年教师使用好上述两本教材，并为教师批改作业提供 方便。 本书是机械设计课程教师的教学参考书，也可供自学机械设计课程的读者和 考研学生参考。 《机械设计作业集》已经使用多年，希望广大教师将使用中发现的问题和错误、希望增加或删去的作业题、以及对《机械设计作业集》的改进建议告知编 者（电子信箱：liyuxi05@https://www.wendangku.net/doc/5718280051.html,），我们会认真参考，努力改进。 本书由李育锡编写，由于编者水平所限，误漏之处在所难免，敬请广大使用 者批评指正。 编者 2012.7

目录 第三章机械零件的强度 (1) 第四章摩擦、磨损及润滑概述 (5) 第五章螺纹连接和螺旋传动 (6) 第六章键、花键、无键连接和销连接 (9) 第七章铆接、焊接、胶接和过盈连接 (11) 第八章带传动 (15) 第九章链传动 (18) 第十章齿轮传动 (19) 第十一章蜗杆传动 (24) 第十二章滑动轴承 (28) 第十三章滚动轴承 (30) 第十四章联轴器和离合器 (34) 第十五章轴 (36) 第十六章弹簧 (41) 机械设计自测试题 (43)

第三章机械零件的强度 3—1 表面化学热处理；高频表面淬火；表面硬化加工；3—2 （3）； 3—3 截面形状突变；增大；3—4 （1）；（1）；3—5 （1）； 3－6 答： 零件上的应力接近屈服极限，疲劳破坏发生在应力循环次数在 103～104范围内，零件破坏断口处 有塑性变形的特征，这种疲劳破坏称为低周疲劳破坏，例如飞机起落架、火箭发射架中的零件。 零件上的应力远低于屈服极限，疲劳破坏发生在应力循环次数大于104时，零件破坏断口处无塑性 变形的特征，这种疲劳破坏称为高周疲劳破坏，例如一般机械上的齿轮、轴承、螺栓等通用零件。 3－7 答： 材料的持久疲劳极限σr∞ 所对应的循环次数为N D，不同的材料有不同的N D值，有时N D很大。为 了便于材料的疲劳试验，人为地规定一个循环次数N0，称为循环基数，所对应的极限应力σr称为材料 的疲劳极限。σr∞ 和N D为材料所固有的性质，通常是不知道的，在设计计算时，当N > N0时，则取 σrN= σr。 3—8 答： 图a 中A点为静应力，r = 1 。图b 中A点为对称循环变应力，r= ?1。图c 中A点为不对称循环变 应力，?1 < r < 1。 3—9 答： 在对称循环时，Kσ是试件的与零件的疲劳极限的比值；在不对称循环时，Kσ是试件的与零件的 极限应力幅的比值。Kσ与零件的有效应力集中系数kσ、尺寸系数εσ、表面质量系数βσ和强化系数βq 有关。Kσ对零件的疲劳强度有影响，对零件的静强度没有影响。 3—10 答： 区别在于零件的等寿命疲劳曲线相对于试件的等寿命疲劳曲线下移了一段距离（不是平行下移）。 在相同的应力变化规律下，两者的失效形式通常是相同的，如图中m1′和m2′。但两者的失效形式也有可 能不同，如图中n1′和n2′。这是由于Kσ的影响，使得在极限应力线图中零件发生疲劳破坏的范围增大。 题解3—10 图 3—11 答： 承受循环变应力的机械零件，当应力循环次数N≤ 103时，应按静强度条件计算；当应力循环次数 N > 103时，在一定的应力变化规律下，如果极限应力点落在极限应力线图中的屈服曲线GC上时，也 应按静强度条件计算；如果极限应力点落在极限应力线图中的疲劳曲线AG上时，则应按疲劳强度条件

机械设计作业及答案11~12(2)

机械设计作业及解答 第3章 强度 1.某零件的材料σB MPa =1000，σS MPa =800，σ-=1400MPa ，ψσ=025.，试画出其 2）K ：σσσmax =+=m a 300，σσσmin =-=-m a 100 σm MPa =100，σa MPa =200 所以K ()100200， 3）位于安全区 2. 已知塑性材料的极限应力图如下：试在图上标出：1)对称循环疲劳极限σ-1；2)屈服极限 σS ；3)脉动循环疲劳极限σ0；4)arctan φσ 。 解：如图 3. 某钢制零件，已知其许用极限应力图，且工作应力的循环特性r=0.268。

(2)自原点0作?=30α 射线交S E A ''折线于C '点(极限应力点) (3)安全系数为1.5时,即C C C 02 3 05.10==' C C '=03 2 0,直接在直线上可量得工作应力点C (4)对应于C 点的 MPa 320000max m a =''=''+=+==+C C H H HC H σ σσ 2)可能失效形式:静强度失效(塑性变形) 第5章 螺栓连接 1. 图示一铸铁吊架用两只普通螺栓固定在梁上。吊架承受的载荷F Q ＝10000N ，螺栓材料为5.8级，Q235，σS =400 MPa ，安装时不控制预紧力，取安全系数[]S S =4，取剩余预紧力为工作拉力的0.4倍，试确定螺栓所需最小直径。 许用拉应力[][] σσ= = =S S MPa S 400 4 100

2个螺栓，z ＝2，每个螺栓的工作载荷F F z = = =Q 5000 N 10000 2 剩余预紧力F 1=0.4F=0.4×5000=2000N 故得螺钉中总拉力F 2=F +F 1=5000+2000=7000N 按强度条件，螺栓小径[] mm 764.10100 7000 3.143.14)(2 c 1=???= ?πσπF d d ≥ 或 2. 如图所示的螺栓组联接，已知外载荷F ＝5KN ，各有关几何尺寸如图所示。试计算受力最大螺栓所受的横向工作载荷F smax 。 解：（1）将F 向螺栓组形心平移，同时得转矩T 。 T=500×F ＝5×103×500＝2.5×106（Nmm ） 在F 作用下，各螺栓所受横向力为 F s1＝12504 1053 =?= z F （N ） 在T 作用下，各螺栓所受横向力也相等，为 226 2280804105.244F +??===r T r rT s ＝3.5524（N ） 显然，1、2两螺栓所受的横向力最大，为 αc o s 2212221m a x s s s s s F F F F F -+= 135c o s 3.5524125023 .5524125022???-+= 6469=（ N ） 3. 气缸盖联接结构如图所示，气缸内径D =250mm ，为保证气密性要求采用12个M18的螺栓，螺纹内径15.294mm 、中径16.376mm ，许用拉应力[]σ=120MPa ，取剩余预紧力为工作拉力的1.5倍，求气缸所能承受的最大压强（取计算直径d c =d 1）。

机械设计作业集10、11答案

第十章齿轮传动 一、选择题 10—1 在齿轮传动的设计计算中，对下列参数和尺寸应标准化的有__A、G__；应圆整的有D、E__；没有标准化也不应圆整的有B、C、F、H、I、J。 A斜齿轮的法面模数m n B斜齿轮的端面模数m t C直齿轮中心距a D斜齿轮中心距a E齿宽B F齿厚s G分度圆压力角α H螺旋角βI锥距R J齿顶圆直径d a 10—2 材料为20Cr钢的硬齿面齿轮，适宜的热处理方法是______B____。 A整体淬火B渗碳淬火C调质D表面淬火 10—3 将材料为45钢的齿轮毛坯加工成为6级精度的硬齿面直齿圆柱齿轮，该齿轮制造工艺顺序应是_______A______为宜。 A滚齿、表面淬火、磨齿B滚齿、磨齿、表面淬火 C表面淬火、滚齿、磨齿D滚齿、调质、磨齿 10—4为了提高齿轮传动的齿面接触强度应__B__。 A分度圆直径不变增大模数B增大分度圆直径 C分度圆直径不变增加齿数D减小齿宽 10—5为了提高齿轮齿根弯曲强度应___A_____。 A 增大模数B增大分度圆直径C增加齿数 D 减小齿宽10—6一减速齿轮传动，主动轮1和从动轮2的材料、热处理及齿面硬度均相同，则两轮齿根的弯曲应力_A_。 A σF1>σF2 B σF1<σF2 C σF1=σF2 10—7一减速齿轮传动，小齿轮1选用45钢调质，大齿轮2选用45钢正火，它们的齿面接触应力__C__。 A σH1>σH2 B σH1<σH2 C σH1=σH2 10—8 一对标准圆柱齿轮传动，若大、小齿轮的材料或热处理方法不同，则工作时，两齿轮间的应力关系属于下列第 C 种。 A σH1≠σH2，σF1≠σF2，[σH]1＝[σH]2，[σF]1＝[σF]2 B σH1＝σH2，σF1＝σF2，[σH]1≠[σH]2，[σF]1≠[σF]2 C σH1＝σH2，σF1≠σF2，[σH]1≠[σH]2，[σF]1≠[σF]2 D σH1≠σH2，σF1＝σF2，[σH]1≠[σH]2，[σF]1≠[σF]2 （σH、σF、[σH]、[σF]分别为齿轮的接触应力、弯曲应力、许用接触应力、许用弯曲应力） 10—9一对正确啮合的标准渐开线齿轮作减速传动时，若两轮的材料、热处理及齿面硬度均相同且寿命系数K N1=K N2，则两轮的弯曲强度为___A_____。 A大齿轮较高B小齿轮较高C相同 10—10一对正确啮合的标准渐开线齿轮作减速传动，若两轮的许用接触应力[σH1]= [σH2]，则两轮的接触强度___C_____。 A大齿轮较高B小齿轮较高C相同 10—11有两个标准直齿圆柱齿轮，齿轮1模数m1=5mm，z1=25；齿轮2模数m2=3mm，z2=25，它们的齿形系数___ C___。 AY Fa1>Y Fa2 B Y Fa1

《机械设计基础》离线作业部分参考答案

绪论作业： 一、单项选择题： 1．以下四种机械零件中不是通用零件的是（） A．齿轮B．带轮C．蜗轮D．叶轮 二、填空题： 1．构件是机构中的运动单元体；零件是机器中的制造单元体。 2．机器的定义是：由零件组成的执行机械运动的装置。用来完成所赋予的功能，如变换或传递能量、物料或信息 三、简答题： 1．机械一般由哪四部分组成？ 密封件、辅助密封件、压紧件、传动件 2．机械零件设计时有哪四个主要要求？ 功能要求、可靠性要求、经济性要求、操作方便和安全要求 3．机械、机器和机构三者有何区别和联系？ 1）他们都是若干人为实体的组合 2)各实体之间具有确定的相对运动 3）能用来代替人们的劳动去实现机械能与其他形式能量之间的转换或做有用的机械功。具备以上（1）（2）两个特征的成为机构。及其与机构的主要区别在于：机器具有运动和能量（而且总包含有机械能）的转换，而机构只有运动的变换。机器由机构组成，机构是机械的运动部分，机构又是有构建组成，构件时机械运动的基本单元体。 4．构件和零件有何区别和联系？ 零件:组成机器的基本单元称为零件 零件是一个产品最小的组成单元，而构件可以是某个产品的某个组成部分，构件可以是一个零件，也可以由多个零件组成。 第一章作业 三：2、何谓运动链？如何使运动链成为机构？ 构件通过运动服连接而成的系统成为运动链。 当运动链具备以下条件时就成为机构： 具有一个机架。 具有足够的给定运动规律的构件。这种构件成为主动件。 4 、在计算机构自由度时，什么是局部自由度？什么是复合铰链？什么是虚约束？ 局部自由度使之机构中某些构件具有的并不影响其他构件运动关系的自由度。由三个或三个以上构件同时在一处用转动副连接，称此结构为复合铰链。某些情况下，机构中有些运动副引入的约束与其他运动副引入的约束相重复，此时，这些运动副对构件的约束，形式上虽然存在而实际上并不起作用，一般把这类约束成为虚约束。 6 、写出平面机构自由度计算公式，并说明式中各符号的意义 F=3n-2P5-P4；n为自由度不为零的运动构件个数；P4高副个数；P5为低副个数。 四：1．计算图1-1所示机构的自由度。（若有复合铰链、局部自由度或虚约束时请加以说明）F=3n-2P5-P4=3X5-2X6-1=2 有复合铰链和虚约束 3、计算图1-3所示机构的自由度。（若有复合铰链、局部自由度或虚约束时请加以说明）F=3n-2P5-P4=3X6-2X7-3=1 有复合铰链和虚约束 4、求图1-4所示实现直线轨迹机构的自由度（若有复合铰链、局部自由度或虚约束时请加

机械设计作业集第11章答案

第十一章蜗杆传动 一、选择题 11—1与齿轮传动相比，___D____不能作为蜗杆传动的优点。 A 传动平稳、噪声小 B 传动比可以较大 C 可产生自锁 D 传动效率高 11—2阿基米德蜗杆和蜗轮在中间平面上相当与直齿条与_B_齿轮的啮合。 A 摆线 B 渐开线 C 圆弧曲线 D、变态摆线 11—3 在蜗杆传动中，如果模数和蜗杆头数一定，增加蜗杆分度圆直径，将使___B___。 A 传动效率提高，蜗杆刚度降低 B 传动效率降低，蜗杆刚度提高 C 传动效率和蜗杆刚度都提高 D 传动效率和蜗杆刚度都降低 11—4大多数蜗杆传动，其传动尺寸主要由齿面接触疲劳强度决定，该强度计算的目的是为防止___D___。 A 蜗杆齿面的疲劳点蚀和胶合 B 蜗杆齿的弯曲疲劳折断 C 蜗轮齿的弯曲疲劳折断 D 蜗轮齿面的疲劳点蚀和胶合 11—5在蜗杆传动中，增加蜗杆头数z1，有利于___D___。 A 提高传动的承载能力 B 提高蜗杆刚度 C 蜗杆加工 D 提高传动效率 11—6为了提高蜗杆的刚度，应___A___。 A 增大蜗杆的直径 B 采用高强度合金钢作蜗杆材料 C 蜗杆硬度，减小表面粗糙度值 11—7 为了提高蜗杆传动的啮合效率ηl，在良好润滑的条件下，可采用___B___。 A 单头蜗杆 B 多头蜗杆 C 较高的转速n1 D 大直径系数蜗杆 11—8对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是__B__。 A 防止润滑油受热后外溢，造成环境污染 B 防止润滑油油温过高使润滑条件恶化

C 防止蜗轮材料在高温下机械性能下降 D 蜗杆蜗轮发生热变形后正确啮合受到破坏 11—9对于一般传递动力的闭式蜗杆传动，其选择蜗轮材料的主要依据是__A__。 A 齿面滑动速度 B 蜗杆传动效率 C 配对蜗杆的齿面硬度 D 蜗杆传动的载荷大小 11—10对于普通圆柱蜗杆传动，下列说法错误的是__B__。 A 传动比不等于蜗轮与蜗杆分度圆直径比 B 蜗杆直径系数越小，则蜗杆刚度越大 C 在蜗轮端面内模数和压力角为标准值 D 蜗杆头数z 1多时，传动效率提高 11—11蜗杆传动的当量摩擦系数f v 随齿面相对滑动速度的增大而___C____。 A 增大 B 不变 C 减小 11—12在蜗杆传动中，轮齿承载能力计算，主要是针对__D__来进行的。 A 蜗杆齿面接触强度和蜗轮齿根弯曲强度 B 蜗杆齿根弯曲强度和蜗轮齿面接触强度 C 蜗杆齿面接触强度和蜗杆齿根弯曲强度 D 蜗轮齿面接触强度和蜗轮齿根弯曲强度 11—13蜗杆常选用的材料是__C__。 A HT150 B ZCuSn10P1 C 45号钢 D GCr15 11—14 蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相类似，其中__B__为最易发生。 A 点蚀与磨损 B 胶合与磨损 C 轮齿折断与塑性变形 D 胶合与塑性变形 11—15蜗轮蜗杆传动中，蜗杆1和蜗轮2受到的转矩的关系为_____C_____。 A 12T T = B 12iT T = C 12T i T η= D η =1 2iT T 二、填空题 11—16蜗杆直径系数 q =d 1/m _。 11—17 蜗杆传动发生自锁的条件是____ v ___。