机械设计基础课后习题答案

2-4 机构具有确定运动的条件是什么？

（1）机构自由度>0（2）原动件数=机构自由度数

2-6 计算自由度（a）(c)

(a)F=3N-2PL-PH=3*7-2*4-3=10 (b)F=3N-2PL-PH=3*9-2*12-2=1

3-1 铰链四杆机构有哪些基本性质？如何判断它是否具有曲柄？

基本性质：急回特性、死点位置

曲柄存在的条件：（1）最短杆与最长杆的长度之和小于等于其他两杆长度之和。（2）连架杆或机架之一为最短杆。

3-3 已知铰链四杆机构各杆杆长分别为：a = 40 mm，b = 79 mm，c = 90 mm，d = 110 mm，各杆按字母顺序布置。试问分别取不同杆为机架时，各获得何种机构？

3-4 如何判断机构有无急回运动？K = 1的铰链四杆机构的结构特征是什么？

判定机构是否有急回运动关键取决于极位夹角，当曲柄摇杆机构在运动过程中出现极位夹角θ时，机构便具有急回运动特性。θ角愈大，K值愈大，机构的急回运动性质也愈显著。

K = 1的铰链四杆机构的结构特征是主动曲柄与连杆拉直共线和重叠共线两处位置重合。

4-2 凸轮机构常用的四种从动件运动规律中，哪种运动规律有刚性冲击？哪些运动规律有柔性冲击？哪种运动规律没有冲击？

匀速运动规律有刚性冲击；等加速度、等减速度和余弦加速度运动规律有柔性冲击；正弦加速度运动规律没有冲击。

4-6 图示一偏置直动从动件盘形凸轮机构，凸轮以C点为中心，题4-6图画出轮廓上D点与尖顶接触时的压力角的位置和大小。

5-1 齿轮传动的最基本要求是什么？齿廓的形状符合什么条件才能满足上述要求？

基本要求是：传动比恒定。

齿廓的形状是：渐开线形、摆线形、圆弧齿时满足上述要求。（齿廓的形状必须满足不论轮齿齿廓在任何位置接触，过触点所做齿廓的公法线均须通过节点。）

5-2 简单叙述齿廓啮合基本定律。

互相啮合传动的一对齿轮，任意瞬间的传动比，都与其连心线被其啮合齿廓的接触处的公法线分成的两线段成反比。

5-3 分度圆和节圆，压力角和啮合角有何区别？

分度圆：为了便于齿廓各部分尺寸的计算,在齿轮上选择一个圆作为计算的基准,该圆称为齿轮的分度圆. (标准齿轮分度圆与节圆重合且s=e) 标准化的齿轮上压力角和模数均为标准值的圆称为分度圆.。

节圆：通过节点的两圆具有相同的圆周速度，他们之间作纯滚动，这两圆称为齿轮的节圆。分度圆、节圆区别：分度圆是齿轮铸造成立后本身具有的，而节圆是在两齿轮运动啮合时根据其速度而确定出来的。

压力角：渐开线上任一点法向压力的方向线（即渐开线在该点的法线）和该点速度方向之间的夹角称为该点的压力角。

啮合角：过节点的两节圆的公切线，与两齿廓公法线间的夹角。压力角、啮合角区别：选取点的不同，压力角的大小也就不同；而只要两齿轮的大小确定，则其啮合角也就随确定。5-5 某直齿圆柱齿轮传动的小齿轮已丢失，但已知与之相配的大齿轮为标准齿轮，其齿数Z2=52，齿顶圆直径d a2=135mm，标准安装中心距a=112.5mm。试求丢失的小齿轮的齿数、模数、分度圆直径、齿顶圆直径，齿根圆直径。

5-7 当α=20o的正常齿渐开线标准齿圆柱齿轮的齿根圆和基圆相重合时，其齿数应为多少？又若齿数大于求出的数值，则基圆和齿根圆哪一个大？

5-10 齿轮的失效形式有哪些？闭式和开式传动的失效形式有哪些不同？

失效形式有：（1）轮齿折断（2）齿面胶合（3）齿面磨粒磨损（4）齿面点蚀（5）

塑性变形开式传动和闭式传动的失效形式不完全相同：其中磨损和疲劳破坏主要为开式齿轮传动的失效形式；而齿面点蚀和折断主要为闭式齿轮传动的失效形式。

5-13 齿轮强度设计准则是如何确定的？

齿轮强度设计准则的确定是根椐齿轮传动的工作方式，齿轮的材料、硬度、失效形式来定的。对闭式传动中的软齿面齿轮（HBS<=350）主要失效形式为点蚀，应按接触强度确定主要参数，按弯曲强度校核齿根弯曲强度。若为硬齿面（HBS>350）主要失效形式为断齿，应按弯曲强度确定主要参数，然后按接触强度校核齿面接触强度。对于开式传动，因为主要失效形式是磨损和断齿，按弯曲强度进行设计。不必按接触强度校核，固开式传动不会发生点蚀。5-14 齿形系数Y FS与什么参数有关？

齿形系数YF与系数z有关。z小YF大。

5-15为何要使小齿轮比配对大齿轮宽（5-10）mm？

为了保证齿轮传动的接触宽度，以防由于制造、安装的误差造成接触宽度不够，因宽度和强度有关。由于小齿轮直径小，增加齿宽（5~10）mm较为适宜，保证接触宽度b。

5-16 斜齿轮的当量齿轮是如何作出的？其当量齿数z v在强度计算中有何用处？

斜齿轮的当量系数应力校正系数时按当量齿数查取。值的大小有关。在强度计算中确定齿形

系数与

5-20 图5-76为二级斜齿圆柱齿轮减速器。已知：齿轮1的螺旋线方向和轴III的转向，齿轮2的参数m n=3mm，z2=57，β2=14o；齿轮3的参数m n=5mm，z3=21。试求：

（1）为使轴II所受的轴向力最小，齿轮3应选取的螺旋线方向，并在图b上标出齿轮2和齿轮3的螺旋线方向；

（2）在图5-76(b)上标出齿轮2、3所受各分力的方向；

5-22 图5-78为直齿锥齿轮--斜齿圆柱齿轮减速器，齿轮1主动，转向如图5-78所示。锥齿轮的参数为m n=2mm，z1=20，z2=40，ψR=0.3；斜齿圆柱齿轮的参数为m n=3mm，z3=20，z4=60。试求：

（1）画出各轴的转向。

（2）为使轴II所受的轴向力最小，标出齿轮3、4的螺旋线方向。

（3）画出轴II上齿轮2、3所受各力的方向。

5-32 在如图5-79所示的蜗杆传动中，蜗杆为主动件。试在图上标出蜗杆（或蜗轮）的转向，蜗轮的螺旋线方向，蜗杆、蜗轮所受各分力的方向。

7-1 什么是弹性滑动和打滑？对带传动分别有什么影响？

产生：带传动中，由于皮带的弹性引起的带与带轮之间的相对滑动产生。

产生：输送带正常运转时，带速不低于辊筒转速的95%。如果辊筒与输送带的摩擦力不够，输送带就容易出现打滑的现象。

影响：弹性滑动没有影响，但是打滑会使传动的机械效率得不到充分的利用。

弹性滑动的大小与带的松、紧边拉力差有关。带传递的圆周力愈大，弹性滑动也愈大。当外载荷所产生的刚周力大于带与小带轮接触弧上的全部摩擦力时，弹性滑动就转变为前面提到的打滑。

7-3 带传动的主要失效形式是什么？带传动的设计准则是什么？

带传动的主要失效形式是带的疲劳损坏和打滑，如脱层、撕裂以及断裂等。

带传动的设计准则是确保带传动在不打滑的前提下，具有一定的疲劳强度和寿命。

带传动的失效原因：

1、输送带卷入滚筒时会弯曲，弯曲次数达到其疲劳极限时，会抄发生弯曲破坏，初期会出现小裂纹，随着时间的推移，裂纹扩大或撕裂，最终导致输送带断裂，造成带传动的失效。

2、由于滚筒自身加工误差，其表面粘上物料或磨损不均造成直径变化，输送带的牵引力产生向滚筒直径大侧的移动分力，在移动分力的作用下，输送带产生向滚筒直径较大方向的跑偏，输送带会向上部跑偏，造成带传动的失效。

7-4 带传动安装时，为什么要张紧？常见的张紧装置有哪几种？

由于带工作一段时间后，会产生永久变形而使带松弛，使带的初拉力F0减小而影响带传动的工作能力，因此需要采取一些措施对带进行张紧。常用的张紧方法有两种，一种是当两带轮的中心距能够调整时，借助于导轨及调整螺栓、摆架和调整螺母、电动机和机架等装置，使带重新具有一定的张紧力；另一种用张紧轮定期对带进行张紧。

7-5 链传动的速度不均匀性是什么原因引起的？如何减轻这种不均匀性？

产生链传动不百均匀性的原因：

链传动不均匀性即链传动的多边形效应，产生的原因有：传动时链速度将随链轮传动而不断变化，主动轮转过一齿，链速度由小变大，由大变小一度次节距越大，链齿轮数越少，速度不均匀性越知严重。这种由于多边形啮合传动给链传动带来的速度不均匀性，称为链传动的多边形效道应。同时链轮的节距越大，齿数越少，速的变化就越大。也就是说多边形效应越明显。

增加链轮的齿数可减少这种影响

7-7 已知V带传动传递的功率P = 7.5kW，带速v = 10m / s，测得紧边拉力是松边拉力的两倍，即F1 = 2F2，试求紧边拉力F1、有效拉力F e和张紧力F0。

Fe=1000P/v=1000*7.5/10=750N

由Fe=F1-F2和F=2F得F=2Fe=2*750=1500N

由F1=F0-0.5Fe得F0=F1-0.5Fe=1500-0.5*750=1125N

9-1 机械平衡的目的是什么？在什么情况下刚性转子可以只进行静平衡？在什么情况下应该进行动平衡？刚性转子达到动平衡的条件是什么？

消除或减少惯性力。当b／D≤1/5时进行静平衡，b／D＞1/5时进行动平衡。转动构件达到动平衡的条件是合力为零，合力矩为零。

9-2 什么是机械运转速度不均匀系数δ？

角速度波动的幅度与平均值之比

9-3 为什么在机械系统中安装飞轮可以调节周期性速度波动？通常都将飞轮安装在高速轴上的原因是什么？

由于飞轮具有很大的转动惯量，因而要使其转速发生变化，就需要较大的能量，当机械出现盈功时，飞轮的角速度只作微小上升，即可将多余的能量吸收储存起来；当机械出现亏功时，机械运转速度减慢，飞轮又可将其储存的能量释放，以弥补能量的不足，其角速度之作幅度的下降。当最大盈亏功与速度不均匀系数相同时，飞轮转动惯量与其轴的转速的平方值成反比，所以为减小飞轮的转动惯量。最好将飞轮安装在机械的高速轴上。

10-1 常见的螺栓中的螺纹是右旋还是左旋、是单线还是多线？怎样判别？多线螺纹与单线螺纹的特点如何？

常见的螺栓中的螺纹是右旋、单线。根据螺旋线绕行方向可判别右旋与左旋；根据螺旋线的数目可判别单线还是多线。特点：单线螺纹的螺距等于导程，多线螺纹的导程等于螺距与线数的乘积；单线螺纹由于其螺旋升角较小，用在螺纹的锁紧，多线螺纹由于其螺纹升角较大，用于传递动力和运动。

10-5 螺纹连接常用的防松方法有哪几种？它们是如何防松的？

防松方法：摩擦防松、机械防松、破坏纹副的防松。

防松原理都是防止螺旋副相对转动。

10-8 如图所示的连接由2个M20的螺栓组成，螺栓的性能等级为5.8级，安装时不控制预紧力，被连接件结合面的摩擦系数μ=0.1，可靠系数K=1.2。试计算该连接许可传递的静载荷F。

11-3 非液体润滑滑动轴承的失效形式及其设计准则？

失效形式：磨损、胶合

设计准则：维护边界油膜不破坏，尽量减少轴承材料的磨损。

11-5滚动轴承有哪些基本元件组成？它们的作用是什么？

内圈，内圈用来和轴颈装配。

外圈，外圈用来和轴承座装配。

滚动体，滚动体的作用是当内圈、外圈相对转动时，滚动体在内、外圈的滚道间滚动，从而形成滚动摩擦。

保持架，保持架的作用是避免相邻的滚动体直接接触。

11-6试说明下列各轴承代号的含义

11-7什么是滚动轴承的基本额定寿命？什么是滚动轴承的基本额定动载荷？

基本额定寿命：一批相同的轴承，在同样的受力、转数等常规条件下运转，其中有10%的轴承发生疲劳点蚀破坏（90%的轴承未出现点蚀破坏）时，一个轴承所转过的总转（圈）数或工作的小时数称为轴承的基本额定寿命。

基本额定动载荷：基本额定动载荷是指基本额定寿命为L=106r时，轴承所能承受的最大载荷，用字母C表示。

11-9某机械传动装置中轴的两端各用一6213深沟球轴承，每一轴承承受径向载荷Fr=5500N,

轴的转速n=970 r/min，工作平稳，常温下工作，试计算该轴承的寿命。

13-1 列举传动轴、心轴、转轴的实例各两个。

1、转轴：例如减速器的输入轴。卷扬机的小齿轮是转轴，既承受弯矩又承受转矩。

2、心轴可分为传动心轴和固定知心轴两种，传动心轴：例如火车车轮轴，固定心轴：例如自行车前轴。自行车前轮是心轴，主要承受弯矩。

3、传动轴：例如汽车的传动轴。汽车上用的是传动轴，主要承受转矩。

13-2 指出图中轴系结构设计不合理及不完善的地方，并画出改正后的轴系结构图。

13-6 试指出图中轴的结构设计不正确之处，并在轴线下方绘图改正。