《機械設計基礎》楊曉蘭版(機械工業(yè)出版社)課后習題答案.doc

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第十三章習題冊 參考答案 緒論 0-1 判斷題 （1） （2） （3） （4）√ （5）√ （6） （7） 0-2 填空題 （1）確定的相對 （2）機械 （3）零件 （4）構件 0-3 選擇題 （1）A （2）A （3）A （4）A （5）A 一、機構的自由度 1-1 判斷題 （1） （2）√ （3） （4） （5） （6） （7）√ （8）√ （9） （10）√ （11）√ （12） （13） （14） 1-2 填空題 （1）運動副 （2）獨立 （3）2 （4）低 （5）機構自由度 （6）機架 1-3 選擇題 （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）A 1-4 解： a）F=3n－2pl－ph=33－24－0=1 b）F=3n－2pl－ph=35－27－0=1 c）F=3n－2pl－ph=33－24－0=1 d）F=3n－2pl－ph=33－24－0=1 e）F=3n－2pl－ph=33－24－0=1 f）F=3n－2pl－ph=33－24－0=1 g）F=3n－2pl－ph=33－24－0=1 1-5 解： a）F=3n－2pl－ph =35－27－0=1 b）滾子中心存在局部自由度，F(xiàn)=3n－2pl－ph=38－211－1=1 c）E處存在復合鉸鏈，F(xiàn)=3n－2pl－ph=35－26－1=2 d）F=3n－2pl－ph=36－28－1=1 e）滾子中心存在局部自由度，兩移動副處之一為虛約束，三根桿以轉動副相連處存在復合鉸鏈 F=3n－2pl－ph=39－212－2=1 f）齒輪、桿和機架以轉動副相連處存在復合鉸鏈，F(xiàn)=3n－2pl－ph=34－24－2=2 g）F=3n－2pl－ph=33－23－0=3 h）滾子中心存在局部自由度，F(xiàn)=3n－2pl－ph=33－23－2=1 i）中間三根桿以轉動副相連處存在復合鉸鏈，=3n－2pl－ph=37－210－0=1 j）左邊部分全為虛約束，三根桿以轉動副相連處存在復合鉸鏈，F(xiàn)=3n－2pl－ph=35－27－0=1 1-6 解： a）該構件組合為機構，因為該組合自由度F=3n－2pl－ph=34－25－1=1>0 b）該構件組合不是機構，因為該組合自由度F=3n－2pl－ph=33－24－1=0 c）該構件組合不是機構，因為該組合自由度F=3n－2pl－ph=34－26－0=0 d）該構件組合為機構，因為該組合自由度F=3n－2pl－ph=33－24－0=1>0 二、平面連桿機構 2-1 判斷題 （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 填空題 （1）低 （2）轉動 （3）3 （4）連桿，連架桿 （5）曲柄，搖桿 （6）最短 （7）曲柄搖桿 （8）搖桿，連桿 （9）2 （10）＞ （11）運動不確定 （12）非工作時間 （13）慣性 （14）大 （15）中的擺動導桿機構有，中的轉動導桿機構無 （16）機架 （17）曲柄 （18）曲柄滑塊 （19）雙搖桿 （20）雙曲柄機構 （21）無，有 2-3 選擇題 （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）A 2-4 解： a）雙曲柄機構，因為40+110<70+90，滿足桿長條件，并以最短桿為機架 b）曲柄搖桿機構，因為30+130<110+120，滿足桿長條件，并以最短桿的鄰邊為機架 c）雙搖桿機構，因為50+100>60+70，不滿足桿長條件，無論以哪桿為機架都是雙搖桿機構 d）雙搖桿機構，因為50+120=80+90，滿足桿長條件，并以最短桿的對邊為機架 2-5 解： （1）由該機構各桿長度可得lAB+ lBC＜lCD+ lAD，由此可知滿足桿長條件，當以AB桿或AB桿的鄰邊為機架時該機構有曲柄存在 （2）以lBC或lAD桿成為機架即為曲柄搖桿機構，以lAB桿成為機架即為雙曲柄機構，以lCD桿成為機架即為雙搖桿機構 2-6 解： （1）曲柄搖桿機構 由題意知連架桿CD桿不是最短桿，要為曲柄搖桿機構，連架桿AB桿應為最短桿（0lCD+lAD，由此可得150mmlCD+lAB，由此可得300mm≤lAB<450mm ③AB桿為最長桿（500mm≤lAB<1150mm）時，lAB+lAD>lCD+lBC，由此可得550mm120，合適。 （6）確定帶的根數(shù) 查教材表6-5得P0＝1.91kW；查教材表6-6得ΔP0＝0.168kW；查教材表6-7得Kα=0.954；查教材表6-3，KL=0.99，則： 取z=5根 （7）計算單根Ｖ帶的預緊力 查教材表6-1得q=0.1kg/m，則： （8）計算帶輪軸上的壓力 （9）帶輪結構設計（略） 6-8解： （1）求鏈節(jié)數(shù) 由教材表6-9查得鏈節(jié)距p=15.875mm 取鏈節(jié)數(shù)Lp=132 （2）求鏈所能傳動的最大功率 由教材圖6-25查得P0=10kW，查表6-11得KA=1.0，查表6-12得KZ=1.0，單排鏈取 Km=1，則： 答：1）鏈節(jié)數(shù)Lp=132；2）鏈所能傳動的最大功率P=10kW。 6-9解： 由教材表6-9查得鏈節(jié)距為p=19.05mm的鏈號為12A 由n1=996.4r/min、鏈號12A查教材圖6-25可得P0=20kW 6-10解： 由教材表6-9查得滿足極限載荷Q = 50kN的鏈號為16A，鏈節(jié)距為p=25.4mm 由教材圖6-25查得P0=40kW，查表6-12得KZ=1.1，單排鏈取 Km=1，則： 答：鏈能傳遞的功率為36.67kW。 6-11解： （1）選擇鏈號 由傳動比i= 3查教材表6-10 取z1=25，則z2=iz1=325=75 查表6-11取KA=1.2，查表6-12取Kz=0.74，單排鏈取 Km=1，由式（6-22b）得 根據P0=8.92kW和nl=720r/min查教材圖6-25可選鏈號10A （2）確定潤滑方式 由表6-9查得鏈節(jié)距p=15.875mm 答：由鏈號10A，v=4.76m/s，查圖6-26，可選擇油浴或飛濺潤滑。 6-12解： （1）兩輪的合理轉向如圖所示 （2）兩輪的包角如圖所示 （3）V帶與帶輪接觸處的彎曲應力分布如圖所示，σb1＞σb2 （4）載荷過大時，打滑首先出現(xiàn)在小帶輪處。由于小帶輪上的包角小于大帶輪上的包角，因此小帶輪上的總摩擦力相應地小于大帶輪上的總摩擦力，故打滑首先出現(xiàn)在小帶輪處 （5），帶速在5~25m/s范圍內，帶速合適 6-13解： 圖a、b、c所示的鏈傳動布置中鏈輪均按逆時針旋轉 七、齒輪傳動 7-1 判斷題 （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 填空題 （1）基圓，基圓 （2）20 （3）等于，大于 （4）恒定，不變 （5）兩輪的模數(shù)相等、壓力角相等 （6）≥1，實際嚙合線段/基圓齒距 （7）軸向力，8～25 （8）兩輪的模數(shù)相等、壓力角相等、螺旋角大小相等方向相反 （9）右，1430′，3mm （10）相切，相割，相離 （11）正，彎曲 （12）17 （13）少，小 （14）≤350HBS，齒面點蝕 （15）輪齒折斷 （16）高（20～50）HBS，（5～10）mm （17）齒面磨損 （18）硬度 （19）相反，相同 （20）相同，不同 （21）多 （22）1.5 （23）20～40 （24）少，大，彎曲 （25）浸油 （26）10 （27）直徑大小 （28）500 （29）鑄造 （30）同時參加嚙合的齒對數(shù) 7-3 選擇題 （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）A 7-4解： （1）嚙合線N1N2如圖所示；（2）節(jié)點P如圖所示；（3）兩輪的節(jié)圓如圖所示 7-5解： 分度圓直徑：， 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 基圓直徑： 標準中心距： 答：兩輪的分度圓直徑分別為50mm、100mm，兩輪的齒頂圓直徑分別為55mm、105mm，兩輪的齒根圓直徑分別為43.75mm、93.75mm，兩輪的基圓直徑分別為46.985mm、93.969mm，標準中心距為75mm。 7-6解： 模數(shù)： 分度圓直徑：， 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 答：兩輪的模數(shù)為4mm，兩輪的分度圓直徑分別為80mm、160mm，兩輪的齒頂圓直徑分別為88mm、168mm，兩輪的齒根圓直徑分別為70mm、150mm。 7-7解： （1）驗算齒面接觸疲勞強度 查表7-6取載荷系數(shù)K=1.2，查表7-7取彈性系數(shù)ZE=188.9MPa1/2 ，， ，查表7-4取、， 查表7-8取， 滿足齒面接觸強度要求。 （2）驗算齒根彎曲強度 查圖7-26得YFa1=2.72、YFa2=2.25，查圖7-27得YSa1=1.59、YSa2=1.76 ，查表7-4取、，查表7-8取 ， 滿足齒根彎曲強度要求。 答：齒面接觸強度和齒根彎曲強度均滿足 7-8解： 開式齒輪傳動主要失效形式是齒面磨損和齒根折斷， 由得齒輪所能傳遞的最大轉矩 查表7-6取載荷系數(shù)K=1.2，b=b2=40mm 查圖7-26得YFa1=2.91、YFa2=2.27，查圖7-27得YSa1=1.56、YSa2=1.74 考慮磨損對齒厚的影響，查表7-4取，查表7-8取 ，， 齒輪傳動傳遞的最大功率 答：該齒輪傳動所能傳遞的最大功率為0.62kW。 7-9解： （1）選擇材料、確定許用應力 1）由表7-4選小齒輪材料用38SiMnMo調質，硬度為260HBS，σHlim1=720MPa，σFE1=590MPa，大齒輪材料為40Cr調質，硬度為230HBS，σHlim2=700MPa，σFE2=580MPa。屬軟齒面?zhèn)鲃?，二者的硬度差?0HBS。 2）由表7-8取SH=1.1，SF=1.25，許用應力 ， ， （2）按齒面接觸強度設計 1）設齒輪的精度等級為8級 2）齒輪齒數(shù)取z1=25，z2=iz1=3.225=80，實際傳動比 3）小齒輪傳遞的轉矩 4）計算小齒輪分度圓直徑 由表7-6取載荷系數(shù)K=1.4，由表7-9取齒寬系數(shù)，由表7-7取彈性系數(shù)ZE=189.8MPa1/2，則： 5）模數(shù) ，由表7-1取標準值m=2.5mm 齒輪分度圓直徑：， 6）齒寬 ，取b2=63mm，b1=68mm 7）中心距 （3）驗算輪齒的彎曲強度 由圖7-26得齒形系數(shù)YFa1=2.72，YFa2=2.25，由圖7-27得應力修正系數(shù)YSa1=1.59，YSa2=1.77 故所設計齒輪是安全的。 （4）齒輪的圓周速度 查表7-5可知齒輪選用8級精度是合適的。 其他計算從略。 7-10解： （1）選擇材料、確定許用應力 1）由表7-4大、小齒輪材料均選用40Cr調質后表面淬火，小齒輪齒面硬度為52HRC，σFE1=720MPa，大齒輪齒面硬度為50HRC，σFE2=700MPa。屬硬齒面?zhèn)鲃印? 2）由表7-8取SF=1.25，考慮磨損對齒厚的影響，許用應力 ， （2）按齒輪彎曲強度設計 1）齒輪齒數(shù)取z1=17，z2=iz1=4.317=73.1，取z2=73，實際傳動比 2）小齒輪傳遞的轉矩 3）計算齒輪模數(shù) 由表7-6取載荷系數(shù)K=1.2，由表7-9取齒寬系數(shù) 由圖7-26得齒形系數(shù)YFa1=3.07，YFa2=2.26，由圖7-27得應力修正系數(shù)YSa1=1.53，YSa2=1.75 ， 由表7-1取m=3mm 4）齒寬 ，取b2=32mm，b1=37mm 其他計算從略。 7-11解： 螺旋角： 分度圓直徑： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 答：螺旋角為，分度圓直徑分別為88.73mm、211.27mm，齒頂圓直徑分別為96.73mm、219.27mm，齒根圓直徑分別為78.73mm、201.27mm。 7-12解： 小齒輪傳遞的轉矩： 小齒輪分度圓直徑： 圓周力： 徑向力： 軸向力： 答：作用在兩個齒輪上的圓周力為1830.34N，徑向力為689.69N，軸向力為490.44N。 7-13解： （1）選擇材料、確定許用應力 1）由表7-4選大、小齒輪材料均用40Cr，并經調質后表面淬火，齒面硬度為50~55HRC，σHlim1=σHlim2=1200MPa，σFE1=σFE2=720MPa，屬硬齒面?zhèn)鲃印? 2）由表7-8取SH=1，SF=1.25，許用應力 ， （2）按齒根彎曲強度設計 1）設齒輪的精度等級為8級 2）齒輪齒數(shù)取z1=17，z2=iz1=3.617=61.2，取z2=61，實際傳動比 3）小齒輪傳遞的轉矩 4）初選螺旋角β=15 5）計算法向模數(shù) 由表7-6取載荷系數(shù)K=1.3，由表7-9取齒寬系數(shù) 當量齒數(shù)：， 由圖7-26得齒形系數(shù)YFa1=2.97，YFa2=2.29，由圖7-27得應力修正系數(shù)YSa1=1.55，YSa2=1.73 ， 由表7-1取標準值mn=2.5mm 6）中心距 ，取實際中心距a=101mm 7）修正螺旋角 8）齒輪分度圓直徑 ， 9）齒寬 ，取b2=25mm，b1=30mm （3）驗算齒面接觸強度 由表7-7取彈性系數(shù)ZE=189.8MPa1/2 所設計齒輪是安全的。 （4）齒輪的圓周速度 查表7-5可知齒輪選用8級精度是合適的。 其他計算從略。 7-14解： 分度圓錐角：， 分度圓直徑：， 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 錐距： 齒頂角和齒根角： 頂錐角： 根錐角： 答：分度圓錐角分別為、，分度圓直徑分別為95mm、190mm，齒頂圓直徑分別為103.94mm、194.47mm，齒根圓直徑分別為84.27mm、184.63mm，錐距為106.21mm，齒頂角和齒根角為，頂錐角分別為、，根錐角為。 7-15解： 小錐齒輪傳遞的轉矩： 小錐齒輪分度圓直徑： 小錐齒輪分度圓錐角： 小錐齒輪齒寬中點的分度圓直徑： 圓周力： 徑向力、軸向力： 答：作用在兩個齒輪上的圓周力為783.98N，齒輪1的徑向力和齒輪2的軸向力為248.28N，齒輪1的軸向力和齒輪2的徑向力為490.44N。 7-16解： （1）兩圖在K點的圓周力和軸向力的方向如圖所示 （2）兩圖各輪的轉向如圖所示 （3）斜齒輪的旋向如圖所示 7-17解： （1）齒輪2的輪齒旋向及轉動方向如圖所示 （2）兩輪在嚙合點處各力的方向如圖所示 7-18解： （1）從動輪2的轉動方向如圖所示 （2）各輪在嚙合點處各力的方向如圖所示 7-19解： （1）其它各軸的轉向如圖所示 （2）齒輪2、3、4的輪齒旋向如圖所示 （3）各輪齒在嚙合處的三個分力方向如圖所示 7-20解： （1）斜齒輪3和斜齒輪4的輪齒旋向如圖所示 （2）圓錐齒輪2和斜齒輪3所受各力的方向如圖所示 八、蝸桿傳動 8-1 判斷題 （1） （2）√ （3） （4） （5） （6） （7）√ （8） （9） （10）√ （11） （12） （13）√ （14） （15）√ 8-2 填空題 （1）斜，齒輪 （2）低，好，1、2、4、6 （3）越大 （4）低 （5）合金鋼，滲碳淬火，錫青銅 （6）ma1=mt2=m，αa1=αt2=α ，γ=β（旋向相同） （7）斜齒輪齒條的嚙合 （8）mq （9）直徑系數(shù) （10）蝸輪 （11）浸油，壓力噴油 8-3 選擇題 （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）各圖未注明的蝸桿或蝸輪的轉動方向如圖所示 （2）a）圖蝸輪左旋，b）圖蝸桿左旋，c）圖蝸輪右旋，d）圖蝸輪右旋 （3）各圖蝸桿和蝸輪在嚙合點處的各分力方向如圖所示 a） b） c） d） 8-5解： （1）各輪的轉動方向如圖所示 （2）斜齒圓柱齒輪3、4和蝸輪2、6的輪齒螺旋線方向如圖所示 8-6解： ， 答：傳動比為13.25，標準中心距為157.5mm。 8-7解： （1）1輪為左旋，2輪為右旋，4輪為順時針轉動 （2）2輪各分力的方向如圖所示 （3）根據中心距相等，解得 根據，解得 　　解得 答：斜齒輪螺旋角為1250′19″，蝸桿導程角1118′36″，作用在蝸輪上轉矩為439.03Nm 8-8解： （1）蝸桿旋向如圖所示，蝸輪右旋 （2）蝸輪嚙合點處各力的方向如圖所示 （3）軸向力和圓周力方向反向，徑向力方向不變 （4），， 答：蝸桿的分度圓直徑為64mm，蝸輪的分度圓直徑為480mm，傳動的中心距為272mm。 九、輪系 9-1 判斷題 （1） （2）√ （3） （4） （5） （6） （7）√ （8）√ （9）√ （10） 9-2 填空題 （1）固定 （2）周轉 （3）首輪，末 （4）行星，差動 （5）行星，差動 （6）定軸，差動，行星 （7）行星輪，中心輪 （8）行星架 （9）－nH，轉化輪系 （10）大，簡單 9-3 選擇題 （1）A （2）B （3）B （4）C （5）A （6）B 9-4解： （1）根據和齒輪1、2、3模數(shù)相同得： （2）該輪系為定軸輪系，其傳動比為： （3） （4）各輪轉向如圖所示 答：齒輪3的齒數(shù)為60，輪系的傳動比為5.73，n5大小為17.45r/min，各輪的轉向如圖所示。 9-5解： （1）該輪系為定軸輪系，其傳動比為： （2）各輪轉向如圖所示 答：n4的大小為2.78r/min，各輪的轉向如圖所示。 9-6解： （1）該輪系為定軸輪系，其傳動比為： （2）各輪轉向如圖所示 答：n8的大小為40r/min，各輪的轉向如圖所示。 9-7解： （1）該輪系為周轉輪系，其傳動比為： （2） 答：n3=－80 r/min，i13=－12.5。 9-8解： （1）根據和各輪模數(shù)相等得： （2）該輪系為周轉輪系，其傳動比為： nH的轉向與n1相同 答：齒輪3的齒數(shù)為20，nH的大小為79.63r/min，nH的轉向與n1相同。 9-9解： 該輪系為周轉輪系，其傳動比為： nH的轉向與n1相反 答：行星架H的轉速的大小為8.33r/min，nH的轉向與n1相反。 9-10解： （1）該輪系為周轉輪系，其自由度F=3n―2pl―ph=34―24―3=1，該輪系為行星輪系 （2）該輪系為周轉輪系，其傳動比為： ， 5 n1與nH轉向相同 答：圖示輪系為行星輪系，輪系的傳動比為5，n1與nH轉向相同。 十、軸承 10-1 判斷題 （1） （2）√ （3） （4）√ （5） （6）√ （7） （8）√ （9）√ （10） （11）√ （12）√ （13） （14） （15）√ 10-2 填空題 （1）滑動，滾動 （2）承受軸向載荷，軸向承載，越大 （3）外圈，內圈，滾動體，保持架 （4）阻力小，沖擊 （5）向心，推力 （6）60 （7）深溝球軸承，6312 （8）軸向承載 （9）點蝕，磨損，塑性變形 （10）接觸式，非接觸式 （11）外圈，承載 （12）液體摩擦，非液體摩擦 （13）向心，推力 （14）散熱，減小接觸應力，吸振，防銹 （15）內表面 （16）間歇，低，輕 （17）滑動 （18）形成楔形油楔，相對運動，有一定粘度的潤滑油 （19）低，高 （20）磨損，膠合 10-3 選擇題 （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）初選軸承型號 由于軸徑已確定，所以采用驗算的方法確定軸承的型號。初選6207軸承，查教材附表3得6207軸承的C=25500N，C0r=15200N （2）求當量動載荷 Fa/Cor= 720/15200= 0.047，根據Fa/Cor值由教材表10-7線性插值求e值 ， Fa/Fr=720/1770=0.4068>e，由教材表10-7查得X=0.56，根據Fa/Cor值由教材表10-7線性插值求Y值 ， P=XFr+YFa=0.561770+1.8720=2287.2N （3）求軸承壽命 查教材表10-8取ft=1，表10-9取fp=1.1 所選軸承6207不合適 改選6307軸承按照上述步驟重新計算，此處不再詳細計算，只給出計算結果如下： C=33200N，C0r=19200N，F(xiàn)a/Cor= 0.0375，e=0.234，F(xiàn)a/Fr=0.4068>e，X=0.56，Y=1.895，P=2355.6N，Lh=12089h>6000h 答：所選軸承6307合適 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軸承的C=52800N 答：該軸承滿足使用壽命要求 10-6解： （1）選擇軸承 根據軸承類型為角接觸球軸承和軸頸70mm從表中選擇7214C軸承 （2）計算軸承壽命 P=40600N，查教材表10-8取ft=1，表10-9取fp=1.1，從表中查得7214C軸承的C=69200N （3）判斷軸承的壓緊和放松 當A+S2634.6N>SC，所以軸承C被壓緊，軸承D被放松 FaC= A+SD=2019.4N，F(xiàn)aD= SD=1269.4N 答：FaC=2019.4N，F(xiàn)aD=1269.4N 10-8解： （1）確定軸承內部附加軸向力S的方向：S1向左，S2向右 （2）求軸承的內部附加軸向力 S1=0.68Fr1=0.681400=952N，S2=0.68Fr2=0.68900=612N （3）求軸承的軸向力 A+S2=800+612=1412N>952N>S1，所以軸承1被壓緊，軸承2被放松 Fa1= A+S2=800+612=1412N，F(xiàn)a2= S2=612N （4）求軸承的當量動載荷 查教材表10-7知7210AC軸承的e=0.68 Fa1/ Fr1＝1412/1400＝1.009>0.68= e，查教材表10-7取X1＝0.41，Y1＝0.87 Fa2/ Fr2＝612/900＝0.68= e，查教材表10-7取X2＝1，Y2＝0 P1＝X1Fr1+Y