机械设计基础(同济版)课后习题答案.docx

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1、机械设计基础答案第1章机械设计概述一、填空题1.构件；2.传递，转换；3.运动，制造；4.确定，有用；5.断裂，外表失 效，过量变形；6.标准化，系列化；7.干摩擦，边界摩擦，液体摩擦；8.磨粒， 腐蚀；9.液体，半固体。二、判断题1-5： xWxx； 6-9： xxx。三、单项选择题1-5： BCACC四、综合题.机械零件设计主要内容和过程是什么？答：1）设计阶段：根据社会需求进行市场调研，在对相关产品进行可行性分 析并对有关技术资料进行研究的基础上，确定设计对象的主要性能指标和主要设 计参数，编制设计任务书。2）方案设计阶段：根据设计对象所要到达的主要性能 指标和主要设计参数，确定机器的工

2、作原理，拟定总体方案。3）技术设计阶段： 将设计方案具体化，使其成为机器及其零件的合理结构，完成总装配图、部件装 配图和零件图。4）改进设计阶段:包括样机试制、测试、综合评价及改进等环节。 根据设计任务书的要求，对样机进行测试，发现产品在设计、制造、装配及运行 中出现的问题，并加以改进、完善，形成最终的技术文件。1 .何谓磨损？并任举出三种不同机理的磨损。答：1）磨损：指运动副之间的摩擦将导致零件外表材料的逐渐损失的现象， 单位时间内材料的磨损量称为磨损率，磨损量可以用体积、质量或厚度来衡量。1）磨损机理：（1）磨粒磨损：由于摩擦外表上的硬质突出物或从外部进入摩 擦外表的硬质颗粒，对摩擦外表起

3、到切削或刮擦作用，从而引起表层材料脱落的 现象。（2）粘着磨损：当摩擦副受到较大正压力作用时，由于外表不平，其顶峰 接触点受到高压力作用而产生弹、塑性变形，附在摩擦外表的吸附膜破裂、温升 后使金属的顶峰塑性面牢固地粘着并熔焊在一起，形成冷焊结点。在两摩擦外表 相对滑动时，材料便从一个外表转移到另一个外表，成为外表凸起，促使摩擦表第4章凸轮机构一、填空题.等速运动规律；等加速、等减速运动规律、余弦加速度运动规律；正弦加速度运动规 律、五次多项式运动规律；2 .凸轮回转中心；凸轮理论廓线；3零；4凸轮,从动杆，固定 机架；5尖顶，滚子，平底；6位移,转角；7一致，有效，垂直，有害；8越大，越小，越

4、大。二、判断题1-5: V V V V V； 6-10: VX VX V； 11-15：XXXX V； 16-20: XX V V三、单项选择题1-5: BACDB ； 6-10:AAACB； 11-15:ABABC； 16-20:AAACBo四、综合题1 .如图4-1,凸轮的实际廓线为一圆，R=40mm,凸轮逆时针转动，/3=25机如 滚子半径 试确定：1）凸轮的理论廓线；2）凸轮的ro和从动件的行程。解答：1）凸轮的理论廓线如下图，也是一个圆周，以点A为圆心，半径为48mm2）凸轮的基圆半径ro=4O-25=152,从动件的行程h- R+ Ioa- ro=4O+25-15=5Omm1 .分

5、别画出图4-2所示的各凸轮机构中b、c点的压力角。(b)(a)（C）解答：各凸轮机构中b、c点的压力角作图如上图所示。第5章齿轮机构一、填空题。1.节；2.无，定；3.模数、齿数、压力角；4.模数、压力角、法向、压力角、螺旋、 大端、压力角、锥距；5.范成，仿形；6.轮齿，平稳，大；7.变尖，变厚；8.相同，弯曲， 平直；9.不相等，越大，零；10. 20 ,标准值；11.外啮合，内啮合；12.旋转，直线； 13.重合度大于1； 14.齿厚，齿槽宽，齿顶高；15.中，分度；16.齿面磨损，齿面疲劳点 蚀；17.接触，弯曲，分度圆直径：dl、d2； 18.齿面胶合；19.齿面节线附近的齿根局部;

6、 20.齿面疲劳点蚀，轮齿弯曲疲劳折断；21.相反，相同；22.点蚀，接触，弯曲疲劳，弯曲； ； 24.大于；25.提高，提高；26.齿数z,变位系数x,模数m； 27.分度圆直径di,齿 宽b,齿轮材料的种类，热处理方式；28.分度圆直径di或中心距；29.铸造；30.1,亚- 1； 31. z/cos 5 ,大；32.1628 N, 539 N, 246 N； 33. z, zv=z/cos 3 3, zv=z/cos 5 ； 34.斜齿圆 柱齿轮，直齿锥齿轮；35.较硬；较韧。二、判断题。1-5： xxxxa/. 6-10：心心弋；11-15： W三、选择题。1. C; 2.B, D;

7、3. B, D; 4.A; 5.A, A;6-10： ACBCA; 16-20： ACC AC; 21-25： BCBDC; 26-30： ADACC31-35： BBBDB; 36-40： CBDBB; 41-46: DCDBBC四、综合题1 .齿距、模数和压力角之间有何关系？分度圆上的模数和压力角为什么要标准化？模数相 同的标准齿轮有哪些尺寸相同？解答：齿距p=n*m,为了测量、计算和加工方便，分度圆上的模数和压力角要标准化。 模数相同的标准齿轮齿厚、齿槽宽、顶隙、齿顶高、齿根高、全齿高和分度圆齿距相同。2 .试述一对直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮与直齿锥齿轮的正确啮合条件。解答：直齿圆柱齿轮

8、：两轮的模数和压力角分别相等；斜齿圆柱齿轮：两轮的模数和压力角分别相等，两轮的螺旋角相等，方向相反；直齿锥齿轮：两轮大端模数、压力角和锥距分别相等。3 .一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距=160mm,齿数zi=20, Z2=60,其模数 和齿轮分度圆直径。解答：模数 m=2 a/(zi+z2)=320/(20+60)=4mm;小齿轮分度圆直径di=m*zi=4*20=80mm;大齿轮分度圆直径d2=m*Z2=4*60=240 mm。4 .用变位齿轮传动的目的是不是就是为了防止根切？除了防止根切以外，变位齿轮传动 还有哪些应用？解答：不是，变位齿轮可以用来切制出齿数少于17而不根切的齿轮，

9、还能增大齿厚，提 高轮齿的抗弯强度以及实现非标准中心距传动的要求；而且加工时所使用的刀具和机床同切 制标准齿轮完全一样，无需专门制作。5 . 一正变位齿轮，相=3、z=18、x=0.25,试求其d、db、a、s、e、儿及外解答：d=mz=54mm; d=dcos a =50.7mm; a =20 ; s= n m/2+2xmtan a =5mm; e=冗 m/2- 2xmtan a =4mm;d=d+2(ha*+x)m=615mm; d尸 d-2(ha*+c*-x)m=48mm.6 .试设计一对外啮合圆柱齿轮，zi=21, Z2=32,加=2mm,实际中心距为55mm,问：1)能否采用标准直齿

10、圆柱齿轮传动？为什么？ 2)假设采用标准斜齿圆柱齿轮传动来满足中心 距要求，其分度圆螺旋角瓜分度圆直径dl和d2各为多少？解答：(1)不能采用标准直齿圆柱齿轮传动，因为实际中心距不是标准中心距； 因为必+ d2= + Z2),所以B = arccos喑管 =15.5而虑=歌Zi = 43.6, d2 =繇Z2 = 66.47 .为什么轮齿的弯曲疲劳裂纹首先发生在齿根受拉伸一侧？解题要点：(1)齿根弯曲疲劳强度计算时，将轮齿视为悬臂梁，受载荷后齿根处产生的弯曲应力最大。(2)齿根过渡圆角处尺寸发生急剧变化，又由于沿齿宽方向留下加工刀痕产生应力集中。中。(3)在反复变应力的作用下，由于齿轮材料对拉

11、应力敏感，故疲劳裂纹首先发生在齿根受拉伸一侧。8 .有一闭式齿轮传动，满载工作几个月后，发现硬度为200240HBs的齿轮工作外表上 出现小的凹坑。试问：1)这是什么现象？ 2)如何判断该齿轮是否可以继续使用？ 3)应采取 什么措施？解题要点：(I)已开始产生齿面疲劳点蚀，但因“出现小的凹坑”，故属于早期点蚀。(2)假设早期点蚀不再开展成破坏性点蚀，该齿轮仍可继续使用。(3)采用高粘度的润滑油或加极压添加剂于没中，均可提高齿轮的抗疲劳点蚀的能力。9 .有两对斜齿圆柱齿轮传动，主动轴传递的功率Pi=13kW, ni=200i7min,齿轮法面模数 mn=4mm,齿数zi=60均相同，螺旋角分别为

12、9。与18。试求各对齿轮传动轴向力大小？解题要点：(1)因两对齿轮传递的P1和nl相等，故主动轴上的转矩也应相等，即N -mm7； = 9.55 x 1()6/1 =(9.55 xlO6 x 13/200)-mm = 620750(2)计算的齿轮传动的轴向力:F =2T/ d1 = 2 x 620750 x cos /3=2X620 750Xcos9 / (4X6) =5 109 NFa 1 =Ft 1 tan 0=5 109 X tan 9N=809N=Fa2(3)计算8=18。的齿轮传动的轴向力：= 495。p _27 _ 27 cos廿 _ 2 x 620750 xcosl8d 4 mn

13、Z4x 60F；l = Ft tan /3 = 4920 xtanl8 = 1599 N = F；l210 .某传动装置采用一对闭式软齿面标准直齿圆柱齿轮，齿轮参数zi=20, Z2=54, m=4mm0 加工时误将箱体孔距键大为优=150加小齿轮尚未加工，应采取何种方法进行补救？新方案的 齿轮强度能满足要求吗？解题要点：标准直齿圆柱齿轮的中心距为mm,故可补救。a = m(Z +Z2)/2 = 4x(20 + 50)/2 = 148(1)将齿轮改为斜齿轮，使中心距等于d = m(Z + z2)/(2cos万)=4x (20 + 54)/(2cos0) = 150 mmcos/? = a/af

14、 = 148/150 = 0.9867/ = 9.367。= 9。2201通过调整B角，中心距到达150mm,用斜齿代替直齿，新方案不仅强度有所提高，而且 传动性能也有所改善。(2)或者采用正确度变位齿轮(玉+%2),同样可使“，/4而仍用直齿轮，选用 合适的变位系数X1与X2值，同样可到达 = 150mm。此时，制减少，接触疲劳强度可提高。第6章蜗杆传动一、填空题1.低，好，1、2和4,增大，升高；2.880N, 1800N； 3.胶合，点蚀，磨损，断齿，胶 合、磨损；4.轮齿啮合损耗，轴承转动损耗，搅油阻力损耗；5.轴面，端面，导程角，螺旋 角。二、判断题1-5: dxxx，三、单项选择题

15、1-5： BAAAA； 6-10： AACCDo四、综合题1 .有一阿基米德蜗杆传动，比i=18,蜗杆头数zi=2,直径系数行10,蜗杆分度圆直 径di=80mm。试求：1)模数小、蜗杆分度圆柱导程角丫、蜗轮齿数Z2及分度圆柱螺旋角仇 2)蜗轮的分度圆直径d2和蜗杆传动中心距解：1)确定蜗杆传动基本参数：m=di/q=80/l 0=8mmZ2=izi=18x2=36/ = arctan(Zj / q) = arctan(l /10) = 11 18360=7 = 1。18362)求力和中心距 q： d2=z2m=36x2=288mm=m(q+z2)/2=8x( 10+36)/2= 184= 1

16、84mm2 .题图6.1中蜗杆主动，试标出未注明的蜗杆(或蜗轮)的螺旋线方向及转向，并在图中绘 出蜗杆、蜗轮啮合点处圆周力、径向力6、轴向力入的方向。题6.1图解：根据蜗杆传动啮合条件之一：和螺旋传动原理标出未注明的蜗杆(或蜗轮)的 螺旋线方向及转向；再根据蜗杆（主动）与蜗轮啮合点处各作用力的方向确定方法，定出各力 方向如题解图所示。na）蜗杆为右旋b）蜗位为左旋3 . 一单头蜗杆传动，蜗轮的齿数Z2=40,蜗杆直径系数疔10,蜗轮分度圆直径 d2=200mm。试求：1）模数加、轴向齿距pm,蜗杆分度圆直径di,中心距a及传动沁；2）假设 当量摩擦系数亦=0.08,求蜗杆、蜗轮分别为主动件时的

17、效率,及小3）假设改用双头蜗杆，其 小又为多少？ 4）从效率与T的计算中可得出什么结论？解：1)模数：m = d2/ z2 = 200 /40 = 5 mm；齿总巨：=加2 =x 5 = 15.708 mm；蜗杆分度圆直径：4 =/的=5x10 = 50mm；传动比：in=z2/z =40/1 = 40 ；中心距 a-0.5m(q + z2) = 0.5x5x(10 + 40) = 125 mm。2）单头蜗杆传动时，计算效率:z Itan / = = 一 = 0.1 , y = arctanO.l = 504238 q 10pv = arctan fv = arc tan 0.08 = 403

18、426上口上一七q八c二tan/tan54238八蜗杆为王动时：77 = 0.955 =0.955 x= 0.526 tan(/ + pv)tan(5O4238 + 4O3426)蜗轮为主动时：仁0.955嘿滑;0.955 x比3翼26）=0.8983）改用双头蜗杆传动时，计算效率tan / = = = 0.2 ； r = arctan0.2 = 11。18,35 q 1。iwTdA - lqtanytanll1835蜗杆为主动时：77 = 0.955 = 0.955 x= 0.671 tan(/ + pjtan(l 1。1835 + 4。3426)蜗轮为主动时：止。.955%包= 0.955

19、 x码”需产= 0.5464）得出结论通过对不同头数的蜗杆主动或是蜗轮主动时的效率计算，可知：（1）双头蜗杆的效率比 单头蜗杆高；（2）相同条件下蜗杆主动的效率比蜗轮主动时的效率高。4 .手动绞车采用圆柱蜗杆传动，如题6.4图，m=8mm, zi=l、di=80mm、Z2=4O,卷 筒直径D=200mm。试问：1）欲使重物W上升1m,蜗杆因转多少转？ 2）蜗杆与蜗轮间的当 量摩擦系数亦=0.18,该机构能否自锁？ 3）假设重物W=5kN,手摇时施加的力b 二100N,手柄转 臂/应取多少？解：1）重物W上升1m,卷筒转的圈数为：/石=1,59转，又由于卷筒和蜗轮相 tiD联，也即蜗轮转的圈数为

20、1.59转；因此蜗杆转的转数为：1.59/= 1.59- = 1.59 = 64.6转Z112）该蜗杆传动的蜗杆的导程角为：y = arctan= arctan- = 5.71； a】so而当量摩擦角为：pv=arctan/l=arctanO. 18= 10.2；比拟可见：pay ,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：Ai=W/?=5000xl=5000J；依题意此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：tanytan5.71ti = - = = 0.3508 = 35.08%tan（y + pv） tan（5.71 + 10.2 ）

21、那么输入功应为：4=4%=5000/0.3508=14253.14J；由于蜗杆转了 63.6转，因此应有：A=2ttMx63.6=14253.14J,可得：/=1425314/（63.6xl00x2x3.14）=356.9mmo5.题图6.5所示传动系统中，1、5为蜗杆，2、6为蜗轮，3、4为斜齿圆柱齿轮，件7、 8为直齿锥齿轮。蜗杆1为主动，要求输出齿轮8的回转方向如题图6.5示。试确定：1） 各轴的回转方向（画在图上）；2）假设考虑轴I、II、III上所受轴向力能抵消一局部，定出各轮 的螺旋线方向（画在图上）；3）画出各轮的轴向力的方向。题6.4图题6.5图解：1）依据轮系传动方向的判定，

22、各轴回转方向如图；2）要I、II、III上所受轴向力能 抵消一局部，那么轴上零件产生的轴向力方向需相反，那么可确定各轮螺旋线的方向；3）依据各 轮转向和螺旋线方向，可画出各轮轴向力的方向。题6.5图解第7章轮系填空题。1.定轴、周转；2.行星轮、中心轮、机架；3,传动比数值、转动；4.从动、主动、传动比;比;5.行星、差动。判断题。1-5： xxxxd； 6-8：三、单项选择题。1-5： ABCBCo四、四、综合题1 .在题7.1图所示的双级蜗杆传动中，蜗杆1的转向和蜗轮2的旋向如图，试用画箭头法判断蜗轮2和3的转向。解：题7.1图题7.1图解2 .在题7.2图所示钟表传动示意图中，E为擒纵轮

23、，E为发条盘，S、M、H分别为秒针、 分钟、时针。：zi=72, Z2=12, Z3=64, 24=8, Z5=60, Z6=8, Z7=60, 28=6, Z9=8, zio=24,Zll=6 和 Z12=24, 试求，SM、，MH 和 ISHo题7.2图解：1）秒针到分针的传递路线为：6一5一4一3,齿轮3上带着分针，齿轮6上带着秒 针，因此有:60 x 64iSM = = 60z6z4 8x82）分针到时针的传递路线为：9一 10- 11 - 12,齿轮9上带着分针，齿轮12上带着时针，因此有:._ ziozi2 _ 24 x 24 _lMH=7 = 8T=1Z3 .蜗杆1为双头蜗杆，转

24、向如题7.3图，蜗轮2的齿数为Z2=5O,蜗杆7为单头右旋蜗杆，蜗轮3的齿数为Z3=40,其余各轮的齿数为z3=30, Z4=20, z4=26, Z5=18, Z5=28, Z6=16,Z7=18o试求传动比，17及九7的方向。解：1）该轮系为空间定轴轮系，只能用画箭头方法标出各轮转向，最后得m的转动向匕见题7.3图解。面进一步磨损。这种由于粘着作用引起的磨损，称为粘着磨损。（3）疲劳磨损： 两摩擦外表为点或线接触时，由于局部的弹性变形形成了小的接触区。这些小的 接触区形成的摩擦副如果受变化接触应力的作用，那么在其反复作用下，表层将产 生裂纹。随着裂纹的扩展与相互连接，表层金属脱落，形成许多

25、月牙形的浅坑， 这种现象称为疲劳磨损，也称点蚀。（4）腐蚀磨损：在摩擦过程中，摩擦面与周 围介质发生化学或电化学反响而产生物质损失的现象，称为腐蚀磨损。3.标准化、系列化及通用化的含义和重要意义各是什么？答：1） “三化”的含义：（1）标准化：通过对零件的尺寸、结构要素、材料性 能、检验方法、设计方法、制图要求等，制定出大家共同遵守的标准。（2）系列 化：对于同一产品，为了满足不同的使用条件，在同一基本结构或基本尺寸条件 下，规定出假设干个辅助尺寸不同的产品，形成系列产品。（3）通用化：系列内部 或跨系列的产品之间尽量采用同一结构和尺寸的零件，比拟少的规格品种满足生 产上的广泛需求。2） “三

26、化”的意义：（1）可以简化设计，减少设计工作量，缩短设计周期， 提高设计质量，使设计人员把主要精力用在关键零件的设计上。（2）可以采用最 新先进技术在专门化工厂中进行大规模集中生产标准零件，以提高质量，降低成 本。（3）可以集中成功经验，减少设计和制造过程中技术过失的重复出现。（4）扩 大零件的互换性，方便维修。4.润滑油的润滑方法有哪些？答：根据是否连续提供润滑剂把润滑方法分为不连续润滑和连续润滑两大类。1）不连续润滑：指用手工注油或涂抹润滑脂，只用于小型、低速或间歇运动 的零件。2）连续润滑：（1）滴油润滑：利用油杯按一定的速度连续供油的方式，一般 用于低速场合。（2）浸油润滑：把零件的一

27、局部浸在油中到达润滑效果的方式。 这种方法不适于高速场合，因为在工作过程中会产生搅油损耗，造成很大的能量 损耗，降低效率，一般只用于低速场合。（3）甩油润滑：把油杯或甩油盘浸在油 中，当轴转动时带动油环或甩油盘转动，通过离心力的作用甩出油液对其它零件 进行润滑的方式。（4）飞溅润滑：将转动零件或曲轴的曲柄的一局部浸在油池内， 依靠它们的旋转运动将油池中的油溅散，使油面上部的零件得到润滑的方式。（5） 油雾润滑：将润滑油在油雾发生器中变成油雾，油雾随压缩空气一起送到润滑表题7.3图解。2）计算传动比且齿轮6为惰轮:Z2Z3Z4Z5Z7 _5OX4OX2OX 18X18Z1Z2/Z3，Z4,Z5Z

28、2x1x30x26x24153.854 .轮1转向m如图题7.4图所示。各轮的齿数为zi=20, Z2=4O, Z3=15, Z4=60,Z5=z6=18, Z7=l, Z8=40, Z9=20,假设 z:i=1000r/min,齿轮 9 的模数 m=3mm。试求齿条 10 的速度0。及其移动方向。题7.4图解：1）该轮系为空间定轴轮系，只能用画箭头方法标出各轮转向，最后得到齿条10的 移动方向应为向上，见图题7.4图解。2Vio题7.4图解2）计算齿条10的移动速度vio：齿条10由齿轮9带动，蜗轮8和齿轮9为同一构件， 具有相同的转速，同时齿轮1到蜗轮8之间的各构件作回转运动，可计算传动比

29、小，即：几1 z2z4z6z8 40 x 60 x 18 x 40i-i p = = 320tiq zz-zZy 20 x 15 x 18 x 1得：n9=ns= = x 3.125 r/min?18320又：v10 = 2ttxh9 x = 2x 3.14 x 3.125 x 20 x - = 588.75 mm/min 225 .在题7.5图所示的行星减速器装置中，zi=z2=17, Z3=51。试求当手柄转过90。时， 转盘H转过多少角度？解：从图上分析这是一个周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2为行星轮，构件H 为行星架，那么有：九1 一九HZ351111 - 1=mm=25.13

30、9mm1 /ra V xl20查 GB196-81,取 M30 (di=26.211mm25.139mm)。5)校核螺栓疲劳强度cya2Q MPacya2Q MPa24-0.8 x 2x16362 n.3MPa 兀d；万 x 26.2112故螺栓满足疲劳强度。6）校核螺栓间距，实际螺栓间距为t = 85.1 mm 1Lj-=J= 28.768mm1 y ttcf V xlOO查 GB196-81,取 M36(di=3L670mm28.768mm)。面的润滑方式。其温度比液体润滑油的温度低，可起到很好的冷却作用。一般用 于线速度很高的轴承润滑。（6）压力喷油润滑：用油泵进行压力供油，把润滑油 送

31、到各润滑部位后又回流到油箱再循环使用，以保证供油充分，并带走摩擦产生 的热量。一般用于高速、重载、要求润滑可靠的零件上，如轴承、齿轮等。5.接触式密封和非接触式密封各是如何实现密封的？答：1）接触式密封，两密封结合面相互接触，并做相对运动或填料与结合面 间作相对运动；2）非接触式密封，两密封结合面间有一定间隙，并作相对运动。讨论：（1）此题也可改为校核计算题，螺栓直径，校核其强度。其解题步骤仍然是需先求乩然后验算/;禹士。（2）此题也可改为计算起重钢索拉力Fq。螺栓直径，计算该螺栓所能承受的预紧力 尸，然后按接合面摩擦力矩与作用于螺栓组连接上的旋转力矩相平衡的条件，求出拉力Fq,即由次，心得:即由次，心得:，二才FDQ KSD3.如题图10-3所示两种夹紧螺栓连接，图a用一个螺栓连接，图b用两个螺栓连接。 图a与图b中：载荷Fq=2000N,