机械设计习题集答案.doc

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1、/第一章第一章 绪绪论论 1-11-1 机器的基本组成要素是什么？机器的基本组成要素是什么？ 答：机械零件答：机械零件 1-21-2 什么是零件？什么是构件？什么是部件？试各举三个实例。什么是零件？什么是构件？什么是部件？试各举三个实例。 答：零件是组成机器的不可拆的基本单元，即制造的基本单元。如齿轮、轴、螺钉等。答：零件是组成机器的不可拆的基本单元，即制造的基本单元。如齿轮、轴、螺钉等。构件是组成机器的运动的单元，可以是单一整体也可以是由几个零件组成的刚性结构，构件是组成机器的运动的单元，可以是单一整体也可以是由几个零件组成的刚性结构， 这些零件之间无相对运动。如内燃机的连杆、凸缘式联轴器、

2、机械手的某一关节等。这些零件之间无相对运动。如内燃机的连杆、凸缘式联轴器、机械手的某一关节等。部件是由一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合体，如减速器、离部件是由一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合体，如减速器、离 合器、联轴器。合器、联轴器。1-31-3 什么是通用零件？什么是专用零件？什么是通用零件？什么是专用零件？答：通用零件在各种机器中经常都能用到的零件，如：齿轮、螺钉、轴等。答：通用零件在各种机器中经常都能用到的零件，如：齿轮、螺钉、轴等。在特定类型的机器中才能用到的零件，如：涡轮机的叶片、内燃机曲轴、减速器的箱在特定类型的机器中才能用到的零件，如：涡轮机

3、的叶片、内燃机曲轴、减速器的箱 体等。体等。 1-41-4 机械设计课程研究的内容是什么？机械设计课程研究的内容是什么？答：机械系统设计的基础知识和一般尺寸和参数的通用零件设计方法。答：机械系统设计的基础知识和一般尺寸和参数的通用零件设计方法。第二章第二章 机械设计总论机械设计总论2-12-1 答：答：一台完整的机器通常由原动机、执行部分和传动部分三个基本部分组成。原动机一台完整的机器通常由原动机、执行部分和传动部分三个基本部分组成。原动机 是驱动整部机器以完成预定功能的动力源；执行部分用来完成机器的预定功能；传动部分是驱动整部机器以完成预定功能的动力源；执行部分用来完成机器的预定功能；传动部

4、分 是将原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参是将原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参 数。数。2-22-2 答：答：设计机器应满足使用功能要求、经济性要求、劳动保护要求、可靠性要求及其它设计机器应满足使用功能要求、经济性要求、劳动保护要求、可靠性要求及其它 专用要求。专用要求。设计机械零件应满足避免在预定寿命期内失效的要求、结构工艺性要求、经济性要求、质设计机械零件应满足避免在预定寿命期内失效的要求、结构工艺性要求、经济性要求、质 量小的要求和可靠性要求。量小的要求和可靠性要求。2-32-3 答：答：机械零件常见的失效

5、形式：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破机械零件常见的失效形式：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破 坏正常工作条件引起的失效等。坏正常工作条件引起的失效等。常用的计算准则主要有强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则和可靠性准则。常用的计算准则主要有强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则和可靠性准则。2-42-4 答：答：强度要求为确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形。强度条件为强度要求为确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形。强度条件为。 提高机械零件的强度，可以采取：提高机械零件的强度，可以采取：a a、采用强度高的材料，使零件具有足够的截面尺寸；、采用

6、强度高的材料，使零件具有足够的截面尺寸； b b、合理地设计零件的截面形状，增大截面的惯性矩；、合理地设计零件的截面形状，增大截面的惯性矩；c c、采用热处理和化学处理方法，提、采用热处理和化学处理方法，提 高材料的力学性能；高材料的力学性能；d d、提高运动零件的制造精度，降低工作时的动载荷；、提高运动零件的制造精度，降低工作时的动载荷；e e、合理配置零、合理配置零 件的位置，降低作用于零件上的载荷等。件的位置，降低作用于零件上的载荷等。2-92-9 答：答：HT150HT150：灰铸铁，抗拉强度为：灰铸铁，抗拉强度为 150MPa150MPaZG230-450ZG230-450：铸钢，屈

7、服强度为：铸钢，屈服强度为 230230 MPa,MPa,抗拉强度为抗拉强度为 450450 MPaMPa65Mn65Mn：优质碳素结构钢，含碳量为：优质碳素结构钢，含碳量为 0.65%0.65%，含锰量，含锰量P2,P1P2,所以按轴承所以按轴承 1 1 的受力大小验算的受力大小验算故所选轴承满足寿命要求。故所选轴承满足寿命要求。补充：补充：某转轴两端各用一个某转轴两端各用一个 3020430204 轴承支撑，轴上载荷轴承支撑，轴上载荷Fre=1000NFre=1000N，Fae=300NFae=300N，轴转速为，轴转速为 1000r/min1000r/min，载荷系数，载荷系数 fp=1

8、.2fp=1.2，常温下工作。求：，常温下工作。求：1 1）两）两支点反力；支点反力；2 2）两轴承的当量动载荷；）两轴承的当量动载荷；3 3）危险轴承的寿命。已知：）危险轴承的寿命。已知：3020430204 轴承基本额定动轴承基本额定动载荷载荷 C=28.2KNC=28.2KN，且有，且有 Fd=Fr/Fd=Fr/（2Y2Y），），Y=1.7Y=1.7。有关数据如下：。有关数据如下：e eFa/FreFa/FreFa/FrFa/Fr eeX XY YX XY Y 0.350.35 1 10 00.40.41.71.7/解：正装，派生轴向力如图所示，左轴承为解：正装，派生轴向力如图所示，左轴

9、承为 1 1 轴承，右轴承为轴承，右轴承为 2 2 轴承。轴承。（1 1）两支点反力）两支点反力 因为因为所以所以 2 2 被压紧，被压紧，1 1 被放松。被放松。，（2 2）两轴承的当量动载荷）两轴承的当量动载荷因为因为，所以所以 X1=1X1=1，Y1=0Y1=0；X2=0.4X2=0.4，Y2=1.7Y2=1.7/即有即有3 3）危险轴承的寿命）危险轴承的寿命P1ee 时，时，X X =0.41=0.41 且且 Y=0.87Y=0.87）解：解：（1 1）求支点反力）求支点反力 /因为因为，所以所以 1 1 轴承压紧，轴承压紧，2 2 轴承被放松。轴承被放松。所以所以，（2 2）求额定动

10、载荷）求额定动载荷因为因为，所以所以 X X1 1=0.41=0.41，Y Y1 1=0.87=0.87；X X2 2=1=1，Y Y2 2=0=0 即有即有按按 P P1 1计算计算 C C13-313-3 （4 4） (2)(2)13-413-4 单向制单向制 0 0 负值负值13-513-5 （1 1）13-613-6 （4 4）13-1513-15 答：两端固定支承需要调整轴承游隙。可采用如下方式：（答：两端固定支承需要调整轴承游隙。可采用如下方式：（1 1）调整端盖端面与外壳）调整端盖端面与外壳之间垫片的厚度；（之间垫片的厚度；（2 2）调整轴承内圈或外圈的轴向位置。）调整轴承内圈或

11、外圈的轴向位置。13-1913-19 答：装配时，可通过增减套杯端面与外壳之间垫片的厚度，调整锥齿轮的轴向距离。答：装配时，可通过增减套杯端面与外壳之间垫片的厚度，调整锥齿轮的轴向距离。/13-2713-27 答（答（a a）或或 （b b）或或（c c） （d d）（e e）或或 （f f） 第第 1515 章章 轴轴作业题：作业题：15-415-4答：答：1 1、无定位轴肩，作为轴左端所装配零件的右侧定位方式；、无定位轴肩，作为轴左端所装配零件的右侧定位方式； 2 2、轴承端盖孔和伸出轴间无间隙；、轴承端盖孔和伸出轴间无间隙； 3 3、轴承端盖孔和伸出轴间无毛毡圈；、轴承端盖孔和伸出轴间无

12、毛毡圈； 4 4、键太长；、键太长； 5 5、轴承端盖和箱体间无调整垫片；、轴承端盖和箱体间无调整垫片； 6 6、无非定位轴肩，区分与轴承装配轴段和与端盖装配轴段；、无非定位轴肩，区分与轴承装配轴段和与端盖装配轴段； 7 7、角接触球轴承应正装；、角接触球轴承应正装； 8 8、定位套筒高度超过了轴承内圈高度；、定位套筒高度超过了轴承内圈高度； 9 9、轴段长度与所配合齿轮的宽度相等，应小于、轴段长度与所配合齿轮的宽度相等，应小于 2 23mm3mm； 1010、轴承无左端定位方式；、轴承无左端定位方式； 补充作业补充作业 1 1 图示为起重机绞车的齿轮图示为起重机绞车的齿轮 1 1、卷筒、卷筒

13、 2 2 和轴和轴 3 3 的三种连接方案。的三种连接方案。 图图(a)(a)为齿轮为齿轮 1 1 与卷筒与卷筒 2 2 分别用键固定在轴上，轴的两端通过轴承支承在机架上；分别用键固定在轴上，轴的两端通过轴承支承在机架上； 图图(b)(b)为齿轮为齿轮 1 1 与卷筒与卷筒 2 2 用螺栓连接成一体空套在轴上，轴的两端固定在机架上；用螺栓连接成一体空套在轴上，轴的两端固定在机架上； 图图(c)(c)为齿轮为齿轮 1 1 与卷筒与卷筒 2 2 用螺栓连接成一体，并用键固定在轴上，轴的两端通过轴用螺栓连接成一体，并用键固定在轴上，轴的两端通过轴 承支承在机架上。承支承在机架上。 若外载恒定，试分析

14、确定三种方案中：若外载恒定，试分析确定三种方案中：(1)(1)轴上载荷的种类及轴的类型；轴上载荷的种类及轴的类型；(2)(2)轴上所受应力轴上所受应力 及性质；及性质；(3)(3)若三种方案中轴的直径、材料及热处理方法相同，试比较三种方案中轴的强度。若三种方案中轴的直径、材料及热处理方法相同，试比较三种方案中轴的强度。15-715-7 两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器的中间轴，尺寸和结构如图所示。已知：中间轴转速两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器的中间轴，尺寸和结构如图所示。已知：中间轴转速/n2=180r/minn2=180r/min，传递功率，传递功率 P=5.5KWP=5.5KW。有关的齿轮参数为

15、：。有关的齿轮参数为：齿轮齿轮 2 2：mn=3mmmn=3mm，z2=112z2=112，右旋，右旋20n10 4410.73齿轮齿轮 3 3：mn=4mmmn=4mm，z3=23z3=23，右旋，右旋20n9 229.37 解：解：1)1) 669.55 109.55 105.5291.8N m180PTnA2)2)求各齿轮的受力求各齿轮的受力/齿轮齿轮 2 2：，22 2 23 112342mmcoscos10.73nmzdt2 222 291.81706N342TFd,n2 r22 2tantan200.3617061706625Ncoscos10.730.983tFF a2t22ta

16、n1706 tan10.73323NFF 齿轮齿轮 3 3：，33 3 34 2393mmcoscos9.37nmzdt3 322 291.86275N93TFd,n r33tantan200.36627562752289Ncoscos9.370.987tFF a3t33tan6275 tan9.371035NFF 3)3)两支点的反力两支点的反力在垂直平面内：在垂直平面内：/2233 VA8017146.5210 100 13080 625 80323 171 1035 46.52289 210 310 500005523348127.5480690327329.5 310310 1056N

17、raarFFFFF 2332 VD23010046.5171 100 13080 625 2302289 100 1035 46.5323 171 310 14375022890048127.555233188510.5 310310 608NrraaFFFFF 在水平平面内：在水平平面内：23 HA802101706 806275 210 100 13080310 136480 13177504691N310ttFFF HD23HA1706627546913290NttFFFF4 4）求弯矩、扭矩及当量弯矩图）求弯矩、扭矩及当量弯矩图/48.6105.6153.76.6263.2469.11

18、1151.36+220054.81=231206.17=480.8Nm11151.36+220054.81=231206.17=480.8Nm 23623.69+220054.81=243678.5=493.6Nm23623.69+220054.81=243678.5=493.6Nm 43.56+69274.24=69317.8=263.343.56+69274.24=69317.8=263.3 2361.96+69274.24=267.62361.96+69274.24=267.6 493.6263.3480.8267.6291.8/2222 33()493.6(0.6 291.8)2436

19、40.9630653.0064274293.9664523.7N mrMMT2222 22()263.3(0.6 291.8)69326.8930653.006499979.8964316.2N mRrMMT523.7316.2 267.63 3 333 33 2 233 2523.7 1041.9MPa0.10.1 50316.2 1034.7MPa0.10.1 45M dM d15-18 试指出图示小圆锥齿轮轴系中的错误结构，并画出正确结构图。试指出图示小圆锥齿轮轴系中的错误结构，并画出正确结构图。/15-19 试指出图示斜齿圆柱齿轮轴系中的错误结构，并画出正确结构图。试指出图示斜齿圆柱齿

20、轮轴系中的错误结构，并画出正确结构图。强度计算：强度计算： 应力应力许用应力许用应力 1 和和越接近，强度越低，越远离，强度越高。越接近，强度越低，越远离，强度越高。 上课讲例题上课讲例题 10-110-1、2 2： 今有两对标准直齿圆柱齿轮，传递功率相同，其齿轮材料热处理方法、精度等级和齿宽均今有两对标准直齿圆柱齿轮，传递功率相同，其齿轮材料热处理方法、精度等级和齿宽均 对应相等，已知齿轮的模数和齿数分别为：对应相等，已知齿轮的模数和齿数分别为：第一对第一对 m=4mmm=4mm，Z1=20Z1=20，Z2=40Z2=40；第二对；第二对/m=2mmm=2mm，Z1=40Z1=40，Z2=8

21、0Z2=80。在同样工况条件下工作时，求两对齿轮弯曲应力的比值。在同样工况条件下工作时，求两对齿轮弯曲应力的比值 F/FF/F 和接触应力的比值和接触应力的比值 H/HH/H，比较两对齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。，比较两对齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。提示：提示：，tFasatFasa FFKFY YKF Y Y bmbm11 22 1122112.52.5HEEKTKTuuZZubdbud解：解：（1 1）弯曲应力比和弯曲疲劳强度）弯曲应力比和弯曲疲劳强度 由表由表 10-510-5 查得：查得： Z=20Z=20，YFa=2.80YFa=2.80，Ysa=1.55Ysa=1.55

22、。 Z=40Z=40，YFa=2.40,YFa=2.40, Ysa=1.67Ysa=1.67。 Z=80Z=80，YFa=2.22,YFa=2.22, Ysa=1.77Ysa=1.77。 计算各齿轮的弯曲应力计算各齿轮的弯曲应力第一对齿轮：第一对齿轮：，11 12.8 1.55 41.085tFasat FtKFYYKF bmbKF b。22 22.4 1.67 41.002tFasat FtKFYYKF bmbKF b第二对齿轮：第二对齿轮：11 12.4 1.67 22.004tFasat FtKFYYKFKF bbbm ， 22 22.22 1.77 21.965tFasat FtKFY

23、YKF bmbKF b两对齿轮的应力比两对齿轮的应力比，。第二对齿轮比第一对齿轮的弯曲应力大，。第二对齿轮比第一对齿轮的弯曲应力大，111.0850.542.004FF 221.0020.511.965FF 因为许用弯曲应力相等，则第二对齿轮的弯曲疲劳强度低。因为许用弯曲应力相等，则第二对齿轮的弯曲疲劳强度低。 （2 2）接触应力比和接触疲劳强度）接触应力比和接触疲劳强度11 22 1122112.52.5HEEKTKTuuZZubdbud，2140220zuz2180240zuzuu2 11 1 2 1112 4014 20HHdm z dm z /补充补充 1 1：一对标准直齿圆柱齿轮传动

24、参数见表，试问：一对标准直齿圆柱齿轮传动参数见表，试问： 1)1)比较哪个齿轮容易疲劳点蚀，哪个齿轮易弯曲疲劳折断？比较哪个齿轮容易疲劳点蚀，哪个齿轮易弯曲疲劳折断？ 2)2)齿宽系数等于多少？齿宽系数等于多少？ 3)3)若载荷系数若载荷系数 K=1.3K=1.3，按齿根弯曲疲劳强度计算，齿轮允许传递的最大转矩等于多少？，按齿根弯曲疲劳强度计算，齿轮允许传递的最大转矩等于多少？齿轮齿轮模数模数/mm/mm齿数齿数齿宽齿宽/mm/mm FaYSaY/MPaF/MPaH1 13 3171760602.972.971.521.523903905005002 23 3454555552.352.351

25、.681.68370370470470解：解：1)1) ， 2 2 齿轮容易疲劳点蚀。齿轮容易疲劳点蚀。12HH12HH。1 32 12Fasa FF dY YKT m Z1 32 12FFFasadFasaKT Y Ym ZY Y，11139086.392.97 1.52FFasaYY22237093.722.35 1.68FFasaYY1 1 齿轮易弯曲疲劳折断。齿轮易弯曲疲劳折断。2)2)齿宽系数齿宽系数 11551.0783 17dbb dmz3)3) 传递的最大转矩应由齿轮传递的最大转矩应由齿轮 1 1 的弯曲疲劳强度决定，的弯曲疲劳强度决定，3232 1 11 113171.078

26、 86.39279N22 1.3d F Fasam ZTmK YYA补充补充 2 2：一对标准直齿圆柱齿轮，模数：一对标准直齿圆柱齿轮，模数 m=5mmm=5mm，大小齿轮的齿数，大小齿轮的齿数 z2=60z2=60，z1=25z1=25，查得大小，查得大小 齿轮的应力校正系数齿轮的应力校正系数 YSa2=1.76YSa2=1.76，YSa1=1.58YSa1=1.58，大小齿轮的齿形系数，大小齿轮的齿形系数YFa2=2.32YFa2=2.32，YFa2=2.72YFa2=2.72，而大小齿轮的许用弯曲应力，而大小齿轮的许用弯曲应力=300Mpa=300Mpa，=320Mpa=320Mpa，并

27、且，并且2F1F算得大齿轮的齿根弯曲应力算得大齿轮的齿根弯曲应力=280Mpa=280Mpa，试问：，试问：2F1)1)哪个齿轮的弯曲疲劳强度高？哪个齿轮的弯曲疲劳强度高？ 2)2)两个齿轮的弯曲疲劳强度是否足够？两个齿轮的弯曲疲劳强度是否足够？解解: : 1)1) 1 32 121FasaFFdFY YKT m Z ，11132074.462.72 1.58FFasaYY22230073.472.32 1.76FFasaYY小齿轮的弯曲疲劳强度高。小齿轮的弯曲疲劳强度高。/2)2)， 。1 32 121FasaFFdFY YKT m Z 111222FasaFFFasaYY YY 11 12

28、1 222.72 1.58280295MpaP1,P2P1,轴承轴承 1 1 的寿命高。的寿命高。6h112 6 h21210()60()2.02610()60ttCfLnPP CLPfnP题题. . 件件 1 1、5 5 为蜗杆，件为蜗杆，件 2 2、6 6 为蜗轮，件为蜗轮，件 3 3、4 4 为斜齿圆柱齿轮，件为斜齿圆柱齿轮，件 7 7、8 8 为直齿锥齿轮。为直齿锥齿轮。 蜗杆蜗杆 1 1 主动，要求齿轮主动，要求齿轮 8 8 的回转方向如图示。的回转方向如图示。 试标出：试标出：1）各轴的回转方向。）各轴的回转方向。2）考虑三根轴上所受轴向力能抵消一部分，定出各轮的螺）考虑三根轴上所受轴向力能抵消一部分，定出各轮的螺 旋线方向。旋线方向。3）各轮的轴向分力的方向。）各轮的轴向分力的方向。/蜗杆蜗杆蜗杆蜗杆15-77 前的那个图123 123123/