機械設(shè)計作業(yè)第三期

中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）遠程與繼續(xù)教育學(xué)院

機械設(shè)計課程作業(yè)1（共3次作業(yè)）

學(xué)習(xí)層次：專升本涉及章節(jié)：第一章一第五章

第一章機械設(shè)計基礎(chǔ)

1-1構(gòu)件和零件有何不同？機器和機構(gòu)的異同點是什么？

答：零件是制造的最小單元，構(gòu)件是運動的最小單元，不同構(gòu)件之間必須具有相對運動。一

個構(gòu)件可以由若干個零件組成，這些零件剛性地連接在一起，機器運動時作為一個整體來運

動。

機構(gòu)是由若干個構(gòu)件組成的一個人為組合體，功用在于傳遞運動或改變運動的形式。機

器是由若干機構(gòu)組成的，用來變換或傳遞能量、物料和信息。機器雖然類型很多，但組成機

器的常用機構(gòu)類型并不多。

1-3什么是機械零件的工作能力？常用的計算準(zhǔn)則有哪幾種？

答：機械零件的工作能力是指在一定的運動、載荷和環(huán)境情況下，在預(yù)定的使用期限內(nèi)，不

發(fā)生失效的安全工作限度。

衡量零件工作能力的指標(biāo)稱為零件的工作能力準(zhǔn)則。常用的計算準(zhǔn)則有：強度準(zhǔn)則、剛

度準(zhǔn)則、耐磨性準(zhǔn)則、振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則和耐熱性準(zhǔn)則等。

1-6試說明下列材料牌號的意義：

Q235,45,40Cr,65Mn,ZG230-450,HT200,ZCuSnlOPl,LC4

答：Q235：普通碳素鋼，屈服點235Mpa；

45：優(yōu)質(zhì)碳素鋼，含碳量大約0.45%;

40Cr:合金鋼，含碳量0.40%左右，含Cr量1%左右；

65Mn：合金鋼，含碳量0.65%左右，含Mn量1%左右；

ZG230-450:鑄鋼，屈服點230Mpa,抗拉強度450Mpa；

HT200：灰鑄鐵，抗拉強度200Mpa；

ZCuSnlOPbl：鑄造錫青銅，含錫量10%左右；

LC4：超硬鋁

第二章機構(gòu)運動簡圖及平面機構(gòu)自由度

2-4計算題2-4圖所示（a）、（c）、（d）、（f）各機構(gòu)的自由度，并指出復(fù)合錢鏈、局部自由

解：(a)該機構(gòu)有5個活動構(gòu)件，7個低副，其中6個轉(zhuǎn)動副、一個移動副，沒有高副，沒

有復(fù)合校鏈、局部自由度和虛約束，所以自由度F為：

F=3n-2P「PH=3X5—2X7=1

有一個原動件，所以機構(gòu)具有確定的運動。

(c)該機構(gòu)有4個活動構(gòu)件，4個低副均為6個轉(zhuǎn)動副，2個高副，沒有復(fù)合較鏈，在

滾子處有局部自由度，凸輪和從動件處兩處接觸構(gòu)成虛約束，所以自由度F為：

F=3n-2PL-PH=3X4-2X4-2=2

有2個原動件，所以機構(gòu)具有確定的運動。

(d)該機構(gòu)有7個活動構(gòu)件，9個低副，其中7個轉(zhuǎn)動副，2個移動副，1個高副，C

處有復(fù)合錢鏈，滾子G處存在局部自由度，沒有虛約束，所以自由度F為：

F=3n-2PL-PH=3X7-2X(7+2)-1=2

有2個原動件，所以機構(gòu)具有確定的運動。

(f)該機構(gòu)有4個活動構(gòu)件，5個低副，其中3個轉(zhuǎn)動副，2個移動副，1個高副，滾

子B處存在局部自由度，沒有復(fù)合錢鏈和虛約束，所以自由度F為：

F=3n-2PL-Pn=3X4-2X(3+2)-1=1

有1個原動件，所以機構(gòu)具有確定的運動。

2-5題2-5圖所示為一簡易沖床的初擬設(shè)計方案。設(shè)計者的思路是動力由齒輪輸入，使軸

A連續(xù)回轉(zhuǎn)，而固定在軸A上的凸輪2和杠桿3組成的凸輪機構(gòu)使沖頭4上下往復(fù)運動，以

達到?jīng)_壓的目的。試?yán)L制其機構(gòu)運動簡圖，計算機構(gòu)的自由度，并分析其運動是否確定，如

運動不確定，試提出修改措施。

解：機構(gòu)運動簡圖如下所示：

由圖可見，機構(gòu)有3個活動構(gòu)件，4個低副，其中3個轉(zhuǎn)動副，1個移動副，1個高副,

所以自由度F為：

F=3n-2PL-PH=3X3-2X(3+1)-1=0

即機構(gòu)不能運動，故修改如下：

第三章螺旋機構(gòu)

3-1試比較普通螺紋與梯形螺紋有哪些主要區(qū)別？為什么普通螺紋用于連接而梯形螺紋用

于傳動？

答：普通螺紋與梯形螺紋的主要區(qū)別在于牙型斜角B的不同。普通螺紋牙型斜角為30。，

梯形螺紋牙型斜角為15。。普通螺紋因牙型斜角較大，自鎖性好，效率較低，故常用于連

接；梯形螺紋因牙型斜角較小，效率較高，故常用于傳動。

3-5在圖3-9所示的螺旋千斤頂中，若螺桿長度d=24mm,中徑dz=22.5mm,導(dǎo)程s=3mm,牙

型角a=30°,手柄的有效長度L=200mm,螺旋副的摩擦因數(shù)f=0.1,現(xiàn)要舉起“=12000N

的重物，需要在手柄端部施加多少作用力？其機械效率為多少？該千斤頂在重物作用下是否

會自動反轉(zhuǎn)？

解：在公式/=昂xtan(2+0v)中：

3

A=arctan------=arctan=2.43°

IIt/23.14x22.5

(P、,=arctan———=arctan———=5.91°

cos/3cos15°

所以：F=Fwxtan(2+(pv)=12000xtan(2.43+5.91)=1759.3

又由T=d2/2xF=LxF'得:

x=1759.3x22-5x99N

手柄端部施加的力：F'=F

2xL2x200

tan2_*tan2.43_0的

機械效率：r1=

tan(2+(pv)tan(2.43+5.91)

由于入=2.43W%=5.91°,該千斤頂自鎖，在重物作用下不會自動反轉(zhuǎn)。

第四章平面連桿機構(gòu)

4-6畫出題4-6圖所示各機構(gòu)的壓力角和傳動角。圖中標(biāo)注箭頭的構(gòu)件為原動件。

題4-6圖

(b)(c)(d)

題解4-6圖

4-7題4-7圖所示校鏈四桿機構(gòu)乙二100掰九(-200mm,13=300掰加，若要獲得曲柄搖

桿機構(gòu)，試問機架長度4的范圍是多少？

解：曲柄搖桿機構(gòu)最短桿為連架桿，所以最短桿為4=100加加，分兩種情況討論:

(1)若最長桿為4=300加私，則由桿長條件：

乙+，3V，2+，4，得

/4>100+300-200=200mm,貝ij200mm</4<300mm

(2)若4為最長桿，則由桿長條件：

/1+V，2+，3，得

/4<200+300-100=400mm,貝ij300mm</4<400mm

綜合得：200加加</4<400mm

第五章凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)

5-2四種基本運動規(guī)律各有何特點？各適用與何種場合？什么是剛性沖擊和柔性沖擊？

答：（1）等速運動規(guī)律：推桿在運動開始和終了的瞬時，因速度突變，推桿的加速度及由此

產(chǎn)生的慣性力在理論上將出現(xiàn)瞬時的無窮大。實際上由于材料具有彈性，加速度和慣性力不

會達到無窮大，但仍非常大，從而產(chǎn)生強烈的沖擊。因此，等速運動規(guī)律只適用于低速、輕

載的場合。

理論上無窮大的慣性力產(chǎn)生的沖擊，稱為剛性沖擊。

（2）等加速等減速運動規(guī)律：在行程的起始點、中點和終點，推桿的加速度和慣性力

有有限值的突變，引起的沖擊也較為平緩。因此，適用于中速、低速的場合。

有限值的慣性力產(chǎn)生的沖擊，成為柔性沖擊。

（3）余弦加速度運動規(guī)律：在行程的起始點和終點，推桿的加速度和慣性力也存在突

變，一般適用于中速場合。

（4）正弦加速度運動規(guī)律：推桿的加速度和慣性力沒有突變，適用與高速場合。

5-3何謂凸輪機構(gòu)的反轉(zhuǎn)法設(shè)計？它對于凸輪廓線的設(shè)計有何意義？

答：凸輪機構(gòu)的反轉(zhuǎn)法設(shè)計是凸輪輪廓線設(shè)計的基本方法。為了繪制凸輪輪廓線，需要凸輪

相對固定。設(shè)凸輪以角速度3繞軸心轉(zhuǎn)動，假設(shè)給整個凸輪機構(gòu)加上一個公共角速度-3繞

凸輪軸心回轉(zhuǎn)。根據(jù)相對運動原理，這時凸輪與推桿之間的相對運動關(guān)系并未改變，但是凸

輪“固定不動”，而推桿一方面隨導(dǎo)路以角速度繞凸輪軸心轉(zhuǎn)動，另一方面相對于導(dǎo)路做

預(yù)期的往復(fù)移動。由于推桿頂和凸輪輪廓線始終接觸，因此推桿頂在這種復(fù)合運動中所描繪

的軌跡就是凸輪的輪廓曲線。這種設(shè)計凸輪輪廓線的方法稱為反轉(zhuǎn)法。

5-10寫出題5-10圖所示凸輪機構(gòu)的名稱，并在圖中作出（或指出）：1）基圓r。，2）理論

廓線；3）實際廓線；4）行程h；5）圖示位置從動件的位移量s；6）從動件與凸輪上A點

接觸時的壓力角。

實際廓線

理論廓線

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機械設(shè)計課程作業(yè)2（共3次作業(yè)）

學(xué)習(xí)層次：專升本涉及章節(jié)：第六章——第八章

第六章齒輪傳動

6-1對于定傳動比的齒輪傳動，其齒廓曲線應(yīng)滿足的條件是什么？

答：過齒廓嚙合點的公法線與兩齒輪的連心線交于一定點。

6-2節(jié)圓與分度圓，嚙合角與壓力角有什么區(qū)別？

答：分度圓是對一個齒輪而言，在齒頂和齒根之間有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)壓力角的圓；節(jié)圓是對

一對嚙合齒輪而言，過節(jié)點相切的兩個圓。一對標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)安裝時，節(jié)圓和分度圓重合，分度

圓相切，否則分度圓不相切。

壓力角是對一個齒輪而言，法線壓力方向與速度方向的夾角；嚙合角是一對齒輪嚙合

時，嚙合線與節(jié)圓公切線之間的夾角。嚙合角在數(shù)值上等于分度圓上的壓力角。

6-5一對標(biāo)準(zhǔn)直齒輪的中心距a=160mm,齒數(shù)Zi=24,Z2=56O試求模數(shù)和兩輪的分度圓直徑。

,m(Z,+Z,)/曰2a2x160.

解:由a=--------------，得：m=------------=----------mm=4mm

2(Z；+Z2)24+56

所以分度圓直徑為:

磯=mZ1=4x24mm=96mm=mZ2=4x56mm=224mm

6-10一單級直齒輪減速器，已知Zi=25,Zz=73,bi=72mm,b2=70mm,m=4mm,ni=720r/min,齒輪

材料的[oJ=580Mpa,[o?]2=540Mpa,[oF]1=280Mpa,[oF]2=240Mpa?齒輪單向轉(zhuǎn)動，載荷

平穩(wěn)。試計算該傳動所允許傳遞的功率。

解：由齒面接觸疲勞強度的計算公式：

KT1

dx>76.6J2-?^,得：

42乂匕gj"

~[76.6JK(〃+l)

而：dx=mZj=4x25mm=100mm,u=ZJZx=73/25=2.92

▼d=b/d[=70/100=0.07

因[。]較小，[。]取[。1,因單向轉(zhuǎn)動,載荷平穩(wěn)，K取1.4。

所以：

1,匕/冊也(100、0.7x5402x2.92

；XN?mm=241639.5N?mm

-76.6K(M+1)’76.6,1.4x(2.92+1)

由齒根彎曲強度得計算公式m21.2631K",得:

尢4皿］

，二)3.匕Z—

1一11.26，KYF,

而[^F11]2—=60.15Affa,所以選取叵上計算，則:

而———=66.5MPa

^FS\4.21YFS23.99YFSZ

T.<(4>x°，*/6°?15N?mm=601386.84N?mm

11.261.4

因此，按齒面接觸疲勞強度的公式確定傳遞的功率。

=9.55x106〃得，片=(x〃]241639.5x720

由7；KW=18.2KW

%9.55X1069.55xl06

6-14題6-14所示為一雙級斜齒輪傳動。齒輪1的轉(zhuǎn)向和螺旋線旋向如圖所示，為了使軸H

上兩齒輪的軸向力方向相反，試確定各齒輪的螺旋線旋向，并在嚙合點處畫出齒輪各分力的

方向。

題6-14圖

解:

題解6-14圖

6-17一對斜齒輪的齒數(shù)為Zi=21,Z?=37,法向模數(shù)5=3.5。若要求兩輪的中心距a=105mm,

試求其螺旋角P。

乃"(Z1+Z?)

解:由a=得:

2cos0

/3=arccos+“2））_arccosd，義⑵+37））_arccos0.96667=14.8°

2a2x105

6-21題6-21圖所示蝸桿傳動中，蝸桿為主動件。試在圖中標(biāo)示未注明的蝸桿或蝸輪的轉(zhuǎn)

向及螺旋線的旋向，在嚙合點處畫出蝸桿和蝸輪各分力的方向。

題6-21圖

Foi0

n0

Fti0

F.e0

題解6-21圖

(a)圖中，蝸輪2左旋；(b)圖中，蝸桿1右旋。

6-22有一阿基米德蝸桿傳動，已知模數(shù)m=10mm,蝸桿分度圓直徑出=90mm,蝸桿頭數(shù)Zi

=2,傳動比小=15.5。試計算蝸桿傳動的主要幾何尺寸及蝸輪的螺旋角B。

7

解：4=90由%2=-=15.5得Z2=4x15.5=2x15.5=31

Zi

d2=mZ2=10x31mm=310mm

daX=4+2h：m=(90+2x1xl0)mm=110mm

da2-d2+2h：m=(310+2x1x10)加加=330mm

d/i-dx-2(h：+c*)加=(90-2x(1+0.2)x10)mm=66mm

dfl=d2-2(h：+c*)m=(310-2x(1+0.2)xl0)mm=286mm

”j=/掰=20。〃”〃

22

cmZ10x22_2_

tanB-tany=---}-=------=—,所以B=arctan—=12.5o

49099

第七章輪系

7-7在題7-7所示的輪系中，已知各輪齒數(shù),試計算傳動比〃（大小和轉(zhuǎn)向關(guān)系）。

題解7-7圖

解:

ZZZ_45x30x34_

由公式7-1有:234

ZxZrZy15x15x17

由箭頭知，首尾兩輪轉(zhuǎn)向相同。

7-8在題7-8圖所示的輪系中，已知各標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪的齒數(shù)為Zi=Zz=20,Z3,=28,Z&=24,北

=18,Zs=34。試計算齒輪3的齒數(shù)及傳動比i150

解：由圖可看出，［3=4+24，因齒輪1、2和3模數(shù)相同，則可以得出：Z3=Z,+2Z2

—(20+2x20)x24x34一.

由公式7-1有:==

Z1Z2Z3Z4，20x28x18

首尾兩輪轉(zhuǎn)向相反。

7-9題7-9圖所示錐齒輪組成得行星輪系中，已知Zi=25,Z2=2LZ2,=32,Z3=41,

ni=960r/min,求轉(zhuǎn)臂H得轉(zhuǎn)速nHo

題7-9圖

解：在行星輪系中，*=0。［由圖示箭頭知，在轉(zhuǎn)化輪系中，齒輪1、3轉(zhuǎn)向相反，所以:

.H__nl-nH_Z2Z3_21x41

“一/一0—〃H-Z,Z.-25x32

Jn1Z2

n,21x41.cc”

—=--------+1=2.076nH=462.4r/min

nnH25x322.076

7-11題7-11圖所示為一礦井用電鉆得行星輪系，已知Zi=15>Z3=45,電動機轉(zhuǎn)速

ni=3000r/mino試求鉆頭H的轉(zhuǎn)速nHo

3

七2

電h

o

機

干2

題7-n圖

解：在此輪系中，齒輪3固定不動，即、=0,由公式7-2有

.H_ni_%_45_

%—下—0———了—15―

jn1

n,3000...八,?

〃=-=------r/min=75(k/mm

H44

第八章帶傳動及鏈傳動

8-1帶傳動中的彈性滑動和打滑有何區(qū)別？對傳動有何影響？影響打滑的因素有哪些？如

何避免打滑？

答：由于帶的緊邊與松邊拉力不等，使帶的兩邊彈性變形不等而引起的帶與輪面的微量相對

滑動稱為彈性滑動。當(dāng)外載荷所產(chǎn)生的圓周力大于帶與小帶輪接觸弧上的全部摩擦力時，彈

性滑動就轉(zhuǎn)化為打滑。打滑是由過載引起的，是可以而且應(yīng)該盡量避免的。

由于彈性滑動是由于緊邊和松邊拉力不等而引起的,而帶傳動是靠緊邊和松邊的拉力差

工作的，所以彈性滑動是帶傳動固有的現(xiàn)象，是不可避免的。彈性滑動使帶傳動不能保證準(zhǔn)

確的傳動比。打滑是帶的失效形式，使帶的磨損加劇，從動輪轉(zhuǎn)速急劇降低，甚至使傳動失

效。

影響打滑的主要因素有工作載荷、初始張緊力、包角和摩擦因數(shù)。減小工作載荷、增大

初始張緊力、減小小帶輪包角、增加摩擦因數(shù)，可以避免打滑。

8-2帶傳動失效形式有哪些？其計算準(zhǔn)則如何？計算的主要內(nèi)容是什么？

答：帶傳動的主要失效形式有打滑和帶的疲勞破壞。帶傳動的設(shè)計準(zhǔn)則是：在保證帶傳動不

打滑的條件下，具有一定的疲勞強度和實用壽命。計算的主要內(nèi)容包括：帶的選型、根數(shù)和

基準(zhǔn)長度，帶輪的基準(zhǔn)直徑，中心距，帶的速度、小帶輪包角的驗算等。

8-5試分析鏈輪齒數(shù)過大或過小對鏈傳動有何影響？

答：小鏈輪的齒數(shù)對鏈傳動平穩(wěn)性和使用壽命有較大的影響。齒數(shù)少可減小外廓尺寸，但齒

數(shù)過少，會使鏈傳動傳遞的圓周力增大，多邊形效應(yīng)顯著，傳動的不均勻性和動載荷增加，

較鏈磨損加劇，故規(guī)定小鏈輪的最少齒數(shù)Zmin^l7o齒數(shù)過大，大鏈輪齒數(shù)將更多，這樣

除增加了傳動的尺寸和質(zhì)量外，也易于因鏈條節(jié)距的伸長而發(fā)生跳齒和脫鏈現(xiàn)象，同樣會縮

短鏈條的使用壽命。因此，通常限定大鏈輪最大齒數(shù)ZmaxW114。

8-9設(shè)計一由電動機驅(qū)動的普通V帶減速傳動，已知電動機功率P=7KW,轉(zhuǎn)速

ni=1440r/min,傳動比必=3,傳動比允許偏差±5%,雙班工作，載荷平穩(wěn)。

解：(1)計算功率：

查表8-7得：KA=1.1,貝IJPCFKAP=1.1X7=7.7

(2)選擇帶的截型：

根據(jù)P薩7.7KW和n1=1440r/min,查圖8-8,選A型帶。

(3)確定帶輪得基準(zhǔn)直徑Di和D2：

由圖8-8和表8-3,選Di=125mm,貝%=ii2Di=3X125nim=375niin

由表8-3,375mm為標(biāo)準(zhǔn)值。

(4)驗算帶的速度V

昨口。陽3.14x125x1440

mis-9A2m/s

60x100060x1000

帶速介于5?25m/s之間，合適。

(5)確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度Ld：

初定中心距ao=5OOmm,則帶的基準(zhǔn)長度Ld為

l

Ld=2a+—(Di+D2)+"J=(2x500+—(375+125)+。乃-⑵))=1816.3mm

24a24x500mm

查表8-2,選取Ld=1800mm,則V帶得實際中心距為：

Ld1800-1816.3,“cc

aQ-----------=(500H--------------------)mm=492mm

(6)驗算小帶輪的包角@：

a.=180°-2^=180°一一Z——Lx57.3°=180?！猑57.3。=150.9。下120。(合適)

a492

(7)帶的根數(shù)Z：

.J」%

一山廠(尸。+—

查表8-4、8-5、8-6、8-2得：

々=1.91,旬=0.17,Kd=0.92,塢=1.01,所以

Pca7.7

Z==3.98

(P0+AP0)KgKL(1.91+0.17)X0.92X1.01

選取帶的根數(shù)Z=4根。

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學(xué)習(xí)層次：專升本涉及章節(jié)：第九章一第十四章

第九章連接

9-5普通螺栓連接和絞制孔用螺栓連接在結(jié)構(gòu)、承載原理上各有什么特點？

答：普通螺栓連接是將一端有六角頭、另一端制有螺紋的螺栓，穿過被連接件的通孔，旋上

螺母，擰緊后將被連接件連成一體，螺桿與被連接件之間有間隙，螺母與被連接件之間常放

置墊片?？柯菟〝Q緊后被連接件結(jié)合面之間的摩擦力來承受橫向載荷。

絞制孔用螺栓連接螺桿與被連接件之間多采用基孔制過渡配合，主要通過螺桿與被連接

件之間的擠壓和螺桿的剪切來承受橫向載荷，可承受較大的橫向載荷。

二者被連接件上均不必切制螺紋，結(jié)構(gòu)簡單，主要用于被連接件不太厚，并有足夠拆裝

空間的場合。

9-13在題9-13圖所示夾緊螺栓連接中，已知螺栓數(shù)為2,螺紋為M12,螺栓的力學(xué)性能等

級為8.8級，軸徑D=50mm,杠桿長L=400mm,軸與夾殼間的摩擦系數(shù)f=0.15,試求施加

于杠桿端部的作用力晶的允許值。

取半夾殼作受力分析，得預(yù)緊力與=尸/2,F為正壓力。

根據(jù)軸與轂之間不滑移條件有：

KSFWL

KsFJ=2JFD/2和Fp=F/2得:Fp

26

由螺栓得力學(xué)性能等級為8.8知：[q]=64QMPa,取=1.2,查表9-1知螺栓小

徑di=10.106mmo

將尸一KF—T代入1中，得

P2fDndM

[CT]xII/4xt/j2x2/xD640x11/4x10.1062x2x0.15x50

F<S=1233.4(N)

w1.3KL1.3x1,2x400

所以施加于杠桿端部的作用力“的允許值為1233.4No

9-14題9-14圖所示剛性連軸器用螺栓連接，螺栓性能等級為8.8,連軸器材料為鑄鐵

(HT200),若傳遞載荷T=1500N.m。

題9-14圖

1)采用4個M16的較制孔用螺栓，螺栓光桿處的直徑ds=17mm,受壓的最小軸向長度8=14mm,

試校核其連接強度；

(2)若采用M16的普通螺栓連接，當(dāng)接合面間摩擦因數(shù)f=0.15,安裝時不控制預(yù)緊力，

試確定所需螺栓數(shù)目(取偶數(shù))。

解：1)采用絞制孔用螺栓連接

單個螺栓的工作載荷:

1500

4x155/2x107N=4838.7N

許用剪切應(yīng)力：⑺=crs/Sr=64Q/2.5MPa=256MPa

因被連接件是鑄鐵，需要擠壓應(yīng)力為：[aJubb/Z.SuZSO/ZSVPanlOOA/Pa

(1)剪切強度的校核：

4F4x48377

7=—?=——^^MPa=2\.3MPa<[T],所以剪切強度足夠。

nd；3.14xl72

(2)擠壓強度的校核：

F48377

(ybs=——=a^MPa=20.3MP。Y后加],所以剪切強度足夠

ds517x14

所以螺栓強度足夠。

2)若采用普通螺栓連接

1500

總的橫向載荷:155/2x10-N=19354.8%

查表9-2,取安全系數(shù)S=3,Mi][a]=o-s/S=(640/3)Affa=2\3.3MPa

K尸i1.33

把——帶入b=——y中，得:

zfn/4xd；

1.3x4xK尸1.3x4x1.2x19354.8

z二=6.28

加乂片㈤0.15x3.14xl3.8352x213.3

因螺栓一般取偶數(shù)，故取所需螺栓數(shù)目z=8。

9-16試為題9-14圖所示連軸器選擇平鍵連接的尺寸并校核其強度。

解：

(1)選鍵的類型和確定鍵的尺寸

選B型普通平鍵，鍵的材料為45鋼。查表9-3,由d=60mm和B=100mm,確定鍵的尺寸

為：鍵寬b=18mm,鍵高鍵長L=100mm。

(2)校核鍵連接的強度

輪轂(連軸器)材料為鑄鐵，由表9-4查得許用應(yīng)力[。目=70?80Mpa,工作長度

/=L=100mmo

根據(jù)公式9-11得

4T4x1500x103

b加=90.9(jWPa)>70?80Mpa=[o]

dhl60x11x100bs

所以該連接強度不夠。

采用兩個鍵，兩個鍵要按1.5個鍵計算強度，貝IJ：

90.9

(7■加=]§=60.6(Aff>(7)<70?80Mpa=[obs]

所以采用兩個B型平鍵，標(biāo)記為：鍵B18X100GB/T1096—2003。

第十一章支承

11-1滑動軸承的摩擦狀態(tài)有哪幾種？有何本質(zhì)區(qū)別？

答：滑動軸承的摩擦狀態(tài)有干摩擦狀態(tài)、邊界摩擦狀態(tài)、液體摩擦狀態(tài)和混合摩擦狀態(tài)四種。

干摩擦狀態(tài)兩相對運動表面沒有任何介質(zhì)，兩表面直接接觸，摩擦因數(shù)大，摩損快，摩

擦損耗功率大。邊界摩擦狀態(tài)在兩摩擦表面上吸附有一層極薄的潤滑介質(zhì)，在載荷作用下，

有部分表面會直徑接觸，摩擦因數(shù)和磨損較大。液體摩擦狀態(tài)兩摩擦表面完全被潤滑介質(zhì)所

隔開，摩擦來自潤滑液內(nèi)部，所以摩擦因數(shù)和磨損很小?；旌夏Σ翣顟B(tài)介于液體摩擦狀態(tài)和

邊界摩擦狀態(tài)之間，兩摩擦表面一些地方形成液體摩擦，一些地方形成邊界摩擦。

11-5說明下列滾動軸承代號的意義:N208/P5,7321C,6101,30310,5207

答：N208/P5:圓柱滾子軸承，寬度系列為0系列，直徑系列為2系列，內(nèi)徑d=40mm,5級公

差等級；

7321C：角接觸球軸承，寬度系列為0,直徑系列為2,內(nèi)徑105mll1,接觸角為15°,公

差等級為0級；

6101：深溝球軸承，寬度系列為0,直徑系列為1,內(nèi)徑為12mln,公差等級為。級；

30310：圓錐滾子軸承，寬度系列為0,直徑系列為3,內(nèi)徑為50mm,公差等級為0級;

5207：推力球軸承，寬度系列為0,直徑系列為2,內(nèi)徑為35mm,公差等級為。級。

11-7有一非液體徑向滑動軸承，軸頸直徑d=50mm,軸頸轉(zhuǎn)速n=960r/min,軸瓦材料為

ZPbSbl6Cu2,寬徑比為1.2,試求軸承所能承受的最大載荷。

解：由寬徑比為1.2,軸徑d=50mm,得軸承寬度B為：

B=l.2X50=60nun

查表11T得：[P]=15Mpa,[Pv]=10Mpa.m/s

由公式11-10=￡v[P],得：

Bd

F<56?[P]=60X50X15=4500(N)

由公式11-2得：P=——得:

v191005

F^19100^=19100x60x10=n937j.

n960

4500N<11937.5N,所以軸承所能承受的最大載荷是4500N。

11-9某設(shè)備采用了一深溝球軸承，軸頸直徑為35mm,轉(zhuǎn)速為3000r/min,已知徑向載荷為

Fr=1800N,軸向載荷為Fa=750N,預(yù)期工作壽命8000h,試選擇此軸承的型號。

解：(1)初選軸承型號

根據(jù)工作條件，初選軸承為6207,查附表4,基本額定動載荷C=25500N,基本額定靜

載荷C0=15200No

(2)計算當(dāng)量動載荷

由Fa/Fr=750/l5200=0.049,查表1卜7,得：e=0.25

Fa/Fr=750/1800=0,42>e,查表11-7得X=0.56,Y=l.74

則軸承的當(dāng)量動載荷：

P=XFr+YFa=0.56X1800+1.74x750=2313N

(3)校核基本額定動載荷

查表11-5,取fc=l,查表11-6,取fp=l.1

由公式11-6,得：

C==1.1X2313X(6。x3002x8000%=湖3T(N)A25500N

f,106106

所以選取6207不合適，需要增加強度，可以選取6307,其C=33200N,C0=19200N?

11-10根據(jù)設(shè)計要求，在某一軸上安裝一對70000AC軸承(題11-10圖)，已知兩個軸承的

徑向載荷分別為：瑪尸2000N,F工=1000N,外加軸向載荷FA=880N,軸徑d=40mm,轉(zhuǎn)速n=

5OOOr/min,常溫下運轉(zhuǎn)，有中等沖擊，預(yù)期壽命乂=5OOOh,試選擇軸承型號。

◎FA=880N

-E=1000N甲

F,i=2000N

題11-10圖

解：

(1)初選軸承型號：初選7208AC,查附表5得：C=35.2KN,Co=24.5KN?

(2)計算軸向載荷

7208AC的接觸角為25°,由表H-8查得軸承的派生內(nèi)部軸向力為：

吊=0.687;,=0.68x2000N=1360N

=0.6死2=0.68xl000N=680N

FS2

因為：死+a2=(880+680)N=1560NA￡I

所以軸承2被壓緊，軸承1被放松，則兩軸承的軸向載荷為:

Fal=Fsl=1360NFa2=Fsl-FA=(1360-880)N=480N

(3)計算當(dāng)量動載荷

查表11-7得：e=0.68,而

1360480

=0.68=e=0.48Ye

2000Fra1000

查表11-7可得：X]=占=1.0,X=%=0。所以當(dāng)量動載荷為:

片=XxFri+YxFaX=1x2000N=2000N

P2=X2Fr2+Y2Fa2=lxl000N=1000N

(4)計算所需的基本額定動載荷C

因片A入，應(yīng)以軸承1的當(dāng)量動載荷々計算所需的基本額定動載荷。查表11-5得

ft=l,查表11-6得(=1.5,則由公式H-6得：

=〃(^ly/3=1§*200。x(60.5°嗎*5000%N=34341NY35200N

1106106

所以所選軸承合適。

第十二章軸

12-2按受載情況分類，軸有哪幾種?

答：按受載情況，軸可分為心軸、轉(zhuǎn)軸和傳動軸三種。心軸工作時知承受彎矩，不承受扭矩;

轉(zhuǎn)軸工作時即承受彎矩又承受扭矩；傳動軸工作時主要承受扭矩，不承受彎矩或承受很小的

彎矩。

12-2軸上零件的軸向、周向定位和固定各有哪幾種方法？

答：軸上零件的軸向定位和固定方法有：軸肩、軸環(huán)、套筒、鎖緊擋圈、圓螺母、彈性擋圈、

軸端擋圈、軸承端蓋及圓錐面等。

軸向零件的周向定位和固定方法有：鍵、花鍵、型面連接、銷、過盈配合和緊定螺釘?shù)取?/p>

12-5題12-5圖所示為二級斜齒輪減速器(Z1=22,Z?=77,Z3=21,Z4=78)由高速軸I輸入的

功率P=40KW,轉(zhuǎn)速m=590r/min,軸的材料為45鋼。試按扭轉(zhuǎn)強度計算三根軸的最小直徑

(不考慮摩擦損失)。

解:

查表12-1,材料45鋼調(diào)質(zhì)，取表卜36MPa

由公式12~2

|9.55X106PJ9.55X106X40…

aJr>3-----------=i-------------------mm=

1\0.2[r]%V0.2x36x590

圓整取di=45mm。

另由公式12-2可得:

%篝=6^^"GW

所以<7n=l.518X45mm=68.3mm圓整取dn=70mm

zz

4n=1.548X70mm=108.4mm圓整取d1nnOmm

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選擇題

1.對于雙搖桿機構(gòu)，最短構(gòu)件與最長構(gòu)件長度之和―J大于其它兩構(gòu)件長度之和。

A.一定B.不一定C.一定不

2.四桿機構(gòu)處于死點位置時，機構(gòu)的壓力角B。

A.為0°B.為90°C.與構(gòu)件尺寸有關(guān)

3.對于滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)，滾子半徑A理論輪廓曲線外凸部分的最小曲率半徑。

A.必須小于B.必須大于C.可以等于

4.設(shè)計鍵聯(lián)接時，平鍵的截面尺寸（bXh）是按照」從標(biāo)準(zhǔn)中選取的。

A軸上轉(zhuǎn)矩C軸的轉(zhuǎn)速

C軸的直徑D輪毅長度

5.帶傳動工作時產(chǎn)生彈性滑動是因為D。

A帶的預(yù)緊力不夠B帶和帶輪間摩擦力不夠

C帶繞過帶輪時有離心力D帶的緊邊和松邊拉力不等

6.在圓柱齒輪傳動中，常使小齒輪齒寬略大于大齒輪齒寬，原因是C。

A提高小齒輪齒面接觸強度B提高小齒輪齒根彎曲強度

C補償安裝誤差，保證全齒寬接觸D減少小齒輪載荷分布不均

7.傳動軸所受的載荷是D。

A只受彎矩不受轉(zhuǎn)矩B只受轉(zhuǎn)矩不受彎矩

C既受轉(zhuǎn)矩又受彎矩D主要受轉(zhuǎn)矩

8.在蝸桿傳動中，引入蝸桿直徑系數(shù)q的目的在于C。

A.有利于蝸桿尺寸參數(shù)的計算B.有利于采用標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)

C.有利于加工蝸輪的刀具標(biāo)準(zhǔn)化D.易于實現(xiàn)中心距標(biāo)準(zhǔn)化

二.判斷題

1.雙搖桿機構(gòu)一定不存在整轉(zhuǎn)副。（錯）

2.軸肩用于軸上零件的周向定位和固定。（錯）

3.基圓越小漸開線越彎曲。（對）

4對齒輪材料的要求是齒面和齒芯都要硬。（錯）

5.行星輪系中必須有一個中心輪是固定不動的。（錯）

6.螺紋的小徑一般稱為螺紋的公稱直徑。（錯）

7.漸開線齒輪傳動的嚙合角等于節(jié)圓上的壓力角（對）

三、填空題（14分）

1.機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)的自由度等于原動件的數(shù)目且大于一。

2.內(nèi)螺紋的公稱直徑是螺紋牙根所在處假象圓柱體的直徑。

3.螺旋副的自鎖條件是升角小于當(dāng)量摩擦角。

4.一對漸開線直齒圓柱齒輪正確嚙合條件是使兩輪的模數(shù)和壓力角分別相等。

5對閉式齒輪傳動，若其中至少有一齒輪為硬度小于350HBS的軟齒面，要按齒面接觸疲

勞強度的設(shè)計公式確定齒輪的主要尺寸;若為一對硬齒面齒輪，則按齒根彎曲疲勞強度

的設(shè)計公式確定齒輪的主要尺寸。

6.普通平健連接，當(dāng)采用雙鍵時，兩鍵應(yīng)在周向相隔180度。

7.兩個互相配合的螺紋，它們的旋向一定相同-

8.斜齒輪在法面上具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)壓力角。

四.計算和國圖題（56分）

1.圖4-1所示傳動系統(tǒng)中，1為蝸桿，2為蝸輪，3和4為斜齒圓柱齒輪，5和6為直齒

錐齒輪。若蝸桿主動，要求輸出齒輪6的回轉(zhuǎn)方向如圖所示。若要使II、III軸上所受軸向力

互相抵消一部分，說明蝸桿、蝸輪及斜齒輪3和4的螺旋線方向及I、II、III軸的回轉(zhuǎn)方向

（在圖中標(biāo)示），以及II、III軸上各輪嚙合點處受力方向（在圖中畫出）。

解4-1

2.計算圖4-2所示機構(gòu)的自由度。若該機構(gòu)有復(fù)合較鏈、局部自由度或虛約束，請指出。

解：n=4PL=3+2=5PH=1

F=3n—2PL—PH=3X4—2義5—1X1=1

原動件個數(shù)為1，所以機構(gòu)具有確定的運動。

構(gòu)件4與機架5構(gòu)成虛約束，滾子6處具有局部自由度，沒有復(fù)合較鏈。

3.圖4-3所示輪系中,Zi=20,Z2=40,Z2-50,Z3=60,n戶口3=100轉(zhuǎn)/分，假設(shè)m與重

轉(zhuǎn)向相反，求IIH的大小及轉(zhuǎn)向。

圖4-3

JHnuZZ40x60

解：諾=-—-=23=——=2.4

13Z,Z20x50

n,J~nHn1Z

假設(shè)m方向為正，則ii3為負(fù)，所以

100—nH

———-------=2.4所以nH=-243,與5轉(zhuǎn)向相反。

—io。一““

4.圖4-4所示剛性聯(lián)軸器中，螺栓孔分布直徑D=160mm,其傳遞扭矩T=1200N?m,若用四

個M12的錢制孔螺栓鏈接，已知螺栓材料[工]=92MPa,[6P]=120MPa,螺栓光桿處直徑

d=13mm,桿孔尺寸hl=15mm,h2=20mm,試校核螺栓聯(lián)接的強度。

h2

圖4-4

解：由T=4《2得:

2

1200=3.75xl()3

2D2xl60xl03

校核擠壓強度條件:

F_3.75xl03

s=\92<[(y]=nQMPa

dh13x15p

校核剪切強度條件:

4勺4x3.75x103

=28.3Y[r]=92MPa

7id2m^-xl32xl

所以螺栓強度足夠。

5.在斜齒圓柱齒輪減速器的輸出軸上安裝有一對70000AC角接觸球軸承（FS=0.7FR）。已

知FR產(chǎn)3500N,FR2=1800N,斜齒圓柱齒輪的軸向力FLIOOON,求圖中的裝配方案，軸承I、

軸承n所受軸向力%,%分別為多大？（io分）

解：Fsl=0.7品=0.7x3500=2450V

月2=S7FRZ=0.7xl800=1260N

Fsl，F(xiàn)s2方向如上圖所示

FA+Fa=2450+1000=3450>Fs2=12607V

￡I=￡I=2450N(放松端)工2=凡+工=3450N（壓緊端）

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—.選擇題（16分）

1.齒輪的漸開線形狀取決于它的C直徑。