陳立德版機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第13、14章課后題答案

1、第13章機(jī)械傳動設(shè)計(jì)13.1簡述機(jī)械傳動裝置的功用。答：（1）把原動機(jī)輸出的速度降低或增速。（2）實(shí)現(xiàn)變速傳動。（3）把原動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩變?yōu)楣ぷ鳈C(jī)所需的轉(zhuǎn)矩或力。（4）把原動機(jī)輸出的等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳈C(jī)的轉(zhuǎn)速或其它類型的運(yùn)動。（5）實(shí)現(xiàn)由一個(gè)或多個(gè)原動機(jī)驅(qū)動若干個(gè)相同或不同速度的工作機(jī)。13.2選擇傳動類型時(shí)應(yīng)考慮哪些主要因素？答：根據(jù)各種運(yùn)動方案，選擇常用傳動機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)主要因素：（1）實(shí)現(xiàn)運(yùn)動形式的變換。（2）實(shí)現(xiàn)運(yùn)動轉(zhuǎn)速（或速度）的變化。（3）實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的合成與分解。（4）獲得較大的機(jī)械效益。13.3常用機(jī)械傳動裝置有哪些主要性能？答：（1）功率和轉(zhuǎn)矩；（2）圓周速度和轉(zhuǎn)速；

2、（3）傳動比；（4）功率損耗和傳動效 率；（5）外廓尺寸和重量。13.4機(jī)械傳動的總體布置方案包括哪些內(nèi)容？答：總體布置方案包括合理地確定傳動類型；多級傳動中各種類型傳動順序的合理 安排及各級傳動比的分配。13.5簡述機(jī)械傳動裝置設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和一般步驟。答：（1）確定傳動裝置的總傳動比。（2）選擇機(jī)械傳動類型和擬定總體布置方案。（3）分配總傳動比。（4）計(jì)算機(jī)械傳動裝置的性能參數(shù)。性能參數(shù)的計(jì)算，主要包括動力計(jì)算和 效率計(jì)算等。（5）確定傳動裝置的主要幾何尺寸。（6）繪制傳動系統(tǒng)圖。（7）繪制裝置的裝配圖。第14章軸和軸轂連接14.1 軸按功用與所受載荷的不同分為哪三種？常見的軸大多屬于哪一

3、種？答：軸按功用與所受載荷不同可分為心軸、傳動軸和轉(zhuǎn)軸三類。常見的軸大多數(shù)屬 于轉(zhuǎn)軸。14.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)從哪幾個(gè)方面考慮？答：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)從以下幾方面考慮：（1）軸的毛坯種類；（2）軸上作用力的大 小及其分布情況；（3）軸上零件的位置、配合性質(zhì)以及連接固定的方法；（4）軸承的類 型、尺寸和位置；（5）軸的加工方法、裝配方法以及其它特殊要求。14.3制造軸的常用材料有幾種？若軸的剛度不夠，是否可采用高強(qiáng)度合金鋼提高軸 的剛度？為什么？答：制造軸的常用材料有碳素鋼和合金鋼。若軸的剛度不夠，不可采用高強(qiáng)度合金 鋼提高軸的剛度。因?yàn)楹辖痄撆c碳素剛的彈性模量相差不多。14.4軸上零件的周向固定有哪

4、些方法？采用鍵固定時(shí)應(yīng)注意什么？答：軸上零件的周向固定有鍵、花鍵和銷聯(lián)結(jié)以及過盈聯(lián)結(jié)和成型聯(lián)結(jié)等。采用鍵固定時(shí)應(yīng)注意加工工藝與裝配兩個(gè)方面的問題。加工工藝必須保證鍵槽有一 定的對稱度。對于鍵的工作表面，在裝配時(shí)必須按精度標(biāo)準(zhǔn)要求選定一定的配合；對于 鍵的非工作表面，必須留有一定的間隙。14.5軸上零件的軸向固定有哪些方法？各有何特點(diǎn)？答：常見的軸向固定方法有軸肩、軸環(huán)定位，螺母定位，套筒定位及軸端圈定位等。軸肩、軸環(huán)定位的特點(diǎn)是簡單可靠，能承受較大的軸向力，應(yīng)用廣泛。螺母和止動 電圈定位的特點(diǎn)是固定可靠，可承受大的軸向力，常用于固定軸端零件。套筒定位的特 點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，用于軸向零件軸向間距L不

5、大時(shí)，可減少軸的階梯數(shù)。套筒與軸的配合 較松，故不宜用于高速。軸端擋圈定位用于軸端零件的固定，可承受較大的軸向力。14.6在齒輪減速器中，為什么低速軸的直徑要比高速軸的直徑大得多？答：根據(jù)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算公式d C3?可知，轉(zhuǎn)速越低，所要求的軸的直徑就應(yīng)越 大；轉(zhuǎn)速越高，所要求的軸的最小直徑就越小。所以低速軸的直徑要比高速軸的直徑大 得多。14.7在軸的彎扭合成強(qiáng)度校核中，a表示什么？為什么要引人a ？答：在軸的彎扭合成強(qiáng)度校核中，a表示修正系數(shù)。a是考慮到由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力a和由扭矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力tT循環(huán)特性不同引入的應(yīng)力校正系數(shù)。14.8常用提高軸的強(qiáng)度和剛度的措施有哪些？答：為了提高軸的

6、強(qiáng)度，可選用優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金鋼，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚硪约氨?面處理。同時(shí)還應(yīng)從改進(jìn)零件的結(jié)構(gòu)、采用合理的軸和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等措施來提高軸的強(qiáng)度 和剛度。具體地說可從下面幾方面來考慮：（1）采用階梯軸的結(jié)構(gòu)，使軸的形狀接近等于強(qiáng)度條件，以充分利用材料的承載能 力。（2）盡量避免各軸段剖面突然變化，以降低局部的應(yīng)力集中，提高軸的疲勞強(qiáng)度。（3）改變軸上零件的布置，有時(shí)可以減小軸上的載荷。（4）改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)也可以減小軸上的載荷。14.9試述平鍵連接和楔鍵連接的工作特點(diǎn)和應(yīng)用場合。答：平鍵的兩個(gè)側(cè)面是工作面，工作是靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。平鍵連 接結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便，對中性好，應(yīng)用最廣，但它不能

7、承受軸向力，故對軸上零件不 能起到軸向固定作用。楔鍵的上下兩面為工作面，工作是靠鍵的楔緊作用來傳遞轉(zhuǎn)矩的，同時(shí)還能承受單 方向的軸向載荷。楔鍵連接僅適用于傳動精度不高、低速、載荷平穩(wěn)且對中要求較低的場合。14.10如題14.10圖所示為二級圓柱齒輪減速器。已知：Z=z3=20, z2=z4=40, m=4mm，高速級齒寬12=45mm，低速級齒寬b34=60mm，軸I傳遞的功率P=4kW，轉(zhuǎn)速 %=960r/min,不計(jì)摩擦損失。圖中a、c取為520mm,軸承端面到減速箱內(nèi)壁距離取為5 10mm。試設(shè)計(jì)軸II,初步估算軸的直徑，畫出軸的結(jié)構(gòu)圖、彎矩圖及扭矩圖，并按彎 扭合成強(qiáng)度校核此軸。答：(

8、1)選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力選用45鋼，正火處理由表14.4查得。b =600MPa。按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算直徑。根據(jù)表14.1得。=107118mm。n = n = nz/z =(960 x 20)/40 = 480r/mind C3pn2 = (107 118)34/480mm=21.7 23.9mm考慮到鍵槽會削弱軸的強(qiáng)度取d=30mm。擬出軸的結(jié)構(gòu)。根據(jù)軸在危險(xiǎn)截面的直徑，并考慮已給定的齒輪寬度，以及 軸的結(jié)構(gòu)、工藝等有關(guān)因素，擬出軸的結(jié)構(gòu)圖如題14.10答案圖a所示。圖中安裝滾動 軸承的直徑定為25mm；采用深溝球軸承型號為6205,寬度g=15mm,安裝高度為3mm。此外，兩輪間距離取為

9、10mm，并根據(jù)減速箱體的結(jié)構(gòu)，定出兩輪到滾動軸承邊 緣的距離為15mm。按彎扭合成強(qiáng)度，校核軸徑。畫出軸的受力圖如題14.10答案圖b所示。軸的轉(zhuǎn)速 n = n - z /z = (960 x 20)/40 = 480r/ min大齒輪2的直徑d2=mz2=4 x 40 = 160mm小齒輪3的直徑d3 = m% = 4 x 20 = 80mm軸的轉(zhuǎn)矩 T = 9.55 x 106x 4/ 480 = 79583.3N - mm大齒輪 2 的圓周力 F2 = 2T/d2 =(2x79583.3)/160 = 994.8N徑向力 F? = F2 tana = 994.8tan 20 = 362

10、N小齒輪3的圓周力F3 = 2T/d3 = 1989.6N徑向力 F = F tan20 = 724.1N題14.10答案圖作水平面內(nèi)的彎矩圖，如題14.10答案圖c所示。支點(diǎn)反力為：F =(F (/ +1 )+ F l )/1HA t2 23 t3 3=一994.8 x (62.5 + 52.5)+1989.6 x 52.5 /160 = 1367.85NF =(F l + F (/ +1 )/1HB t2 1 t3 12=(994.8x45 + 1989.6x107.5)/160 = 1616.55N (其中 1 =450mm,12=62.5mm, 13=52.5mm)I 截面處彎矩為：M

11、印=J = 1367.85x 45 = 61553.3N - mmII 截面處彎矩為：Mhii = FJ3 = 1616.55x52.5 = 84868.9N-mm作垂直面的彎矩圖：如題14.10答案圖d所示。支點(diǎn)反力為：F =F (1 +1 )-F 1 /1 =(362 x 115 - 724.1 x 52.5)/160 = 22.6N VA r2 23 r3 3F =F 1 - F (1 +1 ) /1 =(362 x 45 - 724.1 x 107.5 )/160 = -384.7N VB r2 1 r3 12I-I 截面彎矩為：MVI = K = 22.6x 45 = 1017N -

12、 mmII-II 截面彎矩為：Mvii = F旗=-384.7x52.5 = -20196.8N-mm作合成彎矩圖M =(M+ M如題14.10圖e所示。M = (M J + M V2 = 61561.7N - mmM =M 2 + M 2 = 87239N - mm作轉(zhuǎn)矩圖如題14.10答案圖f所示。T = 9.55 x106P /七=79583.3N- mm求當(dāng)量彎矩。取a = 0.6。I 截面Mei =奶2 +(a T=：61561.72 +(0.6 x 79583.3)2 = 77909.6N -mmII 截面Meii =Mii2 +(aT)2=、；872392 +(0.6 x 795

13、83.3)2 = 99452N -mm確定危險(xiǎn)截面及校核強(qiáng)度。因?yàn)橘|(zhì)知質(zhì)應(yīng)，且軸上還有鍵槽，故II-II可能 為危險(xiǎn)截面，故對截面II-II進(jìn)行校核；III-III、IV-IV截面直徑為25mm，雖然較小 且有應(yīng)力集中，但因其不受扭矩作用且彎矩不大，故不對其校核。II-II截面a ii = Mii /W = 99452 /(0.1 xd3)= 99452 /(0.1 x303 )MPa = 36.8MPa查表得=55Mpa，滿足【l的條件，故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并 有一定裕量。14.11設(shè)計(jì)一齒輪與軸和鍵連接。已知軸的直徑d=90mm,輪轂寬g=110mm,軸傳 遞的扭矩T = 1800N m，載荷平穩(wěn)，軸、鍵的材料均為鋼，齒輪材料為鍛鋼。答：由題意可知齒輪與軸的鍵連接，要求有一定的定心，故選擇普通平鍵，圓頭 (A型)。由表4.5查得，當(dāng)d=90mm時(shí)，鍵的剖面尺寸