機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第三版朱龍英習(xí)題答案

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第3版）習(xí)題答案

第1章緒論

1」機(jī)器的特征是什么？機(jī)器和機(jī)構(gòu)有何區(qū)別？

［解］1）都是許多人為實(shí)物的組合；

2）實(shí)物之間具有確定的相對運(yùn)動(dòng)；

3）能完成有用的機(jī)械功能或轉(zhuǎn)換機(jī)械能。

1-2構(gòu)件和零件的區(qū)別是什么？指出縫紉機(jī)的通用和專用零件。

［解］構(gòu)件是運(yùn)動(dòng)的基本單元，而零件是制造的基本單元。

縫紉機(jī)上的通用零件有：螺絲、螺母、齒輪等，專用零件有：曲軸、凸輪、飛輪、腳踏板等。

1-3機(jī)械零件常用的材料有哪幾類？

［解］有鋼、鑄鐵、有色金屬、非金屬材料等。

1-4機(jī)械零件的主要計(jì)算準(zhǔn)則有哪些？

I解］有強(qiáng)度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、壽命準(zhǔn)則和振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則。

1-5機(jī)械零件結(jié)構(gòu)工藝性的基本要求有哪些？

［解］1）選擇合理的毛坯；2）結(jié)構(gòu)簡單、便于加工；3）便于裝折和維修。

1-6為什么在設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)要盡量采用標(biāo)準(zhǔn)零件？

［解］使用標(biāo)準(zhǔn)零件，可以簡化設(shè)計(jì)工作，可以有效地組織現(xiàn)代化生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，提高

勞動(dòng)生產(chǎn)率。

第2章平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖及其自由度

2-1一個(gè)在平面內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件有多少個(gè)自由度？

［解］有3個(gè)自由度。

2-2在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)副所產(chǎn)生的約束數(shù)與自由度有何關(guān)系？

［解］約束數(shù)+自由度=3

2-3如何判別有構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副組成的系統(tǒng)是否具有確定的相對運(yùn)動(dòng)？

［解］自由度數(shù):原動(dòng)件數(shù)系統(tǒng)無確定的相對運(yùn)動(dòng)

自由度數(shù)H原動(dòng)件數(shù)系統(tǒng)有確定的相對運(yùn)動(dòng)

2-4在計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)應(yīng)注意哪幾個(gè)問題？

［解1復(fù)合較鏈、局部自由度和虛約束。

2-5繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖時(shí)，用什么來表示機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)副？

［解］用簡單的線條和符號(hào)表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副。

2?6繪制圖2?15所示的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，并計(jì)算其自由度。

闡

a）n=3,PL=4,=U

F=3x3-2x4=l

b）?=4,片=5,P“=T

F=3x4-2x5-1=1

c）n=3,P］=4,PH=0

F=3x3-2x4=l

d>=3,匕=4,PH=0

F=3x3-2x4=l

2,試計(jì)算下列圖示機(jī)構(gòu)的自由度，并指出機(jī)構(gòu)中存在的復(fù)合較鏈，局部自由度或虛約束。

闡

=5,匕=7,PH=0

F=3x5-2x7=l

b）n=5,PL=7R=0（。處為復(fù)合較鏈）

F-3x5-2x7-l

c）〃=5,PL=7,PH=0

F=3x5-2x7=l

5n=5,PL=LPH=0（c處為復(fù)合錢鏈）

F=3x5-2x7=l

e）〃=4/=5,&=1（尸處為虛約束）

F=3x4-2x5-l=l

=4,-=5,匕=l（c處為局部自由度）

F=3x3-2x3-2=l

g）〃=3,&=3,P〃=2⑵、2〃為虛約束）

F=3x3-2x3-2=l

第3章平面連桿機(jī)構(gòu)

3-1欽鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式有幾種？

I解］有曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)三種。

3-2四桿機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)與極位夾角的關(guān)系如何確定？

面

K-\

e=i8（）'x

~KV\

3-3在銳鏈四桿機(jī)構(gòu)中，a=60mni,b=150mm,c=120mm,d=100mmo分別把構(gòu)件a、b^c、d作為機(jī)架，所

對應(yīng)的為何種類型的機(jī)構(gòu)?

［解J曲柄存在的條件60十150<120十100

A為機(jī)架，是雙曲柄機(jī)構(gòu)；b、d為機(jī)架，是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；c為機(jī)架，是雙搖桿機(jī)構(gòu)。

3-4在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，如何確定最小傳動(dòng)角？

［解］曲柄與機(jī)架共線時(shí)連桿與搖桿之間的夾角，兩位置中夾角較小的為最小傳動(dòng)角。

3-5四桿銳鏈機(jī)構(gòu)的演化方式主要有哪幾種？

［解］有改變機(jī)構(gòu)的形狀和相對尺寸、擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副尺寸、選用不同的構(gòu)件為機(jī)架三種。

3-6已知一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的搖桿長度13=1500101,擺角°二45,行程速比系數(shù)k=L25,試確定曲柄、連桿

和機(jī)架的長度h、12和5

闡

125-1

6?=180——=20’

1.25+1

取必=3〃〃%附，按書上的作圖方法作圖，該題為無窮多組解，取

兩固定錢鏈在水平直線上。由圖得AC?=86，〃，〃，AQ=56〃〃〃。則

(AC

AB=2-A。%=15mm,BC=KC2-AB=7\mm

1AB=AB-//1=45mm；

LBC=BC-771=213mm：

IAD二AD,〃1=165mm。

3-7已知一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊行程H=60mm,偏距e=20mm,行程速比系數(shù)K=1.4。試確定曲柄和連

桿的長度h和12。

［解］

14-1

6^=180--=30

1.4+1

mm

取〃I=1/作圖，由圖上量得AC2=82"〃〃，AC.=28""〃o

I/mtn/1

解之得lAB=27mm,】BC=55mm

3-8已知一導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的固定件長度L=1000mm,行程速比系數(shù)k=L5,試確定曲柄長度和導(dǎo)桿擺角-。

闡

導(dǎo)桿的擺角“=6=18（）上I25-=1=36

1.25+1

由解析法得曲柄長度L=1000sin18,=309〃〃〃

3-9已知一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，搖桿與機(jī)架之間的夾角分別為例=45,g=90,固定件長度L=300mm搖桿

長度l3=200mm,試確定曲柄和連桿的長度h和ho

［解］取=mm/mm作圖，量得h=72.5mm,12=287.7mnio

第4章凸輪機(jī)構(gòu)

41從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律有哪種？各適用在什么場合？

［解］1）等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使用于低速、輕載的場合；

2）等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，適用于中速、輕載的場合；

3）余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律），適用于中、低速；

4）正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律，適用于高速。

4.2凸輪機(jī)構(gòu)的常用類型有幾種？選擇凸輪的類型時(shí)應(yīng)該考慮哪些因素？

［解1按凸輪的形狀分：盤形凸輪、移動(dòng)凸輪和圓柱凸輪；按從動(dòng)件形狀來分：尖端從動(dòng)件、滾子從動(dòng)件

和平底從動(dòng)件；按凸輪與從動(dòng)件鎖合形式分：力鎖合和幾何鎖合。

選擇凸輪時(shí)，應(yīng)考慮凸輪和從動(dòng)件的相對運(yùn)動(dòng)形式、從動(dòng)件的結(jié)構(gòu)形式等。

4-3圖解法設(shè)計(jì)凸輪時(shí)，采用了什么原理？簡單敘述此原理的主要內(nèi)容。

［解］采用反轉(zhuǎn)原理，即給整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，各構(gòu)件之間的相對運(yùn)動(dòng)并不改變，根據(jù)這一原理,

設(shè)想給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加上一反向轉(zhuǎn)動(dòng)即加上一個(gè)凸輪角速度轉(zhuǎn)向相反、數(shù)值相等繞凸輪回轉(zhuǎn)中心0的角

速度（-"）的轉(zhuǎn)動(dòng)，則凸輪處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，從動(dòng)件一方面隨機(jī)架以角速度（?"）繞0點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，另

一方面又按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律作往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)。

4-4何謂凸輪的運(yùn)動(dòng)失真？滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)針時(shí)，應(yīng)如何解決？

［解］在凸輪設(shè)計(jì)中，由于實(shí)際輪廓出現(xiàn)交叉現(xiàn)象，從而在加工時(shí)交叉的部分被切去，使得從動(dòng)件不能實(shí)

現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱為運(yùn)動(dòng)失真。滾子從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)失真，是由于rqQmm。實(shí)際時(shí)要避免失真，必須使

rSO.8Pmin.

4-5試用作圖法設(shè)計(jì)一對心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪輪廓曲線。已知凸輪以等角速順時(shí)針方

向轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件行程h=40mm,凸輪的基圓半徑r（＞=50mm,從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：

6=135，&=30°,"=120',々=75。從動(dòng)件在推程以余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（簡諧運(yùn)動(dòng)）上升，在回

程以等加速和等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律返回。

4-6在上題中如果采用一對心滾子從動(dòng)件，其滾子半徑rk=10mm,其它條件與上相同。試設(shè)計(jì)此凸輪輪

廓曲線。如果采用偏置方式，凸輪軸心偏向從動(dòng)件軸線的右側(cè)，e=10mm,其它條件相同，試設(shè)計(jì)此凸輪

的輪廓曲線。

3-7試用作圖法設(shè)計(jì)一擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的輪廓曲線。已知凸輪等角速順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)，基

圓半徑ro=7Omm,中心距a=160mm,擺桿長度1=100mm,滾子半徑“二10mm,從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：

從動(dòng)件在推程和回程均以正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。

（以上三題見教材上的凸輪輪廓曲線作圖方法。）

第5章齒輪機(jī)構(gòu)

5-1為什么要規(guī)定模數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)系列？在直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪，蝸桿蝸輪和直齒圓錐齒輪上何處

的模數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)值？

［解］為了設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和使用的方便。直齒輪端面模數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)值；斜齒法面模數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)值；蝸桿蝸

輪中間平面上的模數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)值；圓錐齒輪大端的模數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)值。

5-2漸開線直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)有哪幾個(gè)？那些是標(biāo)準(zhǔn)的，其標(biāo)準(zhǔn)值是否相同？為什么這些參數(shù)稱

為基本參數(shù)？

［解］基本參數(shù)：齒數(shù)z、模數(shù)m、壓力角齒頂高系數(shù)4和頂隙系數(shù)c'。其中后四個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)的，標(biāo)準(zhǔn)

值不相同。

5-3分度圓與節(jié)圓有什么區(qū)別？在什么情況下節(jié)圓與分度圓重合？

I解］分度圓是齒輪上具有標(biāo)準(zhǔn)壓力角的圓。節(jié)圓是過節(jié)點(diǎn)所作的兩個(gè)相切的圓。標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)節(jié)圓與分度

圓重合。

5-4漸開線的形狀取決于什么？若兩個(gè)齒輪的模數(shù)和齒數(shù)分別相等，但壓力角不同，他們齒數(shù)不同，他

們齒廓漸開線形狀是否相同？一對相嚙合的兩個(gè)齒輪，若它們的齒數(shù)不同，他們齒廓的漸開線形狀是否

相同？

I解］漸開線的形狀取決于基圓的大小。

若兩個(gè)齒輪的模數(shù)和齒數(shù)分別相等，但壓力角不同，他們齒數(shù)不同，他們齒廓漸開線形狀不同。

一對相嚙合的兩個(gè)齒輪，若它們的齒數(shù)不同，他們齒廓的漸開線形狀不同。

5-5何謂齒廓的根切現(xiàn)象？產(chǎn)生根切的原因是什么？是否基圓愈小愈容易發(fā)生根切？根切有什么危害？

如何避免根切？

［解］齒輪齒根的漸開線齒廓被切去的現(xiàn)象為根切現(xiàn)象。原因是展成法加工時(shí)，刀具的齒頂線或齒頂圓與

嚙合線的交點(diǎn)超過了極限點(diǎn)N。

不是基圓愈小愈容易發(fā)生根切。

只要根切使刀具的齒頂線或齒頂圓與嚙合線的交點(diǎn)不超過極限點(diǎn)N,就可避免根切。

5-6平行軸斜齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)、蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)和直齒圓錐齒輪機(jī)構(gòu)的正確嚙合條件與直齒圓柱機(jī)構(gòu)的正

確嚙合條件相比較有何異同？

［解］平行軸斜齒輪是法面（或端面）的模數(shù)和壓力角相等，且口=-河；蝸桿蝸輪是中間面上模數(shù)和

壓力角相等且為標(biāo)準(zhǔn)值，且/+A=9（r；直齒圓錐齒輪是大端的模數(shù)和壓力角相等且為標(biāo)準(zhǔn)值。

5-7何謂平行軸斜齒圓柱齒輪和直齒圓錐齒輪當(dāng)量齒數(shù)？當(dāng)量齒數(shù)有什么用途？

［解］斜齒圓柱齒輪量齒數(shù)：4二一一；圓錐齒輪當(dāng)量齒數(shù)：當(dāng)量齒數(shù)用于齒輪加工、強(qiáng)

cos3cos3

度計(jì)算、變位系數(shù)的選擇等場合。

5-8齒輪傳動(dòng)常見的失效形式有哪些？各種失效形式常在何種情況下發(fā)生？試對工程實(shí)際中見到的齒輪

失效形式和原因進(jìn)行分析。齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則有哪些，他們分別針對何種失效形式？在工程設(shè)計(jì)

實(shí)踐中，對于一般使用的閉式硬齒面、閉式軟齒面和開式齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則是什么？

［解］失效形式：輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面磨損、齒面膠合和齒面塑性變形。當(dāng)齒根彎曲應(yīng)力過大或突

然過載、沖擊載荷等易產(chǎn)生折斷。在閉式傳動(dòng)中，若接觸應(yīng)力過大，齒輪工作一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)蝕。

齒面磨損是由于齒面間的灰塵、硬屑粒等引起的。齒面膠合是在高速、重載傳動(dòng)中，高溫、高壓使兩接

觸面熔粘在一起而產(chǎn)生的。塑性變形是在重載情況下產(chǎn)生的。

計(jì)算準(zhǔn)則；齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，針對齒面點(diǎn)蝕；齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算，針對齒根彎曲疲勞折

斷。閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：按彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)；閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)

則：按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，校核彎曲疲勞強(qiáng)度；開式齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。

5.9現(xiàn)有A、B兩對閉式軟齒面直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，A對參數(shù)為；模數(shù)m=2mm,齒數(shù)々=40,z,=90,

齒寬b=60mm；B對參數(shù)為：模數(shù)m=4mm,齒數(shù)々=20,z2=45,齒寬b=60mm。兩對齒輪精度為8級(jí)，

小齒輪轉(zhuǎn)速均為1450r/min,其它條件分別相同。試比較兩對齒輪接觸強(qiáng)度及抗彎強(qiáng)度的高低。

［解］兩對齒輪接觸強(qiáng)度相同，彎曲強(qiáng)度第二對較高。

510應(yīng)主要根據(jù)哪些因素來決定齒輪的結(jié)構(gòu)型式？常見的齒輪結(jié)構(gòu)型式有哪幾種？它們分別用于何種

場合？

［解］根據(jù)齒輪的幾何尺寸、毛坯材料、加工工藝等決定齒輪結(jié)構(gòu)型式。結(jié)構(gòu)型式：齒輪軸，用于直徑

很小的場合；實(shí)心結(jié)構(gòu)，用于4<160〃?〃?;腹板式結(jié)構(gòu)，用于Z<500〃〃〃；輪輻式結(jié)構(gòu)，用于

400<<,<1000/nn?o

5-11已知一對外嚙合正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪m=2mni,zl=20,z2=45,試計(jì)算這對齒輪的分度直徑、

齒頂高、齒根高、頂隙、中心距、齒頂圓直徑、齒根圓直徑、基圓直徑、齒距、齒厚和齒槽寬。

闡

4=2x20=40〃〃〃

</2=2x45=90mm

““=1x2=2mm

ht=1.25x2=2.5〃"〃

c=2.5-2=0.5〃〃〃

dm=40+2x2=44〃〃〃

da2=90+2x2=94/初〃

d/i=40-2x2.5=35mm

dfl=9()-2x2.5=85〃〃〃

dfA-40cos20-37.588利加

dh2=90cos20,=84.572〃〃〃

p=2兀=6.28/w/w

s=?=3.14

5-12已知一正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪m=5mm,a=20,z=45,試分別求出分度圓、基圓、齒頂圓

上漸開線齒廓的曲率半徑和壓力角。

闡

分度圓/7=—X5X45sin20°=38.477

2

a=20°

基圓/7=O%=0

齒頂圓G=gx5x45+5x1=117.5mm

112.5cos200

cosoc==0.8997

a117.5

a”=25.88°

p”=117.5sin25.88°=51.288

5-13試比較正常齒制漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基圓和齒根圓，在什么條件下基圓大于齒根圓？什么條

件下基圓小于齒根圓？

闡

db=dcosa=mzcos20

df=d-2.5m=7n(z-2.5)

df-db=機(jī)(z—2.5-0.9397z)=m(0.0603z—2.5)

由上式可見，當(dāng)齒數(shù)z增大時(shí)，(%-4)值亦增大。

當(dāng)2-4=淵，得

因此，當(dāng)z242時(shí)，%反之，當(dāng)zW42時(shí)，

5-14試根據(jù)漸開線特性說明一對模數(shù)相等，壓力角相等，但齒數(shù)不等的漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，其

分度圓齒厚、齒頂圓和齒根圓齒厚是否相等，哪個(gè)較大？

［解］分度圓齒厚相等，齒頂圓和齒根圓齒厚不等，因基圓愈小，漸開線愈彎曲，基圓愈大，漸開線愈平

直，故齒數(shù)多的齒輪齒頂圓和齒根圓的齒厚大。

5-15現(xiàn)需要傳動(dòng)比i=3的一對漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，有三個(gè)壓力角相等的漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱

齒輪，它們的齒數(shù)分別為zi=20,Z2=z3=60,齒頂圓直徑分別為dai=44mm,da2=124mm,da3=l39.5mm,

問哪兩個(gè)齒輪能用？中心距a等于多少？并用作圖法求出它們的重合度

[解1

da[=g+2hjn=20/??+2liam=44

da2=+2/z>=60m+2lyn=124

da3=mz3+2h：m=60m+2h*m=139.5

解得；齒輪1、方自用。m=2mm>a=S0min>

5-16單級(jí)閉式直齒圓柱齒輪傳動(dòng)中，小齒輪材料為45鋼調(diào)質(zhì)處埋，大齒輪的材料為ZG270—500正火,

P=4kw,ni=720r/min,m=4mm>zi=25,Z2=73,bi=84mm,b2=78mm,單向傳動(dòng)，載荷有中等沖擊，用電動(dòng)機(jī)

驅(qū)動(dòng)，試驗(yàn)算此單級(jí)傳動(dòng)的強(qiáng)度。

[解]1.驗(yàn)算接觸強(qiáng)度

燈(〃+1)

（1）計(jì)算接觸應(yīng)力=670

為4%

7；=9.55xlO6—=5.3x104Nmm;

4=2=2.92;念=。=工=0.78;K=1.3(查表4一5),

254100

其中，則

/1.3X5.3X104(2.924-1)

2

(J=670二231N/mm

HV0.78xl003x2.92

(2)查許用應(yīng)力［］小齒輪45鋼調(diào)質(zhì)，HB=217—255,取HB=220；大齒輪ZG270-

500,正火，HB=156?200取HB=180。查圖5?21c得b〃Hmi=56DN/n】m2；查

圖5-21b得b〃Hm2=360N/mm2。由表5-6,SH=l.lo

1

［＜JH］)==616N/nun

則

匕］,=一=327.27N/〃加

~1.1

（3）結(jié)論8<[^h],故滿足接觸強(qiáng)度要求。

2.驗(yàn)算彎曲強(qiáng)度

（1）計(jì)算彎曲應(yīng)力----L-LA

bf7id}

其中，由表S-8得

%=2.26,%=1.59;4=2.24,%=1-75,其余同接觸強(qiáng)度。

則

2X1.3X5.3X104X2.62X1.59,

------------------------=18.4N/rnnr

78x4x100

2X1.3X5.3X10-X2.24X1.75=173/V/^

78x4x100

2

(2)查許用應(yīng)力由圖5-23c,crFliml=185N/mm；由圖5-23b,

aFWmi=130N/mm2o查表5-6,取SF=1.4,貝11

1QC

=—=132.14^//W

130

[crr]2=y^-=92.85///W

⑶結(jié)論：彎曲強(qiáng)度也滿足。

5-17己知一對正常齒漸開線標(biāo)準(zhǔn)斜圓柱齒輪a=250nim,zi=23,Z2=98,mn=4mni試計(jì)算其螺旋角、端面模數(shù)、

端面壓力角、當(dāng)量齒數(shù)、分度圓直徑、齒頂圓直徑和齒根圓直徑。

闡

〃2“(4+？2)=4(23+98)

=0.968

COSP—~2a2x250

得月-14.53°

tn4

m,=-----——=------=4.132mm

cos(30.968

2an^tan20

tana==()376

cos/3cos14.53°

a(=20.6°

23

z!=------7=25.36

v,0.9683

98

z=------=108.05

vl0.968T’

4

d.=------x23=95.041nun

0.968

4

d、=------x98=404.959〃"〃

20.968

d“i=95.04l+2mz,=103.041mw

da2=404.959+=412.959mm

d八=95.041-2.5加〃=85.041〃7加

df2—404.959—2.5—394.959/??m

548設(shè)計(jì)一對外嚙合圓柱齒輪，已知zi=21/2=32,mn=2,實(shí)際中心距為55mm,問：（1）該對齒輪能否采

用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)？（2）若采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)來滿足中心距要求，其分度圓螺旋角￡、

分度圓直徑5、d2和節(jié)圓直徑由'、4；各為多少？

［解］（D不能采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)

（2）由于

2(21+32)..

a=------------=55

2cos/?

/7=15.50

..r2x21___

cl.=d\=------=43.585"〃"

cos/?

2x32

d2=d2=———=66.4i5mm

cosp

5-19己知單級(jí)閉式斜齒輪傳動(dòng)P=10kVV,ni=960r/mE,l=3.7,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，載荷平穩(wěn)，雙向傳動(dòng)，設(shè)小齒

輪用40MnB調(diào)質(zhì)，大齒輪用45鋼調(diào)質(zhì)，z1=25,試設(shè)計(jì)此單級(jí)斜齒輪傳動(dòng)。

[解]1.計(jì)算許用應(yīng)力

查表5-4,小齒輪40MliB調(diào)質(zhì)，HB=260；大齒輪45鋼調(diào)質(zhì)，HB=230

22

查圖5?21,crH|iml=680N/nim,crHljm2=590N/mm

22

查圖5?23,o---iml=220N/mm,cr.Iim.=190N/mm

表56SH=1.LSF=1.4,則

[cy]=—=()\SASN/mm2

nl1.1

?！╞=圖=536.36N/"加

[o-J.=°]：2。=i]ON/mm2

0.7x1902

==95N/mm

1.4

2.按接觸疲勞設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)公式

4

V勿〃⑸]

?^=1.1(4_5)械="-78

pin

7\=9.55xl()6—=9.55xlO6——=9.95x10,N?mm

7z,960

則

1.1X9.95X104(3.7+1)6102

4L1x3.7[536.36,=56.44

a/7=12\z;=iz,=3.7x21B78,則

d.cosB56.44cosl2...

m=-------=----------------=2Minm

nz,21

取標(biāo)準(zhǔn)值町=3>貝必=3x(21+78)=]5]82"7〃Z

2cos12

取a=152加陽,則cosp=3X；2；；；8)=()977

1=12.32。

,3x21,,..

d.-----------=64.485o〃〃%

cos12.32°

3x7W

d、=------=238.595〃?〃？

'cos12.32

b[=%di=64.485mm圓整后

b2-65〃〃〃；&-70wWv

3.較核彎曲強(qiáng)度

當(dāng)量齒數(shù)

_21

Zv,"(cos12.32°)7=22.52

78

=83.40

"(cos12.32)7

由表4-8得，

%=2.705,%=1.573,L=2.215,%=1.773

則

1.6K7；略％_1.6x1.1X9.95X104X2.705XL573XCOS12.32

65x3x64.485

bmndx

=57.89MPa

<T=(rri，見=53A3MPa

F2

彎曲強(qiáng)度滿足要求。

5-20標(biāo)準(zhǔn)蝸桿傳動(dòng)的蝸桿軸向齒距p=15.7。8mm，蝸桿頭數(shù)z尸2,蝸桿齒頂圓直徑或尸60mm,蝸輪的齒數(shù)

方=40,試確定其模數(shù)m、蝸桿特性系數(shù)q、蝸輪分度圓直徑d2和中心距a。

[解]

p15.708「

/n=—=-----=5/71

717t

因44=4+2加,則4=60-2X5=50〃〃〃

[=4=10

m

d2=mz2=5x40=200〃〃〃

mz、…廣

a=-(q-￥z2)=\25〃〃〃

5-21試判斷圖中所示各蝸桿蝸輪的轉(zhuǎn)向和旋向（蝸桿主動(dòng)），并畫出各蝸輪所受三個(gè)分力的方向。

［解］a）蝸輪右旋，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，b）蝸桿右旋，轉(zhuǎn)向向下；c）蝸桿蝸輪都為左旋；d）蝸桿蝸掄都為右旋;

蝸輪受力根據(jù)左右手定則確定。

幻6)OH)

5.22在圖示的二級(jí)展開式斜齒圓柱齒輪減速器中，已知從I軸輸入，ID軸為輸出軸，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖所

示，齒輪4的輪齒旋向?yàn)橛倚?。試解答?/p>

（1）標(biāo)出輸入軸I和中間軸n的轉(zhuǎn)向

（2）確定并標(biāo)出齒輪1、2和3的齒輪旋向，要求使n軸上所受軸向力盡可能小。

（3）標(biāo)出各個(gè)齒輪在嚙合點(diǎn)處所受各分力的方向。

（4）畫出n軸聯(lián)同齒輪2和3一體的空間受力圖。

［解］（1）輸入軸，中間軸的轉(zhuǎn)向；

（2）輪I右旋，輪2左旋，輪3左旋;、

（3）受力根據(jù)左右手定則確定；

（4）受力根據(jù)左右手定則確定。

5-23在圖示直齒圓錐-斜齒圓柱齒輪減速器中，已知錐齒輪m=5mm,z尸25,Z2=60,齒寬b=50mm;斜齒輪

mn=6mm,z3=21,Z4=84o（1）欲使軸H上的軸向力在軸承上的作用完全抵消，求斜齒輪3的螺旋角的大小

和旋向。（2）試畫出作用在斜齒輪3和錐齒輪2上的圓周力F,、徑向力艮和軸向力卜、的作用線和方向。

(1)

%=/即

27；c紳、”

L

-tanacosox=——tanp

d

,n\4

得sin/=0.1667,〃=9.6

齒輪3為右旋

(3)受力根據(jù)左右手定則確定。

第6章輪系及其設(shè)計(jì)

61什么是惰輪？它在輪系中起什么作用？

［解］其齒數(shù)不影響傳動(dòng)比大小，但改變從動(dòng)輪轉(zhuǎn)向的齒輪，其作用是改變從動(dòng)輪轉(zhuǎn)向。

6-2在定軸輪系中，如何來確定首、末兩輪轉(zhuǎn)向間的關(guān)系？

［解］(1)當(dāng)所有齒輪軸線平行時(shí)，可用(-1)由來確定：

(2)也可以用畫箭頭的方法來確定。

6-3什么叫周轉(zhuǎn)輪系的“轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)”？它在計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比中起什么作用？

［解］給整個(gè)輪系加上一個(gè)附加的角速度)后所得的機(jī)構(gòu)。

“轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)”可以使周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比計(jì)算轉(zhuǎn)化成用定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算方法計(jì)算。

6-4在差動(dòng)輪系中，若兩個(gè)基本機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向，如何確定第三個(gè)基本構(gòu)件的轉(zhuǎn)向？

［解］由周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算公式確定。

6-5周轉(zhuǎn)輪系中兩輪傳動(dòng)比的正負(fù)號(hào)該周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中兩輪傳動(dòng)比的正負(fù)號(hào)相同嗎？為什么？

［解］周轉(zhuǎn)輪系中兩輪傳動(dòng)比的正負(fù)號(hào)該周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中兩輪傳動(dòng)比的正負(fù)號(hào)不同。因?yàn)橹苻D(zhuǎn)輪系中

兩輪的傳動(dòng)比是真實(shí)角速度之比，而轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中兩輪的傳動(dòng)比是相對角速度之比。

6-6計(jì)算混合輪系傳動(dòng)比的基本思路是什么？能否通過給整個(gè)輪系加上一個(gè)公共的角速度(?%)的方

法來計(jì)算整個(gè)輪系的傳動(dòng)比？為什么？

［解］基本思路：(1)區(qū)分基本輪系

(2)分別列出基本輪系的計(jì)算公式；

(3)找出基本輪系間的關(guān)系；

(4)聯(lián)立各式，求出要求的傳動(dòng)比。

不能通過給整個(gè)輪系加上一個(gè)公共的角速度)的方法來計(jì)算整個(gè)輪系的傳動(dòng)比，因?yàn)榛旌陷喯?/p>

不是一個(gè)基本周轉(zhuǎn)輪系。

6-7如何從復(fù)雜的混合輪系中劃分出各個(gè)基本輪系？

［解1先找行星輪，再找支持行星輪的系桿及其中心輪，則行星輪、系桿、中心輪和基價(jià)組成一個(gè)周轉(zhuǎn)輪

系。重復(fù)上述方法，直至找出所有的周轉(zhuǎn)輪系后，剩余的便是定軸輪系。

6-8什么樣的輪系可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的合成和分解？

［解］差動(dòng)輪系。

6-9在圖中所示的車床變速箱中，已知各輪齒數(shù)為方=42加=58內(nèi)=38,24=42,2=50/6=48,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為

1450r/min,若移動(dòng)三聯(lián)滑移齒給a使齒輪3,和4,嚙合,又移動(dòng)雙聯(lián)滑移齒輪b使齒輪5,和6,嚙合，試求

此時(shí)帶輪轉(zhuǎn)速的大小和方向。

闡

八十3噬二一愛普…5

生2=一989.76"min

則%=

-1.4651.465

6-10在圖6?16所示的滾齒機(jī)工作臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，已知各齒輪的齒數(shù)為ZI=15,Z2=28,Z3=15,74=55,Z9=40,

被加工齒輪B的齒數(shù)為2,試計(jì)算傳動(dòng)比i75。

［解］

’V仔72

▽._z,z4z7z0_15X55Z7X40

乂’八8二一

Z2Z3Z5Z828xl5z5xl

15x55x40

則k=%=三=1.09

n5Z728x15x72

6-11如圖所示的輪系中，已知各輪齒數(shù)為：zi=Z3,nH=100r/min,ni=20r/min,試求下列兩種情況下輪3的

轉(zhuǎn)速113：

(1)當(dāng)113與UH同向時(shí)；(2)當(dāng)ni與I1H相反時(shí)。

闞

⑴彳二。二土U

n3-nH4-100

%=180/7min與〃]同向

⑵珞==20+100=-]

%~nH4+1°。

電=一220r/min與々反向

6-12在圖示輪系中，已知各輪齒數(shù)為：ZI=30,Z2=30,Z3=90,Z3=40,Z4=30,z4=40,z§=30,試求此輪系的傳動(dòng)比

［解］對定軸輪系1235八=以=-幺=-3

%4

行星輪系3,-4-4,-5：

,H_n3-nH_z4z5_30x30_9

'n5-nHzyz4.40x4016

因應(yīng)，則。=2=-1.3125

nH

643在圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)為：z尸24,Z2=48,Z2=30,73=102,Z3=20,Z4=40,Z5=100。試求該輪系的

傳動(dòng)比iiHo

［解］差動(dòng)輪系1-2-2,-3H6

產(chǎn)二.一沏二Zj=48x102二68

13

%Z,22.24X30

定軸輪系3」4一5—6

220

LV=-=一一-=-----=-0.2

”nyz5100

因,〃廣%，則3=5=41.8

nH

6.14在圖所示輪系中，己知各輪齒數(shù)為：ZI=26,Z2=32,Z2=22,Z3=80,Z4=80,又由二300r/min,n3=50r/min

兩者轉(zhuǎn)向相反，試求齒輪4的轉(zhuǎn)速114的大小和方向。

僚］差動(dòng)輪系122，?3：

?3-nH"2.

30032x80一。

即Hn-------上=--------=-4.48冏=13.9

-50-n?26x22

差動(dòng)輪系3.2，?4：

n

?4-H23

即_50_〃，__迎=__

/?4-nH8020

聯(lián)立二式得=155.97r/min

6/5在圖示的大速比減速器中，已知蝸桿1和5的頭數(shù)為1,且均為右旋，各輪齒數(shù)為3=101/2=99,Z2二

424=100,zs=100o(1)試求傳動(dòng)比ilH。(2)若主動(dòng)蝸桿1的轉(zhuǎn)速為1375r/min的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，問輸出

軸H轉(zhuǎn)一周需要多長時(shí)間？

［解］(1)定軸輪系126々=3■勺

Z2

44

定軸輪系1,-5,-5-4,-6皆

馬在4,

差動(dòng)輪系2，?3?4?H?6

=?rz^_=_A=_i

n

4~nHZ2,

由于2的回轉(zhuǎn)方向與，的回轉(zhuǎn)方向相反，則

=1-roTTF=198000()

99100x100

(2)上式表明H轉(zhuǎn)一周時(shí)，蝸桿1轉(zhuǎn)1980000周，故H轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為1980000/60xl375=24h

6-16汽車自動(dòng)變速器中的預(yù)選式行星變速罌如圖所示。I軸為主動(dòng)軸，n軸為從動(dòng)軸，S,P為制動(dòng)帶,

其轉(zhuǎn)動(dòng)有良種情況：(1)S壓緊齒輪3,P處于松開狀態(tài)；(2)P壓緊齒輪6。S處于松開狀態(tài)。已知各

齒輪數(shù)為ZI=30,Z2=30,Z3=Z6=90,Z4=40,Z=25。試求兩種情況下的傳動(dòng)比。。

［解］(1)1?2?3?6組成行星輪系

外一一

%一叫4

得工=4

n6

4(1)?5?6?H組成差動(dòng)輪系

二人一沏二

心一小

小二%一〃/一〃「?〃二Z6.9

464-叫q一叫Z’4

求聯(lián)立得

iAH=d=2.08

n?

(2)4-5-6-H組成行星輪系

得4力=3.25

6-17如圖所示自行車?yán)锍瘫頇C(jī)構(gòu)中，C為車輪軸，P為里程表指針。已知各齒輪數(shù)為：Z1=17^=23,Z4=19,

z,=20,Z5=24O設(shè)輪胎受壓變形后使28英寸車輪的有效直徑約為0.7m,當(dāng)車行1km時(shí)，表上的指針剛好

回轉(zhuǎn)一周。試求齒輪2的齒數(shù)。

［解］定軸輪系1?2叢二-2

%z2

行星輪系3-4-45-5(P)-2(H)

.1.1ZLZa120x231

z?=1-2=1一一----=1------------=--------

52

s-Z._Z424x19114

聯(lián)立二式得z51=^=^x—

心z2114

當(dāng)車行一公里時(shí)C軸的轉(zhuǎn)數(shù)為々=」幽轉(zhuǎn)，此時(shí)5轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn),

萬x0.7

則%=3

51勺1000

汨1000x171-

得z,=------------x——n68

■乃x0.7114

6-18如圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)為：句=34/2=40,々=30,23=18,Z3，=38,“=24,24=36,”=22。試求該

輪系的傳動(dòng)比北”，并說明軸A與軸H的轉(zhuǎn)向是否相同。

［解］4-1和4,3組成定軸輪系:

加=4=-幺=-蘭

%z436

：_fJA_z3-_38

M3'_一一一

1Z*22

V-2-T-3-H組成差動(dòng)輪系:

nn

-H_\-H_22Z3_40X18

13

n3-nHzrz2.24x30

因〃?和〃"則用同號(hào)代入第三式得

^=—=115

nH

H與A同向

第7章其他常用機(jī)構(gòu)

7-1在間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，怎樣保證從動(dòng)件在停歇時(shí)間確實(shí)靜止不動(dòng)？

［解］采用止動(dòng)構(gòu)件或利用幾何形狀鎖住。

7-2常見的棘輪機(jī)構(gòu)有哪幾種？試述棘輪機(jī)構(gòu)的工作特點(diǎn)。

［解］常用類型：單動(dòng)式、雙動(dòng)式；單向式、雙向式；外嚙合、內(nèi)嚙合；摩擦式等。

如圖7-1,當(dāng)擺桿1順時(shí)針方向擺動(dòng)時(shí)，棘爪2將插入棘輪齒槽中，并帶動(dòng)棘輪順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過一

定的角度；當(dāng)擺桿逆時(shí)針方向擺動(dòng)時(shí)，棘爪在棘輪的齒背上滑過，這時(shí)棘輪不動(dòng)。為防止棘輪倒轉(zhuǎn)，機(jī)

構(gòu)中裝有止回棘爪5,并用彈簧使止回爪與棘輪齒始終保持接觸。這樣，當(dāng)白干1連續(xù)往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，就實(shí)

現(xiàn)了棘輪的單向間歇運(yùn)動(dòng)。

7-3槽輪機(jī)構(gòu)有哪幾種基本型式？槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)是如何定義的？

［解］基本型式：外接式和內(nèi)接式。

在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)，槽輪運(yùn)動(dòng)時(shí)間tb與撥盤運(yùn)動(dòng)時(shí)間tj之比值kt稱為運(yùn)動(dòng)特性系數(shù)。

7-4試述凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。

I解］工作原理：當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過其曲線溝槽（或凸脊）撥動(dòng)從動(dòng)盤上的圓柱銷，使從動(dòng)盤作間歇運(yùn)

動(dòng)。

特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、轉(zhuǎn)位精確，無需專門的定位裝置，易實(shí)現(xiàn)工作對動(dòng)程和動(dòng)停

比的要求。通過適當(dāng)選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和合理設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線，可減小動(dòng)載荷和避免沖擊，

以適應(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。主要缺點(diǎn)是精確度要求較高，加工比較復(fù)雜，安裝調(diào)整比較困難.

7-5不完全齒輪機(jī)構(gòu)與普通齒輪機(jī)構(gòu)的嚙合過程有何異同點(diǎn)？

［解］在不完全齒輪機(jī)構(gòu)中，主動(dòng)輪1連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)輪齒進(jìn)入嚙合時(shí)，從動(dòng)輪2開始轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)輪1上的輪

恥退出嚙合時(shí)，由于兩輪的凸、凹鎖止弧的定位作用，齒輪2可靠停歇，從而實(shí)現(xiàn)從動(dòng)齒輪2的間歇轉(zhuǎn)

動(dòng)。而普通齒輪嚙合是連續(xù)的，從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)也是連續(xù)的。

7-6設(shè)計(jì)一外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)，已知棘輪的模數(shù)棘輪的最小轉(zhuǎn)角，喀-12,試設(shè)計(jì)該棘輪機(jī)

構(gòu)。

360叩

［解］棘輪最小齒數(shù)z=----=3()

/max

齒頂圓直徑D=mz=300mm

周節(jié)P=m乃=10%=7.5mni

齒槽夾角0=60

齒項(xiàng)厚h=0.75m=7.5mm

棘爪長度L?2P=62.8mm

7,某自動(dòng)機(jī)床工作轉(zhuǎn)臺(tái)要求有6個(gè)工作位置，轉(zhuǎn)臺(tái)靜止時(shí)完成加工工序，最長的工序時(shí)間為5s,原動(dòng)

機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度為720r/min,槽輪與撥盤之間的中心距a?200mm，試設(shè)計(jì)此槽輪機(jī)構(gòu)。

［解］槽數(shù)z=7

圓銷數(shù)z'=l

,z'(z—2)1

運(yùn)動(dòng)系數(shù)k.=-------=—

'2z3

取中心距a=160nini

圓銷回轉(zhuǎn)半徑r=as\n—=160x—=80/wn

'22

槽頂高L=acos—=160cos3()=138.6/M/H

2

取圓銷半徑r=20nim

槽底高//<+r)-4=34.56〃〃〃

凸圓弧張開角/=2,T(-+-)=240

z2

槽頂側(cè)壁厚e=6mm

第8章機(jī)械的調(diào)速與平衡

?-1什么是速度波動(dòng)？為什么機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生速度波動(dòng)？

［解］機(jī)械主軸的角速度發(fā)生不斷的變化稱為間歇的速度波動(dòng)。

機(jī)械在外力作用下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)功大于阻力功時(shí)，出現(xiàn)盈功，機(jī)械的動(dòng)能將增加；當(dāng)驅(qū)動(dòng)功小于

阻力功時(shí)，出現(xiàn)虧功，則使機(jī)械的動(dòng)能減小。機(jī)械動(dòng)能的變化使得機(jī)械主軸的角速度發(fā)生變化，

從而形成機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度波動(dòng)。

8-2機(jī)械速度波動(dòng)的類型有哪幾種？分別用什么方法來調(diào)試？

［解］類型：周期性速度波動(dòng)和非周期性波動(dòng)。

周期性速度波動(dòng)用飛輪來調(diào)節(jié)；非周期性波動(dòng)用調(diào)速器來調(diào)節(jié)。

8.3飛輪的作用有哪些？能否用飛輪來調(diào)節(jié)非周期性速度波動(dòng)？

［解］飛輪不僅可以調(diào)節(jié)周期性波動(dòng)，還有儲(chǔ)能作用，可以克服短期過載。非周期性速度波動(dòng)不能用飛輪