1、機械設計基礎習題答案第一章 平面機構的自由度和速度分析1-1至1-4解 機構運動簡圖如下圖所示。 圖 1-1 題1-1解圖 圖1.12 題1-2解圖 圖1.13 題1-3解圖 圖1.14 題1-4解圖 1-5 解 1-6 解 1-7 解 1-8 解 1-9 解 1-10 解 1-11 解 1-14解 該正切機構的全部瞬心如圖所示，構件 3的速度為： ，方向垂直向上。 第二章 平面連桿機構題 2-1答 : a ） ，且最短桿為機架，因此是雙曲柄機構。 b ） ，且最短桿的鄰邊為機架，因此是曲柄搖桿機構。 c ） ，不滿足桿長條件，因此是雙搖桿機構。 d ） ，且最短桿的對邊為機架，因此是雙搖桿機

2、構。 題 2-3 見圖 2.16 。 圖 2.16 題 2-4解 : （ 1 ）由公式 ，并帶入已知數據列方程有： 因此空回行程所需時間 ； （ 2 ）因為曲柄空回行程用時 ， 轉過的角度為 ， 因此其轉速為： 轉 / 分鐘 題 2-5 解 : （ 1 ）由題意踏板 在水平位置上下擺動 ，就是曲柄搖桿機構中搖桿的極限位置，此時曲柄與連桿處于兩次共線位置。取適當比例 圖 尺，作出兩次極限位置 和 （見圖2.17 ）。由圖量得： ， 。 解得 ： 由已知和上步求解可知： ， ， ， （ 2 ） 因最小傳動角位于曲柄與機架兩次共線位置，因此取 和 代入公式（ 2-3 ）計算可得： 或： 代

3、入公式（ 2-3 ），可知 題 2-6解： 因為本題屬于設計題，只要步驟正確，答案不唯一。這里給出基本的作圖步驟，不給出具體數值答案。作圖步驟如下（見圖 2.18 ）： （ 1 ）求 ， ；并確定比例尺 。 （ 2 ）作 ， 。（即搖桿的兩極限位置） （ 3 ）以 為底作直角三角形 ， ， 。 （ 4 ）作 的外接圓，在圓上取點 即可。 在圖上量取 ， 和機架長度 。則曲柄長度 ，搖桿長度 。在得到具體各桿數據之后，代入公式 （ 2 3 ）和 （ 2-3 ）求最小傳動角 ，能滿足 即可。 圖 2.18題 2-7圖 2.19 解 : 作圖步驟如下 （見圖 2.19 ） ： （ 1 ）求

4、 ， ；并確定比例尺 。 （ 2 ）作 ，頂角 ， 。 （ 3 ）作 的外接圓，則圓周上任一點都可能成為曲柄中心。 （ 4 ）作一水平線，于 相距 ，交圓周于 點。 （ 5 ）由圖量得 ， 。解得 ： 曲柄長度： 連桿長度： 題 2-8 解 : 見圖 2.20 ，作圖步驟如下： （ 1 ） 。 （ 2 ）取 ，選定 ，作 和 ， 。 （ 3 ）定另一機架位置： 角平分線， 。 （ 4 ） ， 。 桿即是曲柄，由圖量得 曲柄長度： 題 2-9解： 見圖 2.21 ，作圖步驟如下： （ 1 ）求 ， ，由此可知該機構沒有急回特性。 （ 2 ）選定比例尺 ，作 ， 。（即搖桿的兩極限位置） （ 3

5、）做 ， 與 交于 點。 （ 4 ）在圖上量取 ， 和機架長度 。 曲柄長度： 連桿長度： 第三章 凸輪機構3-1解 圖 3.10 題3-1解圖如圖 3.10所示，以O為圓心作圓并與導路相切，此即為偏距圓。過B點作偏距圓的下切線，此線為凸輪與從動件在B點接觸時，導路的方向線。推程運動角 如圖所示。 3-2解圖 3.12 題3-2解圖如圖 3.12所示，以O為圓心作圓并與導路相切，此即為偏距圓。過D點作偏距圓的下切線，此線為凸輪與從動件在D點接觸時，導路的方向線。凸輪與從動件在D點接觸時的壓力角 如圖所示。 第四章 齒輪機構4-1解 分度圓直徑齒頂高 齒根高頂 隙 中心距 齒頂圓直徑

6、齒根圓直徑 基圓直徑 齒距 齒厚、齒槽寬 4-2解由 可得模數 分度圓直徑 4-3解 由 得 4-4解 分度圓半徑 分度圓上漸開線齒廓的曲率半徑 分度圓上漸開線齒廓的壓力角 基圓半徑 基圓上漸開線齒廓的曲率半徑為 0； 壓力角為 。 齒頂圓半徑 齒頂圓上漸開線齒廓的曲率半徑 齒頂圓上漸開線齒廓的壓力角 4-5解 正常齒制漸開線標準直齒圓柱齒輪的齒根圓直徑： 基圓直徑 假定 則解 得 故當齒數 時，正常齒制漸開線標準直齒圓柱齒輪的基圓大于齒根圓；齒數 ，基圓小于齒根圓。 4-6解 中心距 內齒輪分度圓直徑 內齒輪齒頂圓直徑 內齒輪齒根圓直徑 4-9解 模數相等、壓力角相等的兩個齒輪，分度圓齒厚

7、相等。但是齒數多的齒輪分度圓直徑大，所以基圓直徑就大。根據漸開線的性質，漸開線的形狀取決于基圓的大小，基圓小,則漸開線曲率大,基圓大，則漸開線越趨于平直。因此，齒數多的齒輪與齒數少的齒輪相比，齒頂圓齒厚和齒根圓齒厚均為大值。 第五章 輪系5-1解： 蝸輪 2和蝸輪3的轉向如圖粗箭頭所示，即 和 。圖 5.1 圖5.2 5-2解： 這是一個定軸輪系，依題意有： 齒條 6 的線速度和齒輪 5 分度圓上的線速度相等；而齒輪 5 的轉速和齒輪 5 的轉速相等，因此有： 通過箭頭法判斷得到齒輪 5 的轉向順時針，齒條 6 方向水平向右。 5-3解：秒針到分針的傳遞路線為： 6543，齒輪3上帶著分針，齒

8、輪6上帶著秒針，因此有。 分針到時針的傳遞路線為： 9101112，齒輪9上帶著分針，齒輪12上帶著時針，因此有： 。 圖 5.3 圖5.4 5-4解： 從圖上分析這是一個周轉輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2為行星輪，構件 為行星架。則有： ， ， 當手柄轉過 ，即 時，轉盤轉過的角度 ，方向與手柄方向相同。 5-5解： 這是一個周轉輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2、2為行星輪，構件 為行星架。 則有： ， 傳動比 為10，構件 與 的轉向相同。 圖 5.5 圖5.6 5-6解： 這是一個周轉輪系，其中齒輪 1為中心輪，齒輪2為行星輪，構件 為行星架。 則有： ， ， 圖 5.8

9、圖5.8 5-8解： 這是一個周轉輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2、2為行星輪， 為行星架。 ， 與 方向相同 5-9解： 這是一個周轉輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2、2為行星輪， 為行星架。 設齒輪 1方向為正，則 ， 與 方向相同 圖 5.9 5-11解： 這是一個混合輪系。其中齒輪 4、5、6、7和由齒輪3引出的桿件組成周轉輪系，其中齒輪4、7為中心輪，齒輪5、6為行星輪，齒輪3引出的桿件為行星架 。而齒輪1、2、3組成定軸輪系。在周轉輪系中： （1） 在定軸輪系中： （2） 又因為： ， 聯立（ 1）、（2）、（3）式可得： （ 1）當 ， 時， ， 的轉向與齒輪1和4的

10、轉向相同。 （ 2）當 時， （ 3）當 ， 時， ， 的轉向與齒輪1和4的轉向相反。 圖 5.11 第九章 機械零件設計概論9-1答 退火：將鋼加熱到一定溫度，并保溫到一定時間后，隨爐緩慢冷卻的熱處理方法。主要用來消除內應力、降低硬度，便于切削。 正火：將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時間后，空冷或風冷的熱處理方法。可消除內應力，降低硬度，便于切削加工；對一般零件，也可作為最終熱處理，提高材料的機械性能。 淬火：將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時間后，浸入到淬火介質中快速冷卻的熱處理方法。可提高材料的硬度和耐磨性，但存在很大的內應力，脆性也相應增加。淬火后一般需回火。淬火還可提高其抗腐蝕性。 調質：

11、淬火后加高溫回火的熱處理方法。可獲得強度、硬度、塑性、韌性等均較好的綜合力學性能，廣泛應用于較為重要的零件設計中。 表面淬火：迅速將零件表面加熱到淬火溫度后立即噴水冷卻，使工件表層淬火的熱處理方法。主要用于中碳鋼或中碳合金鋼，以提高表層硬度和耐磨性，同時疲勞強度和沖擊韌性都有所提高。 滲碳淬火：將工件放入滲碳介質中加熱，并保溫一定時間，使介質中的碳滲入到鋼件中的熱處理方法。適合于低碳鋼或低碳合金鋼，可提高表層硬度和耐磨性，而仍保留芯部的韌性和高塑性。 第十章 連接10-1證明 當升角與當量摩擦角 符合 時，螺紋副具有自鎖性。 當 時，螺紋副的效率 所以具有自鎖性的螺紋副用于螺旋傳動時，其效率必

12、小于 50%。 10-2解 由教材表10-1、表10-2查得 ，粗牙，螺距 ，中徑 螺紋升角 ，細牙，螺距 ， 中徑 螺紋升角 對于相同公稱直徑的粗牙螺紋和細牙螺紋中，細牙螺紋的升角較小，更易實現自鎖。 10-4解 （1）升角 當量摩擦角 工作臺穩定上升時的效率： （ 2）穩定上升時加于螺桿上的力矩 （ 3）螺桿的轉速 螺桿的功率 （ 4）因 ，該梯形螺旋副不具有自鎖性，欲使工作臺在載荷 作用下等速下降，需制動裝置。其制動力矩為 10-5解 查教材表9-1得 Q235的屈服極限， 查教材表 10-6得，當控制預緊力時，取安全系數 由許用應力 查教材表 10-1得 的小徑 由公式 得 預緊力 由

13、題圖可知 ，螺釘個數 ，取可靠性系數 牽曳力 10-6解 此聯接是利用旋轉中間零件使兩端螺桿受到拉伸 ,故螺桿受到拉扭組合變形。 查教材表 9-1得，拉桿材料Q275的屈服極限， 取安全系數 ，拉桿材料的許用應力 所需拉桿最小直徑 查教材表 10-1，選用螺紋 （ ）。 10-7解 查教材表 9-1得，螺栓35鋼的屈服極限， 查教材表 10-6、10-7得螺栓的許用應力 查教材表 10-1得， 的小徑 螺栓所能承受的最大預緊力 所需的螺栓預緊拉力 則施加于杠桿端部作用力 的最大值 第十一章 齒輪傳動11-1 解 1）由公式可知： 輪齒的工作應力不變，則 則，若 ，該齒輪傳動能傳遞的功率 11-

14、6解 斜齒圓柱齒輪的齒數與其當量齒數 之間的關系： （ 1）計算傳動的角速比用齒數 。 （ 2）用成型法切制斜齒輪時用當量齒數 選盤形銑刀刀號。 （ 3）計算斜齒輪分度圓直徑用齒數。 （ 4）計算彎曲強度時用當量齒數 查取齒形系數。 11-7解 見題11-7解圖。從題圖中可看出，齒輪1為左旋，齒輪2為右旋。當齒輪1為主動時按左手定則判斷其軸向力 ；當齒輪2為主動時按右手定則判斷其軸向力 。 輪1為主動 輪2為主動時 圖 11.2 題11-7解圖 11-8解 見題11-8解圖。齒輪2為右旋，當其為主動時，按右手定則判斷其軸向力方向 ；徑向力總是指向其轉動中心；圓向力 的方向與其運動方向相反。 圖

15、 11.3 題11-8解圖 11-9解 （ 1）要使中間軸上兩齒輪的軸向力方向相反，則低速級斜齒輪3的螺旋經方向應與齒輪2的旋向同為左旋，斜齒輪4的旋向應與齒輪3的旋向相反，為右旋。 （ 2）由題圖可知：、 、 、 、 分度圓直徑 軸向力 要使軸向力互相抵消，則： 即 第十二章 蝸桿傳動12-1解 ：從例 12-1已知的數據有： ， ， ， ， ，中心距 ，因此可以求得有關的幾何尺寸如下： 蝸輪的分度圓直徑： 蝸輪和蝸桿的齒頂高： 蝸輪和蝸桿的齒根高： 蝸桿齒頂圓直徑： 蝸輪喉圓直徑： 蝸桿齒根圓直徑： 蝸輪齒根圓直徑： 蝸桿軸向齒距和蝸輪端面齒距： 徑向間隙： 12-2 解 ：（ 1）從圖示

16、看，這是一個左旋蝸桿，因此用右手握桿，四指 ，大拇指 ，可以得到從主視圖上看，蝸輪順時針旋轉。（見圖12.3） （ 2）由題意，根據已知條件，可以得到蝸輪上的轉矩為 蝸桿的圓周力與蝸輪的軸向力大小相等，方向相反，即： 蝸桿的軸向力與蝸輪的圓周力大小相等，方向相反，即： 蝸桿的徑向力與蝸輪的徑向力大小相等，方向相反，即： 各力的方向如圖 12-2所示。 圖12.212-3解 ：（ 1）先用箭頭法標志出各輪的轉向，如圖12.5所示。由于錐齒輪軸向力指向大端，因此可以判斷出蝸輪軸向力水平向右，從而判斷出蝸桿的轉向為順時針，如圖12.5所示。因此根據蝸輪和蝸桿的轉向，用手握法可以判定蝸桿螺旋線為右旋。

17、 （ 2）各輪軸軸向力方向如圖12.5所示。 圖 12.412-6解 （1）重物上升 ，卷筒轉的圈數為： 轉； 由于卷筒和蝸輪相聯， 也即蝸輪轉的圈數為 圈；因此蝸桿轉的轉數為： 轉。 （ 2）該蝸桿傳動的蝸桿的導程角為： 而當量摩擦角為 比較可見 ，因此該機構能自鎖。 （ 3）手搖轉臂做了輸入功，等于輸出功和摩擦損耗功二者之和。 輸出功 焦耳； 依題意本題摩擦損耗就是蝸輪蝸桿嚙合損耗，因此嚙合時的傳動效率 則輸入功應為 焦耳。 由于蝸桿轉了 轉，因此應有： 即： 可得： 圖 12.6 12-7解 蝸輪的分度圓直徑： 蝸輪和蝸桿的齒頂高： 蝸輪和蝸桿的齒根高： 蝸桿齒頂圓直徑： 蝸輪喉圓直徑：

18、 蝸桿齒根圓直徑： 蝸輪齒根圓直徑： 蝸桿軸向齒距和蝸輪端面齒距： 徑向間隙： 第十三章 帶傳動和鏈傳動13-1解 （ 1 ）（ 2 ） = =2879.13mm （ 3 ）不考慮帶的彈性滑動時， （ 4 ）滑動率 時， 13-2解（ 1 ）（ 2 ） = （ 3 ） = = 第十四章 軸14-1解 I 為傳動軸， II 、 IV 為轉軸， III 為心軸。 14-2解 圓整后取 d=37 mm 。 14-3解 14-4解 按彎扭合成強度計算，即： 代入數值計算得： 。 第十五章 滑動軸承15-1答 滑動軸承按摩擦狀態分為兩種：液體摩擦滑動軸承和非液體摩擦滑動軸承。 液體摩擦滑動軸承：兩摩擦表

19、面完全被液體層隔開，摩擦性質取決于液體分子間的粘性阻力。根據油膜形成機理的不同可分為液體動壓軸承和液體靜壓軸承。 非液體摩擦滑動軸承：兩摩擦表面處于邊界摩擦或混合摩擦狀態，兩表面間有潤滑油，但不足以將兩表面完全隔離，其微觀凸峰之間仍相互搓削而產生磨損。 第十六章 滾動軸承16-1解 由手冊查得6005 深溝球軸承，窄寬度，特輕系列，內徑 ，普通精度等級（0級）。主要承受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷；可用于高速傳動。 N209/P6 圓柱滾子軸承，窄寬度，輕系列，內徑 ，6級精度。只能承受徑向載荷，適用于支承剛度大而軸承孔又能保證嚴格對中的場合，其徑向尺寸輕緊湊。 7207CJ 角接觸球軸承

20、，窄寬度，輕系列，內徑 ，接觸角 ,鋼板沖壓保持架，普通精度等級。既可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷，適用于高速無沖擊, 一般成對使用，對稱布置。 30209/P5 圓錐滾子軸承，窄寬度，輕系列，內徑 ，5級精度。能同時承受徑向載荷和軸向載荷。適用于剛性大和軸承孔能嚴格對中之處，成對使用，對稱布置。 16-2解 室溫下工作；載荷平穩 ，球軸承 查教材附表 1， （ 1）當量動載荷 時 在此載荷上，該軸承能達到或超過此壽命的概率是 90%。 （ 2）當量動載荷 時 16-3解 室溫下工作 ；載荷平穩 ，球軸承 當量動載荷 查教材附表1，可選用軸承6207（基本額定動載荷 ）。 16-4解 （1）

21、計算當量動載荷 查手冊， 6313的 ， ，查教材表16-12，并插值可得 ，所以 ， 當量動載荷 （ 2）計算所需基本額定動載荷 查教材表 16-9，室溫下工作 ；查教材表16-10有輕微沖擊 ，球軸承 因所需的 ，所以該軸承合適。 16-6解 （ 1）按題意，外加軸向力 已接近 ，暫選 的角接觸軸承類型70000AC。 （ 2）計算軸承的軸向載荷 (解圖見16.4b) 由教材表 16-13查得，軸承的內部派生軸向力 ，方向向左 ，方向向右 因 ， 軸承 1被壓緊 軸承 2被放松 （ 3）計算當量動載荷 查教材表 16-12， ，查表16-12得 ， 查表16-12得 ， （ 3）計算所需的基本額定動載荷 查教材表 16