機械設(shè)計基礎(chǔ)習(xí)題含答案概要.doc

機械設(shè)計基礎(chǔ)課程習(xí)題第1章 機械設(shè)計基礎(chǔ)概論1-1 試舉例說明機器、機構(gòu)和機械有何不同？1-2 試舉例說明何謂零件、部件及標(biāo)準件？1-3 機械設(shè)計過程通常分為幾個階段？各階段的主要內(nèi)容是什么？1-4 常見的零件失效形式有哪些？1-5 什么是疲勞點蝕？影響疲勞強度的主要因素有哪些？1-6 什么是磨損？分為哪些類型？1-7 什么是零件的工作能力？零件的計算準則是如何得出的？1-8 選擇零件材料時，應(yīng)考慮那些原則？1-9 指出下列材料牌號的含義及主要用途： Q275 、40Mn 、40Cr 、45 、ZG310570 、QT6003。第2章 現(xiàn)代設(shè)計方法簡介2-1 簡述三維CAD系統(tǒng)的特點。2-2 試寫出優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的一般表達式并說明其含義。2-3 簡述求解優(yōu)化問題的數(shù)值迭代法的基本思想。2-4 優(yōu)化設(shè)計的一般過程是什么？2-5 機械設(shè)計中常用的優(yōu)化方法有哪些？2-6 常規(guī)設(shè)計方法與可靠性設(shè)計方法有何不同？2-7 常用的可靠性尺度有那些？2-8 簡述有限元法的基本原理。2-9 機械創(chuàng)新設(shè)計的特點是什么？2-10 簡述機械創(chuàng)新設(shè)計與常規(guī)設(shè)計的關(guān)系。第3章 平面機構(gòu)的組成和運動簡圖3-1 舉實例說明零件與構(gòu)件之間的區(qū)別和聯(lián)系。3-2 平面機構(gòu)具有確定運動的條件是什么?3-3 運動副分為哪幾類？它在機構(gòu)中起何作用？3-4 計算自由度時需注意那些事項？3-5 機構(gòu)運動簡圖有何用途？怎樣繪制機構(gòu)運動簡圖？3-6 繪制圖示提升式水泵機構(gòu)的運動簡圖，并計算機構(gòu)的自由度。3-7 試繪制圖示縫紉機引線機構(gòu)的運動簡圖，并計算機構(gòu)的自由度。3-8 試繪制圖示沖床刀架機構(gòu)的運動簡圖，并計算機構(gòu)的自由度。3-9 試判斷圖a、b、c所示各構(gòu)件系統(tǒng)是否為機構(gòu)。若是，判定它們的運動是否確定（圖中標(biāo)有箭頭的構(gòu)件為原動件）。3-10 計算圖a、b、c、d、e、f所示各機構(gòu)的自由度，如有復(fù)合鉸鏈、局部自由度、或虛約束請指出。并判定它們的運動是否確定（圖中標(biāo)有箭頭的構(gòu)件為原動件）。第4章 平面連桿機構(gòu)4-1四桿機構(gòu)的急回特性是何含義？什么條件下機構(gòu)才具有急回特性？4-2什么是四桿機構(gòu)的死點？試舉出幾個利用和克服死點的實例。4-3試述壓力角的概念，并分析它對機構(gòu)的工作性能有什么影響？4-4 舉例說明鉸鏈四桿機構(gòu)的三種演化方法。4-5 如圖所示，已知AD =250 mm；BC =265 mm；CD =110 mm；AB = 60 mm，且是主動件。試確定： 該鉸鏈四桿機構(gòu)的類型； 該機構(gòu)的行程速比系數(shù)K。4-6 分析圖示偏置曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件。當(dāng)取滑塊為主動件時，試確定機構(gòu)的死點位置。4-7 如圖所示，已知鉸鏈四桿機構(gòu)各桿長度，試問： 是鉸鏈四桿機構(gòu)中的哪種基本機構(gòu)； 若AB是原動件，在圖中畫出此機構(gòu)最小傳動角出現(xiàn)的位置； 若以AB為原動件，該機構(gòu)有無急回特性，為什么？4-8 試設(shè)計一腳踏軋棉機的曲柄搖桿機構(gòu)。如圖所示，要求踏板機構(gòu)CD在水平位置上下各擺10，且CD的長度500 mm ，AD的長度是1000 mm。試用圖解法求曲柄AB和連桿BC的長度？4-9 試用圖解法設(shè)計一自動上料機所用的偏置曲柄滑塊機構(gòu)，如圖所示。要求曲柄主動時，行程速比系數(shù)K = 1.4，被推運的工件的長度l = 40 mm，初選偏距e = 20 mm ，工作行程最大壓力角為 max = 45?；瑝K的行程H應(yīng)比工件的長度略大些，以保證料斗上的工件能順利下落。4-10 試用圖解法設(shè)計一擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，已知機架長度為50 mm，行程速比系數(shù)K = 2，求曲柄的長度。4-11 試用圖解法設(shè)計曲柄搖桿機構(gòu)ABCD。已知搖桿CD長度是75mm，行程速比系數(shù)K =1.5，機架AD長度為100 mm。搖桿的一個極限位置與機架間的夾角CDA = 45。4-12 已知某操縱裝置采用圖示鉸鏈四桿機構(gòu)，要求兩連架桿的對應(yīng)位置為1=45，1=50；2=80，2=70；3= 120，3=110。試用解析法確定各桿的長度。第5章 凸輪機構(gòu)5-1 凸輪機構(gòu)常用的四種從動件運動規(guī)律中，哪種運動規(guī)律有剛性沖擊？哪種運動規(guī)律有柔性沖擊？哪種運動規(guī)律沒有沖擊？5-2 在圖示偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu)中，已知AB段為凸輪推程廓線，試在圖上標(biāo)出推程運動角t 。5-3 已知從動件升程h = 30 mm， t =150， s = 30， h =120， s = 60，從動件在推程作簡諧運動，在回程作等加速等減速運動，試用作圖法或公式計算繪出其運動線圖s 2t、v 2t和a 2t。5-4 設(shè)計圖示偏置直動從動件盤形凸輪。已知凸輪以等角速度1順時針方向回轉(zhuǎn)，偏距e =10 mm，凸輪基圓半徑r0 = 60 mm，滾子半徑rT =10 mm，從動件的升程及運動規(guī)律與題5-2相同，試用圖解法繪出凸輪的輪廓并校核推程壓力角。5-5 已知條件同題5-4，試用解析法通過計算機輔助設(shè)計求 凸輪理論輪廓和實際輪廓上各點的坐標(biāo)值（每隔10計算一點），推程壓力角的最大值 max，并打印凸輪輪廓。5-6 在圖示自動車床控制刀架移動的滾子擺動從動件凸輪機構(gòu)中，已知l OA = 60 mm，l AB =36 mm，r0 = 35 mm，rT = 8 mm。從動件的運動規(guī)律如下：當(dāng)凸輪以角速度1逆時針方向回轉(zhuǎn)150時，從動件以簡諧運動向上擺15；當(dāng)凸輪自150轉(zhuǎn)到180時，從動件停止不動；當(dāng)凸輪自180轉(zhuǎn)到300時，從動件以簡諧運動擺回原處；當(dāng)凸輪自300轉(zhuǎn)到360時，從動件又停止不動。試繪制凸輪輪廓。5-7 試設(shè)計一平底直動從動件盤形凸輪機構(gòu)。已知凸輪以等角速度1逆時針方向回轉(zhuǎn)，凸輪的基圓半徑r 0 = 40 mm，從動件升程h =20 mm， t = 120， s = 30， h = 120， s = 90，從動件在推程和回程均作簡諧運動。試繪出凸輪的輪廓。5-8 用作圖法求圖示中各凸輪從圖示位置轉(zhuǎn)過45后機構(gòu)的壓力角，并在圖上標(biāo)注出來。第6章 齒輪機構(gòu)6-1 漸開線齒輪上哪一圓的壓力角為標(biāo)準值？哪一圓的壓力角最?。恳话闼f壓力角是指哪個圓上的壓力角，壓力角取50會有何問題？6-2 現(xiàn)有4個標(biāo)準齒輪：m 1 = 4 mm ，z 1 = 25，m 2 = 4 mm， z 2 = 50，m 3 = 3 mm，z 3 = 60； m 4 = 2.5 mm， z 4 = 40；試問: 哪些齒輪的漸開線形狀相同？ 哪些齒輪可以配對正確嚙合？ 哪些齒輪可用同一把滾刀切制？6-3 斜齒輪和錐齒輪的當(dāng)量齒輪以及當(dāng)量齒數(shù)是如何定義的，其意義何在？6-4 漸開線變位齒輪和標(biāo)準齒輪相比較，哪些參數(shù)和尺寸發(fā)生了改變？哪些未發(fā)生改變？6-5 試述所學(xué)各種齒輪機構(gòu)的一對齒輪的正確嚙合條件。6-6 蝸桿機構(gòu)的傳動比如何計算？能否用分度圓直徑之比表示其傳動比？為什么？6-7 為何要引入蝸桿直徑系數(shù)q ?6-8 有一對外嚙合正常齒標(biāo)準直齒圓柱齒輪機構(gòu)，已知：m = 2.5 mm，a = 112.5 mm，i = 2.6。試計算這對齒輪的分度圓直徑、齒頂圓直徑、齒根圓直徑；齒頂高、齒根高、全齒高、頂隙和公法線長度和分度圓弦齒厚。6-9 一對外嚙合的標(biāo)準直齒圓柱齒輪的小齒輪丟失，現(xiàn)測得大齒輪：z 2 = 52，da2 = 135 mm，m = 2.5 mm，a = 112.5 mm。試確定這對齒輪的齒制以及小齒輪的齒數(shù)和齒頂圓直徑，以便配制。6-10 標(biāo)準直齒圓柱齒輪機構(gòu)中的一對齒輪，已知模數(shù)m n = 2 mm， = 20，z 1 = 20，z 2 = 40，若安裝中心距a = 61 mm，試問 這對齒輪是否屬于標(biāo)準安裝？ 此時，節(jié)圓半徑與分度圓半徑、嚙合角與壓力角是否相等？6-11 用齒條插刀切制一直齒圓柱齒輪。已知被加工齒輪輪坯的角速度 1 = 5 rad/s，刀具的移動速度為0.375 m/s ，刀具的模數(shù)m = 10 mm，壓力角 = 20，試問： 被加工齒輪的齒數(shù)z 1 = ? 如果齒條的中線距離齒輪坯中心為77 mm，則被加工齒輪的分度圓齒厚是多大？6-12 一對正常齒制的外嚙合標(biāo)準斜齒圓柱齒輪z 1 = 33，z 2 = 66，m = 5 mm。試問： 若標(biāo)準中心距a = 250 mm，試求螺旋角、分度圓直徑d和齒頂圓直徑d a； 若不改變模數(shù)和齒數(shù)，能否將這對齒輪裝在中心距為255 mm的兩平行軸上。6-13 已知一對正常齒制漸開線標(biāo)準斜齒圓柱齒輪a = 250 mm，z 1 = 23，z 2 = 98，m n = 4 mm，試計算其螺旋角、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。6-14 已知一對正常齒制等頂隙收縮的漸開線標(biāo)準直齒圓錐齒輪，軸交角=90，z 1 = 17，z 2 = 43，m = 3 mm，試求兩輪的分度圓錐角、分度圓直徑、齒頂圓直徑、齒根圓直徑、錐頂距、齒頂角、齒根角、頂錐角、根錐角和當(dāng)量齒數(shù)。6-15 已知蝸桿機構(gòu)的參數(shù)如下：蝸桿頭數(shù)z 1 =2，蝸桿直徑系數(shù)q =8，蝸輪齒數(shù)z 2 = 46，模數(shù)m =8 mm 。試計算該蝸桿機構(gòu)的傳動比i、中心距a及蝸桿和蝸輪的主要尺寸。第7章 間歇運動機構(gòu)7-1 試比較棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)及凸輪間歇運動機構(gòu)的特點和用途。7-2 槽輪機構(gòu)的運動特性系數(shù) = 0.4表示什么意義? 為什么運動特性系數(shù)必須大于零而小于1? 五個槽的單銷槽輪機構(gòu)的運動特性系數(shù)等于多少?7-3 已知槽輪的槽數(shù)z=6，撥盤的圓銷數(shù)K=1，轉(zhuǎn)速n = 60 r/min，求槽輪的運動時間t d和靜止時間t j。7-4 設(shè)計一槽輪機構(gòu)，要求槽輪機構(gòu)的運動時間等于停歇時間，試選擇槽輪的槽數(shù)和撥盤的圓銷數(shù)。 7-5 在六角車床上六角刀架轉(zhuǎn)位用的槽輪機構(gòu)中，已知槽數(shù)z=6，槽輪的靜止時間tj=5/6 s，槽輪的運動時間td=2 s，求槽輪機構(gòu)的運動系數(shù)及所需的圓銷數(shù)K。第8章 聯(lián) 接8-1 試比較普通螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋的特點，各舉一例說明它們的應(yīng)用。8-2 螺紋的自鎖性和效率各與哪些因素有關(guān)？8-3 試計算普通螺紋M20、M201.5的螺紋升角；并說明在靜載荷下這兩種螺紋能否自鎖（已知摩擦因數(shù)f = 0.10.15）。8-4 將承受軸向變載荷的聯(lián)接螺栓的光桿部分的直徑縮小，有什么好處？8-5 如圖所示三塊板用4個M10螺栓固定，若螺栓的性能等級為4.6，裝配時控制預(yù)緊力，接合面間的摩擦因數(shù)f = 0.15，求其允許的最大橫向拉力F。8-6 如圖所示為一拉桿螺紋聯(lián)接，已知拉桿上的拉力F為50000 N，載荷穩(wěn)定，拉桿材料為Q235鋼（對照螺栓的性能等級為4.6），試設(shè)計此聯(lián)接。8-7 一凸緣聯(lián)軸器，允許傳遞的最大轉(zhuǎn)矩T為1500 Nm（靜載荷），材料為HT250。半聯(lián)軸器用4個M16鉸制孔螺栓聯(lián)接成一體，螺栓的性能等級為4.8，試選取合適的螺栓長度，并校核其剪切和擠壓強度。如果改為M16的普通螺栓聯(lián)接，已知螺栓的性能等級為4.8，接合面的摩擦因數(shù)為0.15，安裝時不控制預(yù)緊力，試確定螺栓數(shù)。8-8 圖8-23所示為一汽缸，缸蓋和缸體用螺栓聯(lián)接。已知汽缸內(nèi)氣體壓力p最大為2.5 MPa，缸蓋和缸體均為鋼制，汽缸內(nèi)徑D = 180 mm。為了保證密封性要求，螺栓間距不得大于4.5d（d為螺紋大徑），試設(shè)計此聯(lián)接并確定螺栓分布圓直徑。8-9 受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接，被聯(lián)接件間采用橡膠墊片。已知螺栓預(yù)緊力Q0=15000 N，軸向工作載荷Qe=10000 N，求螺栓所受的總拉力和被聯(lián)接件間的殘余預(yù)緊力。8-10 試為題8-7中的聯(lián)軸器選擇平鍵并校核平鍵聯(lián)接的強度。第9章 螺旋傳動9-1 試確定圖9-1a所示的千斤頂?shù)穆輻U和螺母的主要尺寸。已知起重量最大為40 kN，最大舉起高度450 mm，螺桿用45鋼，螺母用鑄鐵。（注意：需要校核螺桿穩(wěn)定性和自鎖性）第10章 齒輪傳動10-1 齒輪傳動的主要失效形式有那些？設(shè)計準則如何？10-2 齒寬系數(shù)的大小對齒輪傳動有何影響？模數(shù)和齒數(shù)對齒輪傳動有何影響？設(shè)計時應(yīng)如何選??？ 10-3 齒形系數(shù)YF與哪些因素有關(guān)？兩個直齒圓柱齒輪的模數(shù)和齒數(shù)分別為m1=20 mm，z1=20；m2=2 mm，z2=20，其齒形系數(shù)是否相等？10-4 根據(jù)蝸桿傳動的失效特點，設(shè)計時應(yīng)如何選擇蝸桿副材料？10-5 蝸桿傳動為什么要進行熱平衡計算？10-6 有一直齒圓柱齒輪傳動，原設(shè)計傳遞功率P，主動軸轉(zhuǎn)速n 1。若其他條件不變，輪齒的工作應(yīng)力也不變，當(dāng)主動軸轉(zhuǎn)速提高一倍，即n 1= 2 n 1時，該齒輪傳動能傳遞的功率P為若干？10-7 有一直齒圓柱齒輪傳動，允許傳遞功率P，若通過熱處理方法提高材料的力學(xué)性能，使大小齒輪的許用接觸應(yīng)力 H2、 H1各提高30，試問此傳動在不改變工作條件及其他設(shè)計參數(shù)的情況下，抗疲勞點蝕允許傳遞的扭矩和允許傳遞的功率可提高百分之幾？解：有一直齒圓柱齒輪傳動，允許傳遞功率 P，若通過熱處理方法提高材料的力學(xué)性能，使大、小齒輪的許用接觸應(yīng)力 H2、H1 各提高30%。試問此傳動在不改變工作條件及其他設(shè)計參數(shù)的情況下，抗疲勞點蝕允許傳遞的扭矩和允許傳遞的功率可提高百分之幾？解 由公式 可知，由抗疲勞點蝕允許的最大扭矩有關(guān)系： 設(shè)提高后的轉(zhuǎn)矩和許用應(yīng)力分別為T1 、H 當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時，轉(zhuǎn)矩和功率可提高69%。10-8 單級閉式直齒圓柱齒輪傳動，小齒輪的材料為45鋼調(diào)質(zhì)，大齒輪材料為ZG310-570正火，P = 4 kW， n1=720 r/min，m =4 mm，z 1=25，z 2 =73，b 1=84 mm，b 2 =78 mm，單向傳動，載荷有中等沖擊，用電動機驅(qū)動，試問這對齒輪傳動能否滿足強度要求而安全工作。解：軟齒面閉式齒輪傳動應(yīng)分別驗算其接觸強度和彎曲強度。 （1）許用應(yīng)力 查教材表11-1小齒輪45鋼調(diào)質(zhì)硬度：210230HBS取220HBS；大齒輪ZG270-500正火硬度：140170HBS，取155HBS。 查教材圖11-7 知 Hlim1=560MPa ，Hlim2=335MPa 查教材圖11-10 Flim1=180MPa , Flim1=130MPa 查教材表11-4取 SH=1.1 ，SF=1.4 故： （2）驗算接觸強度，驗算公式為： 其中：小齒輪轉(zhuǎn)矩 查教材表11-3得,載荷系數(shù) K=1.3 齒寬b=b2=78mm 中心距 齒數(shù)比 u=z2/z1=73/25=2.92 則：HH1 ,HH2，能滿足接觸強度。 （3）驗算彎曲強度，驗算公式： 其中：查教材圖11-9得 ,齒形系數(shù)： YF12.72, YF22.26 則： 滿足彎曲強度10-9 已知閉式直齒圓柱齒輪傳動的傳動比i = 4.6，n 1=730 r/min，P =30 kW，長期雙向轉(zhuǎn)動，載荷有中等沖擊，要求結(jié)構(gòu)緊湊。且z1=27，大小齒輪都用40Cr表面淬火，試計算此單級齒輪傳動的強度。解：硬齒面閉式齒輪傳動的主要失效形式是折斷，設(shè)計方法是按彎曲強度設(shè)計，并驗算其齒面接觸強度。 （1）許用彎曲應(yīng)力 查教材表11-1，大小齒輪材料40Cr 表面淬火硬度：5256HRC，取54HRC。查教材圖11-10得Flim=320MPa ，查材料圖11-7得Hlim=1220MPa 。 查教材表11-4 SF=1.6，SH=1.2 ， 因齒輪傳動是雙向工作，彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)，應(yīng)將極限值乘70%。 故 （2）按彎曲強度設(shè)計，設(shè)計公式： 其中：小齒輪轉(zhuǎn)矩 查教材表11-3得，載荷系數(shù) K=1.3 取齒寬系數(shù) a=0.4 齒數(shù) z2=iz1=4.627=124.2 ， 取 z2=124 齒數(shù)比 u=z2/z1=124/27=4.59 應(yīng)將齒形系數(shù)較大值代入公式，而齒形系數(shù)值與齒數(shù)成反比，將小齒輪的齒形系數(shù)代入設(shè)計公式，查教材圖11-9得 ,齒形系數(shù)YF12.67 因此 取模數(shù) m=3mm （3）驗算接觸強度，驗算公式： 其中：中心距 齒寬 ，取 b=90mm 滿足接觸強度10-10 說明下列幾種情況下應(yīng)采用的是斜齒輪的齒數(shù)還是當(dāng)量齒數(shù)： 計算斜齒圓柱齒輪傳動的角速比； 用成型法切制斜齒輪時選盤形銑刀； 計算斜齒輪的分度圓直徑； 齒根彎曲強度計算時查取齒形系數(shù)。解 斜齒圓柱齒輪的齒數(shù)z與其當(dāng)量齒數(shù)zv之間的關(guān)系： （1）計算傳動的角速比用齒數(shù) 。（2）用成型法切制斜齒輪時用當(dāng)量齒數(shù) 選盤形銑刀刀號。（3）計算斜齒輪分度圓直徑用齒數(shù)。（4）計算彎曲強度時用當(dāng)量齒數(shù) 查取齒形系數(shù)。10-11 兩對齒輪分別為：mn=5 mm，z 1=40，z 2=158， = 80634及m n=10，z 1=20，z 2=79， = 80634，其他條件（如材料、硬度、齒寬、轉(zhuǎn)數(shù)等）均為主動輪與主動輪，從動輪與從動輪對應(yīng)相等。試問： 兩對齒輪的接觸疲勞強度是否相等？彎曲疲勞強度是否相等？ 若傳動速度低，短時超載大，用哪一對合適？若傳動速度高，用哪一對合適？10-12 斜齒圓柱齒輪傳動的轉(zhuǎn)動方向及螺旋線方向如圖a所示，試分別在圖b和圖c中畫出輪1為主動時和輪2為主動時軸向力Fa1及Fa2的方向解 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(dāng)齒輪1為主動時按左手定則判斷其軸向力 ；當(dāng)齒輪2為主動時按右手定則判斷其軸向力 。10-13 某兩級斜齒圓柱齒輪減速器，傳遞功率P = 40 kW，電機驅(qū)動，雙向轉(zhuǎn)動，載荷平穩(wěn)，高速級轉(zhuǎn)速n 1=1470 r/min，齒數(shù)z1=19，z 2=63，模數(shù)mn=3 mm，螺旋角=185318，齒寬b 1=60 mm，b 2=55 mm，小齒輪材料為20CrMnTi滲碳淬火，大齒輪材料為20Cr滲碳淬火，試校核此高速級齒輪傳動的強度。解 軟齒面閉式齒輪傳動應(yīng)分別校核其接觸強度和彎曲強度。 （1）許用應(yīng)力 查教材表11-1小齒輪40MnB調(diào)質(zhì)硬度：240280HBS取260HBS；大齒輪35SiMn調(diào)質(zhì)硬度：200260HBS，取230HBS。 查教材圖11-7： Hlim=690 MPa, Hlim=660 MPa ； 查教材圖11-10： Flim1=240 MPa, Flim2=230 MPa； 查教材表11-4 取 SH=1.1， SF=1.4 故： （2）驗算接觸強度，其校核公式： 其中：小齒輪轉(zhuǎn)矩 載荷系數(shù) K=1.1 查教材表11-3得 齒寬 b=b2=80 mm 中心距 齒數(shù)比 u=z2/z1=107/21=5.1 則： 滿足接觸強度。（3）驗算彎曲強度，校核公式： 小齒輪當(dāng)量齒數(shù) 大齒輪當(dāng)量齒數(shù) 查教材圖11-9得 齒形系數(shù) YF1=2.77、YF2=2.18 滿足彎曲強度。10-14 已知單級閉式斜齒圓柱齒輪傳動，P =10 kW，n1=1210 r/min，i =4.3，電機驅(qū)動，雙向傳動，載荷有中等沖擊，設(shè)小齒輪用45MnB調(diào)質(zhì)，大齒輪用45鋼調(diào)質(zhì)，z1=21，試計算此單級齒輪傳動。解 軟齒面閉式齒輪傳動應(yīng)按接觸強度設(shè)計，然后驗算其彎曲強度： （1）許用應(yīng)力 查教材表11-1小齒輪40MnB調(diào)質(zhì)硬度：240280HBS取260HBS；大齒輪45鋼調(diào)質(zhì)硬度：210230HBS，取220HBS。 查教材圖11-7： Hlim=690 MPa, Hlim=555 MPa ； 查教材圖11-10： Flim1=240 MPa, Flim2=180 MPa ； 查教材表11-4 取SH=1.1， SF=1.4 ， 故： （2）按接觸強度設(shè)計，其設(shè)計公式： 其中：小齒輪轉(zhuǎn)矩 查教材表11-3得 載荷系數(shù) K=1.3 , 齒寬系數(shù), 取 a=0.3 中心距 齒數(shù)比 u=i=4.3 將許用應(yīng)力較小者H=H2=505 MPa 代入設(shè)計公式, 則： 取中心距 a=170 mm 初選螺旋角 =14 大齒輪齒數(shù) z2=iz1=4.321=90.3 ， 取 z2=90 齒數(shù)比： u=z2/z1=90/21=4.29 模數(shù) ， 取mn=3 mm 螺旋角 （3）驗算其彎曲強度，校核公式： 小齒輪當(dāng)量齒數(shù) 大齒輪當(dāng)量齒數(shù) 查教材圖11-9得 齒形系數(shù) YF1=2.82, YF2=2.22、 b=aa=0.3170=51 mm 滿足彎曲強度。10-15 斜齒圓柱齒輪減速器的已知條件如圖所示，試問： 低速級斜齒輪的螺旋線方向應(yīng)如何選擇才能使中間軸上兩齒輪的軸向力方向相反； 低速級螺旋角應(yīng)取多大值才能使中間軸上兩個軸向力相互抵消。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(jīng)方向應(yīng)與齒輪2的旋向同為左旋，斜齒輪4的旋向應(yīng)與齒輪3的旋向相反，為右旋。 （2）由題圖可知：mn2=3 mm 、z2=52 、2=15 、mn3=5 mm 、 z3=17 分度圓直徑 d=mnz/cos 軸向力 要使軸向力互相抵消，則： Fa2=Fa3 即 10-16 一對閉式直齒圓錐齒輪傳動，已知 = 1 + 2 = 90，i = 2.7，z1=16，P =7.5 kW，n1 = 840 r/min，用電動機驅(qū)動，單向轉(zhuǎn)動，載荷有中等沖擊。要求結(jié)構(gòu)緊湊，故大小齒輪的材料均選40Cr表面淬火，試計算此傳動。解 硬齒面閉式齒輪傳動應(yīng)按彎曲強度設(shè)計，然后驗算其接觸強度。 （1）許用應(yīng)力 查教材表11-1齒輪40Cr表面淬火硬度：5256HRC取54HRC。 查教材圖11-7： Hlim=1220 MPa 查教材圖11-10： Flim=320 MPa 查教材表11-4 取 SH=1.2，SF=1.6 故： 2）按彎曲強度設(shè)計，其設(shè)計公式： 其中：小齒輪轉(zhuǎn)矩 查教材表11-3得 載荷系數(shù) K=1.3, 齒寬系數(shù), 取 R=0.3 大齒輪齒數(shù) z2=iz1=2.71.6=43.2 ， 取 z2=43 齒數(shù)比： u=z2/z1=43/16=2.69 分度圓錐角 小齒輪當(dāng)量齒數(shù) 大齒輪當(dāng)量齒數(shù) 查教材圖11-9得 、齒形系數(shù) YF1=3.08, YF2=2.18 則平均模數(shù)： 大端模數(shù) 取me=4 mm （3）校核其接觸強度，驗算公式： 其中：分度圓直徑 d1=mez1=416=64 mm d2=mez2=443=172 mm 錐距 齒寬 b=RRe=0.391.8=27.5 mm 取 b=28 mm 則： 滿足接觸強度。10-17 已知直齒圓錐-斜齒圓柱齒輪減速器布置如圖。錐齒輪m =5 mm， b =50 mm，z1=25，z2=60；斜齒輪mn =6 mm，z1=21，z2=84。欲使軸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3的大小和旋向。解 （1）圓錐齒輪2的相關(guān)參數(shù) 分度圓直徑 d2=mez2=560=300 mm 分度圓錐角 2=arctanz2/z1=arctan60/25=67.38 平均直徑 軸向力 &am, p;nb, sp; （2）斜齒輪3相關(guān)參數(shù) 分度圓直徑 &nb, sp; 軸向力 （3）相互關(guān)系 因 Fa2=Fa3 得： （4）由題圖11.5可知，圓錐齒輪2的軸向力Fa2指向大端，方向向下；斜齒輪3的軸向力Fa3方向指向上，轉(zhuǎn)動方向與錐齒輪2同向，箭頭指向右。齒輪3又是主動齒輪，根據(jù)左右手定則判斷，其符合右手定則，故斜齒輪3為右旋。 10-18 如圖所示蝸桿傳動，蝸桿主動，已知T 1 = 20 Nm，m = 4 mm，z 1 = 2，d 1 = 50 mm，蝸輪齒數(shù)z 2=50，傳動的嚙合效率 = 0.75。試確定： 蝸輪的轉(zhuǎn)向； 蝸桿與蝸輪上作用力的大小和方向。10-19 如圖所示為蝸桿傳動和圓錐齒輪傳動組合。已知輸出軸上的錐齒輪z4的轉(zhuǎn)向n4。欲使中間軸上的軸向力能部分抵消，試確定： 蝸桿傳動的螺旋線方向和蝸桿的轉(zhuǎn)向； 在圖中標(biāo)出各輪軸向力的方向。10-20 試設(shè)計一蝸桿傳動。已知電動機功率P 1=7 kW，轉(zhuǎn)速n 1 =1440 r/min ，蝸輪軸轉(zhuǎn)速為n 2 = 80 r/min，載荷平穩(wěn)，單向傳動。蝸輪材料選錫青銅ZCuSn10P1，砂型；蝸桿選用40Cr，表面淬火。10-21 某蝸桿減速器輸入功率P 1=3 kW，z 1=2，箱體散熱面積為1 m2，通風(fēng)條件較好，室溫20，試驗算油溫是否滿足使用要求。第11章 輪 系11-1 在圖示的輪系中，已知z 1=15， z 2=25， z 2=15，z 3=30，z 3=15，z 4=30，z 4=2，z5=60，z5=20 (m = 4 mm)，若n 1=500 r/min，求齒條6線速度v的大小和方向。11-2 圖示為一滾齒機工作臺的傳動系統(tǒng)，已知各輪齒數(shù)為z 1=15，z 2=28，z 3=15，z 4=35，z 8 =1，z 9 =40；A為單線滾刀z A=1，B為被切輪坯?，F(xiàn)欲加工64個齒的齒輪，求傳動比i 57。11-3 圖示輪系中，各輪齒數(shù)為z1=z2=z3=z4=20，z3=z5 =60，模數(shù)均為m =2 mm，求 傳動比 i15； 齒輪1、2及齒輪2、3的中心距a 12 ，a 23。11-4 圖示輪系中，蝸桿1是單線右旋，轉(zhuǎn)速n 1=1000 r/min，z 2=50，z 2 = z 3 =20，z 4=60，求輸出軸轉(zhuǎn)速n H。11-5 在圖示馬鈴薯挖掘機構(gòu)中，齒輪4固定不動，挖叉固連在齒輪3上。挖薯時，十字架1回轉(zhuǎn)，挖叉始終保持一定的方向，齒輪1、2、3的齒數(shù)分別為z 1、z 2、z 3，問各輪齒數(shù)有何關(guān)系？11-6 圖示輪系中，已知z 1=22，z 3=88，z 3=z 5。試求傳動比i 15。11-7 在圖示行星齒輪減速器中，已知z 1= z 2=17，z 3 =51。當(dāng)手柄轉(zhuǎn)過90時，轉(zhuǎn)盤H轉(zhuǎn)過多少度？11-8 在圖示圓錐齒輪組成的行星輪系中，已知各輪齒數(shù)z 1= 20，z 2= 30，z 2 = 50，z 3 = 80，輪1的轉(zhuǎn)速n 1=50 r/min，試求n H的大小和方向。11-9 求圖示輪系的傳動比i 14。已知z 1= z 2=25，z 2 =z 3=20，z H =100，z 4 =20。11-10 已知z 1=17，z 2 =20，z 3=85，z 4 =18，z5=24，z 6 =21，z 7 =63，求： 當(dāng)n 1=10001 r/min，n 4=10000 r/min時，nP =？ 當(dāng)n 1 = n 4時，nP=？ 當(dāng)n 1=10000 r/min，n 4=10001 r/min時，nP=？11-11 在圖示輪系中，已知z 1= z 4=40，z 2 = z5 =30，z3 =z 6 =100，求i 1H。11-12 圖示輪系中，已知z 1= z 3=16，z 2 =32，z 4=80，z 5 =42，z 6 =z 7 =14，z 8 =46，求i 18。第12章 帶傳動12-1 為什么在帶傳動中彈性滑動不可避免？12-2 V帶傳動的最大有效拉力Fec與哪些因素有關(guān)？12-3 簡述造成帶傳動傳動比不能保持恒定的原因。12-4 有一帶式輸送裝置，其異步電動機和齒輪減速器之間用普通V帶傳動，電動機功率P = 8 kW，轉(zhuǎn)速n1 = 960 r/min ，減速器輸入軸的轉(zhuǎn)速n2 = 360 r/min，允許誤差為5%，運輸裝置工作時有輕度沖擊，兩班制工作，試設(shè)計此帶傳動。12-5 一普通V帶傳動，帶的型號為B型，傳遞的功率P = 9 kW，帶速v = 11 m/s，帶與帶輪間的摩擦因數(shù)f = 0.3，帶在小輪上的包角1=170。試求：(1) 傳遞的圓周力；(2) 緊邊、松邊拉力；(3) 離心力在帶中引起的拉力；(4) 所需的初拉力；(5) 壓軸力。12-6 計算習(xí)題12-5的帶傳動中的各種應(yīng)力以及最大應(yīng)力。第13章 鏈傳動13-1 鏈傳動有那些特點，適用那些場合？13-2 鏈傳動中小鏈輪齒數(shù)z1不能過少，大鏈輪齒數(shù)z2不能過多，其原因是什么？13-3 分析鏈傳動工作時動載荷的大小與那些因素有關(guān)。13-4 用P =5.5 kW，n1=1450 r/min的電動機，通過鏈傳動驅(qū)動一液體攪拌機，載荷平穩(wěn)，傳動比i =3，試設(shè)計此鏈傳動。13-5 選擇并驗算一輸送裝置用的傳動鏈。已知鏈傳動傳遞的功率P =7.5 kW，主動鏈輪的轉(zhuǎn)速n1= 960 r/min，傳動比i =3.2，工作情況系數(shù)KA=1.5，中心距a650 mm（可以調(diào)節(jié)）。第14章 軸14-1 軸按承載性質(zhì)的不同可分為哪三種？14-2 軸最常用的材料是什么？如果優(yōu)質(zhì)碳素鋼的軸剛度不足，改用合金鋼能否解決問題？ 14-3 零件在軸上軸向固定的常見方法有哪些？各有何特點？14-4 圖中、IV軸是心軸、轉(zhuǎn)軸、還是傳動軸？14-5 已知一傳動軸傳遞的功率為37 kW，轉(zhuǎn)速n = 900 r/min，如果軸上的扭切應(yīng)力不許超過40 MPa，試求該軸的直徑？14-6 已知一傳動軸直徑 d = 32 mm，轉(zhuǎn)速 n = 1725 r/min，如果軸上的扭切應(yīng)力不許超過50 MPa，問該軸能傳遞多大功率？ 14-7 圖示的轉(zhuǎn)軸，直徑 d = 70 mm，a = 320 mm，傳遞的轉(zhuǎn)矩 T = 2350 Nm，F(xiàn) = 9200 N。若軸的許用彎曲應(yīng)力-1b = 80 MPa，求長度x的大小。14-8 已知一單級直齒圓柱齒輪減速器，用電動機直接拖動，電動機功率P = 22 kW，轉(zhuǎn)速n1 = 1470 r/min，齒輪的模數(shù) m4 mm，齒數(shù)z 1 = 18，z 2 = 82，若支承間跨距 l = 180 mm（齒輪位于跨距中央），軸的材料用 45號鋼調(diào)質(zhì)，試計算輸出軸危險截面處的直徑d。14-9 圖示二級圓柱齒輪減速器。已知高速級傳動比i12 =2.5 ，低速級傳動比i34 = 4。若不計輪齒嚙合及軸承摩擦的功率損失，試計算三根軸傳遞轉(zhuǎn)矩之比，并按扭轉(zhuǎn)強度估算三根軸的軸徑之比。14-10 設(shè)計圖示直齒圓柱齒輪減速器的輸出軸。已知該軸傳遞的功率P=11 kW，轉(zhuǎn)速n=225 r/min，從動齒輪的齒數(shù)z2 =72，模數(shù)m=4 mm，輪轂寬度l h=70 mm，選用直徑系列為2的深溝球軸承，兩軸承中心間距離為130 mm。14-11 一鋼制等直徑直軸，只傳遞轉(zhuǎn)矩T = 4000 Nm，許用切應(yīng)力 t = 50 MPa。長度為1800 mm，要求軸每米長的扭轉(zhuǎn)角不超過0.5。試求該軸的直徑。14-12 與直徑75 mm實心軸等扭轉(zhuǎn)強度的空心軸，其外徑do = 85 mm，設(shè)兩軸材料相同，試求該空心軸的內(nèi)徑d i和減輕重量的百分率。14-13 圖示為某減速器輸出軸的裝配結(jié)構(gòu)圖，指出圖中1、2、3、4處結(jié)構(gòu)錯誤，并繪制正確的結(jié)構(gòu)草圖。第15章 軸 承15-1 滑動軸承的摩擦狀態(tài)有幾種？各有什么特點？15-2 滑動軸承有哪些類型？滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式有哪幾種？各適用在何種場合？15-3 對軸瓦軸承襯的材料有哪些基本要求？15-4 滾動軸承類型選擇的基本原則有哪些？15-5 角接觸軸承的內(nèi)部軸向力是如何產(chǎn)生的，其方向如何判斷？大小如何計算？角接觸軸承為何通常成對使用？15-6 說明下列滾動軸承代號的意義。 6208 N208/P6 7207C 30209/P515-7 有一非液體摩擦徑向滑動軸承，已知軸頸直徑為100 mm，軸瓦寬度為100 mm，軸的轉(zhuǎn)速為1200 r/min，軸承材料為ZCuSn10P1，試問它允許承受多大的徑向載荷？15-8 已知某支承采用非液體摩擦徑向滑動軸承，軸承所受徑向載荷Fr = 25000 N，軸頸直徑d = 90 mm，軸的轉(zhuǎn)速為n =8.3 r/min，材料為ZCuZn38Mn2Pb2，試設(shè)計此滑動軸承。15-9 已知下列軸承承受的徑向載荷Fr和軸向載荷Fa，試計算當(dāng)量動載荷。（1） N207軸承， Fr =3553 N Fa= 0；（2） 6215軸承， Fr =6500 N Fa=1100 N；（3） 30313軸承， Fr =8700 N Fa=5310 N。15-10 某機械傳動裝置中，已知軸承型號是6312，軸承所受徑向載荷Fr=5400 N，軸向載荷Fa=2600 N，軸的轉(zhuǎn)速n=1250 r/min，運轉(zhuǎn)中有輕微沖擊，預(yù)期壽命Lh=5000 h，工作溫度t 100。問該軸承是否適用？15-11 根據(jù)工作條件，某機械傳動裝置中，軸的兩端各采用一個深溝球軸承，軸徑d =35 mm，轉(zhuǎn)速n=2000 r/min，每個軸承承受徑向載荷Fr=2000 N，常溫下工作，載荷平穩(wěn)，預(yù)期壽命Lh=8000 h，試選軸承型號。15-12 根據(jù)工作條件，決定在某傳動軸上安裝一對角接觸球軸承，如圖所示。已知兩個軸承的載荷分別為Fr1 =1470 N，F(xiàn)r2 =2650 N，外加軸向載荷Ka=1000 N，軸頸直徑d =40 mm，轉(zhuǎn)速n=5000 r/min，常溫下運轉(zhuǎn)，有中等沖擊，預(yù)期壽命Lh=2000 h，試選軸承型號。15-13 根據(jù)工作條件，初步?jīng)Q定在軸的兩端選用兩個角接觸球軸承7207AC，如圖所示，軸頸直徑d=35 mm，工作中有中等沖擊，轉(zhuǎn)速n =1800 r/min，已知Fr1=3390 N，F(xiàn)r2=1040 N，軸向載荷Ka=870 N，試計算其工作壽命。第16章 聯(lián)軸器、離合器和制動器16-1 聯(lián)軸器和離合器的主要功用是什么？有何異同？16-2 常用的聯(lián)軸器和離合器有哪些主要類型？各具有什么特點？16-3 剛性凸緣式聯(lián)軸器如何對中？16-4 萬向聯(lián)軸器有何特點？雙萬向聯(lián)軸器安裝時應(yīng)注意什么問題？16-5 離合器應(yīng)滿足哪些基本要求？16-6 電動機與減速器之間用聯(lián)軸器相聯(lián)，載荷平穩(wěn)，電動機功率P =15 KW，轉(zhuǎn)速n = 960 r/min，兩外伸軸徑d均為35 mm，長度為70 mm。試選擇聯(lián)軸器。16-7試選擇圖示的蝸桿蝸輪減速器與電動機及卷筒之間的聯(lián)軸器。已知電動機的功率P1 = 7.5 KW，轉(zhuǎn)速n = 970 r/min，電動機軸直徑d 1= 42 mm，減速器傳動比i =30，傳動效率 = 0.8，輸出軸直徑d = 60 mm，工作機為輕型起重機。第17章 機械的平衡與調(diào)速17-1 某汽輪機轉(zhuǎn)子質(zhì)量為1000 kg，由于材質(zhì)不均及葉片安裝誤差使質(zhì)心偏離回轉(zhuǎn)軸線0.5 mm，當(dāng)該轉(zhuǎn)子以5000 r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時，其離心慣性力有多大？是自重的幾倍？17-2 圖示盤形回轉(zhuǎn)件上有兩個偏心質(zhì)量。已知m 1= 8 kg，m 2 = 4 kg，r1= 80 mm，r2 = 110 mm，設(shè)所有不平衡質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面上，問應(yīng)在什么方位加多大的平衡質(zhì)徑積，才能達到平衡？