機械設(shè)計基礎(chǔ)(第五版)課后習(xí)題答案(整理版).pdf

機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 第五版第五版 課后習(xí)題答案課后習(xí)題答案 完整版完整版 楊可竺 程光蘊 李仲生主編楊可竺 程光蘊 李仲生主編 高等教育出版社高等教育出版社 1 1 至 1 4 解解 機構(gòu)運動簡圖如下圖所示 圖 1 11 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 解解 1 6 解解 1 7 解解 1 8 解解 1 9 解解 1 10 解解 1 11 解解 1 12 解解 1 13 解解 該導(dǎo)桿機構(gòu)的全部瞬心如圖所示 構(gòu)件 1 3 的角速比為 1 14 解解 該正切機構(gòu)的全部瞬心如圖所示 構(gòu)件 3 的速度為 方 向垂直向上 1 15 解解 要求輪 1 與輪 2 的角速度之比 首先確定輪 1 輪 2 和機架 4 三個構(gòu)件的三個瞬心 即 和 如圖所示 則 輪 2 與輪 1 的轉(zhuǎn)向相反 1 16 解解 1 圖 a 中的構(gòu)件組合的自由度為 自由度為零 為一剛性桁架 所以構(gòu)件之間不能產(chǎn)生相對運 動 2 圖 b 中的 CD 桿是虛約束 去掉與否不影響機構(gòu)的運動 故圖 b 中機構(gòu)的自由度為 所以構(gòu)件之間能產(chǎn)生相對運動 4 5 課后習(xí)題詳解 4 1 解解 分度圓直徑 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 齒槽寬 4 2 解解由 可得模數(shù) 分度圓直徑 4 3 解解 由 得 4 4 解解 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 解解 正常齒制漸開線標(biāo)準直齒圓柱齒輪的齒根圓直徑 基圓直徑 假定 則解 得 故當(dāng)齒數(shù) 時 正常齒制漸開線標(biāo)準直齒圓柱齒輪的基圓大于齒根圓 齒數(shù) 基圓小 于 齒根圓 4 6 解解 中心距 內(nèi)齒輪分度圓直徑 內(nèi)齒輪齒頂圓直徑 內(nèi)齒輪齒根圓直徑 4 7 證明證明 用齒條刀具加工標(biāo)準漸開線直齒圓柱齒輪 不發(fā)生根切的臨界位置是極限點 正好在刀具 的頂線上 此時有關(guān)系 正常齒制標(biāo)準齒輪 代入上式 短齒制標(biāo)準齒輪 代入上式 圖 4 7 題 4 7 解圖 4 8 證明證明 如圖所示 兩點為卡腳與漸開線齒廓的切點 則線段 即為漸開線的法線 根據(jù)漸 開線的特性 漸開線的法線必與基圓相切 切點為 再根據(jù)漸開線的特性 發(fā)生線沿基圓滾過的長度 等于基圓上被滾過的弧長 可知 AC 對于任一漸開線齒輪 基圓齒厚與基圓齒距均為定值 卡尺的位置不影響測量結(jié)果 圖 4 8 題 4 8 圖 圖 4 9 題 4 8 解圖 4 9 解解 模數(shù)相等 壓力角相等的兩個齒輪 分度圓齒厚 相等 但是齒數(shù)多的齒輪分度圓直徑 大 所以基圓直徑就大 根據(jù)漸開線的性質(zhì) 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(shù)多的齒輪與齒數(shù)少的齒輪相比 齒頂圓齒厚和齒根圓齒 厚均為大值 4 10 解解 切制變位齒輪與切制標(biāo)準齒輪用同一把刀具 只是刀具的位置不同 因此 它們的模數(shù) 壓 力角 齒距均分別與刀具相同 從而變位齒輪與標(biāo)準齒輪的分度圓直徑和基圓直徑也相同 故參數(shù) 不變 變位齒輪分度圓不變 但正變位齒輪的齒頂圓和齒根圓增大 且齒厚增大 齒槽寬變窄 因此 變大 變小 嚙合角 與節(jié)圓直徑 是一對齒輪嚙合傳動的范疇 4 11 解解 因 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 齒根圓直徑 4 12 解解 1 若采用標(biāo)準直齒圓柱齒輪 則標(biāo)準中心距應(yīng) 說明采用標(biāo)準直齒圓柱齒輪傳動時 實際中心距大于標(biāo)準中心距 齒輪傳動有齒側(cè)間隙 傳動不 連續(xù) 傳動精度低 產(chǎn)生振動和噪聲 2 采用標(biāo)準斜齒圓柱齒輪傳動時 因 螺旋角 分度圓直徑 節(jié)圓與分度圓重合 4 13 解解 4 14 解解 分度圓錐角 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 外錐距 齒頂角 齒根角 頂錐角 根錐角 當(dāng)量齒數(shù) 4 15 答 答 一對直齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是 兩齒輪的模數(shù)和壓力角必須分別相等 即 一對斜齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是 兩齒輪的模數(shù)和壓力角分別相等 螺旋角大小相等 方向 相反 外嚙合 即 一對直齒圓錐齒輪正確嚙合的條件是 兩齒輪的大端模數(shù)和壓力角分別相等 即 11 1 解解 1 由公式可知 輪齒的工作應(yīng)力不變 則 則 若 該齒輪傳動能傳遞的功率 11 2 解解 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 當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時 轉(zhuǎn)矩和功率可提高 69 11 3 解解 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 210 230HBS 取 220HBS 大齒輪 ZG270 500 正火硬 度 140 170HBS 取 155HBS 查教材圖 11 7 查教材圖 11 10 查教材表 11 4 取 故 2 驗算接觸強度 驗算公式為 其中 小齒輪轉(zhuǎn)矩 載荷系數(shù) 查教材表 11 3 得 齒寬 中心距 齒數(shù)比 則 能滿足接觸強度 3 驗算彎曲強度 驗算公式 其中 齒形系數(shù) 查教材圖 11 9 得 則 滿足彎曲強度 11 4 解解 開式齒輪傳動的主要失效形式是磨損 目前的設(shè)計方法是按彎曲強度設(shè)計 并將許用應(yīng)力 降低以彌補磨損對齒輪的影響 1 許用彎曲應(yīng)力 查教材表 11 1 小齒輪 45 鋼調(diào)質(zhì)硬度 210 230HBS 取 220HBS 大齒輪 45 鋼正火硬度 170 210HBS 取 190HBS 查教材圖 11 10 得 查教材表 11 4 并將許用應(yīng)用降低 30 故 2 其彎曲強度設(shè)計公式 其中 小齒輪轉(zhuǎn)矩 載荷系數(shù) 查教材表 11 3 得 取齒寬系數(shù) 齒數(shù) 取 齒數(shù)比 齒形系數(shù) 查教材圖 11 9 得 因 故將 代入設(shè)計公式 因此 取模數(shù) 中心距 齒寬 11 5 解解 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 52 56HRC 取 54HRC 查教材圖 11 10 得 查材料圖 11 7 得 查教材表 11 4 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 載荷系數(shù) 查教材表 11 3 得 取齒寬系數(shù) 齒數(shù) 取 齒數(shù)比 齒形系數(shù) 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 因此 取模數(shù) 3 驗算接觸強度 驗算公式 其中 中心距 齒寬 取 滿足接觸強度 11 6 解解 斜齒圓柱齒輪的齒數(shù)與其當(dāng)量齒數(shù) 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) 11 7 解解 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 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(dāng)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(zhuǎn)動中心 圓向力 的方向與其運動方向相反 圖 11 3 題 11 8 解圖 11 9 解解 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 分度圓直徑 軸向力 要使軸向力互相抵消 則 33 俄 即 11 10 解解 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 240 280HBS 取 260HBS 大齒輪 35SiMn 調(diào)質(zhì)硬度 200 260HBS 取 230HBS 查教材圖 11 7 查教材圖 11 10 查教材表 11 4 取 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) 查教材表 11 3 得 齒寬 中心距 齒數(shù)比 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) 齒形系數(shù) 查教材圖 11 9 得 滿足彎曲強度 11 11 解解 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 240 280HBS 取 260HBS 大齒輪 45 鋼調(diào)質(zhì)硬度 210 230HBS 取 220HBS 查教材圖 11 7 查教材圖 11 10 查教材表 11 4 取 故 2 按接觸強度設(shè)計 其設(shè)計公式 其中 小齒輪轉(zhuǎn)矩 載荷系數(shù) 查教材表 11 3 得 齒寬系數(shù) 取 中心距 齒數(shù)比 將許用應(yīng)力較小者 代入設(shè)計公式 則 取中心距 初選螺旋角 大齒輪齒數(shù) 取 齒數(shù)比 模數(shù) 取 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) 齒形系數(shù) 查教材圖 11 9 得 滿足彎曲強度 11 12 解解 由題圖可知 高速級傳動比 低速級傳動比 輸入軸的轉(zhuǎn)矩 中間軸轉(zhuǎn)矩 輸出軸轉(zhuǎn)矩 11 13 解解 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 52 56HRC 取 54HRC 查教材圖 11 7 查教材圖 11 10 查教材表 11 4 取 故 2 按彎曲強度設(shè)計 其設(shè)計公式 其中 小齒輪轉(zhuǎn)矩 載荷系數(shù) 查教材表 11 3 得 齒寬系數(shù) 取 大齒輪齒數(shù) 取 齒數(shù)比 分度圓錐角 小齒輪當(dāng)量齒數(shù) 大齒輪當(dāng)量齒數(shù) 齒形系數(shù) 查教材圖 11 9 得 則平均模數(shù) 大端模數(shù) 取 3 校核其接觸強度 驗算公式 其中 分度圓直徑 錐距 齒寬 取 則 滿足接觸強度 11 14 解解 開式齒輪傳動只需驗算其彎曲強度 1 許用彎曲應(yīng)力 查教材表 11 1 小齒輪 45 鋼調(diào)質(zhì)硬度 210 230HBS 取 220HBS 大齒輪 ZG310 570 正火硬度 160 200HBS 取 190HBS 查教材圖 11 10 查教材表 11 4 取 故 2 校核彎曲強度 驗算公式 其中 小齒輪轉(zhuǎn)矩 載荷系數(shù) 查教材表 11 3 得 分度圓錐角 小齒輪當(dāng)量齒數(shù) 大齒輪當(dāng)量齒數(shù) 齒形系數(shù) 查教材圖 11 9 得 分度圓直徑 錐距 齒寬系數(shù) 平均模數(shù) 則 滿足彎曲強度 11 15 解解 1 圓錐齒輪 2 的相關(guān)參數(shù) 分度圓直徑 分度圓錐角 平均直徑 軸向力 2 斜齒輪 3 相關(guān)參數(shù) 分度圓直徑 軸向力 3 相互關(guān)系 因 得 4 由題圖可知 圓錐齒輪 2 的軸向力 指向大端 方向向下 斜齒輪 3 的軸向力 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 圖 11 6 題 11 16 解圖 11 16 解解 見題 11 16 解圖 徑向力總是指向其轉(zhuǎn)動中心 對于錐齒輪 2 圓周力與其轉(zhuǎn)動方向相同 對于斜齒輪 3 與其圓周力方向相反 13 1 解解 1 2 2879 13mm 3 不考慮帶的彈性滑動時 4 滑動率 時 13 2 解 解 1 2 3 13 3 解解 由圖 可知 圖 13 6 題 13 3 解圖 13 4 解解 1 2 由教材表 13 2 得 1400mm 3 13 5 解解 由教材表 13 6 得 由教材表 13 4 得 0 17kW 由教材表 13 3 得 1 92 kW 由教材表 13 2 得 由教材表 13 5 得 取 z 3 13 6 解解 由教材表 13 6 得 由圖 13 15 得選用 A 型帶 由教材表 13 3 得 選 初選 取 1979 03mm 由教材表 13 2 得 2000mm 由教材表 13 3 得 1 92 kW 由教材表 13 4 得 0 17kW 由教材表 13 2 得 由教材表 13 5 得 取 z 4 13 7 解解 選用 A 型帶時 由教材表 13 7 得 依據(jù)例 13 2 可知 2240mm a 757mm i 2 3 由教材表 13 3 得 2 28 kW 由教材表 13 4 得 0 17kW 由教材表 13 2 得 取 z 5 由此可見 選用截面小的 A 型帶較截面大的 B 型帶 單根帶的承載能力減小 所需帶的根數(shù)增多 13 8 解略 13 9 解解 由教材表 13 9 得 p 15 875mm 滾子外徑 15 875 0 54 cot 113 90mm 15 875 0 54 cot 276 08mm 493 43mm 13 10 解解 1 由圖 13 33 得 查教材表 13 11 得 取 由式 13 18 得 P 2 由圖 13 33 得可能出現(xiàn)鏈板疲勞破壞 3 由圖 13 34 查得可用滴油潤滑 13 11 解解 1 鏈輪齒數(shù) 假定 由教材表 13 10 取 選 實際傳動比 鏈輪節(jié)數(shù) 初選中心距 取 由教材表 13 13 查得 取 估計此鏈傳動工作位于圖 13 33 所示曲線的左側(cè) 由教材表 13 11 得 采用單排鏈 由教材圖 13 33 得當(dāng) 960r min 時 08A 鏈條能傳遞的功率 滿足要求 節(jié)距 p 12 7mm 4 實際中心距 5 驗算鏈速 由式 13 19 得 符合原來假定 13 12 解解 1 鏈速 v 由教材表 13 9 得 10A 型滾子鏈 其鏈節(jié)距 p 15 875mm 每米質(zhì)量 q 1kg m 極限拉伸載荷 單 排 Q 21800N 速度 故應(yīng)驗算靜強度 2 緊邊拉力 離心拉力 由于是水平傳動 K y 7 則懸垂拉力 緊邊拉力 根據(jù)式 13 19 可得所需極限拉伸載荷 所以選用 10A 型鏈不合適 14 1 解解 I 為傳動軸 II IV 為轉(zhuǎn)軸 III 為心軸 14 2 解解 圓整后取 d 37 mm 14 3 解解 14 4 解解 按彎扭合成強度計算 即 代入數(shù)值計算得 14 5 解解 這兩個軸都是心軸 只承受彎矩 兩種設(shè)計的簡化圖如下 圖 14 5 題 14 5 解圖 圖 14 6 a 中 因為是心軸 故 查相關(guān)手冊得 則 考慮到鍵槽對軸的削弱 直徑再擴大 4 得 圖 14 6 b 中 14 6 解解 故 14 7 解解 由題可知 若不計齒輪嚙合及軸承摩擦的功率損失 則 i 設(shè) 則 14 8 解解 1 計算中間軸上的齒輪受力 中間軸所受轉(zhuǎn)矩為 圖 14 8 題 14 8 解圖 2 軸的空間受力情況如圖 14 8 a 所示 3 垂直面受力簡圖如圖 14 8 b 所示 垂直面的彎矩圖如圖 14 8 c 所示 4 水平面受力簡圖如圖 14 8 d 所示 水平面的彎矩圖如圖 14 8 e 所示 B 點左邊的彎矩為 B 點右邊的彎矩為 C 點右邊的彎矩為 C 點 左 邊的彎矩為 5 B 點和 C 點處的合成最大彎矩為 6 轉(zhuǎn)矩圖如圖 14 8 f 所示 其中 7 可看出 B 截面為危險截面 取 則危險截面的當(dāng)量彎矩為 查表得 則按彎扭合成強度計算軸 II 的直徑為 考慮鍵槽對軸的削弱 對軸直徑加粗 4 后為 14 9 解解 該題求解過程類似于題 14 8 在此略 14 10 解解 鋼的切變模量 按扭轉(zhuǎn)剛度要求計算 應(yīng)使 即 14 11 解解 1 求該空心軸的內(nèi)徑 空心軸的抗扭截面模量 實心軸的抗扭截面模量 令 即 解得 圓整后取 2 計算減輕重量的百分率 實心軸質(zhì)量 密度 體積 空心軸質(zhì)量 空心軸減輕重量的百分率為 42 12 16 1 解解 由手冊查得 6005 深溝球軸承 窄寬度 特輕系列 內(nèi)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(nèi)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 窄寬度 輕系列 內(nèi)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(nèi)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 解解 室溫下工作 載荷平穩(wěn) 球軸承 查教材附表 1 1 當(dāng)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(dāng)量動載荷 時 16 3 解解 室溫下工作 載荷平穩(wěn) 球軸承 當(dāng)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 解解 1 計算當(dāng)量動載荷 查手冊 6313 的 查教材表 16 12 并插值可得 所以 當(dāng)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 5 解解 選擇軸承型號 查教材表 16 9 工作溫度 125 時 載荷平穩(wěn) 選用球軸承時 查教材附表 1 根據(jù) 和軸頸 可選用球軸承 6408 基本額定動載荷 選用滾子軸承時 查教材附表 1 根據(jù) 和軸頸 可選用圓柱滾子軸承 N208 基本額定動載荷 2 滾子軸承的載承能