機械設計基礎習題解答6-15

第六章齒輪傳動思考題和練習題6-1漸開線齒輪具有哪些嚙合特點?解：能滿足定傳動比傳動的要求，具有可分性，漸開線齒廓之間的正壓力方位不變。6-2什么是節(jié)圓？什么是分度圓？二者有什么區(qū)別？解：節(jié)圓是一對齒輪嚙合時，以輪心為圓心，過節(jié)點所做的圓，即節(jié)點在齒輪上所走的軌跡圓；分度圓那么是為了便于計算齒輪各局部的尺寸，在介于齒頂圓和齒根圓之間，人為定義的一個基準圓。每個齒輪都有自己的分度圓，且大小是確定不變的；而節(jié)圓是對一對相嚙合的齒輪而言的，節(jié)圓的大小隨中心距的變化而變化。6-3漸開線齒輪的五個根本參數(shù)是什么？解：模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)。6-4標準齒輪傳動的實際中心距大于標準中心距時，以下參數(shù)：分度圓半徑、節(jié)圓半徑、基圓半徑、分度圓壓力角、頂隙等哪些發(fā)生了變化？哪些不變？解：節(jié)圓半徑、頂隙變大，分度圓半徑、基圓半徑、分度圓壓力角不變。6-5一對直齒圓柱齒輪的傳動比，中心距a=100mm，模數(shù)m=2mm。試計算這對齒輪的幾何尺寸。解：，a=100mm，m=2mm，，，mm，mmmm，mm。6-6相比直齒圓柱齒輪，平行軸斜齒圓柱齒輪有哪些特點？解：一對斜齒圓柱齒輪嚙合傳動時，其輪齒間的接觸線是傾斜的，齒面接觸是由一個點開始，逐漸增至一條最長的線，再由最長的接觸線減短至一個點而后退出嚙合的。因此，相比直齒圓柱齒輪，斜齒圓柱齒輪傳動平穩(wěn)，沖擊和噪聲較小，又由于同時嚙合的齒對數(shù)多〔重合度大〕，故承載能力也高。但斜齒輪存在派生的軸向力。6-7齒輪的輪齒切制方法有哪些？各有什么特點？解：齒輪可以通過壓鑄、熱扎、冷扎、粉末冶金、沖壓等的無屑加工方法和切削等方法來加工，其中切削加工方法具有良好的加工精度，是目前齒形加工的主要方法。切削加工方法按加工原理可分為仿形法和展成分兩種。仿形法的特點是所用刀具的切削刃形狀與被切齒輪輪槽的形狀相同。有：用齒輪銑刀在銑床上銑齒、用成形砂輪磨齒、用齒輪拉刀拉齒等方法。展成法是利用一對齒輪相互嚙合時，其共軛齒廓互為包絡線的原理來進行加工的。如果把其中一個齒輪做成刀具，使其與被加工齒輪的輪坯按要求的傳動比對滾〔稱其為展成運動〕，就可以在被加工齒輪的輪坯上加工出與刀具齒形共軛的齒廓。用這種方法加工齒數(shù)不同的齒輪，只要模數(shù)和齒形角相同，都可以用同一把刀具來加工。用展成原理加工齒形的方法有：滾齒、插齒、剃齒、珩齒和磨齒等方法。其中剃齒、珩齒和磨齒屬于齒形的精加工方法。展成法的加工精度和生產(chǎn)率都較高，刀具通用性好，所以在生產(chǎn)中應用十分廣泛。6-8模數(shù)和齒數(shù)相同的變位齒輪與標準齒輪相比，哪些參數(shù)發(fā)生了變化？哪些參數(shù)沒有變化？解：模數(shù)、齒數(shù)、分度圓壓力角、基圓直徑、分度圓直徑、齒距等都沒有發(fā)生變化；齒厚、齒槽寬、齒頂高和齒根高等發(fā)生了變化，而且變位齒輪的齒廓曲線用的是與標準齒輪同一基圓上的漸開線的不同區(qū)段。6-9一對標準圓柱齒輪傳動，大小齒輪的齒面接觸疲勞強度是否相等？齒根彎曲疲勞強度是否相等？為什么？解：大小齒輪的齒面接觸疲勞強度相等，因為大小齒輪接觸應力是作用力與反作用力的關(guān)系；齒根彎曲疲勞強度不相等，因為兩齒輪輪齒的齒根厚度不同。6-10什么是斜齒輪、錐齒輪的當量齒輪？寫出其當量齒數(shù)的計算公式。為什么要提出當量齒輪的概念？解：虛擬一個直齒輪，這個直齒輪的齒形與斜齒輪的法面齒形相當〔對于錐齒輪，與大端背錐上的齒形相當〕。把虛擬的這個直齒輪稱為該斜齒輪的當量齒輪。當量齒輪所具有的齒數(shù)稱為該齒輪的當量齒數(shù)，對于斜齒輪，對于錐齒輪。提出當量齒輪的概念，一方面是齒輪加工時按當量齒輪來選刀具，另一方面是為了設計方便，即設計斜齒輪、錐齒輪時，都將其“折合”成直齒輪〔當量齒輪〕來設計。題6-13圖6-11如下圖為一雙級斜齒輪傳動。齒輪1轉(zhuǎn)向和螺旋方向如下圖，為了使軸Ⅱ上兩齒輪的軸向力方向相反，試確定各齒輪的螺旋線方向，并在嚙合點處齒輪各分力的方向。題6-13圖題6-11圖題6-11圖6-12蝸桿傳動的特點是什么？為什么蝸桿傳動要比齒輪傳動效率低的多？解：蝸桿傳動具有傳動比大、工作平穩(wěn)、噪聲小和反行程可自鎖等優(yōu)點。其主要缺點是嚙合齒面間有較大的相對滑動速度，容易引起磨損和膠合。蝸桿傳動比齒輪傳動效率低的多的原因也是嚙合齒面間有較大的相對滑動速度，相對滑動不僅徑向上有，齒向上也有，而且更大。6-13圖示蝸桿傳動中，蝸桿均為主動件。試在圖中標出未注明的蝸桿或蝸輪的轉(zhuǎn)向及螺旋線方向，并在嚙合點處畫出蝸桿和蝸輪各分力的方向。題6-11解題6-13解第七章輪系和減速器思考題和練習題7-1在什么情況下要考慮采用輪系？輪系有哪些功用？試舉例說明。解：一對齒輪傳動的傳動比有限，不能過大。為了在一臺機器上獲得很大的傳動比，或是獲得不同轉(zhuǎn)速，就要采用一系列的齒輪組成輪系。輪系功用有：〔1〕獲得大的傳動比；〔2〕實現(xiàn)變速、變向傳動；〔3〕實現(xiàn)運動的合成和分解；〔4〕實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的大功率傳動。例子見教材。7-2定軸輪系與周轉(zhuǎn)輪系有什么區(qū)別？行星輪系與差動輪系的區(qū)別是什么？解：定軸輪系中各輪幾何軸線的位置相對于機架是固定不動的。輪系在運轉(zhuǎn)過程中，假設其中至少有一個齒輪的幾何軸線位置相對于機架不固定，而是繞著其他齒輪的固定幾何軸線回轉(zhuǎn)的，稱為周轉(zhuǎn)輪系。行星輪系是單自由度的軸轉(zhuǎn)輪系，而差動輪系是兩自由度的軸轉(zhuǎn)輪系。實際上看一個周轉(zhuǎn)輪系是行星輪系還是差動輪系，只要看有無中心輪被固定為機架，假設有中心輪被固定為機架，那么為行星輪系，假設中心輪都是可動的，那么為軸轉(zhuǎn)輪系。7-3什么是轉(zhuǎn)化輪系？引入轉(zhuǎn)化輪系的目的是什么？解：通過在整個周轉(zhuǎn)輪系上加上一個與行星架H旋轉(zhuǎn)方向相反的相同大小的角速度nH，把周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化成假想的“定軸輪系”，并稱其為原周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化輪系。因為轉(zhuǎn)化輪系是“定軸輪系”，故可利用定軸輪系傳動比的計算方法，求得轉(zhuǎn)化輪系中各輪之間的傳動比關(guān)系，從而導出原周轉(zhuǎn)輪系的傳動比。7-4如何確定輪系的轉(zhuǎn)向關(guān)系？解：定軸輪系的轉(zhuǎn)向關(guān)系是用畫箭頭的方法來確定，周轉(zhuǎn)輪系、復合輪系的轉(zhuǎn)向關(guān)系是計算出來的，傳動比前“+”號為方向相同，“—”號為方向相反。7-5如何把復合輪系分解為簡單的輪系？解：劃分輪系關(guān)鍵是把復合輪系中的周轉(zhuǎn)輪系劃分出來，一個行星架好似一個周轉(zhuǎn)輪系的“家長”，連同其上的行星輪及與行星輪嚙合的中心輪同屬一個周轉(zhuǎn)輪系。定軸輪系局部，一定是每對相嚙合的齒輪的軸線都是固定不動的。7-6在題7-6圖的滾齒機工作臺傳動裝置中，各輪的齒數(shù)如圖中括弧內(nèi)所示。假設被切齒輪為64齒，求傳動比i75。題7-6圖解：，，傳動比7-7題7-7圖示輪系中，1輪轉(zhuǎn)向n1如圖示。各輪齒數(shù)為：Z1=20，Z2=40，Z3=15，Z4=60，Z5=Z6=18，Z7=1〔左旋蝸桿〕Z8=40，Z9=20。假設n1=1000r/min，齒輪9的模數(shù)m=3mm，試求齒條10的速度V10。題7-7圖解：，，7-8如題7-8圖所示為Y38滾齒機差動機構(gòu)的機構(gòu)簡圖，其中行星輪2空套在轉(zhuǎn)臂〔即軸II〕上，軸II和軸III的軸線重合。當銑斜齒圓柱齒輪時，分齒運動從軸I輸入，附加轉(zhuǎn)動從軸II輸人，故軸III的轉(zhuǎn)速〔傳至工作臺〕是兩個運動的合成。z1=z2=z3及輸入轉(zhuǎn)速n1、nII時，求輸出轉(zhuǎn)速nIII。題7-8圖解：，，7-9如題7-9圖示，Z1=30，Z2=20，Z3=120，Z4=2，Z5=50，Z6=20〔m=3mm〕，nl=1450rpm，求齒條7線速度V的大小和方向。題7-9圖題7-10圖解：，，，，，7-10題7-10圖示為錐齒輪組成的周轉(zhuǎn)輪系。Z1=Z2=17，Z2′=30，Z3=45，假設1輪轉(zhuǎn)速n1=200r/min，試求系桿轉(zhuǎn)速nH。解：，，第八章間歇運動機構(gòu)及組合結(jié)構(gòu)思考題及練習題8-1棘輪機構(gòu)除常用來實現(xiàn)間歇運動的功能外，還常用來實現(xiàn)什么功能？解：制動器、單向離合器、超越離合器等。8-2為什么槽輪機構(gòu)的運動系數(shù)k不能大于1？解：因為總要有停歇時間。8-3某自動機的工作臺要求有六個工位，轉(zhuǎn)臺停歇時進行工藝動作，其中最長的一個工序為30秒鐘。現(xiàn)擬采用一槽輪機構(gòu)來完成間歇轉(zhuǎn)位工作，試確定槽輪機構(gòu)主動輪的轉(zhuǎn)速。解：=由得，代入和得那么8-4為什么不完全齒輪機構(gòu)主動輪首、末兩輪齒的齒高一般需要削減？加上瞬心線附加桿后，是否仍需削減？為什么？解：對于不完全齒輪，從動輪起動時，主動輪的第一個齒要繞著主動輪心，以圓弧方向進入從動輪的齒槽，如果是正常齒高，就會與從動輪的后續(xù)輪齒產(chǎn)生干預。類似的情況，當從動輪停止運動時，主動輪的最后一個輪齒還沒有退出嚙合區(qū)域，同樣產(chǎn)生干預現(xiàn)象。因此，為了防止在起動時輪齒發(fā)生干預，和在停止時保證從動輪定位準確，主動輪首末兩齒的齒頂高要適當微降低。加上瞬心線附加桿后，這種干預關(guān)系并沒改變，故仍需削減。8-5棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)及凸輪式間歇運動機構(gòu)均能使執(zhí)行構(gòu)件獲得間歇運動，試從各自的工作特點、運動及動力性能分析它們各自的適用場合。解：棘輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)有剛性沖擊，適合于低速運動的機械；槽輪機構(gòu)有柔性沖擊，適合中等速度的機械；凸輪式間歇運動機構(gòu)可以沒有沖擊，適合高速運動的機械。第九章帶傳動和鏈傳動思考題和練習題9-1什么是帶傳動的彈性滑動和打滑？二者有什么區(qū)別？分別對帶傳動有什么影響？解：帶在工作過程中的緊邊拉力和松邊拉力引起帶的彈性變形導致帶與帶輪間的滑動為帶傳動的彈性滑動，這是帶傳動正常工作時固有的特性。彈性滑動的存在使得摩擦型帶傳動的傳動比必然存在誤差。在正常情況下，帶的彈性滑動只發(fā)生在帶由主、從動輪上離開以前的那一局部接觸弧上，隨著工作載荷的增大，彈性滑動的區(qū)段也將擴大。當彈性滑動區(qū)段擴大到整個接觸弧時，帶傳動的有效拉力即到達最大值。如果工作載荷再進一步增大，那么帶與帶輪間就將發(fā)生顯著的相對滑動，即產(chǎn)生打滑。打滑使得帶傳動失效，這種情況應當防止。但假設機器出現(xiàn)瞬間過載，那么打滑會對機器起到一種保護作用。9-2為什么說帶傳動適合高速傳動？但速度又不能過高，限制高速的因素是什么？解：從帶所能傳遞的功率來看，帶的速度越高，那么有效拉力越小，要求帶的截面尺寸就越小，或者說，同樣有效拉力下，速度越高，那么帶能傳遞的功率就越大。所以說帶傳動適合高速傳動。但速度又不能過高，限制高速的因素是離心拉應力。9-3在V帶傳動設計中，為什么要限制小帶輪的最小基準直徑？解：因為小帶輪的直徑過小，就會使帶的彎曲應力過大。9-4帶傳動的失效形式是什么？其設計準那么如何？計算的主要內(nèi)容是什么？解：帶傳動的失效形式是帶的疲勞破壞和打滑。設計準那么是在保證不打滑的條件下，使帶具有一定的疲勞壽命。計算的主要內(nèi)容是帶的截型、長度、根數(shù)、傳動中心距、帶輪直徑及結(jié)構(gòu)尺寸等。9-5什么是鏈傳動的多邊形效應？它對傳動有什么影響？影響多邊形效應的因素有哪些？解：當主動鏈輪以等角速度回轉(zhuǎn)時，從動鏈輪的角速度將周期性地變動。鏈傳動的這種運動特征，是由于圍繞鏈輪上的鏈條形成了正多邊形這一特點所造成的，故稱為鏈傳動的多邊形效應。對傳動的影響是瞬時傳動比不恒定和產(chǎn)生動載荷。影響多邊形效應的因素有鏈節(jié)距、鏈輪齒數(shù)。9-6試分析鏈輪齒數(shù)過大或過小對鏈傳動有何影響？解：小鏈輪齒數(shù)對鏈傳動的平穩(wěn)性和使用壽命有較大的影響，齒數(shù)少可減小外廓尺寸，但圓周力增大，多邊形效應顯著，傳動的不均勻性和動載荷增大，鏈條鉸鏈磨損加劇。鏈輪齒數(shù)過大，越容易發(fā)生跳齒和脫鏈現(xiàn)象。9-7鏈傳動和帶傳動相比擬，各有何優(yōu)缺點？分別適用于什么場合？解：與帶傳動相比，鏈傳動沒有彈性滑動和打滑，能保證準確的平均傳動比；需要的張緊力?。唤Y(jié)構(gòu)緊湊。鏈傳動的主要缺點是：只能用于兩平行軸之間的傳動，并且不能用于載荷變化大或急速反轉(zhuǎn)的場合；不能保證恒定的瞬時傳動比；鏈節(jié)容易磨損，使鏈條伸長，從而容易產(chǎn)生跳鏈甚至脫鏈；工作中有沖擊、噪聲，并且隨速度增大而增大，故鏈傳動一般用于低速傳動。帶傳動主要用于高速時的遠距離傳動，鏈傳動用于不易采用帶傳動或齒輪傳動的場合。9-8滾子鏈由哪幾種零件組成？哪些零件之間為過盈配合？哪些零件之間為間歇配合？解：滾子鏈由滾子、套筒、銷軸、內(nèi)鏈板和外鏈板組成。內(nèi)鏈板與套筒之間、外鏈板與銷軸之間分別采用過盈連接；套筒和銷軸之間、套筒和滾子之間、內(nèi)鏈板和外鏈板之間均有間隙，可以相對運動。套筒和銷軸組成的鉸鏈可實現(xiàn)相鄰鏈節(jié)之間的彎曲。滾子是活套在套筒上，有間隙。9-9鏈傳動有哪些失效形式？通常發(fā)生在什么工況下？解：鏈傳動中兩邊鏈條的拉力也不相等，在變應力的作用下，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)后，鏈板將會發(fā)生疲勞斷裂，滾子和套筒外表也會在接觸變應力的作用下產(chǎn)生疲勞點蝕。由于組成鉸鏈的銷軸與套筒間承受較大的壓力，同時傳動時相對擺動，故將導致鉸鏈磨損。當速度過高而又潤滑不當時，銷軸與套筒接觸面上壓力增大且瞬時溫度過高，接觸面上的潤滑油膜將被破壞，導致某些接觸點熔焊在一起，然后又被撕裂，形成膠合破壞。低速的鏈條過載，并超過了鏈條靜力強度的情況下，鏈條就會被拉斷。9-10鏈傳動發(fā)生脫鏈和跳齒的主要原因有哪些？假設只考慮鏈條鉸鏈的磨損跳齒和脫鏈通常會發(fā)生在哪個鏈輪上？為什么？解：兩鏈輪不共面、鏈條鉸鏈磨損、鏈條垂度過大等。假設只考慮鏈條鉸鏈的磨損跳齒和脫鏈通常會發(fā)生在大鏈輪上，因為一定時，齒數(shù)越多，節(jié)圓外移量越大，也就越容易發(fā)生跳齒和脫鏈現(xiàn)象。9-11鏈傳動有哪些潤滑方式？設計時應如何選用？解：人工定期潤滑、滴油潤滑、浸油或飛濺潤滑、壓力噴油潤滑。隨著鏈速、鏈節(jié)節(jié)距的增大，依次選擇以上潤滑方式。第十章機械連接思考題和練習題10-1螺紋主要有哪幾種類型？根據(jù)什么選用螺紋類型？解：傳動螺紋和連接螺紋。傳動螺紋主要有矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋；連接螺紋主要有普通螺紋和管螺紋，前者多用于緊固連接，后者用于緊密連接。主要根據(jù)用途來選用螺紋類型。10-2螺紋的主要參數(shù)有哪些？螺距和導程有什么區(qū)別？如何判斷螺紋的線數(shù)和旋向？解：螺紋的主要參數(shù)有大徑〔公稱直徑〕、螺距、導程、線數(shù)等。螺距是相鄰兩螺紋牙的軸向尺寸；導程是同一螺紋轉(zhuǎn)一周所走的軸向距離，大小等于螺距乘線數(shù)。線數(shù)根據(jù)同一螺紋轉(zhuǎn)一圈所走的螺距數(shù)來判斷，旋向根據(jù)左右手法那么來判斷，四個指指向旋轉(zhuǎn)方向，假設拇指正好指向螺紋前進方向，符合哪個手，就是那個旋向。10-3螺栓、雙頭螺柱、螺釘、緊定螺釘?shù)姆謩e應用于什么場合？解：普通螺栓連接用于連接兩個被連接件，既可承受軸向載荷，也可承受橫向載荷。螺栓與孔壁之間有間隙，故無定位作用，靠結(jié)合面間摩擦承受橫向載荷，應用最廣泛。鉸制孔螺栓連接承受橫向載荷的兩個被連接件，靠螺栓光桿局部與孔壁之間相互擠壓來承受橫向載荷，承載能力大，并有定位作用，用螺栓桿承受橫向載荷或者固定被連接件的相對位置的場合。雙頭螺柱、螺釘連接都是用于其中一個被連接件過厚不便加工成通孔的情況，其中雙頭螺柱用于需要經(jīng)常拆卸的場合，螺釘用于不需經(jīng)常拆卸的場合。緊定螺釘多用于固定軸上的零件，傳遞不大的載荷。10-4螺紋連接防松的本質(zhì)是什么？螺紋防松主要有哪幾種方法？解：螺紋連接防松的本質(zhì)就是防止螺紋副的相對運動。按照工作原理來分，螺紋防松有摩擦防松〔如對頂螺母、彈簧墊圈)、機械防松(如槽形螺母和開口銷、止動墊片、螺母和帶翅墊片)、破壞性防松以及粘合法防松等多種方法。10-5受拉螺栓的松連接和緊連接有何區(qū)別？設計計算公式是否相同？解：松連接不預緊，緊連接要預緊。設計計算公式不同，松連接只有拉應力，而緊連接還要記入扭轉(zhuǎn)剪應力。10-6什么情況下使用鉸制孔用螺栓？解：常用于承受較大橫向載荷或需要同時起定位作用的場合。10-7在受拉伸螺栓連接強度計算中，總載荷是否等于預緊力與拉伸工作載荷之和？解：總載荷不等于預緊力與拉伸工作載荷之和，因為加上外載荷后預緊力會減小。根據(jù)力的平衡，總載荷應等于剩余預緊力與拉伸工作載荷之和。10-8影響螺栓聯(lián)強度的主要因素有哪些？可以采用哪些措施提高螺栓連接強度？解：應力幅值、應力集中、螺栓工藝等。提高螺栓連接強度措施主要有：減小螺栓剛度增大被連接件剛度以減小應力幅值；從結(jié)構(gòu)或工藝上采取措施以減少或防止附加應力；從結(jié)構(gòu)上采取措施以減小應力集中；從工藝上采取措施〔如搓絲、滾絲等塑性加工工藝〕以提高螺栓疲勞強度等方法。10-9什么是鉚釘連接？解：鉚釘連接是將鉚釘穿過被連接件的預制孔經(jīng)鉚合后形成的不可拆卸連接。10-10機械制造中常見的焊接方式有幾種？都有哪些焊縫形式？焊接接頭有哪些形式？解：常用的焊接方法有電弧焊、氣焊和電渣焊等，常用的焊縫形式有對接焊縫和填角焊縫。焊接接頭有平頭型〔當被焊接件厚度不大時〕、各種形式的預制坡口〔當被連接件厚度較大時〕。10-11膠接接頭主要有哪幾種型式？常用的膠接粘劑有哪些？解：膠接接頭的根本形式有對接、搭接和正交。常用的膠粘劑有酚醛乙烯、聚氨脂、環(huán)氧樹脂等。10-12什么是過盈連接？解：過盈連接是利用零件間的過盈配合來到達連接的目的，靠配合面之間的摩擦來傳遞載荷，其配合面大多為圓柱面，如軸類零件和輪轂之間的連接等。10-13鉚接、焊接和膠接各有什么特點？分別適用于什么場合？解：鉚接的工藝簡單、耐沖擊、連接牢固可靠，但結(jié)構(gòu)較笨重，被連接件上有釘孔使其強度削弱，鉚接時噪聲很大。目前，鉚接主要用于橋梁、造船、重型機械及飛機制造等部門。焊接強度高、工藝簡單、重量輕，在單件生產(chǎn)、新產(chǎn)品試制及復雜零件結(jié)構(gòu)情況下，采用焊接替代鑄造，可以提高生產(chǎn)效率，減少本錢。但焊接后常常有剩余應力和變形存在，不能承受嚴重的沖擊和振動。膠接工藝簡單、便于不同材料及極薄金屬間的連接，膠接的重量輕、耐腐蝕、密封性能好；但是，膠接接頭一般不宜在高溫及沖擊、振動條件下工作，膠接劑對膠接外表的清潔度有較高要求，結(jié)合速度慢，膠接的可靠性和穩(wěn)定性易受環(huán)境影響。10-14常用的連接有哪些類型？它們各有哪些優(yōu)缺點？各適用于什么場合？解：機械連接可分為兩類：1〕可拆連接，用于需拆裝的場合，拆裝時無需損傷連接中的任何零件，且其工作能力不遭破壞。屬這類連接的有螺紋連接、鍵連接、銷連接及型面連接等。2〕不可拆連接，用于不拆卸的場合，拆卸時至少會損壞連接中的一個零件。如鉚釘連接、焊接、膠接等均屬這類連接。10-15分析普通螺紋、管螺紋的特點，并舉例說明它們的應用。解：普通螺紋有獨立的連接件〔如螺栓、螺母等〕，用其來連接被連接件；而管螺紋是連接管子的，一般直接在被連接的管子上直接做出內(nèi)外螺紋。10-16為什么大多數(shù)螺紋連接必須預緊？預緊后，螺栓和被連接件各受到什么載荷？解：為了保證螺紋連接的可靠性或被連接件的氣密性，在安裝時必須把螺母或螺釘擰緊。預緊后，螺栓受拉，被連接件受壓。10-17普通螺栓連接和鉸制孔螺栓連接在結(jié)構(gòu)、承載原理上各有什么特點？解：普通螺栓連接用于連接兩個被連接件，既可承受軸向載荷，也可承受橫向載荷。螺栓與孔壁之間有間隙，故無定位作用，靠結(jié)合面間摩擦承受橫向載荷，應用最廣泛。鉸制孔螺栓連接承受橫向載荷的兩個被連接件，靠螺栓光桿局部與孔壁之間相互擠壓來承受橫向載荷，承載能力大，并有定位作用。10-18在螺紋連接中，為什么要采用防松裝置？解：連接螺紋滿足自鎖條件，按說不會自行松脫。但在沖擊、振動和變載荷作用下，螺紋間的摩擦力可能瞬時消失，連接有可能松脫。當溫度變化較大時，由于熱變形等原因，也可能發(fā)生螺紋的松脫現(xiàn)象。為了保證連接的可靠性和平安，必須在設計時考慮螺紋連接的防松問題。10-19鍵連接有哪些類型？解：鍵連接的主要類型有：平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接和切向鍵連接。10-20平鍵連接與楔鍵連接在結(jié)構(gòu)和使用性能上有什么不同？解：平鍵連接中鍵與鍵槽底部有間隙，故軸與輪轂的對中性好，而楔鍵與鍵槽底面楔緊，必然使軸與輪轂軸線產(chǎn)生偏斜。10-21花鍵連接與平鍵連接相比有哪些優(yōu)缺點？解：與平鍵連接相比，花鍵連接的導向性好，齒根處的應力集中較小，適用于傳遞載荷大、定心精度要求高或者經(jīng)常需要滑移的連接。但花鍵制造本錢高。10-22銷的根本類型及其功用有哪些？解：圓柱銷、圓錐銷和槽銷等,其功用有定位、連接和平安保護。10-23型面連接有何特點？ 解：型面連接應力集中小，能傳遞大扭矩，裝拆方便，但是加工工藝復雜，需要專用設備。10-24試比擬鉚接、焊接、膠接的特點及其應用。解：鉚接的工藝簡單、耐沖擊、連接牢固可靠，但結(jié)構(gòu)較笨重，被連接件上有釘孔使其強度削弱；焊接強度高、工藝簡單、重量輕，但焊接后常常有剩余應力和變形存在，不能承受嚴重的沖擊和振動；膠接工藝簡單、便于不同材料及極薄金屬間的連接，膠接的重量輕、耐腐蝕、密封性能好；但是，膠接接頭一般不宜在高溫及沖擊、振動條件下工作，膠接劑對膠接外表的清潔度有較高要求，結(jié)合速度慢，膠接的可靠性和穩(wěn)定性易受環(huán)境影響。10-25一齒輪裝在軸上，采用A型普通平鍵連接。齒輪、軸、鍵均用45鋼，軸徑d=80mm，輪轂長度L=150mm，傳遞傳矩T=2000N·解：d=80,,L=150，,,，MPa平鍵標記：鍵A22X14GB/T—1096—79，鍵長L=150mm，MPa，10-26題10-26圖所示剛性聯(lián)軸器用螺栓連接，螺栓性能等級為8.8，聯(lián)軸器材料為鑄鐵〔HT250〕，假設傳遞載荷T=1500N.m。1)采用4個M16的鉸制孔用螺栓，螺栓光桿處的直徑ds=17mm，受壓的最小軸向長度=14mm，試校核其連接強度；2)假設采用M16的普通螺栓連接，當接合面間摩擦因數(shù)f=0.15，安裝時不控制預緊力，試確定所需螺栓數(shù)目〔取偶數(shù)〕。題10-26圖解：，MPa，1〕MPa，MPaMPa，MPa滿足連接強度。2〕mm，MPa，，〔取，，N6.8，取z=8。10-27一鋼制液壓油缸，缸內(nèi)油壓p=4MPa，油缸內(nèi)徑D=160mm〔圖10-7〕，沿凸緣圓周均布8個螺栓，裝配時控制預緊力。試確定螺栓直徑。解：N，，，S=1.35，，，，螺栓直徑mm。10-28試為題10-26圖所示聯(lián)軸器選擇平鍵連接的尺寸并校核其強度。解：，L=108，，，MPa，MPa，強度缺乏。10-29一鋼制齒輪與軸采用靜連接，軸徑d=100mm，齒輪輪轂寬度為180mm，工作時有輕微沖擊。試確定普通平鍵連接尺寸，并計算其能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩。解：鍵A28X16GB/T—1096—79，鍵長L=176mm，l=L-b=160，k=h/2=8，MPa，，第十一章軸承思考題和練習題11-1滑動軸承的摩擦狀況有哪幾種？它們有何本質(zhì)差異？解：分為四種：干摩擦狀態(tài)，當兩相對運動外表之間無任何介質(zhì)時，兩摩擦外表直接接觸，摩擦因數(shù)大，兩外表的磨損快，摩擦功率損耗也較大；邊界摩擦狀態(tài)，兩摩擦外表上吸附有一層極薄的潤滑介質(zhì)薄膜，兩摩擦外表被薄膜隔開，但在載荷作用下，有局部外表上的凸峰會刺破薄膜而形成直接接觸，因此這種狀態(tài)下摩擦因數(shù)和磨損都比擬大；液體摩擦狀態(tài)，當兩外表之間存在液體介質(zhì)，同時液體介質(zhì)的厚度足以將兩外表完全隔開，在這種狀態(tài)下，兩外表之間的摩擦完全來自液體介質(zhì)內(nèi)部，摩擦因數(shù)很小，磨損幾乎為零；混合摩擦狀態(tài)，當兩外表之間液體介質(zhì)的厚度較小，使兩摩擦外表之間一些地方形成液體摩擦，而在另一地方形成邊界摩擦?；瑒虞S承的摩擦狀況本質(zhì)差異在于摩擦系數(shù)和磨損不同。11-2徑向滑動軸承的主要結(jié)構(gòu)形式有哪幾種？各有何特點？解：有整體式、剖分式和調(diào)心式。整體式滑動軸承具有結(jié)構(gòu)簡單、本錢低、剛度大等優(yōu)點，但在裝拆時需要軸承或軸作較大的軸向移動，故裝拆不便。而且當軸頸與軸瓦磨損后，無法調(diào)整其間的間隙。剖分式軸承裝拆方便，且通過調(diào)整墊片的厚薄，可以調(diào)整軸瓦和軸頸間的間隙，以補償磨損造成的間隙增大。調(diào)心式軸承軸瓦外外表為球面，起調(diào)心作用，以適應軸的偏斜。11-3非液體摩擦滑動軸承的主要失效形式是什么，試從下面選擇正確解案？(a)點蝕(b)膠合√(c)磨損 (d)塑性變形11-4常用軸瓦材料有哪些，適用于何處？為什么有的軸瓦上澆鑄一層減磨金屬作軸承襯使用？解：軸承合金，常用來做軸承襯材料；青銅，常用來整體軸瓦。能同時滿足軸承材料要求的是難找的，為使各種軸承材料在性能上取長補短，在工藝上可以用澆鑄或壓合方法，將具有減磨作用的薄層材料粘附在軸瓦基體上。11-5形成滑動軸承動壓油膜潤滑要具備什么條件？解：形成液體動壓油膜需要具備以下條件：(1)軸頸和軸瓦工作外表間必須有一個收斂的楔形間隙。(2)軸頸和軸瓦工作外表間必須有一定的相對速度，且它們的運動方向必須使?jié)櫥瑒拇罂诹魅耄瑥男】诹鞒觥?3)要有一定粘度的潤滑劑，且供給要充分。11-6選擇以下正確解案。液體滑動軸承的動壓油膜是在一個收斂間楔、充分供油和一定條件下形成的?！?a)相對速度 (b)外載 (c)外界油壓 (d)溫度11-7校核鑄件清理滾筒上的一對滑動軸承，裝載量加自重為18000N，轉(zhuǎn)速為40r/min，兩端軸頸的直徑為120mm，軸瓦材料為錫青銅ZCuSn10Pl，用潤滑脂潤滑。解：F=18000/2=9000N，，，，MPaMPa.m/sm/s11-8驗算一非液體摩擦的滑動軸承，軸轉(zhuǎn)速n=65r/min，軸直徑d=85mm，軸承寬度B=85mm，徑向載荷R=70kN，軸的材料為45號鋼。解：MPam/sMPa.m/s滑動軸承的材料為ZCuZn16Si4。11-9一起重用滑動軸承，軸頸直徑d=70mm，軸瓦工作寬度B=70mm，徑向載荷R=30000N，軸的轉(zhuǎn)速n=200r/min，試選擇適宜的軸瓦材料。解：MPam/sMPa.m/s滑動軸承的材料為ZCuZn16Si4。11-10一支承起重機卷筒的非液體摩擦的滑動軸承所受的徑向載荷R=25000N，軸頸直徑d=90mm，寬徑比B/d=1，軸頸轉(zhuǎn)速n=8r/min，試選擇該滑動軸承的材料。解：MPam/sMPa.m/s滑動軸承的材料為HT150。11-11滾動軸承主要類型有哪幾種？各有何特點？試畫出它們的結(jié)構(gòu)簡圖。解：見表11—211-12說明以下型號軸承的類型、尺寸、系列、結(jié)構(gòu)特點及精度等級：32210E，52411/P5，61805，7312AC，NU2204E。解：32210E：圓錐滾子軸承，d=50，直徑系列2，寬度系列2，普通級精度52411/P5：推力球軸承，d=55，直徑系列4，寬度系列2，5級精度61805：深溝球軸承，d=55，直徑系列8，寬度系列1，普通級精度7312AC：角接觸球軸承，d=60，直徑系列3，寬度系列0，普通級精度NU2204E：圓柱滾子軸承，d=20，直徑系列2，寬度系列2，普通級精度11-13選擇滾動軸承應考慮哪些因素？試舉出1~2個實例說明之。解：主要應考慮如下三方面的影響因素來確定。1．軸承承受的載荷軸承的類型選擇主要決定于載荷的大小、方向和性質(zhì)。1)由于球軸承元件之間是點接觸，而滾子軸承是線接觸，所以在同樣的載荷下球軸承的接 觸應力要比滾子軸承大，因此當載荷輕而平穩(wěn)時，宜選球軸承；而當載荷大、有沖擊時那么宜選用滾子軸承。2)當軸承載荷的方向為純徑向時，應選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。而當載 荷方向為純軸向時，那么應選用推力球軸承。3)假設軸承同時承受徑向載荷和軸向載荷，且軸向載荷較小時，可選用深溝球軸承；而當軸向荷較大時，那么可選用角接觸球軸承和圓錐滾子軸承。2．軸承的轉(zhuǎn)速1)由于球軸承比滾子軸承的滾動阻力小，所以在尺寸、精度相同時，球軸承比滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速高，在高速時應優(yōu)先選用球軸承。2)在軸承內(nèi)徑相同情況下，不同的滾動體尺寸對應于不同的軸承尺寸系列。滾動體的尺寸 愈大，在高速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的離心力也愈大，對軸承的強度和壽命影響也隨之增大，因此滾動體小的軸承更適合于高速轉(zhuǎn)動下工作。3)推力軸承的滾道對滾動體的約束能力很小，在較高轉(zhuǎn)速時滾動體很容易脫離滾道位置而失效，所以推力軸承的極限轉(zhuǎn)速都很低。3．軸承的調(diào)心性能當軸的跨距較大、彎曲剛度較小或由于加工安裝等原因造成軸兩端的軸承有較大不同心時，應采用具有自動調(diào)心性能的調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承。11-14滾動軸承的主要失效形式是什么？應怎樣采取相應的設計準那么？解：疲勞點蝕是滾動軸承的主要失效形式，設計準那么是驗算當量動載荷以防止在要求壽命內(nèi)發(fā)生點蝕；當軸承轉(zhuǎn)速很低或間歇擺動時，很大的靜載荷或沖擊載荷會使軸承滾道和滾動體接觸處產(chǎn)生塑性變形，使?jié)L道外表形成變形凹坑，設計準那么是驗算當量靜載荷以防止發(fā)生塑性變形。11-15試按滾動軸承壽命計算公式分析：轉(zhuǎn)速一定的7207C軸承，其額定動載荷從C增為2C轉(zhuǎn)速一定的7207C軸承，當量動載荷從P增為2P時，壽命是否由Lh下降為Lh/2？當量動載荷一定的7207C軸承，當工作轉(zhuǎn)速由n增為2n時，其壽命有何變化？解：〔1〕否，應是原來的8倍〔2〕否，應是Lh/8〔3〕轉(zhuǎn)數(shù)壽命不變，時間壽命縮小一半。第十二章軸和聯(lián)軸器思考題和練習題12-1軸有哪些類型？各有何特點？請各舉2~3個實例？解：根據(jù)承受載荷的不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、傳動軸和心軸三種。轉(zhuǎn)軸既承受轉(zhuǎn)矩又承受彎矩，如的減速箱轉(zhuǎn)軸。傳動軸主要承受轉(zhuǎn)矩，不承受或承受很小的彎矩，如汽車的傳動軸。心軸只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩。12-2轉(zhuǎn)軸所受彎曲應力的性質(zhì)如何？其所受扭轉(zhuǎn)應力的性質(zhì)又怎樣考慮？解：轉(zhuǎn)軸所受彎曲應力為對稱循環(huán)變應力，扭轉(zhuǎn)應力為靜應力〔單向轉(zhuǎn)動〕、脈動應力〔單向轉(zhuǎn)動且頻繁起動〕、對稱循環(huán)變應力〔頻繁正反轉(zhuǎn)〕12-3軸的常用材料有哪些？應如何選用？解：軸的材料常采用碳素鋼和合金鋼。碳素鋼具有較高的綜合機械性能，因此應用較多，特別是45號鋼應用最為廣泛。為了改善碳素鋼的機械性能，應進行正火或調(diào)質(zhì)處理。合金鋼具有較高的機械性能，但價格較貴，多用于有特殊要求的軸。值得注意的是：鋼材的種類和熱處理對其彈性模量的影響甚小，因此如欲采用合金鋼或通過熱處理來提高軸的剛度，并無實效。此外，合金鋼對應力集中的敏感性較高，因此設計合金鋼軸時，更應從結(jié)構(gòu)上防止或減小應力集中，并減小其外表粗糙度。12-4在齒輪減速器中，為什么低速軸的直徑要比高速軸粗得多？解：因為低速軸轉(zhuǎn)矩大。12-5轉(zhuǎn)軸設計時為什么不能先按彎扭合成強度計算，然后再進行結(jié)構(gòu)設計，而必須按初估直徑、結(jié)構(gòu)設計、彎扭合成強度驗算三個步驟來進行？解：因為結(jié)構(gòu)設計前各軸段長度不定，彎矩無法確定。12-6軸上零件的周向和軸向定位方式有哪些？各適用什么場合？解：軸向定位方式有軸肩、軸環(huán)和套筒等。軸肩和軸環(huán)結(jié)構(gòu)簡單、可靠，并能承受較大軸向力；套筒定位結(jié)構(gòu)也簡單、可靠，但不適合高轉(zhuǎn)速情況。軸上零件的周向定位大多采用鍵、花鍵或過盈配合等聯(lián)接形式。以傳遞動力為目的時，可用鍵連接；以傳遞精確運動為目的時，可用圓錐面或過盈配合；緊螺釘或銷連接僅用在傳遞扭矩小、且不重要的場合。12-7一傳動軸傳遞的功率為40kW，轉(zhuǎn)速n=1000r/min，如果軸上的剪切應力不許超過40MPa，求該軸的直徑？解：Nm，mm12-8一傳動軸直徑d=35mm，轉(zhuǎn)速n=1450r/min，如果軸上的剪切應力不許超過55MPa，問該軸能傳遞多少功率？解：，NmkW12-9一轉(zhuǎn)軸在直徑d=55mm處受不變的轉(zhuǎn)矩T=15103N.m和彎矩M=7103N.m，軸的材料為45號鋼調(diào)質(zhì)處理，問該軸能否滿足強度要求？解：N﹒mm，MPa，而MPa，軸不能滿足強度要求。12-10聯(lián)軸器、離合器和制動器的功用有何異同？各用在機械的什么場合？解：聯(lián)軸器和離合器都是用來連接兩軸(或軸與軸上的回轉(zhuǎn)零件)，使它們一起旋轉(zhuǎn)并傳遞扭矩的部件，但離合器在機器運轉(zhuǎn)中可將傳動系統(tǒng)隨時別離或接合，聯(lián)軸器那么不能。制動器是對機器的運動件施加阻力或阻力矩，實現(xiàn)迅速減速或停止運動。12-11為什么有的聯(lián)軸器要求嚴格對中，而有的聯(lián)軸器那么可以允許有較大的綜合位移？解：聯(lián)軸器有剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器，剛性聯(lián)軸器無誤差補償能力，故要求嚴格對中，否那么兩軸憋著勁無法正常工作；而撓性聯(lián)軸器有誤差補償能力，可依靠聯(lián)軸器元件間的相對運動或彈性變形，來自動適應兩軸的偏斜誤差。12-12剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器有何差異？各舉例說明它們適用于什么場合？解：剛性聯(lián)軸器無誤差補償能力，適用于系統(tǒng)剛性好，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)的場合；彈性聯(lián)軸器有誤差補償能力，彈性元件有緩沖減震作用，適用于系統(tǒng)剛性較差，工作中易產(chǎn)生兩軸偏斜誤差和有沖擊振動的場合。12-13萬向聯(lián)軸器有何特點？如何使軸線間有較大偏斜角的兩軸保持瞬時角速度不變？解：萬向聯(lián)軸器的最大特點就是能適應兩軸間很大的角度位移，為保持輸出瞬時角速度不變，可采用雙萬向聯(lián)軸器，且在聯(lián)軸器布置上滿足恒速要求的三個條件。12-14選擇聯(lián)軸器的類型時要考慮哪些因素？確定聯(lián)軸器的型號應根據(jù)什么原那么？解：依據(jù)機器的工作條件〔諸如轉(zhuǎn)速、運動平穩(wěn)性、系統(tǒng)剛性、溫度等〕選定適宜的類型，按照計算轉(zhuǎn)矩、軸的轉(zhuǎn)速和軸端直徑從標準中選擇所需的型號和尺寸。12-15試比擬牙嵌離合器和摩擦離合器的特點和應用？解：牙嵌離合器結(jié)合準確、可靠、傳遞載荷大，但結(jié)合過程沖擊大，不適合高速，一般在空載下離合。摩擦離合器和牙嵌離合器相比，有以下優(yōu)點：不管在何種速度時，兩軸都可以接合或別離；接合過程平穩(wěn)，沖擊、振動較小；從動軸的加速時間和所傳遞的最大轉(zhuǎn)矩可以調(diào)節(jié)；過載時可發(fā)生打滑，以保護重要零件不致?lián)p壞。其缺點為外廓尺寸較大；在接合、別離過程中要產(chǎn)生滑動摩擦，故發(fā)熱量較大，磨損也較大。一般而言，當要求主、從動軸同步轉(zhuǎn)動且傳遞轉(zhuǎn)矩較大時，可選用嵌入式離合器；當要求在高速下平穩(wěn)接合而主、從動軸同步要求低時，宜選用摩擦式離合器。12-16帶式制動器與塊式制動器有何不同？各適用于什么場合？解：塊式制動器靠瓦塊與制動輪間的摩擦力來制動，瓦塊對制動輪的包角較小，故制動力相對較小，但對軸的作用力小〔理論上對軸的徑向力為零〕。帶式制動器主要用撓性鋼帶包圍制動輪。制動帶包在制動輪上，制動帶與制動輪之間產(chǎn)生摩擦力，從而實現(xiàn)合閘制動。帶式制動器結(jié)構(gòu)簡單，它由于包角大而制動力矩大，但其缺點是制動帶磨損不均勻，容易斷裂，而且對軸的作用力大。第十三章彈簧思考題和練習題13-1彈簧有哪些類型？各有什么功用？解：按照所承受的載荷不同，彈簧可以分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧等四種。按外形不同又可分為：螺旋彈簧、碟形簧、環(huán)形簧、盤彈簧和板簧。彈簧的主要功用有：1〕控制機構(gòu)的運動，如制動器、離合器中的控制彈簧，內(nèi)燃機氣缸的閥門彈簧等。2〕減振和緩沖，如汽車、火車車廂下的減振彈簧，以及各種緩沖器用的彈簧等。3〕儲存及輸出能量，如鐘表彈簧、槍栓彈簧等。4〕測量力的大小，如測力器和彈簧秤中的彈簧等。13-2彈簧旋繞比C的含義是什么？設計彈簧時為什么C值不宜取得過大或過??？解：彈簧旋繞比C是彈簧外徑與鋼絲直徑之比，旋繞比C影響彈簧的強度、剛度、穩(wěn)定性及制造的難易。C值大，彈簧較軟，剛性小，容易變形，容易繞制。C值小，那么相反，彈簧較硬，剛性大，不易繞制，還會影響壓簧的穩(wěn)定性。13-3什么是彈簧的特性曲線？它與彈簧的剛度有什么關(guān)系？解：彈簧所受載荷與其變形之間的關(guān)系曲線稱為彈簧的特性曲線。該特性曲線的斜率值反映彈簧的剛度。定剛度彈簧的特性曲線為直線，而變剛度彈簧的特性