《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》習(xí)題解答

答案

第一章導(dǎo)論

一、基本概念

機(jī)器：機(jī)器具有以下的共同特征：

1.都是一種人為的實(shí)體組合。

2.各實(shí)體之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

3.在工作時(shí)能轉(zhuǎn)換雙械能（如內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)等）或做有效的機(jī)械功（如洗衣機(jī)、

縫紉機(jī)等）。

機(jī)構(gòu)：僅具有機(jī)器前兩個(gè)特征的稱為機(jī)構(gòu)。

機(jī)械：機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。

零件：零件是制造的最小單元。

部件：一組協(xié)同工作的零件所組成的獨(dú)立制造或獨(dú)立裝配的組合體稱為部件，如減速

器、離合器等。

構(gòu)件：構(gòu)件是運(yùn)動(dòng)的最小單元。

二、填空題

1.磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損。

2.機(jī)構(gòu)是機(jī)器的主要組成部分。

三、簡(jiǎn)答題

1.機(jī)器主要由以下四個(gè)部分組成：

1）原動(dòng)部分是機(jī)器的動(dòng)力來(lái)源。原動(dòng)部分的作用是把其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能以驅(qū)

動(dòng)機(jī)器運(yùn)動(dòng)和做功。

2）執(zhí)行部分又稱工作部分，是直接完成機(jī)器預(yù)定功能的部分。

3）傳動(dòng)部分是將原動(dòng)舒分的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行部分的中間環(huán)節(jié)，在傳遞運(yùn)動(dòng)方面

它可以改變運(yùn)動(dòng)速度、轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式等，從而滿足執(zhí)行部分的各種要求。如將高轉(zhuǎn)速變?yōu)?/p>

低轉(zhuǎn)速，小轉(zhuǎn)矩變?yōu)榇筠D(zhuǎn)矩，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)等。

4）控制部分（操縱部分）作用是控制機(jī)器的其他各部分，使操作者能隨時(shí)實(shí)現(xiàn)或終止

各自預(yù)定的功能。

2.答：

1）運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能的要求。

2）工作可靠性要求：強(qiáng)度、剛度、耐磨性、耐熱性等。

3）其他特殊要求。

3.答：

1）使用要求。

2）工藝要求。

3）經(jīng)濟(jì)性要求。

第二章平面機(jī)構(gòu)的自由度

一、選擇題

1.B2.A3.C4.D5.D

二、填空題

1.運(yùn)動(dòng)副2.構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副3.機(jī)架、原動(dòng)件

三、見(jiàn)圖

題3答案圖題4答案圖

四、見(jiàn)圖

五、答案

a.n=5,pi=7,ph=O,F=1；

b.n=4,pi=5,ph=l,F=1,此題有局部自由度;

c.n=8,pi=ll,ph=LF=l,此題有局部自由度；

d.n=6,pi=8,ph=l>F=1；

e.n=5,pi=7,ph=0,F=l,此題有符合校鏈；

f.n=4,pi=4,ph=2,F=2,此題有局部自由度。

第三章平面連桿機(jī)構(gòu)

一、選擇題

l.B2.C3.A4.B5.B

二、填空題

1.急回特性2.兩者相等3.雙搖桿機(jī)構(gòu)4.曲柄

三、答案

a.雙曲柄機(jī)構(gòu)b.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)c.雙搖桿機(jī)構(gòu)

四、答案

1.152.45WxW553.x<45或x>55

五、答案

Lab=22.66,Lbc=52.34或者Lab=46.43,Uc=121.43

六、答案

Lab=43.5,Lbc=22().O2,Up166.74

^7777____「

題6答案圖題7答案圖

\/I、/

七、答案\/i\

I/L-r?***-If

Lab=27.19,5=56.03

八、答案

三、簡(jiǎn)答題

1.簡(jiǎn)述一對(duì)直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、直齒圓錐齒輪，蝸桿機(jī)構(gòu)的正確嚙合條件。

（1）一對(duì)直齒圓柱齒輪的正確嚙合條件：

兩齒輪的模數(shù)和壓力角必須分別相等，即

/n1=/n2=m

a.=%=cos20

<2）對(duì)斜齒圓柱齒輪正確嚙合條件是：兩齒輪的模數(shù)和壓力角分別相等，螺旋角大

%="2

小相等、方向相反（外嚙合），即<%]=

nian2=20

A=一處（外嚙合）

（3）一對(duì)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，

鏈頂距相等，

即叫=嗎=m、/=a?=ao

（4）niai（蝸桿的軸向模數(shù)）=mt2（蝸輪的端面模數(shù)）二m

^al（蝸桿的軸向壓力角）=%2（蝸輪的端面壓力角尸。

2.正變位直齒圓柱齒輪與標(biāo)準(zhǔn)外齒輪比較，以下參數(shù)：模數(shù)、壓力角、分度圓直徑、

基圓直徑、齒厚、齒槽寬、齒頂圓直徑和齒根圓直徑是否變化，如變化，指出變大還是變

小。

答案：切制變位齒輪與切制標(biāo)準(zhǔn)齒輪用同一把刀具，只是刀具的位置不同。因此，模

數(shù)、壓力角、分度圓齒距均分別與刀具相同，從而變位齒輪與標(biāo)準(zhǔn)齒輪的分度圓直徑和基

圓直徑也相同。故參數(shù)模數(shù)、壓力角、分度圓直徑、基圓直徑不變。

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。

四、計(jì)算題

1.4=6.95°,di=45.333mm,d2=90.667mm,dai=50.333mm,da2=95.667mm

2.n,?=23.49mm,n?2=51.68mm,ra2=57mm

五、計(jì)算題

（1）々=19。5634”（2）不會(huì)發(fā)生根切

第六章輪系

一、選擇題

l.C2.C3.A4.D5.B6.A7.A,B

二、計(jì)算題

1.5.35

2.15r/min,向下

3.45°,與手柄反向

4.400r/min,與輪1轉(zhuǎn)向相反

5.80r/min,與輪1轉(zhuǎn)向相反

6.43.9

7.12

第七章齒輪傳動(dòng)

一、選擇題

l.C2.A3.C4.C

二、簡(jiǎn)答題

I.齒輪傳動(dòng)的主要失效形式有哪些？閉式和開(kāi)式片動(dòng)的失效形式有哪些不同？

答：輪齒的主要失效形式有五種：輪齒折斷、和疲勞點(diǎn)蝕、磨損、膠合和塑性變形。

輪齒折斷有疲勞折斷和過(guò)載折斷兩種形式。若設(shè)計(jì)正確、潤(rùn)滑條件良好，軟齒面

閉式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是疲勞點(diǎn)蝕。

硬齒面閉式齒輪傳動(dòng)是彎曲疲勞折斷。

開(kāi)式齒輪傳動(dòng)是磨損。

2.齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是什么？

答：軟齒面閉式傳動(dòng)主要失效是疲勞點(diǎn)蝕，但也可能發(fā)生疲勞折斷失效，故先按接觸

強(qiáng)度設(shè)計(jì)，然后按彎曲強(qiáng)度校核。

硬齒面閉式齒輪傳動(dòng)主要失效形式是折斷，故先按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，然后按接觸強(qiáng)度校

核。

開(kāi)式傳動(dòng)的主要失效形式是磨損，磨損到一定程度后，就可能發(fā)生輪齒折斷。但目前

對(duì)磨損無(wú)成熟的設(shè)計(jì)公式，故只進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算，考慮到磨損的影響，應(yīng)適當(dāng)降低開(kāi)式

傳動(dòng)的許用彎曲應(yīng)力，以便使計(jì)算的模數(shù)適當(dāng)增大。

三、綜合題

1、

(1)1輪的旋向?yàn)樽笮?/p>

2輪的旋向?yàn)橛倚?/p>

4輪的旋向?yàn)樽笮?/p>

(2)各輪軸向力的方向如下：

1輪Fai：12輪Fa2：T3輪Fa3：14輪Fa4：T

2、蝸桿的轉(zhuǎn)向：順時(shí)針；

斜齒輪3的旋向?yàn)樽笮?/p>

n軸的轉(zhuǎn)向?yàn)椋篢；

蝸輪2：Fl2：十Fr2：1Fa2：一

齒輪3:F"十Fr3：TFa3：一

第八章帶傳動(dòng)

一、填空題

l.C2.D3.A4.B5.C

二、選擇題

1.不可；可以2.打滑3.準(zhǔn)確4.彎曲應(yīng)力

三、答案

參照例題，具體略。

四、答案

8.93kW

第九章鏈傳動(dòng)

一、填空題

LB2.C3.B4.B

二、選擇題

1.偶，奇2.緊邊，松邊3.小，多4.多，小

三、答案

參照例題，具體略。

第十章連接

一、選擇題

LA2.A3.B4.C5.A

二、簡(jiǎn)答題

1.按照牙型角，螺紋可分為哪幾類？

答案：三角形、梯形、鋸齒形、矩形螺紋。

2.螺紋連接有哪幾種基本形式？

答案：螺栓連接、雙頭螺柱連接、螺釘連接，緊定螺釘連接。

3.標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件既然能滿足自鎖條件，為什么還需用防松裝置？

答案：連接用的普通螺紋都能滿足自鎖條件，在靜載荷和工作溫度變化不大時(shí)不會(huì)

自動(dòng)松脫。但在變載，沖擊和動(dòng)載荷下，預(yù)緊力可能在某一瞬間消失，連接仍有可能松脫。

'常會(huì)發(fā)生松動(dòng)導(dǎo)致連接失效。在高溫或溫度變化較大時(shí)，由于溫度變形差異等原因，也可

能導(dǎo)致連接的松脫。螺栓連接一旦松脫，輕者會(huì)影響機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，重者甚至?xí)斐芍?/p>

大事故。因此，為保證連接可靠，要設(shè)計(jì)相應(yīng)的防松裝置。

4.螺栓防松的根本問(wèn)題是什么？常用防松有兒種方法？

答案：防松的根本問(wèn)題是阻止螺紋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

防松基本原理有三種：摩擦防松（如彈簧墊圈、雙螺母防松、尼龍圈鎖緊螺母等）、

機(jī)械防松（如槽形螺母和開(kāi)口銷配合、帶翅墊片與圓螺母配合、止動(dòng)墊片等），破壞螺紋副

防松（沖點(diǎn)、粘合等）。

5.兩個(gè)牙型和中徑相同的螺旋副，一個(gè)導(dǎo)程比另一個(gè)大，其他條件均相同，試問(wèn)旋轉(zhuǎn)

哪個(gè)螺旋副的螺母需要的力矩大并簡(jiǎn)要說(shuō)明原因。

答案：導(dǎo)程大些的需要力矩大

四、計(jì)算題

1.FR=18059.98N

2.M12螺釘合適。

第十一章軸

一、填空題

1.軸身，軸頭，軸頸2.215mm3.彎矩，轉(zhuǎn)矩4.轉(zhuǎn)矩

二、簡(jiǎn)答題

1.1）軸向定位方法及其特點(diǎn)：

軸肩與軸環(huán)：簡(jiǎn)單可靠，不需附加零件，能承受較大軸向力。廣泛應(yīng)用于各種軸上零

件的固定。該方法會(huì)使軸頸增大，階梯處形成應(yīng)力集口，且階梯過(guò)多將不利于加工。

套筒：簡(jiǎn)單可靠，簡(jiǎn)化了軸的結(jié)構(gòu)且不削弱軸的強(qiáng)度常用于軸上兩個(gè)近距離零件間的

相對(duì)固定，不宜用于高速軸。

軸端擋圈：工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受較大軸向力，應(yīng)用廣泛。

錐面：裝拆方便，可兼作軸向固定宜用于高速、沖擊及對(duì)中性要求高的場(chǎng)合。

圓螺母：固定可靠，可承受較大軸向力，能實(shí)現(xiàn)軸上零件的間隙調(diào)整常用于軸上兩個(gè)

零件間距較大處及釉端C

彈性擋圈：結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，裝拆方便，但受力較小，且軸上切槽將引起應(yīng)力集中常

用于軸承的固定。

緊定螺釘與鎖緊擋圈：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但受力較小，且不適于高速場(chǎng)合。

2）周向定位方法：

鍵連接、花鍵連接、銷連接和成型連接等。

2.齒輪減速器中，低速軸傳遞的轉(zhuǎn)矩大。

3.試分析圖11-26所示軸系中軸上零件的定位和固定方法。

軸肩、圓螺母、軸端擋圈。

4.改正圖11-27所示結(jié)構(gòu)中的錯(cuò)誤并說(shuō)明理由。

a）圓錐軸頭與軸端擋圈組合使用；圓錐軸頭左側(cè)不需要軸環(huán)。

b）軸承采用套筒定位，不應(yīng)該有軸肩；軸頭長(zhǎng)度應(yīng)小于輪轂寬度2?3mm。

c）輪轂鍵槽應(yīng)開(kāi)通；軸頭長(zhǎng)度應(yīng)小于輪轂寬度2?3mm。

b)

圖11-26圖11-27

改正后:

5.鍵連接有哪些類型?它們是怎樣工作的？

鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)件。鍵可分為平鍵、半圓鍵、楔鍵等。

1）平鍵：鍵的上表而與輪轂的鍵槽底留有間隙，工作時(shí)靠鍵與鍵槽兩側(cè)的互相擠壓來(lái)

傳遞轉(zhuǎn)矩，因而鍵的兩個(gè)側(cè)面是工作面。

這種鍵具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆卸方便、對(duì)中性好、軸與輪轂的同心度較高等優(yōu)點(diǎn)，常用于

同心度要求較高和轉(zhuǎn)速較大的場(chǎng)合，是鍵連接中應(yīng)用最廣泛的一種。其缺點(diǎn)是不能承受軸

向力，不能實(shí)現(xiàn)輪轂的軸向固定，若使用，必須有軸向固定裝置（如套筒、軸肩、軸環(huán)、軸

端擋圈等）。根據(jù)用途不同，平鍵分為普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵等。

2）半圓鍵：呈半圓形，工作面仍是鍵的兩個(gè)側(cè)面。鍵可在軸上相應(yīng)的半圓形鍵槽中擺

動(dòng)，以適應(yīng)在裝配時(shí)輪轂中鍵槽的斜度。這種鍵連接的優(yōu)點(diǎn)是工藝性較好，裝配方便，尤

其通用于錐形軸端面與輪轂的連接配合。缺點(diǎn)是軸上鍵槽較深，對(duì)軸的強(qiáng)度削弱較大，故

一般只適合輕載連接的場(chǎng)合。

3）楔鍵的上表面和輪轂槽的底面都有1：100的斜度，裝配時(shí)將鍵楔緊在輪轂槽和軸

槽之間，鍵的上下表面受擠壓，而構(gòu)成緊連接，因此鍵的上下表面是工作面。同時(shí)，楔鍵

連接還能承受單向的軸向力，可對(duì)輪轂起到單方向的粕向固定作用，但由于預(yù)緊力的作用，

使軸與傳動(dòng)件產(chǎn)生偏心和偏斜，對(duì)中性較差，因此主要用于傳動(dòng)件定心精度要求不高和低

速輕載的場(chǎng)合。

6.指出普通平鍵、半圓鍵和楔鍵的工作面。

普通平鍵、半圓鍵：兩側(cè)面

楔鍵：上、下面

7.花鍵連接的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？

花鍵連接通過(guò)軸和轂孔沿周向分布的多個(gè)鍵齒的互相嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩，是平鍵連接在數(shù)

目上的發(fā)展，可用于靜連接或動(dòng)連接。其特點(diǎn)是定心精度高，定心的穩(wěn)定性好，能用磨削

的方法消除熱處理引起的變形?；ㄦI連接的齒數(shù)、尺寸、配合等均應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選取，應(yīng)用較

為廣泛。

花鍵連接的缺點(diǎn)是齒根有應(yīng)力集中，加工成本較高，主要適用于定心精度要求高、載

荷大或經(jīng)?；频倪B接。

第十二章滑動(dòng)軸承

一、簡(jiǎn)答題

1.按表面潤(rùn)滑情況，摩擦分為以下幾種狀態(tài)：1）干摩擦2）邊界摩擦3）液體摩擦4）

混合摩擦

2.向心滑動(dòng)軸承的典型結(jié)構(gòu)有幾種？

向心滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)形式主要有整體式和剖分式兩大類

3.對(duì)軸承材料的基本要求有哪些？

根據(jù)軸承的主要失效形式，對(duì)軸瓦材料的主要要求是：

1）有良好的耐磨性、減摩性（摩擦系數(shù)小）和跑合性（軸瓦工作時(shí)，易于消除表面不

平度而使其工作表面與軸頸表面很好貼合）。

2）有足夠的強(qiáng)度和塑性。即抗壓、抗沖擊和抗疲勞強(qiáng)度高、塑性好，可以適應(yīng)軸的變

形。

3）有良好的導(dǎo)熱性、耐蝕性和抗膠合性。

4）工藝性好、價(jià)格便宜。

4.非液體摩擦滑動(dòng)軸承的條件性的耐磨性計(jì)算準(zhǔn)則是什么內(nèi)容？

1）校核軸承摩擦表面平均壓用

2）校核

3）驗(yàn)算速度

5.試說(shuō)明液體摩擦和非液體摩擦滑動(dòng)軸承的區(qū)別。

非液體摩擦軸承工作在混合摩擦狀態(tài)下，在摩擦表面間有些地方呈現(xiàn)液體摩擦，有些

地方呈現(xiàn)邊界摩擦。

液體摩擦滑動(dòng)軸承是軸頸和軸承工作表面之間的理想摩擦狀態(tài)是液體摩擦，即在軸頸

和軸承工作表面有一承載油膜。根據(jù)油膜的形成方法，液體摩擦軸承可分為動(dòng)壓軸承和靜

壓軸承。

6.非液體摩擦滑動(dòng)軸承的常用結(jié)構(gòu)有哪些類型？各有什么特點(diǎn)？

非液體摩擦徑向滑動(dòng)軸承主要承受徑向載荷，非液體摩擦推力滑動(dòng)軸承主要承受

軸向載荷。

7.油溝的作用是什么？油溝一般開(kāi)設(shè)的位置？

為了使?jié)櫥湍軌蚝芎玫胤植嫉捷S瓦的整個(gè)工作表面，軸瓦要開(kāi)設(shè)油溝和油孔。油溝

和油孔開(kāi)設(shè)在非承載區(qū)，常見(jiàn)的油溝形式有軸向的、周向的和斜向的三種。為了使油在整

個(gè)接觸表面上均勻分布，油溝沿軸向應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度，通常取為軸瓦寬度的80%,不能開(kāi)

通，以免油從軸瓦端部漏掉，起不到應(yīng)有的潤(rùn)滑作用。

二、選擇題

l.B2.B3.A

三、計(jì)算題

解：查表12-1,ZCuPb5Sn5Zn5的許用值為[p]=8MPa,[v]=3（m?s-l）,

[pv]=10（MPa*nrs-l）

1）校核p

p=Fr/（L-d）=150000/（120.100）=12.5<[p]

2）校核pv

F”dn1500(X)x3.14x100x200

pv=------------------=-=---1-3--.-0-8-->---[-p-v--]-M---P-a---?-m---5--1

L-r/-60xl000120x100x60x1000

所以不合適。

第十三章滾動(dòng)軸承

1.6005：深溝球軸承，寬度系列為0（省略），直徑系列為0,內(nèi)徑為25mm,公差等級(jí)為

0級(jí)（省略）。適用于剛性較大和轉(zhuǎn)速高的軸上。

N209/P6：圓柱滾子軸承，寬度系列為0（省略），直徑系列為2,內(nèi)徑為45mm,公差等級(jí)

為6級(jí)。適用于只承受徑向載荷，剛度大、對(duì)中性好的支承處。

7207/P5：角接觸球軸承，寬度系列為。（省略），百杼系列為2,內(nèi)仔為35mm,公差等級(jí)

為5級(jí)?？赏瑫r(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，一般成對(duì)使用。

30209/P5：圓錐滾子軸承，寬度系列為0,直徑系列為2,內(nèi)徑為45mm,公差等級(jí)為5級(jí)。

可同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，一般成對(duì)使用，常用于重載、中低速處。

2.解：Cr>19730N,查表，選擇型號(hào)為60207的軸承，其基本額定動(dòng)載荷為25.5kN。

3.解：M=16920h>",此軸承適用。

4.解：以外加軸向力Fx水平向左為例，計(jì)算得C'N27.87kN,選擇70208C型軸承。

5.指出圖13-18所示蝸輪軸系中的結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤，并畫(huà)出正確的結(jié)構(gòu)，軸承使用脂澗滑。

圖13-18題5圖

1）軸承內(nèi)圈定位軸肩高度過(guò)高；

2）安裝蝸輪的軸段長(zhǎng)度應(yīng)比蝸輪寬度短2?3mm；

3）右側(cè)軸承的左側(cè)定位不可靠，應(yīng)去掉軸肩；

4）聯(lián)軸潛不應(yīng)與軸承端蓋接觸，左側(cè)缺少定位；

5）右軸承右側(cè)缺少非定位軸肩；

6）右側(cè)軸承端蓋與軸頸間應(yīng)有間隙；

7）聯(lián)軸器右側(cè)定位不可靠；

8）軸承端蓋與箱體之間應(yīng)該有調(diào)整墊片；

9）聯(lián)軸器鍵槽與鍵頂應(yīng)有間隙；

10）軸承內(nèi)側(cè)缺少擋油環(huán)

第十四章聯(lián)軸器與離合器

1.聯(lián)軸器和離合器的主要功用是什么？它們的功用有何異同？

解：聯(lián)軸器和離合器主要用做軸與軸之間的連接，以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器必須在

機(jī)器停車后，經(jīng)過(guò)拆裝才能使兩軸分離或結(jié)合。離合器在機(jī)器工作中可隨時(shí)使兩軸接合或

分離。

2.什么聯(lián)軸器允許軸有較大的安裝誤差？什么聯(lián)軸器只允許軸有小的安裝誤差？

解：撓性聯(lián)軸滯允許軸有較大的安裝誤差。剛性聯(lián)軸器只允許軸有小的安裝誤差。

3.剛性凸緣式聯(lián)軸器如何對(duì)中？

答：凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，對(duì)中精確可靠，因而應(yīng)用廣泛。凸緣

聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)有YLD型和YL型兩