机械设计基础习题解答615

第六章 齿轮传动 思考题和练习题

6-1渐开线齿轮具有哪些啮合特点? 解：能满足定传动比传动的要求，具有可分性，渐开线齿廓之间的正压力方位不变。 6-2什么是节圆？什么是分度圆？二者有什么区别？

解：节圆是一对齿轮啮合时，以轮心为圆心，过节点所做的圆，即节点在齿轮上所走的轨迹圆；分度圆则是为了便于计算齿轮各部分的尺寸，在介于齿顶圆和齿根圆之间，人为定义的一个基准圆。每个齿轮都有自己的分度圆，且大小是确定不变的；而节圆是对一对相啮合的齿轮而言的，节圆的大小随中心距的变化而变化。 6-3渐开线齿轮的五个基本参数是什么？

解：模数、齿数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数。

6-4标准齿轮传动的实际中心距大于标准中心距时，下列参数：分度圆半径、节圆半径、基圆半径、分度圆压力角、顶隙等哪些发生了变化？哪些不变？

解：节圆半径、顶隙变大，分度圆半径、基圆半径、分度圆压力角不变。

6-5已知一对直齿圆柱齿轮的传动比i121.5，中心距a=100mm，模数m=2mm。试计算这对齿轮的几何尺寸。

解：i121.5， a=100mm， m=2mm，

m(Z1+Z2)Z2=100 =1.5，2Z1z140，z260

d1mz124080mm，d2mz2260120mm da1d12ha80484mm，da1d22ha1204124mm。

6-6相比直齿圆柱齿轮，平行轴斜齿圆柱齿轮有哪些特点？ 解：一对斜齿圆柱齿轮啮合传动时，其轮齿间的接触线是倾斜的，齿面接触是由一个点开始，逐渐增至一条最长的线，再由最长的接触线减短至一个点而后退出啮合的。因此，相比直齿圆柱齿轮，斜齿圆柱齿轮传动平稳，冲击和噪声较小，又由于同时啮合的齿对数多（重合度大），故承载能力也高。但斜齿轮存在派生的轴向力。 6-7齿轮的轮齿切制方法有哪些？各有什么特点？

解：齿轮可以通过压铸、热扎、冷扎、粉末冶金、冲压等的无屑加工方法和切削等方法来加工，其中切削加工方法具有良好的加工精度，是目前齿形加工的主要方法。

切削加工方法按加工原理可分为仿形法和展成分两种。

仿形法的特点是所用刀具的切削刃形状与被切齿轮轮槽的形状相同。有：用齿轮铣刀在铣床上铣齿、用成形砂轮磨齿、用齿轮拉刀拉齿等方法。

展成法是利用一对齿轮相互啮合时，其共轭齿廓互为包络线的原理来进行加工的。如果把其中一个齿轮做成刀具，使其与被加工齿轮的轮坯按要求的传动比对滚（称其为展成运动），就可以在被加工齿轮的轮坯上加工出与刀具齿形共轭的齿廓。用这种方法加工齿数不同的齿轮，只要模数和齿形角相同，都可以用同一把刀具来加工。

用展成原理加工齿形的方法有：滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等方法。其中剃齿、珩齿和磨齿属于齿形的精加工方法。展成法的加工精度和生产率都较高，刀具通用性好，所以在生产中应用十分广泛。

6-8模数和齿数相同的变位齿轮与标准齿轮相比，哪些参数发生了变化？哪些参数没有变化？

解：模数、齿数、分度圆压力角、基圆直径、分度圆直径、齿距等都没有发生变化；齿厚、

齿槽宽、齿顶高和齿根高等发生了变化，而且变位齿轮的齿廓曲线用的是与标准齿轮同一基圆上的渐开线的不同区段。

6-9一对标准圆柱齿轮传动，大小齿轮的齿面接触疲劳强度是否相等？齿根弯曲疲劳强度是否相等？为什么？ 解：大小齿轮的齿面接触疲劳强度相等，因为大小齿轮接触应力是作用力与反作用力的关系；齿根弯曲疲劳强度不相等，因为两齿轮轮齿的齿根厚度不同。

6-10什么是斜齿轮、锥齿轮的当量齿轮？写出其当量齿数的计算公式。为什么要提出当量齿轮的概念？

解：虚拟一个直齿轮，这个直齿轮的齿形与斜齿轮的法面齿形相当（对于锥齿轮，与大端背锥上的齿形相当）。把虚拟的这个直齿轮称为该斜齿轮的当量齿轮。当量齿轮所具有的齿数称为该齿轮的当量齿数，对于斜齿轮zvz/cos3，对于锥齿轮zvz/cos。提出当量齿轮的概念，一方面是齿轮加工时按当量齿轮来选刀具，另一方面是为了设计方便，即设计斜齿轮、锥齿轮时，都将其“折合”成直齿轮（当量齿轮）来设计。 6-11如图所示为一双级斜齿轮传动。齿轮1转向和螺旋方向如图所示，为了使轴Ⅱ上两齿轮的轴向力方向相反，试确定各齿轮的螺旋线方向，并在啮合点处齿轮各分力的方向。

题6-13

6-12蜗杆传动的特点是什么？为什么蜗杆传动要比齿轮传动效率低的多？

解：蜗杆传动具有传动比大、工作平稳、噪声小和反行程可自锁等优点。其主要缺点是啮合齿面间有较大的相对滑动速度，容易引起磨损和胶合。蜗杆传动比齿轮传动效率低的多的原因也是啮合齿面间有较大的相对滑动速度，相对滑动不仅径向上有，齿向上也有，而且更大。 6-13图示蜗杆传动中，蜗杆均为主动件。试在图中标出未注明的蜗杆或蜗轮的转向及螺旋线方向，并在啮合点处画出蜗杆和蜗轮各分力的方向。 题6-1

1题6-11解

题6-13解

第七章轮系和减速器 思考题和练习题

7 -1在什么情况下要考虑采用轮系？轮系有哪些功用？试举例说明。

解：一对齿轮传动的传动比有限，不能过大。为了在一台机器上获得很大的传动比，或是获得不同转速，就要采用一系列的齿轮组成轮系。

轮系功用有：（1）获得大的传动比；（2）实现变速、变向传动；（3）实现运动的合成和分解；（4）实现结构紧凑的大功率传动。例子见教材。

7-2定轴轮系与周转轮系有什么区别？行星轮系与差动轮系的区别是什么？

解：定轴轮系中各轮几何轴线的位置相对于机架是固定不动的。轮系在运转过程中，若其中至少有一个齿轮的几何轴线位置相对于机架不固定，而是绕着其他齿轮的固定几何轴线回转的，称为周转轮系。行星轮系是单自由度的轴转轮系，而差动轮系是两自由度的轴转轮系。实际上看一个周转轮系是行星轮系还是差动轮系，只要看有无中心轮被固定为机架，若有中心轮被固定为机架，则为行星轮系，若中心轮都是可动的，则为轴转轮系。

7-3什么是转化轮系？引入转化轮系的目的是什么？ 解：通过在整个周转轮系上加上一个与行星架H旋转方向相反的相同大小的角速度nH，把周转轮系转化成假想的“定轴轮系”，并称其为原周转轮系的转化轮系。因为转化轮系是“定轴轮系”，故可利用定轴轮系传动比的计算方法，求得转化轮系中各轮之间的传动比关系，从而导出原周转轮系的传动比。

7-4如何确定轮系的转向关系？

解：定轴轮系的转向关系是用画箭头的方法来确定，周转轮系、复合轮系的转向关系是计算出来的，传动比前“+”号为方向相同，“—”号为方向相反。

7-5如何把复合轮系分解为简单的轮系？ 解：划分轮系关键是把复合轮系中的周转轮系划分出来，一个行星架好似一个周转轮系的“家长”，连同其上的行星轮及与行星轮啮合的中心轮同属一个周转轮系。定轴轮系部分，一定是每对相啮合的齿轮的轴线都是固定不动的。

7-6在题7-6图的滚齿机工作台传动装置中，已知各轮的齿数如图中括弧内所示。若被切齿轮为64齿，求传动比i75。

题7-6图

解：

7-7题7-7图示轮系中，已知1轮转向n1如图示。各轮齿数为：Z1=20，Z2=40，Z3=15，Z4=60，Z5=Z6=18，Z7=1（左旋蜗杆）Z8=40，Z9=20。若n1=1000r/min，齿轮9的模数m=3mm， Z3Z264Z7Z915×28×64×132250.78125 =，传动比i75××=×， i57=35×15×1×4025Z4Z11Z5Z832

试求齿条10的速度V10。

题7-7图

解：i18406018402015181n1，320，

n9n83201000320v10dn960100020310006032010000.01ms

7-8如题7-8图所示为 Y38滚齿机差动机构的机构简图，其中行星轮 2空套在转臂（即轴II）上，轴II和轴III的轴线重合。当铣斜齿圆柱齿轮时，分齿运动从轴I输入，附加转动从轴II输人，故轴III的转速（传至工作台）是两个运动的合成。已知z1=z2=z3及输入转速n

1、nII时，求输出转速nIII。

题7-8图

解：i13Hzn1nH31 ，n3nIII,nHnII,n1nI，nIII2nIInI

n3nHz17-9如题7-9图示，已知Z1=30，Z2=20，Z3=120，Z4=2，Z5=50，Z6=20（m=3mm），nl=1450rpm，求齿条7线速度V的大小和方向。

题7-9图

题7-10图

解：i13Hzn1nHn5034，nHn1，i45425，n5n6,n4nH，

5n3nHz1n52

n6dn6nHn10.03644 ，v7252556010007-10题7-10图示为锥齿轮组成的周转轮系。已知Z1=Z2=17，Z2′=30，Z3=45，若1轮转速n1=200r/min，试求系杆转速nH。

解：i13Hzzn1nH231.5，n30，nH2n1400rmin /n3nHz1z2第八章间歇运动机构及组合结构

思考题及练习题

8-1 棘轮机构除常用来实现间歇运动的功能外，还常用来实现什么功能？ 解：制动器、单向离合器、超越离合器等。 8-2为什么槽轮机构的运动系数k不能大于1？ 解：因为总要有停歇时间。

8-3 某自动机的工作台要求有六个工位，转台停歇时进行工艺动作，其中最长的一个工序为30秒钟。现拟采用一槽轮机构来完成间歇转位工作，试确定槽轮机构主动轮的转速。

解：kn()=1()121z12161 3tdttj由k

得

ttj/(1k)， tt1\'

和tj30\'

得

t45 314则 n160r/min

t3代入k8-4为什么不完全齿轮机构主动轮首、末两轮齿的齿高一般需要削减？加上瞬心线附加杆后，是否仍需削减？为什么？

解：对于不完全齿轮，从动轮起动时，主动轮的第一个齿要绕着主动轮心，以圆弧方向进入从动轮的齿槽，如果是正常齿高，就会与从动轮的后续轮齿产生干涉。类似的情况，当从动轮停止运动时，主动轮的最后一个轮齿还没有退出啮合区域，同样产生干涉现象。因此，为了避免在起动时轮齿发生干涉，和在停止时保证从动轮定位准确，主动轮首末两齿的齿顶高要适当微降低。加上瞬心线附加杆后，这种干涉关系并没改变，故仍需削减。

8-5棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构及凸轮式间歇运动机构均能使执行构件获得间歇运动，试从各自的工作特点、运动及动力性能分析它们各自的适用场合。

解：棘轮机构、不完全齿轮机构有刚性冲击，适合于低速运动的机械；槽轮机构有柔性冲击，适合中等速度的机械；凸轮式间歇运动机构可以没有冲击，适合高速运动的机械。

第九章带传动和链传动

思考题和练习题

9-1什么是带传动的弹性滑动和打滑？二者有什么区别？分别对带传动有什么影响？ 解：带在工作过程中的紧边拉力和松边拉力引起带的弹性变形导致带与带轮间的滑动为带传动的弹性滑动，这是带传动正常工作时固有的特性。弹性滑动的存在使得摩擦型带传动的传动比必然存在误差。在正常情况下，带的弹性滑动只发生在带由主、从动轮上离开以前的那一部分接触弧上，随着工作载荷的增大，弹性滑动的区段也将扩大。当弹性滑动区段扩大到整个接触弧时，带传动的有效拉力即达到最大值。如果工作载荷再进一步增大，则带与带轮间就将发生显著的相对滑动，即产生打滑。打滑使得带传动失效，这种情况应当避免。但若机器出现瞬间过载，则打滑会对机器起到一种保护作用。

9-2为什么说带传动适合高速传动？但速度又不能过高，限制高速的因素是什么？

解：从带所能传递的功率PFev来看，带的速度越高，则有效拉力越小，要求带的1000截面尺寸就越小，或者说，同样有效拉力下，速度越高，则带能传递的功率就越大。所以说带传动适合高速传动。但速度又不能过高，限制高速的因素是离心拉应力。

9-3在V带传动设计中，为什么要限制小带轮的最小基准直径？ 解：因为小带轮的直径过小，就会使带的弯曲应力过大。

9-4带传动的失效形式是什么？其设计准则如何？计算的主要内容是什么？

解：带传动的失效形式是带的疲劳破坏和打滑。设计准则是在保证不打滑的条件下，使带具有一定的疲劳寿命。计算的主要内容是带的截型、长度、根数、传动中心距、带轮直径及结构尺寸等。

9-5什么是链传动的多边形效应？它对传动有什么影响？影响多边形效应的因素有哪些？

解：当主动链轮以等角速度回转时，从动链轮的角速度将周期性地变动。链传动的这种运动特征，是由于围绕链轮上的链条形成了正多边形这一特点所造成的，故称为链传动的多边形效应。对传动的影响是瞬时传动比不恒定和产生动载荷。影响多边形效应的因素有链节距、链轮齿数。

9-6试分析链轮齿数过大或过小对链传动有何影响？

解：小链轮齿数对链传动的平稳性和使用寿命有较大的影响，齿数少可减小外廓尺寸，但圆周力增大，多边形效应显著，传动的不均匀性和动载荷增大，链条铰链磨损加剧。链轮齿数过大，越容易发生跳齿和脱链现象。

9-7链传动和带传动相比较，各有何优缺点？分别适用于什么场合？

解：与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保证准确的平均传动比；需要的张紧力小；结构紧凑。链传动的主要缺点是：只能用于两平行轴之间的传动，并且不能用于载荷变化大或急速反转的场合；不能保证恒定的瞬时传动比；链节容易磨损，使链条伸长，从而容易产生跳链甚至脱链；工作中有冲击、噪声，并且随速度增大而增大，故链传动一般用于低速传动。

带传动主要用于高速时的远距离传动，链传动用于不易采用带传动或齿轮传动的场合。 9-8滚子链由哪几种零件组成？哪些零件之间为过盈配合？哪些零件之间为间歇配合？ 解：滚子链由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板组成。内链板与套筒之间、外链板与销轴之间分别采用过盈连接；套筒和销轴之间、套筒和滚子之间、内链板和外链板之间均有间隙，可以相对运动。套筒和销轴组成的铰链可实现相邻链节之间的弯曲。滚子是活套在套

筒上，有间隙。

9-9链传动有哪些失效形式？通常发生在什么工况下？

解：链传动中两边链条的拉力也不相等，在变应力的作用下，经过一定的循环次数后，链板将会发生疲劳断裂，滚子和套筒表面也会在接触变应力的作用下产生疲劳点蚀。由于组成铰链的销轴与套筒间承受较大的压力，同时传动时相对摆动，故将导致铰链磨损。当速度过高而又润滑不当时，销轴与套筒接触面上压力增大且瞬时温度过高，接触面上的润滑油膜将被破坏，导致某些接触点熔焊在一起，然后又被撕裂，形成胶合破坏。低速的链条过载，并超过了链条静力强度的情况下，链条就会被拉断。

9-10链传动发生脱链和跳齿的主要原因有哪些？若只考虑链条铰链的磨损跳齿和脱链通常会发生在哪个链轮上？为什么？

解：两链轮不共面、链条铰链磨损、链条垂度过大等。若只考虑链条铰链的磨损跳齿和脱链通常会发生在大链轮上，因为p一定时，齿数越多，节圆外移量d越大，也就越容易发生跳齿和脱链现象。

9-11链传动有哪些润滑方式？设计时应如何选用？

解：人工定期润滑、滴油润滑、浸油或飞溅润滑、压力喷油润滑。随着链速、链节节距的增大，依次选择以上润滑方式。

第十章机械连接 思考题和练习题

10-1螺纹主要有哪几种类型？根据什么选用螺纹类型？

解：传动螺纹和连接螺纹。传动螺纹主要有矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹；连接螺纹主要有普通螺纹和管螺纹，前者多用于紧固连接，后者用于紧密连接。主要根据用途来选用螺纹类型。

10-2螺纹的主要参数有哪些？螺距和导程有什么区别？如何判断螺纹的线数和旋向？ 解：螺纹的主要参数有大径（公称直径）、螺距、导程、线数等。螺距是相邻两螺纹牙的轴向尺寸；导程是同一螺纹转一周所走的轴向距离，大小等于螺距乘线数。线数根据同一螺纹转一圈所走的螺距数来判断，旋向根据左右手法则来判断，四个指指向旋转方向，若拇指正好指向螺纹前进方向，符合哪个手，就是那个旋向。

10-3螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉的分别应用于什么场合？

解：普通螺栓连接用于连接两个被连接件，既可承受轴向载荷，也可承受横向载荷。螺栓与孔壁之间有间隙，故无定位作用，靠结合面间摩擦承受横向载荷，应用最广泛。铰制孔螺栓连接承受横向载荷的两个被连接件，靠螺栓光杆部分与孔壁之间相互挤压来承受横向载荷，承载能力大，并有定位作用，用螺栓杆承受横向载荷或者固定被连接件的相对位置的场合。双头螺柱、螺钉连接都是用于其中一个被连接件过厚不便加工成通孔的情况，其中双头螺柱用于需要经常拆卸的场合，螺钉用于不需经常拆卸的场合。紧定螺钉多用于固定轴上的零件，传递不大的载荷。

10-4螺纹连接防松的本质是什么？螺纹防松主要有哪几种方法？

解：螺纹连接防松的本质就是防止螺纹副的相对运动。按照工作原理来分，螺纹防松有摩擦防松（如对顶螺母、弹簧垫圈)、机械防松(如槽形螺母和开口销、止动垫片、螺母和带翅垫片)、破坏性防松以及粘合法防松等多种方法。

10-5受拉螺栓的松连接和紧连接有何区别？设计计算公式是否相同？

解：松连接不预紧，紧连接要预紧。设计计算公式不同，松连接只有拉应力，而紧连接还要记入扭转剪应力。

10-6什么情况下使用铰制孔用螺栓？

解：常用于承受较大横向载荷或需要同时起定位作用的场合。

10-7在受拉伸螺栓连接强度计算中，总载荷是否等于预紧力与拉伸工作载荷之和？ 解：总载荷不等于预紧力与拉伸工作载荷之和，因为加上外载荷后预紧力会减小。根据力的平衡，总载荷应等于残余预紧力与拉伸工作载荷之和。

10-8影响螺栓联强度的主要因素有哪些？可以采用哪些措施提高螺栓连接强度？

解：应力幅值、应力集中、螺栓工艺等。提高螺栓连接强度措施主要有：减小螺栓刚度增大被连接件刚度以减小应力幅值；从结构或工艺上采取措施以减少或避免附加应力；从结构上采取措施以减小应力集中；从工艺上采取措施（如搓丝、滚丝等塑性加工工艺）以提高螺栓疲劳强度等方法。

10-9什么是铆钉连接？

解：铆钉连接是将铆钉穿过被连接件的预制孔经铆合后形成的不可拆卸连接。

10-10 机械制造中常见的焊接方式有几种？都有哪些焊缝形式？焊接接头有哪些形式？

解：常用的焊接方法有电弧焊、气焊和电渣焊等，常用的焊缝形式有对接焊缝和填角焊缝。焊接接头有平头型（当被焊接件厚度不大时）、各种形式的预制坡口（当被连接件厚度较大时）。

10-11 胶接接头主要有哪几种型式？常用的胶接粘剂有哪些？

解：胶接接头的基本形式有对接、搭接和正交。常用的胶粘剂有酚醛乙烯、聚氨脂、环氧树脂等。

10-12 什么是过盈连接？ 解：过盈连接是利用零件间的过盈配合来达到连接的目的，靠配合面之间的摩擦来传递载荷，其配合面大多为圆柱面，如轴类零件和轮毂之间的连接等。

10-13 铆接、焊接和胶接各有什么特点？分别适用于什么场合？

解：铆接的工艺简单、耐冲击、连接牢固可靠，但结构较笨重，被连接件上有钉孔使其强度削弱，铆接时噪声很大。目前，铆接主要用于桥梁、造船、重型机械及飞机制造等部门。焊接强度高、工艺简单、重量轻，在单件生产、新产品试制及复杂零件结构情况下，采用焊接替代铸造，可以提高生产效率，减少成本。但焊接后常常有残余应力和变形存在，不能承受严重的冲击和振动。胶接工艺简单、便于不同材料及极薄金属间的连接，胶接的重量轻、耐腐蚀、密封性能好；但是，胶接接头一般不宜在高温及冲击、振动条件下工作，胶接剂对胶接表面的清洁度有较高要求，结合速度慢，胶接的可靠性和稳定性易受环境影响。

10-14常用的连接有哪些类型？它们各有哪些优缺点？各适用于什么场合？

解：机械连接可分为两类：1）可拆连接，用于需拆装的场合，拆装时无需损伤连接中的任何零件，且其工作能力不遭破坏。属这类连接的有螺纹连接、键连接、销连接及型面连接等。2）不可拆连接，用于不拆卸的场合，拆卸时至少会损坏连接中的一个零件。如铆钉连接、焊接、胶接等均属这类连接。

10-15分析普通螺纹、管螺纹的特点，并举例说明它们的应用。 解：普通螺纹有独立的连接件（如螺栓、螺母等），用其来连接被连接件；而管螺纹是连接管子的，一般直接在被连接的管子上直接做出内外螺纹。

10-16为什么大多数螺纹连接必须预紧？预紧后，螺栓和被连接件各受到什么载荷？ 解：为了保证螺纹连接的可靠性或被连接件的气密性，在安装时必须把螺母或螺钉拧紧。预紧后，螺栓受拉，被连接件受压。

10-17普通螺栓连接和铰制孔螺栓连接在结构、承载原理上各有什么特点？

解：普通螺栓连接用于连接两个被连接件，既可承受轴向载荷，也可承受横向载荷。螺栓与孔壁之间有间隙，故无定位作用，靠结合面间摩擦承受横向载荷，应用最广泛。铰制孔

螺栓连接承受横向载荷的两个被连接件，靠螺栓光杆部分与孔壁之间相互挤压来承受横向载荷，承载能力大，并有定位作用。

10-18在螺纹连接中，为什么要采用防松装置？

解：连接螺纹满足自锁条件，按说不会自行松脱。但在冲击、振动和变载荷作用下，螺纹间的摩擦力可能瞬时消失，连接有可能松脱。当温度变化较大时，由于热变形等原因，也可能发生螺纹的松脱现象。为了保证连接的可靠性和安全，必须在设计时考虑螺纹连接的防松问题。

10-19键连接有哪些类型？

解：键连接的主要类型有：平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。 10-20平键连接与楔键连接在结构和使用性能上有什么不同？ 解：平键连接中键与键槽底部有间隙，故轴与轮毂的对中性好，而楔键与键槽底面楔紧，必然使轴与轮毂轴线产生偏斜。

10-21花键连接与平键连接相比有哪些优缺点？

解：与平键连接相比，花键连接的导向性好，齿根处的应力集中较小，适用于传递载荷大、定心精度要求高或者经常需要滑移的连接。但花键制造成本高。

10-22销的基本类型及其功用有哪些？

解：圆柱销、圆锥销和槽销等, 其功用有定位、连接和安全保护。 10-23型面连接有何特点？

解：型面连接应力集中小，能传递大扭矩，装拆方便，但是加工工艺复杂，需要专用设备。

10-24试比较铆接、焊接、胶接的特点及其应用。

解：铆接的工艺简单、耐冲击、连接牢固可靠，但结构较笨重，被连接件上有钉孔使其强度削弱；焊接强度高、工艺简单、重量轻，但焊接后常常有残余应力和变形存在，不能承受严重的冲击和振动；胶接工艺简单、便于不同材料及极薄金属间的连接，胶接的重量轻、耐腐蚀、密封性能好；但是，胶接接头一般不宜在高温及冲击、振动条件下工作，胶接剂对胶接表面的清洁度有较高要求，结合速度慢，胶接的可靠性和稳定性易受环境影响。

10-25一齿轮装在轴上，采用A型普通平键连接。齿轮、轴、键均用45钢，轴径d=80mm，轮毂长度L=150mm，传递传矩T=2 000 N·m，工作中有轻微冲击。试确定平键尺寸和标记，并验算连接的强度。

解：d=80,

bh2214, L=150， kh/27, []bs110MPa, lLb15022128，bs2T2200010360.5 MPa kdl780128平键标记：键A 22X14 GB/T—1096—79，键长L=150mm，bs60.5 MPa，bs110MPa，满足连接的强度。

10-26题10-26图所示刚性联轴器用螺栓连接，螺栓性能等级为8.8，联轴器材料为铸铁（HT250），若传递载荷T=1 500 N .m。

1)采用4个M16的铰制孔用螺栓，螺栓光杆处的直径ds= 17mm，受压的最小轴向长度= 14 mm，试校核其连接强度；

2)若采用M16的普通螺栓连接，当接合面间摩擦因数f =0.15，安装时不控制预紧力，试确定所需螺栓数目（取偶数）。

题10-26图

解：F2T1）[]41558838.7N，s640 MPa ，S2.5

s640240MPa，[]bs2.5sb2.25111 MPa F4FFF21.32 MPa，20.33 MPa bs22d01714d1704满足连接强度。

2）d113.835mm，s3213.3 MPa，

1.3FQ[]d12155zFQfKsT，[]， FQ24665.8 N （取Ks1.3)，

2241.3d142KsT103z6.8 ，取z=8。

FQf15510-27一钢制液压油缸，缸内油压p=4 MPa，油缸内径D = 160 mm（图10-7），沿凸缘圆周均布8个螺栓，装配时控制预紧力。试确定螺栓直径。

解：Fp4D244160280424.78N

FFF10053N z8Fp/0.6F，FQFFp/1.6F，s640，S=1.35，[]6401.35474，

1.3FQ4d21[]，d11.3FQ4[]7.49，螺栓直径d8mm。

10-28试为题10-26图所示联轴器选择平键连接的尺寸并校核其强度。

11，L=108，lLb90，k5.5，bS解：b×h=18×2T/60101 MPa，lkbS75 MPa，强度不足。

10-29一钢制齿轮与轴采用静连接，轴径d = 100 mm，齿轮轮毂宽度为180 mm，工作时有轻微冲击。试确定普通平键连接尺寸，并计算其能传递的最大转矩。

解：键A 28X16GB/T—1096—79，键长L=176mm，l=L-b=160， k=h/2=8，bs110MPa，bs2T2T[]bs，kdl8100160T[]bs8100160/27040Nm

第十一章轴承 思考题和练习题

11-1滑动轴承的摩擦状况有哪几种？它们有何本质差别？

解：分为四种：干摩擦状态，当两相对运动表面之间无任何介质时，两摩擦表面直接接触，摩擦因数大，两表面的磨损快，摩擦功率损耗也较大；边界摩擦状态，两摩擦表面上吸附有一层极薄的润滑介质薄膜，两摩擦表面被薄膜隔开，但在载荷作用下，有部分表面上的凸峰会刺破薄膜而形成直接接触，因此这种状态下摩擦因数和磨损都比较大；液体摩擦状态，当两表面之间存在液体介质，同时液体介质的厚度足以将两表面完全隔开，在这种状态下，两表面之间的摩擦完全来自液体介质内部，摩擦因数很小，磨损几乎为零；混合摩擦状态，当两表面之间液体介质的厚度较小，使两摩擦表面之间一些地方形成液体摩擦，而在另一地方形成边界摩擦。

滑动轴承的摩擦状况本质差别在于摩擦系数和磨损不同。 11-2径向滑动轴承的主要结构形式有哪几种？各有何特点？

解：有整体式、剖分式和调心式。整体式滑动轴承具有结构简单、成本低、刚度大等优点，但在装拆时需要轴承或轴作较大的轴向移动，故装拆不便。而且当轴颈与轴瓦磨损后，无法调整其间的间隙。剖分式轴承装拆方便，且通过调整垫片的厚薄，可以调整轴瓦和轴颈间的间隙，以补偿磨损造成的间隙增大。调心式轴承轴瓦外表面为球面，起调心作用，以适应轴的偏斜。

11-3非液体摩擦滑动轴承的主要失效形式是什么，试从下面选择正确解案？

(a)点蚀

(b)胶合 √(c)磨损

(d)塑性变形

11-4常用轴瓦材料有哪些，适用于何处？为什么有的轴瓦上浇铸一层减磨金属作轴承衬使用？

解：轴承合金，常用来做轴承衬材料；青铜，常用来整体轴瓦。能同时满足轴承材料要求的是难找的，为使各种轴承材料在性能上取长补短，在工艺上可以用浇铸或压合方法，将具有减磨作用的薄层材料粘附在轴瓦基体上。

11-5形成滑动轴承动压油膜润滑要具备什么条件？

解：形成液体动压油膜需要具备以下条件：(1)轴颈和轴瓦工作表面间必须有一个收敛的楔形间隙 。(2)轴颈和轴瓦工作表面间必须有一定的相对速度，且它们的运动方向必须使润滑

剂从大口流入，从小口流出。(3)要有一定粘度的润滑剂，且供应要充分。

11-6选择下列正确解案。液体滑动轴承的动压油膜是在一个收敛间楔、充分供油和一定

条件下形成的。

√(a)相对速度

(b)外载

(c)外界油压

(d)温度 11-7校核铸件清理滚筒上的一对滑动轴承，已知装载量加自重为 18000 N，转速为 40 r/min，两端轴颈的直径为 120 mm，轴瓦材料为锡青铜ZCuSn10Pl，用润滑脂润滑。 解：F=18000/2=9000N，l1d120，[p]14.7，[pv]14.7，[v]10

F90000.625 MPa ld120120Fdnpv0.157 MPa .m/s ld601000dnv0.25 m/s 601000p11-8验算一非液体摩擦的滑动轴承，已知轴转速n=65r/min，轴直径d=85mm，轴承宽度B=85mm，径向载荷R=70kN，轴的材料为45号钢。

R701039.69 MPa 解：pld8585v dn6010000.289 m/s pvRdn2.8 MPa .m/s ld601000滑动轴承的材料为ZCuZn16Si4。

11-9一起重用滑动轴承，轴颈直径d=70mm，轴瓦工作宽度B=70mm，径向载荷R=30000N，轴的转速n=200r/min，试选择合适的轴瓦材料。 解：pR300006.12 MPa ld7070dnv0.733 m/s 601000pvRdn4.49 MPa .m/s ld601000

滑动轴承的材料为ZCuZn16Si4。

11-10已知一支承起重机卷筒的非液体摩擦的滑动轴承所受的径向载荷R=25000N，轴颈直径d=90mm，宽径比B/d=1，轴颈转速n=8r/min，试选择该滑动轴承的材料。 解：pR250003.09 MPa ld9090dnv0.038 m/s 601000

pvRdn0.12 MPa .m/s ld601000滑动轴承的材料为HT150。

11-11 滚动轴承主要类型有哪几种？各有何特点？试画出它们的结构简图。 解：见表11—2 11-12 说明下列型号轴承的类型、尺寸、系列、结构特点及精度等级：32210E，52411/P5，61805，7312AC，NU2204E。

解：32210E：圆锥滚子轴承，d=50，直径系列2，宽度系列2，普通级精度 52411/P5：推力球轴承，d=55，直径系列4，宽度系列2，5级精度 61805：深沟球轴承，d=55，直径系列8，宽度系列1，普通级精度 7312AC：角接触球轴承，d=60，直径系列3，宽度系列0，普通级精度 NU2204E：圆柱滚子轴承，d=20，直径系列2，宽度系列2，普通级精度 11-13 选择滚动轴承应考虑哪些因素？试举出1~2个实例说明之。

解：主要应考虑如下三方面的影响因素来确定。 1．轴承承受的载荷

轴承的类型选择主要决定于载荷的大小、方向和性质。 1)由于球轴承元件之间是点接触，而滚子轴承是线接触，所以在同样的载荷下球轴承的接 触应力要比滚子轴承大，因此当载荷轻而平稳时，宜选球轴承；而当载荷大、有冲击时则宜选用滚子轴承。

2)当轴承载荷的方向为纯径向时，应选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承。而当载 荷方向为纯轴向时，则应选用推力球轴承。

3)若轴承同时承受径向载荷和轴向载荷，且轴向载荷较小时，可选用深沟球轴承；而当轴向荷较大时，则可选用角接触球轴承和圆锥滚子轴承。

2．轴承的转速

1)由于球轴承比滚子轴承的滚动阻力小，所以在尺寸、精度相同时，球轴承比滚子轴承的极限转速高，在高速时应优先选用球轴承。

2)在轴承内径相同情况下，不同的滚动体尺寸对应于不同的轴承尺寸系列。滚动体的尺寸 愈大，在高速转动时产生的离心力也愈大，对轴承的强度和寿命影响也随之增大，因此滚动体小的轴承更适合于高速转动下工作。

3)推力轴承的滚道对滚动体的约束能力很小，在较高转速时滚动体很容易脱离滚道位置而失效，所以推力轴承的极限转速都很低。

3．轴承的调心性能 当轴的跨距较大、弯曲刚度较小或由于加工安装等原因造成轴两端的轴承有较大不同心时，应采用具有自动调心性能的调心球轴承或调心滚子轴承。

11-14 滚动轴承的主要失效形式是什么？应怎样采取相应的设计准则？

解：疲劳点蚀是滚动轴承的主要失效形式，设计准则是验算当量动载荷以避免在要求寿命内发生点蚀；当轴承转速很低或间歇摆动时，很大的静载荷或冲击载荷会使轴承滚道和滚动体接触处产生塑性变形，使滚道表面形成变形凹坑，设计准则是验算当量静载荷以避免发生塑性变形。

11-15 试按滚动轴承寿命计算公式分析：

（1） 转速一定的7207C轴承，其额定动载荷从C增为2C时，寿命是否增加一倍？ （2） 转速一定的7207C轴承，当量动载荷从P增为2P时，寿命是否由Lh下降为Lh/2？ （3） 当量动载荷一定的7207C轴承，当工作转速由n增为2n时，其寿命有何变化？ 解：（1）否，应是原来的8倍

（2）否，应是Lh/8

（3）转数寿命不变，时间寿命缩小一半。

第十二章 轴和联轴器 思考题和练习题

12-1 轴有哪些类型？各有何特点？请各举2~3个实例？ 解：根据承受载荷的不同，轴可分为转轴、传动轴和心轴三种。转轴既承受转矩又承受弯矩，如的减速箱转轴。传动轴主要承受转矩，不承受或承受很小的弯矩，如汽车的传动轴。心轴只承受弯矩而不传递转矩。

12-2 转轴所受弯曲应力的性质如何？其所受扭转应力的性质又怎样考虑？ 解：转轴所受弯曲应力为对称循环变应力，扭转应力为静应力（单向转动）、脉动应力（单向转动且频繁起动）、对称循环变应力（频繁正反转） 12-3 轴的常用材料有哪些？应如何选用？

解：轴的材料常采用碳素钢和合金钢。碳素钢具有较高的综合机械性能，因此应用较多，特别是45号钢应用最为广泛。为了改善碳素钢的机械性能，应进行正火或调质处理。合金钢具有较高的机械性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。值得注意的是：钢材的种类和热处理对其弹性模量的影响甚小，因此如欲采用合金钢或通过热处理来提高轴的刚度，并无实效。此外，合金钢对应力集中的敏感性较高，因此设计合金钢轴时，更应从结构上避免或减小应力集中，并减小其表面粗糙度。

12-4 在齿轮减速器中，为什么低速轴的直径要比高速轴粗得多？ 解：因为低速轴转矩大。

12-5 转轴设计时为什么不能先按弯扭合成强度计算，然后再进行结构设计，而必须按初估直径、结构设计、弯扭合成强度验算三个步骤来进行？ 解：因为结构设计前各轴段长度不定，弯矩无法确定。

12-6 轴上零件的周向和轴向定位方式有哪些？各适用什么场合？

解：轴向定位方式有轴肩、轴环和套筒等。轴肩和轴环结构简单、可靠，并能承受较大轴向力；套筒定位结构也简单、可靠，但不适合高转速情况。

轴上零件的周向定位大多采用键、花键或过盈配合等联接形式。以传递动力为目的时，可用键连接；以传递精确运动为目的时，可用圆锥面或过盈配合；紧螺钉或销连接仅用在传递扭矩小、且不重要的场合。

12-7已知一传动轴传递的功率为40kW，转速n=1000r/min，如果轴上的剪切应力不许超过40MPa，求该轴的直径？ 解：T9.55106P409.55106382000Nm n1000400.2TT3[]0.2/T3，[]d16.83mm WT0.2d338200012-8已知一传动轴直径d=35mm，转速n=1450r/min，如果轴上的剪切应力不许超过55MPa，问该轴能传递多少功率？ 解：TT33[]，Nm T[]0.2d550.2354716253WT0.2d71.6 kW PTn9.5510612-9 已知一转轴在直径d=55mm处受不变的转矩T=15103N.m和弯矩M=7103N.m，轴的

材料为45号钢调质处理，问该轴能否满足强度要求？ 解：MeM2(T)272(0.315)2106N﹒mm，

caMeMeMe500 MPa， 33W0.1d0.155而1b300 MPa，轴不能满足强度要求。

12-10 联轴器、离合器和制动器的功用有何异同？各用在机械的什么场合？

解：联轴器和离合器都是用来连接两轴(或轴与轴上的回转零件)，使它们一起旋转并传递扭矩的部件，但离合器在机器运转中可将传动系统随时分离或接合，联轴器则不能。制动器是对机器的运动件施加阻力或阻力矩，实现迅速减速或停止运动。

12-11 为什么有的联轴器要求严格对中，而有的联轴器则可以允许有较大的综合位移？ 解：联轴器有刚性联轴器和挠性联轴器，刚性联轴器无误差补偿能力，故要求严格对中，否则两轴憋着劲无法正常工作；而挠性联轴器有误差补偿能力，可依靠联轴器元件间的相对运动或弹性变形，来自动适应两轴的偏斜误差。

12-12 刚性联轴器和弹性联轴器有何差别？各举例说明它们适用于什么场合？

解：刚性联轴器无误差补偿能力，适用于系统刚性好，运转平稳的场合；弹性联轴器有误差补偿能力，弹性元件有缓冲减震作用，适用于系统刚性较差，工作中易产生两轴偏斜误差和有冲击振动的场合。

12-13万向联轴器有何特点？如何使轴线间有较大偏斜角的两轴保持瞬时角速度不变？ 解：万向联轴器的最大特点就是能适应两轴间很大的角度位移，为保持输出瞬时角速度不变，可采用双万向联轴器，且在联轴器布置上满足恒速要求的三个条件。

12-14选择联轴器的类型时要考虑哪些因素？确定联轴器的型号应根据什么原则？

解：依据机器的工作条件（诸如转速、运动平稳性、系统刚性、温度等）选定合适的类型，按照计算转矩、轴的转速和轴端直径从标准中选择所需的型号和尺寸。 12-15 试比较牙嵌离合器和摩擦离合器的特点和应用？

解：牙嵌离合器结合准确、可靠、传递载荷大，但结合过程冲击大，不适合高速，一般在空载下离合。摩擦离合器和牙嵌离合器相比，有下列优点：不论在何种速度时，两轴都可以接合或分离；接合过程平稳，冲击、振动较小；从动轴的加速时间和所传递的最大转矩可以调节；过载时可发生打滑，以保护重要零件不致损坏。其缺点为外廓尺寸较大；在接合、分离过程中要产生滑动摩擦，故发热量较大，磨损也较大。一般而言，当要求主、从动轴同步转动且传递转矩较大时，可选用嵌入式离合器；当要求在高速下平稳接合而主、从动轴同步要求低时，宜选用摩擦式离合器。

12-16带式制动器与块式制动器有何不同？各适用于什么场合？

解：块式制动器靠瓦块与制动轮间的摩擦力来制动，瓦块对制动轮的包角较小，故制动力相对较小，但对轴的作用力小（理论上对轴的径向力为零）。带式制动器主要用挠性钢带包围制动轮。制动带包在制动轮上，制动带与制动轮之间产生摩擦力，从而实现合闸制动。带式制动器结构简单，它由于包角大而制动力矩大，但其缺点是制动带磨损不均匀，容易断裂，而且对轴的作用力大。

第十三章弹簧 思考题和练习题

13 -1 弹簧有哪些类型？各有什么功用？

解：按照所承受的载荷不同，弹簧可以分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等四种。按外形不同又可分为：螺旋弹簧、碟形簧、环形簧、盘弹簧和板簧。

弹簧的主要功用有：1）控制机构的运动，如制动器、离合器中的控制弹簧，内燃机气缸的阀门弹簧等。2）减振和缓冲，如汽车、火车车厢下的减振弹簧，以及各种缓冲器用的弹簧等。3）储存及输出能量，如钟表弹簧、枪栓弹簧等。4）测量力的大小，如测力器和弹簧秤中的弹簧等。

13 -2 弹簧旋绕比C的含义是什么？设计弹簧时为什么C值不宜取得过大或过小？ 解：弹簧旋绕比C是弹簧外径与钢丝直径之比，旋绕比C影响弹簧的强度、刚度、稳定性及制造的难易。C值大，弹簧较软，刚性小，容易变形，容易绕制。C值小，则相反，弹簧较硬，刚性大，不易绕制，还会影响压簧的稳定性。

13 -3 什么是弹簧的特性曲线？它与弹簧的刚度有什么关系？ 解：弹簧所受载荷与其变形之间的关系曲线称为弹簧的特性曲线。该特性曲线的斜率值反映弹簧的刚度。定刚度弹簧的特性曲线为直线，而变刚度弹簧的特性曲线为曲线。

第十四章机械的平衡和调速

思考题和练习题

14-1什么情况下要对转子进行静平衡？什么情况下要对转子进行动平衡？动平衡后的转子是否达到了静平衡？

解：对于轴向尺寸较小的盘状转子（b/D

14-2选择平衡质量的位置以及动平衡中两个平衡基面的位置时应考虑哪些因素？ 解：选择平衡质量的位置以及动平衡中两个平衡基面的位置时首先应考虑转子结构，布置平衡质量的位置以及动平衡中两个平衡基面的位置要方便；为减小平衡质量，其位置的回转半径尽可能大，两个平衡基面的距离也尽可能大。

14-3飞轮的调速功能是利用了飞轮的储能作用，在工程中利用飞轮的储能作用还有哪些应用？试举几例。飞轮能否调节非周期性速度波动？

解：飞轮由于它的储能作用，使其在工程中得到广泛应用。比如锻压、冲压机械，在锻压、冲压的瞬间释放动能来克服瞬间的尖峰载荷，达到节能的目的；玩具小汽车用飞轮的动能提供能量；以回转构件为从动件的杆机构，利用飞轮动能创过死点等。飞轮不能调节非周期性速度波动。

14-4转子不平衡和速度波动均会在运动副中引起附加动压力，试分析它们的区别。

解：不平衡在运动副中引起附加动压力是由于不平衡质量产生的惯性力（外力）引起的；而速度波动则是由于速度变化使得构件间的相互作用力（内力）变化引起的。二者是独立的，即匀速运动的不平衡转子会产生附加动压力，平衡转子速度波动也会产生附加动压力。 14-5什么是速度不均匀系数？速度不均匀系数是否越小越好？

解：速度不均匀系数是速度波动的幅度与平均速度之比，速度不均匀系数越小，要求飞轮的转动惯量就越大，结构尺寸和质量就越大。故不能片面追求速度的均匀，满足使用要求即可。

14-6图示为一钢制圆盘，盘厚b50mm。在位置Ⅰ处有一直径50mm的通孔，位置Ⅱ处有一质量m20.5kg凸台。为了使圆盘平衡，拟在圆盘上直径为r200mm处打一通孔。试求此通孔的直径与位置。（钢的密度7.8g/cm3）

题14-6图

解：(mbrb)x(5257.8)100cos1350500200cos210032454.94(mbrb)y(5257.8)100sin1350500200sin2100104147.64

2mbrb[(mbrb)2(mr)xbby]12109087.35，mb1122 [(mbrb)x(mbrb)y]2545.44，

rb(d245)7.8mb，d4mb1042.

2 mm

57.8barctan[(mbrb)y/(mbrb)x]360072.70287.30

第十五章机械传动系统方案的拟定

思考题和练习题

15-1设计机械传动系统方案需要考虑哪些基本要求？设计的大致步骤如何？

解：基本要求：采用尽可能简短的运动链，优先选用基本机构，应使机械有较高的机械效率，合理安排不同类型传动机构的顺序，合理分配传动比，保证机械的安全运转。

一般步骤：1拟定机械的工作原理,2执行构件的运动设计及原动机的选择，3机构的选型及组合，4机构的尺寸综合，5方案分析，6方案评审。

15-2什么叫机械的工作循环图？什么情况下需要画工作循环图？ 解：工作循环图即机器在一个工作循环中各执行构件运动配合关系的图。对于有运动协调配合要求的执行构件，在设计机械时应编制出机械工作循环图。

15-3机构的选型一般遵循哪些原则？ 解：机构选型时，应考虑以下一些原则：

（1）所选机构应满足机器运动方面的要求。这些要求包括运动形式的变换、减速或增

速、变速以及运动精度等。

（2）根据需要，所选机构应具有较好的动力性能，运动平稳，无冲击、振动，具有较高的机械效率，对工作负荷的改变有较好的适应能力等。

（3）在满足运动及工作要求的前提下，选用尽可能少的构件组成简短的运动链。这对于保证运动精度、提高机械效率和降低生产成本等都是有利的。

（4）选用机构时应考虑现场条件，要取材方便，加工容易，便于安装调试。 （5）所选机构在工作中要安全可靠，便于操作、维护和检修。 15-4机构组合有哪几种方式？

解：机构的串联组合、机构的并联组合、机构的封闭组合。

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