机械设计课后习题第5章作业
第5章作业
5-l 眼镜用小螺钉(Ml x 0．25)与其他尺寸螺钉(例如M8 x 1．25)相比，为什么更易发生自动松脱现象(§纹中径=螺纹大径-O ．65 x 螺距)? 答：因为螺纹升角：
2tan (0.65)t t d d t βππ=
=-
而眼镜用小螺钉的螺纹升角比其他尺寸螺钉大，自锁性差，所以更易发生自动松脱现象。
5-2 当作用在转动副中轴颈上的外力为一单力，并分别作用在其摩擦圆之内、之外或相切时，轴颈将作种运动?当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时，也会发生自锁吗? 答：当作用在转动副中轴颈上的外力为一单力，并分别作用在其摩擦圆之内发生自锁，轴不能运动；作用在其摩擦圆之外或相切时，轴颈将转动。当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时，不会发生自锁。
5-3 自锁机械根本不能运动，对吗?试举2,-3个利用自锁的实例。
答：不对，因为自锁机械对应于一定的外力条件和方向才自锁。
5-4 通过对串联机组及并联机组的效率计算，对设计机械传动系统有何重要启示? 答：应尽可能的提高串联机组中任意机构，减少的效率串联机组中机构的数目。在并联机组部分着重提高传递功率大的传动路线的效率。
5-5 图示曲柄滑块机构中，曲柄1在驱动力矩M 1作用下等速转动。设已知各转动副的轴颈半径r=10mm ，当量摩擦系数f v =0.1，移动副中的滑块摩擦系数f=0.15，l AB =100 mm ，l BC =350 mm 。各构件的质量和转动惯量略而不计。当M 1=20 N.m 时，试求机构在图示位置所能克服的有效阻力F 3及机械效率。
解：（1）根据已知条件fvr=0.1ⅹ10=1mm
φ=arctanf=8.53º
计算可得图示位置α=45.67º, β=14.33º
（2）考虑摩擦时，运动副中反力如图（a ）所示
（3）构件1的平衡条件为：F R21(l AB sin α+2ρ)=M 1
F R21=F R23=M 1/[(l AB sin α+2ρ)]
构件3的平衡条件为：F R23+F R43+f 3=0 作力的多边形图（b ）有：233sin(90)sin(90)
R F F βϕϕ=
-+- （4）2313cos cos 93.64%cos()(sin 2)cos()R AB F M F l ϕϕβϕαρβϕ=
==-+-
（5）机械效率：330cos sin cos 270.38(sin 2)cos()AB AB F l N F l ϕαβηαρβϕ=
==+-
5-6图示为一带式运输机, 由电动机1经平带传动及一个两级齿轮减速器带动运输带8。设已知运输带8所需的曳引力F=5 500 N ，运送速度v=1.2 m/s 。平带传动(包括轴承)的效率η1=0.95，每对齿轮(包括其轴承)的效率η2=0.97，运输带8的机械效率η3=0.92(包括其支承和联轴器)。试求该系统的总效率η及电动机所需的功率。
解：该系统的总效率为：η=η1.η22.η3=0.95ⅹ0.972ⅹ0.92=0.822
电机所需功率：N=Pv/η=5500ⅹ1.2ⅹ10-3/0.822=8.029kW
5-7如图所示，电动机通过v带传动及圆锥、圆柱齿轮传动带动工作机A及B。设每对齿轮的效率可η1=0.97(包括轴承的效率在内)，带传动的效率η3=0.92，工作机A、B的功率分别为PA=5 kW、PB=1kW，效率分别为ηA=0.8、ηB=0.5，试求电动机所需的功率。
解：:输入功率P A`=P A/(ηAη12η2)=7.22kW
P B`=P B/(ηBη12η2)=2.31kW
电机所需功率P电=PA`+PB`=9.53kW
5-8图(a)示为一焊接用的楔形夹具。利用这个夹具把两块要焊接的工件1及1’预先夹妥，以便焊接。图中2为夹具体，3为楔块。试确定其自锁条件(即当夹紧后，楔块3不会自动松脱出来的条件)。
解一：根据反行程时η`≤0的条件确定
反行程时（楔块3退出）取楔块3为脱离体，其受工件1, 1`和夹具2作用的总反力FR13和以及支持力P。各力方向如图(a)(b)所示，根据楔块3的平衡条件，作矢量三角形如图（c）.由正弦定理可得FR23=Pcosφ/sin(α-2φ) , φ=0,FR230=P/sinα
于是此机构反行程的效率为
() `230
23
sin2
cos sin
R
R
F
F
αϕη
ϕϕ
-
==
令η`≤0, 可得自锁条件为α≤2φ
解二：根据反行程生产阻力小于或等于零的条件来确定
根据楔块3的力多边形图(c)由正弦定理可得P=FR23sin(α-2φ)/cosφ
若滑块不自动松脱，则应使P≤0，即得自锁条件为α≤2φ
解三：根据运动副的自锁条件确定。由于工件被夹紧后P力就被撤消，故楔块3受力如图（b）楔块3就如同受到F R23（此时为驱动力）作用而沿水平面移动的滑块。故只要作用在
摩擦角φ内，楔块3即发生自锁。即α-φ≤φ因此可得自锁条件为α≤2φ
图b为一颚式破碎机，在破碎矿石时要求矿石不致被向上挤出，试问α角应满足什么条件?经分析可得出什么结论?
解：设矿石的重量为Q，矿石与鄂板间的摩擦系数为f，则摩擦角为：φ=arctanf
(b)
矿石有向上挤出趋势时，其受力如图（b）所示，由力平衡条件知：
2F R sin(α/2-φ)-Q=0
F R=Q/[2FRsin(α/2-φ)]
η`=F R0/F R=sin(α/2-φ)/sin(α/2)
当η`≤0时，即α/2-φ≤0矿石将不被挤出，即自锁条件为α≤2φ
5-9图示为一超越离合器，当星轮1沿顺时针方向转动时，滚柱2将被楔紧在楔形间隙中，从而带动外圈3也沿顺时针方向转动。设已知摩擦系数f=0.08，R=50 mm，h=40 mm。为保证机构能正常工作，试确定滚柱直径d的合适范围。
提示：在解此题时，要用到上题的结论。(答：9.424 mm 解：解如图所示，过滚柱2与外圈3的接触线的公切面．将形成夹角α的楔形面。由题的结论知。凡具有楔形面或楔形块的机构其楔紧不松脱条件为: α≤2g，。 此时α=arcos[(h+d/2)/(R一+d/2)] φ==arctanf=arctan0.08=4º34`26`` 由此可得 d≥2(Rcos2φ一h)/(1+cos2φ)=9.42 mm 为了保证机构能正常工作，滚柱的最大直径不得超过R-h，即d≤R-h=10 mm，故滚柱直径的取值范围为9.42～10mm。 5-10对于图4—3所示斜面机构以及图4—5所示的螺旋机构，当其反行程自锁时，其正行程的效率一定为η≤1／2，试问这是不是一个普遍规律?试分析图示斜面机构当其处于临界自锁时的情况，由此可得出什么重要的结论(设f=0.2)? 解：（1）不是普遍规律。 （2）图(c)反行程的自锁条件：在反行程根据滑块的力平衡条件，作力的多边形图，由此得： G=Fcos(β-α+φ)/sin(α-φ) G0=Fcos(β-α)/sinα η’=G0/G=cos(β-α)sin(α-φ)/[sinαcos(β-α+φ)] 令η’≤0，得α≤φ=arctanf=11.3º时滑块自锁。α=φ=11.31º时，滑块临界自锁。 正行程的效率：因滑块的正行程的效率与反行程的运动方向相反，摩擦力要反向，固由式①中φ反号，即可得正行程时驱动力F与生产阻力G的关系为 F=Gsin(α+φ)/cos(β-α-φ) F0=Gsinα/cos(β-α) 则正行程的效率 η=F0／F=sinαcos(β-α-φ)／[cos(β-α)sin(α+φ)] ② 滑块反行程临界自锁时．其正行程的效率 sin11.31cos(4511.3111.31)0.5667sin(11.3111.31)cos(4511.31)η⋅--= =+⋅- 结沦：由式②可知，β加大η提高．所以自锁机构的效率η≤1／2未必成立，它随驱动力的方向在变化，合理地安排工作行程驱动力的方向，可提高机械效率。 5-11在图5—9所示的偏心夹具中，设已知夹具中心高H=100 mm ，偏心盘外径D=120 mm ，偏心距e=15mm ，轴颈摩擦圆半径ρ=5mm ，摩擦系数f=0.15。求所能夹持的工件的最大、最小厚度h max 和h min 。 (答：h min =25 mm ，h max =36．49 mm 。) 解： 要偏心夹具发行程自锁。总反力F R23应穿过摩擦圆，即应满足条件 s —s 1≤ρ (1) 由直角三角形△ABC 及△O AE 有: s l =AC=(Dsin Φ)/2 (2) s=OE=esin(δ-Φ) (3) 由式（2）（3）得： 0≤esin(δ-Φ)(Dsin Φ)/2≤ρ (4) Φ=arctanf=8.53º 将(4)式代入(1)式得：0≤sin(δ-Φ) ≤0.9267 (5) δ≤76.4564º cos δ=(H-h-D/2)/e=(40-h)/15 (6) 将(5)式代入(6)式得：25mm≤h≤36.49mm 即：h min =25mm, h max =36.49mm 5-12图示为一提升装置，6为被提升的重物，设各接触面间的摩擦系数为f(不计铰链中的摩擦)，为了能可靠提起重物，试确定连杆2(3、4)杆长的取值范围。 解：在使用该装置时，先将构件1，5并拢插入被提升重物的孔中，然后再按下5并稍加压紧，只要构件5不自动松脱，便能可靠地提起该重物。取整个装置作为研究对象分析受力，如下图所示，根据平衡条件N1= N2=N, F fl=F f2=F f，P=2F f, 要构件5不自松脱，则: ∑M A=0 有: 22 f N l b F b fNb -≤⋅= 2 1 b l f b ≤≤+ 5-13图示为直流伺服电机的特性曲线，图中M为输出转矩，P1为输入功率，P2为输出功率，I a为电枢电流，n为转速，η为效率。由于印刷错误，误将η也印为n了，试判断哪一条曲线才是真正的效率曲线，并说明理由。 解：输出功率P2=0时, η=0下面一条曲线作为η符合，且输入功率P1≠0时．电枢电流I a ≠0，转速n≠0，上面一条曲线作为n符合。 精品文档 1. 单项选择 第五章练习题 1-1锥度心轴限制（）个自由度。 ① 2 ② 3 ③ 4 ④ 5 1-2小锥度心轴限制（）个自由度。 ① 2 ② 3 ③ 4 ④ 5 1-3 在球体上铣平面，要求保证尺寸 H（习图 1-3），必须限制（）个自由度。 ① 1 ② 2 ③ 3 ④ 4 习图 1-3 1-4制（ 1-5在球体上铣平面，若采用习图 1-4 所示方法定位，则实际限）个自由度。 ① 1 ② 2 ③ 3 ④ 4 过正方体工件中心垂直于某一表面打一通孔，必须限制 （1-6 ）个自由度。 ① 2 ② 3 ③ 4 ④ 5 大批大量生产中广泛采用（）。 习图 1-4①通用夹具 2. 判断题 ②专用夹具③成组夹具④组合夹具 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8 2-9 2-10在加工工序中用作工件定位的基准称为工序基准。 精基准是指在精加工工序中使用的定位基准。 附加基准是起辅助定位作用的基准。 直接找正装夹可以获得较高的找正精度。 划线找正装夹多用于铸件的精加工工序。 夹具装夹广泛应用于各种生产类型。 欠定位是不允许的。 过定位系指工件实际被限制的自由度数多于工件加工所必须限制的自由度数。定位误差是由于夹具定位元件制造不准确所造成的加工误差。 组合夹具特别适用于新产品试制。 3. 分析题 3-1 试分析习图 3-1 所示各零件加工所必须限制的自由度： a）在球上打盲孔φB，保证尺寸 H； b）在套筒零件上加工φB孔，要求与φD孔垂直相交，且保证尺寸 L； c）在轴上铣横槽，保证槽宽 B以及尺寸 H和 L； d）在支座零件上铣槽，保证槽宽 B和槽深 H及与 4 分布孔的位置度。 Z φB Z φB L X Y a）X Y b） Z Z L B Z Z Y X X c）Y B d） H 习图 3-1 3-2 试分析习图 3-2 所示各定位方案中：①各定位元件限制的自由度；②判断有无欠定位或过定位；③对不合理的定位方案提出改进意见。 a）车阶梯轴小外圆及台阶端面； b）车外圆，保证外圆与内孔同轴； c）钻、铰连杆小头孔，要求保证与大头孔轴线的距离及平行度，并与毛坯外圆同轴； d）在圆盘零件上钻、铰孔，要求与外圆同轴。 Z Y Z a） Y Z b） Z X X X Y c）习图 3-2 X H 1. 单项选择 第五章 练习题 1-1 锥度心轴限制（ ）个自由度。 ① 2 ② 3 ③ 4 ④ 5 1-2 小锥度心轴限制（ ）个自由度。 ① 2 ② 3 ③ 4 ④ 5 1-3 在球体上铣平面，要求保证尺寸 H （习图 1-3），必须限制（ ）个自由度。 ① 1 ② 2 ③ 3 ④ 4 习图 1-3 1-4 制（ 1-5 在球体上铣平面，若采用习图 1-4 所示方法定位，则实际限 ）个自由度。 ① 1 ② 2 ③ 3 ④ 4 过正方体工件中心垂直于某一表面打一通孔，必须限制 （ 1-6 ）个自由度。 ① 2 ② 3 ③ 4 ④ 5 大批大量生产中广泛采用（ ）。 习图 1-4 ① 通用夹具 2. 判断题 ② 专用夹具 ③ 成组夹具 ④ 组合夹具 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8 2-9 2-10 在加工工序中用作工件定位的基准称为工序基准。 精基准是指在精加工工序中使用的定位基准。 附加基准是起辅助定位作用的基准。 直接找正装夹可以获得较高的找正精度。 划线找正装夹多用于铸件的精加工工序。 夹具装夹广泛应用于各种生产类型。 欠定位是不允许的。 过定位系指工件实际被限制的自由度数多于工件加工所必须限制的自由度数。 定位误差是由于夹具定位元件制造不准确所造成的加工误差。 组合夹具特别适用于新产品试制。 H （φD ） H 3. 分析题 3-1 试分析习图 3-1 所示各零件加工所必须限制的自由度： a ）在球上打盲孔 φB ，保证尺寸 H ； b ）在套筒零件上加工 φB 孔，要求与 φD 孔垂直相交，且保证尺寸 L ； c ）在轴上铣横槽，保证槽宽 B 以及尺寸 H 和 L ； d ）在支座零件上铣槽，保证槽宽 B 和槽深 H 及与 4 分布孔的位置度。 Z φB Z φB L X Y a ） X Y b ） Z Z L B Z Z Y X X c ） Y B d ） H 习图 3-1 3-2 试分析习图 3-2 所示各定位方案中：① 各定位元件限制的自由度；② 判断有无欠定 位或过定位；③ 对不合理的定位方案提出改进意见。 a ）车阶梯轴小外圆及台阶端面； b ）车外圆，保证外圆与内孔同轴； c ）钻、铰连杆小头孔，要求保证与大头孔轴线的距离及平行度，并与毛坯外圆同轴； d ）在圆盘零件上钻、铰孔，要求与外圆同轴。 Z Y Z a ） Y Z b ） Z X X X Y c ） 习图 3-2 X Y d ） 第4章 平面连杆机构 4.1 机构运动分析时的速度多边形与加速度多边形特性是什么？ 答：同一构件上各点的速度和加速度构成的多边形与构件原来的形状相似，且字母顺序一致。 4.2 为什么要研究机械中的摩擦？机械中的摩擦是否全是有害的？ 答：机械在运转时，其相邻的两构件间发生相对运动时，就必然产生摩擦力，它一方面会消耗一部分的输入功，使机械发热和降低其机械效率，另一方面又使机械磨损，影响了机械零件的强度和寿命，降低了机械工作的可靠性，因此必须要研究机械中的摩擦。 机械中的摩擦是不一定有害的，有时会利用摩擦力进行工作，如带传动和摩擦轮传动等。 4.3 何谓摩擦角？如何确定移动副中总反力的方向？ 答：（1）移动或具有移动趋势的物体所受的总反力与法向反力之间的夹角称为摩擦角?。 （2）总反力与相对运动方向或相对运动趋势的方向成一钝角90?+ ，据此来确定总反力的方向。 4.4 何谓摩擦圆？如何确定转动副中总反力的作用线？ 答：（1）以转轴的轴心为圆心，以0()P P rf =为半径所作的圆称为摩擦圆。 （2）总反力与摩擦圆相切，其位置取决于两构件的相对转动方向，总反力产生的摩擦力矩与相对转动的转向相反。 4.5 从机械效率的观点看，机械自锁的条件是什么？ 答：机械自锁的条件为0η≤。 4.6 连杆机构中的急回特性是什么含义？什么条件下机构才具有急回特性？ 答：（1）当曲柄等速转动时，摇杆来回摇动的速度不同，返回时速度较大。机构的这种性质，称为机构的急回特性。通常用行程速度变化系数K 来表示这种特性。 （2）当0θ≠时，则1K >，机构具有急回特性。 4.7 铰链四杆机构中曲柄存在的条件是什么？曲柄是否一定是最短杆？ 答：（1）最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和；最短杆或相邻杆应为机架。 第5章 带传动答案 1、某带传动的大小带轮的基准直径100m m d 1=，400m m d 2=，小带轮转速min r 1460n 1=，滑动率0.02=ε，传递功率10KW P =，求带速、大带轮的转速、有效拉力？ 2、一平带传动，已知两带轮直径分别为150mm 和400mm,中心距为1000mm,主动小带轮转速min r 1460n 1=。试求： （1）小带轮包角； （2）带的几何长度； （3）不考虑带传动的弹性滑动时大轮的转速； （4）滑动率为0.015 时大轮的实际转速。 3、一平带传动，已知两带轮直径分别为150mm 和400mm,中心距为1000mm,主动小带轮转速min r 1460n 1=，若传递功率为5KW ，带与带轮间的摩擦系数 0.3f =，若所用平带每米的质量m 0.35kg q =。试求： （1）带的松、紧边拉力； （2）初拉力； （3）作用在轴上的压力。 4、A 型普通V 带传动，主、从动带轮的基准直径分别为125mm 和250mm,初定中心距450m m a 0=，试确定带的基准长 度与实际中心距。 5、题4的A 型普通V 带传动，用于电动机与工作机之间的减速传动，已知传动的功率4KW P =，转速 min r 1440n 1=，两班制工作，载荷变动较大，试求所需A 型带的根数。 6、B 型普通V 带传动，两轮转速min r 1460n 1=，min r 400n 2=，小带轮的基准直径160m m d 1=，中心距1500mm a 0=，根数4z =，载荷有振动，两班制工作，求V 带所能传递的功率。 7、有一带式输送装置，其异步电动机与齿轮减速器之间用普通V 带传动，电动机功率7KW P =，转速min r 960n 1=，减速器输入轴的转速min r 330n 2=，运输装置工作时有轻度冲击，两班制工作，试设计此带传动。 习题讲解 题5-5 当给定连杆两个位置时，设计的铰链四杆机构可以有无穷多解，若要有唯一确定解，可以附加哪些条件？ 给定连杆三个位置 答：可附加以下条件之一： 曲柄与摇杆的长度 固定铰链A或D的位置，A、D间的距离 主、从动件的转角 …… 可以有唯一确定解。 题5-7何谓机构的原理误差？如果推杆行程和摆杆长度相同 时，正弦机构和正切机构误差各为多少？若正弦机构的原理 误差比正切机构小，为什么在高精度的光学比较仪中都采用 正切机构？ 答： 所谓原理误差是指仪器中采用的机构的传动特性与要求的传动特性不相符而引起的仪器误差。若推杆行程和摆杆长度均相同时，正弦机构的原理误差为aα3/6，正切机构的原理误差为-aα3/3。 虽然正弦机构的原理误差比正切结构小，但在高精度的光学比较仪中仍采用正切结构，是由于采用了两级放大，第一级将线位移转换为角位移，即S=a tanα, 对于线性刻度标尺，示值小于实际值；第二级光学放大，将角位移变为线位移，对于线性刻度标尺，示值大于实际值，两者原理误差方向相反，可以抵消一部分，减少了原理误差。 题5-8 图5-40所示铰链四杆机构中，已知L BC=50mm，L CD=35mm，L AD=30mm，AD为机架。问： 1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求L AB的最大值。 2）若此机构为双曲柄机构，求L AB的最小值。 3）若机构为双摇杆机构，求L AB的值（取值范围）。 解： 1）当此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄时，由曲柄存在的必要条件（杆长条件），有： L AB + L BC ≤L CD + L AD 即L AB +50 ≤35+30 L AB≤15mm ∴L AB的最大值为15mm。 机械设计第五章课后习题 5-1分析比较普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，各举一例说明它们的应用 5-2将承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆部分做得细些有什么好处？ 5-2分析活塞式空气压缩气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力，最小应力如何得出？当气缸内的最高压力提高时，它的最大应力，最小应力将如何变化？ 5-4?图5-49所示的底板螺栓组联接受外力FΣ作用在包含x轴并垂直于底板接合面的平面内。试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大？堡证联接安全工作的必要条件有哪些？ 5-5图5-50是由两块边板和一块承重板焊成的龙门起重机导轨托架。两块边板各用4个螺栓与立柱相联接，托架所承受的最大载荷为KN，载荷有较大的变动。试问：此螺栓联接采用普通螺栓联接还是铰制孔用螺栓联接为宜？为什么？ 5-6已知托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相联接。托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为mm、大小为60KN的载荷作用。现有如图5-51所示的两种螺栓不知型式，设采用铰制孔用螺栓联接，试问哪一种不知型式所用的螺栓直径较小？为什么？ 5-7图5-52所示为一拉杆螺纹联接。已知拉丁所受的载荷F=56KN,载荷稳定，拉丁材料为Q235钢，试设计此联接。 5-8两块金属板用两个M12的普通螺栓联接。若接合面的摩擦系数f=0.3,螺栓预紧力控制在其屈服极限的70%。螺栓用性能等级为4.8的中碳钢制造，求此联接所能传递的横向载荷。 5-9 受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已知螺栓预紧力Fo=15000N,当受轴向工作载荷F＝10 000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。 5-10图5-24所示为一汽缸盖螺栓组联接。已知汽缸内的工作压力P=0~1MPa，缸盖与缸体均为钢制，直径 D1=350mm,D2=250mm.上、下凸缘厚均为25mm.试设计此联接。 5-11设计简单千斤顶（参见图5-41）的螺杆和螺母的主要尺寸。起重量为40000N，起重高度为200mm,材料自选。 第五章 1．带传动有哪些主要类型？各有什么特点？ 摩擦型带传动，依靠摩擦力使传动带运动而驱动从动轮转动。啮合型带传动，主要靠传动带与带轮上的齿相互啮合来传递运动和动力，啮合带除保持了摩擦带传动的优点外，还具有传递功率大、传动比准确等优点，多用于如录音机、数控机床等要求传动平稳、传动精度较高的场合。 2．与平带传动相比，V带传动有何优缺点？ 在同样张紧力下，V带比平带传动能产生更大的摩擦力、更高的承载能力、更大的传动功率，除此以外V带传动还具有标准化程度高、传动比大、结构紧凑等优点。 3．带传动中，紧边和松边是如何产生的？怎样理解紧边和松边的拉力差即为带传动的有效拉力？ 带绕入主动轮一边的拉力由F0增大到F1，称为紧边，F1为紧边拉力；另一边拉力由F0减少到F2，称为松边，F2为松边拉力。 4．带的工作速度一般为5～25 m/s，带速为什么不宜过高又不宜过低？ 带速太高，则离心力大，带与带轮间的正压力减小，传动能力下降；带速太低，会使传递的圆周力增大，带的根数增多。 5．为什么说弹性滑动是带传动的固有特性？弹性滑动对传动有什么影响？是什么原因引起的？ 带是弹性带，受拉后会产生弹性变形。造成传动比不稳定。弹性滑动是由于拉力差引起的，只要传递圆周力，就必然会发生弹性滑动，是不可以避免的。 6．带传动的打滑是怎样产生的？打滑多发生在大轮上还是小轮上？为什么？刚开始打滑前，紧边拉力与松边拉力有什么关系？ 打滑是由于带传动的工作载荷超过了带与带轮之间摩擦力的极限值所引起的。对于开式传动，由于小带轮上的包角α1小于大带轮的包角α2，所以打滑总是先发生在小带轮上。 7．一磨床的电动机和主轴箱之间采用垂直布置的普通V带传动。电动机功率P = 7.5 kW， 5-1如图所示的V带在轮槽内的三种安装情况，哪一种正确？为什么？ 答：第一种安装方式正确。因为第二种安装方式，使带缠身较大的弯曲变形，带在传动中受到的弯曲应力增大，影响带的使用寿命。第三种安装方式，使带的工作面与带轮的接触面积减小，影响带传动的传动能力。 5-2什么是有效拉力？什么是初拉力？它们之间的关系？ 答：紧边和松边拉力的差值为带传动中起传递转矩作用的拉力，称为有效拉力F。 为保证带传动正常工作，传动带必须以一定的张紧力紧套在带轮上，由于静止不动，带两边承受相等的拉力，称为初拉力F o。 F2 F 0 f f e e 1 1 5-3小带轮包角对带传动有何影响？为什么只给出小带轮包角的计算公式？ 答：F随α的增大而增大。增加α会使接触弧上摩擦力的总和增加，从而使F增大，提高其传动能力。 由于大带轮到包角α2大于小带轮的包角α1，打滑首先发生在小带轮，因此，只考虑小 带轮的包角α1。 5-4带传动工作时，带的截面上产生哪些应力？应力沿带全长是如何分布的？最大应 力在何处？ 答：（1）拉应力：作用于带的全长。带的紧边σ1为，松边为σ2，σ1＞σ2。 （2）弯曲应力：绕过带轮处受到弯曲应力的作用。σb1＞σb2。 （3）离心拉应力：沿带长均匀分布。 当带在紧边绕上小带轮时应力达到最大值，其值为σmax=σ1+σb1+σC 5-5带传动的弹性滑动和打滑是如何产生的？它们对带传动的影响？是否可以避免？ 答：弹性滑动是由于带的弹性变形，只要传递圆周力，就会产生弹性滑动，不可避免。弹性滑动引起带的传动比的变化。打滑是由于过载引起的，能够避免。 5-6链传动的主要失效形式有哪几种？ 答：链板疲劳破坏；滚子和套筒的冲击疲劳破坏；链条铰链磨损；链条铰链的胶合； 静力拉断。 5-7链传动为何要适当张紧？与带传动的张紧有什么区别？ 答：链传动中，不需要给链条初拉力。链传动张紧的目的，是为了避免松边下垂量过 大而引起啮合不良或振动现象。 带传动工作一段时间后会由于塑性变形和磨损而松弛，使初拉力减小，传动能力下降。为了保证带传动的传动能力，应定期检查初拉力的数值，发现不足必须要重新张紧。 5-8已知：带传动传递的功率P=5kW，小带轮转速n1=400r/min，中心距a=1500mm， 小带轮基准直径d d1=450mm，dd2=650mm，fv=0.2，求带速V、包角α1和有效拉力F。 d1n 3.14450400d1 解：9.42 vm/s 601000601000 dd 0000 650450 dd2=172.360 2 18057.318057.3 .课程名：机械设计基础（第五章）题型计算题 考核点：轮系传动比计算 1.图中所示轮系中，已知Z1＝17，Z2＝34，Z2′＝15，Z3＝45，Z3′＝Z4＝16，Z5＝32，n1=1000r/min，求齿轮5的转速和转向。（8分） 2.图中所示的轮系中，Z1=18, Z2=52, Z2′=14, Z3=36, Z3′=Z4=40,n1=800r/min,试求齿轮4的转速和转向。（8分） 3.图中所示的轮系中，Z1＝16，Z2＝30，Z3＝20，Z4＝40，Z5＝2（右旋），Z6＝40。若n1=1600r/min,求蜗轮6的转速和转向。（8分） 5.在图示的轮系中，已知Z1＝Z2＝Z4＝Z5＝20，Z3＝Z6＝60，齿轮1的转速n1=1440r/min，求齿轮6的转速和转向。（8分） *6.在图示的轮系中，设已知双头右旋蜗杆的转速n1=900r/min，Z2＝60，Z2′＝25， Z3＝20，Z3′＝25，Z4＝20，Z4′＝30，Z5＝35，Z5′＝28，Z6＝135，求轮6的转速和转向。（12分） *7.在图示的轮系中，已知Z1＝15，Z2＝25，Z2′＝15，Z3＝30，Z3′＝15，Z4＝30，Z4′＝2（右旋），Z5＝60，Z5′＝20，（m=4mm）,若n1=1000r/min，求齿轮6的线速度v的大小和方向。（12分） 8.在图示的双级蜗杆传动中，右旋蜗杆1的转向如图，Z1＝2，Z2＝70，Z2′＝2，Z3＝60，试求传动比i13和判断蜗轮2和蜗轮3的转向，并以箭头在图中表示。（8分） *9.图中所示轮系中，已知各标准直齿圆柱齿轮的齿数Z1＝Z2＝20，Z3′＝26，Z4 第九章 9-1.带传动中的弹性滑动与打滑有什么区别？对传动有何影响？影响打滑的因素有哪些？如何避免打滑？ 解：由于紧边和松边的力不一样导致带在两边的弹性变形不同而引起的带在带轮上的滑动，称为带的弹性滑动，是不可避免的。打滑是由于超载所引起的带在带轮上的全面滑动，是可以避免的。 由于弹性滑动的存在，使得从动轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度，使得传动效率降低。 影响打滑的因素有：预紧力大小、小轮包角、当量摩擦因素。 避免打滑：及时调整预紧力，尽量使用摩擦因素大的、伸缩率小的皮带，对皮带打蜡。 9-3.试分析参数1112D i α、、的大小对带传动的工作能力有何影响？ 解：1D 越小，带的弯曲应力就越大。 1α 的大小影响带与带轮的摩擦力的大小，包角太小容易打滑（一般取1α≥0120） 12i 越大，单根V 带的基本额定功率的增量就越大。 9-4.带和带轮的摩擦因数、包角与有效拉力有何关系？ 解：ec 01 F =2F F 1 f e f e e αα -≥+，最大有效拉力ec F 与张紧力0F 、包角α和摩擦系数f 有关，增大0F 、α和f 均能增大最大有效拉力ec F 。 9-9.设计一由电动机驱动的普通V 带减速传动，已知电动机功率P=7KW ，转速 1=1440/min n r ，传动比123i =，传动比允许偏差为±5%，双班工作，载荷平稳。 解： 1.计算功率ca P 查表得，A K =1.2，则A =K P=1.278.4ca P kW ⨯= 2.选择带的截型 根据18.41440/min 9-9A ca P kW n r ==和查图选定型带。 3.确定带轮的基准直径12D D 和 参考图9-9和表9-3取小带轮的基准直径1D =100mm ，大带轮的基准直径 2121(1)3100(10.01)297D i D mm ε=-=⨯⨯-=。 查表取标准值2315D mm =。 12 3.15i =满足条件。 机械设计课程习题集 （填空、简答、计算题部分）（第一章~第五章） 第一章 机械设计概论 填空题 1-1 大多数机器都由( )、( )、( )三部分组成。 1-2 机械设计课程研究的对象是( )，研究的目的是( )。 1-3 进行机器设计时，除了要满足使用和经济方面的要求外，还要满足( )和( )方 面的要求。 问答题 1-4 写出下列标准代号的中文名称：GB JB ISO 1-5 解释下列名词： 零件 构件 通用零件 专用零件 1-6 简述机器和机械零件的设计过程。 1-7 简述机械零件标准化、系列化和通用化的意义。 1-8 机械零件有哪些主要的失效形式？ 1-9 设计机械零件时应满足哪些基本要求？ 第二章 机械零件的工作能力和计算准则 选择题 2-1 限制齿轮传动中齿轮的接触宽度是为了提高齿轮的( )。 A 硬度 B 强度 C 刚度 D 工艺性 2-2 因为钢材的种类和热处 A -1 B 0 C 0.5 D 1 2-4 改变轴的支承位置时，轴的刚度( )。 A 增大 B 减小 C 不变 D 可能增大也可能减小 2-5 增大零件的刚度，其抗冲击的能力( )。 A 增大 B 减小 C 不变 D 不一定 2-6 圆柱与圆柱间的接触应力σH 与所受载荷F 的关系是( )。 A F H ∝σ B 2/1F H ∝σ C 3/1F H ∝σ D 理对弹性模量影响甚小，欲采用 合金钢和热处理来提高零件的( )并无实效。 A 硬度 B 强度 C 刚度 D 工艺性 2-3 静应力的循环特性r=( )。4/1F H ∝σ 填空题 2-7 稳定循环变应力的三种基本形式是( )、( )τ τ 机械设计第5-7章习题解答汇总 第5章带传动与链传动 5-1 带传动的弹性滑动是怎样产生的？能否避免？对传动有何影响？它与打滑有何不同？ 答：带传动的弹性滑动是由于带的弹性和拉力差而引起的带和带轮面间的局部的、微小的相对滑动，这是摩擦型带传动正常工作时的固有特性，是不可避免的。弹性滑动导致传动效率降低、带磨损、传动比不准确。 打滑是由过载引起的带在带轮上的全面滑动，使传动失效。打滑为非正常的工作状态，是必须避免也是可以避免的。 5-2带传动的中心距为什么要限制在一定的范围？ 答：带传动的中心距之所以要限制在一定的范围，是因为： 1）若中心距过小，虽结构紧凑，但小带轮的包角太小，导致摩擦力和传动能力降低； 2）中心距过小，使带的长度过短，带的工作频率增加，降低带的疲劳强度和工作寿命； 3）中心距若过大,不仅结构不紧凑，且皮带松边下垂，高速传动时易引起带的颤动。 5-3．多根V带传动时，若发现一根已坏，应如何处置？ 答：多根V带传动时，即使只发现一根已坏，也应该同时更换新的V带，不可新旧混用。 5-4 已知一V 带传动，小带轮直径d 1d =160mm,大带轮直径d 2d =400mm ，小带轮转速n 1=960min r ,滑动率2=ε00，试求由于弹性滑动引起的大带轮的转速损失。 解： 若无弹性滑动，大带轮的理想转速n 2应为： 1122n d 960160n 384(r /min)d 400 ⨯=== 所以，由弹性滑动引起的大带轮的转速损失 为： 2n =3840.02=7.68(r /min)ε⨯ 5-5 为什么链传动具有运动不平稳性？ 答：由于链传动的多边形效应，使其瞬时速度和瞬时传动比周期性变化，从而引起动载荷，所以链传动具有运动不平稳性。 5-6 为什么链条节数常取偶数，而链轮齿数取为奇 数？ 答： 因为若链节数为奇数，则需要采用过渡链节，当链条受拉时，过渡链节的弯链板承受附加的弯矩作用，强度降低，所以链节数常取为偶数。 正因为链节数常为偶数，为使磨损均匀，链轮齿数一般取为奇数。 5-7 滚子链的节距对链传动有何影响？ 答：因为虽然链节力矩越大承受能力越强但是链 节传动的“多边形效应”随之增大导致引起的震动．冲 第五章螺纹联接和螺旋传动 一、选择题 5—1 螺纹升角ψ增大，则联接的自锁性C，传动的效率A；牙型角 增大，则联接的自锁性A，传动的效率C。 A、提高 B、不变 C、降低 5—2在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是 D 。 A、三角形螺纹 B、梯形螺纹 C、锯齿形螺纹 D、矩形螺纹 5—3 当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常装拆时，往往采用A 。 A、双头螺柱联接 B、螺栓联接 C、螺钉联接 D、紧定螺钉联接 5—4螺纹联接防松的根本问题在于C。 A、增加螺纹联接的轴向力 B、增加螺纹联接的横向力 C、防止螺纹副的相对转动 D、增加螺纹联接的刚度 5—5对顶螺母为A防松，开口销为B防松，串联钢丝为B防松。 A、摩擦 B、机械 C、不可拆 5—6在铰制孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为B。 A、间隙配合 B、过渡配合 C、过盈配合 5—7在承受横向工作载荷或旋转力矩的普通紧螺栓联接中，螺栓杆C作用。 A、受剪切应力 B、受拉应力 C、受扭转切应力和拉应力 D、既可能只受切应力又可能只受拉应力 5—8受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，依靠A来承载。 A、接合面间的摩擦力 B、螺栓的剪切和挤压 C、螺栓的剪切和被联接件的挤压 5—9受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓所受的载荷为B；受横向工作载荷的铰制孔螺栓联接中，螺栓所受的载荷为A；受轴向工作载荷的普通松螺栓联接中，螺栓所受的载荷是A；受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓所受的载荷是D。 A、工作载荷 B、预紧力 C、工作载荷+预紧力 D、工作载荷+残余预紧力 E、残余预紧力 5—10受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接。假设螺栓的刚度C b与被联接件的刚度C m相等，联接的预紧力为F0，要求受载后接合面不分离，当工作载荷F等于预紧力F0时，则D。 A、联接件分离，联接失效 B、被联接件即将分离，联接不可靠 C、联接可靠，但不能再继续加载 D、联接可靠，只要螺栓强度足够，工作载荷F还可增加到接近预紧力的两倍 5—11重要的螺栓联接直径不宜小于M12，这是因为C。 A、要求精度高 B、减少应力集中 C、防止拧紧时过载拧断 D、便于装配 5—12紧螺栓联接强度计算时将螺栓所受的轴向拉力乘以1.3，是由于D。 A、安全可靠 B、保证足够的预紧力 C、防止松脱 D、计入扭转剪应力 5—13对于工作载荷是轴向变载荷的重要联接，螺栓所受总拉力在F0与F2之间变化，则螺栓的应力变化规律按C。 A、r = 常数 B、σm =常数 C、σmin =常数 5—14对承受轴向变载荷的普通紧螺栓联接，在限定螺栓总拉力的情况下，提高螺栓疲劳强度的有效措施是B。 A、增大螺栓的刚度C b，减小被联接件的刚度C m B、减小C b，增大C m C、减小C b和C m D、增大C b和C m 5—15有一汽缸盖螺栓联接，若汽缸内气体压力在0~2MP a之间变化，则螺栓中的应力变化规律为C。 A、对称循环 B、脉动循环 C、非对称循环 D、非 稳定循环 5—16当螺栓的最大总拉力F2和残余预紧力F1不变，只将螺栓由实心变成空心，则螺栓的应力幅σa与预紧力F0为D。 A、σa增大，预紧力F0应适当减小 B、σa增大，预紧力F0应适当增大 C、σa减小，预紧力F0应适当减小 D、σa减小，预紧力F0应适当增 第5章作业 5-l 眼镜用小螺钉(Ml x 0．25)与其他尺寸螺钉(例如M8 x 1．25)相比，为什么更易发生自动松脱现象(§纹中径=螺纹大径-O ．65 x 螺距)? 答：因为螺纹升角： 2tan (0.65)t t d d t βππ= =- 而眼镜用小螺钉的螺纹升角比其他尺寸螺钉大，自锁性差，所以更易发生自动松脱现象。 5-2 当作用在转动副中轴颈上的外力为一单力，并分别作用在其摩擦圆之内、之外或相切时，轴颈将作种运动?当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时，也会发生自锁吗? 答：当作用在转动副中轴颈上的外力为一单力，并分别作用在其摩擦圆之内发生自锁，轴不能运动；作用在其摩擦圆之外或相切时，轴颈将转动。当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时，不会发生自锁。 5-3 自锁机械根本不能运动，对吗?试举2,-3个利用自锁的实例。 答：不对，因为自锁机械对应于一定的外力条件和方向才自锁。 5-4 通过对串联机组及并联机组的效率计算，对设计机械传动系统有何重要启示? 答：应尽可能的提高串联机组中任意机构，减少的效率串联机组中机构的数目。在并联机组部分着重提高传递功率大的传动路线的效率。 5-5 图示曲柄滑块机构中，曲柄1在驱动力矩M 1作用下等速转动。设已知各转动副的轴颈半径r=10mm ，当量摩擦系数f v =0.1，移动副中的滑块摩擦系数f=0.15，l AB =100 mm ，l BC =350 mm 。各构件的质量和转动惯量略而不计。当M 1=20 N.m 时，试求机构在图示位置所能克服的有效阻力F 3及机械效率。 解：（1）根据已知条件fvr=0.1ⅹ10=1mm φ=arctanf=8.53º 计算可得图示位置α=45.67º, β=14.33º （2）考虑摩擦时，运动副中反力如图（a ）所示 （3）构件1的平衡条件为：F R21(l AB sin α+2ρ)=M 1 F R21=F R23=M 1/[(l AB sin α+2ρ)] 构件3的平衡条件为：F R23+F R43+f 3=0 作力的多边形图（b ）有：233sin(90)sin(90)R F F βϕϕ=-+-o o （4）2313cos cos 93.64%cos()(sin 2)cos()R AB F M F l ϕϕβϕαρβϕ= ==-+- （5）机械效率：330cos sin cos 270.38(sin 2)cos()AB AB F l N F l ϕαβηαρβϕ= ==+- 5-6图示为一带式运输机, 由电动机1经平带传动及一个两级齿轮减速器带动运输带8。设已知运输带8所需的曳引力F=5 500 N ，运送速度v=1.2 m/s 。平带传动(包括轴承)的效率η1=0.95，每对齿轮(包括其轴承)的效率η2=0.97，运输带8的机械效率η3=0.92(包括其支承和联轴器)。试求该系统的总效率η及电动机所需的功率。机械设计制造基础第五章练习题与答案
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