机械设计基础第10章习题
机械设计基础第10章联接习题解答
机械设计基础第10章联接习题解答10-1 试证明具有自锁性的螺旋传动，其效率恒小于50%。
证：η=tg ψ/tg （ψ+ρ） 自锁条件ψ≤ρη≤tg ψ/tg 2ψ=（1-tg 2ψ）/2≤0.5 即50%10-2 试计算M20、M20*1.5螺纹的升角，并指出哪种螺纹的自锁性较好。
解: M20 粗牙螺纹 d 2=18.376 P=s=2.5 ψ=tg -1s/(πd 2)=2.48°M20*1.5 细牙螺纹 d 2=19.026 P=s=1.5 ψ=1.44°∴ 细牙螺纹自锁效果好10-3 求螺栓所产生的拉应力为若干？螺栓会不会损坏?解: 材料35 σB =530MPa σS =315MPa (表9-1 p123)螺栓M8 d 1=6.647 d 2=7.188 P=1.25 (表10-1 p135) ψ=3.1683° f ’=0.1 ρ’=tg -1f ’=5.7106°螺母M8 d 0=9 d w =11.5 r f =(d w +d 0)/4=5.125螺纹拧紧时 T=F a [d 2tg(ψ+ρ’)/2+f c r f ]=FL (参考例10-2 p140) ∴ F a =2FL/[ d 2tg(ψ+ρ’) +2f c r f ]=25500 N==214d F a πσ734.85 MPa >σS 螺栓会损坏10-4解: Fa=100kN 梯形螺纹 d=70 d 2=65 P=10 n=4︒==-083.1121d nP tg πψ ρ’=5.711° (1) 648.0)(='+=ρψψηtg tg (2) 86.980)(22='+=ρψtg d F T a Nm (3) 螺杆每转1转 工作台升高S=nP=40螺杆转速 n 杆=υ/S=800/40=20 r/min螺杆功率 W n TT P 205430===杆杆πω (4) 工作台下降时06.305)(22Nm ＞tg d F T a ='-='ρψ 阻力矩(制动力矩) 10-5 求允许的牵引力。
机械设计基础 课后习题答案 第三版 课后答案(1-18章全) 完整版
机械设计基础课后习题答案第三版课后答案(1-18章全) 完整版机械设计基础课后习题答案第三版高等教育出版社目录第1章机械设计概述1第2章摩擦、磨损及润滑概述 3第3章平面机构的结构分析12第4章平面连杆机构16第5章凸轮机构 36第6章间歇运动机构46第7章螺纹连接与螺旋传动48第8章带传动60第9章链传动73第10章齿轮传动80第11章蜗杆传动112第12章齿轮系124第13章机械传动设计131第14章轴和轴毂连接133第15章轴承138第16章其他常用零、部件152第17章机械的平衡与调速156第18章机械设计CAD简介163机械设计概述机械设计过程通常分为哪几个阶段?各阶段的主要内容是什么?答:机械设计过程通常可分为以下几个阶段:1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。
2.方案设计在满足设计任务书中设计具体要求的前提下,由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较,从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。
3.技术设计完成总体设计、部件设计、零件设计等。
4.制造及试验制造出样机、试用、修改、鉴定。
常见的失效形式有哪几种?答:断裂,过量变形,表面失效,破坏正常工作条件引起的失效等几种。
什么叫工作能力?计算准则是如何得出的?答:工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力。
对于载荷而言称为承载能力。
根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。
标准化的重要意义是什么?答:标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少,简化生产管理过程,降低成本,保证产品的质量,缩短生产周期。
第2章摩擦、磨损及润滑概述按摩擦副表面间的润滑状态,摩擦可分为哪几类?各有何特点?答:摩擦副可分为四类:干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。
干摩擦的特点是两物体间无任何润滑剂和保护膜,摩擦系数及摩擦阻力最大,磨损最严重,在接触区内出现了粘着和梨刨现象。
液体摩擦的特点是两摩擦表面不直接接触,被液体油膜完全隔开,摩擦系数极小,摩擦是在液体的分子间进行的,称为液体润滑。
大连理工 机械设计基础 作业解答：第10章-连接
紧螺栓连接
静载荷
铰制孔用螺栓
受横向载荷
变载荷
[τ]=σS/2.5 [σp]=σS/1.25(被连接件为钢) [σp]=σB/(2~2.5)（被连接件为铸铁）
[τ]=σS/(3.5~5) [σp]按静载荷的[σp]值降低20%~30%
材料
碳钢 合金钢
表10-8螺纹连接的安全系数（不能严格控制预紧力时）
fa与关系受横向工作载荷公称直径细牙螺距p0526752459035073545324240508448041340553504918075125718866471075101590268376125107512175108631010615125114127011183515125116147011383515118202224272525251637618376203762205125051152941729419294207522375221513035277272621132151表101直径与螺距粗牙普通螺纹基本尺寸140页螺纹连接受载情况许用应力松螺栓连接s1217紧螺栓连接受轴向横向载荷控制预紧力是时s1215不严格控制预紧力时查表108铰制孔用螺栓受横向载荷静载荷225被连接件为铸铁变载荷值降低2030材料静载荷变载荷m6m16m16m30m6m16m16m30碳钢合金钢425106576565表107螺纹连接的许用应力152页表108螺纹连接的安全系数不能严格控制预紧力时106某重要拉杆螺纹连接拉杆所受拉力f13kn载荷稳定拉杆材料为q275
所选螺柱的个数和直径是合适的。
螺栓轴线到边缘的距离 e=d+（3~6）mm
（4）让工作台在载荷Fa的作用下等速下降，是否需要制动装 置？加于螺杆上的制动力矩应为多少？
机械设计基础(机电类第三版)习题参考答案
机械设计基础（第3版）复习题参考答案第2章平面机构运动简图及自由度2-1 答：两构件之间直接接触并能保证一定形式的相对运动的连接称为运动副。
平面高副是点或线相接触，其接触部分的压强较高，易磨损。
平面低副是面接触，受载时压强较低，磨损较轻，也便于润滑。
2-2 答：机构具有确定相对运动的条件是：机构中的原动件数等于机构的自由度数。
2-3 答：计算机构的自由度时要处理好复合铰链、局部自由度、虚约束。
2-4 答：1. 虚约束是指机构中与其它约束重复而对机构运动不起新的限制作用的约束。
2. 局部自由度是指机构中某些构件的局部运动不影响其它构件的运动，对整个机构的自由度不产生影响，这种局部运动的自由度称为局部自由度。
3. 说虚约束是不存在的约束，局部自由度是不存在的自由度是不正确的，它们都是实实在在存在的。
2-5 答：机构中常出现虚约束，是因为能够改善机构中零件的受力，运动等状况。
为使虚约束不成为有害约束，必须要保证一定的几何条件，如同轴、平行、轨迹重合、对称等。
在制造和安装过程中，要保证构件具有足够的制造和安装精度。
2-6 答：1.在分析和研究机构的运动件性时，机构运动简图是必不可少的；2. 绘制机构运动简图时，应用规定的线条和符号表示构件和运动副，按比例绘图。
具体可按教材P14步骤（1）~（4）进行。
2-7 解：运动简图如下：2-8 答：1. F=3n－2P L－P H=3×3－2×4－0=1。
该机构的自由度数为1。
2.机构的运动简图如下：2-9答：（a）1.图（a）运动简图如下图；2.F=3n－2P L－P H=3×3－2×4－0=1，该机构的自由度数为1CB4（b）1.图（b）运动简图如下图；2. F=3n－2P L－P H =3×3－2×4－0=1。
该机构的自由度数为1。
2-10 答：（a）n=9 P L=13 P H=0F=3n－2P L－P H=3×9－2×13－0=1该机构需要一个原动件。
第10章齿轮机构-答案详解
《机械设计基础》作业六一齿轮机构姓名 ___________ 班级 ________ 学号 _________ 成绩__________一、填空题：（24分）1、齿轮齿廓上压力角的定义为啮合点受力方向和速度方向之间所夹的锐角，标准压力角的位置在分度圆上，在齿顶圆压力角最大。
2、标准齿轮的概念是m a、ha*、c*四个基本参数为标准值，分度圆齿厚与槽宽相等，具有标准齿顶咼和齿根咼。
3、渐开线齿廓的正确啮合条件是m仁m 2,「1=「2;标准安装条件是分度圆与节圆重合;连续传动条件是应使实际啮合线段大于或等于基圆齿距，此两者之比称为重合度。
4、齿轮传动的实际啮合线为从动轮齿顶与啮合线交点B2，—直啮合到主动轮的齿顶与啮合线的交点B1为止，理论啮合线为两齿轮基圆的内公切线，即啮合极限点N占N2间的线段。
5、与标准齿轮比较，变位齿轮的齿厚、齿顶圆、齿根圆等参数发牛了变化，齿—数、模数、压力角等参数没有发生了变化。
在模数、齿数、压力角相同的情况下，正变位齿轮与标准齿轮相比较，下列参数的变化是：齿厚增加；基圆半径不变 :齿根高减小。
6以切削标准齿轮时的位置为基准，刀具的移动距离xm― 为变位量，刀具远离轮心的变位x>0 称正变位。
7、对渐开线直齿圆柱齿轮传动时，如重合度等于 1.3，这表示啮合点在法线方向移动一个法节的距离时，有百分之30 的时间是二对齿啮合，有百分之70的时间是一对齿啮合。
8、对无侧隙啮合的一对正传动齿轮来说，两轮分度圆的相对位置关系是相离____ ，齿顶高降低系数大于零。
9、用范成法加工渐开线直齿圆柱齿轮，发生根切的原因是刀具的顶线超过了啮合起始点。
10、一对渐开线直齿圆柱齿轮传动,其啮合角的数值与节圆上的压力角总是相等。
二、选择题（14分）1、渐开线在B —的压力角、曲率半径最小。
A.根圆B. 基圆C. 分度圆D.齿顶圆2、一对渐开线直齿圆柱齿轮的啮合线相切于_B ____ 。
A.两分度圆B. 两基圆C. 两齿根圆D.两齿顶圆3、渐开线齿轮的标准压力角可以通过测量—C—得。
机械设计基础第10章习题讲解
本章的习题是按旧书的齿形系数Y F 求解的，新书需将齿形系数改为复合齿形系数Y FS 。
旧书（新书）10-3（10-3） 标准渐开线齿轮的（复合）齿形系数Y F （Y FS ）与什么因素有关？两个直齿圆柱齿轮的模数和齿数分别为m 1=20 mm ，z 1=20；m 2=2 mm ，z 2=20，其（复合）齿形系数是否相等？答：标准渐开线齿轮的（复合）齿形系数Y F （Y FS ）与齿轮的齿数有关，而与模数无关。
由于两个直齿圆柱齿轮的齿数相等，故其（复合）齿形系数是相等的。
10-7（10-6）有一直齿圆柱齿轮传动，允许传递功率P ，若通过热处理方法提高材料的力学性能，使大小齿轮的许用接触应力[σ H2]、[σ H1]各提高30％，试问此传动在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，抗疲劳点蚀允许传递的扭矩和允许传递的功率可提高百分之几？解：由齿轮接触疲劳强度条件][≤)1(335H 213H σuba KT u σ±=当大小齿轮的许用接触应力提高30％时，即[] 1.3[]H H σσ'=，在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，有[]1[] 1.3H H σσ'==得： 21111.3 1.69T T T '==11 1.69P P T T P P '=''=故允许传递的扭矩和允许传递的功率可提高69％。
10-8（10-7） 单级闭式直齿圆柱齿轮传动，小齿轮的材料为45钢调质，大齿轮材料为ZG310-570正火，P = 4 kW ， n 1=720 r/min ，m =4 mm ，z 1=25，z 2 =73，b 1=84 mm ，b 2 =78 mm ，单向传动，载荷有中等冲击，用电动机驱动，试问这对齿轮传动能否满足强度要求而安全工作。
解 ：⑴ 齿轮材料的许用应力由表 10-1查得小齿轮材料45钢调质，齿面硬度230HBS ；大齿轮ZG310-570正火，齿面硬度180HBS ，齿轮的材料为软齿面齿轮。
机械设计基础课后习题答案[杨可桢等主编]第10章
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基础课程教学资料10-1证明当升角与当量摩擦角符合时，螺纹副具有自锁性。
当时，螺纹副的效率所以具有自锁性的螺纹副用于螺旋传动时，其效率必小于50%。
10-2解由教材表10-1、表10-2查得，粗牙，螺距，中径螺纹升角，细牙，螺距，中径螺纹升角对于相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹中，细牙螺纹的升角较小，更易实现自锁。
10-3解查教材表10-1得粗牙螺距中径小径1 螺纹升角普通螺纹的牙侧角，螺纹间的摩擦系数当量摩擦角拧紧力矩由公式可得预紧力拉应力查教材表9-1得35钢的屈服极限拧紧所产生的拉应力已远远超过了材料的屈服极限，螺栓将损坏。
10-4解（1）升角当量摩擦角工作台稳定上升时的效率：（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩（3）螺杆的转速螺杆的功率（4）因，该梯形螺旋副不具有自锁性，欲使工作台在载荷作用下等速下降，需制动装置。
其制动力矩为10-5解查教材表9-1得Q235的屈服极限，查教材表10-6得，当控制预紧力时，取安全系数由许用应力查教材表10-1得的小径由公式得预紧力由题图可知，螺钉个数，取可靠性系数牵曳力10-6解此联接是利用旋转中间零件使两端螺杆受到拉伸,故螺杆受到拉扭组合变形。
查教材表9-1得，拉杆材料Q275的屈服极限，取安全系数，拉杆材料的许用应力所需拉杆最小直径查教材表10-1，选用螺纹（）。
10-7解查教材表9-1得，螺栓35钢的屈服极限，查教材表10-6、10-7得螺栓的许用应力查教材表10-1得，的小径螺栓所能承受的最大预紧力所需的螺栓预紧拉力则施加于杠杆端部作用力的最大值10-8解在横向工作载荷作用下，螺栓杆与孔壁之间无间隙，螺栓杆和被联接件接触表面受到挤压；在联接接合面处螺栓杆则受剪切。
假设螺栓杆与孔壁表面上的压力分布是均匀的，且这种联接的预紧力很小，可不考虑预紧力和螺纹摩擦力矩的影响。
挤压强度验算公式为：其中；为螺栓杆直径。
螺栓杆的剪切强度验算公式其中表示接合面数，本图中接合面数。
东北大学机械设计基础各章习题附解答
绪论一、判断题（正确T，错误F）1. 构件是机械中独立制造的单元。
（）2. 能实现确定的相对运动，又能做有用功或完成能量形式转换的机械称为机器。
（）3. 机构是由构件组成的，构件是机构中每个作整体相对运动的单元体。
（）4. 所有构件一定都是由两个以上零件组成的。
（）二、单项选择题1. 如图所示，内燃机连杆中的连杆体1是（）。
A 机构B 零件C 部件D 构件2. 一部机器一般由原动机、传动部分、工作机及控制部分组成，本课程主要研究（）。
A原动机B传动部分C工作机D控制部分三、填空题1. 构件是机械的运动单元体，零件是机械的______单元体。
2. 机械是______和______的总称。
参考答案一、判断题（正确T，错误F）1. F2. T3. T4. F二、单项选择题1. B2. B三、填空题1. 制造2. 机构机器第一章平面机构的自由度一、判断题（正确T，错误F）1. 两构件通过点或线接触组成的运动副为低副。
（）2. 机械运动简图是用来表示机械结构的简单图形。
（）3. 两构件用平面低副联接时相对自由度为1。
（）4. 将构件用运动副联接成具有确定运动的机构的条件是自由度数为1。
（）5. 运动副是两构件之间具有相对运动的联接。
（）6. 对独立运动所加的限制称为约束。
（）7. 由于虚约束在计算机构自由度时应将其去掉，故设计机构时应尽量避免出现虚约束（）8. 在一个确定运动的机构中，计算自由度时主动件只能有一个。
（）二、单项选择题1. 两构件通过（）接触组成的运动副称为高副。
A 面B 点或线C 点或面D 面或线2. 一般情况下，门与门框之间存在两个铰链，这属于（）。
A复合铰链B局部自由度C虚约束 D 机构自由度3. 平面机构具有确定运动的条件是其自由度数等于（）数。
A 1B 从动件C 主动件D 04. 所谓机架是指（）的构件。
A 相对地面固定B 运动规律确定C 绝对运动为零D 作为描述其他构件运动的参考坐标点5. 两构件组成运动副必须具备的条件是两构件（）。
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本章的习题是按旧书的齿形系数Y F求解的，新书需将齿形系数改为复合齿形系数Y FS。
旧书（新书）
10-3（10-3）标准渐开线齿轮的（复合）齿形系数Y F（Y FS）与什么因素有关？两个直齿圆柱齿轮的模数和齿数分别为m1=20
mm，z1=20；m2=2 mm，z2=20，其（复合）齿形系数是否相等？
答：标准渐开线齿轮的（复合）齿形系数Y F（Y FS）与齿轮的齿数有关，而与模数无关。
由于两个直齿圆柱齿轮的齿数相等，故其（复合）齿形系数是相等的。
10-7（10-6）有一直齿圆柱齿轮传动，允许传递功率P，若通过热处理
方法提高材料的力学性能，使大小齿轮的许用接触应力[σH2]、[σH1]各提高30％，试问此传动在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，抗疲劳点蚀允许传递的扭矩和允许传递的功率可提高百分之几？
解：由齿轮接触疲劳强度条件
当大小齿轮的许用接触应力提高30％时，即，在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，有
得：
故允许传递的扭矩和允许传递的功率可提高69％。
10-8（10-7）单级闭式直齿圆柱齿轮传动，小齿轮的材料为45钢调质，
大齿轮材料为ZG310-570正火，P= 4 kW，n1=720 r/min，m=4 mm，z =25，z 2 =73，b1=84 mm，b2 =78 mm，单向传动，载荷有中等冲击，1
用电动机驱动，试问这对齿轮传动能否满足强度要求而安全工作。
解：⑴齿轮材料的许用应力
由表10-1查得小齿轮材料45钢调质，齿面硬度230HBS；大齿轮ZG310-570正火，齿面硬度180HBS，齿轮的材料为软齿面齿轮。
分别查图10-6及图 10-7得
σ Hlim1=570 MPa，σHlim2 =370 MPa
σ Flim1=190 MPa，σ Flim2=130 MPa
由表10-5，取S H =1，S F =1.3，得
⑵核验齿面接触疲劳强度
取载荷系数K=1.4，齿数比，
作用在小齿轮上的转矩T1
N·mm
中心距
mm
齿宽b1=84 mm，b2 =78 mm
由式（10-5）
齿面接触疲劳强度满足要求。
注意：σ H1=σ H2
⑶核验齿根弯曲疲劳强度
查表10-4得齿形系数Y F1=2.67，Y F2=2.24
按式（10-10）
齿根弯曲疲劳强度满足要求。
10-9（10-8）已知闭式直齿圆柱齿轮传动的传动比i=4.6，
n1=730 r/min，P=30 kW，长期双向转动，载荷有中等冲击，要求结构紧凑。
且z1=27，大小齿轮都用40Cr表面淬火，试计算此单级齿轮传动。
解：⑴确定齿轮材料许用应力
由齿轮材料45Cr表面淬火，为硬齿面齿轮，查表 10-1，知齿面硬度为50HRC。
分别查图10-6及图 10-7得
σ Hlim1=σHlim2 =1180 MPa，σ Flim1=σ Flim2=280 MPa
由表10-4，取S H =1.2，S F =1.5，故
⑵按齿根弯曲疲劳强度设计（此题为硬齿面齿轮）
设齿轮按8级精度制造。
取载荷系数K=1.4，齿宽系数ψa=0.4。
查表10-4得齿形系数Y F1=2.60，Y F2=2.18，小齿轮齿数z1=,27，则z2 = z1 i =27×4.6≈124。
作用在小齿轮上的转矩T1
N·mm
因，故应将代入计算。
由式（10-11）计算模数
mm
按表6-1取m=3mm
确定中心距 mm
齿宽 mm
取b2 =91 mm，b1=98 mm
⑶验算齿面接触疲劳强度
按式（10-5）
齿面接触疲劳强度满足要求。
⑷计算齿轮的圆周速度
m/s
对照表10-2可知选8级精度是合适的。
10-10（10-9）说明下列几种情况下应采用的是斜齿轮的齿数还是当量齿数：
⑴计算斜齿圆柱齿轮传动的角速比；
⑵用成型法切制斜齿轮时选盘形铣刀；
⑶计算斜齿轮的分度圆直径；
⑷齿根弯曲强度计算时查取（复合）齿形系数。
答：⑴斜齿轮的齿数⑵斜齿轮的当量齿数
⑶斜齿轮的齿数⑷斜齿轮的当量齿数
10-12（10-10）斜齿圆柱齿轮传动的转动方向及螺旋线方向如图a所示，试分别在图b和图c中画出轮1为主动时和轮2为主动时轴向力F a1及F a2的方向。
10-14（10-11）已知单级闭式斜齿圆柱齿轮传动，P=10 kW，n1=1210 r/min，i=4.3，电机驱动，双向传动，载荷有轻微(中等)冲击，设小齿轮用45MnB(45SiMn)调质，大齿轮用45钢调质，z1=21，试计算此单级齿轮传动。
解: ⑴确定齿轮材料的许用应力
由表10-1查小齿轮材料用45MnB(45SiMn)调质，齿面硬度为
260HBS；大齿轮材料用45钢调质，齿面硬度230HBS,为软齿面齿轮。
查图10-6得σHlim1=690 MPa，σHlim2=570 MPa
查图10-7得σFlim1=240MPa，σFlim2=190 MPa
由表10-5取S H =1，S F =1.3，双向传动，故
⑵按齿面接触强度设计
初选齿轮精度等级为8级。
由表10-3取载荷系数K=1.4，齿宽系数
ψa=0.4
小齿轮传递的转矩
N·mm
小齿轮齿数z 1=21，大齿轮齿数z2 = i z 1=4.3×21≈90，
初选螺旋角β=15°
由式（10-16）确定中心距
法面模数
查表6-1取m n = 2.5 mm
取中心距a=145mm
（如取中心距a=140mm ，算出的螺旋角β<8°）
确定螺旋角
齿宽 mm
取b1=64 mm b2=58 mm
⑶验算齿根弯曲强度
齿形系数
由表10-4查得Y F1=2.67，Y F2 =2.19
将各参数代入式（10-17）可得
⑷计算齿轮圆周速度
对照表10-2可知选8级精度的齿轮适宜。
10-15（10-12）斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，试问：低速
级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反。
解答见下图：
10-17（10-13）已知直齿圆锥-斜齿圆柱齿轮减速器布置如图。
锥齿轮m =5 mm，b=50 mm，z1=25，z2=60；斜齿轮m n =6 mm，z1=21，z2=84。
欲使轴Ⅱ上的轴向力在轴承上的作用完全抵消，求斜齿轮3的螺旋角β3的旋向。
解答如下：
10-18（10-15）如图所示蜗杆传动，蜗杆主动，已知T 1 =20 N·m，m= 4 mm，z 1 =2，d1 =50 mm，蜗轮齿数z 2=50，传动的啮合效率η=0.75。
试确定：
⑴蜗轮的转向；
⑵蜗杆与蜗轮上作用力的大小和方向。
解：（1）蜗轮的转向如上图（顺时针）
（2）蜗杆与蜗轮上作用力的大小如下，方向如下图。
10-19（10-16）如图所示为蜗杆传动和圆锥齿轮传动组合。
已知输出轴
上的锥齿轮z4的转向n4。
欲使中间轴上的轴向力能部分抵消，试确定：
⑴蜗杆传动的螺旋线方向和蜗杆的转向；
⑵在图中标出各轮轴向力的方向。
解：如右图。