机械设计课后题答案.pdf

3-1 答：主要类型有：普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹五种。 特点及应用： 普通螺纹 是米制三角螺纹，牙型角 a=60，因牙型角较大，故当量摩擦系数也较大，自锁性 能好，主要用于联接。 管螺纹 是英制三角螺纹，牙型角 a=55 度。它有圆柱管螺纹和圆锥管螺纹之分， 常用圆柱管螺纹。这种螺纹联接常用于高温、高压及紧密性要求较高的管与管的联接中。 矩形螺纹 牙型 为正方形，牙型角 a=0 度，因牙型角小，当量摩擦系数小，传动效率高，故常用于传动。 梯形螺纹 牙型 呈梯形，牙型角 a=30 度。因牙型角较小，所以传动效率较高，对中性较好，故为应用较多的传动螺纹。 锯 齿形螺纹 牙型呈锯齿形，工作面牙侧角 。传动效率高，牙根强度高。因只有一个工作面，故多 用于承受单方向轴向力的场合。 3-2 答：螺栓有普通螺栓和铰制孔螺栓两种。 普通螺栓 常用于被联接件比较薄，能够放置螺母及需要经常拆卸的场合。 铰制孔螺栓 在承受横向载荷 或（和）转矩以及需精确固定被联接件的相对位置时常采用铰制孔螺栓。 双头螺柱 被联接件之一太厚不 宜制成通孔，无法放置螺钉头，材料较软且需经常拆装时宜采用双头螺柱。 螺钉 被联接件之一太厚，无 法放置螺母，不需经常拆装的场合。 3-3 答：螺纹联接在冲击、振动、变载荷或高温环境下，将使螺旋副的摩擦力减小或瞬间消失，经多次重 复后，最终导致联接松脱。因此，设计时应采取有效的防松措施。 防松方法有摩擦防松、机械防松、铆冲 防松等。 3-4 答：为提高联接刚性、紧密性和防松能力以及提高螺栓在变载荷下的疲劳强度，因此大多数螺纹联 接都要拧紧。 拧紧力矩要克服螺纹副力矩和螺母底面的摩擦阻力矩。 3-5 答：提高螺栓联接强度的措施有： 1 降低影响螺栓疲劳强度的应力幅； 2 改善螺纹牙上载荷分布不均匀的现象； 3 减小应力集中的影响； 4 避免附加弯曲应力； 5 采用合理的制造工艺方法。 3-6 由上图可知，在螺母下加弹性元件将使螺栓刚度由 C b1 减小到 C b2 ，可使螺栓承载截面的应力 幅值减小，所以螺栓的疲劳强度提高。 3-10 图示的吊车跑道托架，用 4 只普通螺栓安装在钢制横梁上。试选择螺栓材料， 并确定该螺栓的公称直径。图中长度单位 mm 。 4-1 答：平键联接的失效形式有：静联接时较弱零件工作面被压溃和键被剪断；动联接时工作面的磨损。 b h L （键宽、键高和键长）的确定。 b h 是根据轴直径 d 查国家标准（ GB1095 79 ）确定。 L 是根据轮毂宽度 B 查国家标准（ GB1095 79 ）确定。 4-2 4-4 答：铆接的特点是工艺设备简单、耐冲击和联接可靠等优点，但被铆件强度削弱较大，铆接时噪声大， 劳动条件差。主要应用于桥梁、建筑、造船等部门中。 4-5 答：焊接具有强度高、紧密性好、工艺简单、重量轻和成本低等优点。 4-6 答：胶接的主要优点是工艺简单、操作方便、劳动条件好；联接的重量轻、外观平整；胶层有绝缘、 防腐和密封作用，亦可缓冲和吸振。主要缺点是耐老化、耐介质性能差；对温度、湿度的变化较敏感等。 主要用于机床、汽车、造船、化工、航空等部门中。 4-7 答：过盈联接的优点是结构简单，对中性好，承载能力高，在冲击、振动或变载荷下也能可靠地工作。 其缺点是配合面的加工精度要求较高，装配困难，配合表面处的应力集中较大。 过盈联接是利用零件间的过盈量来实现的联接。其工作原理是靠材料的弹性和包容件与被包容件之间的装 配过盈而在配合表面间产生的摩擦力或摩擦力矩来传递外载荷。 5-1 答：摩擦型带传动的主要优点是：带有弹性，可以缓冲和吸振，传动平稳；过载打滑，可防止其它零 件损坏；传动中心距大；结构简单，制造、安装、维护方便，成本低。主要缺点是带与带轮之间有滑动， 不能保证准确的传动比。另外，由于需要施加张紧力，轴系受力较大。 同步带传动是啮合传动，传动比准 确，效率高；缺点是制造和安装精度要求较高。 5-2. 5-3. 答：由于带传动存在松紧边拉力差、带本身有弹性，造成带与带轮之间的相对滑动即弹性滑动。 弹性滑动 不仅使带传动得不到准确的传动比，而且降低了传动效率，引起带的磨损。 5-4. 答：带传动的主要失效形式是打滑和 V 带的疲劳破坏。保证带传动不打滑，并使胶带具有一定的疲 劳强度和寿命是带传动的设计准则。 答： 5-7.答： 链传动兼有齿轮传动和带传动的特点。与带传动相比，链传动能保持准确的平均传动比；作用在 轴上的压力小；能在高温、低速重载条件下工作。 5-8 答：当链节数为偶数时，接头处正好是内外链板相接，可将一侧外链板与销轴做成固定的接头，装配 后用开口销或弹性锁片将另一侧链板锁住。当链节数为奇数时，必须采用折曲的过渡链节。由于过渡链节 的链板受到附加弯矩作用，其强度仅为正常链节的 80% 左右，所以在一般情况下链节数取偶数为宜。 链 轮齿数选用奇数齿，这样，当与偶数链节相啮合时，磨损比较均匀。 5-9. 答： 由于链条围轮后形成多边形，致使链条中心线在运动中交替与链轮分度圆相切和相割，使链速 周期性变化。影响链速变化的主要参数是链轮齿数和节距。 答：链传动的主要失效形式： 1 铰链的磨损 2.链条的疲劳破坏 3.铰链的胶合。 铰链的磨损 5-11. 5-12 解：5-16 61 答：优点 : 齿轮传动效率高；结构紧凑、工作可靠、使用寿命长。 缺点：制造和安装精度要求较高，精度低时振动和噪音大；不适合大中心距传动。 62 答：齿轮传动的失效形式有：轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、齿面塑性变形。 开式齿轮传动主要失效形式有：齿面磨损、轮齿折断。 63 答 : 齿根危险剖面位置通常用 30 0 切线法确定。作与轮齿对称线成 30 0 夹角的两直线，与齿根 过渡曲线相切，连接两切点的截面即为齿根危险剖面。 64 答：制造齿轮的材料主要是各种钢材，其次是铸铁，还有其它非金属材料。 钢制齿轮常用的热处理 有：对于软齿面齿轮经调质或正火处理，对于硬齿面齿轮切齿后经表面淬火、渗碳淬火、氮化等表面硬化 处理。 65 答：在啮合过程中，小齿轮的啮合次数比大齿轮多。为了使大、小齿轮的寿命接近，应使小齿轮 的齿面硬度比大齿轮高 3050HBS 。 66 答：进行齿顶修缘主要是为了减小动载荷。 67 答： 1 影响齿向载荷分布的主要因素有：齿轮螺旋线总偏差（齿向偏差）；齿轮的布置型式及轴、 轴承、箱体的刚度；齿轮的齿宽；齿面硬度及跑合效果等。 2 可采取的措施有：提高齿轮制造和安装 精度 ( 如减小齿向误差和两轴线平行度误差等 ) ；提高轴、轴承及箱体的支承刚度；选取合理的齿轮位 置，悬臂布置时应尽可能减小悬臂长度；适当限制齿轮的宽度等。另外，将轮齿做成鼓形齿可以有效地改 善轮齿的载荷分布 ( 图 68c) 。 3 齿轮的精度、齿轮传动的重合度、受载后轮齿的变形、齿顶修 缘及跑合效果等均影响齿间载荷分配。 68 答： Y Fa 是一个无量纲数，只与轮齿的齿廓形状有关， Y Fa 值取决于齿数 z 和变位系数 x 。 因 为斜齿圆柱、直齿锥齿轮的齿形系数是按当量齿数 Z v 来取值的，所以三者对应的当量齿数不相等，则 Y Fa 值也不相等 69 答：采用正变位齿轮，可以提高轮齿的弯曲强度和接触强度。 610 答：相啮合的大、小齿轮齿面接触应力 H 相等。 许用接触应力一般不相等，许用接触应力 H 小的齿轮接触强度低。 6-12 答：1 相啮合的大、小齿轮齿面接触应力 H 相等，故两齿轮接触强度相等； 2 两齿轮齿数不等，系数 YFa YSa 不相等，齿数少，则系数 YFa YSa 大，齿根弯曲应力大，故 小齿轮齿根弯曲强度低。 6-13 答： 对闭式软齿面齿轮传动， 一般都希望在保证弯曲强度的条件下，采用较多的齿数即较小的模数。 对一般工业用齿轮传动， z1 20 40 。 对于高速或对噪声有严格要求的齿轮传动， 建议取 zl 25 。 闭式硬齿面齿轮、开式齿轮和铸铁齿轮，因齿根弯曲强度往往是薄弱环节，应取较少齿数以保证齿轮具有 较大的模数，以提高轮齿抗弯能力。一般取 zl 17 25 。 为避免出现轮齿根切现象，对标准直齿圆柱齿轮，应取 zl 17 。 614 答：齿宽系数 d 选大些时，可以使齿轮的直径和中心距减小，但是增大了齿宽和轴向尺寸， 增加了载荷沿齿宽分布的不均匀性，提高了对轴系支承刚度的要求。另外，对变速器中的齿轮传动，齿宽 还受到轴向移动距离的限制。 螺旋角 选大些时， 可增大重合度， 从而提高了传动的平稳性和承载能力。 但 过大时，导致轴向力剧增。故一般选 =8 度 20 度 。如 角过小，不能显示斜齿轮传动的 优越性。从减小齿轮的振动和噪音角度来考虑，目前有采用大螺旋角齿轮的趋势。 615 答：齿轮精度的检验项目有齿距、齿形和齿向三个方面 。 619 1 说明齿轮 2 齿面接触应力和齿根弯曲应力的循环特性 r 。 2 如传动功率改由齿轮 2 输入，齿轮 1 和齿轮 3 输出，如图 648b 。这种情况下，齿轮 2 的齿面 接触应力和齿根弯曲应力的循环特性 r 有何变化 ? 在确定许用接触应力 H 和许用弯曲应力 F 时与齿轮 1 主动时有何区别 ? 解：解： 1 齿面接触应力总是脉动循环（ r =0 ）。动力由齿轮 1 输入，齿轮 2 为双齿面工作，故齿根 弯曲应力为对称循环 ( r = 1) 。 2 动力由齿轮 2 输入，齿轮 2 为单齿面工作，故齿根弯曲应力为脉动循环（r =0) ；齿轮 2 转 一转，接触应力变化 2 次，在确定许用接触应力 H 时，接触应力循环次数多，寿命系数小，许用接 触应力小；齿根弯曲应力对称循环时的许用应力为脉动循环许用应力的 0.7 倍。 71.答：优点：单级传动比大，传动平稳，振动和噪声小。结构紧凑，有自锁性。 缺点：传动效率低， 发热量大，蜗轮材料成本高。 为什么大功率连续传动时不宜采用蜗杆传动 ? 答：蜗杆传动效率低，功率损失大，蜗轮齿面易胶合失效。 72.答： 1 ）蜗杆的轴向模数 mal 等于蜗轮的端面模数 mt2 ； 2 ）蜗杆的轴向压力角a1 等于蜗轮的端面压力角t2 ； 3 ）蜗杆分度圆导程角 等于蜗轮分度圆螺旋角 且螺旋线方向相同。 73.答：蜗杆头数少，易实现大传动比，但导程角小，效率低，故大功率传动不宜采用单头蜗杆。蜗杆头 数过多，导程角过大，蜗杆制造困难。另外，当传动比 i 较大时， z 1 过多会使蜗轮齿数 z 2 增多，导 致蜗杆跨度加大，影响蜗杆刚度和啮合精度。常用的蜗杆头数 z 1 =1 、 2 、 4 、 6 ，可根据传动比 i 选取。当传动比 i 5 8 、 7 16 、 15 32 、 30 83 时，对应蜗杆头数 z 1 6 、 4 、 2 、 1 。 蜗轮齿数 z 2 根据传动比及蜗杆头数确定。传递动力时，为增加传动的平稳性，蜗轮齿数应大 于 28 。若齿数 z 2 过多，蜗轮直径增大，相应的蜗杆越长，导至刚度下降。因此，在动力传动中，蜗轮 齿数一般不超 80 ；用于传递运动，如分度机构，可以不受此限制。 74.答： 1 滚铣蜗轮的刀具，其直径和齿形参数必须和相应的蜗杆相同。从式 (71) 可知，蜗杆分 度圆直径不仅与模数有关，还随 z 1 tg 值不同而变化。在同一模数下，也会有很多直径不同的蜗 杆，即要求配有相应数目的蜗轮滚刀。 为有利于刀具标准化，减少滚刀数目，为有利于刀具标准化，减少滚刀数目， 因此制定了蜗杆分度圆直 径的标准系列。 2 直径 d 1 越小，啮合效率越大；直径越大，刚度越大。 75 答： 1. 蜗杆传动的变位方式与齿轮传动相同，也是依靠刀具的移位实现变位。但由于刀具尺寸不 变，即蜗杆尺寸不能变动，因而只能对蜗轮进行变位。 2. 蜗杆传动的变位主要目的是凑中心距或改变传 动比。 76 答： 1. 失效常发生在蜗轮上。在闭式传动中，容易发生磨损、胶合或点蚀。在开式传动中，蜗轮 轮齿的主要失效形式是磨损。 2. 蜗轮材料通常采用青铜（锡青铜、铝青铜）或铸铁（灰铸铁）。 3. 当采用锡青铜时，由于材料的减摩 性和抗胶合性好，主要失效形式是点蚀。蜗轮材料的许用接触应力为 H = ZN 0H ；当蜗轮材料为 铝青铜时，传动的承载能力往往受胶合失效的限制，在确定蜗轮齿面许用接触应力时，要考虑滑动速度 vs 的影响，由于胶合不属于疲劳失效，所以 H 与应力循环次数无关 。 77 答： 1. 功率损耗一般包括三部分，即啮合时摩擦损耗、轴承摩擦损耗及浸入油池中的零件搅油时 溅油损耗。 2. 影响啮合效率的因素： 导程角 和当量摩擦角 v 。 增加 可以提高啮合效率， 而 v 愈小效率愈高。 78 答： 1. 蜗杆传动效率低，发热量大。对闭式蜗杆传动，如果散热条件较差，使油温不断升高而使 润滑失效，从而加剧了磨损，甚至导致胶合。热平衡计算的目的是使工作时减速箱内的油温稳定地处在所 规定的使用范围内。 2. 应采取措施：增加散热片；在蜗杆轴端装风扇；在箱体中设置循环冷却水管。 79 解： 711 图 716 为手动蜗杆传动起重器。已知蜗杆模数 m 5mm ， d 1 =90mm ， z 1 1 ，蜗轮 齿数 z 2 =62 ，蜗杆副当量摩擦系数 f v 0.13 ，鼓轮直径 D 200mm ，起重量 G 1500N ，试： 1 画出升起重物时蜗杆转向； 2 判定机构是否具有自锁性； 3 求出起重时蜗杆受各分力的大