西安交大《机械设计基础》课后习题答案综合版学习资料.doc

西安交大《机械设计基础》课后习题答案综合版

精品资料
机械设计基础复习大纲
2011、4、3

第1章　绪论
掌握：机器的特征：人为的实物组合、各实物间具有确定的相对运动、有机械能参与或作机械功
机器的组成：驱动部分+传动部分+执行部分
了解：机器、机构、机械、常用机构、通用零件、标准件、专用零件和部件的概念
课程内容、性质、特点和任务

第2章　机械设计概述
了解：与机械设计有关的一些基础理论与技术，机器的功能分析、功能原理设计，机械设计的基本要求和一般程序、机械运动系统方案设计的基本要求和一般程序、机械零件设计的基本要求和一般程序，机械设计的类型和常用的设计方法

第3章　机械运动设计与分析基础知识
掌握：构件的定义（运动单元体）、分类（机架、主动件、从动件）
构件与零件（加工、制造单元体）的区别
平面运动副的定义、分类（低幅：转动副、移动副；高副：平面滚滑副）
各运动副的运动特征、几何特征、表示符号及位置
机构运动简图的画法（注意标出比例尺、主动件、机架和必要的尺寸）
机构自由度的定义（具有独立运动的数目）
平面运动副引入的约束数（低幅：引入2个约束；高副：引入1个约束）
平面机构自由度计算（F＝3n－2P5－P4）
应用自由度计算公式时的注意事项（复合铰链、局部自由度、虚约束、公共约束）
机构具有确定运动的条件（机构主动件数等于机构的自由度）
速度瞬心定义（绝对速度相等的瞬时重合点）
瞬心分类：绝对瞬心（绝对速度相等且为零的瞬时重合点，位于绝对速度的垂线上）
相对瞬心（绝对速度相等但不为零的瞬时重合点，位于相对速度的垂线上）
速度瞬心的数目：K=N(N-1)/2
速度瞬心的求法：观察法：转动副位于转动中心；移动副位于垂直于导轨的无穷远；
高副位于过接触点的公法线上
三心定理：互作平面平行运动的三个构件共有三个瞬心，且位于同一直线上
用速度瞬心求解构件的速度（关键找到三个速度瞬心，建立同速点方程，然后求解）
了解：运动链的定义及其分类（闭式链：单环链、多环链；开式链）
运动链成为机构的条件（具有一个机架、具有足够的主动件）
机动示意图（不按比例）与机构运动简图的区别

第6章　平面连杆机构
掌握：平面连杆机构组成（构件+低副；各构件互作平行平面运动）──低副机构
平面连杆的基本型式（平面四杆机构）、平面四杆机构的基本型式（铰链四杆机构）
铰链四杆机构组成（四构件+四转动副）
铰链四杆机构各构件名称（机架、连杆、连架杆、曲柄、摇杆、固定铰链、活动铰链）
铰链四杆机构的分类：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构
铰链四杆机构的变异方法：改变构件长度、改变机架（倒置）
铰链四杆机构的运动特性：
曲柄存在条件：①最长杆长度+最短杆长度≤其余两杆长度之和
②连架杆与机架中有一杆为四杆中之最短杆
曲柄摇杆机构的极限位置（曲柄与连杆共线位置）
曲柄摇杆机构的极位夹角（两极限位置时曲柄所夹锐角）
曲柄摇杆机构的急回特性及行程速比系数
平面四杆机构的运动连续性
铰链四杆机构的传力特性：
压力角：不计摩擦、重力、惯性力时从动件受力方向与受力点速度方向间所夹锐角
传动角：压力角的余角
许用压力角～、许用传动角～
曲柄摇杆机构最小传动角位置（曲柄与机架共线的两位置中的一个）
死点位置：传动角为零的位置（）
实现给定连杆二个或三个位置的设计
实现给定行程速比系数的四杆机构设计：曲柄摇杆、曲柄滑块和摆动导杆机构
了解：连杆机构的特点、铰链四杆机构以及变异后机构的特点及应用、死点（止点）位置的应用和渡过
基本设计命题：实现给定的运动要求：连杆有限位置、连架杆对应角位移、轨迹
满足各种附加要求：曲柄存在条件、运动连续条件、传力及其他条件
实验法设计实现给定连杆轨迹的四杆机构，解析法设计实现给定两连架杆对应位置的四杆机构

第7章　凸轮机构
掌握：凸轮机构的组成（凸轮+从动件+机架）──高副机构
凸轮机构的分类：按凸轮分类：平面凸轮（盘形凸轮、移动凸轮），空间凸轮
按从动件分类：端部形状：尖端、滚子、平底、曲面
运动形式：移动、摆动
安装方式：对心、偏置
按锁合方式分类：力锁合、形锁合
基圆（理论廓线上最小向径所作的圆）、理论廓线、实际廓线、行程
从动件运动规律（升程、回程、远休止、近休止）
刚性冲击（硬冲：速度突变，加速度无穷大）、柔性冲击（软冲：加速度突变）
运动规律特点：等速运动规律：速度为常数、始末两点存在硬冲、用于低速
等加速等减速：加速度为常数、始末中三点存在软冲、不宜用于高速
余弦加速度：停─升─停型：始末两点存在软冲、不宜用于高速
升─降─升型：无冲击、可用于高速
正弦加速度：无冲击、可用于高速
反转法绘制凸轮廓线的方法：对心或偏置尖端移动从动件，对心或偏置滚子移动从动件
滚子半径的选择、基圆半径的确定、运动失真及其解决的方法
了解：凸轮机构的特点、凸轮机构的应用、凸轮机构的一般命名原则
四种运动规律的推导方法和位移曲线的画法
运动规律的基本形式：停─升─停；停─升─降─停；升─降─升
运动规律的选择原则，平底从动件凸轮廓线的绘制方法及运动失真的解决方法
机构自锁、偏置对压力角的影响，压力角a、许用压力角、临界压力角三者关系：

第8章 齿轮传动
掌握：齿轮机构的组成（主动齿轮+从动齿轮+机架）──高副机构
圆形齿轮机构分类：
平行轴：直齿圆柱齿轮机构（外啮合、内啮合、齿轮齿条）
斜齿圆柱齿轮机构（外啮合、内啮合、齿轮齿条）
人字齿轮机构
相交轴：圆锥齿轮机构（直齿、斜齿、曲齿）
相错轴：螺旋齿轮机构、蜗轮蜗杆机构
齿廓啮合基本定律（两轮的传动比等于公法线割连心线线段长度之反比）
定传动比条件、节点、节圆、共轭齿廓
渐开线的形成、特点及方程
一对渐开线齿廓啮合特性：定传动比特性、啮合角和啮合线保持不变、可分性
渐开线齿轮各部分名称：齿数、模数、压力角、顶隙、分度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆
齿顶高、齿根高、齿全高、齿距（周节）、齿厚、齿槽宽
标准直齿圆柱齿轮的基本参数：齿数、模数、压力角()
齿顶高系数(1.0、0.8)、顶隙系数(0.25、0.3)
标准直齿圆柱齿轮的尺寸计算：分度圆d、基圆db、齿顶高ha、齿根高hf、齿全高h
齿距(周节)p、基圆齿距(基节)pb、齿厚s＝齿槽宽e
齿顶圆：外齿轮(),内齿轮()
齿根圆：外齿轮(),内齿轮()
标准中心距：外啮合：、内啮合：
标准安装：分度圆与节圆重合（、）
一对渐开线齿轮啮合条件：正确啮合条件（、）
连续传动条件（≥1）、重合度的几何含义
轮齿间的相对滑动及特点
一对渐开线齿轮啮合过程：入啮点（起始啮合点）、脱啮点（终止啮合点）
实际啮合线：、理论啮合线：、极限啮合点：和
范成法加工齿轮的特点（用同一把刀具可加工不同齿数相同模数和相同压力角的齿轮）
根切现象及产生的原因（渐开线刀刃顶点超过极限啮合点）、不根切的最少齿数
齿轮传动的失效形式：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性流动
防止失效的措施、齿轮传动的计算准则、齿轮材料的选择原则
软硬齿面的区别、热处理方法、加工工艺和各自的应用场合
齿轮传动的计算载荷Fca＝KAKvKbKaFn＝KFn中四个系数的含义及其主要影响因素、改善措施
直齿圆柱齿轮的受力分析、强度计算力学模型（接触：赫兹公式、弯曲：悬臂梁）
强度计算中的主要系数YFa、YSa、Yε、ZE、ZH、Zε的意义及影响因素
设计参数（齿数、齿宽系数、齿数比等）的选择
直齿圆柱齿轮传动的设计计算路线（强度计算的公式不要求记，考试时若需要会给出）
了解：齿轮传动的特点和其他分类方法，常用齿廓曲线：渐开线、摆线、圆弧
齿廓工作段、重合度的最大值、重合度与基本参数的关系
渐开线齿轮的加工方法：铸造法、热轧法、冲压法、切制法（仿型法、展成法）
范成法加工齿轮时刀具与轮坯的相对运动：范成运动、切削运动、进给运动、让刀运动
变位齿轮加工方法、正变位、零变位、负变位、最小变位系数，各种失效产生的机理

第9章 蜗杆传动
掌握：蜗杆传动的特点
普通圆柱蜗杆传动的主要参数计算：
齿数、模数、压力角、直径、直径系数、传动比、中心距、导程角等
蜗杆传动的转向判定
蜗杆传动的相对滑动，蜗杆传动的受力分析，力与旋向、转向关系的判定，蜗杆传动的效率
蜗杆传动的主要失效形式，设计准则，蜗杆蜗轮常用材料和结构
了解：蜗杆传动的分类、蜗杆传动的精度、自锁现象及自锁条件
蜗杆传动热平衡计算（进行热平衡计算的原因及热平衡基本概念）

第10章　轮系
掌握：定轴轮系：所有齿轮轴线位置相对机架固定不动
周转轮系：至少有一个齿轮轴线可绕其他齿轮固定轴线转动
组成：行星轮+太阳轮（中心轮）+行星架（系杆）
分类：行星轮系（F=1）、差动轮系（F=2）
混合轮系：由若干个定轴轮系和周转轮系组成的复杂轮系
定轴轮系传动比计算
周转轮系传动比计算
混合轮系传动比计算：
求解步骤：①分清轮系、②分别计算、③找出联系、④联立求解
关键：正确区分各基本轮系
蜗杆旋向的判定：轴线铅锤放置，观察可见面齿的倾斜方向，左边高左旋，右边高右旋
了解：惰轮；轮系的功用

第11章 带传动
掌握：带传动的主要特点
带传动的工作情况分析（运动分析、力分析、应力分析、失效分析）
型号、主要参数（a、d、Z、α、L、v）及设计选择原则、方法
了解：带传动的设计方法和步骤，带的使用方法

第12章 其他传动类型简介
棘轮机构
掌握：组成、工作原理、类型（齿式、摩擦式）
运动特性：往复摆动转换为单向间歇转动；有噪音有磨损、运动准确性差
设计时满足：自动啮紧条件
了解：特点、应用及设计
槽轮机构
掌握：组成、类型（外槽轮机构、内槽轮机构）、定位装置（锁止弧）
运动特性：连续转动转换为单向间歇转动；
主动拨销进出槽轮的瞬时其速度应与槽的中心线重合且有软冲

第14章　机械系统动力学
机械动力学分析原理
掌握：作用在机械上的力：驱动力、工作阻力
等效构件、等效力矩、等效转动惯量、等效力、等效质量、等效动力学模型
等效原则：等效力矩、等效力：功或功率相等
等效转动惯量、等效质量：动能相等
等效方程　
速度波动的调节和飞轮设计
掌握：机器运动的三个阶段：起动阶段、稳定运动阶段（匀速或变速稳定运动）、停车阶段
周期性速度波动的原因、一个稳定运动循环
调节周期性速度波动的目的（限制速度波动幅值）和方法（增加质量或转动惯量）
平均角速度，不均匀系数，飞轮转动惯量计算
能量指示图、最大盈亏功、最大速度位置、最小速度位置
了解：三个阶段中功能关系、非周期性速度波动的原因及调节方法
刚性回转体的平衡
掌握：静平衡的力学条件，动平衡的力学条件
静平衡原理、动平衡原理

第15章 螺纹连接
掌握：螺纹连接的基本类型、特点及应用
螺纹连接的预紧和防松原理、方法
单个螺栓连接的强度计算方法
螺栓组连接的设计与受力分析
提高螺纹连接强度的措施
了解：螺纹的类型，各种类型的特点及应用

第16章 轴
掌握：轴按载荷所分类型（心轴、转轴、传动轴）
轴的材料、热处理及选择
轴的结构设计（结构设计原则、轴上主要零件的布置、轴的各段直径和长度、轴上零件的轴向固定、轴上零件的周向固定、轴的结构工艺性、提高轴的强度和刚度）
平键、花键联接的特点、键强度计算
轴的失效形式及设计准则
轴的强度计算（初步计算方法：按扭转强度计算；按弯扭合成强度计算）
了解：轴的功用及类型
轴上载荷与应力的类型、性质
轴设计的主要内容及特点

第17章 轴承
掌握：对滑动轴承轴瓦和轴承衬材料的要求和常用材料
非液体摩擦滑动轴承的主要失效形式和设计计算方法
常用滚动轴承的类型和各自的主要特点
选择滚动轴承类型时要考虑的主要因素
滚动轴承基本额定寿命的概念；寿命计算
滚动轴承当量动负荷的计算
角接触球轴承、圆锥滚子轴承的轴向载荷的计算
滚动轴承支撑轴系时的配置方式、应用场合
轴承的调整、固定、装拆、预紧、润滑、密封的主要作用和方法
了解：轴承的功用
滚动轴承和滑动轴承的主要特点及应用场合
滚动轴承受载元件的应力分析（定性）

四种考试题型
选择题、填空题、综合题（分析、设计等）、结构题

第三章部分题解参考
3-5 图3-37所示为一冲床传动机构的设计方案。设计者的意图是通过齿轮1带动凸轮2旋转后，经过摆杆3带动导杆4来实现冲头上下冲压的动作。试分析此方案有无结构组成原理上的错误。若有，应如何修改？

习题3-5图

习题3-5解图(a)　　　　　　　　　习题3-5解图(b)　　　　　　　　　习题3-5解图(c)
解　画出该方案的机动示意图如习题3-5解图(a)，其自由度为：

其中：滚子为局部自由度
计算可知：自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动，即结构组成原理上有错误。
解决方法：①增加一个构件和一个低副，如习题3-5解图(b)所示。其自由度为：

②将一个低副改为高副，如习题3-5解图(c)所示。其自由度为：

3-6 画出图3-38所示机构的运动简图（运动尺寸由图上量取），并计算其自由度。

习题3-6(a)图　　　　　　　　　　　　　　　　　　　习题3-6(d)图
解(a)　习题3-6(a)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(a)解图(a)或习题3-6(a)解图(b)的两种形式。
自由度计算：

习题3-6(a)解图(a)

习题3-6(a)解图(b)
解(d)　习题3-6(d)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(d)解图(a)或习题3-6(d)解图(b)的两种形式。
自由度计算：

习题3-6(d)解图(a) 　　　　　　　　　　　　　　　习题3-6(d)解图(b)
3-7 计算图3-39所示机构的自由度，并说明各机构应有的原动件数目。
解(a)　
A、B、C、D为复合铰链
原动件数目应为1
说明：该机构为精确直线机构。当满足BE=BC=CD=DE，AB=AD，AF=CF条件时，E点轨迹是精确直线，其轨迹垂直于机架连心线AF
解(b)　
B为复合铰链，移动副E、F中有一个是虚约束
原动件数目应为1
说明：该机构为飞剪机构，即在物体的运动过程中将其剪切。剪切时剪刀的水平运动速度与被剪物体的水平运动速度相等，以防止较厚的被剪物体的压缩或拉伸。

解(c)　方法一：将△FHI看作一个构件

B、C为复合铰链
原动件数目应为2
方法二：将FI、FH、HI看作为三个独立的构件

B、C、F、H、I为复合铰链
原动件数目应为2
说明：该机构为剪板机机构，两个剪刀刀口安装在两个滑块上，主动件分别为构件AB和DE。剪切时仅有一个主动件运动，用于控制两滑块的剪切运动。而另一个主动件则用于控制剪刀的开口度，以适应不同厚度的物体。

解(d)　
原动件数目应为1
说明：该机构为全移动副机构（楔块机构），其公共约束数为1，即所有构件均受到不能绕垂直于图面轴线转动的约束。

解(e)　
原动件数目应为3
说明：该机构为机械手机构，机械手头部装有弹簧夹手，以便夹取物体。三个构件分别由三个独立的电动机驱动，以满足弹簧夹手的位姿要求。弹簧夹手与构件3在机构运动时无相对运动，故应为同一构件。
3-9 是比较图3-41（a）、（b）、（c）、（d）所示的4个机构是否相同，或那几个是相同的？为什么？
解 （a）、（b）、（c）、（d）机构都完成转动副—转动副—移动副—转动副这种运动连接方式，机构中相邻构件的运动副类型相同，且相对机架的位置也相同。因而这四个机构都是相同的
画图
3-10 找出图3-42所示机构在图示位置时的所有瞬心。若已知构件1的角速度，试求图中机构所示位置时构件3的速度或角速度（用表达式表示）。
解(a)　 （←）　　　　　　　　　解(b)　 （↓）

解(c)　 ∵　（↑）　　　　　解(d)　 （↑）
∴　（P）

第六章部分题解参考
6-9 试根据图6-52中注明的尺寸判断各铰链四杆机构的类型。

习题6-9图
解　(a)　∵　＜
最短杆为机架
∴　该机构为双曲柄机构
(b)　∵　＜
最短杆邻边为机架
∴　该机构为曲柄摇杆机构
(c)　∵　＞
∴　该机构为双摇杆机构
(d)　∵　＜
最短杆对边为机架
∴　该机构为双摇杆机构
6-10 在图6-53所示的四杆机构中，若，，。则b在什么范围内时机构有曲柄存在？它是哪个构件？
解　分析：⑴根据曲柄存在条件②，若存在曲柄，则b不能小于c；若b=c，则不满足曲柄存在条件①。所以b一定大于c。
⑵若b＞c，则四杆中c为最短杆，若有曲柄，则一定是DC杆。
b＞d：　　≤
∴　b≤
b＜d：　　≤
∴　b≥
结论：12≤b≤30时机构有曲柄存在，DC杆为曲柄
6-12 证明图6-55所示曲柄滑块机构的最小传动角位置

(a) (b)
图6-55 习题6-12图
证：（a）如图设曲柄AB与水平线所成角为， 则有三角函数关系得：

当或时，，此时角最小。
即图（a）所示当曲柄位于及 两位置时，传动角最小。
（b）如图设曲柄AB与水平线所成角为， 则有三角函数关系得：

当时，，此时角最小。
即图（b）所示当机构位于位置时，传动角最小。
6-13 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。AD在铅垂线上，要求踏板CD在水平位置上下各摆动10°，且=500mm，=1000mm。试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度。

解　

6-14 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度，摆角，行程速比系数。试根据≥的条件确定其余三杆的尺寸。
解　

不满足≥传力条件，重新设计

满足≥传力条件
6-15 设计一导杆机构。已知机架长度，行程速比系数，试用图解法求曲柄的长度。
解　

6-16 设计一曲柄滑块机构。已知滑块的行程，偏距。行程速比系数。试用作图法求出曲柄和连杆的长度。
解　

6-17 设计加热炉炉门的启闭机构。如图6-58所示，已知炉门上梁活动铰链B、C的中心距为50mm.要求炉门打开后成水平位置，且热面朝下（图中虚线所示）。如果规定铰链A、D安装在炉体的y-y竖直线上，其相关尺寸如图所示。用图解法求此铰链四杆机构其余三杆的尺寸。
解 取长度比例尺。
连接和，作和的垂直平分线交轴于A、D点，则，，。

第七章部分题解参考
7-10　在图7-31所示运动规律线图中，各段运动规律未表示完全，请根据给定部分补足其余部分（位移线图要求准确画出，速度和加速度线图可用示意图表示）。
解　

7-11　一滚子对心移动从动件盘形凸轮机构，凸轮为一偏心轮，其半径，偏心距，滚子半径，凸轮顺时针转动，角速度为常数。试求：⑴画出凸轮机构的运动简图。⑵作出凸轮的理论廓线、基圆以及从动件位移曲线图。
解　

7-12　按图7-32所示位移曲线，设计尖端移动从动件盘形凸轮的廓线。并分析最大压力角发生在何处（提示：从压力角公式来分析）。

解　由压力角计算公式：
∵　、、均为常数
∴　 →
即　、，此两位置压力角最大

7-13　设计一滚子对心移动从动件盘形凸轮机构。已知凸轮基圆半径，滚子半径；凸轮逆时针等速回转，从动件在推程中按余弦加速度规律运动，回程中按等加-等减速规律运动，从动件行程；凸轮在一个循环中的转角为：，试绘制从动件位移线图和凸轮的廓线。
解　

7-14　将7-13题改为滚子偏置移动从动件。偏距,试绘制其凸轮的廓线。
解　

7-15　如图7-33所示凸轮机构。试用作图法在图上标出凸轮与滚子从动件从C点接触到D点接触时凸轮的转角，并标出在D点接触时从动件的压力角和位移。
解　

第八章部分题解参考
8-5 一对标准渐开线直齿圆柱齿轮在安装时的中心矩大于标准中心距，此时下列参数中哪些变化？哪些不变？
（1）传动比；（2）啮合角；（3）分度圆直径；（4）基圆直径；（5）实际啮合线长度；（6）齿顶高；（7）齿顶隙
解 （1）、（3）、（4）、（6）不变；
（2）、（7）变大；（5）变小
8-23　有一对齿轮传动，m=6 mm，z1=20，z2=80，b=40 mm。为了缩小中心距，要改用m=4 mm的一对齿轮来代替它。设载荷系数K、齿数z1、z2及材料均不变。试问为了保持原有接触疲劳强度，应取多大的齿宽b？
解　由接触疲劳强度：　≤
∵　载荷系数K、齿数z1、z2及材料均不变
∴　
即　 mm

8-25　一标准渐开线直齿圆柱齿轮，测得齿轮顶圆直径da=208mm，齿根圆直径df=172mm，齿数z=24，试求该齿轮的模数m和齿顶高系数。
解　∵　
∴　　若取　　则　 mm
若取　　则　 mm（非标，舍）
答：该齿轮的模数m=8 mm，齿顶高系数。

8-26　一对正确安装的渐开线标准直齿圆柱齿轮（正常齿制）。已知模数m=4 mm，齿数z1=25，z2=125。求传动比i，中心距a。并用作图法求实际啮合线长和重合度。
解　

8-30　一闭式单级直齿圆柱齿轮减速器。小齿轮1的材料为，调质处理，齿面硬度；大齿轮2的材料为45钢，调质处理，齿面硬度。电机驱动，传递功率，，单向转动，载荷平稳，工作寿命为5年（每年工作300天，单班制工作）。齿轮的基本参数为：。试验算齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。
解　①几何参数计算：

②载荷计算：
P152 表8-5：

P153 表8-6： 齿轮传动精度为9级，但常用为6～8级，故取齿轮传动精度为8级
P152 图8-21：

P154 图8-24： （软齿面，对称布置）
P154 图8-25：

③许用应力计算：

P164 图8-34：，
P165 图8-35：，
P164 表8-8： ，（失效概率≤1/100）
P162 图8-32(c)：，
P163 图8-33(c)：，

P162 式8-27：

P162 式8-28：

，
④验算齿轮的接触疲劳强度：
P160 表8-7：
P161 图8-31：
P160 式8-26：
P160 式8-25：

＜　齿面接触疲劳强度足够
⑤验算齿轮的弯曲疲劳强度：
P157 图8-28：，
P158 图8-29：，
P158 式8-23：
P158 式8-22：

＜　齿轮1齿根弯曲疲劳强度足够
＜　齿轮2齿根弯曲疲劳强度足够

第九章 蜗杆传动
9-7 指出下式中的错误

9-20、手动绞车的简图如图9-19所示。手柄与蜗杆1固接，蜗轮2与卷筒3固接。已知，蜗杆蜗轮齿面间的当量摩擦因数，手柄的臂长，卷筒3直径，重物。求：
（1）在图上画出重物上升时蜗杆的转向及蜗杆、蜗轮齿上所受各分力的方向；
（2）蜗杆传动的啮合效率；
（3）若不考虑轴承的效率，欲使重物匀速上升，手柄上应施加多大的力；
（4）说明该传动是否具有自锁性。
解|
（1）受力方向：
W

W

（2）啮合效率：

（3）手柄上的力：

由 ，得

由 ，得

由 ，有

（4）自锁性：

机构具有自锁性。

第十章部分题解参考
10-4　在图10-23所示的轮系中，已知各轮齿数，为单头右旋蜗杆，求传动比。
解　

10-6　图10-25所示轮系中，所有齿轮的模数相等，且均为标准齿轮，若n1=200r/min，n3=50r/min。求齿数及杆4的转速n4。当1）n1、n3同向时；2）n1、n3反向时。
解　∵　
∴　
∵　
∴　
设　为“＋”
则　1）n1、n3同向时： r/min （n4与n1同向）
2）n1、n3反向时： r/min （n4与n1反向）
10-8　图10-27所示为卷扬机的减速器，各轮齿数在图中示出。求传动比。
解　1-2-3-4-7周转轮系，5-6-7定轴轮系
∵　

∴　（n1与n7同向）
10-9　图10-28所示轮系，各轮齿数如图所示。求传动比。
解　∵　

∴　

（n1与n4同向）
10-11　图10-30示减速器中，已知蜗杆1和5的头数均为1（右旋），=101，=99，，=100，=100，求传动比。
解　1-2定轴轮系，1'-5'-5-4定轴轮系，2'-3-4-H周转轮系
∵　→(↓)
→(↑)
→
∴　

第十一章 带传动
11-11、 设V带传动中心矩，小带轮基准直径，，大带轮基准直径，滑动率。求（1）V带基准长度；（2）、小带轮包角；（3）大带轮实际转速。
解：

11-12、初选V带传动中心距时，推荐，若传动比时，按推荐的中心矩的最小值、最大值设计带传动，其各为多少？若传动比，当满足最小包角的要求，其中心矩应取多大？
解：

11-13、某V带传动传递功率，带速，紧边拉力是松边拉力的2倍，求紧边拉力及有效工作拉力。

11-16、某车床主轴箱与电机间有一V带传动装置。用B型V带4根，小带轮基准直径，大带轮基准直径，中心距约为。若车床主轴箱的输入转速（即大带轮转速）为，两班制工作，且已知紧边拉力是松边拉力的3倍。试计算：（1）此带传动所能传递的功率；（2）带与带轮接触面间的当量摩擦因数；（3）紧边拉力和有效工作拉力；（4）轴上的压力。

第十四章 机械系统动力学
14-11、在图14-19中，行星轮系各轮齿数为，其质心与轮心重合，又齿轮1、2对质心的转动惯量为，系杆H对的转动惯量为，齿轮2的质量为，现以齿轮1为等效构件，求该轮系的等效转动惯量。
H
O2
O1
1
3
2
3
2
1
H

14-12、机器主轴的角速度值从降到时，飞轮放出的功，求飞轮的转动惯量。

14-15、机器的一个稳定运动循环与主轴两转相对应，以曲柄和连杆所组成的转动副A的中心为等效力的作用点，等效阻力变化曲线如图14-22所示。等效驱动力为常数，等效构件（曲柄）的平均角速度值，不均匀系数，曲柄长度，求装在主轴（曲柄轴）上的飞轮的转动惯量。

(a) Wv与时间关系图 （b）、能量指示图

14-17、图14-24中各轮齿数为，轮1为主动轮，在轮1上加力矩。作用在轮2上的阻力距地变化为：，两轮对各自中心的转动惯量为。轮的平均角速度值为。若不均匀系数为，则：（1）画出以轮1为等效构件的等效力矩曲线；（2）求出最大盈亏功；（3）求飞轮的转动惯量。
1
1

1
1

1
2
1

图14-24 习题14-17图

解：齿轮1为等效构件。因为，所以，转过时，应转过。
即，齿轮1的周期为。有：
常数 （）
（）
（）
为分段函数，等效到轮1后如图所示。

故有 ，即
由
（）
（）
如图所示
故最大盈亏功：
轮1上的等效转动惯量：

飞轮的转动惯量：

图

图

能量指示图

14.-19图14-26所示回转构件的各偏心质量，它们的质心至转动轴线的距离分别为，各偏心轮质量所在平面间的距离为，各偏心质量的方位角。如加在平衡面和中的平衡质量的质心至转动轴线的距离分别为，且，试求的大小及方位。

第十五章 螺纹连接
15-12、已知气缸的工作压力在之间变化。汽缸内径，汽缸盖螺栓数目为16，结合面间采用铜皮石棉垫片。试计算汽缸盖螺栓直径。

15-13、一托架用6个铰制孔用螺栓与钢柱相连接，作用在托架上的外载荷。就图15-48所示的三种螺栓组布置形式，分析哪一种布置形式螺栓受力最小。

1
6
2
3
1
4
2
6
5
4
3
2
1

15-14、图15-49是由两块板焊成的龙门式起重机导轨托架。两块边板各用4个螺栓与立柱（工字钢）相连接，支架所承受的最大载荷为20000N,使设计：
（1）、采用普通螺栓连接（靠摩擦传力）的螺栓直径d;
（2）、采用铰制孔用螺栓连接（靠剪切传力）的螺栓直径d，设已知螺栓的。
4
2
1
3

第十六章 轴
16-13、已知图16-41中所示直齿轮减速器输出轴在安装齿轮处的直径，齿轮轮毂长85mm，齿轮和轴的材料均为45钢。齿轮分度圆直径为，所受圆周力，载荷有轻微冲击。试选择该处平键的尺寸。如果轮毂材料为铸铁，则该平键所能传递的转矩T有多大？

16-14、已知一传动轴所传递的功率，转速，材料为。求该传动轴所需的最小直径。

16-15、图16-42所示为一直齿圆柱齿轮减速器输出轴的示意图。有关尺寸如图所示。轴承宽度为20mm；齿轮宽度为50mm，分度圆直径为20mm，传递的功率为，转速。试按弯扭合成强度计算轴的直径并绘出轴的结构图。

A
C
B
T=125.005

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