陈立德版机械设计基础第13、14章课后题答案.doc

第13章 机械传动设计

13.1 简述机械传动装置的功用。
答： (1) 把原动机输出的速度降低或增速。
（2) 实现变速传动。
　　（3）把原动机输出转矩变为工作机所需的转矩或力。
　　（4）把原动机输出的等速旋转运动，转变为工作机的转速或其它类型的运动。
　　（5）实现由一个或多个原动机驱动若干个相同或不同速度的工作机。

13.2 选择传动类型时应考虑哪些主要因素？
答：根据各种运动方案，选择常用传动机构时，应考虑以下几个主要因素：
（1） 实现运动形式的变换。
（2） 实现运动转速（或速度）的变化。
（3） 实现运动的合成与分解。
（4） 获得较大的机械效益。

13.3 常用机械传动装置有哪些主要性能？
答：（1）功率和转矩；（2）圆周速度和转速；（3）传动比；（4）功率损耗和传动效率；（5）外廓尺寸和重量。

13.4 机械传动的总体布置方案包括哪些内容？
答：总体布置方案包括合理地确定传动类型；多级传动中各种类型传动顺序的合理安排及各级传动比的分配。

13.5 简述机械传动装置设计的主要内容和一般步骤。
答：（1）确定传动装置的总传动比。
（2）选择机械传动类型和拟定总体布置方案。
（3）分配总传动比。
（4）计算机械传动装置的性能参数。性能参数的计算，主要包括动力计算和效率计算等。
（5）确定传动装置的主要几何尺寸。
（6）绘制传动系统图。
（7）绘制装置的装配图。

第14章 轴和轴毂连接
14.1 轴按功用与所受载荷的不同分为哪三种？常见的轴大多属于哪一种？
答：轴按功用与所受载荷不同可分为心轴、传动轴和转轴三类。常见的轴大多数属于转轴。

14.2 轴的结构设计应从哪几个方面考虑？
答：轴的结构设计应从以下几方面考虑：（1）轴的毛坯种类；（2）轴上作用力的大小及其分布情况；(3)轴上零件的位置、配合性质以及连接固定的方法；（4）轴承的类型、尺寸和位置；（5）轴的加工方法、装配方法以及其它特殊要求。

14.3 制造轴的常用材料有几种？若轴的刚度不够，是否可采用高强度合金钢提高轴的刚度？为什么？
答：制造轴的常用材料有碳素钢和合金钢。若轴的刚度不够，不可采用高强度合金钢提高轴的刚度。因为合金钢与碳素刚的弹性模量相差不多。

14.4 轴上零件的周向固定有哪些方法？采用键固定时应注意什么？
答：轴上零件的周向固定有键、花键和销联结以及过盈联结和成型联结等。
采用键固定时应注意加工工艺与装配两个方面的问题。加工工艺必须保证键槽有一定的对称度。对于键的工作表面，在装配时必须按精度标准要求选定一定的配合；对于键的非工作表面，必须留有一定的间隙。

14.5 轴上零件的轴向固定有哪些方法？各有何特点？
答：常见的轴向固定方法有轴肩、轴环定位，螺母定位，套筒定位及轴端圈定位等。
轴肩、轴环定位的特点是简单可靠，能承受较大的轴向力，应用广泛。螺母和止动电圈定位的特点是固定可靠，可承受大的轴向力，常用于固定轴端零件。套筒定位的特点是结构简单，用于轴向零件轴向间距L不大时，可减少轴的阶梯数。套筒与轴的配合较松，故不宜用于高速。轴端挡圈定位用于轴端零件的固定，可承受较大的轴向力。

14.6 在齿轮减速器中，为什么低速轴的直径要比高速轴的直径大得多？
答：根据轴的设计计算公式可知，转速越低，所要求的轴的直径就应越大；转速越高，所要求的轴的最小直径就越小。所以低速轴的直径要比高速轴的直径大得多。

14.7 在轴的弯扭合成强度校核中，表示什么？为什么要引人？
答：在轴的弯扭合成强度校核中，表示修正系数。是考虑到由弯矩产生的弯曲应力σ和由扭矩产生的扭转剪应力循环特性不同引入的应力校正系数。　
14.8 常用提高轴的强度和刚度的措施有哪些？
答：为了提高轴的强度，可选用优质碳素钢或合金钢，并进行适当的热处理以及表面处理。同时还应从改进零件的结构、采用合理的轴和结构设计等措施来提高轴的强度和刚度。具体地说可从下面几方面来考虑：
（1）采用阶梯轴的结构，使轴的形状接近等于强度条件，以充分利用材料的承载能力。
（2）尽量避免各轴段剖面突然变化，以降低局部的应力集中，提高轴的疲劳强度。
（3）改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。
（4）改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。

14.9 试述平键连接和楔键连接的工作特点和应用场合。
答：平键的两个侧面是工作面，工作是靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩。平键连接结构简单、装拆方便，对中性好，应用最广，但它不能承受轴向力，故对轴上零件不能起到轴向固定作用。
楔键的上下两面为工作面，工作是靠键的楔紧作用来传递转矩的，同时还能承受单方向的轴向载荷。楔键连接仅适用于传动精度不高、低速、载荷平稳且对中要求较低的场合。

14.10 如题14.10图所示为二级圆柱齿轮减速器。已知：z1=z3=20，z2=z4=40，m=4mm，高速级齿宽b12=45mm，低速级齿宽b34=60mm,轴I传递的功率P=4kW,转速n1=960r/min,不计摩擦损失。图中a、c取为5～20mm,轴承端面到减速箱内壁距离取为5～10mm。试设计轴II，初步估算轴的直径，画出轴的结构图、弯矩图及扭矩图，并按弯扭合成强度校核此轴。
答：（1）选择轴的材料，确定许用应力选用45钢，正火处理由表14.4查得=600MPa。
(2)按扭转强度估算直径。根据表14.1得C=107～118mm。

考虑到键槽会削弱轴的强度取d=30mm。
（3）拟出轴的结构。根据轴在危险截面的直径，并考虑已给定的齿轮宽度，以及轴的结构、工艺等有关因素，拟出轴的结构图如题14.10答案图a所示。图中安装滚动轴承的直径定为25mm；采用深沟球轴承型号为6205，宽度B=15mm，安装高度为3mm。
此外，两 轮间距离取为10mm，并根据减速箱体的结构，定出两轮到滚动轴承边缘的距离为15mm。
（4）按弯扭合成强度，校核轴径。
① 画出轴的受力图如题14.10答案图b所示。
轴的转速
大齿轮2的直径
小齿轮3的直径
轴的转矩
大齿轮2的圆周力
径向力
小齿轮3的圆周力
径向力
题14.10答案图
② 作水平面内的弯矩图，如题14.10答案图c所示。
支点反力为：

(其中1=450mm, 262.5mm, 3=52.5mm)
I-I截面处弯矩为：
II-II截面处弯矩为：
③ 作垂直面的弯矩图：如题14.10答案图d所示。
支点反力为：

I-I截面弯矩为：
II-II截面弯矩为：
④ 作合成弯矩图如题14.10图e所示。

⑤ 作转矩图如题14.10答案图f所示。

⑥ 求当量弯矩。取。
I-I截面

II-II截面

⑦ 确定危险截面及校核强度。因为，且轴上还有键槽，故II-II可能为危险截面，故对截面II-II进行校核；III-III、IV-IV截面直径为25mm，虽然较小且有应力集中，但因其不受扭矩作用且弯矩不大，故不对其校核。

II-II截面

查表得，满足的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定裕量。

14.11 设计一齿轮与轴和键连接。已知轴的直径d=90mm，轮毂宽B=110mm，轴传递的扭矩，载荷平稳，轴、键的材料均为钢，齿轮材料为锻钢。
答：由题意可知齿轮与轴的键连接，要求有一定的定心，故选择普通平键 ，圆头（A型）。由表①4.5查得，当d=90mm时，键的剖面尺寸b=25mm, h=14mm。由轮毂宽B=110mm，选键长L=100mm。因载荷平稳且轴、键的材料为钢，齿轮材料为锻钢，所以由表14.6查得许用挤压应力,键的工作长度为l=L-b=100-25=75mm。
键连接工作面上的挤压应力，即

由以上计算可知选择的键连接的挤压强度是足够的，故可用。