机械设计习题集(3)

第1章 机械设计概论

思考题

1. 什么是部件？什么是零件？什么是构件？什么是通用零件？什么是专用零件？机械设计

课程研究的是哪类零件？从哪几个方面来研究这类零件？

2. 机械设计应满足哪些基本要求？机械零件设计应满足哪些基本要求？ 3. 机械设计的一般步骤是怎样的？

第2章 机械零件的工作能力和计算准则

一、 填空题

1. 在压力作用下，以点、线相接触的两物体在接触处产生的应力称为 应力。 2. 零件在变应力作用下的强度计算属于 强度计算，它不同于静强度计算。 3. 零件的计算载荷与名义载荷的关系是 。

4. 零件的名义载荷是指 载荷。 5. 零件的实际载荷与计算载荷的差异对零件的强度影响，将在 中考虑。

二、简答与思考题

1. 解释下列名词：静载荷、变载荷、稳定循环变载荷、动载荷、工作载荷、额定载荷、计算

载荷、静应力、变应力、疲劳及疲劳极限。静载荷是否一定产生静应力？变载荷是否一定产生变应力？ 2. 什么是变应力的循环特性r？对于静应力、脉动循环变应力和对称循环变应力，其r值各等

于多少？

3. 在一定的循环特性r下工作的金属试件，其应力循环次数与疲劳极限之间有怎样的内在联

系？怎样区分试件的无限工作寿命和有限工作寿命？怎样计算在有限寿命下工作的试件的疲劳极限？

4. 两个曲面形状的金属零件相互压紧，其表面接触应力的大小由哪些因素确定？如果这两个

零件的材料、尺寸都不同，其相互接触的各点上彼此的接触应力值是否相等？

三、计算题

1. 图示为对心直动滚子从动件凸轮机构。从动件顶端承受压力F=12kN。当压力角α达到最

0

大值αmax=25时，相应的凸轮轮廓在接触点上的曲率半径为R=75mm。已知：滚子半径r=15mm，

5

凸轮与滚子的宽度b=20mm；两者材料的弹性模量和泊松比均为E=2.1×10Mpa和μ=0.3；许用接触应力[ζ]H=1500Mpa。试校核凸轮与滚子的表面接触强度。

1

题1图

第3章 机械零件的疲劳强度

一、 简答题

1. 已知某零件的简化极限应力图及其危险剖面上的ζm、ζa工作应力点M（ζm，ζa），如图

示，当其应力变化规律按ζm=C（常数）变化时，在图中找出相应的极限应力点，并计算其安全系数。

题1图

2. 试给出变应力中①平均应力ζm， ②应力幅ζa ，③循环特性r的定义式。

3. 分别在题1图中画出变应力中循环特性r=-1、r=0两种变应力下的应力变化规律，并标出

2

ζmax 、ζmin 、ζa 和ζm。

4. 试简述某材料的极限应力图与该材料零件的极限应力图的区别。

5. 已知零件材料的ζ-1、ζ0、ζS以及零件某处的综合影响系数（kζ）D，试给出该零件的简化

极限应力图（ζm-ζa图），并说明绘图过程。

二、分析与计算题

1. 图示一等截面转轴，轴径d=45mm，其上作用有轴向拉力FA=2000N，Fr=6000N，试求轴危险

剖面上循环变应力的ζmax 、ζmin 、ζa 、ζm和应力循环特性r各是多少？

题1图

2. 厚为10mm的高强度碳钢件受有拉力F=60kN。板的平面尺寸如图所示。该板的三个截面上

分别有?20mm的圆孔、R10mm的半圆缺口、R10mm的圆角。试分别计算这三个截面上的最大应力。

题2图 题2附图

3

3. 上题中，如载荷F在30~90kN之间作周期性的波动。材料改为合金钢，其机械性质：

?s?800MPa，??1?420MPa。危险截面上的有效应力集中系数k??1.35，尺寸系数???0.7，表面质量系数??1，等效系数???0.2。按无限寿命考虑。试画出?m??a极限

应力图，并用作图和计算两种方法，确定安全系数S。

4. 火车车轮轮对轴的尺寸及受力情况如图所示。已知：轴的材料为碳钢，?s?360MPa，

??1?200MPa；危险截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ上的有效应力集中系数k??1.9，尺寸系数???0.7，表面质量系数??0.95。试确定轴的安全系数S。计算时按无限寿命考虑，忽

略剪力的作用。

题4图

5. 上题中，已知：轴的转速n=15r/min，载荷稳定不变。要求使用寿命10年。每年工作300

7

天，每天累计工作2小时。材料的疲劳曲线指数m=9，应力循环基数N0=10。试按有限寿命计算：①轴的寿命系数kN；②轴的安全系数S。

6. 上题中，如轴在每一小时内的工作情况系按图示的载荷图谱作周期性的重复变动。要求使

用的天数不变，但每天工作8小时。其他所有条件都不变。试确定：①寿命系数kN；②安全系数S。图中F0是载荷的最大值，与上题中的稳定载荷值相等。

题6图

4

7. 实心转轴的危险截面上受有周期性波动的载荷：弯矩M=50—100N.m；扭矩T=0—50N.m。

轴的材料为碳钢，已知机械性能：?s?300Mpa，??1?170Mpa，?s?180Mpa，

??1?100Mpa。若截面直径d=25mm，有效应力集中系数k??1.79，k??1.47，尺寸系

数???0.84，???0.78，表面质量系数??0.9，等效系数???0.34，???0.21。试确定安全系数S。计算时可按无限寿命考虑，忽略剪力的作用。

第4章 摩擦、磨损、润滑

思考题

1. 摩擦状态有哪几种？各有何特点？

2. 按破坏机理分，磨损的基本类型有哪四种？各有何特点？如何防止这些类型的磨损发生？ 3. 润滑剂的作用是什么？常用润滑剂有哪几种？

4. 润滑油的主要性能指标是什么？润滑脂的主要性能指标是什么？

第6章 螺纹联接和螺旋传动

一、 填空与选择题

1. 受横向转矩的螺栓组采用铰制孔时，每个螺栓所受的载荷是 。 （1）相等的 （2）与到几何中心距离成正比 （3）与到几何中心距离成反比 （3）都不等

2. 在螺栓联接的结构设计中，被联接件与螺母和螺栓头接触表面处需要加工，这是为

了 。

（1）不致损伤螺栓头和螺母 （2）增大接触面积，不易松脱 （3）防止产生附加偏心载荷 （4）便于装配

3. 受横向外载荷作用的紧螺栓联接，螺栓中所受轴向的载荷F0等于 。 （1）F?F? （2）F? （3）F??c1?F

c1?c24. 在受轴向载荷的紧螺栓强度计算公式（?ca?1.3?F0?[?]）中，F0为 。

??d124（1）工作载荷 （2）预紧力

（3）预紧力+工作载荷 （4）工作载荷+残余预紧力

5

5. 设计螺栓组时常把螺栓布置成轴对称的均匀的几何形状，这主要是为了 。 （1）美观 （2）受力最小 （3）联接方便 （4）结合面受力较均匀

6. 在确定紧螺栓联接的计算载荷时，预紧力F?比一般值提高30%，这是为了 因素。

（1）螺纹上的应力集中 （2）螺栓杆横截面上的扭转应力 （3）载荷沿螺纹圈分布的不均匀性

7. 在轴向力作用时，用预紧力F?来保证螺栓联接的接缝不张开，此预紧力F? 。 （1）可以是任意值 （2）小于作用力 （3）等于作用力 （4）大于作用力 8. 图示螺旋拉杆，若A向逆时针拧螺母拉紧螺杆时，螺纹应取什么旋向 。

（1）两个均为左旋 （2）两个均为右旋

（3）螺纹1为左旋，螺纹2为右旋 （4）螺纹1为右旋，螺纹2为左旋

题8图

9. 受轴向变载荷的紧螺栓联接，在工作载荷F和残余预紧力F??不变的情况下，要提高螺栓

的疲劳强度，可以减小 刚度及增大 刚度。 10. 螺纹联接防松的实质是 。

11. 受剪铰制孔螺栓在横向剪力作用下，螺栓杆和孔壁间可能发生 和螺栓被 等

失效形式。

12. 螺纹联接中常用的防松方法有 。

13. 计算螺栓抗拉强度时用 直径，分析螺纹的受力时用 直径。

二、简答题

1. 受横向载荷的普通螺栓联接有何特点？

2. 为什么大多数螺纹联接都要预紧？预紧力F?过大有什么结果？预紧力F?过小有什么结

果？

3. 螺纹升角的大小对自锁和效率有何影响？写出自锁条件及效率公式。 4. 简述提高螺纹联接强度的四种措施。

5. 为了避免螺栓承受偏心载荷，应从结构上采取哪些措施？ 6. 联接和传动各常用什么螺纹？为什么？ 7. 螺纹是怎样形成的？

8. 若用降低螺栓刚度的办法来提高螺栓联接的疲劳强度，试作力和变形图说明之。 9. 举两种常用螺纹联接的类型，并分别说明应用场合？ 10. 螺纹有哪些主要参数？各参数间有何关系？

11. 螺距与导程有什么不同？两者有什么关系？请用图表示出三头右旋螺纹，并注明导程及螺

距。

12. 螺旋副的传动效率与螺旋头数有什么关系？请利用计算螺旋副效率的公式进行分析。 13. 常用螺纹按牙形分为哪几种？各有何特点？主要用途怎样？ 14. 三角形螺纹分为哪两种？它们有什么特点？ 15. 为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10？

6

16. 拧紧螺母及松退螺母时的效率如何计算？效率随哪些因素而变化？

17. 螺纹联接松脱的原因是什么？按防松原理防松的方法可分为几类？具体的防松方法和装置

各有哪些？

18. 螺栓的主要失效形式有哪些？ 19. 提高螺栓联接强度的措施有哪些？

20. 推导图示受扭矩作用的螺栓组联接的螺栓受力计算式：

(a)当用受拉螺栓时；

(b)当用铰制孔用受剪螺栓时。

题20图

三、结构改错题与计算题

1. 如图示，托架螺栓组联接，试求在倾覆力矩M作用下，绕O-O轴转动时，最大受载螺栓的

计算公式，并写出满足螺栓不拉断、接缝面A点不开缝，B点不压坏的强度条件。（写出结果式即可）

题1图 题2图

2. 图示支承杆用三个M12铰制孔螺栓联接在机架上，铰孔直径d0=13mm，如螺杆与孔壁的挤

压强度足够，试求作用于该悬臂梁的最大作用力P。（不考虑构件本身的强度。取螺栓材料的屈服极限ζS=600Mpa，取剪切安全系数nη=2.5）

7

题3图 题6图

3. 一薄板用两个M10的普通螺栓联接在厚机架上，尺寸如图示，已知薄板上受力P=600N，板

间摩擦系数f=0.20，防滑系数Kf=1.2，螺栓许用应力[ζ]=108Mpa，螺栓螺纹小径d1=8.376mm，试校核该螺栓联接是否安全可靠。 4. 凸缘联轴器，用六个普通螺栓联接，螺栓分布在D=100mm的圆周上，结合面摩擦系数f=0.16，

防滑系数Kf=1.2，若联轴器传递扭矩为150N.m，试求螺栓螺纹小径。（螺栓[ζ]=120Mpa） 5. 试找出图示螺纹联接中的错误，并就图改正。

d e f

题5图

6. 图示为某受轴向工作载荷的紧螺栓联接的载荷变形图：（1）当工作载荷为2000N时，求螺

8

栓所受总拉力及被联接件间残余预紧力。（2）若被联接件不出现缝隙，最大工作载荷是多少？

7. 双头矩形螺旋传动机构，其外径d=90mm，中径d2=81mm，螺距P=18mm，螺纹的摩擦系数f=0.1，

试求其效率并判断是否自锁？

8. 有一受轴向变载荷作用的紧螺栓联接，预紧力F?=4000N，轴向工作载荷在0 ~ 4000N之间

变化，假设螺栓与被联接件刚度相等，试计算： （1）螺栓所受最大和最小载荷是多少？

（2）被联接件间的压紧力最大和最小值是多少？ 9. 图示汽缸内径D=500mm，蒸汽压力F=0 ~ 1.2Mpa，在法兰上安装有12个螺栓，其残余预紧

力为工作载荷的1.5倍，螺栓联接的相对刚度为0.8，试确定单个螺栓所受的最大轴向拉力与最小轴向拉力。

题9图 题12图

10. 推导图示两种联接的螺栓受力计算式，a图为夹紧联接，b图为支座，两个图中的结构主

要尺寸相同，且上下各用一个螺栓。（提示：注意两种结构的失效形式有什么不同）

题10图

11. 上题图a所示的夹紧联接柄承受载荷Q = 600N，螺栓个数z=2，联接柄长度L=300mm，轴

直径dB=60mm，夹紧结合面摩擦系数f = 0.15，试确定联接螺栓的直径。 解：（1）.求螺栓所需的预紧力F?

设联接柄对轴的压力为R，则 Q?L?f?R?d

B 所以 R?Q?L600?300??2?10N f?d0.15?604B 9

F??R2?10??1?10N 2244 （2）.确定螺栓直径

选螺栓材料为A3钢，??240Mpa，则安全系数

s [S]?S2200?k900?(70000?F?)?10m2?7

?4.07

? [?]??2200900?(70000?10000)?102?7S[S]?S240?58.97Mpa 4.074?1.3?10?16.75mm

??58.974 d?C4?1.3F???[?] 根据手册选M20六角螺栓。

12. 图示螺栓联接中采用两个M20的螺栓，其许用拉应力为[ζ]=160Mpa，被联接件结合面间

的摩擦系数f=0.2，若考虑摩擦传力的可靠系数kf=1.2,试计算该联接允许传递的静载荷Q。 13. 如图所示，缸径D=500mm，蒸汽压力p=1.2MPa，螺栓分布圆直径D0=640mm。为保证气密性

要求，螺栓间距不得大于150mm。试设计此气缸盖螺栓组联接。

题13图 题15图

14. 上题图示的气缸盖联接中，已知：工作压力在0到2N/mm2之间变化，气缸内径D=500mm，

螺栓数目为20，用铜皮石棉垫片密封，试确定螺栓直径。 15. 设图示螺栓刚度为c1，被联接件刚度为c2，如果c2=8c1，预紧力F?=1000N，外载荷F=1100N，

试求螺栓中的总拉力和被联接件中的残余预紧力。 解：螺栓中的总拉力为

F?F??0cc?1100F?1000??1122N c?cc?8c111211 联接件中的残余预紧力为 F???F??c8c?1100F?1000??22N c?cc?8c211211 由此可见螺栓所承受的总拉力F0比它所受的预紧力F?大。但总拉力（对预紧力而言）的增加量（）

仅占外载荷F的11%。这个值是不太大的。这种联接的受力情况与它的相对刚度有关。在此例中，尽管外载荷比预紧力大，但被联接件仍然处于被压缩状态，它们之间没有分离。

16. 图示的矩形钢板，用4个M16的铰制孔用螺栓固定在高250mm的槽钢上，钢板悬臂端承受

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第11章 带 传 动

一、 填空与选择题

1. 带传动正常工作时，小带轮上的滑动角 小带轮的包角。 （1）大于 （2） 小于 （3）小于或等于 （4）大于或等于 2. 三角带传动中带轮最常用的材料是 。

（1）A3 （2）45钢 （3）HT15-33 （4）塑料 3. 设计中限制小带轮的直径D1 ?D1min，是为了 。 （1）限制带的弯曲应力 （2）限制相对滑移量 （3）保证带与轮面间的摩擦力 （4）轮在轴上安装的需要 4. 带传动的设计准则是 。

（1）保证带具有一定的寿命 （2）保证带不被拉断

（3）保证不发生弹性滑动的情况下，带又不被拉断 （4）保证传动不打滑的条件下，带具有一定的疲劳强度

5. 正常工作条件下的带传动，在接触面上带与带轮间 。 （1）速度完全一致 （2）存在弹性滑动

（3）存在打滑 （4）存在弹性滑动与打滑

6. 三角胶带按剖面尺寸大小分 等型号，其公称长度是指 的

长度。

7. 带传动最大的有效圆周力随着 ， ， 的增大而增大。 8. 带是处于 应力下工作的，这将使带容易产生 破坏。 9. 一般带传动的失效形式是 和 。 二、简答题

1. 三角胶带带轮的基准直径指的是哪个直径？三角胶带传动的最小带轮直径由什么条件限

制？小带轮包角范围如何确定？为什么？

2. 在相同的条件下，为什么三角胶带比平型带的传动能力大？

3. 图示为三角胶带带轮轮槽与带的三种安装情况，其中哪种情况是正确的？哪种情况是错误

的？分别说明理由。

（a） （b） （c）

题3图

4. 在设计带传动时，能否认为带速与带的传递功率成正比，为什么？ 5. 带传动与齿轮传动及链传动比较有哪些优缺点？

6. 什么是有效拉力？什么是张紧力？它们之间有什么关系？如何理解紧边和松边的拉力差

即为带传动的有效拉力？

7. 带传动为什么要限制其最小中心距和最大传动比？通常推荐带速在（15~25）m/s之间，若

带速超出此范围会有什么影响？

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8. 带传动的打滑经常在什么情况下发生？打滑多发生在大轮上还是在小轮上？刚开始打滑

时，紧边拉力和松边拉力有什么关系？空载时，带的紧边拉力与松边拉力的比值F1/F2是多少？

9. 带工作时，截面上产生哪几种应力？这些应力对带传动的工作能力有什么影响？最大应力

在什么位置？

10. 什么是滑动率？滑动率如何计算？为什么说弹性滑动是带传动的固有特性？由于弹性滑动

的影响，带传动的速度将如何变化？

11. 具有张紧轮的带传动有何利弊？张紧轮应放在什么位置？为什么？

12. 为了避免带打滑，将带轮上与带接触的表面加工得粗糙些以增大摩擦，这样解决是否可行

和是否合理，为什么？

13. 写出挠性带的欧拉公式，并说明公式中各符号的含义。 三、计算题

1. 带传动中主动轮转速n1=955rpm，D1=D2=0.2m，B型棉帘布带，带长1.4m（长度系数KL=0.9），

单班、平稳工作。问传递功率7Kw，需几根胶带？

2. 已知带传动的功率P=7.5Kw，主动轮直径d1=100mm，转速n1=1200rpm，紧边拉力F1是松

边拉力F2的两倍，试求F1、F2的值。

3. 已知带传动的功率P=7.5Kw，平均带速v=10m/s，紧边拉力F1是松边拉力F2的两倍，试求

紧边拉力F1，有效圆周力Fe及初拉力F0。

4. 已知带传动的功率P=5Kw，小带轮直径d1=140mm，转速n1=1440rpm，大带轮直径

?；求空载时从动轮转速D2=400mm，三角胶带传动的滑动率ε=2%， 求从动轮实际转速n2n2；求有效圆周力Fe。

5. 带传动的小带轮直径D1=100mm，大带轮直径D2=400mm，若主动小带轮转速n1=600r/min，

三角胶带传动的滑动率ε=2%，求从动大带轮的转速n2。

6. 三角胶带传动传递的功率Ｐ＝7.5kW，带的速度v=10m/s，紧边拉力是松边拉力的5倍，即

F1=5F2。求紧边拉力F1和有效拉力F。

7. 带传动传递的功率Ｐ＝5kW，主动轮转速n1=350r/min，主动轮直径D1=450mm，传动的中心

距a=1500mm，从动轮直径D2=650mm，三角胶带与带轮间当量摩擦系数f?=0.5。求带速、小带轮包角α1、带长及紧边拉力F1。

8. 带传动的主动轮转速n1=1450r/min，主动轮直径D1=140mm，从动轮直径D2=400mm，传动的

中心距a?1000mm，传递功率Ｐ＝10kW，取工作情况系数KA=1.2。选带型号并求三角胶带的根数Z。

9. 图示搅拌机采用三角胶带传动，主动轮转速n1=1430r/min，主动轮直径D1=100mm，从动轮

转速n2=572r/min（搅拌转速），传动中心距a?500mm，采用A型三角胶带，根数Z=2，工作情况系数KA=1.1。试求允许传递的最大功率和轴上压力。

题9图

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第12章 齿轮传动

一、 填空与选择题

1. 齿轮传动按接触疲劳强度设计确定d1时（d1?32KT1u?1ZEZHZ?2??()），[ζ]H应?du[?]H取 。

（1）max{[ζ]H1，[ζ]H2} （2）min{[ζ]H1，[ζ]H2} （3）[ζ]H1 （4）[ζ]H2

2. 锥齿轮弯曲强度计算中的齿形系数Yfa应按 确定。

（1）齿数Z （2）Z/cos? （3）Z/cos? （4）Z/cos?

3. 由直齿和斜齿圆柱齿轮组成的减速器，为使传动平稳，应将直齿圆柱齿轮布置

在 。

（1）高速级 （2）低速级 （3）高速级或低速级 （4）无法判断

4. 齿轮传动中，当齿轮分度圆直径不变时，将模数加大，其接触强度将 ，弯曲强度

将 。

（1）提高 （2）降低 （3）不变 （4）无法判断变化情况 5. 斜齿轮弯曲强度计算中的齿形系数Yfa应按 确定。

（1）齿数Z （2）Z/cos3? （3）Z/cos? （4）Z/cos? 6. 一对齿轮啮合传动时，大、小齿轮上齿面的接触应力 。

（1）?H1??H2 （2）?H1??H2 （3）?H1??H2 （4）不能判明大小关系 7. 开式齿轮传动中，保证齿根弯曲应力?F?[?]F，主要是为了避免齿轮的 失效。 （1）轮齿折断 （2）齿面磨损 （3）齿面胶合 （4）齿面点蚀 8. 在齿轮传动中，提高其抗点蚀能力的措施之一是 。 （1）提高齿面硬度 （2）降低润滑油粘度 （3）减小分度圆直径 （4）减少齿数

9. 在直齿圆柱齿轮传动中，若齿轮的接触强度足够，而弯曲强度稍差时，首先考虑的改进措

施是 。

（1）增大中心距 （2）保持中心距不变将模数增大、齿数减少 （3）齿数不变、加大模数 （4）增大齿数

10. 在齿轮传动中，为减少动载荷，可采取的措施是 。 （1）改用好材料 （2）提高齿轮制造精度 （3）降低润滑油粘度 （4）加大模数

11. 在齿轮传动中，提高其弯曲强度的措施之一是 。 （1）提高齿面硬度 （2）降低润滑油粘度 （3）减小模数 （4）减小压力角

12. 在齿轮传动中，为改善齿端偏载现象，可采取的措施之一是 。 （1）增加齿宽 （2）将齿轮轮齿做成鼓形齿 （3）把齿轮悬臂布置 （4）提高齿面硬度

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22213. 在确定齿轮模数m?32KT1Y?YFaYSaYFaYSa?()()应按 确定。 的公式中2[?]F[?]F?dZ1（1）min{YFa1YSa1YFa2YSa2YYYY,} （2）max{Fa1Sa1,Fa2Sa2}

[?]F1[?]F2[?]F1[?]F2（3）

YFa1YSa1YY （4）Fa2Sa2

[?]F1[?]F214. 设计一对齿数不同的轮齿时，若需校核其弯曲强度时，一般 。

（1）对大、小齿轮分别校核 （2）只需校核小齿轮

（3）只需校核大齿轮 （4）应校核哪一个齿轮，无法判断 15. 齿轮传动中，通常应使小齿轮材料或硬度要好于大齿轮的，这是因为 。 （1）小轮齿面摩擦力大 （2）小轮齿面的接触应力高于大齿轮的 （3）小齿轮的应力循环次数多 （4）小齿轮线速度高、振动大 16. 闭式齿轮传动中，常见的两种疲劳损坏是 和 。

17. 闭式软齿面齿轮传动，一般应按 强度进行设计，然后再校核 强度。 18. 闭式硬齿面齿轮传动，一般应按 强度进行设计，然后再校核 强度。 19. 直齿圆锥齿轮的强度计算，是按其 齿轮进行分析的。

20. 斜齿圆柱齿轮的强度计算，是按其 齿轮进行分析的，同时还考虑了斜齿轮本身的特

点。

21. 齿轮传动进行弯曲疲劳强度计算，这是为了避免齿轮在预定使用期内产生 而失效。 22. 齿轮传动进行接触疲劳强度计算，这是为了避免齿轮在预定使用期内产生 而失效。 23. 标准直齿圆柱齿轮的齿形系数Yfa与齿轮的 和 有关。

00

24. 斜齿轮的螺旋角β常用值为8~15，过大会使斜齿轮的 过大，过小又显示不出斜齿

轮的优点。

二、简答题

1. 齿轮传动的主要失效形式有哪些？齿轮传动的设计准则通常是按哪些失效形式计算的。 2. 为提高齿面的抗点蚀能力，试至少举出三种措施。

3. 为提高齿轮轮齿抵抗弯曲折断的能力，试至少举出三种措施。 4. 图中，（1）当齿轮1主动时，（2）当齿轮2主动时，试分析齿轮2的弯曲应力和接触应力

的应力循环特性r各等于什么？

题4图

5. 在齿轮传动中，为减小动载荷，试至少举出三种措施。

6. 在齿轮传动中，为减轻齿轮的齿端偏载，试至少举出三种措施。 7. 在图示二级减速装置中，为什么将圆锥齿轮布置在高速级？

19

题7图 题8图

8. 图示蜗杆-齿轮减速装置，已知蜗轮轴II上的功率P2 = 17Kw，n2 =174r/min，蜗杆传动的效

率η1=0.85，齿轮传动的效率η2=0.98。支承损失不计，试求各轴上的扭矩，已知条件如下：

传动件 1 2 3 2? 齿数Z 3 51 21 49 模数m（mm） 8 8 3 3

9. 齿轮传动强度计算中引入的载荷系数K考虑了哪几方面的影响？试加以说明。 10. 在闭式齿轮传动中，当d1一定时，应如何选择齿数Z1？并简述理由。 11. 齿轮传动中，对齿轮的材料和热处理的基本要求是什么？说明理由。 12. 试分别说明：（1）软齿面齿轮（HBS?350），（2）硬齿面齿轮（HBS>350）常用的材料及其

热处理方法有那些？

13. （1）设计斜齿圆柱齿轮传动时，当中心距a不为整数时，为什么要将a进行圆整； （2）圆整中心距后，当齿数、模数不变时，为保证齿轮的装配或仍为无侧隙啮合，应采

取什么措施？ 14. 齿轮传动中的外部附加动载荷和内部附加动载荷产生的原因是什么？试述使用系数KA和动

载荷系数Kv的物理意义，其值与哪些因数有关？高速齿轮进行齿顶修缘是为了什么？ 15. 试述齿向载荷分布不均的原因及其改善措施，并由此分析齿向载荷分布系数Kβ的物理意义。 16. 为什么远离扭矩输入端（或输出端）安置齿轮，将可获得载荷沿齿向分布较均匀的效果？

如不能如此安置齿轮，而又希望齿向载荷分布较均匀时，可采取哪些措施？ 17. 试述齿间载荷分配系数Kα的物理意义。为何Kα的取值与齿轮的制造精度和总重合度有关？

并分析Kα的值能否小于1？

18. 一对直齿圆柱齿轮传动，在传动比i、中心距a及其他条件不变的情况下，如减小模数m

并相应地增加齿数Z1、Z2，试问对其弯曲疲劳强度和接触疲劳强度各有何影响？在闭式传动中，如强度允许，这样减小模数m增加齿数Z有何益处？

19. 斜齿圆柱齿轮疲劳强度的计算公式和直齿圆柱齿轮疲劳强度的计算公式有什么不同？要注

意什么问题？

20. 斜齿圆柱齿轮设计中，如何利用分度圆螺旋角β值的改变进行几何尺寸的调整？

20

21. 在两级圆柱齿轮传动中，如其中有一级用斜齿圆柱齿轮传动，它一般是用在高速级还是低

速级？为什么？

22. 为什么在斜齿圆柱齿轮传动中Fa1=-Fa2、Fr1=-Fr2、而在直齿圆锥齿轮传动中，Fa1=-Fr2、

Fr1=-Fa2？如何确定作用在斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮上的轴向力的方向？

三、计算题

1. 某直齿圆锥-斜齿圆柱齿轮减速器及主动轮1的转向如图示，已知锥齿轮齿宽系数?R=0.3、

Z1=25、Z2=50，模数m=5mm，斜齿轮Z3=21、Z4=84，模数mn=6mm，试求当斜齿轮3的分度圆

螺旋角β为何旋向及多少度时，能使II轴上传动件的轴向力完全抵消？

题1图

2. 图示为蜗杆-齿轮传动装置，右旋蜗杆1为主动件，为使轴II、III上传动件的轴向力能相

互抵消，试确定：（1）蜗杆的转向，（2）斜齿轮3、4轮齿的旋向，（3）用图表示轴II上传动件的受力（用各分力表示）情况。

题2图

21

3. 图示为由电动机带动的锥齿轮-蜗杆传动装置，电机吊起重物W时的转向如图示，卷筒与

蜗轮4固定在同一轴上，设计时要求在提升重物时，使轴II上传动件的轴向力相互抵消，

试确定：（1）如保持其它传动件位置不变，从动锥齿轮应放在Z2还是z?2的位置？（2）蜗轮、蜗杆轮齿的旋向；（3）用图表示轴II上传动件的受力情况（用各分力表示）。

题3图 题4图

4. 图示为斜齿轮、螺旋起重装置，当手轮1按图示方向回转时，需将重物W举起，试确定：

（1）螺杆5和锥齿轮4内螺纹的旋向；（2）为使轴II上传动件轴向力相互抵消，斜齿轮1、2轮齿的旋向；（3）用图表示轴II上的受力情况（用各分力表示）。

5. 图示为两级斜齿轮传动，由电机带动的齿轮的转向、旋向如图示，现欲使轴II上传动件轴

向力完全抵消，试确定：（1）斜齿轮3、4轮齿的旋向；（2）斜齿轮3、4螺旋角的大小；（3）用图表示轴II上传动件受力情况（用各分力表示）。

题5图

22

题6图

6. 图示为蜗杆-齿轮传动装置，已知主动斜齿轮1的转向n1和蜗杆5轮齿的旋向如图示，现

欲使轴II上传动件轴向力完全抵消，试确定：（1）斜齿轮1、2轮齿的旋向；（2）蜗轮6的转向及其轮齿的旋向；（3）用图表示轴II上传动件受力情况（用各分力表示）。

7. 图示两级斜齿圆柱齿轮传动，其主动轮1的转向n1及轮齿旋向如图示，已知主动轴I上的

0

扭矩T1=40N.m，Z1=20，mn=4mm，β=14，（1）试确定主动轮上所受的径向力Fr1、轴向力Fa1及圆周力Ft1大小和方向（用图表示）；（2）为使轴II上传动件轴向力相互抵消，试确定斜齿轮3、4轮齿的旋向。

题7图 题8图

8. 图示齿轮-蜗杆传动装置，主动轴I的转向n1如图示，为得到从动端蜗轮6的转向n6（顺

时针），同时使轴III上传动件轴向力相互抵消，试确定：（1）斜齿轮3、4及蜗轮、蜗杆轮齿的旋向；（2）用图表示轴II上传动件受力情况（用各分力表示）。

9. 图示齿轮-蜗杆传动装置，已知从动端蜗轮6转向n6（逆时针）及蜗杆5的转向n5，如图

示，（1）现欲使轴II上传动件轴向力相互抵消，试确定蜗轮、蜗杆及两个斜齿轮轮齿的旋

23

向；（2）用图表示轴II上传动件受力情况（用各分力表示）。

题9图

10. 图示为斜齿轮、蜗杆传动装置，其两级传动的中心距是一样的，已知斜齿轮齿数Z1=20、

Z2=40、mn=6mm，蜗轮的齿数Z4=39、m=8mm、q=8，主动轮1的转向n1及轮齿旋向如图示，（1）试确定斜齿轮螺旋角β的大小；（2）若轴II上传动件轴向力相互抵消，试确定齿轮2、3、4轮齿的旋向及蜗轮4的转向，用图表示轴II上传动件的受力情况（用各分力表示）。

题10图 题11图

11. 图示传动装置中，左旋蜗杆1为主动件，其转向n1如图示，为使轴II、III上传动件轴向

力相互抵消，试确定：（1）若保持其它传动件位置不变，锥齿轮5应放在锥齿轮6的左侧还是右侧？（2）蜗轮2、斜齿轮3、4轮齿的旋向；（3）用图表示轴II上传动件的受力情况（用各分力表示）。 12. 图示两级斜齿轮传动，已知条件如图，主动轮1的转向n1如图，现欲使II上传动件的轴向

力完全抵消，试确定：（1）斜齿轮3、4的螺旋角β的大小及轮齿的旋向；（2）用图表示轴II上传动件的受力情况（用各分力表示）。

24

题12图 题13图

13. 设计图示的卷扬机用闭式双级直齿圆柱齿轮减速器中高速级齿轮传动。已知：传递功率

P1=7.5Kw，转速n1=960r/Min，高速级传动比i=3.5；折合一般制工作，使用寿命15年。 14. 试求一对啮合齿轮的大、小齿轮对于弯曲疲劳为等强度的条件式。并求大、小齿轮弯曲应

力之间的关系式。

解：圆柱齿轮的大、小齿轮轮齿弯曲疲劳强度计算公式为：

??F12?K?TY?Y?Y?Y?[?] （1）

b?d?m1Fa1Sa1??F11n ??F22?K?TY?Y?Y?Y?[?] （2）

b?d?m1Fa2Sa2??F21n 解（1）、（2）两式中后面的两式，即得其大、小齿轮弯曲疲劳强度条件式

[?][?]?Y?YY?YF1Fa1Sa1Fa2F2

[?][?]?Y?YY?YF1Fa1Sa1Fa2Sa2 使用上式可判断一对齿轮中哪个齿轮的强度较弱，如

F2，则表明小齿轮弯曲强度低于大

Sa2齿轮，则应按小齿轮进行弯曲强度设计或验算。这样一来，可使计算概念更加清晰，使运算更加简化。 解（1）、（2）两式中前面的等式，又可获得大、小齿轮弯曲应力间的关系式

?F1YFa1?YSa1??F2YFa2?YSa2

利用该式，将可在已知一个齿轮的应力后，方便地求得另一齿轮的应力。

15. 有一单级斜齿圆柱齿轮减速器，已知：中心距a=300mm，小齿轮齿数Z1=39，大齿轮齿数

Z2=109，。试计算确定该斜齿轮传动的模数mn和分度圆螺旋角β及其他主要尺寸。 解（1）求模数mn及分度圆螺旋角β

mn2?a2?300???4.054

cos?Z1?Z239?109 应取mn = 4mm。再配凑β ??arccosmn?(Z1?Z2)4?(39?109)?arccos?9022?

2?a2?300 25

（2）其他主要尺寸

分度圆直径

d1?z1?mn39?4??158.108mm 0?cos?cos922z2?mn109?4??441.892mm

cos?cos9022?d2? 齿顶高和齿根高 ha**?(han?Cn)?mn?(1?0.25)?4?5mm

齿顶圆直径 da1 da2?d1?2ha?158.108?2?4?166.108mm ?d2?2ha?441.892?2?4?449.892mm

16. 在如图所示的二级斜齿圆柱齿轮减速器中，已知：高速级齿轮Z1=21，Z2=52，mn1=3mm，

?1?1207?43??；低速级齿轮Z3=27，Z4=54，mn2=5mm，输入功率P1=10kW，n1=1450r/min。

齿轮啮合效率?1=0.98，滚动轴承效率?2?0.99。试求：

（1）低速级小齿轮的齿（旋）向，以使中间轴上的轴承所受的轴向力较小；

（2）低速级斜齿轮分度圆螺旋角β2为多少度时，中间轴上的轴承所受的轴向力完全抵

消？

（3）各轴转向及所受扭矩；

（4）齿轮各啮合点作用力的方向和大小（各用三个分力表示）。

解：中间轴上的齿轮的齿向相同，即低速级小齿轮的齿向为左旋，如题解图所示，可使中间轴上的轴承

所受的轴向力较小。

为使中间轴上的轴承所受的轴向力完全抵消，必须使

Fa1即 Ft1??Fa2

?tg?I??Ft3?tg?II22?T1??22?T1?iI??1??2?tg?I??tg?II

d1d35?27d3d3cos?II?tg?I??tg?I??tg?I tg?II?3?52????d1?i1??1??2d2??1??212cos?I sin?II?5?27?sin1207?43???0.1874

(3?52)?0.98?0.99 26

所以 ?II但当?II?10.80

?10.80时

aII?mn?(z3?z4)5?(27?54)??206.15mm

2?cos?II2?cos10.80中心距aII应取整数，令aII?206mm，则

?II?arccosmn?(z3?z4)5?(27?54)?arccos?10034?37??

2aII2?206 各轴转向如题解图所示，各轴扭矩为 I轴 T1?9.55?106?P110?9.55?106??65900N?mm n1145052?0.98?0.99?1.583?105N?mm 21545III轴 T3?T2?iII??1??2?1.583?10??0.98?0.99?3.07?105N?mm

27II轴 T2?T1?iI??1??2?65900? 齿轮各啮合点作用力的三个分力的方向如题解图所示，其大小可求得如下 Ft1?Ft2?2T1?22?65900?0.99??2025N3?21d1cos1207?43??

Ft1?tg?n2025?tg200??753.8N Fr1?Fr2?cos?Icos1207?43?? Fa1?Fa2?Ft1?tg?I?2025?tg1207?43???435.2N

2T2?22?1.583?105?0.99??2282.3N Ft3?Ft4?5?27d3cos10034?37??Ft3?tg?n2282.3?tg200??845N Fr3?Fr4?0cos?IIcos1034?37?? Fa3?Fa4?Ft3?tg?I?2282.3?tg10034?37???426N

27

题16图

17. 图示的一对直齿圆锥齿轮传动，已知：m=3mm，z1=24，z2=48，b=25mm，小锥齿轮传递功率

P1=2Kw，n1=160r/min，试求齿轮啮合点作用力的方向和大小（各用三个分力表示）。

题17图

第13章 蜗杆传动

一、 填空与选择题

1. 磨削时没有理论误差、精度较高的普通圆柱蜗杆是 。 （1）延伸渐开线蜗杆 （2）渐开线蜗杆 （3）阿基米德蜗杆 （4）圆弧面蜗杆 2. 标准蜗杆传动的中心距计算公式应为 。

11m(Z1?Z2) （2）a?m(q?Z2) 2211 （3）a?mt(q?Z2) （4）a?mn(q?Z2)

223. 设变位前后蜗杆传动的传动比分别为i（变位前）和i?（变位后），则二者之间应有如下关

（1）a?系： 。

（1）i??i （2）i?i （4）不一定 4. 设变位前后蜗杆传动的中心距分别为a（变位前）和a?（变位后），则二者之间应有如下

28

关系： 。

（1）a??a （2）a?a （4）不一定

5. 蜗杆蜗轮啮合面间的滑动速度V2与蜗杆的圆周速度V1之间有如下关系 。 （1）V2 = V1 （2）V2 > V1 （3）V2 < V1 （4）V2 与 V1 没有关系 6. 蜗杆传动的主要失效形式是 。

（1）齿面疲劳点蚀 （2）齿根的弯曲折断 （3）齿面的胶合和磨损 （4）齿面的塑性变形 7. 蜗杆传动的油温最高不应超过 。

0000

（1）30C （2）50C （3）80C （4）120C 8. 其它条件相同时，若增加蜗杆头数，则滑动速度 。 （1）增加 （2）减小 （3）保持不变 （4）不一定 9. 蜗杆主动时，为提高蜗杆传动的效率，可 。 （1）增加蜗杆头数 （2）增加蜗轮齿数

（3）增大蜗杆模数 （4）增大蜗杆特性系数q （5）增大蜗杆的螺旋角

10. 蜗杆传动的主平面是指 的平面。

11. 变位后蜗轮的分度圆与节圆（是、否）重合。蜗杆主平面内的分度线与节线（是、否）重

合。

12. 闭式蜗杆传动装置的功率损耗包括 、 及 三部分。

13. 对于下蜗杆式或侧蜗杆式的传动，浸油深度应为 ，当为上蜗杆式时浸油深度应

为 。

二、简答题

1. 圆柱蜗杆传动的类型有哪些？各有什么特点？其正确啮合的条件是什么？蜗轮滚刀与蜗

杆形状和尺寸有什么关系？

2. 什么是自锁蜗杆传动？自锁的条件是什么？ 3. 蜗杆传动为什么要引入直径系数q？

4. 蜗杆传动为什么要限制蜗轮齿数27?z2?80？ 5. 为什么蜗杆的螺旋线升角λ一般都小于28？

6. 蜗杆的热平衡计算不满足要求时可采取哪些措施？

7. 设蜗杆的螺旋角为β1，蜗杆副的当量摩擦系数为f?，若ctg?1?f?，传动时蜗轮能否带动蜗杆？

8. 某蜗杆传动传动比i=20，蜗轮齿数Z2=40，模数m=5mm，蜗杆顶圆直径da1=60mm，试求： （1）蜗杆的直径系数q； （2）蜗轮的螺旋角β2； （3）中心距a。

9. 已知标准蜗杆传动的i=20，m=14mm，q=9，Z1=2，试计算蜗杆蜗轮的分度圆直径d，顶圆直

径da，蜗轮螺旋角β2及中心距a。 10. 设计某分度机构的蜗杆传动。要求i=45，蜗轮直径不超过100mm，试确定主要参数Z1、Z2、

m、q及λ。

11. 图示蜗杆传动中，已知ω2及Fa2的方向，试确定Ft1、Ft2、Fr1、Fr2、Fa1、ω1的方向以及蜗

杆的螺旋线方向，并在图上标出。

29

0

题11图

12. 与齿轮传动相比，蜗杆传动有何优点？什么情况下宜采用蜗杆传动？为何传递大功率时，

很少采用蜗杆传动？

13. 圆柱蜗杆传动的标准模数是什么？蜗杆轴向模数mx，蜗杆头数z1，蜗杆轴向齿距px，蜗杆

导程pz，蜗杆直径系数q和蜗杆导程角γ之间各有什么关系？

14. 如何较恰当地选用蜗杆传动的传动比i、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2？试述蜗杆传动变位的

目的和特点。

15. 为什么蜗杆传动的传动比只能表达为i=z2/z1，却不能以i=d2/d1来表示。 16. 蜗杆传动常见的失效形式有哪些？其强度计算准则是什么？ 17. 蜗杆传动常用的材料组合是哪些？各有什么特点？如何选用？

18. 为什么闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算？可采用哪些措施来改善散热条件？

三、分析计算题

1. 工具显微镜头部采用了蜗杆蜗轮、斜齿条斜齿轮作升降机构，其参数如图所示。试确定： （1）手轮顺时针方向转一圈齿条移动的距离和方向；

（2）要使蜗轮轴上的轴向力抵消一部分，则斜齿轮和斜齿条各取什么旋向？

（3）如要使蜗轮轴上的轴向力完全抵消，则斜齿轮的螺旋角β应取多大？（设蜗杆传动的

效率η=0.8，且不计齿轮副和轴承的效率）

题1图 题2图

2. 图示采用蜗杆传动的提升装置，卷筒固定在蜗轮上。已知m=8，Z1=1，Z2=40，蜗杆分度圆

30

直径d1=64mm，卷筒直径D=200mm。求： （1）蜗杆转一圈，物体G移动多大距离？

（2）欲使蜗杆按图示方向转动时，物体G上升，确定该蜗杆的螺旋线方向。 （3）标出蜗杆蜗轮啮合点各分力的方向。

（4）若蜗杆蜗轮齿面间的当量摩擦系数f?=0.2，这机构是否自锁？

3. 图示为一标准蜗杆传动，蜗杆1主动，蜗杆上的扭矩T1=20N.m，蜗杆的轴向模数m=3mm，

0

轴向压力角α=20，头数Z1=2，q=12，Z2=50，啮合效率η=0.75，试确定： （1）蜗轮2的转向；

（2）蜗杆1和蜗轮2上圆周力、径向力和轴向力的大小和方向。

题3图 题4图

4. 图示为一手动起重机，手柄转动方向如图所示，欲使重物上升，问： （1）蜗杆螺旋线方向；

（2）欲使蜗杆轴向力能被斜齿轮轴向力抵消一部分，齿轮1、2的螺旋线方向； （3）画出蜗杆啮合点处作用力Ft、Fr、Fa的方向。

5. 图示为二级蜗杆传动，已知两蜗杆的螺旋线方向均为右旋，轴I为输入轴，其转向如图所

示，轴III为输出轴，试在图上画出：

（1）各蜗杆蜗轮齿的螺旋线方向（并用文字说明旋向）； （2）轴III的转向；

（3）蜗轮2、蜗杆3的受力方向（画在啮合点处）。

6. 指出图中未注明的蜗杆或蜗轮的螺旋线方向及蜗杆或蜗轮的转向，并绘出蜗杆和蜗轮啮合

点作用力的方向（各用三个分力表示）。

7. 试标出图中两种传动形式的蜗杆、蜗轮及齿轮的转向，绘出其啮合点的受力图（各用三个

分力表示），并分析这两种传动形式的优缺点。

8. 图示为起升机构传动简图，已知：电动机轴转向（n1），重物Q运行方向（图中v），试确

定：

（1）电动机转向及重物Q方向如图所示时，蜗杆螺旋线的旋向（在图中绘制）； （2）锥齿轮1与2，蜗杆3 与蜗轮4 在啮合点所受Ft、Fr、Fa各分力的方向（绘入图中） 9. 图示为蜗杆-圆柱斜齿轮-直齿锥齿轮三级传动，已知蜗杆为主动，且按图示方向转动，试

在图中绘出：

（1）各轮转向；

31

（2）使Ⅰ、Ⅱ轴轴承所受轴向力较小时的斜齿轮轮齿的旋向； （3）各啮合点处所受的各分力Ft、Fr、Fa的方向。

题5图

题6图 题7图

题8图

32

题9图

10. 有一动力传动用标准蜗杆传动，要求蜗杆头数z1=1，蜗轮齿数z2=80，中心距a=180mm，采

用蜗轮滚刀加工蜗轮，试配置该传动的主要参数m、d1及γ。

第14章 链 传 动

一、 填空与选择题

1. 链传动属于下列传动中的 。

（1）工作元件直接接触的啮合传动 （2）有中间柔性件的啮合传动 （3）工作元件直接接触的摩擦传动 （4）有中间柔性件的摩擦传动 2. 如大链轮的齿数超过极限值（Zmax=120），则 。

（1）链条的磨损快 （2） 链条磨损后，易发生“脱链”现象 （3） 链传动的动载荷大与冲击作用大 （4）链传动的噪音大 3. 链传动设计中限制小链轮齿数不小于9齿是为了 。 （1）防止脱链现象 （2）防止小链轮转速过高 （3）提高传动平稳性 （3）保证链轮轮齿的强度

4. 链传动中当其它条件不变的情况下，传动的平稳性随链条节距P 。 （1）减小而提高 （2）减小而降低 （3）增大而提高 （4）增大而不变 5. 链传动中合理的链条长 。

（1）应等于奇数倍链节距 （2）应等于偶数倍链节距 （3）可以为任意值 （4）按链轮齿数来决定 6. 套筒滚子链磨损后将会导致 。 （1）销轴破坏 （2）套筒破坏

（3）链板的破坏 （4）破坏链条、链轮的啮合（脱链）

33

7. 下列链传动的传动比公式中 式是错误的。 （1）i12?n1zT2d （2）i12?2 （3）i12? （4）i12?2 n2z1T1??d18. 链传动中链条的平均速度V为 。

（1）?d1n1 （2）?d2n2 （3）z1n1p （4）z1n1pd1

9. 低速链传动中（V<0.6m/s），这时链的主要破坏形式是 。

（1）冲击破坏 （2）链条链板的磨损 （3）胶合 （4）过载折断

10. 链传动轴线相对位置的布置 。 （1）相交成直角 （2）相交成一定角度 （3）成直角交错 （4）轴线平行

11. 链传动的链节距P，链轮齿数为Z，计算链轮分度圆半径的正确公式应为 。

（1）R?z?pp （2） R?02??1802?sinzpz?p （4） R?4??36002?sinz（3）R?12. 链传动中的动载荷，随着 、 增大而增大。链节数常取为 数，链轮齿

数，应取与链节数 。

13. 设计一减速机构，包括带传动、链传动、齿轮传动，从高速到低速的顺序，最好

是 ， ， 。

二、简答题

1. 链传动为何小链轮齿数Z1不宜过少？而大链轮齿数Z2又不宜过多？ 2. 与带传动及齿轮传动相比较，链传动有哪些优缺点？

3. 影响链传动速度不均匀性的主要参数是什么？为什么一般情况下链传动瞬时传动比不是

恒定的？在什么条件下是恒定的？

4. 试简述链传动中动载荷产生的主要原因，影响它的主要因素有哪些？ 5. 链传动有哪几种主要的失效形式？ 6. 链传动的传动比写成i12?z2n1D2??是否可以？如有错误，错在何处？ z1n2D17. 低速链传动（V<0.6m/s）的主要失效形式及设计准则是什么？

8. 链传动的实用功率曲线图是在什么条件下得到的，在实际使用中要进行哪些项目修正？ 9. 图示链传动的布置形式，当小链轮为主动时，应按什么方向旋转比较合理？为什么？

34

题9图

10. 链传动会发生“脱链”现象，其主要原因是什么？

11. 为什么说链传动的运动不均匀性和瞬时传动比不等于常数是链传动本身的特性？设计时应

如何减小这种影响？

12. 链速v一定时，链轮齿数z和链节距p的大小对链传动的动载荷有何影响？

13. 链条节数一般取偶数，链轮齿数一般取奇数，其中有什么理由？滚子链传动的传动比i受

哪些因素的限制？

14. 画出套筒滚子链的结构图。

三、分析计算题

1. 一链式运输机驱动装置采用套筒滚子链传动，链节距P=25.4mm，主动链轮齿数Z1=17，从

动链轮齿数Z2=69，主动链轮转速n1=960r/min，试求： （1）链条的平均速度V；

（2）链条的最大速度Vmax和最小速度Vmin； （3）平均传动比

2. 已知一套筒滚子链传动的链节距P=12.7mm，大链轮齿数Z2=74，磨损后链节距的允许增量

为ΔP=0.32mm，试求大链轮节圆直径的允许增量ΔD。

3. 图示传动链的齿数Z，链节为P，链轮节圆直径为D，链节磨损后，链节距增至P+ΔP，节

圆直径增至D+ΔD，试导出链节磨损后链轮节圆直径增量ΔD的计算公式。

题3图

4. 某单列套筒滚子链传动，所需传递功率P=1.5Kw，链节距已选定为P=15.875mm，主动轮转

速n1=150rpm，从动轮转速n2=50rpm，应使链速V?0.6m/s，试求： （1）大小链轮的齿数Z1、Z2及链速V； （2）链的工作拉力；

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（3）大小链轮的节圆直径。

5. 已知一套筒滚子链传动，链节距P=19.05mm，主动轮齿数Z1=15，从动轮链轮转速

n2=200r/min，平均传动比i=3，中心距a=650mm，试求： （1）主动链轮的节圆圆周速度V1； （2）链的平均速度V；

（3）链速波动的百分比和链的最大加速度。

6. 某搅拌机用电动机驱动，低速级采用的是链传动，输入功率P=5Kw，转速n1=50r/min，如

使用双排20A链条，节距P=31.75mm，Z1=19，Z2=57，a=1200mm，试验算其工作能力。（20A链单排链极限拉伸载荷Q=40.3KN，工作情况系数KA=1.5）

7. 自行车的链传动，主动大链轮齿数Z1=48，小链轮齿数Z2=18，试问： （1）自行车为何采用链传动而不采用带传动？ （2）平均传动比等于多少？

（3）28英寸（D=711.2mm）的自行车走一公里时，车轮要转几圈？大链轮要走几圈？ 8. 链传动由于多边形效应，链在每一瞬时的链速和瞬时传动比一般不等于常数，试推导出： （1）平均链速和瞬时链速V的表达式； （2）主、从动链轮节圆圆周速度V1，V2； （3）瞬时传动比的表达式。

9. 一套筒滚子链传动，已知：链节距p=15.875mm，小链轮齿数z1=18，大链轮齿数z2=60，中

心距a==730mm，小链轮转速n1=730r/min，载荷平稳，试计算： （1）链节数；

（2）链所能传动的最大功率； （3）链的工作拉力。

第16章 轴

一、 填空与选择题

1. 轴上零件的轴向定位方法有 、 等。 2. 轴上零件的周向定位方法有 、 等。

3. 提高轴的疲劳强度的措施有 、 等。 4. 轴静强度校核的目的是 。

5. 轴的刚度校核计算，包括 、 刚度的计算。 6. 轴的临界转速是 。

7. 转轴工作时主要承受 。 （1）纯扭矩 （2）纯弯矩 （3）扭矩和弯矩 （4）摩擦力矩

8. 轴的设计计算准则为：轴在满足强度要求的情况下，要有足够的 。

（1）强度和震动稳定性 （2）刚度和强度 （3）强度和挠度 （4）刚度和振动稳定性 9. 计算弯矩公式Mca? （1）1 （2）

M2?(?T)2中，对于对称循环变化的扭矩，α取值为 。

[?b]?1[?] （3）b?1 （4）0.3 [?b]0[?b]36

10. 自行车的前轴是 。

（1）心轴 （2）转轴 （3）传动轴

11. 两级圆柱齿轮减速器中，低速轴所传递的扭矩与高速轴所传递扭矩相比 。 （1）前者大 （2）后者大 （3）两者一样大 （4）两者无法比较

12. 若不改变轴的结构和尺寸，仅将轴的材料由碳素钢改为合金钢，轴的刚度 。 （1）不变 （2）降低 （3）增加 （4）不定 13. 图中第II轴是 。

（1）转轴 （2）传动轴 （3）固定心轴 （4）转动心轴

题13图

14. 设计高速轴时，应特别注意考虑 。 二、简答题

1. 轴的作用是什么？心轴、转轴、传动轴的区别是什么？ 2. 在进行轴的结构设计时，轴的结构应满足哪些要求？ 3. 当旋转轴上作用恒定的径向载荷时（如图3所示），轴上某定点所受的弯曲应力是对称循

环应力、脉动循环应力还是静应力？为什么？

题3图

4. 轴的常用材料有哪些？什么时候选用合金钢？同一工作条件，若不改变轴的结构和尺寸，

仅将轴的材料由碳钢改为合金钢，为什么只提高了轴的强度，而不能提高轴的刚度？ 5. 为保证轴上零件能紧靠定位面，轴肩处的圆角半径r应如何设计？ 6. 公式d?A3P有何用处？其中A取决于什么因素？计算出的d应作为轴上哪一部分的直n 37

径？

7. 按许用应力验算轴的强度时，危险剖面取在哪些剖面上？为什么？

8. 从强度方面考虑，在同样受载情况下，为什么轴上有键槽或有紧配合零件的阶梯轴，其最

大直径要比等径光轴大？

9. 轴受载以后，如果产生了过大的弯曲变形和扭转变形，对轴的正常工作有什么影响？ 10. 轴系结构中定位套筒与轴的配合，应选松一些还是紧一些？转速高或转速低时配合的松紧

应如何决定？

11. 轴的刚度计算内容包括哪些？ 12. 什么叫刚性轴？什么叫挠性轴？

13. 轴上零件的轴向固定有哪些方法？各有何特点？轴上零件的周向固定有哪些方法？各有何

特点？ 14. 轴的强度计算方法有几种？它们的使用条件，计算精确程度等有什么不同？在设计过程中，

这些计算方法与结构设计如何配合进行？

15. 齿轮减速器中，为什么低速轴的直径要比高速轴的直径粗得多？

16. 轴按许用弯曲应力的计算方法中，为什么许用弯曲应力分为三类？轴的强度计算公式 M当

22=M?(?T)中，α的含义是什么？其大小如何确定？

17. 如何提高轴的疲劳强度？如何提高轴的刚度？

18. 图示为轴上零件的两种布置方案，功率由齿轮A输入，齿轮1输出扭矩T1，齿轮2输出扭

矩T2，且T1>T2，试比较两种布置方案各段轴所受的扭矩是否相同？

题18图

三、分析计算题

1. 如图示，二级斜齿圆柱齿轮减速器（Z1=22，Z2=77，Z3=21，Z4=78）由高速轴I输入的功率

P=40Kw，转速n1=590r/min，轴材料为45号钢（[ηT]=30MPa）。初估三根轴的直径（不考虑功率损耗）。

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题1图 题2图

2. 如图所示的旋转轴，轴上受有径向力Fr和轴向力Fa，试绘出此轴A点的应力变化状态图，

并求出最大应力、最小应力、平均应力和应力幅，已知条件如图示。

3. 已知一心轴受径向载荷Fr=2.5KN，轴材料采用A3钢，[ζb]=100Mpa，试计算该轴的直径。

题3图 题5图

4. 已知一传动轴，传递功率为37 Kw，轴的转速n=960r/min，若轴的许用扭转剪切应力[η

（2）按空心轴计算，取内外T]=40Mpa，传动轴的直径应为多少？要求（1）按实心轴计算；

径之比为0.8。

5. 如图已知一转轴Fr1=Fr2=1.5KN，Ft1=4KN，Ft2=2KN，α=0.3，试求： （1）xoz平面内弯矩图； （2）xoy平面内弯矩图； （3）扭矩图；

（4）最大当量弯矩Mmax，并指出其位置。

6. 有一双轮手推车如图示，已知车上载荷Q=480KN（包括车身自重），轮轴材料采用A3钢，

屈服极限 ζS=240Mpa，安全系数n=2.4，试计算轮轴最大受载截面直径d。（小车支承在C、D两点）

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题6图 题7图

7. 某铁路货车，一级车厢及其上重物总重Q=480KN，车厢由四根轴八个车轮支承，作用于每

根轴上的力如图所示，该力距钢轨中心线约210mm，考虑偏载等因素，取载荷系数k=1.3，车轴材料A5钢，[ζb]-1=80Mpa，试确定车轮A-A截面直径。 8. 单级齿轮减速器由电动机直接驱动，电动机功率P=7.5Kw，转速n=1450rpm，齿轮齿数Z1=20，

Z2=50，减速器传动效率0.9，求减速器输出轴的功率和扭矩。

题8图 题9图

9. 图示为起重机卷筒轴的四种结构方案，试比较：

（1）哪个方案的卷筒轴是心轴？哪个是转轴？

（2）从轴的应力分析，哪个方案轴较重？哪个方案轴较轻？ （3）从制造工艺看，哪个方案较好？

（4）从安装维护方便看，哪个方案较好？（图中A为固定件）

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