机械设计基础作业集题解详细版

普通高等教育“十一五”国家级规划教材

机械设计基础 作业集题解

陈立德、姜小菁主编

高等教育出版社

前 言

本“机械设计基础作业集题解”是“机械设计基础作业集”的配套辅助教学资料, 其编写的目的为：对学生而言, 可自我检查学习掌握程度；

对教师而言, 在批改时可有一个统一标准, 便于检查。 现必须说明两奌：

1. 有些作业题难以迠立标准答案, 故不一定为唯一答案；

2. 由于思考与分析题设立的目的为深化教学内容等, 故对一般水平的学生可不按

排作业, 故此题目暂不作题解。

参加本作业集题解编写工作的有陈立德、姜小菁、罗卫平、胡云堂、凌秀军、卞咏梅等，金陵科技学院陈立德、姜小菁任主编。

鉴于编著水平有限，书中难免有不妥之处，恳请广大读者批评指正。

编者 2012.2

I

目 录

绪 论 ............................................................... 1 分析与思考题 ............................................... 1 第1章 机械设计概述 ................................... 1 一．判断与选择题 ....................................... 1 二．填充题 ................................................. 12 三．思考与分析题 ..................................... 13 四．简答题 ................................................. 13 五．设计计算与分析题 ............................. 14 六．结构设计与分析题 ............................. 16 二．填充题 ................................................... 1 三．思考与分析题 ....................................... 1 第2章 摩擦、磨损及润滑概述 ................... 2 一、判断与选择题 ....................................... 2 二、填充题 ................................................... 2 三、思考与分析题 ....................................... 2 四、简答题 ................................................... 2 第3章 平面机构的结构分析 ....................... 4 一．判断与选择题 ....................................... 4 二．填充题 ................................................... 4 三．思考与分析题 ....................................... 4 四．简答题 ................................................... 4 五．设计计算与分析题 ............................... 5 第4章 平面连杆机构 ................................... 6 一、判断与选择题 ....................................... 6 二、填充题 ................................................... 6 三、思考与分析题 ....................................... 6 四、简答题 ................................................... 7 五、设计计算与分析题 ............................... 7 第5章 凸轮机构 ........................................... 9 一．判断与选择题 ....................................... 9 二．填充题 ................................................... 9 三．思考与分析题 ....................................... 9 四．简答题 ................................................... 9 五．设计计算与分析题 ............................. 10 第6章 间歇运动机构 ................................. 11 一、判断与选择题 ..................................... 11 二、填空题 ................................................. 11 第7章 螺纹连接与螺旋传动 ..................... 12 一．判断与选择题 ..................................... 12

第8章 带传动 ............................................. 18 一、判断与选择题 ..................................... 18 二、填空题 ................................................. 18 三、思考与分析题 ..................................... 18 四、简答题 ................................................. 19 五、设计计算与分析题 ............................. 21 第9章 链传动 ............................................. 23 一．判断与选择题 ..................................... 23 二．填充题 ................................................. 23 三．思考与分析题 ..................................... 23 四．简答题 ................................................. 24 五．设计计算与分析题 ............................. 24 第10 章 齿轮传动 ...................................... 26 一、判断与选择题 ..................................... 26 二、填充题 ................................................. 27 三、思考与分析题 ..................................... 28 四、简答题 ................................................. 28 五、设计计算与分析题 ............................. 31 六、结构设计与分析题 ............................. 33 第11章 蜗杆传动 ....................................... 35 一．判断与选择题 ..................................... 35 二．填充题 ................................................. 35 三．思考与分析题 ..................................... 35 四．简答题 ................................................. 36 五．设计计算与分析题 ............................. 37 第12章 齿轮系 ............................................. 40 一、判断与选择题 ..................................... 40 二、填充题 ................................................. 40 三、思考与分析题 ..................................... 40 四、简答题 ................................................. 40 五、设计计算与分析题 ............................. 41

II

第13章 机械传动设计 ............................... 42 分析与思考题 ............................................. 42 第14章 轴和轴毂连接 ............................... 43 一、判断与选择题 ..................................... 43 二、填充题 ................................................. 43 三、思考与分析题 ..................................... 43 四、简答题 ................................................. 43 五、设计计算与分析题 ............................. 44 一．判断与选择题 ..................................... 56 二．填充题 ................................................. 56 三．思考与分析题 ..................................... 56 四．简答题 ................................................. 56 五．设计计算与分析题 ............................. 58 第18章 机械设计CAD简介 ....................... 58 分析与思考题 ............................................. 58 机械设计基础自测试题（I） ....................... 59 六、结构设计与分析题 ............................. 44 第15章 轴承 ............................................... 48 一．判断与选择题 ..................................... 48 二．填充题 ................................................. 48 三．思考与分析题 ..................................... 49 四．简答题 ................................................. 49 五．设计计算与分析题 ............................. 50 六．结构设计与分析题 ............................. 52 第16章 其他常用零、部件 ....................... 54 一、判断与选择题 ..................................... 54 二、填充题 ................................................. 54 三、思考与分析题 ..................................... 54 四、简答题 ................................................. 54 五、设计计算与分析题 ............................. 55 第17章 机械的平衡与调速 ....................... 56

一、填充题（20%，各题占2%） .............. 59 二、计算题（18%） ................................... 59 三、问答题 (52%) ..................................... 60 四、结构分析题（10%） ........................... 61 机械设计基础自测试题 (II) ....................... 63 一、填充题（20%，各题占2%） .............. 63 二、计算题（35%） ................................... 63 三、问答题（35%） ................................... 64 四、结构分析题（10%） ........................... 65 机械设计基础自测试题 (Ⅲ) ....................... 66 一、填充题（20%，各题占2%） .............. 66 二、计算题（35%） ................................... 66 三、问答题（35%） ................................... 67 四、结构分析题（10%） ........................... 68

III

绪 论

分析与思考题

0.1 机器的特征有哪三个？ 0.2 机器与机构有何区别？

0.3 构件与零件有何区别？试各举出三个实例。 0.4 “机械设计基础”课程研究的内容是什么？

答：以上各题不作解答,老師可根据不同对象的学生.提出适当的要求,让学生自理。

第1章 机械设计概述

一．判断与选择题

1.1 机械设计一定要开发创造新机械。 正确答案：错

1.2 强度是零件应满足的基本要求。 正确答案：对

1.3 机械设计中的标准化、系列化、通用化的目的主要是为了提高经济效益和保证产

品质量。

正确答案：对

1.4 某齿轮传动装置（题1.4图）轮1为主动轮，则轮2的齿面接触应力按 B 变化。 A．对称循环 B. 脉动循环

C．循环特性γ＝－0.5的循环 D. 循环特性γ＝＋1的循环

题1.4图 齿轮传动装置

二．填充题

1.5 强度可分为整体强度和 表面 强度。

1.6 机械设计的基本要求是：能实现预定功能，满足可靠性和 经济 性的要

求。

1.7 机械设计中推广三化，它是指标准化、系列化和 通用 化。 三．思考与分析题

1.8 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？ 1.9 常见的失效形式有哪几种？

1.10 什么叫工作能力？计算准则是如何得出的？

答：以上各题不作解答,老師可根据不同对象的学生.提出适当的要求,让学生自理。

1

四、简答题

4.20 为什么楔形面摩擦大于平面摩擦？

答：因为在楔形面摩擦中当量摩擦系数fv=f/sinθ其值始终大于摩擦系数f。故楔形面

摩擦大于平面摩擦。

4.21 何谓自锁？从受力观点看，移动副和转动副在什么情况下会自锁？

答：不管驱动力多大都不能使机械运动，机械发生自锁。因此，机械自锁的条件是η≤0，其中η=0为临界自锁状态，并不可靠。

当驱动力作用线作用在摩擦角或摩擦圆所包围区域之内时，构件作减速移动，直至静止，机构自锁。

4.22 三角螺纹、矩形螺纹各适用于什么样的工作状态？为什么？

答：三角螺纹相当于楔形滑块在楔形槽面内滑动, 矩形螺纹相当于滑块在平面上滑动。

根据受力分析可得出：

三角螺纹：摩擦阻力大、效率低，易发生自锁，常用作连接螺纹。 矩形螺纹：效率高，常用作传动螺纹。 4.23 铰链四杆机构的曲柄存在条件是什么？ 答：曲柄存在的条件如下：

（1）最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和； （2）最短杆或其相邻杆应为机架。

4.24 铰链四杆机构的最小传动角γmin发生在什么位置？

答：在曲柄与机架共线的两位置处出现最小传动角。比较这两位置的传动角，即可求出最小传动角。对于曲柄滑块机构，当原动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置。

4.25 在曲柄摇杆机构中，如何调整摇杆摆角的大小或极限位置？ 答：摇杆摆角的大小可通过增减曲柄长度来调整。

摇杆的两极限位置可通过增减连杆长度来调整。

4.26 在工程上，一般是怎样来克服死点，使构件连续运动的？举例说明。

答：1. 借助飞轮使机构渡过死点，如缝纫机，曲柄与大带轮为同一构件，利用带轮的惯性使机构渡过死点。

2. 利用机构错位排列的方法渡过死点，如机车车轮联动机构，当一个机构处于死点位置时，可借助另一个机构来越过死点。

五、设计计算与分析题

4.27 如题4.27图所示，已知四杆机构各构件长度为a=240mm，b=600mm，c=400mm，

d=500mm，试问

1）当取AD为机架时，是否有曲柄存在？

2）若各构件长度不变，能否以选择不同构件为机架的办法获得双曲柄机构或双摇杆机构？如何获得？

题4.27图

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解：1. 根据杆长之和条件,若取AD为机架而存在曲柄应有

a+b≤c+d

又a+b=240+600=840 c+d=400+500=900

满足上述条件, 且连架杆AB又为最短,故有曲柄存在 2.能

因AB最短, 且符合杆长之和条件,所以若取最短杆AB为机架,得双曲柄机构; 取CD为机架, 得双摇杆机构。

4.28 如上图所示的铰链四杆机构中，各杆的长度为a=28mm,b=52mm,c=50mm,d=72mm，

试作图求解：

1）当取AD杆为机架时，该机构的极位夹角?和杆CD的最大摆角?。 2）当取杆AB为机架时，将演化成何种类型的机构？为什么? 解： 1.取μL =0.002m/mmm,作题4.28答案图。

题4.28答案图

AD= lAD/μL =36mm, 取作A、B两点。

以AB= lAB/μL=14mm为半径, A为园心作园。 以CD= lCD/μL=25mm为半径, D为园心作园。 当摇杆处于两个极限位置时：

AC1=BC-AB= lBC/μL-AB=26-14=12mm AC2=BC+AB= lBC/μL+AB =26+14=40mm

在图上求画出C1 、C2点,由图可知：

θ=∠C1AC2=14°, ?=C1DC2=27°

2. 因AB为最短, 且lAB + lAD≤lBC + lCD, 符合杆之和条件。所以, 当AB取为机架时, 將演化为双曲柄机构。

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第5章 凸轮机构

一．判断与选择题

5.1 凸轮机构工作时，从动件的运动规律与凸轮的转向无关。 正确答案：错

5.2 尖顶从动件的凸轮，是没有理论轮廓曲线的。 正确答案：错

5.3 当凸轮的压力角增大到临界值时，不论从动件是什么形式的运动，都会出现自锁。 正确答案： 对

5.4 凸轮轮廓与从动件之间的可动连接是什么类型的运动副？ B

A. 移动副 B. 高副 C. 转动副 D. 可能是高副也可

能是低副

二．填充题

5.5 凸轮机构常用的从动件运动规律有 等速运动 、 等加速-等减速运动 、

余弦加速度运动 、 正弦加速度运动 等四种。

5.6 在凸轮机构中，从动件采用 等速运动 运动规律产生刚性冲击；采用 等加速-等减速运动 、 余弦加速度运动 运动规律产生柔性冲击。

5.7 凸轮机构中的压力角是指 凸斩轮上接触奌的法线 与 从动件的运动方向

间所夹的锐角。

5.8 凸轮轮廓的加工方法有 銼削加工 和 数控加工 两种。 三．思考与分析题

5.9 设计凸轮机构时，如果设计时得出的αｍａｘ＞[α]，应采取什么办法来解决这个

问题？

5.10 若凸轮机构的滚子损坏，能否任选另一滚子来代替？为什么？

答：以上各题不作解答,老師可根据不同对象的学生, 提出适当的要求,让学生自理。 四．简答题

5.11 滚子从动件盘形凸轮的基圆半径如何度量？ 答：是在理论轮廓上度量的。

5.12 在设计滚子从动件盘形凸轮轮廓线时，若发现工作廓线有变尖现象，则在尺寸参

数改变上应采取哪些措施？

答：增大基园半径或减小滚子半径。

5.13 何谓反转法？在设计盘形凸轮时如何应用？ 答：把原来转动着的凸轮看成是静止不动的，而 把原来静止不动的导路及原来往复移动的从动 件看成为反转运动的这一原理，称为“反转法” 原理。如题5.13图所示为一对心尖顶直动从动 件盘形凸轮机构，由于从动件尖顶与凸轮轮廓始 终接触，所以加上反转角速度后从动件尖顶的运 动轨就是凸轮轮廓曲线。

题5.13图

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五．设计计算与分析题

5.14 用作图法求出下列各凸轮从图示位置（题5.14图）转过45°后机构的压力角 （在图上标出来）。

（a） （b） （c） （d）

题5.14图

解：見“机械设计基础学习指南与题解”题5.7。

5.15 如题5.15图所示的对心移动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的实际轮廓线为

一圆，其圆心在A点，半径R＝40mm，凸轮 转动方向如图所示，lOA＝25mm，滚子半径 rT＝10mm，试问：

1） 凸轮的理论轮廓线为何种曲线？ 2） 凸轮的基圆半径r0。 3） 从动件的升距h。

4） 推程中的最大压力角α。 解：

(1)凸轮的理论轮廓线为一圆。 (2)r0=R-lOA+rr=40?25+10=25 mm (3)从动件的升程h

h=R+lOA+rr-r0=40+25+10?25=50 mm (4)推程最大压力角?

当O点和A点在水平方向共线时压力角?为最大值。 题5.15图 *

sin??lOA251?? ??30? lAB40?102

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第6章 间歇运动机构

一、判断与选择题

6.1 在棘轮机构中，当摇杆作连续的往复摆动时，棘轮将作单向间歇转动。 正确答案：对

6.2 槽轮机构必须要有锁止圆弧。 正确答案：对

6.3 在棘轮机构中，设置制动爪的目的是 B 。 A. 分度 B.定位 C. 换向

6.4 槽轮机构运动件的锁止圆弧是 A 锁止弧。 A. 凸形 B. 凹形

6.5 间歇运动机构 A. 把间歇运动转换成连续运动。 A. 不能 B.能

二、填空题

6.6 改变棘轮机构遥杆摆角的大小，可以利用改变曲柄 長度 的方法来实现。 6.7 棘轮机构的主动件作 往复 运动，从动件作 周期 性的时停、时动

的间歇运动。

6.8 棘轮机构中制动爪的作用为 防止棘轮反向转动 。

6.9 常用的间歇机构有 棘轮机构 ， 槽轮机构 ， 不完全齿轮机构, 凸轮式间隙

运动机构 。

6.10 不完全齿轮机构的基本结构型式为 外啮合 与 内啮合 两种。

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第7章 螺纹连接与螺旋传动

一．判断与选择题

7.1 多线螺纹没有自锁性能。 正确答案：对

7.2 连接螺纹大多采用多线的梯形螺纹。 正确答案：错

7.3 同一直径的螺纹按螺旋线数不同，可分为粗牙和细牙两种。 正确答案：错

7.4 弹簧垫圈和对顶螺母都属于机械防松。 正确答案： 对

7.5 螺栓的标准尺寸为中径。

正确答案：错

7.6 螺旋传动中，螺杆一定是主动件。 正确答案：错

7.7 螺纹连接防松的根本问题在于 A 。

A．防止螺纹副的相对转动 B. 增加螺纹连接的刚度

C．增加螺纹连接的轴向力

7.8 设计螺栓组连接时，虽然每个螺栓的受力不一定相等，但各个螺栓仍采用相同的

材料、直径和长度，这主要是为了 D 。

A. 受力均匀 B. 外观美观 C. 购买方便 D. 便于加工和装配 7.9 螺栓连接的强度主要取决于 C 的强度。 A. 螺母 B. 垫片 C. 螺栓

7.10 预紧力为F0 的单个紧螺栓连接，受到轴向工作载荷F作用后，螺栓受到的总拉

、

力F∑ C F0＋F

A. 大于 B. 小于 C. 等于

7.11 在铰制孔用螺栓连接中，螺栓杆与孔的配合为 B 。 A. 间隙配合 B. 过渡配合 C. 过盈配合 7.12 当铰制孔用螺栓连接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓 A 。 A. 必受剪切力的作用 B. 必受拉力作用 C. 同时受到剪切和拉伸作用 二．填充题

7.13 普通螺纹的公称直径指的是螺纹的 大径 ，计算螺纹的摩擦力矩时使用的是

螺纹的 中径 ，计算螺纹危险截面时使用的是螺纹的 小径 。

7.14 常用的螺纹牙形有 三角形 ， 矩形 ， 梯形 ， 锯齿 等几种，用于

连接的螺纹为 三角 牙形，用于传动的为 矩形 牙形。

7.15 螺栓连接的计算主要是螺纹 中 径，然后按标准选定螺纹的 大 径。

7.16 当承受横向载荷时，如采用铰制孔用螺栓连接，其螺栓杆上承受 剪切

和 挤压 载荷。

7.17 在螺纹连接中，相对刚度KC ＝0，说明垫片为 金属垫片或无垫片 ，其螺栓中

’总拉力为 _____ FΣ= F + F0 __________。

7.18 采用凸台或沉头座，其目的为 避免螺栓承受偏心载荷 。

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三．思考与分析题

7.19 螺纹具有自锁特性，但使用一段时间后螺纹仍会自动松脱，为什么？ 7.20 采用对顶螺母防松时，两个螺母的厚度是否要求一样？为什么？若不一样厚，那

么应该哪一个螺母厚？

7.21 在什么条件下，F∑＝F0＋F ？ 7.22 在紧密压力容器的紧螺栓连接中，为使螺母拧紧时更贴紧于被连接件，是否可将

金属垫片更换为橡胶垫片？为什么？

7.23 装配铰制孔用螺栓连接时，为何不必将螺母拧得很紧？

7.24 对螺栓组连接进行受力分析时作了五个假说，试结合现实中的例子加以说明。 答：以上各题不作解答,老師可根据不同对象的学生, 提出适当的要求,让学生自理。 四．简答题

7.25 常用螺纹的种类有哪些？各用于什么场合？ 答：普通螺纹 广泛应用于各种紧固连接。

管螺纹 分为圆柱管螺纹和圆锥管螺纹。前者用于低压场合，后者适用于高温、高压或密封性要求较高的管连接。 矩形螺纹 常用于传力或传导螺旋

梯形螺纹 其传动效率略低于矩形螺纹，但工艺性好，牙根强度高，螺旋副对中性好，可以调整间隙。广泛用于传力或传导螺旋 锯齿形螺纹 仅能用于单向受力的传力螺旋。

7.26 螺纹连接的基本形式有哪几种？各适用于何种场合？有何特点？

答：螺栓连接 将螺栓穿过被连接件上的光孔并用螺母锁紧。这种连接结构简单、装拆方便、应用广泛。

双头螺柱连接 这种连接用于被连接件之一较厚，不宜制成通孔，而将其制成螺纹盲孔，另一薄件制通孔。拆卸时，只需拧下螺母而不必从螺纹孔中拧出螺柱即可将被连接件分开，可用于经常拆卸的场合。

螺钉连接 这种连接不需用螺母，适用于一个被连接件较厚，不便钻成通孔，且受力不大、不需经常拆卸的场合。

紧定螺钉连接 将紧定螺钉旋入一零件的螺纹孔中，并用螺钉端部顶住或顶入另一个零件，以固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩。 7.27 连接螺纹都具有良好的自锁性，为什么有时还需要防松装置？试各举出两个机械

防松和摩擦防松的例子。 答：连接中常用的单线普通螺纹和管螺纹都能满足自锁条件，在静载荷或冲击振动不大、温度变化不大时不会自行松脱。但在冲击、振动或变载荷的作用下，或当温度变化较大时，螺纹连接会产生自动松脱现象。因此，设计螺纹连接必须考虑防松问题。

7.28 计算普通螺栓连接时，为什么只考虑螺栓危险截面的拉伸强度，而不考虑螺栓头、

螺母和螺纹牙的强度？ 答：因为连接失效主要由扵螺栓本身的强度不足而产生, 一般来说螺母和螺纹牙的强度总是足够的。

7.29 简述紧连接受拉螺栓承受什么载荷？其强度计算公式中1.3是什么含义？

答：紧连接受拉螺栓承受拉应力σ和扭转应力的复合应力。1.3的含义是考虑了扭转应力对强度的影响。

7.30 螺栓连接的结构设计要求螺栓组对称布置于连接接合面的形心，理由是什么？ 答：保证接合面的受力比较均匀，同时也便于加工制造。

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7.31 简述提高螺栓连接强度的措施有哪些？

答：提高螺栓连接强度的措施有：1.改善螺纹牙间的载荷分配；

2.减小螺栓的应力变化幅； 3.减少应力集中； 4.避免附加应力。

7.32 滚动螺旋传动和滑动螺旋传动相比较，有何优缺点？ 答：螺旋副中摩擦为滑动摩擦称为滑动螺旋传动。

在螺杆和螺母之间设有封闭循环的滚道，在滚道间填充钢珠，使螺旋副的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦，提高传动效率，这种螺旋传动称为滚动螺旋传动，又称滚珠丝杠副。

滑动螺旋的优缺点有：结构简单，便于制造，易于自锁，但其摩擦阻力大，传动效率低，磨损大，传动精度低。 滚珠丝杠的主要优点：（1）滚动摩擦系数小，传动效率高，其效率可达90% 以上，摩擦系数?=0.002～0.005 ；（2）摩擦系数与速度的关系不大，故起动扭矩接近运转扭矩，传动灵敏、平稳；（3）磨损小且寿命长，可用调整装置调整间隙，传动精度与刚度均得到提高；（4）不具有自锁性，可将直线运动变为回转运动。 滚珠丝杠的缺点：（1）结构复杂，制造困难；（2）在需要防止逆转的机构中，要加自锁机构；（3）承载能力不如滑动螺旋传动大。

五．设计计算与分析题

7.33 如题7.33图所示钢制凸缘联轴器，用均布

在直径D0 ＝250mm圆周上的ｚ个螺栓将两 个半联轴器紧固在一起，凸缘厚均为ｂ＝

6

30mm。联轴器需要传递的转矩T＝10N·mm， 接合面间摩擦系数f＝0.15，可靠性系数 KF ＝1.2。试求：

（1）若采用6个普通螺栓连接，试计算所 需螺栓直径；

（2）若采用与上相同公称直径的3个铰制孔

螺栓连接，强度是否足够？ 解：（1）采用普通螺栓 题7.33图

不滑动条件为：F0fr1?F0fr2??????F0frz?KsT

KsT1.2?106??1.07?104N 可得：F0?6fr6?0.15?125选择螺栓材料为Q235,性能等级为4.6的螺栓，由表可查得材料屈服极限

?s?240MPa，安全系数S?1.5，故螺栓材料的许用

?????sS?240MPa?160MPa。 1.5由?ca?1.3F0????得：

?d12/414

d1?4?1.3F0?????4?1.3?1.07?104?10.5mm

??160按细牙螺纹标准，选用螺纹公称直径d?12mm（螺纹小径

d1?10.647mm?10.5mm）

（2）采用3个M12的铰制孔螺栓

查表得S??2.5，SP?1.25。 ??P???SSP??240240?192MPa，????S??96MPa。 1.25S?2.5力矩平衡方程为：T?3Fr

FmaxT106?p????7.4MPa?192MPa

d0Lmin3rd0b3?125?12?304T4?106?????23.6MPa?96MPa

?d02/43?rd023?3.14?125?122Fmax强度足够。

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7.34

*

某气缸的蒸汽压强p＝1.5MPa，气缸内径D＝200mm。气缸与气缸盖采用螺栓连

接（题7.34图），螺栓分布圆直径D0＝300mm。为保证紧密性要求，螺栓间距不得大于80mm，试设计此气缸盖的螺栓组连接。

题7.34图 受轴向载荷的螺栓组

解：見“机械设计基础学习指南与题解”题7.9。 六．结构设计与分析题

7.35 试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。

（g）凸台高度 （h）被连接件两接触表面 （c）两轴同心度

题7.35图

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第13章 机械传动设计

分析与思考题

13.1 试述机械传动装置的功用。

13.2 选择传动类型时，应考虑哪些主要因素？ 13.3 常用机械传动装置有哪些主要性能？

13.4 机械传动的总体布置方案包括哪些内容？ 13.5 机械传动装置设计的主要内容和一般步骤。

答：以上各题不作解答,老師可根据不同对象的学生, 提出适当的要求,让学生自理。

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第14章 轴和轴毂连接

一、判断与选择题

14.1 为降低应力集中，轴上应制出退刀槽和越程槽等工艺结构。

正确答案：对

14.2 用轴肩、套筒、挡圈等结构可对轴上零件作周向固定。

正确答案：错

14.3 轴的强度是保证轴正常工作的基本条件。

正确答案：对

14.4 工作条件如有对中性要求时，应该选用楔键连接。

正确答案：错

14.5 轴上零件轮毂宽度B应 B 与之相配合的轴段的轴向尺寸。

A. = B. > C. < 14.6 为使零件轴向定位可靠，轴上的倒角或倒圆半径须 C 轮毂孔的倒角或倒圆半径。

A. = B. > C. <

14.7 对轴进行表面强化处理，可以提高轴的 C 。

A. 静强度 B. 刚度 C. 疲劳强度

14.8 设计键连接时，键的截面尺寸通常根据 D 按标准选择。

A. 所传递转矩 B. 所传递功率 C. 轮毂长度 D.轴的直径

二、填充题

14.9 在轴上切制螺纹的末尾处必须有螺纹加工的 退刀 槽；而在需要磨削

加工的轴径上，应留有 越程 槽。 14.10 轴的常用材料为 45 ，螺钉的常用材料为 低碳钢和45 。 14.11 轴与轮毂的连接形式有 螺钉 ， 销钉 ， 键 ， 花键 。 14.12 矩形花键连接采用 小径 定心。

14.13 不论是按强度计算还是估算的轴径，都必须经圆整成 标准 直径。

三、思考与分析题

14.14 制造轴的常用材料有几种？若轴的刚度不够时，是否可采用高强度合金钢

提高轴的刚度？为什么？

14.15 按弯扭合成校核轴的强度时，危险截面应如何确定？如发现校核不合格时，

如在不增大轴径条件下，可采取哪些措施来提高强度？

14.16 为什么采用两个平键时，一般把两键设在相隔180o的位置上？ 答：以上各题不作解答,老師可根据不同对象的学生, 提出适当的要求,让学生自理。

四、简答题

14.17 一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五个方面考虑：（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、装配方法以及其他特殊要求。可见影响轴的结构与尺寸的因素很多，设计轴时要全面综合地考虑各种因素。

14.18 在齿轮减速箱中，为什么低速轴的直径要比高速轴的直径大得多？

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答：因为低速轴的转速低, 则所传递的转矩大, 根据强度计算就可得出低速轴的直径应比高速轴的直径大。

14.19 在轴的弯扭合成强度校核中，α表示什么？为什么要引入α系数？

答：α为考虑弯曲应力与扭转剪应力循环特性的不同而引入的修正系数。通常弯曲应力为对称循环变化应力，而扭转剪应力随工作情况的变化而变化。 14.20 与平键、楔键、半圆键相配的轴和轮毂上的键槽是如何加工的？

答：普通平键 采用A型和C型键时，轴上键槽一般用指状铣刀铣出。采用B型键时，键槽用盘铣刀铣出。

楔键 轴上键槽一般用指状铣刀铣出。 半圆键 轴上键槽用盘铣刀铣出。 轮毂上的键槽一般用辐一抽挿床加工。

五、设计计算与分析题

14.21* 题14.21图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。

题14.21图

解：見“机械设计基础学习指南与题解”题14.10。

14.22* 设计一齿轮与轴的键连接。已知轴的直径d=90mm，轮毂宽B=110mm，轴

传递的扭矩T=1800N·m，载荷平稳，轴、键的材料均为钢，齿轮材料为锻钢。

解：見“机械设计基础学习指南与题解”题14.11。

六、结构设计与分析题

14.23 注出题14.23图所示轴及轮毂各部分结构要素的尺寸（可参阅课程设计教

材）。

题14.23图

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解：c 1=1 c2=1.5 d=32 d1=36 h’=3 h”=3

R’=1 R”=1

14.24 已知某传动装置中，有一直齿轮对称安装在轴承上，尺寸如题14.24图所示，

试设计此轴的结构及各轴段的直径及长度。

题14.24图

解：

题14.24答案图

14.25 试指出如题14.25图示小锥齿轮轴组件的不合理结构，并画出合理结构图。

题14.25图

解：

题14.25答案图

14.26 试指出如题14.26图所示轴的结构设计中不合理结构，并画出改进后的轴的

结构图。

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题14.26图

解：

题14.26答案图

14.27 如题14.27图所示为二级减速箱中间轴的结构，试指出图中结构不合理的地方，

并予以改正，作出正确结构图。

题14.27图

解：

题14.27答案图

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