最全机械设计基础王大康主编课后答案.doc

习题复习10-1.在图10-15轮系中，已知Z1=15，Z2=25，Z3=15， Z4=30，Z5=15，Z6=30，求 的大小和方向。 i16 解： 的方向如右图所示： i1 6n1 Z 2 * Z 4 * Z 6 i16 = = n6 Z1 * Z 3 * Z 5=25 * 30 * 30 15 *15 *1520 3习题复习10-2.图10-16轮系中，各齿轮为标准齿轮、标准安 装，已知齿轮1、2、3的齿数分别为Z1、Z2、Z3， 求模数相同时的Z4及 i14 。解：由已知条件知：a12 = m ( z1 + z 2 ) m ( z 3 + z 4 ) = = a34 2 2 z4 = z1 + z2 + z31z2 z4 z ( z + z + z3 ) i14 = ( 1) = 2 1 2 z1 z3 zz1 32 z1 z3 + z1 z2 + z2 = z1 z3习题复习10-4.图10-18所示为NGW型行星齿轮减速器，Z1=20、 Z2=31、Z3=82，n1=960r/min，求 i1H和 n H 。 解：H n1 nH Z 2 Z3 82 i13 = = ( )( ) = n3 nH Z1 Z 2 20将n1 = 960r / min, n3 = 0代入上式得 960 nH 82 = nH 20 960 * 20 则nH = = 188.24 r / min 82 + 20i1 H n1 960 = = = 5.1 n H 188.2411-1.按载荷分类，轴有哪几种类型？它们各承受什么 载荷？ 答：根据所承受载荷的不同，轴可分为转轴、传动轴和 心轴三类。 转轴既承受转矩又承受弯矩； 传动轴主要承受转矩，不承受或承受很小的弯矩； 心轴只承受弯矩而不承受转矩。习题复习11-2.若轴的强度不足或刚度不足时，可分别采取哪些 措施？ 答：轴的强度不足时通常采取以下两种方式提高强度： （1） 减小轴的应力集中 多数转轴在变应力作用下工作，易发生疲劳破坏， 所以，轴肩处应有较大的过渡圆角；轴的直径变化应 尽可能小；当靠轴肩定位零件的圆角半径过小时，可 采用内凹圆角或加装隔离环；键槽端部与轴肩的距离 不宜过小，以免损伤轴肩处的过渡圆角和增加重叠应 力集中源的数量；尽可能避免在轴上受载较大的轴段 切制螺纹。习题复习提高表面质量 包括降低表面粗糙度；对重要的轴可采用滚压、喷 丸等表面强化处理；表面高频淬火热处理；渗碳、氰 化、氮化等化学处理。 轴的刚度不足时，可适当增加轴的直径和减小支撑跨 距或悬臂梁。习题复习11-3.当量弯矩式 Me = M 2 + (T )2中，为什么要引入？ 值 应 如 何 确 定 ？ 答：根据第三强度理论引入，是根据转矩性质而定的应力校正系数。对于对称循环变化的转矩，取 = 1 b 是轴在对称循环状态下的需用弯曲应力对于脉动循环变化的转矩，取 = 1 b 0 b 1 b 1 b=1 0.6习题复习对于不变的转矩，取 = +1 b 1 b 0.3当转矩变化规律不易确定或情况不明，取 0.6.习题复习11-4 .一传动轴的材料为45钢，调质处理，传递的 最大功率P=50kw，转速n=400r/min，该轴的直 径为多少？ 解：45钢，调制处理，传动轴只承受转矩，可取 45 T = 30MPa （ T 指的是材料的许用切应力）9.55 *10 6 P 由轴的抗扭强度条件： T = T 3 0.2d n习题复习d39.55 X 10 6 P = 3 0.2d n39.55 *10 6 *50 = 58.4mm 0.2*400*30 取 该 轴 直 径 应 大 于 或 等 于 58.4mm.课后习题11-5.一转轴在危险截面d=60mm处受不变的转矩T = 1.5 *10 3 N m,弯矩 M = 0.75 *10 3 N m, 轴的材料为45钢,调制处理,该轴是否满足强度要求?解:由题该轴材料为45钢且经过调制处理，查表11-1，得 b = 650 （ b：抗拉强度极限）， 再由表11 3可得： -1 b = 50MPa （ 1 b 是轴在对称循环状态下的许用弯曲应力）习题复习对于不变的转矩 ,取 0.3M 2 + ( T ) 2 (0.75 *10 3 ) 2 + (0.3 *1.5 *10 3 ) 2 e = = 3 0.1d 0.1* 60 3 = 40.5 M Pa 1 b = 50 M Pa因此该轴满足强度条件。习题复习11-6.试设计单级直齿圆柱齿轮减速器中的主动轴， 见图11-18.减速器用电动机直接驱动，电动机 功率P=7.5KW,转速 n1=970r/min, 主动轴上直齿轮的模数m=2.5, 齿数z1=22,轮毂宽度为65mm, 联轴器轮毂宽度为70mm.假设 采用直径系列为2的深沟球轴承， 单向转动。习题复习解：1.选择轴的材料，确定许用应力： 选用45钢并经正火处理， 由表11-1查得 b = 600MP， a 由表11-3查得需用弯曲应力 1b =55MP a 2.按扭矩强度计算最小直径: 由表11-2取得A=120,代入式11-2得P 7.5 3 = 120 = 23.73mm d A n 9703因有键槽，将轴径增大3%，即 23.73*103%=24.44 圆整为标准直径，取d=25mm。 3.轴的结构设计 1）确定各轴段的直径 按结构和强度要求做成阶梯轴，外伸端直径为 25mm.为使联轴器能轴向定位，在轴的外伸 端做一轴肩，所以通过轴承端盖、右轴承和套 筒的轴段直径取35mm.习题复习据题意选用两个6207型滚动轴承，故左轴 承的轴径也是35mm。安装齿轮的轴头直径 取为40mm，轴环外径取为50mm，考虑到 轴环的左侧面与滚动轴承内圈的端面相接，轴 肩高度应低于轴承内圈，故轴环左端呈锥形， 按轴承安装尺寸的要求，左轴承处的轴肩直径 为42mm，轴肩圆角半径为1mm。齿轮与联 轴器处的轴环、轴肩的圆角半径为2mm.习题复习2)确定各轴段的长度 齿轮轮毂宽度是65mm，故取安装齿轮 的轴头长度为63mm；由轴承标准查得6207 63mm 6207 轴承宽度为17mm，因此取左端轴径长度为 17mm；根据齿轮端面、轴承端面与箱体内 壁应保持一定得距离，取轴环和套筒宽度均 为20mm；有结构草图可知，跨距17 l=（ 2* + 2*20 + 65）=122mm 2习题复习右边的35mm轴段长度应根据减速箱体结构、 轴承盖形式以及箱外旋转零件至端盖间的距离 要求等综合确定，现取为 2+20+17+50=87mm，其中50mm为右轴承右 端面至联轴器端面的轴段长度。安装联轴器的 轴头长度根据联轴器尺寸取为68mm。 3）轴上零件的周向固定 联轴器及齿轮处均采用A型普通平键联接，由 机械设计手册查得键的尺寸为宽度X高度X长度 （bXhXL),联轴器处为（8X7X40)mm，齿轮处 为（12X8X50)mm.习题复习轴的结构草图习题复习4.按弯扭合成强度计算 （1）画出轴的结构简图和轴的受力图， 并确定轴上的作用力习题复习从动轴上的转矩为 P 7.5 T = 9550 * = 9550 * = 73.8N m n 970 作用在齿轮上的圆周力 Ft 、径向力 Fr为2T 2T 2 * 73.8 Ft = = = = 2684N 3 d1 mz1 2.5* 22*10Fr = Ft tan 20 o = 977 N习题复习（2）水平弯矩M (图d) 、支撑反力（图c）：HRHA = RHB M HCl 122 *10 3 = R HA * = 1342 * = 81 .86 N m 2 2Ft 2684 = = = 1342 N 2 2习题复习（3）垂直面内弯矩图（图f） Fr RVA = RVB = = 488.5N 2 3l 122*10 MVC = RVA * = 4习题复习12-1.摩擦状态有哪几种？各有何特点？答：按相对运动表面的润滑情况，摩擦可分为以下几种状态： （1）干摩擦：两摩擦表面间不加任何润滑剂而直接接触的摩擦。 摩擦功损耗大，磨损严重，温升很高，会导致轴瓦烧毁。 （2）边界摩擦：两摩擦表面间有润滑油存在，在金属表面间形成一层 薄的油膜，即边界油膜。 边界摩擦不能完全消除但能有效地减轻磨损。 （3）液体摩擦：两摩擦表面间有充足的润滑油，一定条件下能形成足 够厚的润滑油膜将两金属表面完全隔开。 理想的润滑状态，摩擦因数很小。 （4）混合摩擦：两摩擦表面间的摩擦状态介于边界摩擦和液体摩擦之间。 可有效地降低摩擦，降低磨损。习题复习12-2.滑动轴承的材料应满足哪些要求？ 答：轴瓦是滑动轴承的关键零件，根据轴瓦的失效形式分析， 对轴承材料的基本要求是：要有足够的强度；良好的减磨 性；良好的塑性、顺应性和嵌入性；良好的导热性和抗胶 合性。习题复习12-3.选择滚动轴承类型时应考虑哪些因素？ 答：选择滚动轴承的类型，应考虑轴承所承受载荷的大小、 方向和性质，转速的高低，调心性能要求，轴承的装拆以 及经济性等。习题复习12-4.试说明下列轴承代号的含义：6241、6410、30207、 5307/P6、7208AC/P5、7008C/P4、6308/P53、N307/P2. 答：6241深沟球轴承，尺寸系列为02，内径代号为41，表 示内径d=41*5=205mm，公差等级为P0级。 6410深沟球轴承，尺寸系列为04，内径代号为10，表示 内径d=10*5=50mm，公差等级为P0级。 30207圆锥滚子轴承，尺寸系列为02，内径代号为07， 表示内径d=7*5=35mm，公差等级为P0级。习题复习5307/P6推力球轴承，尺寸系列为03，内径代号为07， 表示内径d=7*5=35mm，公差等级为P6级。 7208AC/P5角接触球轴承，尺寸系列为02，内径代号为 08，表示内径d=8*5=40mm，接触角 =25°，公差等级为P5 级。 7008C/P4角接触球轴承，尺寸系列为00，内径代号为 08，表示内径d=8*5=40mm，接触角 =25°公差等级为P4 级。习题复习6308/P53推力球轴承，尺寸系列为03，内径代号为08，表 示内径d=8*5=40mm，公差等级为P5级,游隙代号为C3组。 N307/P2圆柱滚子轴承，尺寸系列为03，内径代号为 07， 表示内径d=7*5=35mm，公差等级为 P2 级。习题复习12-5.一非液体摩擦径向滑动轴承，轴颈直径d=20mm， 宽径比B/d=1，轴颈转速n=1460r/min，轴瓦材料为 ZCuAl10Fe3，试问它可以承受的最大径向载荷是多 少？ 解：由轴瓦材料查表12-2得： p =20MPa， =5m/s， v pv =15MPa·m/s 由B/d=1，d=20mm,得B=20mm 习题复习由公式 P =FmaxF P 可得 Bd = Bd P = 200* 200* 20 = 8*105 NFn Pv 可得: : B * 1 91 0 0再由公式 P v =Fmax =200*19100* Pv n200*19100*15 = = 39246N 1460最大径向载荷为39246 N .习题复习12-6.根据工作要求决定选用深沟球轴承，轴承的径向载 荷Fr=5500N,轴向载荷Fa=2700N,轴承转速 n=2560r/min，运转有轻微冲击，若要求轴承能工作 4000h，轴颈直径不大于60mm,试决定该轴承的型号。解：深沟球轴承，=3； 运转有轻微冲击，查表12-10，取fp=1.2； 常温下工作，查表12-9，得ft=1.0习题复习假定轴承型号为6312 查手册6312型轴承的基本额定动载荷Cr=81800N Cor=51800N 由 1 4 .7 F a 1 4 .7 * 2 7 0 0C0r=51800= 0 .7 6 6查表12-12可得e0.265又由Fa 2700 = = 0.49 > e 5500 Fr查表12-12得X=0.56 Y= 1.67习题复习P=0.56*5500+1.67*2700=7589N 由公式Lh =1 6 6 6 7 f t C 可得 ( ) n fpPLh n 1.2*7589 4000*2560 1 C= ( ) = ( ) 3 = 77419 N ft 16667 1 16667 fpPCCr=81800N 6312型轴承符合要求，可以选用。习题复习12-7. 图12-24b为一对反装的7207AC角接触球轴承，分 别受径向载荷：Fr1=1040N,Fr2=3390N,外加轴向载 荷Fa=870N,指向轴承1，转速n=1800r/min，有中等 冲击，常温下工作，试确定轴承的寿命。解： 7207AC角接触球轴承，=25° （1）计算内部轴向力S 由表12-13查得 S=0.68Fr S1=0.68Fr1=0.68*1040=707.2N S2=0.68Fr2=0.68*3390=2305.2N S1、S2的方向见下图习题复习2.计算轴承所受的轴向载荷 S1+Fa=(707.2+870)NS2=2305.2N S1+Fa=(707.2+870)N S2=2305.2N 轴有向右移动的趋势，轴承1被“放松”，轴承2被“压紧”.轴承所 受的轴向载荷为 轴承1 Fa1=S2-Fa=2305.2-870=1435.2N 轴承2 Fa2=S2=2305.2N 3.计算当量动载荷P 查手册7207AC型轴承的基本额定动载荷Cr=29000N Cor=19200N e=0.68习题复习由式P=XFr+YFa 1435.2 轴承1 Fa 1Fr 1=1040= 1.38 > e = 0.68查表12-12 得X1=0.41 Y1=0.87Pr1 = X 1 Fr1 + Y1 Fa1 = 0.41*1040 + 0.87 *1435.2 = 1675.02 N轴承2Fa 2 23 05.2 = = 0.68 = e 3390 Fr 2X2=1 Y1=0查表12-12 得Fr 2 = X 2 Fr 2 + Y 2 Fa 2 = 1 * 3 3 9 0 = 3 3 9 0 N习题复习取P=P2=3390N 常温下工作，中等载荷。 查表12-10，取fp=1.5；查表12-9，取ft=1.0 角接触球轴承 =3.0Lh =16667 f t C 16667 1.0 * 2900 3 ( ) = ( ) = 1717 h n fpP 1800 1.5*3390轴承的寿命为1717h。