西华大学机械设计基础习题部分答案

西华大学机械设计基础习题部分答案（精选8篇）

篇1：西华大学机械设计基础习题部分答案

第二章

1.解：等效机构运动简图如下：

根据等效图，n7，PL9，PH1。故

（2PlPH）37（291）

2F3n因为自由度数与原动件同数相，所以该机构具有确定的运动。2.（c）n = 6，pl = 7，ph = 3

F3n2PlPh362731

3.(a)解：机构的运动简图如下：

根据根据等效图，n4，PL5，PH1。故

（2PlPH）34（251）F3n第三章

1.（a）解：全部瞬心的位置如图所示。

其中 P14 与P24，P23 与P13重合。e.c.2.解：由相对瞬心P13的定义可知：

1PO1P13L3PO3P13L

所以31PO1P13/P03P13 方向为逆时针转向，（如图所示）。

3.解：（1）把B点分解为B2和B3两点，运用相对运动原理列出速度与加速度的矢量方程，并分析每个矢量的方向与大小如下：

vB3vB2vB3B2

方向

AB

⊥AB向下

//BC 大小

?

1lAB

?

ntkraaaaa B3CB3CB2B3B2B3B2

方向

B→C ⊥BC

B→A ⊥BC向下 ∥BC 大小 32lBC ? 12lAB

23vB3B2 ?（2）标出各顶点的符号，以及各边所代表的速度或加速度及其指向如下：

第四章

3.解：（1）当最大压力角为最小值时，转向合理，所以曲柄逆时针转动时为合理。

（2）如图所示，急位夹角为C1AB1与C2B2A所夹的锐角；机构传动角最小位置（曲柄B点离滑块导轨最远位置，即B′点），并量得γmin≈60°。

（3）如图所示，当机构以滑块为原动件时会出现两个死点位置（曲柄与连杆共线时），即C1AB1及C2B2A两个位置。

4.解：1）因为 a+b=240+600=840

所以 有曲柄存在。

2）可以，当以a为机架时，为双曲柄机构；当以c为机架时，为双摇杆机构。3）要使机构为曲柄摇杆机构，d可能为最长杆或者一般杆，但不能为最短杆。

当d为最长杆时，有:a+d<=b+c，即：240+d<=1000 当d为一般杆时，有:a+b<=c+d，即：840<=400+d 联立解得：440<=d<=760 第五章

1.解：（1）r0RrrLOA40102525mm（2）如图所示，位移线图略。（3）如图所示。

第六章

1.解：d1mz1425100

d2mz24100400

*

da1m(z12ha）4(2521)108

*

da2m(z22ha）4(10021)408

*df1m(z12hac*）4(25210.25)91

**4(100210.25)391

df2m(z22hac）a

4.6.7.解：（1）u

(z1z2)m(10025)4250

22Z2402，d1= mz1= 4×20=80 mm Z120FZEZH2KT1(u1)bd1u2189.82.521.5100000(21)=398 MPa 2100802由σH ≤ [σ]H =(2×HBS+70)/1.1 得：HBS≥(1.1×σH-70)/2≈184

∵ 大齿轮的硬度低于小齿轮的硬度

∴ 大齿轮的最小齿面硬度HBS2=184

（2）根据弯曲疲劳强度公式，得大、小齿轮等强度条件式：

[]F1[]F21.1HBS11.1HBS2

=>

YFa1YSa1YFa2YSa2YFa1YSa1YFa2YSa

2代入数据得：

1.1HBS11.1184

2.81.552.41.67

解得： HBS1=199

故

大、小齿轮的最小齿面硬度分别为184 HBS、199 HBS。8.解：

第九章

1.解：

1、轴肩太高，轴承拆卸不方便；

2、零件不能装拆；

3、轴段稍长了点；

4、联轴器不能轴向定位；

5、键太长。

3.解：

1、缺少垫片；

2、轴肩太高，轴承拆卸不方便；

3、轴段稍长，蜗轮不能定位；

4、轴的直径应比安装轴承段短点，方便轴承安装；

5、键应在同一母线上；

6、轴端挡圈没有作用；

7、联轴器不能轴向定位；

8、动、静件相互接触；

9、套筒不能很好定位，套筒高于轴承内圈。

第十章 1.解：

① 内径为55cm，中系列，圆锥滚子轴承，正常宽度，0级公差，0组游隙 ② 附加轴向力方向如图所示，大小

Fd1Fr1F500N，Fd2r2556N 2Y2Y③ ∵Fd2FaeFd1，故左边轴承被压紧，右边轴承被放松。

∴Fa1Fd2Fae2556N，Fa2Fd2556N。

Fa20.278e，∴X21，Y20 ∵Fr2∵Fa11.42e，∴X10.4，Y11.8 Fr1∴P1fPX1Fr1Y1Fa16385N，P2fPX2Fr2Y2Fa22400N 106C10688000∴Lh60nP60100063854.①求Ⅰ、Ⅱ支承的支反力 Fr1Fd1103104614h Fae3aFreFd2Fr1Fr22a23Fre800N，Fr2Fre1200N 55 派生轴向力：Fd1eFr1544N，Fd2eFr2816N ∵FaeFd11144NFd2816N

∴Ⅰ支承为“放松”端，Ⅱ支承为“压紧”端 Fa1Fd1544N，Fa21144N

∵Fa1F0.68e，a20.95e Fr1Fr2 ∴P1fPX1Fr1Y1Fa1960N，P2fPX2Fr2Y2Fa21785N ②∵P2P1，∴Ⅱ轴承的寿命短。

6L3h21060nCP2106601000598001785626668

h

篇2：西华大学机械设计基础习题部分答案

铸造 简答题：

1.什么是浇铸位置？浇注位置的选择原则是什么？

答:浇铸位置是浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。

浇注位置的选择原则：

（1）铸件的重要加工面应处于型腔底面或位于侧面。

（2）铸件的大平面应朝下。

（3）面积较大的薄壁部分应置于铸型下部或垂直、倾斜位置。

（4）对于容易产生缩孔的铸件，应将厚大放在分型面附近的上部或侧面，以便在铸件厚壁处直接安放冒口，使这实现自下而上定向凝固。2.简述定向凝固和逐层凝固的含义？区别是什么？

答: 逐层凝固是指铸件随着温度的下降，固体层不断加厚、液体层不断减少，直达铸件的中心。

定向凝固也称为顺序凝固，是指通过设置冒口、安放冷铁等等工艺措施，在铸件上建立一个从远离冒口的部分到冒口之间逐渐递增梯度，从而实现由远离冒口处向冒口方向顺序的凝固。

区别：逐层凝固是铸件凝固的一种方式。定向凝固是一种工艺措施。3．简述白口铸铁、灰口铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁C存在形式？ 答:（1）白口铸铁C全部以渗碳体形式存在；

（2）灰口铸铁C全部或大部分以片状石墨形式存在；（3）球墨铸铁C大部或全部以球状石墨形式存在；（4）可锻铸铁C大部或全部以团絮状石墨形式存在。4．铸件的选择原则是什么？

答:（1）为便于起模，分型面应尽量选在铸件的最大截面处，并力求采用平直面。

（2）应尽量分型面的数目最少，以简化造型工艺。

（3）尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱内，并使铸件的重要加工面、工作面、加工基准面及主要型芯位于下型内。

（4）铸件的非加工面上，尽量避免有披缝。5．铸造工艺参数包括哪些？ 答：（1）收缩率（2）加工余量（3）最小铸出孔（4）起模斜度（5）铸造圆角（6）型芯头 6．铸件外形设计有哪些内容？ 答：（1）避免外部侧凹结构

（2）凸台、肋板的设计

（3）应使分型面尽量平直

（4）铸件要有结构斜度

7．合理设计铸件内腔要注意哪些问题？ 答：（1）尽量避免或减少型芯

（2）型芯要便于固定、排气和清理

（3）应避免封闭内腔

8．铸件壁的连接方式的合理性要求有哪些？ 答：（1）铸件壁之间的连接应有结构圆角

（2）连接外应力求平缓过渡（3）连接处避免集中交叉的锐角

（4）避免大的水平面

（5）避免铸件收缩受阻

压力加工 简答题：

1.何谓纤维组织？有何特点？选择零件坯料时，应怎样考虑纤维组织的形成和分布？ 答：铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变化，它们将沿着变形方向被拉找，呈纤维形状，这种结构称为纤维组织。

使金属材料在性能上具有各向异性。如纵向（平行于纤维方向）上的塑性和韧性好，横向（垂直于纤维方向）上的塑性和韧性差。

使零件工作时的最大正应力与纤维方向重合，最大切应力与纤维方向垂直，并使纤维沿零件轮廓分布而不被切断。

2.自由锻造的结构工艺性主要表现在那些方面？ 答：1）尽量避免锥体和斜面结构；

2）锻件由数个简单几何体构成时，几何体的交接处不应形成空间曲线； 3）自由锻件上应避免加强筋、凸台等结构； 4）锻件的横截面积有急剧变化或形状较复杂时，应设计成由几个简单件构成的几何体。3.模锻时如何确定分模面的位置？

答：1)要保证锻件能从模膛中顺利取出；

2)按选定的分模面制成锻模后，应使上、下两模沿分模面的模膛轮廓一致，以便在安装锻模和生产中容易发现错模现象，及时调整锻模位置；

3)最好把分模面选择在能使模膛深度最浅的位置处； 4)选定的分模面应使零件上所加的敷料（余块）最少；

5)最好使分模面为一个平面，使上、下锻模的模膛深度基本一致，差别不宜过大，以便于制造锻模。

4.锻件上为什么要有模锻斜度和圆角？ 答： 模锻斜度便于锻件从模膛中取出。

锻件的外圆角半径对应模具型槽的内圆角，有助于金属流动而充满模膛，还可避免了锻模在凹入的尖角处产生应力集中而造成裂纹；锻件的内圆角半径对应模具型槽上的外圆角，可以缓和金属充型时的剧烈流动，减缓锻模外角处的磨损，提高锻模的使用寿命，还可以防止因剧烈变形造成金属纤维组织被割断，导致锻件机械性能下降

5.板料冲压工序中落料和冲孔有何异同？冲裁模和拉深模的结构有何不同？

答：它们的模具结构、操作方法和分离过程完全相同，但各自的作用不同。落料时，从板料上冲下的部分是成品，而板料本身则成为废料或冲剩的余料。冲孔是在板料上冲出所需要的孔洞，冲孔后的板料本身是成品，冲下的部分是废料。

拉深模的凸凹模工作部分不是锋利的刃口，而是具有一定的圆角，同时为了减小坯料被拉穿的可能性，拉深模的凸凹模间隙远比冲裁模的大，并且间隙稍大于板料厚度。6．简述拉深件的结构工艺性原则？ 答：1）拉深件形状应力求简单、对称。

2）空心零件不宜过高或过深。

3）拉深件的圆角半径应尽量放大。7．简述弯曲件的结构工艺性原则？

答：1）弯曲件形状应尽量对称。

2）弯曲半径不小于最小弯曲半径，并考虑材料的纤维方向。3）应使弯曲区与孔边保持一定的距离 4）弯边直线高度应大于板厚的两倍。

5）为有效防止裂纹，可事先钻出止裂孔。焊接 简答题：

1．焊接方法可分为哪几类？各有什么特点？

答：焊接方法可分为三大类，即熔焊、压焊和钎焊。

（1）熔焊：加热速度快，加热温度高，接头部位经历熔化和结晶的过程。熔焊适合于各种金属和合金的焊接加工。

（2）压焊：必须对焊件施加压力，适合于各种金属材料和部分非金属材料的焊接加工。（3）钎焊：采用熔点比母材低的金属材料作钎料，不仅适合于同种材料的焊接加工，也适合于不同金属或异类材料的焊接加工。

2．焊接变形的基本形式有哪些？防止和减小焊接变形的措施有哪些？当焊接变形产生后应如何去矫正？

答：焊接变形的基本形式：收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形。

防止和减小焊接变形的措施： 1)反变形法； 2)刚性固定法；

3)合理选择焊接方法和工艺参数； 4)合理安排焊接顺序； 5)焊前预热和焊后缓冷。常用的矫正变形方法: 机械矫正法； 2)火焰矫正法。

3.焊缝布置应考虑哪些原则？ 答：（1）尽量使焊缝处于平焊位置：（2）焊缝位置应便于完成焊接操作：

（3）焊缝应避开应力最大和应力集中位置：（4）焊缝应尽量分散布置，避免密集和交叉：（5）焊缝布置应尽量对称：

（6）焊缝布置应避开机械加工表面：

（7）尽量减少焊缝的数量、长度和截面：（8）焊缝转角处应平滑过渡：

（9）焊缝布置应照顾其它工序的方便和安全： 4.选择焊接方法时，要遵循哪些原则？ 答：（1）焊接接头质量要符合技术要求；（2）根据焊件材料选择焊接方法；（3）提高生产率，降低焊接成本；

（4）考虑焊接现场设备条件及工艺可能性。

5．焊接应力与变形产生的原因是什么？减小和消除焊接应力的措施有哪些？

答：焊接过程中对焊件进行不均匀的加热和冷却，是产生焊接应力和变形的根本原因。减小和消除焊接应力的措施：

1)合理选择焊接顺序和焊接方向； 2)锤击法； 3)预热法；

4)加热“减应区”法； 5)热处理法。

6．选择焊条的原则是什么？

答：选用焊条时应注意以下几个原则：

（1）考虑被焊材料类别；

（2）考虑母材的机械性能和化学成分；（3）考虑焊件的工作条件和使用情况；（4）考虑焊件的结构特点；（5）考虑施工操作条件。

7．焊条由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

答：焊条由中心部的金属焊芯和表面涂层药皮两部分组成。

焊芯：主要起到填充金属和传导电流的作用。药皮作用：

（1）药皮熔化时产生的熔渣及气体，使电弧空间及熔池与大气隔离；

（2）药皮的冶金作用，保证焊缝金属的脱氧、脱硫、脱磷，并向焊缝添加必要的合金元素，使焊缝具有一定的力学性能；

（3）使焊条具有好的焊接工艺性。8．碱性焊条与酸性焊条的性能有何不同？ 答：药皮熔化后形成的熔渣是以碱性氧化物为主的焊条就属于碱性焊条。碱性焊条焊成的焊缝含氢量很低，抗裂性及强度好，适合焊接重要的结构钢和合金结构钢，但是碱性焊条的工艺性能和抗气孔性能差。

篇3：《机械设计基础》课后习题答案

一、填空

1、带传动的失效形式有 打滑 和 疲劳破坏。

2、传动带中的的工作应力包括 拉应力、离心应力 和 弯曲应力。

3、单根V带在载荷平稳、包角为180°、且为特定带长的条件下所能传递的额定功率P0主要与 带型号、小轮直径 和 小轮转速 有关。

4、在设计V带传动时，V带的型号根据 传递功率 和 小轮转速 选取。

5、限制小带轮的最小直径是为了保证带中 弯曲应力 不致过大。

6、V带传动中，限制带的根数 Z≤Zmax，是为了保证 每根V带受力均匀（避免受力不均）。

7、V带传动中，带绕过主动轮时发生 带滞后于带轮 的弹性滑动。

8、带传动常见的张紧装置有 定期张紧装置、自动张紧装置 和张紧轮等几种。

9、V带两工作面的夹角为 40°，V带轮的槽形角应 小于角。

10、链传动和V带传动相比，在工况相同的条件下，作用在轴上的压轴力 较小，其原因是链传动不需要 初拉力。

11、链传动张紧的目的是 调整松边链条的悬垂量。采用张紧轮张紧时，张紧轮应布置在松 边，靠近小轮，从外向里张紧。

二、选择

1、平带、V带传动主要依靠（D）来传递运动和动力。

A．带的紧边拉力；B．带的松边拉力；C．带的预紧力；D．带和带轮接触面间的摩擦力。

2、在初拉力相同的条件下，V带比平带能传递较大的功率，是因为V带（C）。A．强度高；B．尺寸小；C．有楔形增压作用；D．没有接头。

3、带传动正常工作时不能保证准确的传动比，是因为（D）。A．带的材料不符合虎克定律；B．带容易变形和磨损； C．带在带轮上打滑；D．带的弹性滑动。

4、带传动在工作时产生弹性滑动，是因为（B）。A．带的初拉力不够；B．带的紧边和松边拉力不等； C．带绕过带轮时有离心力；D．带和带轮间摩擦力不够。

5、带传动发生打滑总是（A）。

A．在小轮上先开始；B．在大轮上先开始；C．在两轮上同时开始；D不定在哪轮先开始。

6、带传动中，v1为主动轮的圆周速度，v2为从动轮的圆周速度，v为带速，这些速度之间存在的关系是（B）。

A．v1 = v2 = v ；B．v1 ＞v＞v2；C．v1＜v＜ v2；D．v1 = v＞ v2。

7、一增速带传动，带的最大应力发生在带（D）处。

A．进入主动轮；B．进入从动轮；C．退出主动轮；D．退出从动轮。

8、用（C）提高带传动传递的功率是不合适的。A．适当增加初拉力F0 ；B．增大中心距a ；

C．增加带轮表面粗糙度；D．增大小带轮基准直径dd ；

9、V带传动设计中，选取小带轮基准直径的依据是（A）。A．带的型号；B．带的速度；C．主动轮转速；D．传动比。

10、带传动采用张紧装置的目的是（D）。A．减轻带的弹性滑动；B．提高带的寿命； C．改变带的运动方向；D．调节带的初拉力。

11、确定单根V带许用功率P0的前提条件是（C）。A．保证带不打滑；B．保证带不打滑，不弹性滑动； C．保证带不打滑，不疲劳破坏；D．保证带不疲劳破坏。

12、设计带传动的基本原则是：保证带在一定的工作期限内（D）。A．不发生弹性滑动；B．不发生打滑；

C．不发生疲劳破坏；D．既不打滑，又不疲劳破坏。

13、设计V带传动时，发现带的根数过多，可采用（A）来解决。

A．换用更大截面型号的V带；B．增大传动比；C．增大中心距；D．减小带轮直径。

14、与齿轮传动相比，带传动的优点是（A）。

A．能过载保护；B．承载能力大；C．传动效率高；D．使用寿命长。

15、设计V带传动时，选取V带的型号主要取决于（C）。

A．带的紧边拉力 ；B．带的松边拉力；C．传递的功率和小轮转速；D．带的线速度。

16、两带轮直径一定时，减小中心距将引起（B）。A．带的弹性滑动加剧；B．小带轮包角减小； C．带的工作噪声增大；D．带传动效率降低。

17、带的中心距过大时，会导致（D）。A．带的寿命缩短；B．带的弹性滑动加剧； C．带的工作噪声增大；D．带在工作中发生颤动。

18、V带轮是采用实心式、轮辐式或腹板式，主要取决于（C）。

A．传递的功率；B．带的横截面尺寸；C．带轮的直径；D．带轮的线速度。

19、与齿轮传动相比，链传动的优点是（D）。

A．传动效率高；B．工作平稳，无噪声；C．承载能力大；D．传动的中心距大，距离远。20、链传动张紧的目的主要是（C）。A．同带传动一样；B．提高链传动工作能力； C．避免松边垂度过大；D．增大小链轮包角。

21、链传动的张紧轮应装在（A）。

A．靠近小轮的松边上；B．靠近小轮的紧边上； C．靠近大轮的松边上；D．靠近大轮的紧边上。

22、链传动不适合用于高速传动的主要原因是（B）。

A．链条的质量大；B．动载荷大；C．容易脱链；D．容易磨损。

23、链条因为静强度不够而被拉断的现象，多发生在（A）的情况下。A．低速重载；B．高速重载；C．高速轻载；D．低速轻载。

三、简答

1、在多根V带传动中，当一根带失效时，为什么全部带都要更换？

答：在多根V带传动中，当一根带失效时，为什么全部带都要更换？新V带和旧V带长度不等，当新旧V带一起使用时，会出现受力不均现象。旧V带因长度大而受力较小或不受力，新V带因长度较小受力大，也会很快失效。

2、为什么普通车床的第一级传动采用带传动，而主轴与丝杠之间的传动链中不能采用带传动？

答：带传动适用于中心距较大传动，且具有缓冲、吸振及过载打滑的特点，能保护其他传动件，适合普通机床的第一级传动要求；又带传动存在弹性滑动，传动比不准，不适合传动比要求严格的传动，而机床的主轴与丝杠间要求有很高的精度，不能采用带传动。

3、为什么带传动的中心距都设计成可调的？

答：因为带在工作过程中受变化的拉力，其长度会逐渐增加，使初拉力减小。因此需要经常调整中心距，以调整带的初拉力。因此便将中心距设计成可调的。

四、分析与计算

1、如图所示为一两级变速装置，如果原动机的转速和工作机的输出功率不变，应按哪一种速度来设计带传动？为什么？

题8-4-1图

解：带传动应按照减速传动要求进行设计，因为应该按照传递有效圆周力最大的工况设计带传动，而减速传动时传递的有效圆周力比增速传动时大。

根据： vn1d160 和 FeP v当带传动传递的功率不变，带速越小，传递的有效圆周力就越大。当原动机转速不变时，带速取决于主动轮直径。主动轮直径越小，带速越低。综上，按按照减速传动要求进行设计。

2、已知：V带传递的实际功率P = 7 kW，带速 v=10m/s，紧边拉力是松边拉力的两倍，试求有效圆周力Fe 和紧边拉力F1。

解：根据：

得到： PFev

FeP7000700 N v10联立： FeF1F2700 F2F21解得： F2700N，F11400N

3、已知：V带传动所传递的功率P = 7.5 kW，带速 v=10m/s，现测得初拉力F0 = 1125N，试求紧边拉力F1和松边拉力F2。

篇4：机械设计基础习题答案第9章

应力、降低硬度，便于切削。

正火：将钢加热到一定温度，保温一定时间后，空冷或风冷的热处理方法。可消除内应力，降低硬度，便

于切削加工；对一般零件，也可作为最终热处理，提高材料的机械性能。

淬火：将钢加热到一定温度，保温一定时间后，浸入到淬火介质中快速冷却的热处理方法。可提高材料的

硬度和耐磨性，但存在很大的内应力，脆性也相应增加。淬火后一般需回火。淬火还可提高其抗腐蚀性。

调质：淬火后加高温回火的热处理方法。可获得强度、硬度、塑性、韧性等均较好的综合力学性能，广泛

应用于较为重要的零件设计中。

表面淬火：迅速将零件表面加热到淬火温度后立即喷水冷却，使工件表层淬火的热处理方法。主要用于中

碳钢或中碳合金钢，以提高表层硬度和耐磨性，同时疲劳强度和冲击韧性都有所提高。

渗碳淬火：将工件放入渗碳介质中加热，并保温一定时间，使介质中的碳渗入到钢件中的热处理方法。适

合于低碳钢或低碳合金钢，可提高表层硬度和耐磨性，而仍保留芯部的韧性和高塑性。

9-2

解 见下表

9-3解查教材表 9-1，Q235的屈服极限

查手册 GB706-88标准，14号热轧工字钢的截面面积 则拉断时所所的最小拉力为

9-4解 查教材表9-1，45钢的屈服极限

许用应力

把夹紧力 向截面中心转化，则有拉力

和弯距

截面面积

抗弯截面模量

则最大夹紧力

应力分布图如图所示

图 9.3 题9-4解图

9-5解 查手册，查手册退刀槽宽度，过渡圆角，沟槽直径

半径栓，对于

小中心距 的螺栓，最，尾部倒角 设所用螺栓为标准六角头螺，螺栓轴线与箱壁的最小距离。

9-6解 查手册，当圆轴 键槽尺寸、轮毂键

时，平键的断面尺寸为 且轴上槽尺寸。

图 9.5 题9-6解图 9-7解（1）取横梁作为示力体，当位于支承 右侧 处时

由

得

由

得

由

得

由

得

（2）横梁弯矩图

图 9.7 题9-7解图

（3）横梁上铆钉组的载荷

力矩

水平分力

垂直分力

9-8解 水平分力在每个铆钉上产生的载荷

垂直分力 在每个铆钉上产生的载荷

力矩 在每个铆钉上产生的载荷

各力在铆钉上的方向见图所示

图 9.9 题9-8解图

根据力的合成可知，铆钉 1的载荷最大

9-9解 铆钉所受最大载荷 校核剪切强度

校核挤压强度

均合适。

9-10解 支承 图。

可用铸铁HT200或铸钢ZG270-500。其结构立体图见

图 9.10 题9-10解图

支承 断失效。

9-11解（1）轮齿弯曲应力可看成是脉动循环变应力。

（2）大齿轮循环次数 的可能失效是回转副的磨损失效，或回转副孔所在横截面处拉

（3）对应于循环总次数 的疲劳极限能提高

提高了 1.24倍。

9-12答 由图5-1可见，惰轮4的轮齿是双侧受载。当惰轮转一周时，轮齿任一侧齿根处的弯曲应力的变化

规律：未进入啮合，应力为零，这一侧进入啮合时，该侧齿根受拉，并逐渐达到最大拉应力，然后退出啮

合，应力又变为零。接着另一侧进入啮合，该侧齿根受压，并逐渐达到最大压应力，当退出啮合时，应力

又变为零。所以，惰轮4轮齿根部的弯曲应力是对称循环变应力。

9-13答 在齿轮传动中，轮齿工作面上任一点所产生的接触应力都是由零（该点未进入啮合）增加到一最

大值（该点啮合），然后又降低到零（该点退出啮合），故齿面表面接触应力是脉动循环变应力。

9-14解（1）若支承可以自由移动时，轴的伸长量

（2）两支承都固定时，因轴的温升而加在支承上的压力

9-15 基孔制优先配合为、、、、、、、、、、、、，试以基本尺寸为 绘制其公差带图。

图 9.13 题9-15解图

9-16答（1）公差带图见题9-16解图。

（2）用的刀具品种。、均采用的是基轴制，主要是为了制造中减少加工孔

篇5：西华大学机械设计基础习题部分答案

当 时，螺纹副的效率

所以具有自锁性的螺纹副用于螺旋传动时，其效率必小于 50%。10-2解 由教材表10-

1、表10-2查得

，粗牙，螺距，中径

螺纹升角，细牙，螺距，中径

螺纹升角

对于相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹中，细牙螺纹的升角较小，更易实现自锁。

10-3解 查教材表10-1得

粗牙 螺距 中径 小径

螺纹升角

普通螺纹的牙侧角，螺纹间的摩擦系数

当量摩擦角

拧紧力矩

由公式

可得预紧力

拉应力

查教材表 9-1得 35钢的屈服极限

拧紧所产生的拉应力已远远超过了材料的屈服极限，螺栓将损坏。

10-4解（1）升角

当量摩擦角

工作台稳定上升时的效率：

（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩

（3）螺杆的转速

螺杆的功率

（4）因 速下降，该梯形螺旋副不具有自锁性，欲使工作台在载荷 作用下等需制动装置。其制动力矩为

10-5解 查教材表9-1得 Q235的屈服极限，查教材表 10-6得，当控制预紧力时，取安全系数

由许用应力

查教材表 10-1得 的小径

由公式

得

预紧力

由题图可知，螺钉个数，取可靠性系数 牵曳力

10-6解 此联接是利用旋转中间零件使两端螺杆受到拉伸 ,故螺杆受到拉扭组合变形。

查教材表 9-1得，拉杆材料Q275的屈服极限，取安全系数，拉杆材料的许用应力

所需拉杆最小直径

查教材表 10-1，选用螺纹（）。

10-7解 查教材表 9-1得，螺栓35钢的屈服极限，查教材表 10-

6、10-7得螺栓的许用应力

查教材表 10-1得，的小径

螺栓所能承受的最大预紧力

所需的螺栓预紧拉力

则施加于杠杆端部作用力 的最大值

10-8解 在横向工作载荷 作用下，螺栓杆与孔壁之间无间隙，螺栓杆和被联接件接触表面受到

挤压；在联接接合面处螺栓杆则受剪切。

假设螺栓杆与孔壁表面上的压力分布是均匀的，且这种联接的预紧力很小，可不考虑预

紧力和螺纹摩擦力矩的影响。

挤压强度验算公式为：

其中 ； 为螺栓杆直径。

螺栓杆的剪切强度验算公式

其中 表示接合面数，本图中接合面数。

10-9解（1）确定螺栓的长度

由教材图 10-9 a）得：螺栓螺纹伸出长度

螺栓螺纹预留长度

查手册选取六角薄螺母 GB6172-86，厚度为

垫圈 GB93-87 16，厚度为

则所需螺栓长度

查手册中螺栓系列长度，可取螺栓长度

螺栓所需螺纹长度，取螺栓螺纹长度

（2）单个螺栓所受横向载荷

（3）螺栓材料的许用应力

由表 9-1查得 被联接件HT250的强度极限

查表 10-6取安全系数

被联接件许用挤压应力

查教材表 9-1得 螺栓35钢的屈服极限，查表 10-6得螺栓的许用剪切应力

螺栓的许用挤压应力

（4）校核强度

查手册，六角头铰制孔用螺栓 GB28-88，其光杆直径

螺栓的剪切强度

最小接触长度：

挤压强度

所用螺栓合适。

10-10解（1）每个螺栓所允许的预紧力

查教材表 9-1得 45钢的屈服极限，查教材表 10-

6、10-7得，当不能严格控制预紧力时，碳素钢取安全系数

由许用应力

查教材表 10-1得 的小径

由公式

得

预紧力

（2）每个螺栓所能承担的横向力

由题图可知，取可靠性系数

横向力

（4）螺栓所需承担的横向力

（5）螺栓的个数

取偶数。

在直径为 155的圆周上布局14个 的普通螺栓，结构位置不允许。

10-11解（1）初选螺柱个数

（2）每个螺柱的工作载荷

（3）螺柱联接有紧密性要求，取残余预紧力

（4）螺柱总拉力

（5）确定螺柱直径

选取螺柱材料为 45钢，查表9-1得 屈服极限，查教材表 10-6得，当不能严格控制预紧力时，暂时取安全系数

许用应力

螺栓小径

查教材表 10-1，取 是合

螺栓（），由教材表10-7可知取安全系数

适的。

（6）确定螺柱分布圆直径

由题 10-11图可得

取。

（7）验证螺柱间距

所选螺柱的个数和螺柱的直径均合适。

10-12解（1）在力时每个

作用下，托架不应滑移，设可靠性系数，接合面数，此螺栓所需的预紧力

（2）在翻转力矩 势，上

作用下，此时结合面不应出现缝隙。托架有绕螺栓组形心轴线O-O翻转的趋边两个螺栓被拉伸，每个螺栓的轴向拉力增大了 小了，下边两个螺栓被放松，每个螺栓的轴向力减，则有力的平衡关系，故可得

为使上边两个螺栓处结合面间不出现缝隙，也即残余预紧力刚为零，则所需预紧力

（3）每个螺栓所需总的预紧力

（4）确定螺栓直径

选取螺栓材料为 35钢，查教材表9-1屈服极限，查教材表 10-6得，当不能严格控制预紧力时，暂时取安全系数

许用应力

螺栓小径

查教材表 10-1，取 也是合适

螺栓（），由教材表10-7可知取安全系数 的。

10-13解(1)计算手柄长度

查手册 ,梯形螺纹GB5796-86，公称直径，初选螺距 ,则中径，小径

螺纹升角

当量摩擦角

所需的转矩

则 ,手柄的长度

(2)确定螺母的高度

初取螺纹圈数 ,则

螺母的高度

这时 处于1.2～2.5的许可范围内。

10-14解 选用梯形螺纹。

（1）根据耐磨性初选参数

初选

查表 10-8 螺旋副的许用压强，取

查手册，选取梯形螺纹 GB5796-86，选取公称直径，中径，小径，螺距。

（2）初选螺母

初步计算螺母的高度

则螺栓与螺母接触的螺纹圈数，取

螺母的高度

系数

（3）校核耐磨性

螺纹的工作高度

则螺纹接触处的压强

合适。

（4）校核螺杆的稳定性

起重器的螺母端为固定端，另一端为自由端，故取，螺杆危险截面的惯性半径，螺杆的最大工作长度，则 螺杆的长细比

临界载荷

取 安全系数，不会失稳

（5）校核螺纹牙强度

对于梯形螺纹

对于青铜螺母

10-15解（1）初选螺纹直径，合适。

查手册，选取梯形螺纹 GB5796-86，选取公称直径，中径，小径，螺距。

（2）验证其自锁性 螺纹升角

当量摩擦角，所以满足自锁条件。

（3）校核其耐磨性

设 螺栓与螺母参加接触的螺纹圈数，则 螺母的高度 内。，处于1.2～2.5的许可范围螺纹的工作高度

则螺纹接触处的压强

查教材表 10-8，钢对青铜许用压强，合适。

（4）校核螺杆强度

取，则所需扭矩

则危险截面处的强度

对于 45 钢正火，其许用应力，故合适。

（5）校核螺杆的稳定性

压力机的螺母端为固定端，另一端为铰支端，故取，螺杆危险截面的惯性半径，螺杆的最大工作长度，则螺杆的长细比，不会失稳。

（6）校核螺纹牙强度

对于梯形螺纹

对于青铜螺母，合适。

（7）确定手轮的直径

由 得

10-16解（1）选用A型平键，查教材表10-9，由轴的直径 可得平键的截面尺寸，；由联轴器及平键长度系列，取键的长度。其标记为：键

GB1096-79（2）验算平键的挤压强度

由材料表 10-10查得，铸铁联轴器的许用挤压应力

A型键的工作长度，使用平键挤压强度不够，铸铁轴壳键槽将被压溃。这时可使轴与联轴器孔之间采用过盈配

合，以便承担一部分转矩，但其缺点是装拆不便。也可改用花键联接。

10-17解（1）选择花键

根据联轴器孔径 花键，查手册可知花键小径 最接近，故选择矩形花键的规格为

GB1144-87 花键的齿数、小径，大径，键宽，键长取，倒角

.（2）验算挤压强度

取载荷不均匀系数

齿面工作高度 平均半径

查教材表 10-11，在中等工作条件Ⅱ、键的齿面未经热处理时，其许用挤压应力，故合适。

解 1）由公式可知：

轮齿的工作应力不变，则

则，若，该齿轮传动能传递的功率

11-2解 由公式

可知，由抗疲劳点蚀允许的最大扭矩有关系：

设提高后的转矩和许用应力分别为、当转速不变时，转矩和功率可提高 69%。

11-3解 软齿面闭式齿轮传动应分别验算其接触强度和弯曲强度。

（1）许用应力

查教材表 11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮ZG270-500正火硬

度：140～170HBS，取155HBS。

查教材图 11-7，查教材图 11-10 ，查教材表 11-4取，故：

（2）验算接触强度，验算公式为：

其中：小齿轮转矩 载荷系数 查教材表11-3得

齿宽

中心距

齿数比

则：、，能满足接触强度。

（3）验算弯曲强度，验算公式：

其中：齿形系数：查教材图 11-9得、则 ：

满足弯曲强度。

11-4解 开式齿轮传动的主要失效形式是磨损，目前的设计方法是按弯曲强度设计，并将许用应力

降低以弥补磨损对齿轮的影响。

（1）许用弯曲应力 查教材表11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮 45钢正火硬度：170～210HBS，取190HBS。查教材图11-10得 ，查教材表 11-4，并将许用应用降低30%

故

（2）其弯曲强度设计公式：

其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得

取齿宽系数

齿数

，取

齿数比

齿形系数 查教材图 11-9得、因

故将

代入设计公式

因此

取模数

中心距

齿宽

11-5解 硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是折断，设计方法是按弯曲强度设计，并验算其齿面接触

强度。

（1）许用弯曲应力

查教材表 11-1，大小齿轮材料40Cr 表面淬火硬度：52～56HRC，取54HRC。查教材图11-10得，查材料图11-7得。查教材表11-4，因齿轮传动是双向工作，弯曲应力为对称循环，应将极限值乘 70%。

故

（2）按弯曲强度设计，设计公式：

其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得

取齿宽系数

齿数

，取

齿数比

齿形系数 应将齿形系数较大值代入公式，而齿形系数值与齿数成反比，将小齿轮的齿形系数代入设计公

式，查教材图 11-9得

因此

取模数

（3）验算接触强度，验算公式：

其中：中心距

齿宽

，取

满足接触强度。

11-6解 斜齿圆柱齿轮的齿数与其当量齿数 之间的关系：

（1）计算传动的角速比用齿数。

（2）用成型法切制斜齿轮时用当量齿数 选盘形铣刀刀号。

（3）计算斜齿轮分度圆直径用齿数。

（4）计算弯曲强度时用当量齿数 查取齿形系数。

11-7解 见题11-7解图。从题图中可看出，齿轮1为左旋，齿轮2为右旋。当齿轮1为主动时按左手定

则判断其轴向力 ；当齿轮2为主动时按右手定则判断其轴向力。

轮1为主动

轮2为主动时

图 11.2 题11-7解图

11-8解 见题11-8解图。齿轮2为右旋，当其为主动时，按右手定则判断其轴向力方向 向力

；径总是指向其转动中心；圆向力 的方向与其运动方向相反。

图 11.3 题11-8解图

11-9解（1）要使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反，则低速级斜齿轮3的螺旋经方向应与齿轮2的

旋向同为左旋，斜齿轮4的旋向应与齿轮3的旋向相反，为右旋。

（2）由题图可知：、、、、分度圆直径

轴向力

要使轴向力互相抵消，则：

即

11-10解 软齿面闭式齿轮传动应分别校核其接触强度和弯曲强度。（1）许用应力

查教材表 11-1小齿轮40MnB调质硬度：240～280HBS取260HBS；大齿轮35SiMn调质硬度：200～

260HBS，取230HBS。

查教材图 11-7： ；

查教材图 11-10： ；

查教材表 11-4 取，故：

（2）验算接触强度，其校核公式：

其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得 齿宽

中心距

齿数比

则：

满足接触强度。

（3）验算弯曲强度，校核公式：

小齿轮当量齿数

大齿轮当量齿数

齿形系数 查教材图 11-9得、满足弯曲强度。

11-11解 软齿面闭式齿轮传动应按接触强度设计，然后验算其弯曲强度：（1）许用应力

查教材表 11-1小齿轮40MnB调质硬度：240～280HBS取260HBS；大齿轮45钢调质硬度：210～

230HBS，取220HBS。

查教材图 11-7： ；

查教材图 11-10： ；

查教材表 11-4 取，故：

（2）按接触强度设计，其设计公式：

其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得 齿宽系数 取

中心距

齿数比

将许用应力较小者 代入设计公式

则：

取中心距

初选螺旋角

大齿轮齿数

，取

齿数比：

模数

，取

螺旋角

（3）验算其弯曲强度，校核公式：

小齿轮当量齿数

大齿轮当量齿数

齿形系数 查教材图 11-9得、满足弯曲强度。

11-12解 由题图可知：，高速级传动比

低速级传动比

输入轴的转矩

中间轴转矩

输出轴转矩

11-13解 硬齿面闭式齿轮传动应按弯曲强度设计，然后验算其接触强度。

（1）许用应力

查教材表 11-1齿轮40Cr表面淬火硬度：52～56HRC取54HRC。

查教材图 11-7：

查教材图 11-10：

查教材表 11-4 取，故：

（2）按弯曲强度设计，其设计公式：

其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得

齿宽系数 取

大齿轮齿数

，取

齿数比：

分度圆锥角

小齿轮当量齿数

大齿轮当量齿数

齿形系数 查教材图 11-9得、则平均模数：

大端模数

取

（3）校核其接触强度，验算公式：

其中：分度圆直径

锥距

齿宽

取

则：

满足接触强度。

11-14解 开式齿轮传动只需验算其弯曲强度

（1）许用弯曲应力

查教材表 11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮ZG310-570正火硬度：160～

200HBS取190HBS。

查教材图 11-10： ；

查教材表 11-4 取，故：

（2）校核弯曲强度，验算公式：

其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得

分度圆锥角

小齿轮当量齿数

大齿轮当量齿数

齿形系数 查教材图 11-9得、分度圆直径

锥距

齿宽系数

平均模数

则：

满足弯曲强度。

11-15解（1）圆锥齿轮2的相关参数

分度圆直径

分度圆锥角

平均直径

轴向力

（2）斜齿轮3相关参数

分度圆直径

轴向力

（3）相互关系

因 得：

（4）由题图可知，圆锥齿轮2的轴向力 向上，转

指向大端，方向向下；斜齿轮3的轴向力 方向指动方向与锥齿轮2同向，箭头指向右。齿轮3又是主动齿轮，根据左右手定则判断，其符合右手定则，故

斜齿轮3为右旋。

图11.6 题11-16 解图

11-16解 见题 11-16解图。径向力总是指向其转动中心；对于锥齿轮2圆周力与其转动方向相同，对于斜齿轮3与其圆周力方向相反。

解 ：从例 12-1已知的数据有：，，，中心距，因此可以求得有关的几何尺寸如下：

蜗轮的分度圆直径：

蜗轮和蜗杆的齿顶高：

蜗轮和蜗杆的齿根高：

蜗杆齿顶圆直径：

蜗轮喉圆直径：

蜗杆齿根圆直径：

蜗轮齿根圆直径：

蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距：

径向间隙：

12-2

图12.3

解 ：（1）从图示看，这是一个左旋蜗杆，因此用右手握杆，四指，大拇指，可以

得到从主视图上看，蜗轮顺时针旋转。（见图12.3）

（2）由题意，根据已知条件，可以得到蜗轮上的转矩为

蜗杆的圆周力与蜗轮的轴向力大小相等，方向相反，即：

蜗杆的轴向力与蜗轮的圆周力大小相等，方向相反，即：

蜗杆的径向力与蜗轮的径向力大小相等，方向相反，即：

各力的方向如图 12-3所示。

12-3

图 12.4

解 ：（1）先用箭头法标志出各轮的转向，如图12.5所示。由于锥齿轮轴向力指向大端，因此可以判

断出蜗轮轴向力水平向右，从而判断出蜗杆的转向为顺时针，如图12.5所示。因此根据蜗轮和蜗杆的转

向，用手握法可以判定蜗杆螺旋线为右旋。

（2）各轮轴轴向力方向如图12.5所示。

12-4解 ：（1）根据材料确定许用应力。

由于蜗杆选用，表面淬火，可估计蜗杆表面硬度。根据表12-4，（2）选择蜗杆头数。

传动比，查表12-2，选取，则

（3）确定蜗轮轴的转矩

取，传动效率

（4）确定模数和蜗杆分度圆直径

按齿面接触强度计算

由表 12-1 查得，。

（5）确定中心距

（6）确定几何尺寸

蜗轮的分度圆直径：

蜗轮和蜗杆的齿顶高：

蜗轮和蜗杆的齿根高：

蜗杆齿顶圆直径：

蜗轮喉圆直径：

蜗杆齿根圆直径：

蜗轮齿根圆直径：

蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距：

径向间隙：

（7）计算滑动速度。

符合表 12-4给出的使用滑动速度

（说明：此题答案不唯一，只要是按基本设计步骤，满足设计条件的答案，均算正确。）

12-5解 ：一年按照 300天计算，设每千瓦小时电价为 因此

元。依题意损耗效率为，用于损耗的费用为：

12-6解（1）重物上升，卷筒转的圈数为： 转；

由于卷筒和蜗轮相联，也即蜗轮转的圈数为 圈；因此蜗杆转的转数为：

转。（2）该蜗杆传动的蜗杆的导程角为：

而当量摩擦角为

比较可见，因此该机构能自锁。

（3）手摇转臂做了输入功，等于输出功和摩擦损耗功二者之和。

输出功

焦耳；

依题意本题摩擦损耗就是蜗轮蜗杆啮合损耗，因此啮合时的传动效率

则输入功应为

焦耳。

由于蜗杆转了 转，因此应有：

即：

可得：

图 12.6 12-7解 蜗轮的分度圆直径：

蜗轮和蜗杆的齿顶高：

蜗轮和蜗杆的齿根高：

蜗杆齿顶圆直径：

蜗轮喉圆直径：

蜗杆齿根圆直径：

蜗轮齿根圆直径：

蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距：

径向间隙：

图 12.7 12-8解，取，则

则油温，小于，满足使用要求。

解（1）

（2）

=

=2879.13mm

（3）不考虑带的弹性滑动时，（4）滑动率 时，13-2解（1）

（2）

=

（3）

= =

13-3解 由图 可知

=

图 13.6 题 13-3 解图 13-4解（1）

=

（2）由教材表 13-2 得

=1400mm

（3）

13-5解

由教材表 13-6 得

由教材表 13-4 得： △ =0.17kW, 由教材表 13-3 得： =1.92 kW, 由教材表 13-2 得： ,由教材表 13-5 得：

取 z=3 13-6解 由教材表 13-6 得

由图 13-15 得选用 A 型带

由教材表 13-3 得

选

初选

取

=

=1979.03mm

由教材表 13-2 得 =2000mm

由教材表 13-3 得： =1.92 kW，由教材表 13-4 得： △ =0.17kW 由教材表 13-2 得：，由教材表 13-5 得：

取 z=4

13-7解 选用 A 型带时，由教材表 13-7 得，依据例 13-2 可知：，=2240mm，a =757mm，i =2.3。

由教材表 13-3 得 =2.28 kW，由教材表 13-4 得： △ =0.17kW，由教材表 13-2 得：

取 z =5 由此可见，选用截面小的 A 型带较截面大的 B 型带，单根带的承载能力减小，所需带的根数增多。

13-8 解略。

13-9解 由教材表 13-9 得 p =15.875mm，滚子外径

15.875(0.54+cot =113.90mm

15.875(0.54+cot =276.08mm

=493.43mm

13-10解（1）由图 13-33得

查教材表 13-11，得

取

由式（13-18）得

P ≤

（2）由图 13-33 得可能出现链板疲劳破坏

（3）

由图 13-34 查得可用滴油润滑。

13-11解

（1）链轮齿数

假定，由教材表 13-10，取，选

实际传动比

链轮节数

初选中心距

=

取

由教材表 13-13查得 取

估计此链传动工作位于图 13-33所示曲线的左侧，由教材表13-11得

采用单排链，≤

由教材图 13-33得当 =960r/min时，08A链条能传递的功率 满足要求，节距 p =12.7mm。

（4）实际中心距

（5）验算链速

篇6：西华大学机械设计基础习题部分答案

轮齿的工作应力不变，则 则，若，该齿轮传动能传递的功率

11-2解 由公式

可知，由抗疲劳点蚀允许的最大扭矩有关系：

设提高后的转矩和许用应力分别为、当转速不变时，转矩和功率可提高 69%。

11-3解 软齿面闭式齿轮传动应分别验算其接触强度和弯曲强度。（1）许用应力 查教材表 11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮ZG270-500正火硬度：140～170HBS，取155HBS。

查教材图 11-7，查教材图 11-10 , 查教材表 11-4取，故：

（2）验算接触强度，验算公式为：

其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得

齿宽

中心距 齿数比

则：、，能满足接触强度。

（3）验算弯曲强度，验算公式：

其中：齿形系数：查教材图 11-9得、则 ：

满足弯曲强度。

11-4解 开式齿轮传动的主要失效形式是磨损，目前的设计方法是按弯曲强度设计，并将许用应力

降低以弥补磨损对齿轮的影响。

（1）许用弯曲应力 查教材表11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮

45钢正火硬度：170～210HBS，取190HBS。查教材图11-10得 , 查教材表 11-4，并将许用应用降低30%

（2）其弯曲强度设计公式：

其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得

取齿宽系数

齿数

，取

齿数比

齿形系数 查教材图 11-9得、因

故将

代入设计公式

因此

取模数

中心距

齿宽

11-5解硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是折断，设计方法是按弯曲强度设计，并验算其齿面接触强度。（1）许用弯曲应力

查教材表 11-1，大小齿轮材料40Cr 表面淬火硬度：52～56HRC，取54HRC。查教材图11-10得，查材料图11-7得。查教材表11-4，因齿轮传动是双向工作，弯曲应力为对称循环，应将极限值乘 70%。

故

（2）按弯曲强度设计，设计公式：

其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得

取齿宽系数

齿数，取

齿数比

齿形系数 应将齿形系数较大值代入公式，而齿形系数值与齿数成反比，将小齿轮的齿形系数代入设计公式，查教材图 11-9得

因此

取模数

（3）验算接触强度，验算公式：

其中：中心距

齿宽

，取

满足接触强度。

11-6解 斜齿圆柱齿轮的齿数角速比用齿数

与其当量齿数 之间的关系：（1）计算传动的。（2）用成型法切制斜齿轮时用当量齿数 选盘形铣刀刀号。（3）计算斜齿轮分度圆直径用齿数。（4）计算弯曲强度时用当量齿数 查取齿形系数。

11-7解 见题11-7解图。从题图中可看出，齿轮1为左旋，齿轮2为右旋。当齿轮1为主动时按左手,则判断其轴向力 ；当齿轮2为主动时按右手定则判断其轴向力。

轮1为主动 轮2为主动时

图 11.2 题11-7解图

11-8解 见题11-8解图。齿轮2为右旋，当其为主动时，按右手定则判断其轴向力方向 ；径向力

总是指向其转动中心；圆向力 的方向与其运动方向相反。

图 11.3 题11-8解图

11-9解（1）要使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反，则低速级斜齿轮3的螺旋经方向应与齿轮2的

旋向同为左旋，斜齿轮4的旋向应与齿轮3的旋向相反，为右旋。

（2）由题图可知：、、、、分度圆直径

轴向力

要使轴向力互相抵消，则： 即

11-10解 软齿面闭式齿轮传动应分别校核其接触强度和弯曲强度。

（1）许用应力

查教材表 11-1小齿轮40MnB调质硬度：240～280HBS取260HBS；大齿轮35SiMn调质硬度：200～

260HBS，取230HBS。

查教材图 11-7： ；

查教材图 11-10： ； 查教材表 11-4 取，故：

（2）验算接触强度，其校核公式：

其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得

齿宽

中心距

齿数比

则： 满足接触强度。

（3）验算弯曲强度，校核公式：

小齿轮当量齿数 大齿轮当量齿数

齿形系数 查教材图 11-9得、满足弯曲强度。

11-11解 软齿面闭式齿轮传动应按接触强度设计，然后验算其弯曲强度：（1）许用应力

查教材表 11-1小齿轮40MnB调质硬度：240～280HBS取260HBS；大齿轮45钢调质硬度：210～

230HBS，取220HBS。查教材图 11-7：

；

；

查教材表 11-4 取，查教材图 11-10：

故

（2）按接触强度设计，其设计公式：

其中：小齿轮转矩 11-3得 齿宽系数 取

载荷系数 查教材表中心距

齿数比 将许用应力较小者 代入设计公式

则： 取中心距

初选螺旋角

大齿轮齿数

，取 齿数比：

模数，取

螺旋角

（3）验算其弯曲强度，校核公式： 小齿轮当量齿数

大齿轮当量齿数

齿形系数 查教材图 11-9得、满足弯曲强度。

11-12解 由题图可知：，高速级传动比

低速级传动比 输入轴的转矩

中间轴转矩

输出轴转矩

11-13解 硬齿面闭式齿轮传动应按弯曲强度设计，然后验算其接触强度。（1）许用应力

查教材表 11-1齿轮40Cr表面淬火硬度：52～56HRC取54HRC。

查教材图 11-7： 查教材图 11-10：

查教材表 11-4 取，故：

（2）按弯曲强度设计，其设计公式：

其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得

齿宽系数 取

大齿轮齿数，取 齿数比：

分度圆锥角

小齿轮当量齿数 大齿轮当量齿

齿形系数 查教材图 11-9得、则平均模数： 大端模数 取

（3）校核其接触强度，验算公式：

其中：分度圆直径

锥距

齿宽

取

满足接触强度。

11-14解 开式齿轮传动只需验算其弯曲强度

（1）许用弯曲应力

查教材表 11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮ZG310-570正火硬度：160～

200HBS取190HBS。

查教材图 11-10： ； 查教材表 11-4 取，故：

（2）校核弯曲强度，验算公式： 其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得

分度圆锥角

小齿轮当量齿数大齿轮当量齿数

齿形系数 查教材图 11-9得、分度圆直径

锥距

齿宽系数

平均模数

则：

满足弯曲强度。

11-15解（1）圆锥齿轮2的相关参数

分度圆直径分度圆锥角

平均直径 轴向力

（2）斜齿轮3相关参数 分度圆直径

轴向力

（3）相互关系 因 得：

（4）由题图可知，圆锥齿轮2的轴向力 指向大端，方向向下；斜齿轮3的轴向力 方向指向上，转动方向与锥齿轮2同向，箭头指向右。齿轮3又是主动齿轮，根据左右手定则判断，其符合右手定则，故斜齿轮3为右旋。

图11.6 题11-16 解图

篇7：西华大学机械设计基础习题部分答案

一、复习思考题

1、什么是运动副？运动副的作用是什么？什么是高副？什么是低副？

2、平面机构中的低副和高副各引入几个约束？

3、机构自由度数和原动件数之间具有什么关系？

4、用机构运动简图表示你家中的缝纫机的踏板机构。

5、计算平面机构自由度时，应注意什么问题？

二、填空题

1、运动副是指能使两构件之间既保持 接触。而又能产生一定形式相对运动的。

2、由于组成运动副中两构件之间的 形式不同，运动副分为高副和低副。

3、运动副的两构件之间，接触形式有 接触，接触和 接触三种。

4、两构件之间作 接触的运动副，叫低副。

5、两构件之间作 或 接触的运动副，叫高副。

6、回转副的两构件之间，在接触处只允许 孔的轴心线作相对转动。

7、移动副的两构件之间，在接触处只允许按 方向作相对移动。

8、带动其他构件 的构件，叫原动件。

9、在原动件的带动下，作 运动的构件，叫从动件。

10、低副的优点：制造和维修，单位面积压力，承载能力。

11、低副的缺点：由于是 摩擦，摩擦损失比 大，效率。

12、暖水瓶螺旋瓶盖的旋紧或旋开，是低副中的 副在接触处的复合运动。

13、房门的开关运动，是 副在接触处所允许的相对转动。

14、抽屉的拉出或推进运动，是 副在接触处所允许的相对移动。

15、火车车轮在铁轨上的滚动，属于 副。

三、判断题

1、机器是构件之间具有确定的相对运动，并能完成有用的机械功或实现能量转换的构件的组合。（）

2、凡两构件直接接触，而又相互联接的都叫运动副。（）

3、运动副是联接，联接也是运动副。（）

4、运动副的作用，是用来限制或约束构件的自由运动的。（）

5、螺栓联接是螺旋副。（）

6、两构件通过内表面和外表面直接接触而组成的低副，都是回转副。（）

7、组成移动副的两构件之间的接触形式，只有平面接触。（）

8、两构件通过内，外表面接触，可以组成回转副，也可以组成移动副。（）

9、运动副中，两构件联接形式有点、线和面三种。（）

10、由于两构件间的联接形式不同，运动副分为低副和高副。（）

11、点或线接触的运动副称为低副。（）

12、面接触的运动副称为低副。（）

13、任何构件的组合均可构成机构。（）

14、若机构的自由度数为 2，那么该机构共需 2 个原动件。（）

15、机构的自由度数应小于原动件数，否则机构不能成立。（）

16、机构的自由度数应等于原动件数，否则机构不能成立。（）

四、选择题

1、两个构件直接接触而形成的，称为运动副。a.可动联接； b.联接； c.接触

2、变压器是。a.机器； b.机构； c.既不是机器也不是机构

3、机构具有确定运动的条件是。a.自由度数目＞原动件数目； b.自由度数目＜原动件数目； c.自由度数目 原动件数目

4、图 1-5 所示两构件构成的运动副为。a.高副； b.低副

5、如图 1-6 所示，图中 A 点处形成的转动副数为 个。a.1； b.2； c.3

五、例解 1.图示油泵机构中，1 为曲柄，2 为活塞杆，3 为转块，4 为泵体。试绘制该机构的机构运动简图，并计算其自由度。解： 2.图示为冲床刀架机构，当偏心轮 1 绕固定中心 A 转动时，构件 2 绕活动中心 C 摆动，同时带动刀架 3 上下移动。B 点为偏心轮的几何中心，构件 4 为机架。试绘制该机构的机构运动简图，并计算其自由度。解：分析与思考：图中构件 2 与刀架 3 组成什么运动副？ 答：转动副。3.计算图 a 与 b 所示机构的自由度（若有复合铰链，局部自由度或虚约束应明确指出）。a）解：滚子 D 为局部自由度，E、F 之一为虚约束。F3n–2PL–Ph3×4–2×5–11 b）解：A 处为复合铰链 F3n–2PL–Ph3×5–2×6–12 分析与思考：当机构的自由度

2、而原动件数为 1 时，机构能有确定的运动吗？ 答：没有。4.计算图 a 与图 b 所示机构的自由度（若有复合铰链，局部自由度或虚约束应明确指出）a）解：滚子 C 为局部自由度，E 处为复合铰链。F3n–2PL–Ph3×8–2×11–11。b）解：齿轮 I、J 之一为虚约束，A 处为复合铰链 F3n–2PL–Ph3×8–2×10–22。5.计算图 a 与图 b 所示机构的自由度（若有复合铰链，局部自由度或虚约束应明确指出），并判断机构的运动是否确定，图中画有箭头的构件为原动件。a）解：A、B、C 处为复合铰链

F3n–2PL–Ph3×7–2×8–32。b）解：滚子 E 为局部自由度，滑块 H、I 之一为虚约束 F3n–2PL–Ph3×6–2×8–11，有确定运动。填空题答案

1、直接 几何联接

2、接触

3、点、线、面

4、面

5、点、线

6、绕

7、给定

8、运动

9、确定

10、容易 小 大

11、滑动 高副 低

12、螺旋

13、回转

14、移动

15、高判断题答案

1、√

2、×

3、×

4、√

5、×

6、×

7、√

8、√

9、×

10、×

11、×

12、√

13、×

14、√

15、×

16、√选择题答案

1、A

2、C

3、C

4、B

篇8：西华大学机械设计基础习题部分答案

信号及其描述习题

1.1求周期方波(图1-4)的傅立叶级数(复指数函数形式)。画出频谱图|Cn|―ω ;φn―ω 图并与表1-1对比。

??

解：傅立叶级数的复指数形式表达式：x(t)?

Ce

jn?n

0t

;n?0,?1,?2,?3,???

n????

式中： C1T?0?jn?t1??0T?jn??

? n?2TT0x(t)e0dt?0t2?jn?0tT?T0(?A)edt?Aedt?0?20??20?

T ??0

1?A0

?jn2

T?e?0t???1?Ae?jn?0t?0??jn?0??T0T?0??jn??0

2

?0

??jAjA1??jn?jn?

?

A

n??n??2e?e??jn?

?1?cosn?? ???j2A;n??1,?3,?5 ??,???

?n??0;

n??2,?4,?6,???所以： ?

??

x(t)??

??j2A?jn?0t;n??1,?3,?5,?7

n????n???e

,???幅值频谱：

C?22

2AnnR?CnI?;n??1,?3

n?

,?5,???相位频谱： ?2A???

C?????;n?1,3,5,???nI ?n?arctgC?arctg?

?????2nR0? ??????2;n??1,?3,?5,???

傅立叶级数的复指数形式的幅值频谱图和相位频谱都是双边频谱图。 1.2求正弦信号 x(t)=x0sinωt的绝对均值μ|x |和均方根值x rms

解：

?T1?

T02x2?

?x?limT??0x(t)dt?Tx0sin?tdt?0?;式中：T0?

00?

xrms?1?T0Tx2(t)dt?1?

T0?x0sin?dt?2

dt?x0

00T002

1.3求指数函数 x ( t) ? Ae ? ? t ; (? ? 0 ; t ? 0 ) 的频谱。 解：

X(f)????x(t)e?j2?ftdt??

??Ae??t?e?j2?ftdt?A

??0??j2?f1.4求符号函数(题图1-1a)和单位阶跃函数(题图1-1b)的频谱.

解:1) 符号函数的频谱:

??t令: x1(t)?limex(t);??0

X1(f)?x1(t)e?j2?ftdt

0??t????t

?j2?ft??lime(?1)edt?ee?j2?ftdt??? 0??0????

1?

j?f

2)单位阶跃函数的频谱: ??t

x(t)?limex(t);2 ??0

????t 1?j2?ft

X2(f)?x2(t)e?j2?ftdt?lim?dt??0ee?? ??0??j2?f

1.5求被截断的余弦函数cosω0t(题图1-2)的傅立叶变换。

?cos?0t;t?T x(t)??

t?T ?0;

解： ???T

?j2?ft

X(f)?x(t)edt?cos2?f0te?j2?ftdt ???T

?T1?j2?f0tj2?f0t?j2?ft

?e?eedt ?T2

?sin?(f?f0)2Tsin?(f?f0)2T?

?T???

?(f?f)2T?(f?f)2T00??

?T?sinc??1?sinc??2?

t

1.6求指数衰减振荡信号(见图1-11b)： x ( ? e ? ? sin ? 0 t ; ( ? ? 0 , t ? t)0 ) 的频谱 解： ?j2?ft????

?j2?ft

htTp://

??t

X(f)?x(t)edt?esin2?f0tedt

??0

??j

?e??t?e?j2?f0t?ej2?f0te?j2?ftdt 02

?j?11 ??????2??j2?(f?f)??j2?(f?f)00??

1.7设有一时间函数f(t)及其频谱(题图1-3所示)，现乘以余弦型振荡cosω0t ，(ω0>ωm)。

在这个关系中，函数f(t)叫做调制信号，余弦型振荡cosω0t叫做载波。试求调幅信号f(t)cosω0t的傅立叶变换。示意画出调幅信号及其频谱。又问：若ω0

?j2?ft

X(f)?x(t)edt??f(t)cos2?f0t??e?j2?ftdt ????

??

1

?

??

??

??

??

?

?

??

?

?

??

??

??

??f(t)?e?j2?f0t?ej2?f0t??e?j2?ftdt??

?2?11

??

当ω0

1.8求正弦信号x(t)=x0sin(ω0t+φ)的均值μx 和均方值φx2和概率密度函数p(x) 解：将x(t)=x0sin(ω0t+φ)写成(ω0t+φ)=arcsin(x(t)/ x0)

等式两边对x求导数： 1 dtx011

?? dx?22

?0x0?x2(t)0??x(t) ???x??

?0? 1?Tx?12?tp(x)?limlim?lim? ?x?0?x?T??T??x?0?xT??

2dt1??? 22Tdx?x0?x(t)

2.2用一个时间常数为0.35s的一阶装置去测量周期分别为1s，2s，5s的正弦信号，问幅值

误差将是多少?

解：H????

1j???1

1

?

1Y???? 0.35?j?1X??

1?0.7?????

7??

2

A????

?0.35?2

当T=1s时，A??1??0.41，即AY?0.41Ax，误差为59% 当T=2s时，A??2??0.67，误差为33% 当T=5s时，A??3??0.90，误差为8%

2.3求周期信号x?t??0.5cos10t?0.2cos100t?45，通过传递函数为H?s??

?

??

1

0.05s?1

的装置后所得到的稳态响应。

解： 利用叠加原理及频率保持性解题

x?t??0.5sin10t?90?0.2sin100t?45

?

?

????

A????

11???2

?

1?0.00?52

，??????arctg?0.005??

?1?10，A??1??1，???1??2.86?

x?t1??0.5?1?sin10t?90?2.86 ，

?

?

??

?2?100 ，A??2??0.89 ，???2???26.57?

y?t2??0.2?0.89?sin100t?26.57??45?

?y?t??0.5sin10t?87.14??(?0.178)sin100t?18.43?

2.7将信号cos?t输入一个传递函数为H?s??在内的输出y?t?的表达式。

解： x?t??cos??t??sin?t?90? H?s??

??

????

1

的.一阶装置后，试求其包括瞬态过程2s?1

??

11

，A????，???arctg????

2?s?1??? y?t??

1???2

sin?t?90??arctg????

??

=

1???2

cos??t?arctg???

2.8求频率响应函数

3155072

的系统对正弦输入

1?0.01j?1577536?176j???2

x?t??10sin?62.8t?的稳态响应的均值显示。

解： 写成标准形式 H????

j?j???12

a??n2

?2??nj???

2n

2

?1256?1

??2 ?

0.01j??1??2?2?1256?j??12562

∴ A????

1?62.8?0.012

?

1

2

?2

??62.8?2?1761??????

1256????1577536??

?1.69?0.99?1.7 对正弦波，ux?

A2

?

1.7?10

2

?12

241?n1.5

2.9试求传递函数分别为2和2的两个环节串联后组2222

S?1.4?nS??nS?1.4?nS??n

成的系统的总灵敏度(不考虑负载效应)

解： H????H1????H2??? H1????

1.53

?，S1?3

3.5S?0.57S?1

241?n

H2????2，S2?41 2

S?1.4?nS??n

S?S1?S2?3?41?123

2.10想用一个一阶系统作100Hz正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以内，则时间 单常数应去多少?若用该系统测试50Hz正弦信号，问此时的振幅误差和相角差是多少?

解： 由振幅误差

E?

|A0?AI|A

?1?0?1?A????5%

AIAI

∴ A????95% 即 A????

1???1

2

?95% ，

?2??100t2

?0.95，??5.23?10?4s

?4

?，且??5.23?10s时 当??2?f?2??50?100

A????

1

?5.23?10?100?

?4

2

?98.7%

∴ 此时振幅误差E1?1?98.7%?1.3% ??????arctg5.23?10?100???9.3

?4

?

??

2.11某力传感器可以作为二阶振荡系统处理。已知传感器的固有频率为800Hz，阻尼比

??0.14，问使用该传感器作频率为400Hz的正弦力测试时，其振幅比A???和相角差????

各为多少?若该装置的阻尼比可改为??0.7，问A???和????又将作何种变化?

解： 作频率为400Hz的正弦力测试时 A????

1

????1???????n

?

???

2

?????4?2?????n?

2

?

???

2

?

1

2

??400?2?400??2

???4??0.14????1??800800????????

2

?1.31

???2??????

n?? ??????arctg 2???1???????n?

?400?

2?0.14???

?800?

??arctg2

?400?1???

800??

??10.6 当阻尼比改为??0.7时 A????

?

1

2

??400?2?400??2

???4??0.7????1??800800????????

2

?0.97

?400?2?0.7???

800????43?

??????arctg2

?400?1????800?

即阻尼比变化时，二阶振荡系统的输出副值变小，同时相位角也变化剧烈，相位差变大。

2.12对一个可视为二阶系统的装置输入一单位阶跃函数后，测得其响应中产生了数值为1.5的第一个超调量峰值。同时测得其振荡周期为6.28s。设已知该装置的静态增益为3，试求该装置的传递函数和该装置在无阻尼固有频率处的频率响应。

解： 最大超调量

?????1?2???

????

M?e 即 ??

?1.5

?0.13

1??????1?ln1.5?

2

且 Td?

2?

?d

?6.28

2

∴ ?d??n???

2?

?1 6.28

11 ?n?

??

2

?

?0.132

?1.01 系统的传递函数 H?s??

Y?s?kXs?S

22?S

?2?

n

??1

n

?

3

S

2

?1.01?2?2?0.13?S1.01

?1

该装置在无阻尼固有频率处的频率响应 由H?j???

Y???X??K

?2 ??j??2??j??

???n??

??

?1n ?

K

???1???

??2j??

?2?n???n ∴ H?j?K3

n??

?? ??1??2

??????0.26j??????2j??n???

?n ?d为有阻尼固有频率 M=0.5，?2?

d?

T

?1 ???????? M?e???

2??

???

1?2

?0.215????lnM??

?1 ?2

d??n?? ，∴ ??d

n?

1.02

??

2

? S=3

∴H?s???2n

S2?2??2

?S nS??n

?1.04

S2

?0.44?S?1.04

?3 A??1n??

34?

2

??6.98 (???n时代入得)

A????

1

2?

,??????90? ????

n???arctg???2

y?t??6.98sin??1.02t???

?

2??

4.1解 ：?=2?m时，

单臂，U?R

y?4RU0 0

USg?R??y?

4R

U0

6U?2?120?2?10?y

*3?3?10?64?120

(V)双臂，U?R

y?

2RU0 0

USg?R??y?

2R

U0

2?120?2?10?6

U6y?2?120

*3?6?10?(V)

：?=?m时，

单臂，U?R

y?

4RU0 0

USg?R??y?

4R

U0

2?120?2000?10?6

Uy?*3?3?10?3(V)

4?120

双臂，Uy?

?R

U0 2R0

Sg?R??2R

U0

Uy?

2?120?2000?10?6

Uy?*3?6?10?3(V)

2?120

双臂的灵敏度比单臂的提高一倍。

4.4解：Uy?

?R

U0 R0

Sg?R??R

U0

Uy?

Uy?Sg?(Acos10t?Bcos100t)?Esin10000t

?Sg?AEcos10tsin10000t?Sg?BEcos100tsin10000t

11

SgAE(sin10010t?sin9990t)?SgBE(sin10100t?sin9900t)22

1100101001099909990

Uy(f)?jSgAE[?(f?)??(f?)??(f?)??(f?)]

42?2?2?2?1101001010099009900?jSgBE[?(f?)??(f?)??(f?)??(f?)]42?2?2?2??

4.5解：xa?(100?30cos?t?20cos3?t)(cos?ct)

?100cos2000?t?30cos1000?tcos2000?t?20cos3000?tcos2000?t?100cos2000?t?15(cos3000?t?cos1000?t)?10(cos5000?t?cos1000?t)

Xa(f)?50[?(f?10000)??(f?10000)]?7.5[?(f?10500)??(f?10500)]

?7.5[?(f?9500)??(f?9500)]?5[?(f?11500)??(f?11500)]?5[?(f?8500)??(f?8500)]4.10 解：H(s)?

111

???3 ?s?1RCs?110s?1

H(?)?

1

10?3

j??1

A(?)?

11?(??)

2

?

?(10?3

?)

?(?)??arctan(??)??arctan(10?3?)

Uy?10A(1000)sin(1000t??(1000))?10?0.707sin(1000t?450)?7.07sin(1000t?450

)

4.11 解：A(?)?

1?(??)

2

?(?)??arctan(??) 1

??10时，

A(10)?

?(0.05?10)

?0.816

?(10)??arctan(0.05?10)?26.56?

)?

1

??100时，

A(100?(0.05?100)

?0.408

?(100)??arctan(0.05?100)?78.69?

y(t)?0.5?0.816cos(10t?26.56?)?0.2?0.408cos(100t?45??78.69?)?0.408cos(10t?26.56?

)?0.0816cos(100t?33.69?

)

5.1 t)???

e??th(;(t?0,??0) ?0;(t?0)

R??

x(?)??h(t)?h(t??)dt????

e??te??(t??)??

dt

????

?e

????

e

?2?t

dt?

e2?

5.2 x(t)?A1sin(?1t??1?

?

2

)?A2sin(?2t??2?

?

2

)

由同频相关，不同频不相关得：

2A2Rx(?)?cos?1??cos?2? 22A12

4?5.3：由图可写出方波的基波为x1(t)??sin(?t?2)

Rxy(?)?2

?cos(????

2)

5.4: Sxy(f)?H(f)Sx(f)

H(f)?Sxy(f)/Sx(f)

Sxy(f)?F[Rxy(?)]

Sx(f)?F[Rx(?)]?F[Rxy(??T)]?F[Rj?T

xy(?)]e

H(f)?e?j?T

5.5:见图5-16

5.6:由自相关函数的性质可知:

?2

x?Rx(0)?Acos0?A

x2

rms?x?A

5.7:由对称性性质:

F{sinc2(t)}?1 f??

2?f??

2

?

?2

(t)dt?

??sinc2???df?? ?

2