第五版 机械设计基础118章答案(全)由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“第一章机械设计基础”。
机械设计基础习题答案
第一章 平面机构的自由度和速度分析
1-1至1-4解 机构运动简图如下图所示。
图 1-1 题1-1解图
图1.12 题1-2解图
图1.13 题1-3解图
图1.14 题1-4解图
1-5 解
1-6 解
1-7 解
1-8 解
1-9 解
1-10 解
1-11 解
1-14解 该正切机构的全部瞬心如图所示，构件 3的速度为：，方向垂直向上。
第二章 平面连杆机构
题 2-1答 : a）b）c）d）
题 2-3 见图 2.16。，且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。，且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。，不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。，且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。
图 2.16
题 2-4解 :（1）由公式，并带入已知数据列方程有：
因此空回行程所需时间
（2）因为曲柄空回行程用时 转过的角度为，；
因此其转速为： 题 2-5
转 / 分钟
解 :（1）由题意踏板
在水平位置上下摆动，就是曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置，此时曲柄与连杆处于两次共线位置。取适当比例 图 尺，作出两次极限位置 和 解得 ：（见图2.17）。由图量得：。
由已知和上步求解可知：，，和
代入公式（2）因最小传动角位于曲柄与机架两次共线位置，因此取（2-3）计算可得：
或：
代入公式（2-3）′，可知
题 2-6解： 因为本题属于设计题，只要步骤正确，答案不唯一。这里给出基本的作图步骤，不给出具体数值答案。作图步骤如下（见图 2.18）：
（1）求（2）作（3）以（4）作 在图上量取，为底作直角三角形的外接圆，在圆上取点，和机架长度
；并确定比例尺。
。（即摇杆的两极限位置），即可。，摇杆长度。
。则曲柄长度
。在得到具体各杆数据之后，代入公式（2 — 3）和（2-3）′求最小传动 角，能满足
即可。
图 2.18 题 2-7
图 2.19
解 : 作图步骤如下（见图 2.19）：
（1）求（2）作（3）作，顶角，；并确定比例尺。
。的外接圆，则圆周上任一点都可能成为曲柄中心。
相距，交圆周于。解得 ：
点。（4）作一水平线，于（5）由图量得 曲柄长度：
连杆长度：
题 2-8
解 : 见图 2.20，作图步骤如下：
（1）（2）取，选定。，作
和。
（3）定另一机架位置：（4），角平分线。
杆即是曲柄，由图量得 曲柄长度：
题 2-9解： 见图 2.21，作图步骤如下：
（1）求，作，与，，由此可知该机构没有急回特性。
。（即摇杆的两极限位置）
点。
和机架长度
。（2）选定比例尺（3）做（4）在图上量取 曲柄长度：
交于
连杆长度：
第三章 凸轮机构
3-1解
图 3.10 题3-1解图 如图 3.10所示，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过B点作偏距圆的下切线，此线为
凸轮与从动件在B点接触时，导路的方向线。推程运动角 3-2解
如图所示。
图 3.12 题3-2解图 如图 3.12所示，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过D点作偏距圆的下切线，此线为
凸轮与从动件在D点接触时，导路的方向线。凸轮与从动件在D点接触时的压力角图所示。
如第四章 齿轮机构
4-1解
分度圆直径
齿顶高
齿根高
顶 隙
中心距
齿顶圆直径
齿根圆直径
基圆直径
齿距
齿厚、齿槽宽
4-2解由
分度圆直径
4-3解 由
可得模数
得
4-4解
分度圆半径
分度圆上渐开线齿廓的曲率半径
分度圆上渐开线齿廓的压力角
基圆半径
基圆上渐开线齿廓的曲率半径为 0；
压力角为。
齿顶圆半径
齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径
齿顶圆上渐开线齿廓的压力角
4-5解
正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿根圆直径：
基圆直径
假定
故当齿数，基圆小于 齿根圆。则解
得
时，正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆大于齿根圆；齿数
4-6解
中心距
内齿轮分度圆直径
内齿轮齿顶圆直径
内齿轮齿根圆直径
4-9解 模数相等、压力角相等的两个齿轮，分度圆齿厚
相等。但是齿数多的齿轮分度圆直径
大，所以基圆直径就大。根据渐开线的性质，渐开线的形状取决于基圆的大小，基圆小,则渐开线曲率
大,基圆大，则渐开线越趋于平直。因此，齿数多的齿轮与齿数少的齿轮相比，齿顶圆齿厚和齿根圆齿 厚均为大值。
第五章 轮系
5-1解： 蜗轮 2和蜗轮3的转向如图粗箭头所示，即
和。
图 5.图5.2
5-2解： 这是一个定轴轮系，依题意有：
齿条 6 的线速度和齿轮 5 ′分度圆上的线速度相等；而齿轮 5 ′的转速和齿轮 5 的转速相等，因此有：
通过箭头法判断得到齿轮 5 ′的转向顺时针，齿条 6 方向水平向右。
5-3解：秒针到分针的传递路线为： 6→5→4→3，齿轮3上带着分针，齿轮6上带着秒针，因此有。
分针到时针的传递路线为： 9→10→11→12，齿轮9上带着分针，齿轮12上带着时针，因此有：。
图 5.3图5.4
5-4解： 从图上分析这是一个周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2为行星轮，构件 为行星架。则有：
∵，∴，∴
当手柄转过 相同。，即 时，转盘转过的角度，方向与手柄方向5-5解： 这是一个周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2、2′为行星轮，构件 行星架。
为则有：
∵，∴
∴
传动比 为10，构件
与的转向相同。
图 5.5
图5.6
5-6解： 这是一个周转轮系，其中齿轮 1为中心轮，齿轮2为行星轮，构件
为行星架。
则有：
∵ ∵，∴ ∴
图 5.8
图5.8
为5-8解： 这是一个周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2、2′为行星轮，行星架。
∵，∴ ∴
与
方向相同
为行星5-9解： 这是一个周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2、2′为行星轮，架。
∵设齿轮 1方向为正，则，∴ ∴
与
方向相同
图 5.9
5-11解： 这是一个混合轮系。其中齿轮4、5、6、7和由齿轮3引出的杆件组成周转轮系，其中齿轮4、7为中心轮，齿轮5、6为行星轮，齿轮3引出的杆件为行星架
。而齿轮1、2、3组成定轴轮系。在周转轮系中：（1）
在定轴轮系中： 又因为：，（2）
联立（1）、（2）、（3）式可得：（1）当，时，的转向与齿轮1和4的转向相同。
（2）当（3）当的转向与齿轮1 和4的转向相反。
时，时，图 5.1
1第九章 机械零件设计概论
9-1答 退火：将钢加热到一定温度，并保温到一定时间后，随炉缓慢冷却的热处理方法。主要用来消除内应力、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。
第十章 连接
10-1证明 当升角当 与当量摩擦角
符合时，螺纹副具有自锁性。
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
中径，细牙，螺距，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。
10-4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，该梯形螺旋副不具有自锁性，欲使工作台在载荷
作用下等速下降，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
第十一章 齿轮传动
11-1 解 1）由公式可知：
轮齿的工作应力不变，则 则，若
之间的关系：，该齿轮传动能传递的功率
与其当量齿数 11-6解 斜齿圆柱齿轮的齿数
（1）计算传动的角速比用齿数。
选盘形铣刀刀号。（2）用成型法切制斜齿轮时用当量齿数（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 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
第十二章 蜗杆传动
12-1解 ：从例 12-1已知的数据有：，中心距蜗轮的分度圆直径：
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：，，，因此可以求得有关的几何尺寸如下：
蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距： 径向间隙：
12-2 解 ：（1）从图示看，这是一个左旋蜗杆，因此用右手握杆，四指 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 12-2所示。，大拇指，图12.2
12-3 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。
图 12.4
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
由于蜗杆转了 即： 可得：
转，因此应有：
焦耳。
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：
第十三章 带传动和链传动
13-1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）
= =
第十四章 轴
14-1解 I 为传动轴，II、IV 为转轴，III 为心轴。
14-2解
圆整后取 d=37 mm。
14-3解
14-4解
按弯扭合成强度计算，即：
代入数值计算得：。
第十五章 滑动轴承
15-1答 滑动轴承按摩擦状态分为两种：液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承。
液体摩擦滑动轴承：两摩擦表面完全被液体层隔开，摩擦性质取决于液体分子间的粘性阻力。根据油膜形成机理的不同可分为液体动压轴承和液体静压轴承。
非液体摩擦滑动轴承：两摩擦表面处于边界摩擦或混合摩擦状态，两表面间有润滑油，但不足以将两表面完全隔离，其微观凸峰之间仍相互搓削而产生磨损。
第十六章 滚动轴承
16-1解 由手册查得6005 深沟球轴承，窄宽度，特轻系列，内径，普通精度等级（0级）。主要承受径向载荷，也可承受一定的轴向载荷；可用于高速传动。
N209/P6 圆柱滚子轴承，窄宽度，轻系列，内径，6级精度。只能承受径向载荷，适用于支承刚度大而轴承孔又能保证严格对中的场合，其径向尺寸轻紧凑。
7207CJ 角接触球轴承，窄宽度，轻系列，内径，接触角,钢板冲压保持架，普通精度等级。既可承受径向载荷，又可承受轴向载荷，适用于高速无冲击, 一般成对使用，对称布置。
30209/P5 圆锥滚子轴承，窄宽度，轻系列，内径，5级精度。能同时承受径向载荷和轴向载荷。适用于刚性大和轴承孔能严格对中之处，成对使用，对称布置。16-2解 室温下工作查教材附表 1，（1）当量动载荷
；载荷平稳
时，球轴承
在此载荷上，该轴承能达到或超过此寿命的概率是 90%。（2）当量动载荷
时
16-3解 室温下工作
；载荷平稳，球轴承
当量动载荷
查教材附表1，可选用轴承6207（基本额定动载荷 16-4解（1）计算当量动载荷
查手册，6313的，）。
，查教材表16-12，并插值可得
当量动载荷，所以，（2）计算所需基本额定动载荷 查教材表 16-9，室温下工作
；查教材表16-10有轻微冲击，球轴承
因所需的，所以该轴承合适。
已接近，暂选的角接触轴承类型16-6解（1）按题意，外加轴向力
70000AC。
（2）计算轴承的轴向载荷(解图见16.4b)由教材表 16-13查得，轴承的内部派生轴向力，方向向左，方向向右
因
轴承 1被压紧
轴承 2被放松（3）计算当量动载荷
查教材表 16-12，，查表16-12得，查表16-12得，（3）计算所需的基本额定动载荷
查教材表 16-9，常温下工作，球轴承时，；并取轴承1的当量动载荷为计算依据
；查教材表16-10，有中等冲击，取；
查手册，根据 动载荷）。
16-7 根据工作要求，选用内径 轴的转速，运转条件正常，预期寿命
解 正常条件下，当量动载荷；
；滚子轴承，试选择轴承型号。的圆柱滚子轴承。轴承的径向载荷，和轴颈，选用角接触球轴承7308AC合适（基本额定
查手册，根据）。
和轴颈，选用圆柱滚子轴承N310（基本额定动载荷
第十七章 联轴器、离合器和制动器
17-1解 1）选择型号：因此类机组一般为中小型，所需传递的功率中等，直流发电机载荷平稳，轴的弯曲变形较小，联接之后不再拆动，故选用传递转矩大、结构简单的固定式刚性联轴器，如凸缘联轴器。
2）按传递最大功率
求计算转矩
转矩。
。则计算转矩
由教材表 17-1查得，当工作机为发电机时的工作情况系数
根据计算转矩、轴的转速 GB5843-1986铰制孔型凸缘联轴器 YL9。其许用转矩为
。其
他主要尺寸：螺栓孔中心所在圆直径，6只M10 螺栓。、外伸轴直径d=45mm查手册，可用标准，许用最大转速
第十八章 弹簧
18-1解 1）弹簧丝最大剪应力取 质查教材表18-1得故
由式（18-2）可解得最大工作载荷
时对应着最大工作载荷
由弹簧的材料、载荷性。
；由弹簧丝直径 查教材表18-2得
将，及由教材图18-6查得
代入上式，得
在 作用下的变形量
即为最大变形量，由式（18-4）得
2）采用端部磨平结构时，设两端各有3/4圈并紧，其有效圈数为
圈
则其并紧高度
将 代入自由高度计算式，得其自由高度
3）验算稳定性
符合稳定性要求。
