第10章 机械设计基础答案及课件
机械设计基础第10章
重点：外啮合标准渐开线直齿圆柱齿轮传动的基本理论、传 动设计及强度计算。 难点：啮合特性、受力分析、设计计算公式的运用。
10.1 齿轮传动的特点和基本类型
特点：
传动动力大，效率高 寿命长，工作平稳，可靠性高
能保证恒定的传动比，能传递任意夹角两轴间的运动 制造、安装精度要求较高，因而成本也较高 不宜作轴间距离过大的传动
10.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮主要参数及几何尺寸计算
10.3.1 齿轮各部分的名称和符号
10.3.1 齿轮各部分的名称和符号
齿顶圆——齿顶所确定的圆，其直径用da 表示。
– 齿槽——相邻两齿之间的空间。
– 齿根圆——齿槽底部所确定的圆，其直径用df 表示。
– 齿厚——在齿轮任意直径dK的圆周上，轮齿两 侧齿廓间的弧长，用sK表示；
n)v
基圆齿厚
sbsrrb2rb(i nv bi nv)
mcos(zinv)
2
公法线长度
W k(k1)pbsb
10.3.2 基本参数及几何尺寸运算
采用标准模数，齿形角，齿顶高系数，顶隙系数 ，分度圆齿厚等于齿槽宽的渐开线直齿圆柱齿轮称为标 准直齿圆柱齿轮，简称标准直齿轮。
1)标准齿轮的压力角α =200 2)齿数 Z 3) 模数 m 4)齿顶高系数 ha* =1 5)顶隙系数 c* =0.25
标准c齿 * 0.25短齿 c*0.3
c=c*
全齿 hha高 hf 2.2m 5
(5)齿顶圆、齿根圆
齿顶圆：齿顶圆柱面与端
平面的交线。其直径称为
齿顶圆直径。用da、ra
表示。
ra
rf
正常标准齿轮计算公式：
haha*mm
dad2ha
《机械设计基础》第3版课件 第10章 间歇运动机构 第十章 间歇运动机构习题解答
答：（1）
（2）
10-7外槽轮机构中，已知槽轮槽数Z=6，拨盘圆销k=2，若圆销转速为30r/min，求槽轮在一个工作循环内的运动时间 和静止时间 。
答：
10-5图10-16所示为自行车后轴上的内啮合齿式棘轮机构。当脚蹬踏板时，链轮1和链条2带动链轮3顺时针转动，链轮3内圈有棘齿，棘爪4推动后轮轴5转动，驱使自行车前行。试分析当脚不蹬踏板时，自行车是如何实现超越运动的？
图10-16自行车后轴上的内啮合齿式棘轮机构
答：如果在骑行中双脚不动，即棘轮相对不动，但车轮照样带着棘爪转动（棘爪在棘轮齿面滑过），这就是超越转动的作用。
第十章间歇运动机构习题解答
10-1指出有哪些机构能够实现间歇运动？
答:常用的间歇运动机构有：棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮式间歇机构。
10-2棘轮机构和槽轮机构各有何特点？各应用于什么场合？
答：棘轮机构结构简单，易于制造，转角大小改变较方便，但传动的动力不大，且传动平衡性差，只适应于转速不高的场合，如各种机床和自动机床的进给机构中。槽轮机构结构简单，制造方便，工作可靠，机械效率高，而且转位迅速平稳，因此在自动机械中应用广泛。但其转角不能调节，转角不能太小，而且在起动和停止的瞬间有冲击。转速越高，槽数愈少，冲击愈剧烈，所以不宜用于高速场合。
10-3棘轮机构调节其转角大小和转向的方法有那些？
答：棘轮机构转角的调节方法有改变摇杆摆角大Hale Waihona Puke 和在棘轮上加遮板。转向的调节可以采用
双向式棘轮机构。
10-4轮机构的运动系数的物理意义是什么？为什么运动系数必须大于零而小于1？
陈立德版机械设计基础第10、11章课后题答案
第十章齿轮传动10.1渐开线性质有哪些？答：（1）发生线在基圆上滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长，即NK二NA。
（2）因为发生线在基圆上作纯滚动，所以它与基圆的切点N就是渐开线上K点的瞬时速度中心，发生线NK就是渐开线在K点的法线，同时它也是基圆在N点的切线。
（3）切点N是渐开线上K点的曲率中心，NK是渐开线上K点的曲率半径。
离基圆越近，曲率半径越少。
（4）渐开线的形状取决于基圆的大小。
基圆越大，渐开线越平直。
当基圆半径无穷大时，渐开线为直线。
（5）基圆内无渐开线。
10.2何谓齿轮中的分度圆？何谓节圆？二者的直径是否一定相等或一定不相等？答：分度圆为人为定的一个圆。
该圆上的模数为标准值，并且该圆上的压力角也为标准值。
节圆为啮合传动时，以两轮心为圆心，圆心至节点p的距离为半径所作的圆。
标准齿轮采用标准安装时，节圆与分度圆是相重合的；而采用非标准安装，则节圆与分度圆是不重合的。
对于变位齿轮传动，虽然齿轮的分度圆是不变的，但与节圆是否重合，应根据具体的传动情况所决定。
10.3在加工变位齿轮时，是齿轮上的分度圆与齿条插刀上的节线相切作纯滚动，还是齿轮上的节圆与齿条插刀上的分度线相切作纯滚动？答：是齿轮上的分度圆与齿条插刀上的节线相切。
10.4为了使安装中心距大于标准中心距，可用以下三种方法：（1）应用渐开线齿轮中心距的可分性。
（2）用变位修正的直齿轮传动。
（3）用标准斜齿轮传动。
试比较这三种方法的优劣。
答：（1 ）此方法简易可行，但平稳性降低，为有侧隙啮合，所以冲击、振动、噪声会加剧。
（2）采用变位齿轮传动，因a a，所以应采用正传动。
可使传动机构更加紧凑，提高抗弯强度和齿面接触强度，提高耐磨性，但互换性变差，齿顶变尖，重合度下降也较多。
（3）采用标准斜齿轮传动，结构紧凑，且进入啮合和脱离啮合是一个逐渐的过程，传动平稳，冲击、噪声小，而斜齿轮传动的重合度比直齿轮大，所以传动平稳性好。
10.5 —渐开线齿轮的基圆半径r b=60mm，求（1）h=70mm时渐开线的展角不，压力角:K以及曲率半径；（2）压力角=20时的向径r、展角二及曲率半径‘。
机械设计基础chapter 10
第十章 机械的平衡10-1图示为一滚筒，在轴上装有带轮。
现已测得带轮有一偏心质量m1=1kg ；另外，根据该滚筒的结构，知其具有两个偏心质量m2=3kg ，m3=4kg ，各偏心质量的位置如图所示（长度单位为mm ）。
若将平衡基面选在滚筒的端面，两平衡基面中平衡质量的回转半径均取为400mm ，试求两平衡质量的大小和方位。
若将平衡基面Ⅱ改选为带轮的中截面，其它条件不变，两平衡质量的大小和方位作何变化？题10-1 题10-210-2如图所示为一个一般机器转子，已知转子的质量为15kg 。
其质心至两平衡基面Ⅰ及Ⅱ的距离分别为l1=100mm ，l2=200mm ，转子的转速为n=3000r/min ，试确定在两个平衡基面Ⅰ及Ⅱ内的许用不平衡质径积。
当转子转速提高到6000r/min 时，许用不平衡质径积又各为多少？10-3 在图示的盘形转子中，有四个偏心质量位于同一回转平面内，其大小及回转半径分别为m1=5kg ，m2=7kg ，m3=8kg ，m4=6kg ；r1=r4=100mm ，r2=200mm ，r3=150mm ，方位如图所示。
又设平衡质量m 的回转半径r=250mm ，试求平衡质量m 的大小及方位。
10-4 在图示的转子中，已知各偏心质量m1=10kg ，m2=15kg ，m3=20kg ，m4=10kg ；它们的回转半径分别为r1=300mm ，r2=r4=150mm ，r3=100mm ，又知各偏心质量所在的回转平面间的距离为l1=l2=l3=200mm ，各偏心质量间的方位角为α1120= ，α260= ，α390= ，α430= 。
若置于平衡基面I 及II 中的平衡质量mI 和mII 的回转半径均为400mm ，试求mI 及mII 的大小和方位。
题10-3 题 10-4。
机械设计基础习题解答第10章
第10章
10.1 简述蜗杆传动的特点。
答：1. 传动比大，结构紧凑。
2. 传动平稳，无噪音。
3. 具有自锁性。
4．蜗杆传动效率低。
5. 发热量大，齿面容易磨损，成本高。
10.2 蜗杆传动的传动比等于蜗轮与蜗杆分度圆直径之比吗？
答：对于减速蜗杆传动，传动比：
答：为了限制滚刀数目和有利于滚刀标准化，以降低成本。
因为切削蜗轮的滚刀不仅与蜗杆模数和压力角一样，而且其头数和分度圆直径还必须与蜗杆的头数和分度圆直径一样，即同一模数蜗轮将需要有许多把直径和头数不同滚刀。
10.4 蜗杆传动最主要失效形式是蜗轮轮齿折断吗？
答：由于蜗杆传动中的相对速度较大，效率低，发热量大，所以蜗杆传动的主要失效形式是蜗轮齿面胶合、点蚀及磨损。
10.5 蜗杆轴向力的方向与螺旋线旋向有关，与转向无关，对吗？
答：根据蜗杆的转动方向和螺旋线旋向，用左、右手定则判断。
当蜗杆的螺旋线为右旋时，则使用右手定则判断，四个手指顺着蜗杆转动方向，拇指与蜗杆轴线一致，其方向即蜗杆轴向力方向，也是蜗轮转动方向。
10.6 标出下图中未标注的蜗杆和蜗轮的旋向及转向，并标出各自的三个分力的方向。
《机械设计基础》习题答案 国防出版 第10章
习题1010-1 仔细观察自行车，写出下列各处采用什么联接，（1）车架各部分；（2）脚踏轴与曲拐；（3）曲拐与链轮；（4）曲拐与中轴；（5）车轮轴与车架。
答：（1）焊接；（2）螺纹联接；（3）成形联接；（4）成形联接或销联接；（5）螺纹联接 10-2 螺栓联接、螺柱联接、螺钉联接、紧定螺钉联接四种联接的结构特点有什么不同？各用于什么场合？答：1.螺栓联接。
普通螺栓联接的通孔为过孔，加工精度低，被联接件不切制螺纹，用于能从被联接件两边进行装配的场合，使用不受被联接件材料的限制，构造简单，装拆方便，成本低，应用最广。
铰制孔螺栓联接，螺栓杆与孔之间紧密配合，有良好的承受横向载荷的能力和定位作用。
2.双头螺柱联接。
双头螺柱的两端都有螺纹，其一端紧固地旋入被联接件之一的螺纹孔内，另一端与螺母旋合而将两被联接件联接。
用于被联接件之一太厚不便穿孔或受结构限制而不能用螺栓联接且需经常装拆的场合。
3.螺钉联接。
不用螺母，直接将螺钉拧入被联接件之一的螺纹孔内，应用与双头螺栓联接相似，但不能用在经常装拆或受力太大的场合。
4.紧定螺钉联接。
将紧定螺钉旋入零件的螺纹孔中，并以其末端顶住另一零件的表面或嵌入相应的凹坑中，以固定两个零件的相对位置，并传递不大的力或扭矩。
10-3 在实际应用中，绝大多数螺纹联接都要预紧，预紧的目的是什么？答：预紧的目的是增加联接刚度、紧密性和提高防松能力。
10-4 某圆柱形压力容器的端盖采用八个M20的普通螺栓联接。
已知工作压力p =3MPa ，螺栓位于D 0=280 mm 的圆周上，试问该联接的紧密性是否满足要求？ 解：计算螺栓间距 9.1098280ππ0=⨯==Z D t mm 查表10-7，p =3 MPa ，t 0＜4.5d =4.5×20=90 mm ，因此，不能慢紧密性的要求。
10-5 选择某机床中电动机轴与带轮间的平键联接。
已知电动机的功率P =7.5 kW ，转速n 1=1 450 r/min ，轴径d =38 mm ，铸铁带轮，轮毂长85 mm ，载荷有轻微冲击。
机械制图第10章答案ppt课件
10-6 标注尺寸(数值按1:1由图中量取，取整数）。
⑴
⑵
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10-7 标注尺寸(数值按1:1由图中量取，取整数）。
⑴
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10-8 标注尺寸(数值按1:1由图中量取，取整数）。
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⑵
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10-1 找出图中尺
1
10-2 标注尺寸(数值按1:1由图中量取，取整数）。
⑴
⑵
⑶
⑷
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2
10-3 分析图中的尺寸标注，回答下列问题。
⒈ A面是 高 度方向的尺寸基准。 B面是 长 度方向的尺寸基准。 C面是 宽 度方向的尺寸基准。
⒉ 主视图上φ10圆孔的定位尺寸是
22 、
37 。
俯视图上φ14圆孔的定位尺寸是 25 。
左视图上φ10圆孔的定位尺寸是 10 。
⒊精物选体课的件总体尺寸是：长
55 、宽
40 、高 52 。 3
10-4 标注尺寸(数值按1:1由图中量取，取整数）。
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10-5 标注尺寸(数值按1:1由图中量取，取整数）。
⑴
⑵
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机械设计基础 第10章 轴承(包含动画)
学习目标 目前，国内轴承和国外优质轴承在品质上还有明显差距，是 哪些因素造成了这个差距？
补充概述
轴承是支承轴颈的部件，有时也用来支承轴上的回转零 件，如行星齿轮系中的行星轮和带传动中的张紧轮等。
根据轴承中摩擦性质的不同，轴承可分为滑动摩擦轴 承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两 大类。
滚动轴承的套圈和滚动体一般采用轴承钢制造，淬火硬 度达到HRC61～65，工作表面经过磨削抛光。
滚动轴承的类型、结构和特点
二、滚动轴承的类型及特点 1. 结构特性 ➢ 游隙
游隙大小对轴 承的寿命、噪 声、温升等有 很大影响，应 按使用条件进 行合理选择和 调整。
滚动轴承的类型、结构和特点
➢ 接触角 滚动体与外圈滚道接触点的法线与轴承径向平面（端面）
➢ 按滚动体的列数，轴承可分为单列、双列及多列轴承。
➢ 按工作时能否自动调心，轴承可分为刚性轴承和调心 轴承。
滚动轴承的类型、结构和特点 2. 滚动轴承的分类
➢ 按可承受的外载荷分类：向心轴承、推力轴承、向 心推力轴承；
夹角α叫作轴承的接触角；夹角β叫作载荷角。
滚动轴承的类型、结构和特点
3. 滚动轴承的基本类型和特性 在实际应用中，滚动轴承的结构形式有很多。作为标 准的滚动轴承，在国家标准中分为13类，其中，最为 常用的轴承大约有下列6类:
偏 斜 角
滚动轴承的类型、结构和特点
滚动轴承的类型、结构和特点
2. 滚动轴承的分类 ➢ 按滚动体的形状，轴承可分为球轴承和滚子轴承两种 类型。 球轴承的滚动体和套圈滚道为点接触，负荷能力低、 耐冲击性差，但摩擦阻力小，极限转速高，价格低廉。 滚子轴承的滚动体与套圈滚道为线接触，负荷能力高、 耐冲击，但摩擦阻力大，价格也比较高。
机械设计基础第10 章 螺纹连接与螺旋传动答案
第10 章 螺纹连接与螺旋传动四、简答题2.螺纹为什么要防松？防松方法有哪些？各适用于什么场合？答：用于联接的普通螺纹一般都具有自锁性，在静载荷作用下不会自动松脱。
但在（1）冲击、振动或变载荷下，螺纹副和支承面间的磨擦力会下降；（2）在温度变化中，联接件与被联接件之间的温度变形有差异，或发生蠕变，使预紧力或摩擦力减小，甚至松脱。
因此在设计时就应注意螺纺联接的防松问题。
防松的根本问题是阻止螺纹副的相对转动。
具体防松措施有三种：（1）摩擦防松（弹簧垫圈、双螺母、尼龙圈锁紧螺母等）；（2）机械防松（开口销与槽形螺母、止动热圈等）；（3）破坏性防松（冲击、粘合等）。
机械防松和摩擦防松称为可拆卸防松，而破坏性防松称为不可拆卸防松。
五、计算题2．用两个10M 的螺钉固定一牵曳钩，若螺钉材料为Q235，装配时控制预紧力，接合面磨擦系数15.0=f ，求其允许的牵曳力。
、解：解 查教材表10-6得 Q235的屈服极限MPa S 235=σ，查教材表10-6得，当控制预紧力时，取安全系数3.1=S 由许用应力 MPa S S 1813.1235][===σσ查教材表10-1得 10M 的小径mm d 376.81= 由公式[]σπσ==4/3.121d F a e 得 预紧力 N d F a76683.14376.81813.14/][221=⨯⨯⨯==ππσ由题图可知1=m ，螺钉个数2=z ，取可靠性系数3.1=C 牵曳力 N Cmf zF F a 17703.115.0176682=⨯⨯⨯==3.两根梁用8个6.8级普通螺栓与两块钢盖板相联接，梁受到的拉力kN 40=F ，摩擦系数15.0=f ，控制预紧力。
试确定所需螺栓直径。
FF解：已知螺栓数目8z =，结合面数2m =,取防滑系数 1.2f k =,则螺栓所需预紧力F’为1.240000'20000..0.1582t K F F N z m μ⨯===⨯⨯查表10-6得240s Mpa σ=，安全系数 1.3s S =，则得[]240/1.3184.6S s S Mpa σσ===所需螺栓直径：14 1.32000013.4184.6d mm π⨯⨯==⨯圆整后得螺栓尺寸16d mm =,故螺纹为M16.4.图示的凸缘联轴器，材料为HT200，用8个M16的螺栓联接，螺栓性能等级为8.8级。
机械设计基础第10章课后答案
第十章 联接
10-1 螺纹的主要类型有哪几种？
[解] 类型：矩形螺纹、三角螺纹（普通）、梯形螺纹和锯齿螺纹。
10-2 螺纹联接的种类有哪些？
[解] 类型：螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接和紧定螺钉连接。
10-3螺纹的主要参数有哪几种？
[解] 螺纹的主要参数：（1）大径d （D ）；（2）小径d 1（D 1）；（3）中径d 2(D 2)；（4）螺距p ；
(5)导程s ；（6）螺纹升角；（7）牙型；（8）牙型斜角；（9）螺纹牙的工作高度h 。
螺距和导程的关系： s=np ； 单线时相等。
10-4 螺纹联接常用的防松方法有哪几种？它们防松的原理是怎么样的？
[解] 防松方法：摩擦防松、机械防松、破坏纹副的防松。
防松原理都是防止螺旋副相对转
动。
10-5受拉伸载荷作用的紧螺栓联接中，为什么总载荷不是预紧力和拉伸载荷之和？
[解] 因为螺栓和被联接件都是弹性体。
10-6 螺纹副的效率与哪些因素有关？为什么多线螺纹多用于传动，普通三角螺纹主要用于联接，而梯形、矩形、锯齿形螺纹主要用于传动？
[解] 与线数、螺距和当量摩擦角有关。
因数越多，效率越高。
当量摩擦角v ρ，在摩擦系数一定的情况下，牙型斜角β越大，则当量摩擦角v ρ越大，效率越低，自锁性能越好，所以在螺旋传动中，为了提高效率，采用牙型斜角β小的螺纹，如矩形螺纹、梯形螺旋传动中，为了提高效率，采用了提高自锁性能，应采用牙型斜角大的螺纹，如三角形螺纹。
10-7 螺纹副的自锁条件是什么？
[解] 螺纹副的自锁条件为 v λρ≤。
机械设计基础课后习题答案第10章
机械设计基础课后习题答案第10章第一篇：机械设计基础课后习题答案第10章10-1证明当升角与当量摩擦角符合时，螺纹副具有自锁性。
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。
【机械设计基础】课件第10章
第十章:连接连接:连接是连接件与被连接件的组合。
被连接件:泛指各类非标零件。
连接件:又称紧固件。
螺栓、螺母、销、铆钉等。
大部分为标准件。
其它连接方式:利用分子结合力组成的焊接和粘接等。
连接与运动副的区别:运动副——两个构件的可动连接本章的连接→ 指固定连接形式。
各零件之间不能产生相对运动。
例:轴与轴上零件、连杆、箱体与箱盖等。
连接的类型:可拆连接:允许多次装拆,不影响使用性能。
螺纹、键等连接。
不可拆连接:必须损坏连接件或被连接件才能拆开。
焊接、铆接、胶粘接等。
本章研究可拆卸的固定连接。
10.1 螺纹的形成及主要参数一 . 螺旋线的形成及类型一条倾斜直线或直角三角形绕在圆柱面上,就形成了螺旋线,其导程是定值。
二 . 螺纹的形成选择一定形状的平面(如三角形、梯形、锯齿形等,沿螺旋线运动,运动时保持图形通过圆柱体轴线。
螺纹线的形成三 . 螺纹的分类1. 按平面形状分(螺纹牙形:三角形、梯形、锯齿形(30、 300、矩形。
2. 按螺旋线数分:单线、多线(一般≤ 4不同线数的右旋螺纹3. 按旋向分:左旋、右旋。
一般为右旋。
刀杆上的连接螺纹为左旋。
4. 按母体为轴或孔分:内螺纹、外螺纹。
内外螺纹旋合组成螺旋副或螺纹副。
5. 按功能分:连接、传动。
丝杠螺母的传动方式(梯形螺纹。
6. 按母体形状:圆柱、圆锥螺纹。
一般为圆柱。
圆锥螺纹有:管螺纹、锥管螺纹螺纹的主要参数(以圆柱螺纹为例: 1. 大径 d (D :外螺纹的牙顶(内螺纹的牙底圆柱直径。
——公称直径。
2. 小径 d 1(D 1 :外螺纹的牙底(内螺纹的牙顶圆柱直径。
——强度计算用直径。
3. 中径 d 2 (D2:螺纹牙厚与牙间相等处的圆柱直径。
—几何计算 ,受力分析尺寸。
4. 螺距 P :螺纹两相邻牙在中径线上对应两点间的轴向距离。
5. 导程 S :同一条螺旋线沿中径圆柱而旋转一周,上升的距离。
同一条螺旋线上的两相邻牙在中径线对应两点的轴向距离。
设螺纹线数为 n ,则 S=nP6. 升角ψ——中径圆柱面上的螺旋线的切线与横截面之间的夹角,相当于将中径圆柱面展开,构成的三角形的倾斜角ψtan ψ=S/πd 2=nP/πd 27. 牙形角α——螺纹轴向剖面内,螺纹牙形相邻两侧间的夹角。
机械设计第十章课后题答案
一、课本10-2 解：（1）B 轮是惰轮，齿根弯曲应力是对称循环变应力。
查图10-21d)，接触疲劳极限应力MPa 580lim =H σ，弯曲疲劳极限应力MPa 3084407.0=⨯=FE σ。
许用应力为：MPa 58015801][lim =⨯==S K H HN H σσ；MPa 2964.13081][=⨯==S K FE FN F σσ （2）B 轮是主动轮，齿根弯曲应力是脉动循环变应力。
查图10-21d)，接触疲劳极限应力MPa 580lim =H σ，弯曲疲劳极限应力MPa 440=FE σ。
许用应力为：MPa 58015801][lim =⨯==S K H HN H σσ；MPa 3144.1440][===S K FE FN F σσ 如齿轮的工作寿命不是无限寿命时，上述两种情况下的许用应力值均相应增大。
二、课本10-7 解：该齿轮传动的承载能力由齿面接触强度所限定。
1．计算按齿面接触强度所限定的转矩，由式（10-21）得：()2311][12⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅+≤E H H d z z u K u d T σεφα1）小齿轮分度圆直径 mm 95.145229cos 246cos 11='︒⨯==βz m d n 。
2）齿宽系数 096.195.1451601===d b d φ。
3）查图10-26，765.01=αε，925.02=αε端面重合度 685.1925.0765.021=+=+=αααεεε。
4）齿数比 5.42410812===z z u 。
5）由表10-6查得材料的弹性影响系数 21MPa 8.189=E z 。
6）由图10-30查得区域系数 455.2=H z 。
7）小齿轮合金钢调质260HBS ，由图10-21d 查得小齿轮的接触疲劳极限MPa 5801lim =H σ；大齿轮碳钢调质220HBS ，由图10-21d 查得大齿轮的接触疲劳极限MPa 5202lim =H σ。
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2）薄型平键——键高约为普通平键的60%~70%：圆头、 方头、单圆头 用于薄壁结构、空心轴等径向尺寸受限制的连接
3）导向平键与滑键——用于动联接，即轴与轮毂之间有相 对轴向移动的连接
导向键——键不动，轮毂轴向移动 滑键——键随轮毂移动 特点：装拆方便，对零件对中性无影响，容易制造，作用可靠， 多用于高精度连接。但只能圆周固定，不能承受轴向力
2、半圆键
轴槽用与半圆键形状相同的铣刀加工，键能在槽中绕几何中 心摆动，键的侧面为工作面，工作时靠其侧面的挤压来传递扭 矩。 优点：工艺性好，装配方便，适用于锥形轴与轮毂的连接 缺点：轴上键槽对轴的强度削弱较大，只适宜轻载连接。
3、楔键连接
工作原理：上、下面为工作表面，有1：100斜度（侧面有 间隙），工作时打紧，靠上下面摩擦传递扭矩，并可传递 小部分单向轴向力。 特点：适用于低速轻载、精度要求不高。对中性较差，力 有偏心。不宜高速和精度要求高的连接，变载下易松动。 钩头只用于轴端连接，如在中间用键槽应比键长2倍才能装 入，且要罩安全罩。 类型：普通楔键：圆头、平头、单圆头 钩头楔键
2.底面为槽面 θ
θ Fn/2
θ
Fa
一、受力分析
1、矩形螺纹
三点假设：
1.螺纹拧紧过程相当于滑块沿斜面上升的过程；
2.拧紧过程中螺纹各圈的变形量相等；
F Fa
3.力作用在螺纹中径上。
拧紧过程：
FR Fn
ρ
F FR F Fa Fa
ψ
ψ+ρ
d2
驱动力： F Fa tan( )
驱动力矩： d2 T Fa tan( ) 2
P [ P ]
[ ]
一、松螺栓连接
如吊钩螺栓，工作前不拧紧，只有 工作载荷Fa起拉伸作用。 强度条件为： Fa [ ] 2 —验算公式
4 d1
4 Fa d1 [ ]
—设计公式
d1—螺纹小径（mm） [σ]—许用拉应力 N/mm2 (MPa) Fa
二、紧螺栓连接
T形槽螺栓
地脚螺栓
二、螺纹紧固件（查阅手册）
螺栓：也应用于螺钉连接 双头螺柱： 螺钉、紧定螺钉：头部和尾部形状 螺母： 垫圈 ：形状和作用
§10-5 螺纹连接的预紧和防松
一、预紧的目的
1.提高连接的紧密性
2.防止连接松动
二、拧紧力矩
Fa d 2 T T1 T2 tan( ' ) f c Fa rf 2
第10章
连
接
连 接 概 述
连接的分类 静连接：在机器工作中，不允许零部件之间存 在相对运动的连接。 动连接：机器工作时，零部件之间可以有相对 运动。例如：机械原理中，各种运动副之间的 连接。 可拆连接：不须毁坏连接中的任何一个零件就可 拆开的连接。例如：螺纹连接、键连接，过盈连 接。 不可拆连接：至少毁坏连接中的一部分才能拆开 的 连接。例如：铆接、焊接等。
开口销 开槽螺母 装配图
止动垫片防松
止动垫片防松
串联钢丝防松
正确
错误
3、不可拆卸防松
焊接
铆冲
§10-6 螺栓连接的强度计算
螺栓连接的失效形式及计算准则
1、失效形式 A、螺栓杆拉断； B、螺纹的压溃和剪断； C、经常装拆时因磨损而发生滑扣现象。 2、计算准则
S
S
lim
S
A、受拉螺栓：保证螺栓的静强度或拉伸疲劳强度； B、受剪螺栓：保证螺栓的挤压强度和剪切强度。
2、承受轴向工作载荷的紧螺栓强度
p D 2 / 4 FE z
FE
p D z
承受轴向工作载荷的紧螺栓工作分析
螺栓连接拧紧前 δb0
δc0 螺栓连接拧紧，在承 受工作载荷前 F0 F0
Δδ
F0 F0
Δδ
螺栓连接拧紧，承受 工作载荷FE
FE Fa
FR
FR
FE Fa
Fa=FR+FE
Fa=FR+FE 紧螺栓连接需保证被连接件的接合面不出现缝 隙，残余预紧力FR大于零。
预紧力Fa →产生拉伸应力σ
Fa
0.5
按第四强度理论，当量应力： e 2 3 2 1.3 ∴ 强度条件为： 1.3Fa [ ] e 2 d1 4
d1
1、承受横向工作载荷的普通螺栓强度
工作原理：依靠预紧力作用下 在被联接件之间产生的摩擦力 承受横向工作载荷。 摩擦力： Ff F0 fm 保证连接可靠，要求：
F
ψ
放松过程：
Fn
ρ
FR
ψ
FR
F
ψ－ρ
Fa
F
Fa ψ
平衡力：
F Fa tan( )
平衡力矩： T Fa tan( )
d2 2
2、非矩形螺纹
轴 线
Fa
螺杆
轴 线
Fa
β
螺母
α
螺母
Fn
螺杆 Fn
Fa cosβ
非矩形螺纹，只要把 摩擦角ρ替换为当量摩擦 角ρ'
θ
二、改善螺纹牙间的载荷分布
悬置螺母
环槽螺母
螺纹牙间的受力情况
Fa
三、减小应力集中
增大过渡圆 角
切制卸载槽
四、避免或减小附加应力
结构上：凸台、沉头座、斜面垫圈、球面垫圈
§10-11 键连接
一、键连接的类型
键的功用：键是一种标准件，通常用来实现轴与轮毂之
间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向 固定或轴向滑动。 键联接的类型：平键、半圆键、楔键、切向键
d2 2
tan( ' ) tan
三、螺旋副的自锁
Fn
θ
FR
ψ
F
Fa ψ
F Fa tan( )
tan( ' ) tan
自锁条件：
ψ≤ρ′或η ≤ 0
§10-3 机械制造常用螺纹
普通螺纹（α＝60°的三角形米制螺纹）：紧 固连接。 管螺纹：紧密连接。 细牙螺纹：薄壁零件、受动载荷的连接和微调 机构（升角小、小径大、自锁性能好、强度高， 不耐磨、易滑扣） 传动螺纹：梯形螺纹、锯齿形螺纹
FE无变化，FR＝（0.2～0.6） FE ； FE有变化，FR＝（0.6～1.0） FE ；
紧密性连接， FR＝（1.5～1.8） FE 。
承受轴向载荷的紧螺栓计算过程
螺栓工作的总载荷：Fa=FR+FE 强度条件：
e
1.3Fa [ ]
4
d12
1、规定残余预紧力FR 2、计算总拉伸载荷Fa 3、计算螺栓强度 若轴向工作载荷FE在0～ FE 间变化，则按Fa=FR+FE 计算总载荷，强度条件不变，许用应力不同。
S
放松过程：
Fn
θ
FR
ψ
FR
F
ψ－ρ
Fa
F
Fa ψ
平衡力：F F tan( ) a
平衡力矩： Fa tan( ) T
驱动力Fa，有效阻力F W总 Fa S Fa d2 tan W有 T 2
1 Fa d 2 tan( － ' ) 2 2
工作载荷在FE在0～ FE 间变化，螺栓总拉伸载荷Fa的变化 范围为F0 ～
kb Fa F0 FE k b kc 1、减小螺栓刚度kb
A.减小螺栓光杆部分直径；
B.采用空心螺杆； C.增加螺栓的长度。
减小螺栓相对刚性系 数,减小kb及增大kc
2、增大被联接件的刚度kc
A.采用金属垫片； B.采用O形密封圈。
§10-4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件
一、螺纹连接的基本类型 1.螺栓连接： 普通螺栓连接：应用广泛，两被连接件不太厚， 便于从两边装配。 铰制孔用螺栓连接：受横向载荷。 2.双头螺栓连接：被连接件之一较厚，常拆卸。 3.螺钉连接：被连接件之一较厚,不常拆卸。
4.紧定螺钉连接
5.其它类型
吊环螺栓
减载销
减载套筒
减载键
铰制孔用螺栓连接
螺栓杆与孔壁的挤压强度条件：
螺栓杆的剪切强度条件：
Lmin
F p [ p ] d 0 Lmin
F d0
F
2 d0
[ ]
F
4
F－螺栓所受的工作剪力，单位为N；
d0－螺栓剪切面的直径，单位为mm； Lmin－螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm； [σp]－螺栓或孔壁材料的许用挤压应力，单位为MPa； [τ]－螺栓材料的许用切应力，单位为MPa。
紧螺栓连接——工作前有预紧力F0
承受工作载荷前拧紧，在拧紧力矩T和轴向载荷Fa（预紧力F0 ） 作用下，螺栓发生拉扭变形，螺栓工作在复合应力状态。
1 2 d1 4 d2 Fa t an( ' ) ψ 螺纹摩擦力 Fa 2d 2 T1 2 t an( ' ) ψ 矩T1→产生 1 2 d1 WT d13 d1 剪应力τ 16 4
三、线数n，螺距P，导程S 升角ψ 牙型角α、牙侧角β
nP ψ arctan d 2
S nP
内 内 内 螺 螺 螺 纹 纹 纹
β α
P
60° 60° 60°
外 外 外 螺 螺 螺 纹 纹 纹
dd d dd22 d2 dd11 d1
P P P
螺纹连接松动的原因：冲击、振动和变载荷的作用。
螺纹连接防松的实质：在于防止螺旋副的相对转动， 以防止连接的松动，影响正常工作。
螺纹连接的防松按工作原理可分为三类： 1、摩擦防松 2、机械防松 3、不可拆卸防松（铆冲；粘接；焊接）