机械设计课后题答案

3-1答：主要类型有：普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹五种。

特点及应用：普通螺纹是米制三角螺纹，牙型角 a=60，因牙型角较大，故当量摩擦系数也较大，自锁性能好，主要用于联接。管螺纹是英制三角螺纹，牙型角 a=55度。它有圆柱管螺纹和圆锥管螺纹之分，常用圆柱管螺纹。这种螺纹联接常用于高温、高压及紧密性要求较高的管与管的联接中。矩形螺纹牙型为正方形，牙型角 a=0度，因牙型角小，当量摩擦系数小，传动效率高，故常用于传动。梯形螺纹牙型呈梯形，牙型角 a=30度。因牙型角较小，所以传动效率较高，对中性较好，故为应用较多的传动螺纹。锯齿形螺纹牙型呈锯齿形，工作面牙侧角。传动效率高，牙根强度高。因只有一个工作面，故多用于承受单方向轴向力的场合。

3-2答：螺栓有普通螺栓和铰制孔螺栓两种。

普通螺栓常用于被联接件比较薄，能够放置螺母及需要经常拆卸的场合。铰制孔螺栓在承受横向载荷或（和）转矩以及需精确固定被联接件的相对位置时常采用铰制孔螺栓。双头螺柱被联接件之一太厚不宜制成通孔，无法放置螺钉头，材料较软且需经常拆装时宜采用双头螺柱。螺钉被联接件之一太厚，无法放置螺母，不需经常拆装的场合。

3-3 答：螺纹联接在冲击、振动、变载荷或高温环境下，将使螺旋副的摩擦力减小或瞬间消失，经多次重复后，最终导致联接松脱。因此，设计时应采取有效的防松措施。防松方法有摩擦防松、机械防松、铆冲防松等。

3-4 答：为提高联接刚性、紧密性和防松能力以及提高螺栓在变载荷下的疲劳强度，因此大多数螺纹联接都要拧紧。拧紧力矩要克服螺纹副力矩和螺母底面的摩擦阻力矩。

3-5 答：提高螺栓联接强度的措施有：

1 ．降低影响螺栓疲劳强度的应力幅；

2 ．改善螺纹牙上载荷分布不均匀的现象；

3 ．减小应力集中的影响；

4 ．避免附加弯曲应力；

5 ．采用合理的制造工艺方法。

3-6 由上图可知，在螺母下加弹性元件将使螺栓刚度由C b1 减小到C b2 ，可使螺栓承载截面的应力幅值减小，所以螺栓的疲劳强度提高。

3-10 图示的吊车跑道托架，用 4 只普通螺栓安装在钢制横梁上。试选择螺栓材料，并确定该螺栓的公称直径。图中长度单位 mm 。

4-1答：平键联接的失效形式有：静联接时较弱零件工作面被压溃和键被剪断；动联接时工作面的磨损。

b ×h ×L （键宽、键高和键长）的确定。

b ×h 是根据轴直径d 查国家标准（ GB1095 — 79 ）确定。

L 是根据轮毂宽度B 查国家标准（ GB1095 — 79 ）确定。

4-2

4-4答：铆接的特点是工艺设备简单、耐冲击和联接可靠等优点，但被铆件强度削弱较大，铆接时噪声大，劳动条件差。主要应用于桥梁、建筑、造船等部门中。

4-5 答：焊接具有强度高、紧密性好、工艺简单、重量轻和成本低等优点。

4-6 答：胶接的主要优点是工艺简单、操作方便、劳动条件好；联接的重量轻、外观平整；胶层有绝缘、防腐和密封作用，亦可缓冲和吸振。主要缺点是耐老化、耐介质性能差；对温度、湿度的变化较敏感等。主要用于机床、汽车、造船、化工、航空等部门中。

4-7答：过盈联接的优点是结构简单，对中性好，承载能力高，在冲击、振动或变载荷下也能可靠地工作。其缺点是配合面的加工精度要求较高，装配困难，配合表面处的应力集中较大。

过盈联接是利用零件间的过盈量来实现的联接。其工作原理是靠材料的弹性和包容件与被包容件之间的装配过盈而在配合表面间产生的摩擦力或摩擦力矩来传递外载荷。

5-1 答：摩擦型带传动的主要优点是：带有弹性，可以缓冲和吸振，传动平稳；过载打滑，可防止其它零件损坏；传动中心距大；结构简单，制造、安装、维护方便，成本低。主要缺点是带与带轮之间有滑动，不能保证准确的传动比。另外，由于需要施加张紧力，轴系受力较大。同步带传动是啮合传动，传动比准确，效率高；缺点是制造和安装精度要求较高。

5-2.

5-3.答：由于带传动存在松紧边拉力差、带本身有弹性，造成带与带轮之间的相对滑动即弹性滑动。弹性滑动不仅使带传动得不到准确的传动比，而且降低了传动效率，引起带的磨损。

5-4. 答：带传动的主要失效形式是打滑和 V 带的疲劳破坏。保证带传动不打滑，并使胶带具有一定的疲劳强度和寿命是带传动的设计准则。

答：

5-7.答：链传动兼有齿轮传动和带传动的特点。与带传动相比，链传动能保持准确的平均传动比；作用在轴上的压力小；能在高温、低速重载条件下工作。

5-8答：当链节数为偶数时，接头处正好是内外链板相接，可将一侧外链板与销轴做成固定的接头，装配后用开口销或弹性锁片将另一侧链板锁住。当链节数为奇数时，必须采用折曲的过渡链节。由于过渡链节的链板受到附加弯矩作用，其强度仅为正常链节的 80% 左右，所以在一般情况下链节数取偶数为宜。链轮齿数选用奇数齿，这样，当与偶数链节相啮合时，磨损比较均匀。

5-9. 答：由于链条围轮后形成多边形，致使链条中心线在运动中交替与链轮分度圆相切和相割，使链速周期性变化。影响链速变化的主要参数是链轮齿数和节距。

答：链传动的主要失效形式： 1 ．铰链的磨损 2.链条的疲劳破坏3.铰链的胶合。

铰链的磨损

5-11.

5-12

解：5-16

6—1 ．答：优点 : 齿轮传动效率高；结构紧凑、工作可靠、使用寿命长。

缺点：制造和安装精度要求较高，精度低时振动和噪音大；不适合大中心距传动。

6—2 答：齿轮传动的失效形式有：轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、齿面塑性变形。

开式齿轮传动主要失效形式有：齿面磨损、轮齿折断。

6—3 答 : 齿根危险剖面位置通常用 30 0 切线法确定。作与轮齿对称线成 30 0 夹角的两直线，与齿根过渡曲线相切，连接两切点的截面即为齿根危险剖面。

6—4答：制造齿轮的材料主要是各种钢材，其次是铸铁，还有其它非金属材料。钢制齿轮常用的热处理有：对于软齿面齿轮经调质或正火处理，对于硬齿面齿轮切齿后经表面淬火、渗碳淬火、氮化等表面硬化处理。

6—5 ．答：在啮合过程中，小齿轮的啮合次数比大齿轮多。为了使大、小齿轮的寿命接近，应使小齿轮的齿面硬度比大齿轮高 30~50HBS 。

6—6 ．答：进行齿顶修缘主要是为了减小动载荷。

6—7答： 1 ．影响齿向载荷分布的主要因素有：齿轮螺旋线总偏差（齿向偏差）；齿轮的布置型式及轴、轴承、箱体的刚度；齿轮的齿宽；齿面硬度及跑合效果等。 2 ．可采取的措施有：提高齿轮制造和安装精度 ( 如减小齿向误差和两轴线平行度误差等 ) ；提高轴、轴承及箱体的支承刚度；选取合理的齿轮位置，悬臂布置时应尽可能减小悬臂长度；适当限制齿轮的宽度等。另外，将轮齿做成鼓形齿可以有效地改善轮齿的载荷分布 ( 图 6—8c) 。 3 ．齿轮的精度、齿轮传动的重合度、受载后轮齿的变形、齿顶修缘及跑合效果等均影响齿间载荷分配。

6—8答： Y Fa 是一个无量纲数，只与轮齿的齿廓形状有关， Y Fa 值取决于齿数z 和变位系数x 。因为斜齿圆柱、直齿锥齿轮的齿形系数是按当量齿数 Z v 来取值的，所以三者对应的当量齿数不相等，则 Y Fa 值也不相等

6—9 答：采用正变位齿轮，可以提高轮齿的弯曲强度和接触强度。

6—10 ．答：相啮合的大、小齿轮齿面接触应力σH 相等。

许用接触应力一般不相等，许用接触应力 [σ]H 小的齿轮接触强度低。