机械设计教程（3版）作业集
第三章习题
3-1 图3-20所示为一直齿圆柱齿轮与轴用圆头平键连接，轴径d＝50mm。齿轮的材料为铸铁，轴为45钢。键长L＝60mm，键的截面尺寸为b×h＝14×9 mm2，传递的转矩输液恒温器T=200N·m，有轻击。试校核该平键连接的强度。 3-2 图3-21所示的凸缘联轴器，用普通圆头平键与轴连接。已知轴径d＝55mm，毂长L′=1.5d，联轴器为铸铁，轴为45钢，传递的转矩T=300N·m，载荷平稳无冲击。试选择键的尺寸并校核其连接强度。
图3-20 图3-21
3-3 图3-22为一牙嵌式离合器与轴用导向平键连接，轴径d=40mm，键长L=125mm(圆头键)，其最小有效工作长度lmin=65mm，离合器与轴均为钢制，传递的转矩T=150N·m，有轻击，要求选择键的截面尺寸并校核其连接强度。
图3-22
3-4 若题3-3中的其他条件均不变，而将其改为轻系列的矩形花键连接，离合器在空载条件下接合，制造精度及润滑条件一般，齿面未经淬火处理。试校核该矩形花键的强度。
第五章习题
5–1 何谓螺纹的大径、中径和小径？它们分别用于什么场合？
5–2 螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接的主要区别是什么?它们的应用场合有何不同？ 5–3 普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接的结构有何不同？主要失效形式和设计准则是什么？
5–4 螺纹连接预紧的目的是什么？如何控制预紧力？
5–5连接螺纹能满足自锁条件，为什么在设计螺纹连接时还要考虑防松问题？在可拆卸的防松措施中哪类工作可靠？为什么？
5–6 紧螺栓连接所受轴向变载荷在0~F之间变化，当预紧力F0一定时，改变螺栓或被连接件的刚度，对螺栓连接的疲劳强度和连接的紧密性有何影响？
5–7 螺旋传动按使用特点的不同可分为哪几类？试举例说明其应用场合。
5–8 某普通螺栓连接，螺栓公称直径为M20，性能等级为4.8级。试求；
(1) 当承受轴向变载荷并控制预紧力时，其预紧力F0最大为多少?
(2) 若连接承受横向拉力，有一个贴合面，摩擦因数f=0.15，则可能承受的横向载荷为多少(按单个螺栓计算)?
5–9 一普通螺栓连接，螺栓的刚度为Cb，被连接件的刚度为Cm。如果Cm=8Cb，预紧力F0=1000N，轴向外载荷F=1100N，试求螺栓所受的总拉力和被连接件中的残余预紧力。
5–10 在图5–34中，用4个M16普通螺栓，其许用应力[σ]=160MPa，贴合面的摩擦因数f=0.15。求该螺栓组所能承受的横向静载荷。
5–11 图5–35所示的联轴器，有6个沿圆周均布的M12铰制孔用螺栓，用以传递两半联轴器之间的转矩，若螺栓性能等级为5.6级，载荷平稳，联轴器的材料为HT250。试计算该连接所能传递的转矩。
图5–34 题5-10图 图5–35 题5-11图
5–12 图5–36所示为一方形盖板，用4个螺栓与机体连接。盖板中心点的吊环受到垂直于盖
板的静拉力F∑=6000N，螺栓性能等级为4.6级，残余预紧力取为拉力的0.6倍，不控制预紧力，试决定该连接所需螺栓的直径。
5–13 图5–37所示的连接中有三个铰制孔用螺栓，螺栓性能等级为5.6级，被连接件的材料为Q235钢，在距螺栓组的公共中心线为200mm的右侧作用有静载荷F∑=12kN，试确定螺栓的公称直径。
图5–36 题5-12图 图5–37 题5-13图
5–14 图5–38所示为用两只普通螺栓将剖分轮毂夹紧在轴上，剖分面间留有间隙，以便拧
紧螺母后，轮毂能将轴夹紧。利用夹紧表面间的压力在工作时所产生的摩擦力矩来传递扭矩。若外力矩为60N m，螺栓性能等级为4.8级，夹紧表面间的摩擦因数f=0.15，不控制预紧力，有关尺寸如图所示。试确定螺栓的直径，
5–15 一升降机构承受的载荷F为100kN，采用梯形螺纹，其参数为d=70mm，d2=65mm，P=10mm，螺旋线数n=4。下部采用推力球轴承，升降台上下移动由滚动导轨导向，因摩擦很小，故忽略不计，具体情况见图5–39，试计算：
(1) 若螺纹间的摩擦因数f=0.1，求工作台稳定上升时的传动效率；
(2) 当工作台稳定上升时，加于螺杆上的力矩；
(3) 当工作台以800mm/min的速度上升，在稳定运转条件下螺杆的转速和所需的功率；
(4) 欲使工作台在载荷F的作用下等速下降，是否需要制动装置？加于螺杆上的制动力矩应为多少?
商旅系统
图5–38 题5-14图 图5–39 题5-15图
5–16 试指出图5-40所示螺纹连接结构中的不合理之处，并将其改正。
图5-40 题5-16高能镍碳超级电容器图
(a)普通螺栓连接；(b)双头螺柱连接；(c)螺钉连接；(d)铰制孔用螺栓连接
第六章习题
6–1 有一B型普通V带传动，n1=1460 r/min，n2=400 r/min，dd1=180 mm，中心距a=1 600 mm，根数z=2，工作时有振动，一天运转16 h (即两班制)，试求该普通V带所能传递的功率。
6–2 某普通V带传动，主动轮所能传递的最大转矩T1=70N·m，已知dd1=200mm，8ggggF0=800N。求F1和F2的值。若将此带传动传递功率为P=11 kW，小带轮转速为n1=1460 r/min，问能否正常工作？
6–3 有一带式输送装置，其异步电动机与齿轮减速器之间用普通V带传动，电动机功率P=7.5 kW，转速n1=970 r/min，减速器输入轴的转速n2=330 r/min，允许误差为±5%，运输装置工作时有轻度冲击，两班制工作，试设计此普通V带传动。
第七章习题
7–l 与带传动相比较，链传动有何优缺点？一般用在什么场合？
7–2 滚子链由哪几种零件组成？各零件之间如何连接？滚子链的磨损通常发生在什么部位？
7–3 小链轮的齿数过多或过少对链传动有何影响？通常链轮齿数在什么范围内选取？
7–4 何谓链传动的多边形效应？它是如何产生的？它对链传动有什么影响？
7–5 为什么链轮的节距越大，齿数越少，链速的变化也就越大？
7–6 链传动发生脱链的主要原因有哪些？若只考虑链条铰链的磨损，脱链通常发生在哪个链轮上？为什么？
7–7 图7–15所示为链传动和带传动组成的减速传动装置简图，指出其存在问题，分析原因，并指出改进的措施。
图7-14 题7-7图
7–8 链传动的中心距过大或过小对链传动有何影响？一般链传动的中心距在什么范围内选？
7–9 已知z1=25，z2=75，n1=800r/min的滚子链传动，可传递功率P=20kW，如果用同样的链， z2不变，用减少z1的办法来使n2=200r/min。试确定这时可以传递多大功率?
7–10 设计一个往复式压气机上的滚子链传动。已知电动机转速n1=960r/min，P=3kW，压气机转速n2=330r/min。试确定大、小链轮齿数，链条节距，中心距和链节数。
7–11 选择并验算一个输送装置用的传动链。已知传递的功率P=7.5kW，主动链轮转速n1=970r/min，传动比i=3，工作情况系数KA=1.5，中心距a≤650mm可以调节。
第八章习题
选择与填空题
8–1 在齿轮传动的设计计算中，对下列参数和尺寸应标准化的有____________________
___；应圆整的有__________________；没有标准化也不应圆整的有___________________。
(1)斜齿轮的法面模数mn (2)斜齿轮的端面模数mt (3)直齿轮中心距a (4)斜齿轮中心距a
(5)齿宽b (6)齿厚S (7)分度圆压力角α (8)螺旋角β (9)锥距R (10)齿顶圆直径da
8–2 材料为20Cr的硬齿面齿轮，适宜的热处理方法是__________。
(1)整体淬火 (2)渗碳淬火 (3)调质 (4)表面淬火
制氮气8–3 将材料为45钢的齿轮毛坯加工成为6级精度的硬齿面直齿圆柱外齿轮，该齿轮制造工艺顺序应是______为宜。
(1)滚齿、表面淬火、磨齿 (2)滚齿、磨齿、表面淬火 (3)表面淬火、滚齿、磨齿
(4)滚齿、调质、磨齿
8–4一对正确啮合的标准渐开线齿轮作减速传动时，若两轮的材料、热处理及齿面硬度均相同，则齿根弯曲应力____________。
(1)σF1>σF2 (2)σF1=σF2 (3) σF1<σF2
8–5 直齿圆锥齿轮传动的强度计算方法是以________________________的当量圆柱齿轮为计算基础的。
分析与思考题
8–6 在不改变齿轮的材料和尺寸的情况下，如何提高轮齿的抗折断能力?
8–7 为什么齿面点蚀一般首先发生在靠近节线的齿根面上?在开式齿轮传动中，为什么一般不出现点蚀破坏?如何提高齿面抗点蚀的能力?
8–8 在什么工况下工作的齿轮易出现胶合破坏?胶合破坏通常出现在轮齿的什么部位?如何提高齿面抗胶合的能力?
8–9 闭式齿轮传动与开式齿轮传动的失效形式和设计准则有何不同?为什么?
8–10通常所谓软齿面与硬齿面的硬度界限是如何划分的?软齿面齿轮和硬齿面齿轮在加工方法上有何区别?为什么?
8–11导致载荷沿轮齿接触线分布不均的原因有哪些?如何减轻载荷分布不均的程度?
8–12齿面接触疲劳强度计算公式是如何建立的?为什么要选择节点作为齿面接触应力的计算点?
8–13标准直齿圆柱齿轮传动，若传动比i迎宾机器人，转矩T1，齿宽b均保持不变，试问在下列条件下齿轮的弯曲应力与接触应力各将发生什么变化?
(1) 模数m不变，齿数z1增加；
(2) 齿数z1不变，模数m增大；
(3) 齿数z1增加一倍，模数m减小一半。
8–14一对圆柱齿轮传动，大齿轮和小齿轮的接触应力是否相等?如大、小齿轮的材料及热处理情况相同，则其许用接触应力是否相等?
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