机械设计答案第1章机械设计概论1－2 设计机器时应满足哪些基本要求？答：1、功能要求满足机器预定的工作要求，如机器工作部分的运动形式、速度、运动精度和平稳性、需要传递的功率，以及某些使用上的特殊要求（如高温、防潮等）。

2、安全可靠性要求（1）使整个技术系统和零件在规定的外载荷和规定的工作时间内，能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、不丧失稳定性。

（2）能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体健康。

（3）对于技术系统的周围环境和人不致造成危害和污染，同时要保证机器对环境的适应性。

3、经济性在产品整个设计周期中，必须把产品设计、销售及制造三方面作为一个系统工程来考虑，用价值工程理论指导产品设计，正确使用材料，采用合理的结构尺寸和工艺，以降低产品的成本。

设计机械系统和零部件时，应尽可能标准化、通用化、系列化，以提高设计质量、降低制造成本。

4、其他要求机械系统外形美观，便于操作和维修。

此外还必须考虑有些机械由于工作环境和要求不同，而对设计提出某些特殊要求，如食品卫生条件、耐腐蚀、高精度要求等。

1－4 机械零件的计算准则与失效形式有什么关系？常用的设计准则有哪些？它们各针对什么失效形式？答：在设计中，应保证所设计的机械零件在正常工作中不发生任何失效。

为此对于每种失效形式都制定了防止这种失效应满足的条件，这样的条件就是所谓的工作能力计算准则。

它是设计机械零件的理论依据。

常用的设计准则有：1、强度准则：确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基本的设计准则。

2、刚度准则：确保零件不发生过大的弹性变形。

3、寿命准则：通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。

4、振动稳定性准则：高速运转机械的设计应注重此项准则。

5、可靠性准则：当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。

1－7 机械零件设计的一般步骤有哪些？其中哪个步骤对零件尺寸的确定起决定性的作用？答：机械零件设计的一般步骤有：1、选择零件类型、结构；2、计算零件上的载荷；3、选择零件的材料；4、确定计算准则；5、理论设计计算；6、结构设计；7、校核计算；8、绘制零件工作图；9、编写计算说明书及有关技术文件其中步骤4对零件尺寸的确定起决定性的作用。

第2章 机械零件的强度2－3 静应力计算的强度准则是什么？计算中选取材料极限应力和安全系数的原则是什么？答：静应力时零件的主要失效形式：塑性变形、断裂，脆性材料的极限应力为B σ（强度极限）；塑性材料的极限应力为s σ（屈服极限）2－5 机械零件设计中确定许用应力时，极限应力要根据零件工作情况及零件材料而定，试指出金属材料的几种极限应力各适用于什么工作情况？答：强度极限B σ和B τ适用于脆性材料在静应力作用下使用；塑性材料极限应力为s σ（屈服极限）；γσ——持久极限，对称循环为1-σ、1-τ，脉动循环时为0σ、0τ。

2－12 某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数,9,10560=⨯=m N 试求循环次数N 分别为7000、25000、620000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。

解：C N N m m N =⋅=⋅0γγσσ∴ γγσσm N NN 0= ∴ 当N ＝7000，MPa N N m N 57.3731807000105960=⨯⨯==γγσσ 当N ＝25000，MPa N N m N 30.32418025000105960=⨯⨯==γγσσ 当N ＝620000，MPa N N mN 99.226180620000105960=⨯⨯==γγσσ 2.13 已知某材料的260s σ= MPa ，1170σ-= MPa ，0.2σφ=，试绘制该材料的简化极限应力线图。

解:根据001/)2(σσσϕσ-=-0283.34σ=第3章摩擦、磨损及润滑3.3 试描述磨损的一般过程，为什么要认真对待机件的磨合阶段?答：磨损过程的三个阶段：磨合（跑合）阶段新的零件在开始使用时一般处于这一阶段，磨损率较高。

稳定磨损阶段属于零件正常工作阶段，磨损率稳定且较低。

剧烈磨损阶段属于零件即将报废的阶段，磨损率急剧升高。

在磨合阶段，如果压力过大，速度过高，则磨合期很短，并立即进入剧烈磨损阶段。

所以要认真对待机件的磨合阶段。

3.5润滑剂的作用是什么？常用的润滑剂有哪几类？答：润滑的作用：降低摩擦副的摩擦、减少磨损，以及冷却、密封、防锈和减振等。

常用的润滑剂有：液体润滑剂：有机油、矿物油、合成油等润滑脂：皂基脂、无机脂、烃基脂和有机脂固体润滑剂：软金属，如铅、金、银等；无机化合物：石墨、二硫化钼等；有机化合物：聚四氟乙烯、尼龙等。

气体润滑剂：空气等。

第4章 带传动4－1 已知一普通V 带传动传递的功率P ＝8KW ，带速v ＝15m/s ，紧边与松边拉力之比为3：1，求该带传动的有效拉力Fe 和紧边拉力F1。

解：∵ 1000V Fe P ⋅= ∴N V P Fe 33.5331580001000=== ∵ F F F F F f e ∆=-==21 ∴ N Fe F 800231==4－2有一电动机驱动的普通V 带传动，单班制工作，主动轮转速n 1=1 460r/min ，中心距a 约为370mm ， d d 1=140mm ， d d 2=400mm ，中等冲击，轻微振动，用三根B 型普通V 带传动，初拉力按规定给定，试求该传动所能传递的功率。

解题要点：（1）根据题意可知传动比 857.2140/400/12===d d d d i带长 0212120/)(25.0)(5.02a d d d d a L d d d d d -+++=π()()[]9.1633370/14040025.01404005.037022=-⨯++⨯+⨯=π mm 实际选用标准长度` L d =1600mm小带轮包角 ()()παα/180180121︒⨯--︒=d d d d()()︒=⨯︒⨯--︒=74.13937014.3/180140400180根据带传动工作条件，查表可得工作情况系数K A =1.1;查表可得单根普通B 型V 带的基本额定功率P 0=2.83kW;查表可得单根普通B 型V 带的基本额定功率△P 0=0.46kW;查表可得包角系数89.0=a K ；查表可得长度系数92.0=L K 。

（2）根据])/[(00L a A K K P P P K z ∆+=，可得该带传动所能传递的功率为[]kW K K K P P z P AL a 347.71.1/92.089.0)46.083.2(3/)(00=⨯⨯+⨯=∆+=4－3 设计一普通V 带传动。

已知所需传递的功率P ＝5kW ，电动机驱动，转速n1=1440r/min,从动轮转速n2=340r/min ，载荷平稳，两班制工作。

解题要点：（1）确定计算功率P ca根据V 带传动工作条件，查表可得工作情况系数K A =1.1，所以P ca =K A P =1.1×5=5.5 kW（2）选取V 带的型号根据P ca 、1n ，由图4.11确定选用A 型V 带。

（3）确定带轮基准直径d 1、d 2取主动轮基准直径为d 1=90mm 。

d 2=i d 1 =1440/340*90=381mm取从动轮基准直径为400mm 。

验算带的速度：)100060/(11⨯=n d πυ[]s m s m /25/79.6)100060(144090<=⨯⨯⨯=π故带的速度合适。

（4）确定V 带的基准长度和传动中心距根据0.7(d 1+d 2)<a 0<2(d 1+d 2)，可得a 0应在343~980mm 之间，初选中心距a 0=500mm 。

计算带所需的基准长度：0212120/)(25.0)(5.02a d d d d a L d-+++='π []500/)90400(25.0)90400(5.050022-⨯++⨯+⨯=π =1 817.7 mm选取带的基准长度L d =1800mm 。

计算实际中心距：]2/)18181800(500[2/)(60-+='-=dd L L a a =491 mm（5）验算主动轮上的包角α1α1=)/(180)(18012a d d π︒⨯--︒=)49114.3/(180)90400(180⨯︒⨯--︒=︒>︒1208.143故主动轮上的包角合适。

（6）计算V 带的根数z])/[(00L a A K K P P P K z ∆+=由n 1=1440r/min ，d 1=90mm ；i = d 2/d 1=4.235，查表得P 0=1.06kW, 0P ∆=0.17kWK a =0.9， K L =1.01。

所以 z=5.5/[1.06+0.17] ×0.9×1.01]=4.9取z=5根。

（7）计算预紧力F 0N F q K z P F a ca 6.14879.61.019.05.279.655.550015.25002020=⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯=+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=υυ（8）计算作用在轴上的压轴力F QN zF F Q 5.1412)2/8.143sin(6.14852)2/sin(210=︒⨯⨯⨯==α（9）带轮结构设计（略）。

第5章 链传动5.2 滚子链的标记“10A-2-100 GB1243-1997”的含义是什么？答：该滚子链为节距为15.875mm 的A 系列、双排、100节的滚子链，标准号为GB1243-1997。

5.4 为什么链传动通常将主动边放在上边，而与带传动相反？答：链传动的紧边宜布置在传动的上面，这样可避免咬链或发生紧边与松边相碰撞。

带传动的紧边宜布置在传动的下面，这样可增大包角。

5.8 试分析如何适当地选择链传动的参数以减轻多边形效应的不良影响。

答：减轻多边形效应的不良影响的措施：(1)n1<nlim;(2)链传动尽量放在低速级；(3)选用小p，多 z 的链传动。

5．4如题图所示链传动的布置形式。

小链轮为主动轮。

在图a、b、c、d、e与f所示的布置方式中，指出哪些是合理的？哪些是不合理的？为什么？（注：最小轮为张紧轮。

）题5.4图答：在题图示的六种链传动的布置方式中，b、d、e是合理的；a、c、f是不合理的。

这是因为链传动的紧边宜布置在传动的上面，这样可避免咬链或发生紧边与松边相碰撞。

另外，采用张紧轮张紧时，张紧轮应装在靠近主动链轮的松边上，这样可增大包角。

习题5.4 图5.16所示为链传动的4种布置形式。

小链轮为主动轮，请在图上标出其正确的转动方向。

第6章 齿轮传动思考题6.1齿轮传动常见的失效形式有哪些？闭式硬齿面、闭式软齿面和开式齿轮传动的设计计算准则分别是什么？失效形式答：齿轮传动常见的失效形式有：1、轮齿折断；2、齿面点蚀；3、齿面磨损 ；4、齿面胶合 ；5、齿面塑性变形。