【机械设计基础】(第五版)课后习题答案15-18章答案

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。15-2解（1）求滑动轴承上的径向载荷（2）求轴瓦宽度（3）查许用值查教材表15-1，锡青铜的，（4）验算压强（5）验算值15-3解（1）查许用值查教材表15-1，铸锡青铜ZCuSn10P1的，（2）由压强确定的径向载荷由得（3）由值确定的径向载荷得轴承的主要承载能力由值确定，其最大径向载荷为。15-4解（1）求压强（5）求值查表15-1，可选用铸铝青铜ZCuAl10Fe3，15-5证明液体内部摩擦切应力、液体动力粘度、和速度梯度之间有如下关系：轴颈的线速度为，半径间隙为，则速度梯度为磨擦阻力摩擦阻力矩将、代入上式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；载荷平稳，球轴承查教材附表1，（1）当量动载荷时在此载荷上，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，所以，当量动载荷（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。16-5解选择轴承型号查教材表16-9，工作温度125℃时，；载荷平稳，选用球轴承时，查教材附表1，根据和轴颈，可选用球轴承6408（基本额定动载荷）.选用滚子轴承时，查教材附表1，根据和轴颈，可选用圆柱滚子轴承N208（基本额定动载荷）。（2）滚子轴承的载承能力较大，并查手册可知其径向尺寸小。16-6解（1）按题意，外加轴向力已接近，暂选的角接触轴承类型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，；查教材表16-10，有中等冲击，取；球轴承时，；并取轴承1的当量动载荷为计算依据查手册，根据和轴颈，选用角接触球轴承7308AC合适（基本额定动载荷）。16-7根据工作要求，选用内径的圆柱滚子轴承。轴承的径向载荷，轴的转速，运转条件正常，预期寿命，试选择轴承型号。解正常条件下，；；滚子轴承当量动载荷查手册，根据和轴颈，选用圆柱滚子轴承N310（基本额定动载荷）。16-8解(1)求斜齿轮上的作用力齿轮传递的转矩齿轮的分度圆直径齿轮的圆周力齿轮的径向力齿轮的轴向力由图可知,斜齿轮为右旋,主动小齿轮,顺时针方向旋转时其轴向力指向右（2）求轴承径向载荷假设小齿轮与大齿轮的啮合点位于小齿轮的上端。图16.12题16-8解图1垂直方向水平方向左端轴承1的径向载荷右端轴承2的径向载荷（3）求轴承的派生轴向力现已知、、（向右）查教材附表3，圆锥滚子轴承30206的接触角（向右）（向左）（4）求轴承的轴向力因向右、向右、向左图16.13题16-8解图2左端轴承1被放松右端轴承2被压紧（5）求当量动载荷查教材表16-12圆锥滚子轴承，查表16-12得，查表16-12得，（6）求轴承的基本额定寿命正常条件下，；；滚子轴承，查教材附表3，圆锥滚子轴承30206的当量动载荷取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。由教材表17-1查得，当工作机为发电机时的工作情况系数。则计算转矩根据计算转矩、轴的转速、外伸轴直径d=45mm查手册，可用标准GB5843-1986铰制孔型凸缘联轴器YL9。其许用转矩为，许用最大转速。其他主要尺寸：螺栓孔中心所在圆直径，6只M10螺栓。17-2解（1）选择型号：因汽轮发电机组的转子较重，传递的转矩特大，轴有一定的弯曲变形，工作环境为高温高压蒸汽，轴有伸长，故选用耐温的齿式联轴器。（2）求计算转矩转矩。由教材表17-1,当工作机为发电机原动机为汽轮机时的工作情况系数仍可取。则计算转矩根据计算转矩、轴的转速、外伸轴直径d=120mm查手册，可用标准ZB19012-1989GCLD型鼓型齿式联轴器GCLD7。其许用转矩为，许用最大转速。17-3图17.2题17-3图图17.3题17-3解图解可选用一超越离合器，如图17.3所示。电动机1和电动机2的转速是相同的，但电动机1经过蜗杆蜗轮传动后，转速降至，并有。当两电机同时开动时，因，超越离合器松开，传不到轴上，轴由电机2带动。若电动机1开动后，再停止电动机2，那么当电动机2停止转动时，，，超越离合器被滚珠楔紧带动轴旋转。所以任何时间都不会卡死。17-4图17.4题17-4图解（1）求计算转矩转矩。由教材表17-1查得，当工作机为车床时的工作情况系数。则计算转矩（2）求摩擦面数目由教材式（17-7）得由教材表17-2查得，并将、、、代入上式得摩擦面数应为10。主动摩擦片为6片，从动摩擦片为5片时，摩擦面数即可实现。（3）验算压强查教材表17-2，取合适。17-5答：自行车从动链轮与内棘轮3相固联，棘爪4通过弹簧始终与棘齿啮合。当脚蹬踏板顺时转动时，经主动链轮1、链条2带动从动链轮3顺时针转动，再通过棘爪4使后轮轴5顺时转动，驱动自行车前行。自行车前进时，如果脚踏板不动，从动链轮（内棘轮）不转，后轮轴5便超越内棘轮3而转动，棘爪4在棘轮齿背上滑过，从而实现图17.5题17-5解图不蹬脚踏板的自行滑行。17-6图17.6题17-6图解自动离心离合器的工作原理是：活动瓦块在离心惯性力的作用下克服弹簧拉力压紧鼓轮内壁，当输入轴转速达到一定值时，压紧力所产生的摩擦力矩克服外力矩后，离合器处于接合状态。故离合器所能传递的转矩与轴的转速之间的关系是：则：当输入轴的角速度为时，传递转矩18-1解1）弹簧丝最大剪应力取时对应着最大工作载荷由弹簧的材料、载荷性质查教材表18-1得；由弹簧丝直径查教材表18-2得。故由式（18-2）可解得最大工作载荷将，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。18-2解（1）初选弹簧丝直径根据对结构尺寸的限制条件，此弹簧的内径应，弹簧外径应，故弹簧丝直径，初选（2）确定许用应力弹簧用碳素钢丝组制造，承受冲击载荷，由教材表18-1、表18-2查得（3）确定弹簧丝直径由式（18-2）可解得因，取，则，查教材图18-6得，将各值代入上式，得说明取的碳素钢丝满足强度要求。（4）确定弹簧有效圈数由式（18-5）得将弹簧的刚度代入上式，得圈，取圈（5）计算弹簧的其他尺寸弹簧内径：弹簧外径：弹簧间距：，弹簧节距：螺旋升角：弹簧总圈数：两端各并紧3/4圈磨平，则圈弹簧丝的展开长度：自由高度：安装高度：（6）验算弹簧的稳定性符合稳定性要求。18-3解1）弹簧储存的变形能为：由题意可知，，，代入上式可得则弹簧刚度：2）由，查教材表18-1得代入式（18-2）得说明此弹簧的强度足够。3）弹簧的有效圈数：圈18-4解1）由弹簧的材料、载荷性质查教材表18-1得，且弹簧中径由旋绕比，查教材表18-1得则极限载荷由于，所以在最大工作载荷作用时弹簧不会拉断。2）由式（18-5）得弹簧刚度则弹簧的工作行程18-5解1）计算初拉力由弹簧的刚度公式可得将已知数据代入上式：得：2）因两根弹簧的尺寸完全相同，故其刚度也完全相同没有初拉力的弹簧在时的伸长量：故此时弹簧高度18-6解（1）初选弹簧丝直径。（2）确定材料的许用应力由题意知弹簧材料为碳素弹簧，载荷性质为静载，按Ⅲ类载荷计算，查教材表18-1及表18-2得（3）初估弹簧中径，由弹簧中径标准系列可取。（4）根据弹簧强度确定弹簧丝直径由式（18-2）可解得由，查教材图18-6得，将各值代入上式得说明取的碳素钢丝满足强度要求。（5）确定弹簧有效圈数由式（18-5）得将弹簧的刚度代入上式，得圈（5）计算弹簧的其他尺寸弹簧内径：弹簧外径：弹簧间距：，取弹簧节距：螺旋升角：（在5°～9°之间）弹簧总圈数：两端各并紧3/4圈磨平,则圈弹簧丝的展开长度：自由高度：（6）验算弹簧的稳定性在弹簧内部有导向杆的条件下,虽高径比略高出许用值,也可满足稳定性。(7)讨论本解选用的材料是Ⅲ组碳素弹簧钢丝,其许用应力较小,在此条件下,设计出的弹簧体积可能不是最优的。若选用强度好的Ⅰ或Ⅱ组碳素弹簧钢丝，尺寸会更小，更符合本题意。18-7解1）选取弹簧旋绕比，则当门转到180°时，弹簧承受最大转矩，由式（18-8）得将及代入上式，得取弹簧丝直径，则弹簧中径，符合弹簧中径标准系列。2）计算弹簧的有效圈数因初始转矩，则由式（18-9）可得，取圈3）所需初始扭转角