机械设计期末复习

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,螺纹连接典型习题,1,、某一受轴向力的紧螺栓联接，已知螺栓刚度,C,1,=0.510,6,N/mm,，被联接件刚度,C,2,=210,6,N/mm,，螺栓预紧力,F,0,=9000N,，螺栓受工作载荷,F=5400N,，求螺栓所受的总拉力,F,2,及被联接件之间的残余预紧力,F,1,。,解：,残余预紧力：,2,、如图所示为一螺栓联接的力,变形图。若保证残余预紧力,F,1,的大小等于其预紧力,F,0,的一半。试求该联接所能承受的最大工作载荷和螺栓所受的总拉力。,解：,F,1,=F,0,/2 F,2,=F,1,+F F,2,=F,0,+C,b,F/(C,b,+C,m,)=2F,1,+F/2 F,1,+F=2F,1,+F/2 F=2F,1,=F,0,F,2,=3F/2=3F,0,/2=3F,1,3,、图示为一汽缸盖螺栓联接。已知汽缸内径,D=200mm,，最大工作压力,p=2 MPa,，缸盖与缸体用,8,个螺栓联接，螺栓相对刚度,=0.8,，要求螺栓残余预紧力,F,1,为螺栓最大工作载荷,F,的,1.5,倍，试求：,1,）单个螺栓所受总拉力,F,2,的大小；,2,）单个螺栓所受预紧力,F,0,为多少？,3,）若采用性能等级为,4.6,的螺栓，计算螺栓小径。,(,取安全因数,S=1.0),解：,1,、螺栓总拉力,F,2,的大小,（,1,）汽缸盖最大载荷：,（,2,）螺栓工作载荷,F=62800/8 N=7850N,；,（,3,）残余预紧力,F,1,F,1,=1.5F,，,F,1,=1.57850N=11775N,（,4,）螺栓总拉力,F,2,的大小：,F,2,=F,1,+F=2.5F=2.5*7850N=19600N,；,2,、螺栓预紧力,F,0,F,2,=F,0,+F,，,F=,F=0.8*7850N=6280N,，,F0=F2-F=19600-6280N=13320N,；,160 MPa,mm,3,、性能等级为,4.6,的螺栓，屈服极限：,s=4000.6,240 MPa,，许用应力：,计算螺栓尺寸：,4,、,图示支架用,4,个普通螺栓连接在力柱上，已知载荷,P=12400N,，连接的尺寸参数如图所示，结合面摩擦系数,f=0.2,，螺栓材料的屈服极限,s=270N/mm,，安全系数,S=1.5,，螺栓的相对刚度为,0.3,，防滑系数,Ks=1.2,。试求所需螺栓小径,d1,。,解题要点：,1,、载荷,P,产生倾覆力矩,M,，在,M,的作用下，左边的两个螺栓所受轴向拉力最大，容易拉断失效，因此所需螺栓小径,d1,的计算应以左边两螺栓为对象；,2,、在横向载荷,P,的作用下，支架可能产生滑移，使联接失效。为此，要保证在螺栓预紧力作用下，联接的结合面间产生的摩擦力大于横向载荷与防滑系数的乘积；,解：在力,P,的作用下：,1,、螺栓组联接承受的倾覆力矩（顺时针方向）,M=P150=1860000Ncm,2,、在倾覆力矩,M,的作用下，左边螺栓受力较大，所受载荷,Fmax,：,Fmax=,=,=5812.5N,3,、在横向力,P,作用下，支架与力柱结合面可能产生滑移，根据不滑移条件,fF,0,zKsP,可得,F,0,=18600N,F=18600+0.35812.5=20343.75N,=,=13.677mm,4,、左边螺栓所受总拉力,F,2,：,F,2,=F,0,+,5,、螺栓的许用应力,=,s,/S=270/1.5=180MPa,螺栓危险截面的直径（螺栓小径,d1,）,6,、,d1,带传动典型习题,1,、设单根,V,带所能允许传递的功率,P1=4.2kw,，主动带轮,dd1=160mm,，转速,n1=1450r/min,，包角,=1400,，带与带轮间的当量摩擦系数,fv=0.2,。求此单根,V,带传递的有效拉力,Fe,和紧边拉力,F1,。,解：,2,、单根,V,带传递的最大功率,P=4.82KW,，小带轮直径,D,1,=180mm,，大带轮直径,D,2,=400mm,，,n,1,=1450r/min,，小轮包角,1,=152,，带和带轮的当量摩擦系数,f,v,=0.25,，试确定带传动的有效圆周力,F,e,、紧边拉力,F,1,和张紧力,F,0,。,解：,v=,D,1,n,1,/60=13.666m/s,由,P=F,e,V/1000,则,F,e,=1000P/v=352.7N,由,F,e,=2F,0,(e,fv,-1)/(e,fv,+1),得,F,0,=F,e,/2(e,fv,+1)/(e,fv,-1)=551.6N,F,1,=F,0,+F,e,/2=727.95N,F,2,=F,0,-F,e,/2=375.25N,3,、图示为带传动简图。轮,1,为主动轮。试问：,（,1,）带传动的主要失效形式有哪些？带传动工作时为什么出现弹性滑动现象？这种滑动是否可以避免？,（,2,）带传动工作时，带处于图中哪一点应力最大？最大应力,max=,？,解：,（,1,）带传动的主要失效形式是打滑和带的疲劳破坏。,带传动工作时，紧边与松边有拉力差，带饶在带轮上从紧边到松边其弹性变形逐渐减少，带也随之收缩，与带轮之间产生相对滑滑动。,这种滑动是不可避免的。,（,2,）紧边开始绕上小轮处的,a,点应力最大。,max=1+b1+c,齿轮传动典型习题,1,、欲设计一对标准直齿圆柱齿轮传动，现有两种方案，,方案一对齿轮的参数为：模数,m=4mm,，齿数,Z1=20,，,Z2=40,，,=200,，齿宽,b=80mm,，,方案一对齿轮参数为：模数,m=2mm,，齿数,Z1=40,，,Z2=80,，,=200,，齿宽,b=80mm,。试分析这两种方案对齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度、抗胶合能力和成本等方面的影响。,答：,（,1,）齿面接触疲劳强度,方案的大、小齿轮的分度圆直径和,方案的大、小齿轮的分度圆直径分别相等，两对齿轮的齿宽也相等，其它条件相同时，两种方案的齿面接触疲劳强度相等。,（,2,）齿根弯曲疲劳强度,两对齿轮的分度圆分别相等，但,方案的模数是,方案的,2,倍，其它条件相同，模数大的抗弯强度高，,方案齿根弯曲疲劳强度大。,（,3,）抗胶合能力,相对滑动速度大的地方，愈容易发生胶合。分度圆直径相等时，模数愈大，滑动速度也愈大，,方案抗胶合能力弱。,（,4,）成本,减小模数，降低齿高，因而减少金属切削量，节省制造费用。,方案制造成本高。,2,、图示为由锥齿轮和斜齿圆柱齿轮组成的传动系统。已知：,轴为输入轴，转向如图所示，输入功率,P,5 kW,，转速,n,1440 r/min,，各轮齿数为：,z1=25,，,z2=61,，,z3=22,，,z4=85,，假设效率,1,。,在图中标出各轮转向，并计算输出轴（,轴）的转矩。,为使,轴所受的轴向力最小，确定并在图中标出,3,、,4,两轮的螺旋方向。,在图中标出轮,3,在啮合点处所受各分力,(Ft3,、,Fr3,、,Fa3),的方向。,解答：,（,1,）各轮转向如图所示。,（,2,）,3,轮左旋，,4,轮右旋。,（,3,）轮,3,的各分力方向如图所示。,3,、图为一由锥齿轮,斜齿圆柱齿轮组成的二级减速传动。已知,轴为输入轴，要求输出轴,按图示方向回转。试在图上标出,轴的转向、齿轮,3,的旋向，以及齿轮,2,和齿轮,3,所受的各个分力。,解答：,蜗杆传动典型习题,1,、试标出各图中未注明的蜗杆或蜗轮的转动方向及螺旋线方向。,答：,a),图：蜗轮逆时针转动，（蜗杆左旋）蜗轮左旋,b),图：蜗轮向下转动（左视：逆时针转动），蜗杆左旋（蜗轮左旋）,c),图：蜗杆向左转动（上视：顺时针转动），（蜗杆右旋）蜗轮右旋,d),图：蜗轮,2,逆时针转动，（蜗杆右旋），蜗轮右旋,蜗轮,2,顺时针转动，（蜗杆右旋），蜗轮右旋,2,、图示为斜齿圆柱齿轮,蜗杆传动，主动齿轮转动方向和齿的旋向如图，设要求蜗杆轴的轴向力为最小时，试画出蜗轮的转向和作用在轮齿上的力（以三个分力表示），并说明蜗轮轮齿螺旋线方向。,解答：,轴承典型习题,1,、图示某转轴两端各用一个,30204,轴承支承，轴上载荷,F,re,=1000N,，,F,ae,=300N,，轴转速为,1000r/min,，载荷系数,f,P,=1.2,，常温下工作。求：,（,1,）两支点反力；,（,2,）两轴承的计算载荷；,（,3,）危险轴承的寿命。,已知：,30204,轴承基本额定动载,荷,C=28.2kN,，且有,Fd=Fr/(2Y),，有关数据如下：,e,F,a,/,F,r,e,F,a,/,F,r,e,0.38,X,Y,X,Y,1,0,0.4,1.7,备用公式,解：,(1),(2),F,d1,，,F,d2,方向如图所示。,F,d1,+,F,ae,=74+300=374N,F,d2,所以轴承,2,被“压紧”，轴承,1,被“放松”。,F,a1,=,F,d1,=74N,，,F,a2,=,F,d1,+300=374N,所以,P,1,=,f,P,F,r1,=1.2253 N=304N,P,2=,f,p(,X,2,F,r2,+,Y,2,F,a2,),=1.2,（,0.4747+1.7374,）,N=1122N,取温度系数,f,t,=1,(3),2,、斜齿圆柱齿轮支承在一对反装,7307AC,型滚动轴承上，轴转速,n,=200r/min,，齿轮受力为圆周力,F,te,=1890N,，径向力,F,re,=700N,，轴向力,F,ae,=360N,，方向如图所示，齿轮分度圆直径,d,=188mm,，轴承跨距,l,=200mm,，轴承载荷系数,f,p,=1,，其它数据为：,F,d,F,a,/,F,r,e,F,a,/,F,r,e,e,0.7,F,r,X,=1,X,=0.41,0.7,Y,=0,Y,=0.87,求：,（,1,）两轴承受径向力的大小？,（,2,）两轴承受轴向力的大小？,（,3,）两轴承的当量动载荷？,（,4,）哪个轴承寿命高？两轴承,寿命比是多少？,解,：,(1),（,2,）,F,d1=0.7,F,r1=0.71078N=755N,轴系改错典型习题,1,、试指出图中的错误结构,2,、试指出图中的错误结构,3,、试指出图中的错误结构,