机械设计习题PPT课件.ppt

5 6 已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相联接 托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行 距离250mm 大小为60kN的载荷作用 现有如图所示的三种螺栓布置型式 设采用铰制孔用螺栓联接 试问哪一种布置型式所用的螺栓直径最小 为什么 125 1 解 将载荷平移到螺栓组的对称中心 得 横向载荷R R 60kN 转矩T T 60 250 15000kNmm 每个螺栓所受到的剪力为 F1 R 6 60 6 10kN 2 a 圆形布置 F1 R 6 60 6 10kN 分别求三种布置型式 铰制孔用螺栓组中所受到的最大载荷 由右图的受力分析可知 红色螺栓所受到的剪力最大 Fmax a F1 F2 10 20 30KN 3 b 矩形布置 F1 R 6 60 6 10kN 由右图的受力分析可知 红色螺栓所受到的剪力最大 4 c 三角形布置 F1 R 6 60 6 10kN 红色螺栓所受到的剪力最大 由右图的受力分析可知 5 由以上计算可知 Fmax a 30KN Fmax min min Fmax a Fmax b Fmax c min 30 33 63 36 71 30kN 故 采用圆形布置型式所用的螺栓直径最小 6 同上题 将铰制孔用螺栓改为采用普通螺栓联接 结合面处的摩擦系数f 0 2 防滑系数Ks 1 试问哪一种布置型式所用的螺栓直径最小 为什么 7 解 将载荷平移到螺栓组的对称中心 得 横向载荷R R 60kN 转矩T T 60 250 15000kNmm 每个螺栓所受到的预紧拉力为 8 a 圆形布置 F1 50kN 分别求三种布置型式 普通螺栓组中所受到的最大载荷 螺栓所受到的最大预紧力 Fmax a F1 F2 50 100 150KN b 矩形布置 F1 50kN 螺栓所受到的最大预紧力 Fmax b F1 F2 50 109 64 159 64KN 9 c 三角形布置 F1 50kN 螺栓所受到的最大预紧力 Fmax c F1 F2 50 115 45 165 45KN 10 由以上计算可知 Fmax a 150KN Fmax min min Fmax a Fmax b Fmax c min 150 159 64 165 45 150kN 故 采用圆形布置型式所用的螺栓直径最小 铰制孔用螺栓 Fmax min min Fmax a Fmax b Fmax c min 30 33 63 36 71 30kN 11 5 8 两块金属板用两个M12的螺栓联接 若接和面的摩擦系数f 0 3 螺栓预紧力控制在其屈服极限的70 螺栓用性能等级为4 8的中碳钢制造 求此联接所能传递的横向载荷 普通螺栓 铰制孔用螺栓 12 求此联接所能传递的横向载荷 解 采用普通螺栓联接 定螺栓的许用应力值 4 8级中碳钢 s 320MPa 查表5 10得控制预紧力的安全系数s 1 4 查手册M12螺栓的小径为10 106mm 求单个螺栓所能承受的预紧力 13 求此联接所能传递的横向载荷 采用铰制孔用螺栓联接 按满足剪切条件计算 定螺栓的许用应力值 4 8级中碳钢 s 320MPa 查表5 10得控制预紧力的安全系数s 2 5 查手册M12螺栓光杆直径为13mm 求单个螺栓所能承受的剪切力 14 5 10 气缸盖螺栓组联接 已知气缸内的工作压力p 0 1MPa 缸盖与缸体均为钢制 直径D1 350mm D2 250mm 上 下凸缘厚均为25mm 试设计此联接 15 求单个螺栓所受到的总拉力 解 气缸盖只能采用普通螺栓联接 设采用8个螺栓 气缸盖所受到的总轴向载荷 求单个螺栓所受的轴向外力 查教材P83 得残余预紧力 16 定螺栓的许用应力值 采用5 8级中碳钢 s 400MPa 查表5 10得不控制预紧力的安全系数s 8 5 假设螺栓直径M16 M30 求螺栓直径 查手册得螺栓的公称直径M30 d1 26 211mm 第一系列 17 安全系数的确定 查表5 10 变载荷 不控制预紧力的安全系数s 8 5 螺栓的直径范围为M16 M30 验算 螺栓个数的确定 查表5 4 工作压力p 0 1MPa 1 6MPa t0 7d 7 30 210mm 则螺栓个数为 螺栓个数初定偏多 螺栓个数为 6个 18 求单个螺栓所受到的总拉力 设采用6个螺栓 气缸盖所受到的总轴向载荷 求单个螺栓所受的轴向外力 查教材P83 得残余预紧力 19 定螺栓的许用应力值 采用5 8级中碳钢 s 400MPa 查表5 10得不控制预紧力的安全系数s 8 5 求螺栓直径 查手册得螺栓的公称直径M33 d1 29 211mm 第二系列 20 安全系数的确定 查表5 10 变载荷 不控制预紧力的安全系数s 8 5 螺栓的直径范围为M30 M60 验算 螺栓个数的确定 查表5 4 工作压力p 0 1MPa 1 6MPa t0 7d 7 33 231mm 则螺栓个数为 螺栓个数为6个合适 21 25 25 s h a 查手册标准型弹簧垫圈 GB859 87 M33s 8 5 查手册六角螺母 GB6170 86 M33h 28 5 估 教材P65 a 0 2 0 3 d 0 2 0 3 33 6 6 9 9 螺栓总长为 l 25 25 s h a 25 25 8 5 28 5 10 97 光杆长度ls 30mm 估 螺纹长b 70mm 100 30 70 l1 螺栓余留长度为 l1 50 30 20mm 教材P65 变载荷螺栓余留长度为 l10 0 75d 0 75 33 25mm 查手册六角头螺栓 GB5782 86 得公称长度l 100mm 偏小 22 查手册 取大径d 16mm 小径d1 13 835mm 解 气缸盖只能采用普通螺栓联接 p 0 1MPa 由表5 5 t 7d 取t 6d 螺栓个数12 螺栓直径 则 定螺栓的许用应力值 采用8 8级中碳钢 s 640MPa 查表5 10得不控制预紧力的安全系数s 8 5 螺栓直径M16 23 单个螺栓所受到的总拉力 气缸盖所受到的总轴向载荷 单个螺栓所受的轴向外力 查教材P83 得残余预紧力 不满足强度条件 重新设计 验算螺栓强度 24 2020 2 6 25 6 4 凸缘半联轴器及圆柱齿轮分别用键与减速器的低速轴相连接 试选用两处键的类型及尺寸 已知 轴传递的转矩T 1000Nm 轴的材料为45钢 齿轮材料为锻钢 半联轴器材料为灰铁 工作时有轻微冲击 26 强度合格 所以可选用 键20 125GB T1096 1979 解 半联轴器处的键 根据半联轴器处轴的尺寸 70 130 由表6 1 选键宽 键高 键长 20 12 125 由题意 该两处的键均选用圆头键 根据轴的材料为钢 而半联轴器材料为灰铁 查表6 2 得许用挤压应力为 键的挤压强度校核 27 强度合格 所以可选用 键25 80GB T1096 1979 齿轮处的键 根据齿轮处轴的尺寸 90 90 由表6 1 选键宽 键高 键长 25 14 80 根据齿轮及轴的材料均为钢 查表6 2 得许用挤压应力为 键的挤压强度校核 28 齿轮传动 习题课 例1 已知直齿圆柱齿轮节点处的接触应力计算公式 试计算下面三小题中的 H1 H2各是多少 各题中的齿轮 齿条 材料均是45 调质后HB1 HB2 210 ZE 190 20 m 3mm b1 90mm b2 84mm 正常齿制 主动轮功率P 10KW 载荷系数K 1 5 效率 1 内啮合减速传动 Z主 20 Z从 40 n主 955r min 外啮合增速传动 Z主 60 Z从 30 n主 100r min 齿条带动齿轮传动 齿轮齿数Z 40 齿条移动速度 v 2m s 接触应力计算公式 29 内啮合减速传动 解 d1 mz1 3 20 60mm Z主 Z1 20 Z从 Z2 40 ZE 190Mpa1 2 m 3mm b1 90mm b2 84mm P主 10KW K 1 5 1 Z主 20 Z从 40 n主 955r min 30 内啮合减速传动 或 d1 mz1 3 20 60mm Z主 Z1 20 Z从 Z2 40 d2 mz2 3 40 120mm ZE 190Mpa1 2 m 3mm b1 90mm b2 84mm P主 10KW K 1 5 1 Z主 20 Z从 40 n主 955r min 31 外啮合增速传动 d1 mz1 3 30 90mm Z主 Z2 60 Z从 Z1 30 ZE 190Mpa1 2 m 3mm b1 90mm b2 84mm P主 10KW K 1 5 1 Z主 60 Z从 30 n主 100r min 32 齿条齿轮传动 d1 mz1 3 40 120mm Z主 Z齿条 Z2 Z从 Z齿轮 Z1 40 ZE 190Mpa1 2 m 3mm b1 90mm b2 84mm P主 10KW K 1 5 1 Z 40 齿条移动速度 v 2m s 33 例2 受力分析 已知n1转向 z1左旋 为了使轴 上受到的轴向力最小 试定出各齿轮旋向及转向 并画出各力方向 Fr1 Fa2 Ft1 Fa1 Ft2 Fr2 Fr3 Ft3 Fa4 Fa3 Ft4 Fr4 n n 34 例3 受力分析 已知圆锥齿轮1的转向n1 为了使轴 上受到的轴向力最小 试定出各齿轮转向及斜齿轮的旋向 并画出各力方向 n n Fr1 Ft1 Fa1 Ft2 Fr2 Fa2 Fr3 Ft3 Fa4 Fa3 Ft4 Fr4 35 例4 设计一对增速用的标准直齿圆柱齿轮传动 P 10KW n主 477 5r min z主 40 z从 20 H主 480Mpa H从 600Mpa F主 200Mpa F从 210Mpa YF主 2 3 YF从 2 8 d 0 6 K 1 5 求 这对齿轮的模数m等于多少才能满足强度要求 36 假设齿轮传动效率为1 齿数比 转矩 传动比 则 由齿面接触疲劳强度得 P 10KW n主 477 5r min z主 40 z从 20 H主 480Mpa H从 600Mpa F主 200Mpa F从 210Mpa YF主 2 3 YF从 2 8 d 0 6 K 1 5 Z主 Z2 40 Z从 Z1 20 解 37 模数 由齿根弯曲疲劳强度得 故 取 才能同时满足齿面接触疲劳强度和 齿根弯曲疲劳强度 P 10KW n主 477 5r min z主 40 z从 20 H主 480Mpa H从 600Mpa F主 200Mpa F从 210Mpa YF主 2 3 YF从 2 8 d 0 6 K 1 5 38 习题课 例一 已知 齿轮4的转向n4 试定出主动蜗杆的旋向及转向 为使中间轴 所受的轴向力最小 画出各轮所受的力 Fr3 Ft3 Fa3 Ft4 Fr4 Fa4 Fa2 Ft1 Ft2 Fa1 n1 Fr1 Fr2 39 习题11 1 分析蜗杆传动中各轴的回转方向 为使中间轴 所受的轴向力最小 试定出各轮的旋向及各轮所受的力 Fa2 Ft1 Fa1 Ft2 Fr2 Fr1 Ft4 Fa3 Ft3 Fa4 Fr3 Fr4 40 斜齿圆柱齿轮减速器低速轴转速n 1960rpm 齿轮上所受的圆周力FTe 1890N 径向力FRe 700N 轴向力FAe 360N 齿轮分度圆直径d1 188mm 轴颈直径d 30mm 轴承预期寿命Lh 20000h 载荷系数fp 1 1 温度系数ft 1 试选择轴承型号 选用深沟球轴承 双支点单向固定 选用圆锥滚子轴承 正装 选用角接触球轴承 反装 41 求支反力 水平方向 垂直方向 解 支反力 42 初选6206型轴承 Cr 19 5KN C0r 11 5KN 由图可知 查表1