机械设计课后作业及部分解答

1、螺纹联接作业1.受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已知预紧力为1500N，当轴向工作载荷为1000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。2.图示汽缸螺栓联接，汽缸内压力p在0-1.5MPa间变化，缸盖和缸体均为钢制，为保证气密性要求，试选择螺栓材料，并确定螺栓数目和尺寸。3.图示两根梁用8个4.6级普通螺栓与两块钢盖板相联接，梁受到的拉力F=28kN，摩擦系数f=0.2，控制预紧力，试确定所需螺栓的直径。4.图示YLD10凸缘联轴器，允许传递的最大转矩为630N·m，两半联轴器采用4个M12×60的铰制孔螺栓，性能等级为8.8级，联轴器材料为H

2、T200，试校核联接强度。5.铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示，已知L=300mm，a=60mm，试求三个方案中，受力最大的螺栓所受的力各为多少？哪个方案较好？6.图示底板螺栓组联接受外力Fe作用，外力Fe作用在包含x轴并垂直于底板结合面的平面内。试分析螺栓组受力情况，并判断哪个螺栓受载最大？保证联接安全的必要条件有哪些？7.指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。8.图示刚性联轴器取4个M16小六角头铰制孔用螺栓，螺栓材料为45钢，受剪面处螺栓直径为17mm，其许用最大扭矩T=1.5kN·m（设为静载荷），试校核其强度。联轴器材料HT250。提示 (按结构需要，查铰制孔用螺

3、栓标准（GB27-88），选定螺栓长度，可得挤压强度校核所需的尺寸h。)9.上题的刚性联轴器中，若采用M16受拉螺栓，靠两半联轴器的接合面间产生的摩擦力来传递扭矩，螺栓材料为45钢，接合面间的摩擦系数f=0.16，安装时不控制欲紧力，试决定螺栓数（螺栓数应为双数）。10.如图，缸径D=500mm，蒸汽压力p=1.2MPa，螺栓分布圆直径D0=640mm。为保证气密性要求，螺栓间距不得大于150mm。试设计此汽缸盖螺栓组联接。螺纹联接作业解答18 （略）9解：（1）、求预紧力 查手册GB196-81 得(M16) p=2 H=0.866 p=1.732 则： 查表6.3 取 选6.8级： 许用拉

4、应力： （2） 取保 取 z=12 (双数)10解:1、确定螺栓数目z取间距t125取16、选螺栓性能等级6.8级45钢、计算螺栓载荷 (1)、气钢盖载荷：（2）、螺栓工作载荷：（3）、残余预紧力： （4）、螺栓最大拉力：（5）、许用拉力： 取安全系数： （不控制预紧力）4、计算螺栓尺寸选 M24 查 (满足要求)若选M22 则： H=0.866 p=2.165 (不满足)轴毂联接作业1.图示减速器的低速轴与凸缘联轴器及圆柱齿轮之间分别采用键联接。已知轴传递的转矩为1000N·m，齿轮的材料为锻钢，凸缘联轴器材料为HT200，工作时有轻微冲击，联接处轴及轮毂尺寸如图示。试选择键的类型

5、和尺寸，并校核联接的强度。2.轴与轮毂分别采用B型普通平键联接和中系列矩形花键联接。已知轴的直径（花键的大径）d=102mm，轮毂宽L=150mm，轴与轮毂的材料均为碳钢，取许用挤压应力为100MPa，试计算两种联接各允许传递的转矩。3.试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。带传动作业1.图示带式输送机装置。小带轮直径140mm，大带轮直径为400mm，鼓轮直径250mm，为提高生产率，在载荷不变条件下，提高带速度，设电机功率和减速器的强度足够，忽略中心距变化，下列哪种方案更为合理？1、大轮直径减小到280mm；2、小轮直径增大到200mm；3、鼓轮直径增大到350mm。提示 (采用第

6、(3)方案不合理,因为转速n不变,D增大,v加大,F不变,则工作转矩,V带承载能力不够。采用(1)(2)方案时,由于D不变,作用于带上有效圆周力F不变,故较方案(3)好。但在方案(2)中,由于小带轮直径加大,应力减小,提高了带的承载能力,方案(1)中小带轮直径较小,应力较大,故不如方案(2)2.某车床电动机和主轴箱之间为窄V带传动，电动机转速n1=1440r/min，主轴箱负载为4.0kW,带轮基准直径分别为90mm、250mm,传动中心距a=527mm,预紧力按规定条件确定,每天工作16小时,试确定该传动所需窄V带的型号和根数。3.现设计一带式输送机的传动部分，该传动部分由普通V带传动和齿轮

7、传动组成。齿轮传动采用标准齿轮减速器。原动机为电动机，额定功率为11kW，转速n1=1460r/min，减速器输入轴转速为400r/min，允许传动比误差为±5%，该输送机每天工作16小时，试设计此普通V带传动。4.图示为带传动的张紧方案，试指出不合理之处。提示 (a)平带传动,张紧轮宜装于松边外侧靠近小轮,主要用以增大平带传动包角;b)V带传动,张紧轮不宜装在紧边,应装于松边内侧,使带只受单向弯曲,且靠近大轮,防止小带轮包角减小。)5.单根C型V带能传递的最大功率为P=4.7kW，主动轮直径D1=200mm，主动轮转速n1=1800r/min，小带轮包角1=135°，胶带

8、与带轮间的当量摩擦系数f=0.25，0.4，0.5时。求紧边拉力F1、松边拉力F2、有效拉力F、初拉力F0。6.带传动主动轮转速n1=1450r/min，主动轮直径D1=140mm，从动轮直径D2=400mm，传动中心距a1000mm，传递功率P=10kW，取工作载荷系数KA=1.2。选带型号并求V带根数z。7.单根A型V带，其基准长度Ld=2000mm，传动功率P=1.0kW，主动轮转速n1=1440r/min，主动轮直径D1=100mm，从动轮转速n2=720r/min，轮缘沟槽的角度=38°，紧边拉力是松边拉力的5倍。试求：1）传动中心距；2）带和带轮接触面的当量摩擦系数f；3

9、）紧边拉力F1和有效拉力F。8.单根A型V带传递的功率P=2.33kW，主动带轮直径D1=125mm，转速n1=3000r/min，小带轮包角1=150°，带与带轮间的当量摩擦系数f=0.25。求带截面上各应力的大小并计算各应力是紧边拉应力的百分之几。V带弹性模量E可近似取为300MPa。（摩擦损失功率不计。）9.图示为电动绳索牵引机的传动系统简图。试设计电动机与齿轮传动之间的V带传动。已知：电动机功率P=5.5kW，带传动的传动比i=3，电动机转速n1=1440r/min，一班制工作，载荷平稳。带传动作业解答14 （略）5解：有效拉力：紧边拉力：6解：计算功率：查图11-15：选B

10、型带带速：查表11-7：（查值法）传动比：传动比系数：弯曲影响系数：包角：查表11-6：（查值法）计算基准长度取标准值：查图11-16：根数：取 z=57解：取=1%取标准值：（1） 中心距（题给内周长度应改为基准长度）（2） 带速 可忽略离心力 （3） 代入：8解：带速：一、 求各力：有效拉力：查表：（A型）二、 求各应力面积：离心应力：弯曲应力：三、求所占比例：9解：1、计算功率选型号：由表11.5取，选A型2、定直径查表11.6 选 （=1%）取标准值：3、实际传动比，实际从动轮转速4、验算带速（可以）5、确定中心距a和带长初定：取 初定带长：由图11.4取标准值：基准长度 L=1120

11、mm实际中心距：6、验算包角7、确定带的根数z查表11.8 查表11.7 查表11.12 查表11.10取z=8根8、张紧力A型：q=0.1kg/m9、压轴力链传动作业1.滚子链传动传递的功率P=8.5kW，工况系数KA=1.2，主动链轮转速n1=960r/min，齿数z1=21，从动链轮转速n2=330r/min，中心距a600mm，链节距p=12.7mm，试计算需要几排链。2.单排滚子链传动，主动链轮转速n1=600r/min，齿数z1=21，从动链轮齿数z2=105，中心距a=910mm，该链的节距p=25.4mm，工况系数KA=1.2，试求链传动所允许传递的功率P。3.设计一输送装置用

12、的链传动。已知传递的功率P=16.8kW，主动轮转速n1=960r/min，传动比i=3.5，原动机为电动机，工作载荷冲击较大，中心距a800mm，水平布置。4.已知一套筒滚子链传动，链节距p=19.05mm，主动链轮齿数z1=15，链轮转速n1=500r/min，从动链轮齿数z2=25，中心距a=650mm。试求：1）链速v（即链的平均速度）；2）链速的波动值vmax和vmin；3）链速波动的百分比。链传动作业解答13 （略）4解:(1) (2)(3)齿轮传动作业1.在下列各齿轮受力图中标注各力的符号（齿轮1主动）。提示 (各力符号应与教材一致，如Ft1，Ft2等。)2.两级展开式齿轮减速器

13、如图所示。已知主动轮1为左旋，转向n1如图所示，为使中间轴上两齿轮所受轴向力互相抵消一部分，试在图中标出各齿轮的螺旋线方向，并在各齿轮分离体的啮合点处标出齿轮的轴向力Fa、径向力Fr和圆周力Ft的方向。提示 (先根据已知条件确定Fa2方向，由题意Fa3方向与Fa2方向相反条件，标出Fa3方向，再确定齿轮3的螺旋线方向。)3.图示定轴轮系，已知z1=z3=25，z2=20，齿轮1的转速为450r/min，工作寿命为Lh=2000h。齿轮1为主动且转向不变，试问：(1)齿轮2在工作过程中轮齿的接触应力和弯曲应力的循环特性系数r各为多少？(2)齿轮2的接触应力和弯曲应力的循环次数N2各为多少？提示

14、(a)齿轮的工作应力循环次数N=60njLh,j为齿轮每转一转时,同一齿侧面啮合次数;b)分析齿轮2轮齿弯曲应力的循环特性系数时,注意在每转一转时，同一齿侧面齿根是否发生受拉与受压的交替现象。)4.设计铣床中的一对直齿圆柱齿轮传动，已知功率P1=7.5kW,小齿轮主动,转速n1=1450r/min,齿数z1=26,z2=54,双向传动,工作寿命Lh=12000h。小齿轮对轴承非对称布置,轴的刚性较大,工作中受轻微冲击,7级制造精度。5.设计一斜齿圆柱齿轮传动，已知功率P1=40kW，转速n1=2800r/min，传动比为3.2,工作寿命Lh=1000h,小齿轮作悬臂布置,工作情况系数为1.25

15、。6.设计由电动机驱动的闭式圆锥齿轮传动。已知功率P1=9.2kW,转速n1=970r/min,传动比为3,小齿轮悬臂布置,单向转动,载荷平稳,每日工作8小时,工作寿命为5年(每年250个工作日)。7.图示的两种直齿圆柱齿轮传动方案中，已知小齿轮分度圆直径d1=d3=d1=d3=80mm，大齿轮分度圆直径d2=d4=d2=d4=2d1，输入扭矩T1=T1=1.65×105N.mm，输入轴转速n1=n1，齿轮寿命th=th，若不计齿轮传动和滚动轴承效率的影响，试作：1）计算高速级和低速级齿轮啮合点的圆周力和径向力，标出上述各力的方向和各轴的转向；2）计算两种齿轮传动方案的总传动比i和i

16、；3）分析轴和轴承受力情况，哪种方案轴承受力较小？4）对两种方案中高速级齿轮进行强度计算时应注意什么不同点？对其低速级齿轮进行强度计算时又应注意什么不同点？8.有两对闭式直齿圆柱齿轮传动，其尺寸如下表所示，其材料及热处理硬度、载荷、工况及制造精度均相同。试分析比较哪对齿轮的接触应力大？哪对齿轮的接触强度高？9.有两对闭式直齿圆柱齿轮传动，其尺寸如下表所示，当材料及齿面硬度、制造精度、运转工况（包括载荷）、应用场合、传动布局皆相同时，按无限寿命分析，哪个齿轮的齿根弯曲强度最差？10.在图示的展开式二级斜齿圆柱齿轮传动中，已知：高速级齿轮齿数z1=44，z2=94，模数mn=2.5mm。低速级齿轮

17、齿数z3=43，z4=95，模数mn=3.5mm，分度圆螺旋角=9°42。输出功率P=28.4kW,输出轴转速n=309r/min。齿轮啮合效率1=0.98，2=0.99。试求：1）高速级大齿轮的齿（旋）向，以使中间轴上的轴承所受的轴向力较小；2）高速级斜齿轮螺旋角1为多少时，中间轴上的轴承所受的轴向力完全抵消？3）各轴转向及所受扭矩；4）齿轮各啮合点作用力的方向和大小（各用三个分力表示）。11.设计一用于带式运输机传动装置的闭式单级斜齿圆柱齿轮传动。已知：P1=10kW，n1=970r/min，i=4.2，由电动机直接驱动，单向回转，载荷有中等振动，齿轮在轴上对轴承作对称布置，工作

18、寿命为15年，两班制工作。12.有一直齿圆锥-斜齿圆柱齿轮减速器如图所示。已知：P1=17kW，n1=720r/min。圆锥齿轮几何尺寸与参数为m=5mm，z1=25，z2=60，b=50mm。斜齿圆柱齿轮几何尺寸与参数为mn=6mm，z3=21，z4=84。锥齿轮啮合效率1=0.96，斜齿圆柱齿轮啮合效率2=0.98，滚动轴承效率3=0.99。轴转向如图所示，单向转动。1）绘图标出各齿轮的转向；2）计算各轴的扭矩；3）当斜齿圆柱齿轮分度圆螺旋角为何旋向及多少度时，方能使大锥齿轮和小斜齿圆柱齿轮的轴向力完全抵消？4）绘图标出齿轮各啮合点作用力的方向（各用三个分力表示），并计算其大小。斜齿圆柱齿

19、轮的螺旋角按=10°830计算。齿轮传动作业解答16 （略）7解：（1）方案a) N方案b) （2）、8解：接触应力随直径（或中心距）增大而减小 、是标准中心距 a=60 、是变径中心距 a=62对接触应力大对接触应力小又两对齿轮的许用应力相等对接触强度底，对接触强度高。10解：（1）如图(2) (负号表示方向相反)此时中心距:取:则: (3)、轴： II轴： 轴: (4)、12Ft1Fr1Fa1Ft2Fa2Fr2Fr3Fa3Ft3Fa4Ft4Fr4蜗杆传动作业1.图示为简单手动起重装置。若按图示方向转动蜗杆，提升重物G，试确定：1)蜗杆和蜗轮齿的旋向；2)蜗轮所受作用力的方向(画出

20、)；3)当提升重物或降下重物时,蜗轮齿面是单侧受载还是双侧受载。2.图示蜗杆传动均以蜗杆为主动件，试在图上标出蜗轮（或蜗杆）的转向，蜗轮的旋向，蜗杆、蜗轮所受各分力的方向。3.图示为某起重设备的减速装置。已知各轮齿数z1=z2=20，z3=60，z4=2，z5=40，轮1转向如图所示，卷筒直径D=136mm。试求：1)此时重物是上升还是下降；2)设系统效率=0.68,为使重物上升,施加在轮1上的驱动力矩T1=10N.m,问重物的重量是多少?4.蜗轮滑车如图所示，起重量F=10kN,蜗杆为双头,模数m=6.3mm,分度圆直径d1=63mm,蜗轮齿数z2=40,卷筒直径D=148mm,蜗杆传动的当

21、量摩擦系数fv=0.1,轴承、溅油和链传动效率损失为8%,工人加在链上的作用力F'=200N。试求链轮直径D',并验算蜗杆传动是否自锁。5.试设计轻纺机械中的一单级蜗杆减速器，传递功率P1=8.5kW,主动轴转速n1=1460r/min,传动比i=20,载荷平稳,单向工作,长期连续运转,润滑情况良好,工作寿命Lh=15000h。6.已知一蜗杆传动，蜗杆为主动，转速n1=1440r/min，蜗杆头数z1=2，模数m=4mm，蜗杆直径系数q=10，蜗杆材料为钢，齿面硬度大于45HRC，磨削，蜗轮材料为铸锡青铜，求该传动的啮合效率。7.图示传动系统中,件1、5为蜗杆，件2、6为蜗轮，

22、件3、4为斜齿圆柱齿轮，件7、8为直齿锥齿轮。已知蜗杆1为主动，要求输出齿轮8的回转方向如图。试确定：1)各轴的回转方向；2)考虑各中间轴上所受轴向力能互相抵消一部分,定出各轮旋向；3)画出各轮的轴向分力的方向。8.图示三级减速装置传动方案简图，要求传动比i=50，这样布置是否合理？为什么？试画出合理的传动方案简图（不采用蜗杆传动）。9.设计一运料用单级圆柱蜗杆减速器。已知蜗杆为下置，并由Y132-4M电动机直接驱动,传动比i=25,不反转,载荷基本稳定,折合一班制工作,使用寿命5年。(要求设计该蜗杆传动的几何尺寸,计算传动效率,选择润滑剂及润滑方法,进行热平衡计算,并绘制蜗杆,蜗轮零件工作图

23、)。10.指出图中未注明的蜗感杆或蜗轮的螺旋线旋向及蜗杆或蜗轮的转向,并绘出蜗杆和蜗轮啮合点这、作用力的反向(各用三个分力表示)。蜗杆传动作业解答18 （略）9设计一运料用单级圆柱蜗杠减速器。已知蜗杠为下置，并用Y132M-4电动机直接启动，传动比I=25,不反转，载荷基本稳定，折合一班制工作，使用寿命5年。解：1、 选择材料：（1） 蜗杆：45号钢，表面硬度（表面淬火）（2） 蜗轮：铸锡青铜ZcuSn10P1 (轮芯HT150铸铁)2、 接触疲劳强度计算进行设计：（1） (2) 式中：(a)； (b) ；(c)； Y132M-4(d):由值:选由图13.12知 (e)初设 由表6知: 当查表

24、13.11得(或计算: (f)按GB10085-88取保a=200mm3、 主要参数和几何尺寸：因为 取或（）取(1)(2)(3)中心距：（1）（2）（3）取采用变位传动：由图13.12查出讨论：（误差不大） 且上述结果可用4、 热平衡计算a) b)10指出图中未著名人士的蜗杆或蜗轮的螺旋线旋向及蜗杆或蜗轮的转向,并给出蜗杆和蜗轮的转向,并给出蜗杆和蜗轮啮合点作用力的方向(各用三个分力表示)解:滑动轴承作业1.有一不完全液体润滑径向滑动轴承，轴颈直径d=200mm，轴承宽度B=250mm，轴承材料选用ZCuAl10Fe3，当轴的转速为60r/min、100r/min、500r/min时，轴承允

25、许的最大径向载荷各为多少？2.一液体动力润滑径向滑动轴承，承受径向载荷F=70kN，转速n1=1500r/min，轴颈直径d=200mm，宽径比B/d=0.8，相对间隙=0.0015，包角=180°，采用32号全损耗系统用油（无压供油），假设轴承中平均温度为50，油的粘度=0.018Pa.s，求最小油膜厚度。3.某汽轮机用动力润滑径向滑动轴承，轴承直径d=80mm，转速n=1000r/min，轴上的径向载荷F=10kN，载荷平稳，试确定轴瓦材料、轴承宽度B、润滑油牌号、流量、最小油膜厚度、轴与孔的配合公差及表面粗糙度，并进行轴承热平衡计算。4.空气压缩机主轴向心滑动轴承,轴转速为30

26、0r/min轴颈直径d=160mm,轴承径向载荷D=5000N,轴承宽度B=240mm,试选择轴承材料,并按混合摩擦润滑条件进行校核。5.液体摩擦润滑向心滑动轴承,轴承直径d=80mm,轴承宽度B=80mm,轴转速1000r/min,轴承载荷F=10000N,试设计此轴承。滚动轴承作业1.如图所示，轴上装有一斜圆柱齿轮，轴支承在一对正安装的7209AC轴承上。齿轮轮齿上受到圆周力Fte=8100N，径向力Fre=3052N，轴向力Fae=2170N，转速300r/min，载荷系数fp=1.2，试计算两个轴承的基本额定寿命。（想一想：轴承反安装时有何变化？）2.一根装有小圆锥齿轮的轴拟用图示的支

27、承方案，两支承点均选用轻系列的圆锥滚子轴承。圆锥齿轮传递的功率P=4.5kW(平稳),转速n=500r/min,平均分度圆半径rm=100mm,分锥角=16°,轴颈直径可在28-38内选择。其它尺寸如图。若希望轴承的基本额定寿命能超过60000h，试选择合适的轴承。3.6215轴承受径向载荷Fr=45.6kN,轴向载荷Fa=6.3kN,载荷平稳,试计算其当量动载荷P,若在此当量动载荷作用下要求该轴承能正常旋转1000000转,其可靠度约为多少?4.按要求在给出的结构图中填画合适的轴承(图中箭头示意载荷方向)。5.30208轴承(新标准)额定动负荷C=34000N。(1) 当量动负荷P

28、=6200N,工作转速n=730r/min,试计算轴承寿命h；(2) P=6200N,若求h 10000h,允许的最高转速n是多少?6.试计算以下轴承(两端单向固定)的径向力Fr ,轴向力Fa及当量动负荷P。图示三种情况下左右轴承哪个寿命低？已知轴上负荷FR =3000N,FA=500N,fd=1.2。(1) 一对205轴承。(2) 一对7205C(=15°)轴承(正装安)。(3)一对 7205C(=15°)轴承(反安装)。滚动轴承作业解答14 （略）5解：（1）7208（旧标准）使圆锥滚子轴承，新标准是30208。轴承寿命：（2）（3）6(2)解:36205(旧标准)是是并列角接触球轴承(新标准7205C(=15°)附加轴向力:轴承被”压紧”,轴承被”放松求当量动载荷P查手册:查表18.7又 则大轴承I寿命低联轴器和离合器作业1.有一链式输送机用联轴器与电动机相联接。已知传递功率P=15kW，电动机转速n=1460r/min，电动机轴伸直径d=42mm。两轴同轴度好，输送机工作时起动频繁并有轻微冲击。试选择联轴器的类型与型号。2.一机床主