机械设计复习题1

1、轴：轴：1直轴按承受载荷的性质分为三类直轴按承受载荷的性质分为三类2轴设计的主要内容和轴的设计步骤轴设计的主要内容和轴的设计步骤传动轴：在工作中主要承受转矩，不承受弯矩或承受弯矩很小。传动轴：在工作中主要承受转矩，不承受弯矩或承受弯矩很小。心轴：在工作中只承受弯矩，不承受转矩。心轴又分为固定心轴和转动心轴。心轴：在工作中只承受弯矩，不承受转矩。心轴又分为固定心轴和转动心轴。转轴：在工作中既承受弯矩，又承受转矩。转轴：在工作中既承受弯矩，又承受转矩。轴的设计包括两个主要内容：轴的结构设计和轴的强度计算。轴的设计包括两个主要内容：轴的结构设计和轴的强度计算。轴的设计步骤：轴的设计步骤： 1）选择轴

2、的材料；）选择轴的材料；2）估算轴的最小直径；）估算轴的最小直径；3）轴的结构设计；）轴的结构设计； 4）轴的强度校核；）轴的强度校核；5）必要时进行轴的刚度计算和振动稳定性计算。）必要时进行轴的刚度计算和振动稳定性计算。mmnPAdmin30=扭转强度公式扭转强度公式3轴的刚度条件指标和提高刚度的措施轴的刚度条件指标和提高刚度的措施轴的刚度条件为：轴的刚度条件为：挠挠 度：度： y y 偏转角：偏转角： 提高轴刚度的措施：增大轴的直径。提高轴刚度的措施：增大轴的直径。（注意：用合金钢代替碳素钢不能提高轴的刚度。）（注意：用合金钢代替碳素钢不能提高轴的刚度。）123456781滚动体和内、外圈

3、所受的载荷和应力滚动体和内、外圈所受的载荷和应力滑动轴承、滚动轴承滑动轴承、滚动轴承2滚动轴承的失效形式滚动轴承的失效形式滚动轴承的主要失效形式（又称正常失效形式）是滚动体或内外圈滚道上发生疲滚动轴承的主要失效形式（又称正常失效形式）是滚动体或内外圈滚道上发生疲劳点蚀。当轴承转速很低劳点蚀。当轴承转速很低(n10r/min)或只慢慢摆动，且静载荷很大时，其失效形式是或只慢慢摆动，且静载荷很大时，其失效形式是滚动体或内外圈滚道表面发生塑性变形。滚动体或内外圈滚道表面发生塑性变形。在滚动轴承正常工作时，滚动体和内外圈滚道均受变载荷和变应力。其中，滚动在滚动轴承正常工作时，滚动体和内外圈滚道均受变载

4、荷和变应力。其中，滚动体和转动套圈承受周期性非稳定脉动循环的变载荷（变接触应力），固定套圈则承受体和转动套圈承受周期性非稳定脉动循环的变载荷（变接触应力），固定套圈则承受稳定的脉动循环的变载荷（接触应力）。稳定的脉动循环的变载荷（接触应力）。3滚动轴承的基本额定寿命滚动轴承的基本额定寿命基本额定寿命：一批相同的轴承在相同的条件下运转，当其中基本额定寿命：一批相同的轴承在相同的条件下运转，当其中10%的轴承发生疲的轴承发生疲劳点蚀破坏（劳点蚀破坏（90%的轴承没有发生点蚀）时，轴承转过的总转数的轴承没有发生点蚀）时，轴承转过的总转数 L10（单位为（单位为10E6转），转），或在一定转速下工作的

5、小时数或在一定转速下工作的小时数 Lh（单位为小时）。（单位为小时）。1动压油膜形成条件动压油膜形成条件2未形成动压润滑的滑动轴承的失效形式、设计准则和验算内容，未形成动压润滑的滑动轴承的失效形式、设计准则和验算内容，液体动压润滑轴承设计时也要进行的计算液体动压润滑轴承设计时也要进行的计算失效形式：磨损、胶合失效形式：磨损、胶合设计准则：维护边界油膜不被破坏，尽量减少轴承材料的磨损。设计准则：维护边界油膜不被破坏，尽量减少轴承材料的磨损。验算内容：验算内容： 为防止过度磨损，验算：为防止过度磨损，验算：P p MPa 为防止温升过高而胶合，验算：为防止温升过高而胶合，验算：Pv= Pv MPa

6、m/s 为防止局部过度磨损，验算：为防止局部过度磨损，验算：V = v m/s 因为在液体动压润滑滑动轴承的启动和停车过程中，也是处于非液体摩因为在液体动压润滑滑动轴承的启动和停车过程中，也是处于非液体摩擦状态，也会发生磨损，也需要进行上述三个条件的验算。擦状态，也会发生磨损，也需要进行上述三个条件的验算。(1) 相对运动的两表面必须构成收敛的楔形间隙；相对运动的两表面必须构成收敛的楔形间隙；(2) 两表面必须有一定的相对速度，其运动方向应使润滑油从大口流入、从小两表面必须有一定的相对速度，其运动方向应使润滑油从大口流入、从小口流出；口流出；(3) 润滑油必须具有一定的粘度，且供油要充分。润滑

7、油必须具有一定的粘度，且供油要充分。1.1.一齿轮减速器的中间轴由代号为一齿轮减速器的中间轴由代号为6212 6212 的滚动轴承支承，已知其径向载的滚动轴承支承，已知其径向载荷荷FrFr = 6000 N= 6000 N，无轴向载荷，基本额定动载荷，无轴向载荷，基本额定动载荷C = 36800 NC = 36800 N，轴的转速轴的转速为为n n = 400 r/min= 400 r/min，载荷平稳，常温下工作，已工作过，载荷平稳，常温下工作，已工作过5000 h5000 h，问：，问：1 1）该轴承还能继续使用多长时间？）该轴承还能继续使用多长时间？2 2）若从此后将载荷改为原载荷的）若

8、从此后将载荷改为原载荷的50%50%，轴承还能继续使用多长时间？，轴承还能继续使用多长时间？解：解： (1) 已知其径向载荷已知其径向载荷 Fr = 6000 N，无轴向载荷，且载荷平稳，常温下工作，无轴向载荷，且载荷平稳，常温下工作 因此：因此：fd =1，ft = 1 当量动载荷：当量动载荷： P = Fr = 6000N 求其寿命：求其寿命：h4 .9613)600036800(46010)PCf(n6010L366=0 00 0* *t th h已经工作了已经工作了5000h，还能工作的时间：，还能工作的时间：Lh = 9613.4 5000 = 4613.4 h(2) 若从此后将载荷

9、改为原载荷的若从此后将载荷改为原载荷的50%，即：，即：P减为以前的减为以前的50% 6)PCf(n6010Lt th h而而：=则：载荷变化后的寿命则：载荷变化后的寿命,轴承还能继续使用的时间：轴承还能继续使用的时间：h2 .36907h4 .4613X8L8L)2(L3 =h hh hh h2.2.一传动装置的锥齿轮轴用一对代号为一传动装置的锥齿轮轴用一对代号为3021230212的圆锥滚子轴承支承，的圆锥滚子轴承支承，布置如图。已知轴的转速为布置如图。已知轴的转速为1200r/min1200r/min，两轴承所受的径向载荷，两轴承所受的径向载荷F Fr r1= 8500N1= 8500N

10、，F Fr r2 =3400N2 =3400N。fdfd = 1 = 1，常温下工作。轴承的预期寿，常温下工作。轴承的预期寿命为命为1500015000小时。试求：小时。试求：1 1滚动轴承所受的轴向载荷滚动轴承所受的轴向载荷 FaFa1 1、FaFa2 22 2允许作用在轴上的最大轴向力允许作用在轴上的最大轴向力 FAFAN125482P,h15000)2P102000(16010)PCf(n6010L31066=求求得得2 20 00 0* *预预期期寿寿命命：t th h解：根据机解：根据机械设计课程设计手册械设计课程设计手册查得查得30212轴承其：轴承其：e=0.4,Y=1.5,C=

11、102000N而：Fd=Fr/2Y因此：Fd1 = Fr1/2Y = 8500/3 = 2833.4 N，指向左，指向左 Fd2 = Fr2/2Y = 3400/3 = 1133.4 N，指向右，指向右由于：由于：Fd1Fd2，Fd1与与FA同向同向所以：所以：Fd1+FA Fd2，右端轴承被压紧，左端被放松，右端轴承被压紧，左端被放松因此：因此：Fa1=Fd1= 2833.4 N (压紧端压紧端 ) ， Fa2=Fd1+FA （放松端）（放松端）而：Fa1/Fr1= 2833.4 /8500=0.33 e，P2=0.4 X 3400 + 1.5Fa2由于要求最大轴向力由于要求最大轴向力FA，

12、故用，故用P2进行计算：进行计算：从而求得：从而求得：Fa2 = 7458.6N，FA = 4625.2N，Fa1 = 2833.4 N1. 蜗杆蜗轮的正确啮合条件是什么？为增加蜗杆减速器蜗杆蜗轮的正确啮合条件是什么？为增加蜗杆减速器输出轴的转速，决定用双头蜗杆代替原来的单头蜗杆，输出轴的转速，决定用双头蜗杆代替原来的单头蜗杆，问原来的蜗轮是否可以继续使用？为什么？问原来的蜗轮是否可以继续使用？为什么？答：答：1. 蜗杆蜗轮的正确啮合条件：蜗杆蜗轮的正确啮合条件：蜗杆的轴向模数蜗杆的轴向模数ma1等于蜗轮的端面模数等于蜗轮的端面模数mt2，蜗杆的轴向压力，蜗杆的轴向压力角角a1等于蜗轮的端面压

13、力角等于蜗轮的端面压力角t1 ，蜗杆导程角，蜗杆导程角等于蜗轮螺旋角等于蜗轮螺旋角。2. 不可以。蜗轮蜗杆正确啮合的条件中有不可以。蜗轮蜗杆正确啮合的条件中有 = ，依题意，如用，依题意，如用原来的蜗轮，当蜗杆头数原来的蜗轮，当蜗杆头数 z1 由由1 变为变为2，模数，模数m 和分度圆直径和分度圆直径d1 不能变，据不能变，据 tg=z1m/d1=z1/q 可知，可知，tg 增大为原来的增大为原来的 2 倍，即倍，即导程角导程角 增大了，与蜗轮的螺旋角增大了，与蜗轮的螺旋角 不再相等。因此，不再符合不再相等。因此，不再符合蜗轮蜗杆的正确啮合条件。蜗轮蜗杆的正确啮合条件。蜗杆传动蜗杆传动2为什么

14、蜗杆传动只计算蜗轮轮齿的强度，而不计为什么蜗杆传动只计算蜗轮轮齿的强度，而不计算蜗杆齿的强度？闭式蜗杆传动的主要失效形式与设计算蜗杆齿的强度？闭式蜗杆传动的主要失效形式与设计准则？准则？答：因为蜗杆材料的强度和硬度一般大于蜗轮材料的，故蜗答：因为蜗杆材料的强度和硬度一般大于蜗轮材料的，故蜗杆传动的失效主要发生在蜗轮的轮齿上。所以强度计算一般也就杆传动的失效主要发生在蜗轮的轮齿上。所以强度计算一般也就只计算蜗轮的了。只计算蜗轮的了。闭式蜗杆传动的主要失效形式是齿面胶合、点蚀和磨损；其闭式蜗杆传动的主要失效形式是齿面胶合、点蚀和磨损；其设计准则是按齿面接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力，设计准

15、则是按齿面接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力，在选择许用应力时适当考虑胶合和磨损的影响，同时应进行热平在选择许用应力时适当考虑胶合和磨损的影响，同时应进行热平衡计算。衡计算。齿轮传动：齿轮传动：闭式传动的软齿面齿轮：闭式传动的软齿面齿轮：主要失效：点蚀及塑性变形主要失效：点蚀及塑性变形闭式传动的硬齿面齿轮闭式传动的硬齿面齿轮开式传动开式传动主要失效：疲劳折断或磨损主要失效：疲劳折断或磨损设计准则：接触应力设计准则：接触应力HH FF 设计准则：弯曲应力设计准则：弯曲应力 v vA A载载荷荷系系数数：KKKKK =答题要点：答题要点：依题意：两组齿轮中，每个齿轮的许用应力都相等，只需比较其

16、接触应力和弯依题意：两组齿轮中，每个齿轮的许用应力都相等，只需比较其接触应力和弯曲应力的大小来分析强度的高低。曲应力的大小来分析强度的高低。1）比较接触强度）比较接触强度因两对齿轮的传动比以及齿宽相等，可以通过中心距（或齿轮直径）的大小比因两对齿轮的传动比以及齿宽相等，可以通过中心距（或齿轮直径）的大小比较两对齿轮的接触应力。较两对齿轮的接触应力。A 对齿轮：对齿轮：dA1=mA*zA1= 100mmB 对齿轮：对齿轮： dB2=mB*zB2= 100mm两对齿轮的分度圆直径相等，说明在相同的载荷下，接触应力一样。又因为两两对齿轮的分度圆直径相等，说明在相同的载荷下，接触应力一样。又因为两者许

17、用接触应力一样，所以接触强度相等。者许用接触应力一样，所以接触强度相等。2）比较弯曲强度）比较弯曲强度在中心距和齿宽以及所受载荷相同的条件下，可以通过模数的大小比较两对齿在中心距和齿宽以及所受载荷相同的条件下，可以通过模数的大小比较两对齿轮的弯曲应力，轮的弯曲应力，A 对齿轮模数较小，弯曲应力较大，对齿轮模数较小，弯曲应力较大，B 对齿轮模数较大，弯曲对齿轮模数较大，弯曲应力较小。所以，应力较小。所以，A 对齿轮弯曲强度较低，对齿轮弯曲强度较低，B 对齿轮弯曲强度较高。对齿轮弯曲强度较高。1 1有两对标准直齿圆柱齿轮，其材料、热处理方式都相同，第有两对标准直齿圆柱齿轮，其材料、热处理方式都相同

18、，第A A 对：对：mA mA = 2mm= 2mm，zAzA1 = 501 = 50，zAzA2 = 1502 = 150；第；第B B 对：对：mB mB = = 4mm4mm，zBzB1 = 251 = 25，zBzB2 = 752 = 75；其齿宽；其齿宽b b、小轮转速、小轮转速n n1 1、传递功、传递功率率P P 、载荷系数、载荷系数也相等。按无限寿命考虑，试分析哪对齿轮的接也相等。按无限寿命考虑，试分析哪对齿轮的接触强度高，哪对齿轮的弯曲强度高？触强度高，哪对齿轮的弯曲强度高？8.8.电机通过一对齿轮电机通过一对齿轮1 1和和2 2 带动圆锥齿轮带动圆锥齿轮3 3和和4 4，再通过蜗杆，再通过蜗杆5 5和和6 6带动圆筒带动圆筒7 7提升重物提升重物WW，轮，轮1 1转向如图