机械设计复习讲解

(五)受力分析题1．斜齿轮传动如图所示(不计效率)，试分析中间轴齿轮的受力，在啮合点画出各分力的同一轴上的两齿轮产生的轴向力能相互部分抵消，请指出该如何变动传动的布置方案。1)在位置B处啮合时大齿轮两个分力的方向。2)当变换小齿轮安装位置，使其在A、B、C各点啮合时，哪个位置使卷筒轴轴承受力最小？(画出必要的受力简图，并作定性分析)4．如图所示斜齿圆柱齿轮传动，齿轮1主动，在图中补上转向和螺旋线方向，并画出从动5．如图所示为一两级斜齿圆柱齿轮减速器，动力由轴I输入，轴Ⅲ输出，齿轮4螺旋线方1)为使轴Ⅱ轴承所受轴向力最小，各齿轮的螺旋线方向。2)齿轮2、3所受各分力的方向。答：第二个方案较合理(b),因为此方案的齿轮布置形式使轴在转矩作用下产生的扭转答：第二个方案较合理(b),因为此方案的齿轮布置形式使轴在转矩作用下产生的扭转变形能减弱轴在弯矩作用下产生的弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均匀的现象。蜗杆传动:a蜗轮切向力(圆周力)Ft2和蜗杆轴向力Fa1t2da12蜗轮径向力F和蜗杆径向力Fr2r1蜗杆切向力(圆周力)Ft1和蜗轮轴向力Fa21t1t121r1t2r112121)蜗杆、蜗轮各分力方向判断蜗杆传动中，蜗杆蜗轮的切向力、径向力方向的判断与外合2)切向力Ft。蜗轮主动时，对于蜗杆为阻力，在啮合点与其蜗杆转向相反；对于蜗轮为驱动力，在啮合点与其蜗轮转向相同。3)径向力Fr。分别指向各自轴心。与斜齿圆柱齿轮传动一样，蜗杆传动也可以用左右手定则来确定主动轮(一般为蜗杆)(3)各分力方向的判断蜗杆传动中、蜗杆，蜗轮的切向力、径向力方向的判断与外啮合齿轮传动的方法相同。at1t2轴向力F，在蜗杆和蜗轮的切向力Fat1t2就能相应判断蜗轮、蜗杆的轴向力F、F方向。比如：已知蜗杆转向，可确定蜗杆切向a1a2力F方向，从而也可确定蜗轮的轴向力F方向。反之，也可由蜗轮转向，确定蜗轮切向力t1a2F方向，从而确定蜗杆轴向力F方向。t2a1与斜齿圆柱齿轮传动一样，蜗杆传动也可以用“左、右手定则”来确定主动轮(一般为蜗杆)轴向力为蜗杆)轴向力F。需要强调的是：上述“左右手定则”仅适用于蜗杆主动时。加入蜗杆不是主动，而是动件蜗轮的轴向力作出判断。于是，我们就可以总结出这样的规律。1)“左、右手定则“无论对于斜齿圆柱齿轮传动或是蜗杆传动都是同样适用的。2)左右手定则只适用于主动件。有时虽然已知蜗杆主动，却不知道其具体转向，而只知道从动件蜗轮在工作中的转向，左右手定则也就不便直接应用，只好由其他方法作出判断。(4)蜗杆或蜗轮转向的判断动件转向，轮齿旋向和轴向力方向之间关系的“左右手定则”知识。6.圆柱蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算，主要为蜗轮齿面的接触疲劳强度计算和蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度算。到度就可以了。确地应用公式。注意区别蜗杆传动与齿轮传动强度计算公式中的不同。2)注意区别蜗杆传动与齿轮传动强度计算公式中的不同，如：由于蜗杆传动效率较低，计算中已不能忽略其影响，故公式中转矩用蜗轮转矩T，而非蜗杆转矩T；其次，由于强度21计算只针对蜗轮进行，故许用应力、齿形系数等都应取蜗轮的数据。3)注意公式中单位统一4)蜗杆和蜗轮的结构采用组合式结构。典型例题蜗杆传动的常见题型和齿轮传动相似，有时也与齿轮传动综合起来考虑。包括概念类题型、主要参数及几何计算和设计计算题等。：2111由蜗杆传动的中心距：a=(d+d)=(d+mz)21221212m8a11af11axn122a22ae2a2f2a例2如图所示为斜齿轮-蜗杆减速器，小齿轮由电动机驱动，转向如图。已知：蜗轮右旋；传动比i=18，蜗杆头数z=2，模数m=10mm分度圆直径d=80mm，压力角a=20O233向。1)蜗杆的转矩P43n114501蜗杆切向力F与蜗杆轴向力F：F=F=2T3=25.27104=1.32103Nt3a4t3a4d803F与F方向相反。t3a442343蜗轮切向力与蜗杆轴向力方向相反，大小：a3t4dd36044F与F方向相反。a3t4r3r4t41.根据蜗轮和蜗杆旋向相同规律可知，蜗轮右旋，蜗杆也右旋。和大齿轮的齿向相同时，由于两者转向相同，轮齿旋向相同，但一为从动(大齿轮)、一为主动(蜗杆)，其轴向力才必然反向。进而由大齿轮右旋，推定小齿轮必为左旋。3.由已知小齿轮转向，则大齿轮-蜗杆轴的转向可以确定，即：与n转向相反。由蜗杆在1啮合中主动轮，利用“左右手定则”(右手握蜗杆)，即可判定蜗杆的轴向力F方向。再由蜗轮切向力F与蜗杆轴向力F方向相反，可确定蜗轮切向力F方向。进而由蜗t4a3t4轮从动，其切向力Ft4为驱动力，可确定蜗轮转向、蜗杆转向。而由蜗杆主动，其切向力F是蜗杆运动的工作阻力，可确定蜗杆切向力F方向(F方向在啮合点与蜗杆3t3t3t3外，还应掌握正确地表达空间受力简图。例3：如图所示为一斜齿轮-双头蜗杆传动的手摇起重装置。已知：手柄半径R=100毫米，122vv蜗杆传动的啮合效率：n==v1tan(y+p)tan(111836+75811).v轮转矩：T=Tiin=21042500.57=1.14106Nmm41121D/2200/2vv则重物会自行下落解题要点：小齿轮主动，动力由此输入，蜗轮是动力输出端。输入输出转矩之比，与转动的啮合效率。匀速提升过程中，蜗杆输出转矩为重物所产生的阻力矩。(一)填空1.蜗杆传动中，常见的失效形式有胶合、磨损和点蚀，通常先发生在蜗轮上。设计中。2.蜗杆传动参数中，蜗杆分度圆直径和模数应取标准值；蜗杆头数和蜗轮齿数应取整数；蜗杆螺旋升角应取精确计算值。3.蜗杆常用材料为钢，蜗轮常用材料为铜合金；这样选取主要考虑配对材料应该具5.为了降低成本同时具有较好的减磨性和耐磨性，蜗轮的结构形式多采用组合式，轮缘材料选用铜合金，轮毂材料选用铸铁。(二)选择题A、i=n1nB、i=122C、i=d1dD、i=z1z222.通常蜗轮齿数不应少于。3.蜗杆传动的变位是。A、蜗杆变、蜗轮不变B、蜗杆不变、蜗轮变C、蜗杆变、蜗轮都变4.蜗杆传动中的主剖面是指。A、蜗轮的端面B、过蜗轮轴线，垂直蜗杆轴线的平面5.阿基米德蜗杆传动在主剖面内的特点。A、相当于齿轮齿条啮合，易磨损B、相当于齿轮齿条啮合，易车削C、相当于两齿轮啮合，易铣削(三)问答题于什么场合？？3.什么是蜗杆的直径系数？在何种条件下，它的取值可以不受限制？选择蜗杆的头数和蜗轮齿数时如何考虑？？何影响？8.试证明具有反行程自锁性能的蜗杆传动的效率n<0.5(四)受力分析1)要求各轴上所受轴向力部分抵消，确定各轮的回转方向和各蜗杆、蜗轮的轮齿旋向。2)画出各轮的轴向分力的方向和蜗杆3在啮合点出的三个分力的方向。2)2)在图中标出蜗杆转向n5和蜗轮转向n6。3)将蜗杆5所受各分力(Fr5、Fa5、Ft5)在啮合点处画出。(五)计算题选配蜗杆传动的主要参数：蜗杆头数、蜗轮齿数、模数、蜗杆分度圆直径和蜗杆的导程角。m链传动:(一)填空2.工作中，链节作着周期性速度的变化；从而给链传动带来速度不均匀性和有规律的5.采用较小的链节距p和较多的链轮齿数z是减少动载荷和提高滚子链传动工作平稳性的主要方法。(二)选择题1.链传动的平均传动比为A。链传动的瞬时传动比为B。A、常数;B、非常数;2.链传动的链节数是A。A。A、运动的不均匀性更趋严重B、链条磨损后易脱落4.一般推荐链轮的最大齿数为zmax=120，这是从减少 B考虑的。A、链传动的运动不均匀性B、链在磨损后容易引起拖链5.通常张紧轮应装在靠近A上。A、主动轮的松边;A、主动轮的紧边;C、从动轮的松边;D、从动轮的紧边;6.多排链的排数一般不超过A。7.链传动最适宜的中心距为B。A、20p~30p;B、30p~50p;C、50p~80p;8.与带传动相比，链传动工作中的压轴力B。9.在同时包含链传动和带传动的机械系统中，应将B至于系统的高速级。A、链传动B、带传动ABCDE、120F、150轴:例8-1指出图所示轴结构设计中存在的问题，并予以改正。中存在的主要问题：2)齿轮未作轴向和周向固定。3)右轴头用于固定半联轴器的轴端挡圈使用不当。4)轴与齿轮及右轴承的非工作配合面过长，致使轴上零件的装、拆不便。5)左轴承内座圈右侧的定位轴肩过高，致使轴承得不到合力拆卸。改进后的轴，其合理结构设计如上右图所示。例2：普通单级斜齿圆柱齿轮减速器的输入轴，通过弹性联轴器与驱动电动机相联，已知齿tra平、左端外伸、啮合点在齿轮的上方时，则齿轮的圆周力F方向指向纸外、轴向力F指向ta水平面受力图，并求解支反力。2)垂直面受力图如图b，反力F=ra=N=725NAV200BVrAVF005400100Ft=N=2700NF=F=2700NBHAHF、F、F、F计算结果均为正值，表明其方向设定无误。AVBVAHBH(一)判断题()4．可以用改变支点位置和改善轴的表面品质的方法来提高)5．为了减小应力集中，在轴的直径变化处应尽可能采用较6．弹性挡圈的轴向固定方式，结构简单，适用于轴向力较)(二)填空题心轴。3．轴的圆柱面通常可采用车削、磨削加工方法获得，轴上的键槽通常则采用铣削加工方法获得。MMaTM，eea是根据转矩性质而定的应力校正系数。5．在轴的结构设计中，根据功能通常可将轴肩区分为定位轴肩和工艺轴肩。，铸造毛坯的品质不易保证。7．同一轴上不同轴向位置有多个平键键槽时，键槽应布置在同一条母线上；同一轴向用表面强化等。(三)选择题A，自行车前轮轴为C。A．转轴B．传动轴C．心轴2．已知某减速器的输出轴，轴上传动件为斜齿轮，那么这个斜齿轮的轴向力将对轴产生B，切向力将对轴产生C。A．转矩B．弯矩C．转矩和弯矩3．轴的刚度不够时，可以采用B来提高轴的刚度。A．将碳素钢材料换成合金钢B．采用同质量的空心轴C．减小轴径(四)问答题属于何种轴？4．轴的常用材料有哪些？为什么不能用合金钢代替碳素钢来提高轴的刚度？矩计算公式中，系数a的含义是什么？如何确定？8．如所示为某传动系统的两种不同布置方案的比较。若传递功率和各传动件的尺寸参数10．从轴的结构工艺性考虑，同一轴上不同轴向位置的键槽，一般怎样设计比较合理？11．在轴的结构设计中，如何考虑轴的结构工艺性？滚动轴承:例1锥齿轮减速器主动轴采用一对30206圆锥滚子轴承如图,已知锥齿轮平均模数轴承工作时受有中等冲击载荷(可取冲击载荷系数fp=1.5)，工作温度低于1000C，要求FFF FFF2YFFrr解：(1)计算滚动轴承上的径向载荷F、Fr1r2此题没有直接给出滚动轴承上的载荷，因此需通过轴系的受力分析求出轴承上的载荷。r=mr=m=mm=36mmm22r2r22)水平面支反力，如下图所示。F=T=xF=T=x2xT1x3)垂直面支反力F=AR=N=87.5N1y80802yR14)轴承上的径向载荷r11x1yr22x2y(2)计算轴承上的轴向载荷F、FF656F=r1=N=205N滚动轴承的配置为背对背，派生轴向力的方向如图所示。2)计算轴向载荷s1As2a1s2A(3)计算轴承的当量动载荷P、Pr1r2r1r2r1r1a1(4)计算轴承的寿命Lh计算结果表明，所选轴承符合要求。例2：如图所示为涡轮轴系的结构图，已知涡轮轴上的轴承采用脂润滑，外伸端装有半联轴器。试指出图中的错误，并指出其正确结构图。解该轴系存在的错误如图所示。(1)轴上定位零件的定位及固定(2)装拆与调整，轴承拆装不方便。(3)转动件与静止件的关系。图中7：轴与右轴承盖(透盖)不应接触。(4)零件的结构工艺性图中8：为便于加工，轴上安装蜗轮处的键槽应与安装联轴器处的键槽开在同一母线上。(5)润滑与密封图中12：轴承与蜗轮的润滑介质不同，应在轴承孔与箱体之间加密封装置。改正后的轴系结构图如右上图所示。(一)选择题A．内部间隙小，旋转精度高B．在轴颈尺寸相同时，滚动轴承宽度比滑动轴承小，可减小机器的轴向尺寸。C．滚动摩擦远小于滑动摩擦，因此摩擦功率损失小，发热量小，特别适合在高速情况下使D．由于摩擦功率损失小，则滚动轴承的润滑油耗量少，维护简单，与滑动轴承相比，维护2．滚动轴承套圈与滚动体常用材料为___。A．塑料B．软钢C．铜合金D．合金钢淬火4．推力球轴承不适于高转速，这是因为高速时_____，从而使轴承寿命严重下降。A．冲击过大B．滚动体离心力过大C．滚动阻力大D．圆周线速度过大。A．轴承的宽度B．接触角的大小C．轴承精度D．滚动体的数目同的滚动轴承中____的极限转速最高。．有一根只用来传递转矩的轴用三个支点支承在水泥基础上，它的三个支点的轴承应选用润滑的滚动轴承的主要失效形式是___。A．滚动体破碎C．滚道磨损B．滚道压坏D．滚动体与滚道产生疲劳点蚀A．在所有滚动体上受力相等B．在一半滚动体上受力相等C．在某一确定数目的滚动体上受力相等D．受力不等，并且总有一个滚动体受力最大般A．相同B．不相同值的概率为___%。A．较小轴承间隙B．用滚子轴承取代球轴承C．改善润滑及冷却条件D．降低轴承精度16．当滚动轴承的疲劳寿命可靠度提高时，其额定静载荷___。A．增大B．减小C．不变D．不一定17．某深沟球轴承的当量动载荷增大一倍，其他条件不变，则寿命降低到原寿命的___。18．直齿轮轴系由一对圆锥滚子轴承支承，轴承径向反力F>F，则轴承的轴向力__。r2r1A．F>FB．F<FC．F=F=0D．F=F0a2a1a2a1a2a1a2a119．有一调心滚子轴承数据如下：C=45.3KN,Co=39.9KN,径向载荷Fr=45000N，转速A．寿命满足要求，静强度不满足要求B．寿命不满足要求，静强度满足要求C．寿命和静强度都满足要求D．寿命和静强度都不满足要求D．一次镗孔能保证两轴承中心线的同轴度，有利于轴承正常