机械设计习题

[3-1]

发动机连杆大头螺钉工作时最大拉力Pmax=58.3kN，最小拉力Pmin=55.8kN，螺纹内径为d=11.5mm，试求

a

、

m

和r。解：123456图示为6个铰制孔组成螺栓组联接的呈等边三角形布置。分析被联接件受不同外载荷时螺栓的受力情况。求受力最大的螺栓所受的力。[5-1]载荷P通过分布中心的横向载荷123456P螺栓的剪力均为：123456扭矩T：作用在接合面内T[5-2]起重滑轮中的螺栓联接，已知最大起重量为F＝50KN，螺栓材料为35钢，性能等级为5.6级。确定螺纹的公称直径。解：[5-3]凸缘联轴器的螺栓组联接。已知在D0＝150mm的圆周上均匀分布8个M12的普通螺栓，螺栓的性能级别为4.6级，材料为Q235钢。凸缘联轴器传递的扭矩T＝1000Nm,材料为钢。装配时要求控制预紧力。(f=0.3,Ks=1.2)校核该螺栓组联接的强度。D0式（5-9）每个螺栓应有的预紧力：5-4将一块矩形钢板固定在一个槽钢上。已知钢板悬臂端受载荷P＝16kN，假定被联接件强度足够，有关尺寸如图所示。分析如果采用4个M16的铰制孔用螺栓，性能级别为4.6，如图布置，能否满足强度要求？解：1.受力分析mFsTFsp[8-1]普通V带传动设计例题设计一带式输送机第一级用的普通V带传动。原动机为Y系列三相异步电动机，功率P=4kW，转速n1=1440r/min，传动比3.4，每天工作8小时。解题步骤（1）求计算功率表8-7带的工作情况系数解题步骤验算带速：带速合适300050002000160040002008005001004003001000小带轮的转速n1(r/min)125025000.811.2523.154581016203040506380100200250普通V带选型图ZABCDEdd1=50~71dd1=80~100dd1=112~140dd1=125~140dd1=160~200dd1=200~315dd1=355~400dd1=450~500dd1=80~100解题步骤计算实际中心距中心距的变化范围443～515mm（5）验算小带轮包角解题步骤解题步骤1450取z=4。解题步骤带型i小带轮转速n1（r/min）40070080095012001450160020002400A1.13~1.180.020.040.040.050.070.080.090.110.131.19~1.240.030.050.050.060.080.090.110.130.161.25~1.340.030.060.060.070.100.110.130.160.191.35~1.500.040.070.080.080.110.130.150.190.231.51~1.990.040.080.090.100.130.150.170.220.26≥2.000.050.090.100.110.150.170.190.240.29考虑离心力初拉力过小：摩擦力小，易出现打滑，无法传递所需功率。初拉力过大：使带中拉应力增加降低带的寿命；使轴和轴承的压力增大。（9）带轮结构设计[10-1]分析各对齿轮之间的作用力及轮2轴所受的力。1231Fr21Ft213Fr23Ft232Fr12Ft12Ft32Fr322Fr12Ft12Ft32Fr32xyF轴2yF轴2xF轴2x＝Fr12+Ft32F轴2y＝Ft12+Fr32轮2所在轴所受的力[10-2]确定许可载荷一闭式圆柱齿轮传动，已知:齿数z1＝20，z2＝60；模数m＝3mm；齿宽系数fd＝1；小齿轮转速n1＝750r/min。若主、从动轮的许用接触应力分别为[sH]1＝700MPa，[sH]2=650MPa；载荷系数K＝1.6，区域系数ZH＝2.5，弹性系数ZE＝189.8(MPa)1/2。按接触疲劳强度，求该齿轮传动能传递的功率。解答由于大齿轮的许用接触应力小，所以代入[sH]2=650MPa[10-3]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：齿轮2齿面上某点的接触应力循环次数N1和齿根弯曲应力循环次数的N2各为多少？123n1齿轮2的齿面接触应力循环次数N1齿轮2的齿根弯曲应力循环次数的N2解答[10-4]校核题已知起重机械用的一对闭式直齿轮传动，输入转速n1=730r/min，输入功率P1=25kW，每天工作16小时，使用寿命5年，齿轮为非对称布置，轴的刚性较大，原动机为电动机，工作载荷为中等冲击。z1=29，z2=129，m=2.5mm，b1=48mm，b2=42mm。大、小齿轮材料皆为20CrMnTi，渗碳淬火，齿面硬度为58~62HRC，齿轮精度等级为6级，验算齿轮强度。解题步骤根据给定的材料、热处理方式、工作时间等确定许用接触应力和许用弯曲应力；根据工作条件、齿轮安装等确定载荷系数；查有关图表，确定ZH、ZE的值，根据已知条件验算齿面接触应力；查有关图表，确定YFa、YSa的值，根据已知条件验算齿根弯曲应力；解题过程一、确定许用应力已知条件：大、小齿轮材料皆为20CrMnTi，渗碳淬火，齿面硬度为58~62HRC。分析：硬齿面齿轮传动齿轮材料为合金钢，热处理方法为渗碳淬火，取硬度为60HRC①查图10-21e，取②查图10-20d，取③i=z2/z1=129/29=4.4④计算应力循环次数接触疲劳寿命系数KHN弯曲疲劳寿命系数KFN⑤查图10-18，10-19，⑥计算许用接触应力和许用弯曲应力二、确定载荷系数K1.确定使用系数KA工作机为起重机械，载荷有中等冲击，原动机为电动机，查表10-2KA=1.52.确定动载系数Kv齿轮圆周速度查图10-8，齿轮精度等级6级，Kv＝1.061.063.确定齿间载荷分布系数Ka查表10－3KHa=KFa=1.14.确定齿向载荷分布系数Kbb2=42mm硬齿面齿轮非对称布置，6级精度查表10－4查图10－13并插值5.确定载荷系数K三、验算齿根弯曲应力齿轮齿数z1=29，z2=129，查表10-5插值：齿根弯曲强度计算齿根弯曲强度不满足要求四、验算齿面接触疲劳强度ZH=2.5ZE=189.8接触疲劳强度满足要求[10-5]

设计题设计带式输送机减速器的高速级齿轮传动。已知输入功率P＝10kW，小齿轮转速n1=960r/min，齿数比u=3.2，由电动机驱动，工作寿命15年（每年工作300天），两班制，带式输送机工作平稳，转向不变。解题步骤确定已知条件P,n1,u(i)以及工作条件（工作时间、工作机和原动机的有关情况等）。选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。确定齿轮的许用接触应力和许用弯曲应力。选定小齿轮的齿数z1，z2=u*z1。软齿面齿轮则按照齿面接触强度进行设计。计算传递的转矩T;初选有关系数（载荷系数K，齿宽系数）计算小齿轮分度圆直径解题步骤计算圆周速度计算齿宽计算齿宽与齿高之比计算载荷系数按实际载荷系数校正分度圆直径计算模数按齿根弯曲强度校核或按齿根弯曲强度设计，选用两种设计方案中尺寸较大的。[10-6]图示二级斜齿圆柱齿轮减速器中，已知：高速级齿轮z1=21，z2=52，mnI=3mm，bI＝12o7’43’’；低速级齿轮z3=27，z4=54，mnII=5mm，bII＝10o34’37’’；输入功率P1=10kW，n1=1450r/min。齿轮啮合效率h1=0.98，滚动轴承效率h2=0.99。求：低速级小齿轮的旋向（使中间轴上轴承所受的轴向力较小）。各轴转向及所受到的扭矩。齿轮各啮合点所受的圆周力、径向力及轴向力的方向和大小。解11234n1PIII

III

Fa1Fa2Fa3n1n2n3齿轮3应为左旋齿轮n42求各轴转向及所受的扭矩转向如上图所示。扭矩：解答3求齿轮各啮合点作用力的三个分力的大小图示为卷扬机传动系统，求：（1）提升重物时，圆锥齿轮2所受的力的方向。（2）若要求II轴上两轮轴向力相互抵消，齿轮3的螺旋线方向如何选取？[10-7]练习题9/29/2023SchoolofMechatronics,UESTC62n4输出ⅢⅠⅡ1234已知：蜗杆轴Ⅰ为输入，大锥齿轮轴Ⅱ为输出，轴Ⅲ转向如图。试：确定各轮转向、旋向及受力。1.n4→n3→n2→Ft2→Fa12.Fa3→Fa2→Ft1→n1蜗轮右旋蜗杆右旋→[11-1]9/29/2023SchoolofMechatronics,UESTC63n4输出ⅢⅠⅡ1234n3n2Ft2Fa1垂直于图面向里。Fa3Fa2Ft1向左蜗杆右旋n1蜗轮右旋9/29/2023SchoolofMechatronics,UESTC64[11-2]图示为蜗轮蜗杆—圆柱斜齿轮—直齿圆锥齿轮三级传动。已知，蜗杆为主动，且按图示方向转动。在图中绘出：1)各轮转向；2)使II轴轴承所受轴向力较小时斜齿轮轮齿的旋向；3)各主动轮啮合点处的作用力的方向。9/29/2023SchoolofMechatronics,UESTC65解：1）在图中画出各轮转向从图中观察，蜗轮轮齿的旋向为右旋，因此，蜗杆右旋。用右手螺旋法则确定蜗轮2的转向如图。n2n3n4n5n69/29/2023SchoolofMechatronics,UESTC662).使II轴轴承所受轴向力较小时斜齿轮轮齿的旋向；Ft1Fa2Fa3n3齿轮3右旋，齿轮4左旋9/29/2023SchoolofMechatronics,UESTC673).各主动轮啮合点处的作用力的方向Fr1Ft1Fa1Fa3Fr3Ft3Fr5Fa5Ft59/29/2023SchoolofMechatronics,UESTC68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。此时重物是上升还是下降？[11-3]9/29/2023SchoolofMechatronics,UESTC69解：分析：传动装置由蜗轮蜗杆机构与一行星轮系组成。蜗杆4与行星轮系中的系杆转速相同。蜗杆右旋，用右手螺旋法则可以确定蜗轮的转向。此时重物将上升。[11-4]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。解题过程1.蜗杆传递的转矩2.蜗轮传递的转矩3.求链轮的直径下一步要计算和h1

[11-5]有一传动比i＝20的钢制蜗杆－锡青铜蜗轮传动。已知蜗杆头数z1＝2，蜗杆顶圆直径da1＝60mm，中间平面上蜗轮顶圆直径da2＝210mm，ha*=1，蜗杆轴转速n1＝1124r/min，蜗杆经渗碳淬火、磨削、抛光处理，润滑良好。求该传动的啮合效率

1。解题过程需要计算解题过程查表11-18，根据滑动速度材料热处理，此机构能否自锁？蜗杆机构自锁条件：g<jv不能自锁。[11-6]图示为起重机构的主视图和左视图，卷筒与蜗轮同轴。已知，主动齿轮1的齿数z1=24，模数m=4mm，转速n1=1470r/min，齿轮1、2的中心距a=160mm；蜗杆3的头数z3=1，直径系数q=16，蜗轮4的齿数z4=30，接触面间的当量摩擦系数fv=0.03；卷筒5的直径D=500mm,重物重量Q=3×104N。此蜗杆传动能否自锁？求蜗杆传动的轮齿啮合效率h1?设齿轮传动的效率h0=0.8，忽略轴承功率损耗及搅油功率损耗。为使重物匀速上升，需要加在主动齿轮1上的转矩是多少？解（1）判断机构能否自锁蜗轮蜗杆机构实现自锁的条件：该机构不能实现自锁。（2）求蜗杆传动的轮齿啮合效率h1?（4）设齿轮传动的效率h0=0.8，忽略轴承功率损耗及搅油功率损耗。为使重物匀速上升，需要加在主动齿轮1上的转矩是多少？设加在齿轮1上的转矩为T1z1=24，模数m=4mm，中心距a=160mm[11-7]图示