机械设计基础习题(西北工业大学版)5

第九章

9-1.带传动中的弹性滑动与打滑有什么区别？对传动有何影响？影响打滑的因素有哪些？

如何避免打滑？

解：由于紧边和松边的力不•样导致带在两边的弹性变形不同而引起的带在带轮上的滑动，

称为带的弹性滑动，是不可避免的。打滑是由于超载所引起的带在带轮上的全面滑动，是可

以避免的。

由于弹性滑动的存在，使得从动轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度，使得传动效率降低。

影响打滑的因素有：预紧力大小、小轮包角、当量摩擦因素。

避免打滑：及时调整预紧力，尽量使用摩擦因素大的、伸缩率小的皮带，对皮带打蜡。

9-3.试分析参数因、DP心的大小对带传动的工作能力有何影响？

解：D越小，带的弯曲应力就越大。

%的大小影响带与带轮的摩擦力的大小，包角太小容易打滑(一般取名、120°)

心越大，单根V带的基本额定功率的增量就越大。

9-4.带和带轮的摩擦因数、包角与有效拉力有何关系？

解:&=2耳042巳，最大有效拉力取与张紧力F。、包角a和摩擦系数f有关，增大

巴、。和f均能增大最大有效拉力Rj

99设计一由电动机驱动的普通V带减速传动，已知电动机功率P=7KW,转速

=1440r/min,传动比心=3,传动比允许偏差为±5%,双班工作，载荷平稳。

解：

Lil•算功率几

查表得，KA=1.2,则E4=KAP=1.2X7=8.4AW

2.选择带的截型

根据七=8.必W和勺=1440/min查图9-9选定A型带。

3.确定带轮的基准直径।J和D♦.

参考图9-9和表9-3取小带轮的基准直径4=100mm,大带轮的基准直径

D2=”«-£)=3x100x(1-0.01)=297〃〃〃。

查表取标准值4=315〃〃〃。

心=3.15满足条件。

4.验算带的速度v

兀D1%^x100x1440

V-60x1000tn/s=7.54m/s

60x1000

带速介于5~25m/s之间，合适。

5.确定中心距a和带的基准长度Ltl

初定中心距为/=800〃〃〃.贝!带的基准长度Ld为

24a

=[2x800+-（100+315）+（31?1（）（））]mm=2266.33〃〃〃

24x800

按表9-2选取0=2240mm.则V带传动实际中心距为

L「L；2240-2266.33、“

au4+o=(8(X)+-------------)nun=786.84""〃

6.验算小带轮上的包角四

%。180°-x57.3°=180°-315~1()()x57.3°=164.34°>120°(合适)

a786.84

7.带的根数z

根据表941、b,当Di=100〃〃〃,/=1440r/min时，月=1.32&W,当h=3时,△P°=0.17kW.查表

9-5得K”=0.96;查表9-2得K1=l.06厕带的根数为

Z=--SH--=---------=554

(f^+APi))KaKl(1.32+0.17)x0.96x1.06~

取z=6

8.确定带的张紧力耳

根据表9-1查得q=0.10kg/m

乙=-----(-------l)+</V=[--------x(------1)+0.10x7.5平]N=154.6N

zvka6x7.540.96

9.计算压轴力几

a164340

R=2zE,sin幺=2x6x154.6xsinN=1837.9N

o。22

第十章

10-L为避免槽轮在开始和终止转动时产生刚性冲击，设计时应注意什么问题？

102何谓槽轮机构的运动系数？为什么k必须大于零而小于1?k有何几何意义？

10-3.如图所示为自行车后轮粕上的棘轮机构，试分析当脚蹬踏板前进和不蹬踏板自由滑行

时棘轮机构的工作过程。

第十一章

11-1.常用的连接有哪些类型？它们各有哪些优点？各适用于什么场合？

解：常用的连接有螺纹连接、键连接、销连接、钾钉连接、焊接、胶接、过盈配合连接以及

型而连接等。

螺纹连接具有结构简单、装拆方便、连接可靠、互换性强等特点。

键连接具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点，在机械的釉类连接中应用。

销连接主要用于确定零件间的相互位置，并可传递不大的载荷，也可用于轴和轮毅或其他零

件的连接。

饼接具有工艺设备简单，工艺过程比较容易控制，质量稳定，钾接结构抗振、耐冲击，连接

牢固可靠，对被连接件材料的力学性能没有不良影响等特点。在承受严重冲击或剧烈振动载

荷的金属结构连接中应用。

焊接是具有结构成本低、质量轻，节约金属材料，施工方便，生产效率高，易实现自动化等

特点。主要应用在五拆卸要求的对受力要求不太高的场合。

胶接具有连接后重量轻，材料利用率高，成本低，在全部胶接面上应力集中小，抗疲劳性能

好，密封性和绝缘性好等特点。主要用于应力耍求不高，对密封性要求较高的场合。

11-6.在螺纹连接中，为什么要采用防松装置？

解：

用于连接的普通螺纹，其升角（4=1.5。~3.5。）小于螺旋副的当量摩擦角（外=6。~11。），满

足自锁条件，且螺母和支承面上的摩擦力也有防松作用，一般在静载荷和工作温度变化不大时，

螺纹连接不会自行松脱。但在冲击、振动和变载荷作用下，螺纹间的摩擦力可能瞬时消失，连接

有可能松脱。当温度变化较大时，由于热变形等原因，也可能发生螺纹的松脱现象。为了保证连

接的可靠性和安全,必须在设计时考虑螺纹连接的防松问题。

11-8.平键的截面尺寸bXh和键的长度L如何确定？平键连接的失效形式是什么？如何进行

强度校核？

解：bXh根据轴径d有表中查标准得。键长L按轮毂的长度确定，一般略短于轮毂长度，

并符合标准中规定的长度系列。平键的主要失效形式是侧面工，乍面的压溃。

p47,

按.”方=瓦74可加士行强度校核。

11-14.图示刚性联轴器用螺栓连接,螺栓性能等级为8.8,联轴器材料为铸铁（HT250）,若

传递载荷T=l500T*No

I）采用4个M16的校制孔用螺栓，螺栓光杆处的直径4=17〃?〃?，受压的最小轴向长度

6=14〃〃〃，试校核其连接强度。

2）若采用M16的普通螺栓连接，当接合面摩擦因素f=0.15,安装时不控制预紧力，试确定

所需螺栓数目（取偶数）。

题11-14图

I、T—.00

解:19354.8N

一团155x10-3

~2F

[cr^=Mpa=113.64Mpa

[r]=-^-=Mpa=160Mpa

4/4x19354.8

Mpa—21.32Mpa<[r]

zEz/；4x1x4x17?

b加=—=,=20.33/Wpa<[a]

加zdQJ4x1"7x"14"L及t

其连接强度满足条件。

2)[a]=^-=Mpa=213.33Mpa

,行<"尸[可乃xl3.8352x213.33._...

由。=----7-Wb得，F„<---=--------------------=24669.3N

兀L」"4x1.34x1.3

4

^1.3x19354.8

由今“方得'2==68

"jf11390.5xlx0.15

故取z=8

11-15.一钢制液压油缸，缸内油压p=4Mpa,油缸内径D=160nim（参看图11/2）,沿凸缘圆

周均布8个螺栓，装配时控制预紧力。试确定螺栓直径。

解：I.确定单个螺栓的工作载荷F

p/rD24x;rx160~

=1()053.IN

4z4x8

2.确定螺栓的总拉伸载荷FQ

考虑到压力容器的密封性要求，取残余预紧力1：=1.6/，则

FQ=F+F；=2.6尸=26138.IN

3.求螺栓直径

选取螺栓性能等级为8.8,则cr,=640Mpa由式［可=2确定许用应力［同时需查找安全

S

系数S,当不控制预紧力时，S与螺栓直径d有关，故需用试算法。

由表暂取S=3（假定d=20mm），则螺栓许用应力为

G640-v,

—=-----Mpa=256Mp。

s2.5

螺栓小径为d、N=^4x1,3x26138.1^=於皿阳

由表查得d=20mm时，4=17.294〃〃，013.00加6,能满足强度要求，且与原假设相符，故

取M20合适。

第十二章

12-2.刚性联轴器与挠性联轴器的主要区别是什么？

解：

刚性联轴器各零件及连接件都是刚性的，它们之间不能作相对.运动，不具有补偿

两轴相对位移的能力，用于刚性支承的场合。若两轴有偏移，将产生附加载荷，

影响传动性能和使用寿命。

挠性联轴器分两种，一种是由可作相对移动的刚性件组成，用连接元件间的相对

可动性来补偿被连接两轴之间的相对移动，用于弹性支承且载荷大的场合；另•

种是连接件都是弹性的，通过连接件的弹性变形来补偿被连接两轴之间的相对移

动，用于弹性支承需要缓冲和减振的场合。

12-5.试分析自行车“飞轮”中离合器的工作原理。

解：自行车后轮有个内棘轮机构，起到了离合器的作用，称为超越离合器,。工

作原理是当链条带动棘轮的链齿外圈时，中心转轴上的棘爪通过弹簧与棘轮保

持接触，棘爪将力矩传递给中心转轴，后轮就转动前进。当棘轮的转速低于中心

转轴的转速，或骑车者停止脚踏时，棘爪能够在棘轮上滑动，超越外圈棘轮转速,

此时就会听见发出的“嗒嗒”声响。

因为棘轮只能单向传递转矩，不能双向传递转矩，变得自行车具有正常行驶

功能，不能后退行驶。因此也称为单向超越离合器.

第十三章

13-5.说明下列滚动轴承代号的意义:N208/P5,7321C,6101,30310,5207.

解：

N208/P5表示圆柱滚子轴承，宽度系列为0系列，直径系列为2系列，内径为40mm,5级公

差等级：

7321c表示角接触球轴承，宽度系列为0系，直径系列为3系列，内径为105nlm,公称接触

角二二15'，0级公差等级：

6101表示深沟球轴承，宽度系列为0系，直径系列为1系列，内径为12nun,0级公差等级：

30310表示圆锥滚子轴承，宽度系列为。系，直径系列为3系列，内径为50mm,0级公差等

级；

5207表示推力球轴承，宽度系列为0系，直径系列为2系列，内径为35mm,0级公差等级；

13-8.试设计一提升机用非液体摩擦滑动轴承，已知每个轴承的径向载荷为2x10"轴颈

直径为100mm,转速为1200r/min.

解：

1.选择轴承类型和轴瓦材料

因轴承承受径向载荷，并考虑使用条件，选用剖分式径向轴承。此轴承载荷人，转速高，

根据表13-1选择轴瓦材料为ZPbSbl6Snl6Cu2,其据]=15Mpa,[v]=12m/s,[pv]=10Mpa,m/s

2.选取轴承宽径比

选取轴承宽径比B/d=l.0,则轴承宽度B=d=100mm.

3.验算轴承工作能力

轴承的P,pv,v分别为：

10000

PMpa=\Mpa

100x100

上_=12223Mp…小=6„心

19100819100x100

7tdn4x100x1200

m/s=6.283/〃/s

60x100060x1000

计算表明,p<[p],pv<[pv],v<[v],工作能力满足要求。

由表13-2,考虑到转速较高，选取配合为H7/e8.

13-10.根据设计要求，在某一轴上安装一对7000C轴承（如图所示），已知两个轴承的径向

载荷分别为：耳I=2000N,F；2=l000N,夕卜加1轴向载荷以=X80N,轴径d=40〃?m,转

速〃二5000〃/min,常温下运转，有中等冲击，预期寿命=5000",试选择轴承型号。

F=880N

Fa。A

52=1000N£i=2000N

题13-10图

解：

i.初选轴承型号

根据轴径d=4O〃»〃，选择轴承型号7208C,查机械设计手册得其基本额定动载荷

C=36.8KN,基本额定静载荷C。=25.8KN。

2.计算轴承1、2的轴向载荷力「Fa2

7000€的接触角。=15°,试取e=0.4052

由表13-8查得轴承的派生轴向力为

%=0.4052x20()0N=810.4N

%=eFr2=0.4052x10007V=405.2N

4+%=(880+405.2)N=1285.2/V>Fsi

可知轴承1为压紧端，两轴承的载荷分别为

Ful=FA+Fi2=(880+405.2)N=1285.2N

%=%=405.2N

3.计算轴承1、2的当量动载荷

1285.2…一

------=0.6426>€?

2000

405.2八

-----=0.4052=e

Fr21000

由衣13-7查得X=0.44,由线性插值得y；=1.3O18；X,=l,r,=0.

故当量动载荷为

[=X]工]+X巳=(0.44X2000+1.3018x1285.2)=2553.1N

A=X27%+匕4,2=(1x10()0+0x405.2)=1()(X)^

4.计算所需的径向基本额定动载荷

因轴的结构要求两端选同样尺寸的轴承，而片>鸟，故应以轴承1的当量动载荷［为计

算依据。因工作温度正常查表13-5得£=1；按中等冲击载荷，查表13-6取力=1.25。

所以

二切.竺与；J.25x2553660x5吗x5000；、=36532.1N<36.8KN

1f,10A1106

故选择7208C轴承合适°

第十四章

14-4.指出图示中轴的结构有哪些不合理和不完善的地方，提出改进意见，并画出改进后的

结构图。

14-5.图示为二级斜齿圆柱尚轮减速器(4=22,22=77,4=21*4=78),由高速I输入

的功率P=40kN,转速仆=590”min,轴的材料为45钢。试按扭转强度计算三根轴的最小

直径(不考虑摩擦损失)。

2

题14-5图

解：轴的材料为45钢查表14-1得上］=30~40Mpa

22…

n.=——x590/'/min=168.6r/min

177

z、21

n.=-n.=—x168.6/7min=45.4,•/min

'78

/9.55xlO6P9.55x1()6x40

min=43.26〃〃〃

V62口汽0.2x40x590

3.55x]O'、尸=j9.55xlQ6x40

42mm=65.61mm

0.2[r]n2V0.2x40x168.6

6

j、9.55xl()6p}9.55x10x40

d.>3----7-T：----=//----------------mm=101.7/n/n

\0.2卜]〃3V0.2x40x45.4

取4=45〃〃〃,&=65mm,d3=105mm

14-6.试校核图示直齿圆柱齿轮轴的强度。已知传递功率P=10kw,转速n=200r/min,齿轮分

度圆直径d=356mm,单向转动。轴的材料为40Cr调质处理，齿轮相对轴对称布置，轴的输

出端装联轴器。

题14-6图

解：

i.求解径向力及各支点力，并画出弯矩图

p1()

T=9.55xlO6-=9.55xlO6x—=477500/V•mm

n200

后二把码N=2682.58N

'd356

Fr=Fttana=2682.58xtan20=976.38N

小旦二理江2854.7N

sinasin20

=JW+wJ=Ji14188?+(0.6x477500)2=3084HAIN•mm

2.强度校核

轴在B截而处的弯矩和扭矩最大为轴的危险截而，轴单下转动，扭矩可认为脉动循环变化,

取折合系数a=0.6。轴的材料为45钢，调质处理，查表得［。］=60"为

jM2+(aT)，_jMj+