机械设计 课后题答案文档格式.docx
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(注:
要求蜗轮2与蜗杆3的轴向力方向相反)
图1图2
三、计算题(共46分)
1.已知一支架用一组螺栓与机座联接(图2),所受外载荷分解成一轴向工作载荷
和一横向工作载荷R=5000N。
已知螺栓的相对刚度为0:
25,接合面摩擦系数为0.15。
选择螺栓的机械性能等级为8.8级,取安全系数S=1.5,可靠性系数kf=1.2。
试求螺栓直径的计算值。
(14分)
2.试画出机械零件的疲劳极限线图(特殊点标出坐标值),并据此推导出零件在非对称循环应力作用下(工作应力点M在疲劳区)计算安全系数的表达式(
=常数)。
(16分)
3.如图3所示减速器一根轴用两个型号为30310的圆锥滚子轴承支承,作用于轴承的径向载荷R1=8000N,R2=2000N;
齿轮上的轴向力Fa1=2000N,Fa2=1000N;
工作转速n=350r/min。
减速器在常温下工作,有中等冲出,试计算轴承的寿命Lh(16分)
(已知条件:
)
图3
一、填空题(40分)(请将答案直接填写在空格内)
1.螺旋传动中的螺母、滑动轴承的轴瓦、蜗杆传动中的蜗轮,多采用青铜材料,这主要是为了提高能力。
2.蜗轮的材料通常是按的大小来选择。
3.若螺纹的直径和螺纹副的摩擦系数一定,则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的和
。
4.普通平键联接的工作面是,主要失效形式是。
其键的剖面尺寸b×
h按由标准中选定,而键长L通常按从标准中查取。
5.根据轴的承载情况,工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为;
只传递转矩的轴称为;
只承受弯矩的轴称为。
6.在螺栓联接中,当螺栓轴线与被联接件表面不垂直时,螺栓中将产生附加应力。
7.一般单向回转的转轴,考虑起动、停车及载荷不平稳的影响,其扭转剪应力的性质按处理。
8.滚子链的最主要参数是链的,为提高链速的均匀性,应选用齿数为的链轮。
9.压缩弹簧受载时,弹簧丝内的最大应力发生在处,弹簧指数(亦称旋绕比)C=
愈小,此应力愈。
10.在弹簧设计计算中,由强度条件确定弹簧的,由变形条件确定弹簧的。
11.非液体摩擦滑动轴承工作能力的校验公式是,和。
12.形成流体动压润滑的必要条件是,,。
13.在普通V带传动中,载荷平稳,包角α为180°
,带长Ld为特定长度,强力层为化学纤维绳结构条件下求得的单根V带所能传递的基本额定功率P0主要与,
和有关。
14.在设计V带传动时,V带的型号是根据和选取的。
15.转速与当量动载荷一定的球轴承,若额定动载荷增加一倍,其寿命为原来寿命的倍。
(2分)
16.一变位蜗杆传动,已知:
m=5mm,z2=41,d1=50mm,中心距a=125mm,则该传动的变位系数为。
17.一对闭式直齿圆柱齿轮,m=3mm,z1=21,z2=63,α=20°
,小齿轮用40Cr钢,表面淬火,HRC=55,[σH]1=1200MPa;
大齿轮用45号钢,调质,HB=220~240,[σH]2=600MPa。
若齿轮传动工作时,齿面接触应力为σH=500MPa,则小齿轮的接触强度安全系数为大齿轮的倍。
(2分)
18.蜗杆传动工作时,作用在蜗杆上的三个啮合分力通常最大。
19.阿基米德蜗杆和蜗轮在中间平面(亦称主平面)内相当于相啮合,因此,蜗杆的模数应与蜗轮的模数相等。
二、问答题(共20分,每题5分)
1.由双速电动机驱动V带传动,若电机输出功率不变,则V带传动应按哪种转速设计?
为什么?
2.有一由V带传动、链传动和齿轮传动组成的减速传动装置,试合理确定其传动布置顺序,并说明其原因。
3.在软齿面闭式齿轮传动设计中,如何选择模数m(mn)及小齿轮齿数z1?
4.设计液体动压润滑滑动轴承时,为保证轴承正常工作应满足哪些条件?
三、计算题(30分)
1.有一钢制液压油缸,如图1所示。
缸内油压P=3MPa,缸体内径D=160mm,螺栓分布圆直径D0=200mm,缸盖外径D1=240mm.。
为保证气密性要求。
残余预紧力取为工作载荷的1.6倍,螺栓间弧线距离不大于100mm。
已知螺栓的许用应力为[σ]=180MPa。
试计算:
(9分)
(1)最少的螺栓数目;
(2)单个螺栓承受的总拉力;
(3)螺栓小径。
图1
2.有一提升装置,如图2所示。
已知:
卷筒由6个均布于D0=240mm圆周上的M12螺栓(d1=10.106mm)联接于蜗轮上,卷筒直径d=200mm,卷筒转速n=85r/min,接合面间摩擦系数ƒ=0.15,可靠性系数kS=1.2,螺栓材料的许用拉伸应力为[σ]=120MPa,起吊的最大载荷Wmax=6200N,蜗杆分度圆导程角方向为右旋,齿轮传动效率η1=0.95,蜗杆传动效率η2=0.42,轴承效率η3=0.98,卷筒效率η4=0.95。
齿轮的模数为3mm;
齿数为z1=21,z2=84;
中心距a=160mm。
(15分)
(1)试确定重物上升时电动机的转动方向。
(在图上用箭头表示)
(2)根据使I轴上的合力最小条件,确定齿轮1、2的轮齿螺旋线方向(在图上用细斜线表示)。
并求出螺旋角β的大小。
(3)试在图中标出重物上升时,蜗杆与蜗轮在点C处受的三对分力(Fa、Fr、Ft)的方向。
(4)当重物匀速上升时,电机的输出功率P=?
(5)试校核滚筒与蜗轮联接螺栓的强度。
图2
3.有一轴由一对角接触球轴承支承,如图3所示。
(6分)
齿轮的分度圆直径d=200mm,作用在齿轮上的载荷Ft=1890N,Fr=700N,Fa=360N。
轴承的内部轴向力S与径向载荷的关系式为:
S=0.4Fr.。
求两轴承所承受的轴向载荷。
图3图4
四、结构题(10分)
1.有一个箱体通过螺纹联接到基座上,试选择螺纹联接类型,并绘制出其结构(绘于图4中)(4分)
2.指出下面轴承部件结构图5中的错误,并说明错误原因。
说明:
(1)轴承部件采用两端固定式支承,轴承采用油脂润滑;
(2)同类错误按1处计;
(3)指出6处错误即可,在错误处引出编号;
例如错误处——①,并在图下方做筒单说明,例如①——缺少油沟;
(4)若多于6处,且其中有错误答案时,按错误计算。
一、是非判断题(共10分,每题1分)(你认为正确的,在括号内画“√”你认为错误的,在括号内画“×
”号)
1.降低被联接件刚度,可以提高受变载荷螺栓的疲劳强度。
()
2.链传动中,当一根链的链节数为偶数时需采用过渡链节。
3.由于蜗轮和蜗杆之间的相对滑动较大,更容易产生胶合和磨粒磨损。
4.在变位齿轮接触强度计算中,因基圆不变,传递的扭矩不变,因而可以用分度圆的圆周力来代替作用于节圆的圆周力,算出的d1也是分度圆直径。
5.旧自行车的后链轮(小链轮)比前链轮(大链轮)容易脱链。
6.当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时,细牙螺纹的自锁性比粗牙螺纹的自锁性好。
7.带在工作时受变应力的作用,这是它可能出现疲劳破坏的根本原因。
8.轴的强度计算中,安全系数校核就是疲劳强度校核,即计入应力集中、表面状态和尺寸影响以后的精确校核。
9.牙嵌式联轴器允许径向位移。
10.轮齿齿面的相对滑动所产生的摩擦力,对从动轮其摩擦力是背向节线的,因此塑性变形后出现凹痕。
二、填空题(共12分)
1.链传动中,即使主动链轮的角速度ω1=常数,也只有当时,从动链轮的角速度ω2和传动比i才能得到恒定值。
2.标准渐开线齿轮的齿形系数取决于。
3.蜗杆头数愈少,其升角愈,传动的啮合效率愈。
齿面滑动速度愈。
4.滚动轴承轴向固定的典型结构形式有。
5.滑动轴承形成液体动压润滑油膜的条件是。
三、单项选择题(共10分,每题1分)
1.V带传动中,V带带轮的最小直径D1min取决于。
A.带的速度D.带的型号C.传动比D.带的根数
2.校核Pυ值的目的是为了限制滑动轴承的。
A.点蚀破坏B.疲劳破坏C.温升D.过度磨损
3.只能承受轴向载荷的滚动轴承的类型代号为。
A.“7”型B.“2”型C.“6”型D.“5”型
4.金属弹性元件挠性联轴器中的弹性元件都具有的功能。
A.对中B.减磨C.缓冲和减振D.缓冲
5.一般开式齿轮传动的主要失效形式是。
A.齿面胶合B.疲劳点蚀C.齿面磨损D.轮齿折断
6.斜齿圆柱齿轮螺旋角β的一般取值范围为。
A.β=2°
~10°
B.β=8°
~25°
C.β=15°
~30°
D.β=20°
~40°
7.设计链传动时,为了降低动载荷,一般采用 。
A.较多的链轮齿数z和较小的链节距pB.较少的z和较小的p
C.较多的z和较大的pD.较少的z和较大的p
8.V带传动中,带在小带轮上的包角
1一般不小于 。
A.90°
B.120°
C.150°
D.170°
9.根据轴的承载情况,的轴称为转轴。
A.既承受弯矩又承受转矩B.只承受弯矩不承受转矩
C.只承受转矩不承受弯矩D.承受较大轴向载荷
10.当键联接强度不足时可采用双键。
使用2个平键时要求键布置。
A.在同一直线上B.相隔90°
C.相隔120°
D.相隔180°
四、受力分析题(10分)
图l所示为一蜗杆蜗轮驱动的螺旋传动系统简图(a),高速级为蜗杆传动,蜗杆的转向,螺杆的移动方向如图所示。
试确定:
(1)蜗杆、蜗轮的螺旋线方向;
(2)画出蜗杆及蜗轮在啮合点所受诸分力的方向(按给定坐标在图(b)上画出)。
图1
五、计算题(共58分)
1.如图2所示的夹紧联接柄承受载荷Q=600N,螺栓个数z=2,联接柄长度L=300mm,轴的直径d=60mm,夹紧结合面摩擦系数ƒ=0.15,考虑摩擦传力的可靠性系数kf=1.2。
试确定联接螺栓的直径(螺栓材料为Q235。
[σ]=0.6σs,σs=240MPa)(10分)
2.一对外啮合闭式软齿面标准直齿圆柱齿轮传动。
已知其大小齿轮均为钢制,材料的弹性系数ZE=189.8
,许用接触应力分别为[σ]HI=550MPa,[σ]H2=500MPa,中心距a=150mm,齿宽分别为b1=55mm,b2=50mm传动比i=u=5,载荷系数K=1.4,不计重合度的影响。
试用接触应力基本公式
(式中:
ω为单位计算载荷,ρ为综合曲率半径)推算出该对齿轮所能传递的最大转矩Tmax=?
3.某齿轮轴由一对30212E轴承支承,其径向载荷分别Fr1=5200N,Fr2=3800N,作用于轴上的轴向外载荷FA=1200N,方向如图3所示,取载荷系数ƒP=1.2。
(1)两轴承的当量动负荷P1=?
,P2=?
(2)当该对轴承的预期寿命为Lh10=18000h时,齿轮轴所允许的最大工作转速nmax=?
附30212E轴承的有关参数如下:
Cr=59250N,e=0.35,X=0.4,Y=1.7,
4.某一径向滑动轴承,轴承宽径比B/d=1.0,轴颈和轴瓦的公称直径d=80mm,轴承相对间隙ψ=0.0015,轴颈及轴瓦表面微观不平度的十点平均高度分别为Rz1=1.6μm,Rz2=3.2μm。
在径向工作载荷F,轴颈速度υ的工作条件下,偏心率
=0.8,能形成液体动压润滑。
若其他条件不变,试求:
(1)当轴颈速度提高到υˊ=1.7υ时,轴承的最小油膜厚度为多少?
(2)当轴颈速度降低为υˊ=0.7υ时,该轴承能否达到液体动压润滑状态?
(10分)
注:
(a)
;
(b)承载量系数CP表(B/d=1)
X
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
Cp
1.253
1.528
1.929
2.469
3.372
4.808
7.772
17.18
5.指出图4中各结构设计的错误之处(在图上用箭头及序号标出错误之处,并说明错误原因)(8分)
图4
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