設計手冊1機械設計典型例題

1、機械設計典型例題分析機械設計典型例題分析普通螺栓聯(lián)接 圖（圖（A）和（）和（B）是功能完全相同（承受垂直向下的載荷）是功能完全相同（承受垂直向下的載荷F）的兩個普通螺栓聯(lián)接設計）的兩個普通螺栓聯(lián)接設計方案。設圖中傾角方案。設圖中傾角=30，F(xiàn)=8000N，螺栓的相對剛度系數(shù)，螺栓的相對剛度系數(shù)KC=1/3。兩方案支座底。兩方案支座底板和螺栓個數(shù)相同（板和螺栓個數(shù)相同（4個）。個）。（1）這兩個設計方案，你認為哪個更合理，為什么？）這兩個設計方案，你認為哪個更合理，為什么？（2）在題圖（）在題圖（A）中，在安裝完畢并已承受工作載荷）中，在安裝完畢并已承受工作載荷F之后，為了檢查螺栓預緊力是之后，

2、為了檢查螺栓預緊力是否達標，可用力矩扳手試扳螺母。當螺母剛剛被扭動時，若力矩扳手的讀數(shù)為否達標，可用力矩扳手試扳螺母。當螺母剛剛被扭動時，若力矩扳手的讀數(shù)為12000N-mm，假定擰緊力矩，假定擰緊力矩T和螺栓拉力和螺栓拉力F的關系式為：的關系式為：T=2.4F，支座底板結合面間的摩擦因，支座底板結合面間的摩擦因數(shù)數(shù)fs=0.4，試求：，試求：螺栓的總拉力螺栓的總拉力F0和預緊力和預緊力F；支座底板結合面間能產(chǎn)生的最大摩擦力支座底板結合面間能產(chǎn)生的最大摩擦力Ffmax 。 普通螺栓聯(lián)接 圖（圖（A）和（）和（B）是功能完全相同（承受垂直向下的載荷）是功能完全相同（承受垂直向下的載荷F）的兩個普

3、通螺栓聯(lián)接設計）的兩個普通螺栓聯(lián)接設計方案。設圖中傾角方案。設圖中傾角=30，F(xiàn)=8000N，螺栓的相對剛度系數(shù)，螺栓的相對剛度系數(shù)KC=1/3。兩方案支座底。兩方案支座底板和螺栓個數(shù)相同（板和螺栓個數(shù)相同（4個）。個）。（1）這兩個設計方案，你認為哪個更合理，為什么？）這兩個設計方案，你認為哪個更合理，為什么？解：（解：（1）這兩個設計方案，圖（）這兩個設計方案，圖（A）更合理。）更合理。 將兩圖中的外載荷將兩圖中的外載荷F向螺栓向螺栓聯(lián)接結合面形心簡化后可知，聯(lián)接結合面形心簡化后可知，圖（圖（A）螺栓組只受軸向拉力和）螺栓組只受軸向拉力和橫向剪力，每棵螺栓的總拉力橫向剪力，每棵螺栓的總拉力

4、F0相等；相等；而圖（而圖（B）螺栓組，由于外載荷）螺栓組，由于外載荷F力力線不通過結合面形心，故該螺栓組除線不通過結合面形心，故該螺栓組除了承受與圖（了承受與圖（A）相同且相等的載荷）相同且相等的載荷外，還要多承受一個傾翻外，還要多承受一個傾翻力矩力矩M（其大小等于（其大小等于e F），），使各棵螺栓的總拉力不相等。使各棵螺栓的總拉力不相等。普通螺栓聯(lián)接 圖（圖（A）和（）和（B）是功能完全相同（承受垂直向下的載荷）是功能完全相同（承受垂直向下的載荷F）的兩個普通螺栓聯(lián)接設計）的兩個普通螺栓聯(lián)接設計方案。設圖中傾角方案。設圖中傾角=30，F(xiàn)=8000N，螺栓的相對剛度系數(shù)，螺栓的相對剛度系數(shù)

5、KC=1/3。兩方案支座。兩方案支座底板和螺栓個數(shù)相同（底板和螺栓個數(shù)相同（4個）。個）。（2）在題圖（）在題圖（A）中，在安裝完畢并已承受工作載荷）中，在安裝完畢并已承受工作載荷F之后，為了檢查螺栓預緊力是之后，為了檢查螺栓預緊力是否達標，可用力矩扳手試扳螺母。當螺母剛剛被扭動時，若力矩扳手的讀數(shù)為否達標，可用力矩扳手試扳螺母。當螺母剛剛被扭動時，若力矩扳手的讀數(shù)為12000N-mm，假定擰緊力矩，假定擰緊力矩T和螺栓拉力和螺栓拉力F的關系式為：的關系式為：T=2.4F，支座底板結合面，支座底板結合面間的摩擦因數(shù)間的摩擦因數(shù)fs=0.4，試求：，試求：螺栓的總拉力螺栓的總拉力F0和預緊力和預

6、緊力F由于在加載之后扳動螺母，故由公式由于在加載之后扳動螺母，故由公式T=2.4F求到的求到的F為螺栓的總拉力為螺栓的總拉力F0，即螺栓的總拉力：即螺栓的總拉力：F0=T/2.4=12000/2.4=5000N又每棵螺栓的工作拉力：又每棵螺栓的工作拉力：F= F/4cos30=8000/4/2=3000N又螺栓拉力增量又螺栓拉力增量F=KcF=1/33000=1000N，故螺栓的預緊力：，故螺栓的預緊力：F=F0-F=5000-1000=4000N普通螺栓聯(lián)接 如圖所示為某受軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接的載荷變形圖：如圖所示為某受軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接的載荷變形圖：（1）當工作載荷為）當工作載荷

7、為2000N時，求螺栓所受總拉力及被聯(lián)接件間剩余預緊力。時，求螺栓所受總拉力及被聯(lián)接件間剩余預緊力。（2）若被聯(lián)接件間不出現(xiàn)縫隙，最大工作載荷是多少？）若被聯(lián)接件間不出現(xiàn)縫隙，最大工作載荷是多少？ 普通螺栓聯(lián)接 如圖所示為一受軸向工作載荷螺栓組中單個螺栓與被聯(lián)接件的受力變形圖，由圖中數(shù)據(jù)如圖所示為一受軸向工作載荷螺栓組中單個螺栓與被聯(lián)接件的受力變形圖，由圖中數(shù)據(jù)寫出下列各力的大小。寫出下列各力的大小。(1)螺栓預緊力螺栓預緊力 (2)被聯(lián)接件上的殘余預緊力被聯(lián)接件上的殘余預緊力 =(3)螺栓所受的工作載荷螺栓所受的工作載荷F=(4) 螺栓的總拉力螺栓的總拉力F0=(5)螺栓拉力增量螺栓拉力增量

8、F=普通螺栓聯(lián)接 下圖所示被聯(lián)接件用兩個普通緊螺栓聯(lián)接，已知被聯(lián)接件所承受的橫向外載荷下圖所示被聯(lián)接件用兩個普通緊螺栓聯(lián)接，已知被聯(lián)接件所承受的橫向外載荷F=15000N，接合面之間的摩擦因數(shù)，接合面之間的摩擦因數(shù)f=0.2，可靠性系數(shù)，可靠性系數(shù)Ks=1.2，螺栓許用拉應力，螺栓許用拉應力 =160Mpa。試求所需螺栓的最小直徑。試求所需螺栓的最小直徑d1。FF2F2普通螺栓聯(lián)接 下圖所示被聯(lián)接件用兩個普通緊螺栓聯(lián)接，已知被聯(lián)接件所承受的橫向外載荷下圖所示被聯(lián)接件用兩個普通緊螺栓聯(lián)接，已知被聯(lián)接件所承受的橫向外載荷F=15000N，接合面之間的摩擦因數(shù)，接合面之間的摩擦因數(shù)f=0.2，可靠性

9、系數(shù)，可靠性系數(shù)Ks=1.2，螺栓許用拉應力，螺栓許用拉應力 =160Mpa。試求所需螺栓的最小直徑。試求所需螺栓的最小直徑d1。NfzmFKFs22500222 . 0150002 . 1 mmFd26. 143 . 141 每個螺栓的預緊力為：每個螺栓的預緊力為： FF2F2普通螺栓聯(lián)接 下圖所示凸緣聯(lián)軸器，用六個普通螺栓聯(lián)接，螺栓分布在下圖所示凸緣聯(lián)軸器，用六個普通螺栓聯(lián)接，螺栓分布在D=100mm的圓周上，接合面的圓周上，接合面摩擦因數(shù)摩擦因數(shù)f=0.16，防滑系數(shù)，防滑系數(shù)KS=1.2，若聯(lián)軸器傳遞扭矩為，若聯(lián)軸器傳遞扭矩為150Nm，試求螺栓螺紋小徑。，試

10、求螺栓螺紋小徑。（螺栓（螺栓=120MPa）。）。D普通螺栓聯(lián)接 下圖所示凸緣聯(lián)軸器，用六個普通螺栓聯(lián)接，螺栓分布在下圖所示凸緣聯(lián)軸器，用六個普通螺栓聯(lián)接，螺栓分布在D=100mm的圓周上，接合面的圓周上，接合面摩擦因數(shù)摩擦因數(shù)f=0.16，防滑系數(shù)，防滑系數(shù)KS=1.2，若聯(lián)軸器傳遞扭矩為，若聯(lián)軸器傳遞扭矩為150Nm，試求螺栓螺紋小徑。，試求螺栓螺紋小徑。（螺栓（螺栓=120MPa）。）。DTKDfzFs 20N375050616. 010001502 . 120 DfzTKFs mmFd2 . 712037503 . 143 . 1401 解：解：1.求每個螺栓的預緊力求每個螺栓的預緊力

11、2求螺栓螺紋小徑求螺栓螺紋小徑帶傳動帶傳動 V帶傳動傳遞的功率帶傳動傳遞的功率P=7.5kW，平均帶速，平均帶速v=10m/s，緊邊拉力是松邊拉力的兩，緊邊拉力是松邊拉力的兩倍（倍（F1=2F2）。試求緊邊拉力）。試求緊邊拉力F1，有效圓周力，有效圓周力Fe和預緊力和預緊力F0 帶傳動帶傳動 下圖所示為下圖所示為V帶傳動的張緊方案，試指出不合理之處。帶傳動的張緊方案，試指出不合理之處。 帶傳動帶傳動 若若(a)、(b)兩圖中，大、小帶輪及張緊輪的幾何尺寸和位置都完全相同，小帶兩圖中，大、小帶輪及張緊輪的幾何尺寸和位置都完全相同，小帶輪為主動輪。試問：輪為主動輪。試問：（1）直接在圖中畫出小帶輪

12、的合理轉向。）直接在圖中畫出小帶輪的合理轉向。（2）若兩種安裝的張緊輪都可保證）若兩種安裝的張緊輪都可保證V帶傳動正常工作，從帶的壽命來看，哪種帶傳動正常工作，從帶的壽命來看，哪種張緊輪的用法更好？為什么？張緊輪的用法更好？為什么？帶傳動帶傳動 某帶傳動由變速電動機驅動，大帶輪的輸出轉速的變化范圍為某帶傳動由變速電動機驅動，大帶輪的輸出轉速的變化范圍為5001000r/min。若大帶輪上的負載為恒功率負載，應該按哪一種轉速設計帶傳動？。若大帶輪上的負載為恒功率負載，應該按哪一種轉速設計帶傳動？若大帶輪上的負載為恒轉矩負載，應該按哪一種轉速設計帶傳動？為什么？若大帶輪上的負載為恒轉矩負載，應該按

13、哪一種轉速設計帶傳動？為什么？ 某車間現(xiàn)有三個某車間現(xiàn)有三個A型型V帶輪，其直徑分別為帶輪，其直徑分別為90mm、112mm和和200mm，今欲用作轉速，今欲用作轉速為為3000r/min 的主動輪，請分析說明是否適用？的主動輪，請分析說明是否適用？ 帶傳動帶傳動 帶傳動的打滑經(jīng)常在什么情況下發(fā)生？打滑多發(fā)生在大輪上還是小輪上？帶傳動的打滑經(jīng)常在什么情況下發(fā)生？打滑多發(fā)生在大輪上還是小輪上？剛開始打滑時，緊邊拉力松邊拉力有什么關系？剛開始打滑時，緊邊拉力松邊拉力有什么關系？ 為什么皮帶傳動通常用在高速級，但在設計時又要對它的線速度加以限制？為什么皮帶傳動通常用在高速級，但在設計時又要對它的線速

14、度加以限制？ 帶傳動帶傳動 帶傳動的打滑經(jīng)常在什么情況下發(fā)生？打滑多發(fā)生在大輪上還是小輪上？帶傳動的打滑經(jīng)常在什么情況下發(fā)生？打滑多發(fā)生在大輪上還是小輪上？剛開始打滑時，緊邊拉力松邊拉力有什么關系？剛開始打滑時，緊邊拉力松邊拉力有什么關系？答：帶傳動的打滑經(jīng)常在過載情況下發(fā)生；答：帶傳動的打滑經(jīng)常在過載情況下發(fā)生；打滑多發(fā)生在小輪上；打滑多發(fā)生在小輪上；剛開始打滑時，緊邊拉力松邊拉力存在如下關系：剛開始打滑時，緊邊拉力松邊拉力存在如下關系：為什么皮帶傳動通常用在高速級，但在設計時又要對它的線速度加以限制？為什么皮帶傳動通常用在高速級，但在設計時又要對它的線速度加以限制？ 答：由公式答：由公式P

15、=FV知，增加帶速知，增加帶速V，在圓周力，在圓周力F不變的情況下，可提高帶傳動傳不變的情況下，可提高帶傳動傳遞的功率遞的功率P，即有利于提高帶傳動的承載能力；在，即有利于提高帶傳動的承載能力；在P不變的情況下，可減小圓不變的情況下，可減小圓周力周力F，有利于減少，有利于減少V帶的根數(shù)或采用較小型號的帶的根數(shù)或采用較小型號的V帶，進而減小帶傳動的結構帶，進而減小帶傳動的結構尺寸。因此帶通常用在高速級。但過高的帶速，帶的離心力將顯著增大，一方尺寸。因此帶通常用在高速級。但過高的帶速，帶的離心力將顯著增大，一方面減小了帶與帶輪間接觸壓力，從而降低了傳動的工作能力；另一方面，這將面減小了帶與帶輪間接

16、觸壓力，從而降低了傳動的工作能力；另一方面，這將使帶的離心應力過大，從而降低帶的疲勞壽命。因此在設計時又要對它的線速使帶的離心應力過大，從而降低帶的疲勞壽命。因此在設計時又要對它的線速度加以限制。帶速一般在度加以限制。帶速一般在525m/s為宜，在為宜，在2025m/s范圍最有利。范圍最有利。 feFF21 齒輪傳動齒輪傳動 組組組組組組m456Z1302420Z2604840例：下表所示的三組標準直齒園柱齒輪傳動，中心距均為例：下表所示的三組標準直齒園柱齒輪傳動，中心距均為180mm180mm。設各齒輪的齒寬相等、材料及熱處理相同，無限壽命。設各齒輪的齒寬相等、材料及熱處理相同，無限壽命。

17、試比較各組齒輪傳動的接觸應力和彎曲應力，哪一組最??？試比較各組齒輪傳動的接觸應力和彎曲應力，哪一組最??？ 在三組齒輪傳動均滿足強度條件下，你認為選用哪一組最在三組齒輪傳動均滿足強度條件下，你認為選用哪一組最好，簡述理由。好，簡述理由。 三組齒輪傳動的接觸應力相等。三組齒輪傳動的接觸應力相等。 三組齒輪傳動的三組齒輪傳動的彎曲應力不相等。彎曲應力不相等。其中其中組最小，組最小，組最大。選用組最大。選用組最好。組最好。 由于三組齒輪傳動均滿足強度條件，故選用模數(shù)小齒數(shù)多的由于三組齒輪傳動均滿足強度條件，故選用模數(shù)小齒數(shù)多的齒輪傳動較為合理，這：齒輪傳動較為合理，這：一方面可增大齒輪傳動的重合度以提

18、高傳動的平穩(wěn)性；一方面可增大齒輪傳動的重合度以提高傳動的平穩(wěn)性；二可減小齒面間的相對滑動及磨損，以提高齒面抗膠合能力；二可減小齒面間的相對滑動及磨損，以提高齒面抗膠合能力；三可減少金屬切削量，節(jié)省加工費用。三可減少金屬切削量，節(jié)省加工費用。 齒輪傳動齒輪傳動 齒輪傳動齒輪傳動 圖示蝸桿圖示蝸桿-斜齒輪傳動，蝸桿斜齒輪傳動，蝸桿1（右旋）為主動，轉向如圖所示。（右旋）為主動，轉向如圖所示。1確定蝸輪確定蝸輪2的螺旋線方向（在圖中標出）；的螺旋線方向（在圖中標出）；2在圖中畫出齒輪在圖中畫出齒輪4的轉向（用向上或向下的箭頭表示）；的轉向（用向上或向下的箭頭表示）；3要使軸要使軸II的軸向力相互抵消

19、，確定斜齒輪的軸向力相互抵消，確定斜齒輪3、4的螺旋線方向（在圖中標出）；的螺旋線方向（在圖中標出）；4在圖中畫出蝸輪在圖中畫出蝸輪2和斜齒輪和斜齒輪4所受的各分力（所受的各分力（Fr、Ft、Fa）方向（垂直紙面）方向（垂直紙面向外的力用向外的力用 表示，向內(nèi)的力用表示，向內(nèi)的力用 表示）。表示）。 齒輪傳動齒輪傳動 圖示蝸桿圖示蝸桿-斜齒輪傳動，蝸桿斜齒輪傳動，蝸桿1（右旋）為主動，轉向如圖所示。（右旋）為主動，轉向如圖所示。1確定蝸輪確定蝸輪2的螺旋線方向（在圖中標出）；的螺旋線方向（在圖中標出）；2在圖中畫出齒輪在圖中畫出齒輪4的轉向（用向上或向下的箭頭表示）；的轉向（用向上或向下的箭頭

20、表示）；3要使軸要使軸II的軸向力相互抵消，確定斜齒輪的軸向力相互抵消，確定斜齒輪3、4的螺旋線方向（在圖中標出）；的螺旋線方向（在圖中標出）；4在圖中畫出蝸輪在圖中畫出蝸輪2和斜齒輪和斜齒輪4所受的各分力（所受的各分力（ Fr、Ft、Fa ）方向（垂直紙）方向（垂直紙面向外的力用面向外的力用 表示，向內(nèi)的力用表示，向內(nèi)的力用 表示）。表示）。 齒輪傳動齒輪傳動 圖示蝸桿圖示蝸桿-斜齒輪傳動，蝸桿斜齒輪傳動，蝸桿1（右旋）為主動，轉向如圖所示。（右旋）為主動，轉向如圖所示。1確定蝸輪確定蝸輪2的螺旋線方向（在圖中標出）；的螺旋線方向（在圖中標出）；2在圖中畫出齒輪在圖中畫出齒輪4的轉向（用向上或向下的箭頭表示）；的轉向（用向上或向下的箭頭表