機械設(shè)計基礎(chǔ)習題(西北工業(yè)大學版)5

1、第九章1.帶傳動中的彈性滑動與打滑有什么區(qū)別？對傳動有何影響？影響打滑的因素有哪些？如何避免打滑？解：由于緊邊和松邊的力不一樣導致帶在兩邊的彈性變形不同而引起的帶在帶輪上的滑動，稱為帶的彈性滑動，是不可避免的。打滑是由于超載所引起的帶在帶輪上的全面滑動，是可以避免的。由于彈性滑動的存在，使得從動輪的圓周速度低于主動輪的圓周速度，使得傳動效率降低。影響打滑的因素有：預緊力大小、小輪包角、當量摩擦因素。避免打滑：及時調(diào)整預緊力，盡量使用摩擦因素大的、伸縮率小的皮帶，對皮帶打蠟。3.試分析參數(shù)Q、D、i的大小對帶傳動的工作能力有何影響？1112解：D越小，帶的彎曲應力就越大。1a的大小影響帶與帶輪的

2、摩擦力的大小，包角太小容易打滑(一般取a三1200)11i越大，單根V帶的基本額定功率的增量就越大。124.帶和帶輪的摩擦因數(shù)、包角與有效拉力有何關(guān)系？efa1解：F=2FF，最大有效拉力F與張緊力F、包角a和摩擦系數(shù)f有關(guān)，增大ec0efa+1eec0F、a和f均能增大最大有效拉力F。0ec9-9.設(shè)計一由電動機驅(qū)動的普通V帶減速傳動，已知電動機功率P=7KW，轉(zhuǎn)速n=1440r/min，傳動比i二3，傳動比允許偏差為5%,雙班工作，載荷平穩(wěn)。112解：1計算功率Pca查表得，K=1.2，則P=KP=1.2x7=8.4kWAcaA選擇帶的截型根據(jù)P=8.4kW和n=1440r/min查圖9-

3、9選定A型帶。ca1確定帶輪的基準直徑D和D12參考圖9-9和表9-3取小帶輪的基準直徑D=100mm，大帶輪的基準直徑1D二iD(18)二3x100 x(10.01)二297mm。2121查表取標準值D二315mm。2i=3.15滿足條件。124驗算帶的速度v兀Dn兀xlOOxl440,v=i=m/s=7.54m/s60 xlOOO60 xlOOO帶速介于525m/s之間，合適。5確定中心距a和帶的基準長度Ld初定中心距為a=800mm則帶的基準長度L為0dL沁2a+-(D+D)+(D2_DPd2l24a兀(315一100)2=2x800+(100+315)+mm=2266.33mm24x8

4、00按表9-2選取L=2240mm,則V帶傳動實際中心距為d=(800+2240-2266.332)mm=786.84mm驗算小帶輪上的包角a1a沁1800-D2一D1x57.30=1800-315一100 x57.3a=164.34a1200(合適)1a786.84帶的根數(shù)z根據(jù)表9-4a、b,當D=100mm,n=1440r/min時，P=1.32kW，當i=3時，AP=0.17kW.查表1101209-5得K=0.96;查表9-2得K=1.06則帶的根數(shù)為aL8.4(1.32+0.17)x0.96x1.06=5.54Pz=ca(P+AP)KK00aL取z=68.確定帶的張緊力F0根據(jù)表9

5、-1查得q=0.10kg/m500P2.5500 x8.42.5F=ca(1)+qv2=x(1)+0.10 x7.542N=154.6N0zvk6x7.540.96a9.計算壓軸力FQa164.340F=2zFsin1=2x6x154.6xsinN=1837.9NQ022第十章1.為避免槽輪在開始和終止轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生剛性沖擊，設(shè)計時應注意什么問題？2何謂槽輪機構(gòu)的運動系數(shù)？為什么k必須大于零而小于1?k有何幾何意義？3.如圖所示為自行車后輪軸上的棘輪機構(gòu)，試分析當腳蹬踏板前進和不蹬踏板自由滑行時棘輪機構(gòu)的工作過程。第十一章1.常用的連接有哪些類型？它們各有哪些優(yōu)點？各適用于什么場合？解：常用的連接

6、有螺紋連接、鍵連接、銷連接、鉚釘連接、焊接、膠接、過盈配合連接以及型面連接等。螺紋連接具有結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、連接可靠、互換性強等特點。鍵連接具有結(jié)構(gòu)簡單、連接可靠、裝拆方便等優(yōu)點，在機械的軸類連接中應用。銷連接主要用于確定零件間的相互位置，并可傳遞不大的載荷，也可用于軸和輪轂或其他零件的連接。鉚接具有工藝設(shè)備簡單，工藝過程比較容易控制，質(zhì)量穩(wěn)定，鉚接結(jié)構(gòu)抗振、耐沖擊，連接牢固可靠，對被連接件材料的力學性能沒有不良影響等特點。在承受嚴重沖擊或劇烈振動載荷的金屬結(jié)構(gòu)連接中應用。焊接是具有結(jié)構(gòu)成本低、質(zhì)量輕，節(jié)約金屬材料，施工方便，生產(chǎn)效率高，易實現(xiàn)自動化等特點。主要應用在五拆卸要求的對受力要求不

7、太高的場合。膠接具有連接后重量輕，材料利用率高，成本低，在全部膠接面上應力集中小，抗疲勞性能好，密封性和絕緣性好等特點。主要用于應力要求不高，對密封性要求較高的場合。6.在螺紋連接中，為什么要采用防松裝置？解：用于連接的普通螺紋，其升角（入=1.5。3.5。）小于螺旋副的當量摩擦角（卩，=6。11。），滿足自鎖條件,且螺母和支承面上的摩擦力也有防松作用，一般在靜載荷和工作溫度變化不大時，螺紋連接不會自行松脫。但在沖擊、振動和變載荷作用下，螺紋間的摩擦力可能瞬時消失，連接有可能松脫。當溫度變化較大時，由于熱變形等原因，也可能發(fā)生螺紋的松脫現(xiàn)象。為了保證連接的可靠性和安全,必須在設(shè)計時考慮螺紋連接

8、的防松問題。8.平鍵的截面尺寸bXh和鍵的長度L如何確定？平鍵連接的失效形式是什么？如何進行強度校核？解：bXh根據(jù)軸徑d有表中查標準得。鍵長L按輪轂的長度確定，一般略短于輪轂長度，并符合標準中規(guī)定的長度系列。平鍵的主要失效形式是側(cè)面工作面的壓潰。F4T按o_L(bskldhl了進行強度校核。bs11-14.圖示剛性聯(lián)軸器用螺栓連接，螺栓性能等級為8.8,聯(lián)軸器材料為鑄鐵（HT250）,若傳遞載荷T=1500TN。1）采用4個M16的鉸制孔用螺栓，螺栓光桿處的直徑d二17mm，受壓的最小軸向長度s5二14mm，試校核其連接強度。2）若采用M16的普通螺栓連接，當接合面摩擦因素f=0.15，安裝

9、時不控制預緊力，試確定所需螺栓數(shù)目（取偶數(shù)）。110題11-14圖T1500解：1)F=D=777=19354.8ND155x10-31=土=I0Mpa=113.64Mpar=s二罟MPa二!60MpaT4F4X19354.8T=zi兀d24xlx兀x172sMpa=21.32MpatFc=bszd5s19354.84x17x14=20.33Mpacbs其連接強度滿足條件。ic6402)c=s=Mpa=213.33MpaS3由c=pc得,兀d24F耳得,pzifKF1.3x19354.8zs=6.8Fif11390.5x1x0.15p故取z=811-15.一鋼制液壓油缸，缸內(nèi)油壓p=4Mpa,

10、油缸內(nèi)徑D=160mm（參看圖11-12）,沿凸緣圓周均布8個螺栓，裝配時控制預緊力。試確定螺栓直徑。解：1.確定單個螺栓的工作載荷FF=晉=3=10053.1N4x82確定螺栓的總拉伸載荷Fq考慮到壓力容器的密封性要求，取殘余預緊力F=1.6F，則pF=F+F=2.6F=26138.1NQp選取螺栓性能等級為8.8，貝yb二640Mpa.由式a=-求螺栓直徑確定許用應力b時需查找安全ss系數(shù)S,當不控制預緊力時，S與螺栓直徑d有關(guān)，故需用試算法。由表暫取S=3（假定d=20mm），則螺栓許用應力為b640b=s=Mpa=256Mpa螺栓小徑為d14x1.3Fs2.5:-4x13381mm=1

11、3.00mm兀x256由表查得d=20mm時，d=17.294mm13.00mm,能滿足強度要求，且與原假設(shè)相符，故1取M20合適。第十二章12-2.剛性聯(lián)軸器與撓性聯(lián)軸器的主要區(qū)別是什么？解：剛性聯(lián)軸器各零件及連接件都是剛性的，它們之間不能作相對運動，不具有補償兩軸相對位移的能力，用于剛性支承的場合。若兩軸有偏移，將產(chǎn)生附加載荷，影響傳動性能和使用壽命。撓性聯(lián)軸器分兩種，一種是由可作相對移動的剛性件組成，用連接元件間的相對可動性來補償被連接兩軸之間的相對移動，用于彈性支承且載荷大的場合；另一種是連接件都是彈性的，通過連接件的彈性變形來補償被連接兩軸之間的相對移動，用于彈性支承需要緩沖和減振的

12、場合。12-5.試分析自行車“飛輪”中離合器的工作原理。解：自行車后輪有個內(nèi)棘輪機構(gòu)，起到了離合器的作用，稱為超越離合器,。工作原理是當鏈條帶動棘輪的鏈齒外圈時，中心轉(zhuǎn)軸上的棘爪通過彈簧與棘輪保持接觸，棘爪將力矩傳遞給中心轉(zhuǎn)軸，后輪就轉(zhuǎn)動前進。當棘輪的轉(zhuǎn)速低于中心轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，或騎車者停止腳踏時，棘爪能夠在棘輪上滑動，超越外圈棘輪轉(zhuǎn)速，此時就會聽見發(fā)出的“嗒嗒”聲響。因為棘輪只能單向傳遞轉(zhuǎn)矩，不能雙向傳遞轉(zhuǎn)矩，使得自行車具有正常行駛功能，不能后退行駛。因此也稱為單向超越離合器.第十三章13-5.說明下列滾動軸承代號的意義:N208/P5,7321C,6101,30310,5207.解：N208/

13、P5表示圓柱滾子軸承，寬度系列為0系列，直徑系列為2系列，內(nèi)徑為40mm,5級公差等級；7321C表示角接觸球軸承，寬度系列為0系，直徑系列為3系列，內(nèi)徑為105mm，公稱接觸角a=15，0級公差等級；06101表示深溝球軸承，寬度系列為0系，直徑系列為1系列，內(nèi)徑為12mm，0級公差等級;30310表示圓錐滾子軸承，寬度系列為0系，直徑系列為3系列，內(nèi)徑為50mm，0級公差等級；5207表示推力球軸承，寬度系列為0系，直徑系列為2系列，內(nèi)徑為35mm，0級公差等級;13-8試設(shè)計一提升機用非液體摩擦滑動軸承，已知每個軸承的徑向載荷為2X104N,軸頸直徑為100mm，轉(zhuǎn)速為1200r/min

14、.解：選擇軸承類型和軸瓦材料因軸承承受徑向載荷，并考慮使用條件，選用剖分式徑向軸承。此軸承載荷大，轉(zhuǎn)速高根據(jù)表13-1選擇軸瓦材料為ZPbSb16Sn16Cu2，其p=15Mpa,v=12m/s,pv=10Mpam/s選取軸承寬徑比選取軸承寬徑比B/d=1.0,則軸承寬度B=d=100mm.驗算軸承工作能力軸承的p,pv,v分別為：F10000p=Mpa=1MpaBd100 x100Fn10000X1200pv=MPam/s=6.28MPam/s19100B19100 x100兀dn兀x100 x1200.,.v=m/s=6.283m/s60 x100060X1000計算表明，pp,pvpv,

15、vFAs2s1可知軸承1為壓緊端，兩軸承的載荷分別為F=F+F=(880+405.2)N=1285.2Na1As2F=F=405.2Na2s23.計算軸承1、2的當量動載荷仃=1285.2=0.6426eF2000FFr2405.21000=0.4052=由表13-7杳得X=0.44,由線性插值得Y=1.3018;X=1,Y=0.1122故當量動載荷為P=XF+YF=(0.44x2000+1.3018x1285.2)=2553.1N1r11a1P=XF+YF=(lx1000+0 x405.2)=1000N2r22a2計算所需的徑向基本額定動載荷因軸的結(jié)構(gòu)要求兩端選同樣尺寸的軸承而PPp，故應以

16、軸承1的當量動載荷P為計算依據(jù)。因工作溫度正常查表13-5得f二1；按中等沖擊載荷，查表13-6取f二1.25。tP所以fP60nL(hf106t)31.25x2553.11x(60X5000X5000)1N106=36532.1N2zn=in2z12zn=n3z24d19.55x106P0.2rn1=22X590r/min77=168.6r/min=耳x168.6r/min78=45.4r/min3幕X40X590mm=43.26mm9.55x106P0.2tun29.55x106x40mm=65.67mm0.2x40X168.69.55x106P0.2un3取d=45mm,d=65mm,d

17、=105mm123d39.55x106x40mm=101.7mm0.2x40 x45.414-6試校核圖示直齒圓柱齒輪軸的強度。已知傳遞功率P=10kw,轉(zhuǎn)速n=200r/min,齒輪分度圓直徑d=356mm，單向轉(zhuǎn)動。軸的材料為40Cr調(diào)質(zhì)處理，齒輪相對軸對稱布置，軸的輸出端裝聯(lián)軸器。160題14-6圖解：1.求解徑向力及各支點力，并畫出彎矩圖T=9.55x106-=9.55x106x1Nmm=477500Nmmn200356F=2T=2x477500n=2682.58NtdF=FtanartF=-=976.38=2854.7Nnsinasin20F=1F=1427.35NAn2n=2682

18、.58xtan20=976.38NF=1F=1427.35NCn2nM=1xFx80=1427.35x80Nmm=114188Nmm2n=：；M2+(aT)2=”1141882+(0.6x477500匕=308417.17Nmm2強度校核軸在B截面處的彎矩和扭矩最大為軸的危險截面，軸單下轉(zhuǎn)動，扭矩可認為脈動循環(huán)變化,取折合系數(shù)a=0.6。軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表得t=60MPaM2+(aT)2M2+(aT)21141882+(0.6x477500匕o二=B=MPa=14.3MpaW0.1d30.1x603M二寸M2+(aT)=1141882+(0.6x477500)=308417.17Nmm所以軸的強度滿足要求。3.剪切強度校核軸的材料為40Cr調(diào)質(zhì)處理查表14-1得C=4052MPa9.55x106P/n0.2d39.55x106x10/2000.2x453=26.2Mpat故滿足強度條件。第十六章16-2為了提高動平衡效果，兩平衡基面的位置及平衡質(zhì)量的位置應如何選擇？解：16-4.何謂速度不均勻系數(shù)？速度不均勻系數(shù)是否越小越好？解：速度不均勻系數(shù)是角速度的最大波動幅度與平均角速度之比值。速度不均勻系數(shù)并非越小越好，在滿足使用要求的條件下速度不均勻系數(shù)應盡量取