機(jī)械設(shè)計習(xí)題

[3-1]

發(fā)動機(jī)連桿大頭螺釘工作時最大拉力Pmax=58.3kN，最小拉力Pmin=55.8kN，螺紋內(nèi)徑為d=11.5mm，試求

a

、

m

和r。解：123456圖示為6個鉸制孔組成螺栓組聯(lián)接的呈等邊三角形布置。分析被聯(lián)接件受不同外載荷時螺栓的受力情況。求受力最大的螺栓所受的力。[5-1]載荷P通過分布中心的橫向載荷123456P螺栓的剪力均為：123456扭矩T：作用在接合面內(nèi)T[5-2]起重滑輪中的螺栓聯(lián)接，已知最大起重量為F＝50KN，螺栓材料為35鋼，性能等級為5.6級。確定螺紋的公稱直徑。解：[5-3]凸緣聯(lián)軸器的螺栓組聯(lián)接。已知在D0＝150mm的圓周上均勻分布8個M12的普通螺栓，螺栓的性能級別為4.6級，材料為Q235鋼。凸緣聯(lián)軸器傳遞的扭矩T＝1000Nm,材料為鋼。裝配時要求控制預(yù)緊力。(f=0.3,Ks=1.2)校核該螺栓組聯(lián)接的強(qiáng)度。D0式（5-9）每個螺栓應(yīng)有的預(yù)緊力：5-4將一塊矩形鋼板固定在一個槽鋼上。已知鋼板懸臂端受載荷P＝16kN，假定被聯(lián)接件強(qiáng)度足夠，有關(guān)尺寸如圖所示。分析如果采用4個M16的鉸制孔用螺栓，性能級別為4.6，如圖布置，能否滿足強(qiáng)度要求？解：1.受力分析mFsTFsp[8-1]普通V帶傳動設(shè)計例題設(shè)計一帶式輸送機(jī)第一級用的普通V帶傳動。原動機(jī)為Y系列三相異步電動機(jī)，功率P=4kW，轉(zhuǎn)速n1=1440r/min，傳動比3.4，每天工作8小時。解題步驟（1）求計算功率表8-7帶的工作情況系數(shù)解題步驟驗(yàn)算帶速：帶速合適300050002000160040002008005001004003001000小帶輪的轉(zhuǎn)速n1(r/min)125025000.811.2523.154581016203040506380100200250普通V帶選型圖ZABCDEdd1=50~71dd1=80~100dd1=112~140dd1=125~140dd1=160~200dd1=200~315dd1=355~400dd1=450~500dd1=80~100解題步驟計算實(shí)際中心距中心距的變化范圍443～515mm（5）驗(yàn)算小帶輪包角解題步驟解題步驟1450取z=4。解題步驟帶型i小帶輪轉(zhuǎn)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考慮離心力初拉力過?。耗Σ亮π。壮霈F(xiàn)打滑，無法傳遞所需功率。初拉力過大：使帶中拉應(yīng)力增加降低帶的壽命；使軸和軸承的壓力增大。（9）帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計[10-1]分析各對齒輪之間的作用力及輪2軸所受的力。1231Fr21Ft213Fr23Ft232Fr12Ft12Ft32Fr322Fr12Ft12Ft32Fr32xyF軸2yF軸2xF軸2x＝Fr12+Ft32F軸2y＝Ft12+Fr32輪2所在軸所受的力[10-2]確定許可載荷一閉式圓柱齒輪傳動，已知:齒數(shù)z1＝20，z2＝60；模數(shù)m＝3mm；齒寬系數(shù)fd＝1；小齒輪轉(zhuǎn)速n1＝750r/min。若主、從動輪的許用接觸應(yīng)力分別為[sH]1＝700MPa，[sH]2=650MPa；載荷系數(shù)K＝1.6，區(qū)域系數(shù)ZH＝2.5，彈性系數(shù)ZE＝189.8(MPa)1/2。按接觸疲勞強(qiáng)度，求該齒輪傳動能傳遞的功率。解答由于大齒輪的許用接觸應(yīng)力小，所以代入[sH]2=650MPa[10-3]圖示定軸輪系，已知z1=z3=25，z2=20，齒輪1的轉(zhuǎn)速為450r/min，工作壽命為Lh=2000h。齒輪1為主動且轉(zhuǎn)向不變：齒輪2齒面上某點(diǎn)的接觸應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1和齒根彎曲應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的N2各為多少？123n1齒輪2的齒面接觸應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1齒輪2的齒根彎曲應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的N2解答[10-4]校核題已知起重機(jī)械用的一對閉式直齒輪傳動，輸入轉(zhuǎn)速n1=730r/min，輸入功率P1=25kW，每天工作16小時，使用壽命5年，齒輪為非對稱布置，軸的剛性較大，原動機(jī)為電動機(jī)，工作載荷為中等沖擊。z1=29，z2=129，m=2.5mm，b1=48mm，b2=42mm。大、小齒輪材料皆為20CrMnTi，滲碳淬火，齒面硬度為58~62HRC，齒輪精度等級為6級，驗(yàn)算齒輪強(qiáng)度。解題步驟根據(jù)給定的材料、熱處理方式、工作時間等確定許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力；根據(jù)工作條件、齒輪安裝等確定載荷系數(shù)；查有關(guān)圖表，確定ZH、ZE的值，根據(jù)已知條件驗(yàn)算齒面接觸應(yīng)力；查有關(guān)圖表，確定YFa、YSa的值，根據(jù)已知條件驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力；解題過程一、確定許用應(yīng)力已知條件：大、小齒輪材料皆為20CrMnTi，滲碳淬火，齒面硬度為58~62HRC。分析：硬齒面齒輪傳動齒輪材料為合金鋼，熱處理方法為滲碳淬火，取硬度為60HRC①查圖10-21e，?、诓閳D10-20d，取③i=z2/z1=129/29=4.4④計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)接觸疲勞壽命系數(shù)KHN彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN⑤查圖10-18，10-19，⑥計算許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力二、確定載荷系數(shù)K1.確定使用系數(shù)KA工作機(jī)為起重機(jī)械，載荷有中等沖擊，原動機(jī)為電動機(jī)，查表10-2KA=1.52.確定動載系數(shù)Kv齒輪圓周速度查圖10-8，齒輪精度等級6級，Kv＝1.061.063.確定齒間載荷分布系數(shù)Ka查表10－3KHa=KFa=1.14.確定齒向載荷分布系數(shù)Kbb2=42mm硬齒面齒輪非對稱布置，6級精度查表10－4查圖10－13并插值5.確定載荷系數(shù)K三、驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力齒輪齒數(shù)z1=29，z2=129，查表10-5插值：齒根彎曲強(qiáng)度計算齒根彎曲強(qiáng)度不滿足要求四、驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度ZH=2.5ZE=189.8接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求[10-5]

設(shè)計題設(shè)計帶式輸送機(jī)減速器的高速級齒輪傳動。已知輸入功率P＝10kW，小齒輪轉(zhuǎn)速n1=960r/min，齒數(shù)比u=3.2，由電動機(jī)驅(qū)動，工作壽命15年（每年工作300天），兩班制，帶式輸送機(jī)工作平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。解題步驟確定已知條件P,n1,u(i)以及工作條件（工作時間、工作機(jī)和原動機(jī)的有關(guān)情況等）。選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)。確定齒輪的許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力。選定小齒輪的齒數(shù)z1，z2=u*z1。軟齒面齒輪則按照齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計。計算傳遞的轉(zhuǎn)矩T;初選有關(guān)系數(shù)（載荷系數(shù)K，齒寬系數(shù)）計算小齒輪分度圓直徑解題步驟計算圓周速度計算齒寬計算齒寬與齒高之比計算載荷系數(shù)按實(shí)際載荷系數(shù)校正分度圓直徑計算模數(shù)按齒根彎曲強(qiáng)度校核或按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計，選用兩種設(shè)計方案中尺寸較大的。[10-6]圖示二級斜齒圓柱齒輪減速器中，已知：高速級齒輪z1=21，z2=52，mnI=3mm，bI＝12o7’43’’；低速級齒輪z3=27，z4=54，mnII=5mm，bII＝10o34’37’’；輸入功率P1=10kW，n1=1450r/min。齒輪嚙合效率h1=0.98，滾動軸承效率h2=0.99。求：低速級小齒輪的旋向（使中間軸上軸承所受的軸向力較?。８鬏S轉(zhuǎn)向及所受到的扭矩。齒輪各嚙合點(diǎn)所受的圓周力、徑向力及軸向力的方向和大小。解11234n1PIII

III

Fa1Fa2Fa3n1n2n3齒輪3應(yīng)為左旋齒輪n42求各軸轉(zhuǎn)向及所受的扭矩轉(zhuǎn)向如上圖所示。扭矩：解答3求齒輪各嚙合點(diǎn)作用力的三個分力的大小圖示為卷揚(yáng)機(jī)傳動系統(tǒng)，求：（1）提升重物時，圓錐齒輪2所受的力的方向。（2）若要求II軸上兩輪軸向力相互抵消，齒輪3的螺旋線方向如何選??？[10-7]練習(xí)題9/29/2023SchoolofMechatronics,UESTC62n4輸出ⅢⅠⅡ1234已知：蝸桿軸Ⅰ為輸入，大錐齒輪軸Ⅱ?yàn)檩敵?，軸Ⅲ轉(zhuǎn)向如圖。試：確定各輪轉(zhuǎn)向、旋向及受力。1.n4→n3→n2→Ft2→Fa12.Fa3→Fa2→Ft1→n1蝸輪右旋蝸桿右旋→[11-1]9/29/2023SchoolofMechatronics,UESTC63n4輸出ⅢⅠⅡ1234n3n2Ft2Fa1垂直于圖面向里。Fa3Fa2Ft1向左蝸桿右旋n1蝸輪右旋9/29/2023SchoolofMechatronics,UESTC64[11-2]圖示為蝸輪蝸桿—圓柱斜齒輪—直齒圓錐齒輪三級傳動。已知，蝸桿為主動，且按圖示方向轉(zhuǎn)動。在圖中繪出：1)各輪轉(zhuǎn)向；2)使II軸軸承所受軸向力較小時斜齒輪輪齒的旋向；3)各主動輪嚙合點(diǎn)處的作用力的方向。9/29/2023SchoolofMechatronics,UESTC65解：1）在圖中畫出各輪轉(zhuǎn)向從圖中觀察，蝸輪輪齒的旋向?yàn)橛倚?，因此，蝸桿右旋。用右手螺旋法則確定蝸輪2的轉(zhuǎn)向如圖。n2n3n4n5n69/29/2023SchoolofMechatronics,UESTC662).使II軸軸承所受軸向力較小時斜齒輪輪齒的旋向；Ft1Fa2Fa3n3齒輪3右旋，齒輪4左旋9/29/2023SchoolofMechatronics,UESTC673).各主動輪嚙合點(diǎn)處的作用力的方向Fr1Ft1Fa1Fa3Fr3Ft3Fr5Fa5Ft59/29/2023SchoolofMechatronics,UESTC68圖示為某起重設(shè)備的減速裝置。已知各輪齒數(shù)z1=z2=20，z3=60，z4=2，z5=40，輪1轉(zhuǎn)向如圖所示，卷筒直徑D=136mm。此時重物是上升還是下降？[11-3]9/29/2023SchoolofMechatronics,UESTC69解：分析：傳動裝置由蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)與一行星輪系組成。蝸桿4與行星輪系中的系桿轉(zhuǎn)速相同。蝸桿右旋，用右手螺旋法則可以確定蝸輪的轉(zhuǎn)向。此時重物將上升。[11-4]蝸輪滑車如圖所示，起重量F=10kN,蝸桿為雙頭,模數(shù)m=6.3mm,分度圓直徑d1=63mm,蝸輪齒數(shù)z2=40,卷筒直徑D=148mm，蝸桿傳動的當(dāng)量摩擦系數(shù)fv=0.1，軸承、濺油和鏈傳動效率損失為8%，工人加在鏈上的作用力F‘=200N。試求鏈輪直徑D’，并驗(yàn)算蝸桿傳動是否自鎖。解題過程1.蝸桿傳遞的轉(zhuǎn)矩2.蝸輪傳遞的轉(zhuǎn)矩3.求鏈輪的直徑下一步要計算和h1

[11-5]有一傳動比i＝20的鋼制蝸桿－錫青銅蝸輪傳動。已知蝸桿頭數(shù)z1＝2，蝸桿頂圓直徑da1＝60mm，中間平面上蝸輪頂圓直徑da2＝210mm，ha*=1，蝸桿軸轉(zhuǎn)速n1＝1124r/min，蝸桿經(jīng)滲碳淬火、磨削、拋光處理，潤滑良好。求該傳動的嚙合效率

1。解題過程需要計算解題過程查表11-18，根據(jù)滑動速度材料熱處理，此機(jī)構(gòu)能否自鎖？蝸桿機(jī)構(gòu)自鎖條件：g<jv不能自鎖。[11-6]圖示為起重機(jī)構(gòu)的主視圖和左視圖，卷筒與蝸輪同軸。已知，主動齒輪1的齒數(shù)z1=24，模數(shù)m=4mm，轉(zhuǎn)速n1=1470r/min，齒輪1、2的中心距a=160mm；蝸桿3的頭數(shù)z3=1，直徑系數(shù)q=16，蝸輪4的齒數(shù)z4=30，接觸面間的當(dāng)量摩擦系數(shù)fv=0.03；卷筒5的直徑D=500mm,重物重量Q=3×104N。此蝸桿傳動能否自鎖？求蝸桿傳動的輪齒嚙合效率h1?設(shè)齒輪傳動的效率h0=0.8，忽略軸承功率損耗及攪油功率損耗。為使重物勻速上升，需要加在主動齒輪1上的轉(zhuǎn)矩是多少？解（1）判斷機(jī)構(gòu)能否自鎖蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自鎖的條件：該機(jī)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)自鎖。（2）求蝸桿傳動的輪齒嚙合效率h1?（4）設(shè)齒輪傳動的效率h0=0.8，忽略軸承功率損耗及攪油功率損耗。為使重物勻速上升，需要加在主動齒輪1上的轉(zhuǎn)矩是多少？設(shè)加在齒輪1上的轉(zhuǎn)矩為T1z1=24，模數(shù)m=4mm，中心距a=160mm[11-7]圖示