1、机械设计基础常见计算题及详细答案机械设计基础常见计算题及详细答案包括材料力学计算、带传动、齿轮传动、包括材料力学计算、带传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、轴系等计算分析典型习蜗轮蜗杆传动、轴系等计算分析典型习题集附详细答案题集附详细答案2010年年5月月26日整理日整理.精品课件.123-18 某材料的对称循环弯曲疲劳极限某材料的对称循环弯曲疲劳极限-1=350MPa，屈服极限屈服极限 s=550MPa，强度极限，强度极限B=750MPa，循，循环基数环基数N0=5106，m=9，试求对称循环次数，试求对称循环次数N分别为分别为5104、5105、5107次时的极限应力。次时的极限应力。解解:MP
2、aMPaMPaMPas350452105105350550 58410510535067544105,1105,1956105,1101,5-946105,1取.精品课件.33-19 某零件如图所示，材料的强度极限某零件如图所示，材料的强度极限B=650MPa，表面精车，不进行强化处理。，表面精车，不进行强化处理。试确定试确定-截面处的弯曲疲劳极限的综合影响截面处的弯曲疲劳极限的综合影响系数系数K和剪切疲劳极限的综合影响系数和剪切疲劳极限的综合影响系数K。.精品课件.4 84.111181.0187.040.1k ：49.211181.0177.069.1k ：1 ：、40.81 4-3 ：、
3、30.87 0.77 2-3 ：、2 1.401-1.470.8611q1k 1.691-1.80.8411q1k :86.0q 84.0q :1-3 47.1 82.1 ：23、12.14048 075.0403 q系数剪切疲劳极限综合影响系数弯曲疲劳极限综合影响强化系数由附图表面质量系数由附图尺寸系数有效应力集中系数敏性系数得由附图理论应力集中系数得由表dDdr解解:.精品课件.53-20 一零件由一零件由45钢制成，材料的力学性能为：钢制成，材料的力学性能为：s=360MPa，-1=300 MPa，=0.2。已知零件上的最大工作应力。已知零件上的最大工作应力max=190MPa，最小工作
4、应力最小工作应力min=110MPa，应力变化规律为，应力变化规律为m=常数，弯曲疲常数，弯曲疲劳极限的综合影响系数劳极限的综合影响系数Kd=2.0，试分别用图解法和计算法确定该，试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。零件的计算安全系数。1、作图法、作图法(比例尺比例尺)A点坐标点坐标1500.2300,01kAD的斜率的斜率1.00.22.0ke4.110302530caS.精品课件.62、计算法、计算法5.1401508.11502.08.13004021101902150211019021limminmaxminmaxammcaamkkkSMPaMPa.精品课件.7.精品课件.
5、8.精品课件.9带传动习题解答带传动习题解答.精品课件.10 8-16一带式输送机装置如图所示。已知小带一带式输送机装置如图所示。已知小带轮基准直径轮基准直径dd1=140mm，大带轮基准直径，大带轮基准直径dd2=400mm，鼓轮直径，鼓轮直径D=250mm，为了提，为了提高生产率，拟在输送机载荷不变高生产率，拟在输送机载荷不变(即拉力即拉力F不不变变)的条件下，将输送带的速度的条件下，将输送带的速度v提高，设电动提高，设电动机的功率和减速器的强度足够，且更换大小机的功率和减速器的强度足够，且更换大小带轮后引起中心距的变化对传递功率的影响带轮后引起中心距的变化对传递功率的影响可忽略不计，为了
6、实现这一增速要求，试分可忽略不计，为了实现这一增速要求，试分析采用下列哪种方案更为合理，为什么析采用下列哪种方案更为合理，为什么?(1)将大带轮基准直径将大带轮基准直径dd2减小到减小到280mm；(2)将小带轮基准直径将小带轮基准直径ddl增大到增大到200mm；(3)将鼓轮直径将鼓轮直径D增大到增大到350mm。4.12503501402002804000011202DDdddddddd.精品课件.11但随着工作机功率的增加，带传动的功率成为关键环节。但随着工作机功率的增加，带传动的功率成为关键环节。方案一：仅使包角方案一：仅使包角1 1略有增加，但带速没有增加，小轮的略有增加，但带速没有
7、增加，小轮的弯曲应力没有减小，带的传动功率没有根本改善。弯曲应力没有减小，带的传动功率没有根本改善。方案三：完全没有考虑带的传动能力。方案三：完全没有考虑带的传动能力。方案二：由于小带轮直径的增加，不仅使包角方案二：由于小带轮直径的增加，不仅使包角1 1略有增加略有增加更主要的是，带速增加，小轮的弯曲应力明显减小，带的更主要的是，带速增加，小轮的弯曲应力明显减小，带的传动功率得到根本改善。传动功率得到根本改善。结论：方案二合理结论：方案二合理解：解：仅从仅从运动学运动学的角度来看三种方案都可以提高生产率，而且的角度来看三种方案都可以提高生产率，而且提高的幅度是相同的。提高的幅度是相同的。4.1
8、2503501402002804000011202DDdddddddd.精品课件.12.精品课件.13.精品课件.14.精品课件.15.精品课件.16链传动习题解答链传动习题解答.精品课件.179-18 有一链传动，小链轮主动，转速有一链传动，小链轮主动，转速n1=900r/min，齿数，齿数z1=25，z2=75。现因工作需要，拟将大链轮的转速降低到。现因工作需要，拟将大链轮的转速降低到n2250r/min，链条长度不变，试问：，链条长度不变，试问：(1)若从动轮齿数不变，应将主动轮齿数减小到多少若从动轮齿数不变，应将主动轮齿数减小到多少?此时链此时链条所能传递的功率有何变化条所能传递的功率
9、有何变化?(2)若主动轮齿数不变，应将从动轮齿数增大到多少若主动轮齿数不变，应将从动轮齿数增大到多少?此时链此时链条所能传递的功率有何变化条所能传递的功率有何变化?解：新的传动比是解：新的传动比是1 1、“减少小链轮齿数减少小链轮齿数”方案方案 此时链的传动功率下降此时链的传动功率下降2 2、“增加大链轮齿数增加大链轮齿数“方案方案 对传动功率影响很小对传动功率影响很小。6.325090021nni216.3756.321zz90256.36.312zz.精品课件.189-20 单排滚子链传动，主动链轮转速单排滚子链传动，主动链轮转速n1=600r/min，齿数，齿数zl=21，从动链轮齿数，
10、从动链轮齿数z2=105，中心距，中心距a=910mm，该链的节，该链的节距距p=25.4mm，工况系数，工况系数KA=1.2，试求链传动所允许传递的，试求链传动所允许传递的功率功率P。解：由节距解：由节距p=25.4mm,p=25.4mm,查表查表9-109-10得该链型为得该链型为16A16A 由由n1=600r/minn1=600r/min及及16A16A型链在图型链在图9-139-13上查得上查得P0=25KWP0=25KW11.119211908.108.11ZKZ08.110013910026.026.0PLLKKW 252.1108.111.1250APLKKKKPP139910
11、4.252211052105214.2591022节PL该链传动所允许传递的功率为该链传动所允许传递的功率为:.精品课件.19齿轮传动习题解答齿轮传动习题解答.精品课件.20接触疲劳强度的接触疲劳强度的校核公式校核公式 mm 225)400600(100111222211auubKFZZduubdKFZZHtHEHtHEH接触疲劳强度的接触疲劳强度的设计公式设计公式 mm 130)400600(1001)(1212323232113211aZZuuKTdZZuuKTdHEHdHEHd10-33 10-33 设计一直齿圆柱齿轮传动，原用材料的许用接触应力为设计一直齿圆柱齿轮传动，原用材料的许用接
12、触应力为 H1=700MPaH1=700MPa，H2=600MPaH2=600MPa，求得中心距，求得中心距a a=100mm=100mm；现改用；现改用 H1=600MPaH1=600MPa，H2=400MPaH2=400MPa的材料，若齿宽和其它条件不变，为保证接的材料，若齿宽和其它条件不变，为保证接触疲劳强度不变，试计算改用材料后的中心距。触疲劳强度不变，试计算改用材料后的中心距。.精品课件.21接触疲劳强度的接触疲劳强度的校核公式校核公式 mm 150400600100112 1112112222211auubdTKZZuubKFZZduubdKFZZHHEHtHEHtHEH接触疲劳强
13、度的接触疲劳强度的设计公式设计公式 mm 1504006001001)(12 1)(12123232113232113211aZZuudbKTZZuuKTdZZuuKTdHHEHEHdHEHd解解：.精品课件.2210-34 一直齿圆柱齿轮传动，已知zl=20，z2=60，m=4mm，B1=45mm，B2=40mm，齿轮材料为锻钢，许用接触应力H1=500MPa，H2=430MPa，许用弯曲应力F1=340MPa，F2=280MPa，弯曲载荷系数K=1.85，接触载荷系数K=1.40，求大齿轮所允许的输出转矩T2(不计功率损失)。解：解：169Nm:mN 737 01409.0185.1220
14、5.043 2T01409.028073.128.201276.034055.180.2:mN 169 8.1894.123.243035.0803 )1(32.2TMPa 4308.189:320605.0804024060480204:2322212312222111232323221312212122211大齿轮可传递的转矩为结论的输出转矩满足齿根弯曲疲劳强度的输出转矩满足齿面接触疲劳强度基本数据SaFaFFdFSaFaFSaFaEHHdHHEdYYKZmTYYYYZKdTZzzdbmzdmzd169Nm:mN 737 01409.0185.12205.043 2T01409.02807
15、3.128.201276.034055.180.2:mN 169 8.1894.123.243035.0803 )1(32.2TMPa 4308.189:320605.0804024060480204:2322212312222111232323221312212122211为大齿轮允许传递的转矩结论的输出转矩满足齿根弯曲疲劳强度的输出转矩满足齿面接触疲劳强度基本数据SaFaFFdFSaFaFSaFaEHHdHHEdYYKZmTYYYYZKdTZzzdbmzdmzd.精品课件.2310-35 设计铣床中一对直齿圆柱齿轮传动，已知功率P1=7.5kW，小齿轮主动，转速n1=1450r/min，齿
16、数z1=26，z2=54，双向传动，工作寿命Lh=12000h。小齿轮对轴承非对称布置，轴的刚性较大，工作中受轻微冲击，7级制造精度。.精品课件.24.精品课件.25.精品课件.26.精品课件.27.精品课件.28.精品课件.29.精品课件.30.精品课件.31.精品课件.32蜗杆传动习题解答蜗杆传动习题解答.精品课件.3311-15 图示蜗杆传动均是以蜗杆为主动件。试在图上标出蜗轮(或蜗杆)的转向，蜗轮齿的螺旋线方向，蜗杆、蜗轮所受各分力的方向。.精品课件.3411-17 图示为简单手动起重装置。若按图示方向转动蜗杆，提升重物G，试确定：(1)蜗杆和蜗轮齿的旋向；(2)蜗轮所受作用力的方向(
17、画出)；(3)当提升重物或降下重物时，蜗轮齿面是单侧受载还是双侧受载?.精品课件.3511-22 为什么普通圆柱蜗杆传动的承载能力主要取决于蜗轮轮齿的强度，用碳钢或合金钢制造蜗轮有何不利?.精品课件.36螺纹联接习题解答螺纹联接习题解答.精品课件.37.精品课件.385-22 受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片橡胶垫片。已知预紧力。已知预紧力F0=1500N，当轴向工作载荷，当轴向工作载荷F=1000N时，求螺栓所受的时，求螺栓所受的总拉力总拉力及被联接件之间的及被联接件之间的残余预紧力残余预紧力。解解:N 140010002400 ：N
18、240010009.01509.0 21212FFFFCCCFCCCFFFFmbbmbb残余预紧力螺栓的总拉力.精品课件.39教材第74页.精品课件.405-23 图示图示凸缘联轴器凸缘联轴器(GB/T5843-1986)的型号为的型号为YLDl0，允许传递的最大，允许传递的最大转矩转矩T=630Nm，两半联，两半联轴器采用轴器采用4个个M12的铰制孔的铰制孔用螺栓联接，螺栓规格为用螺栓联接，螺栓规格为M1260(GB/T 27-1988)，螺栓的性能等级为螺栓的性能等级为8.8级，级，联轴器材料为联轴器材料为HT200，试，试校核其联接强度。校核其联接强度。.精品课件.41教材第336页.精
19、品课件.42。LdFdFSrTrrTFppBpii满足要求剪切强度和挤压强度均结论螺栓光杆部分直径联轴器许用挤压应力螺栓的许用剪切应力页第机械设计课程设计手册参见螺栓的最短承载长度制孔螺栓组联接题意为受转矩作用的铰：MPa 1018132423 MPa 1813242344mm 13dMPa 10025.2225 MPa 2565.2640S mm 1820l-60Lmin38 N 2423654106304pmin02200s03412maxmax解解:.精品课件.43机械设计课程设计手册第38页.精品课件.44.精品课件.45.精品课件.46 5-26 试指出下列图中的错误结构，并画出正确
20、的结构图。试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。.精品课件.47 .精品课件.48滑动轴承习题解答滑动轴承习题解答.精品课件.4912-21 对已设计好的液体动力润滑径向滑动轴承，试分对已设计好的液体动力润滑径向滑动轴承，试分析在仅改动下列参数之一时，将如何影响该轴承的承载析在仅改动下列参数之一时，将如何影响该轴承的承载能力。能力。(1)转速由转速由n=500r/min改为改为n=700r/min；(2)宽径比宽径比B/d由由1.0改为改为0.8；(3)润滑油由用润滑油由用46号全损耗系统用油改为号全损耗系统用油改为68号全损耗系号全损耗系统用油；统用油；(4)轴承孔表面粗糙度由轴承孔
21、表面粗糙度由Rz=6.3m改为改为Rz=3.2m。答：（答：（1 1）承载能力提高）承载能力提高 （2 2）承载能力下降）承载能力下降 （3 3）承载能力提高）承载能力提高 （4 4）承载能力提高）承载能力提高.精品课件.5012-22 在设计液体润滑轴承时，当出现下列情况之在设计液体润滑轴承时，当出现下列情况之一后，可考虑采取什么改进措施一后，可考虑采取什么改进措施(对每种情况提出对每种情况提出两两种改进措施种改进措施)?(1)当当hminh时；时；(2)当条件当条件pp，vv，pvFd12#放松a2=Fd2=2720N 1#压紧Fa1=Fae+Fd2=4890.精品课件.5913-26 按
22、要求在给出的结构图中填画合适的轴承按要求在给出的结构图中填画合适的轴承(图中箭头图中箭头示意载荷方向示意载荷方向)。a)单向固定支承单向固定支承 b)双向固定支承双向固定支承 c)游动支承游动支承.精品课件.60 d)游动支承游动支承 e)单单-向固定支承向固定支承 f)承受单向推力支承承受单向推力支承.精品课件.滚动轴承寿命计算习题滚动轴承寿命计算习题（教材教材334页，习题页，习题13-5）根据工作条件：根据工作条件：决定在轴的两端选用决定在轴的两端选用=25的两个角接触球轴承的两个角接触球轴承,如图如图13-13b所示为正装。所示为正装。轴颈直径轴颈直径d=35mm，工作中有中等冲击，转
23、速工作中有中等冲击，转速n=1800r/min，已知两轴承径向载荷分别为已知两轴承径向载荷分别为Fr1=3390N，Fr2=1040N，外加轴向力外加轴向力Fae=870N，作用方向指向轴承，作用方向指向轴承1。试确定其工作寿命。试确定其工作寿命。.精品课件.61622#1#Fr1=3390NFr2=1040NFae=870NFd2Fd1d=35 n=1800n/min 中等冲击.精品课件.解：由表13-7 角接触球轴承7000AC 派生轴向力Fd=0.68FrFd1=0.68Fr1=0.68*3390=2305 NFd2=0.68*Fr2=0.68*1040=707 NFd2+Fae=707
24、+870=1577Fd11#放松 Fa1=Fd1=2305 N 2#压紧 Fa2=Fd1-Fae=2305-870=1480 NFa1/Fr1=2305/3390=0.69Fa2/Fr2=1480/1040=1.4由表13-5 当e0.68时:X=0.14 Y=0.871#当量动载荷 P1=fp(X1*Fr1+Y1*Fa1)=1.5*(0.41*3390+0.87*2305)=5093 N2#当量动载荷 P2=fp(X2*Fr2+Y2*Fa2)=1.5*(0.41*1040+0.82*1480)=2460 N P1P2 由设计手册查得 7407AC的基本额定动载荷 Cr=42.5KN因此,轴承
25、的寿命为:L=(C/P1)=(42.5/5.09)3=572*106(r)=5300(H).精品课件.6364.精品课件.65键联接习题解答键联接习题解答.精品课件.66.精品课件.67.精品课件.686-16 图示减速器的低速轴与凸缘联轴器及圆柱齿图示减速器的低速轴与凸缘联轴器及圆柱齿轮之间分别采用键联接。已知轴传递的转矩轮之间分别采用键联接。已知轴传递的转矩T=1000Nm，齿轮的材料为锻钢，凸缘联轴器材，齿轮的材料为锻钢，凸缘联轴器材料为料为HT200，工作时有轻微冲击，联接处轴及轮，工作时有轻微冲击，联接处轴及轮毂尺寸如图示。试选择键的类型和尺寸，并校核毂尺寸如图示。试选择键的类型和尺
26、寸，并校核联接的强度。联接的强度。.精品课件.69解解:79-GB1096 7025 90 79-GB1096 100C20 70 ：4 MPa 7045709010102102 MPa 53906070101021023MPa 110 ：MPa 55 HT200：2701425b A 901001220b C 70、12p33222321p33111312p1p222111键轴段键轴段结论强度校核钢轮材料为齿轴键齿联轴器材料为轴键联许用应力的确定型键选用轴段型键选用轴段选择键型、lkdTlkdT：、：、LhLhpp.精品课件.70.精品课件.71.精品课件.72轴习题解答轴习题解答.精品课件
27、.73五、结构分析题（五、结构分析题（20）1.试用“圆圈-引线”的符号方式 ，在图示的小圆锥齿轮轴系中的各个错误结构位置处画“圆圈”，并用文字在“引线”后说明错误的原因；最后在轴中心线的下侧画出正确的结构图。.精品课件.74 .精品课件.75参见参见机械设计机械设计319页页 图图13-14.精品课件.762、在图示的传动系统中，件1、件2为斜齿轮，件3为蜗杆，件4为蜗轮。已知：件1为原动件，蜗轮右旋、顺时针转动，要求蜗杆3所受轴向力与齿轮2所受的轴向力方向相反。试（对各件分别）作图分析：另外三个件的转动方向；另外三个件的旋向；四个件的三分力（Fa、Fr、Ft）方向。.精品课件.77.精品课件.78结构示例结构示例2：结构改错：结构改错机械设计基础 轴 轴承没定位轴承没定位 轴向定位不确定轴向定位不确定 轴承用错或装错轴承用错或装错 无调整垫片无调整垫片 端盖端面无凹坑加工量大端盖端面无凹坑加工量大 无定位轴肩无定位轴肩 端盖无密封端盖无密封 键槽太长键槽太长 无非定位轴肩无非定位轴肩 套筒太高套筒太高.精品课件.79.精品课件.80.精品课件.81.精品课件.82.精品课件.83.精品课件.84.精品课件.85.精品课件.86.精品课件.87.精品课件.
