機(jī)械設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)題(1)

1、螺紋連接1、一壓力容器蓋螺栓組連接如圖所示，已知容器內(nèi)徑D=250mm內(nèi)裝具有一定壓強(qiáng)的液體，沿凸緣圓周均勻分布12個(gè)M16（ d1 = 13.835mm的普通螺栓，螺栓材料的許用拉應(yīng)力二=180MPa，螺栓的相對(duì)剛度cb/（cb - Cm） =0.5，按緊密性要求，剩余預(yù)緊力F）=1.83 F，F(xiàn)為螺栓的軸向工作載荷。試計(jì)算：該螺栓組連接允許容器內(nèi)的液體最大壓強(qiáng)Pmax及每個(gè)螺栓連接所需的預(yù)緊力F0。1.計(jì)算每個(gè)螺栓允許的最大總拉力:.2分1分門(mén)二 di2F24F.3= 20815N.1、計(jì)算容器內(nèi)液體最大壓強(qiáng)FF1F= 2.8F1分20815F 一-7434N1分2.8兀 D2 /4F -

2、Pmax1分12Pmax =匸82 MPa1分F。二 F2丘 F2分Cb +Cm= （20815 -0.5 7434） = 17098 N1 分2.如圖所示的矩形鋼板，用4個(gè)M20的鉸制孔用螺栓（受剪處直徑 d0=21mm固定在槽鋼上,各尺寸關(guān)系如圖所示（單位：mm，鋼板懸臂端受外載荷 FQ=16kN,試求：1）螺栓組受哪幾種外載荷作用，各自載荷多少？ （3分）2）找出受力最大的螺栓并求出其所受的切應(yīng)力？ （5分）廳QLJ11_2 143O4 111c_>:山.1一-112x60000J5x2xl二 24000AAi螺栓組受到兩種外載荷作用： 橫向力F=Fc=16kN120 3 6 轉(zhuǎn)矩

3、 t = F(300) =16 103 360 = 5.76 106N mm22)由橫向力F引起的各螺栓所受的剪力 F相等：16 1034=4 103N由于各螺栓的力矩r相等，由轉(zhuǎn)矩T引起的各螺栓所受的剪力=FjmaxTrmax2ri且rmax 二 ri = 60 '. 2所以，可得FV65.76 104 60 2=16973N由圖示受力分析可知，螺栓2和4受力最大，其所受剪力的合力為：:22F2 二 F4 = FjFj 2Fi Fj cos45=(4 103)21697322 4 103 16973cos45 = 2 104N其切應(yīng)力為:F242 10d2ji4212= 57.7MP

4、a3下圖表示兩平板用 2個(gè)M20的普通螺栓聯(lián)接，承受橫向載荷 F=6000N，若取接合面間的 摩擦系數(shù)？ =0.2，可靠性系數(shù) Ks=1.2，螺栓材料的的許用應(yīng)力cr =2N/mm 2安全系數(shù)S=2, 螺栓的小徑d1=17.294mm。試校核螺栓的強(qiáng)度。F0,解：螺栓預(yù)緊后，接合面所產(chǎn)生的摩擦力等于橫向載荷，假設(shè)各螺栓所需預(yù)緊力均為 則由平衡條件得：受預(yù)緊力螺栓強(qiáng)度為:4xL304x13x24000rxl7.294a分）F尸內(nèi)cj=1 000+ 0.5 X 1 000（5分Fi=Fo十(1-1 000 - 0, 5 x) r -Fi=F2F =1 500-)00050ON1 500 NI 00

5、0 x 500 N=10733AT/ww2b = - = 24° = 120A7 /S所以，該螺栓聯(lián)接件滿(mǎn)足強(qiáng)度條件。4.5.6. (15O'- （fl.33NImm2 v 0 = 120"/叨叨分）有一受預(yù)緊力F0和軸向工作載荷作用的緊螺栓連接，已知預(yù)緊力F。二1000 N,螺栓的剛度Cb與連接件的剛度Cm相等，軸向工作載荷F=1000N試計(jì) 算該螺栓所受的總拉力F2二？剩余預(yù)緊力Fi = ?在預(yù)緊力F0不變的條件下，若保 證被連接件間不出現(xiàn)縫隙，該螺栓的最大軸向工作載荷Fmax為多少？或?yàn)樘阶C玻連接件何不出現(xiàn)璉哮，則F $0。I *廣“廣）F茅0得(5分)煤&q

6、uot;OOON(F仁F0- (1-Cb/(Cb+Cm)F>=0)5.（15分）圖3-1示螺栓聯(lián)接中，采用兩個(gè)M20的普通螺栓，其許用拉應(yīng)力（T =I60N/mm聯(lián)接件接合面間摩擦系數(shù)f = 0.20，防滑系數(shù)1.2，計(jì)算該聯(lián)接件允許傳遞的靜載荷 F= ?（M20的螺栓di = 17.294mm）（10分）螺栓預(yù)緊后，接合面所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷，假設(shè)各 螺栓所需預(yù)緊力均為F0則由平衡條件（4分）螺栓危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度條件為:于是得（44X1.3XK,5. 2XL 2兀X 17. 29" X 160X0. 2X2空_ 9273 ?56. 一鋼制液壓油缸，缸內(nèi)油壓

7、P= 2.5MPa（靜載），油缸內(nèi)徑D = 125mm缸蓋由 6個(gè)M16的螺釘聯(lián)接在缸體上.螺釘剛度Cb與缸體缸蓋的剛度Cm之比為l/4，螺 釘材料的性能等級(jí)為5.6級(jí)，安全系數(shù)取S= 1.5，M16螺釘?shù)男絛1=13.835mm. 若根據(jù)聯(lián)接的緊密性要求，要求殘余預(yù)緊力 QP1.5F.試分析預(yù)緊力Q應(yīng)控制 在什么范圍內(nèi)才能滿(mǎn)足此聯(lián)接的要求？解1. 計(jì)算單個(gè)螺釘?shù)墓ぷ骼 （2分）油缸蓋聯(lián)接所受的載荷 F 2 =p D/4，每個(gè)螺釘?shù)墓ぷ骼= Fs/6= pX2 2D/4/6 = 2.5 二（125） /4/6 = 5113.27 N2. 計(jì)算允許的螺釘最大總拉力 Q （2分）螺釘材料

8、性能等級(jí)為 5.6級(jí)， 6= 300MPa許用應(yīng)力司=m/S = 300/1.5 =200MPa由強(qiáng)度條件 飛=1.3Q/（二d2/4） < 匚2 2CK nd 司/4/1.3 = nX13.835 X200/4/1.3 = 23127.83 N3. 求預(yù)緊力Qp的允許范圍（2分）1）按螺釘強(qiáng)度條件求允許的最大預(yù)緊力C= Q十 C （Cb +Cm ） FK 23127.83 N QpK 23127.83-0.2F = 23127.83-0.2 X5113.27=22105.17 N2）按聯(lián)接緊密性條件求最小的預(yù)緊力，根據(jù)聯(lián)接緊密性要求，QA 1.5FQp = Q- Cm / （Cb +C

9、m ） F=Q-0.8F > 1.5F即Qp> 1.5F 十 0.8F = 2.3F = 11760.52 N由以上計(jì)算結(jié)果可知，預(yù)緊力 Q應(yīng)控制為11760.52 N K QK 22105.17 N二傳動(dòng)分析題2圖示為手動(dòng)鉸車(chē)中所采用的蝸桿傳動(dòng)。已知 m=8mm d1=80mm, Z1=1，i=40,卷 筒的直徑D=250mm試計(jì)算：（1）欲使重物上升1m應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿的轉(zhuǎn)數(shù)；（2） 設(shè)蝸桿和蝸輪間的當(dāng)量摩擦系數(shù)為 0.18，檢驗(yàn)該蝸桿傳動(dòng)是否滿(mǎn)足自鎖條件；（3）設(shè)重物重Q=5kN,通過(guò)手柄轉(zhuǎn)臂施加的力F=100N,手柄轉(zhuǎn)臂的長(zhǎng)度I的最 小值（不計(jì)軸承效率）。(1) 重物上升 1m時(shí)

10、，卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)：N=1000/ n D=1000 (250x3.14)=1.27蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù) N= ni N 2=40x1.27=50.96（圈）(2) 蝸桿直徑系數(shù)q=d/m=80十8=10導(dǎo)程角：丫 =arctan 環(huán)=arctan fi =7.125°當(dāng)量摩擦角：歲 v=arctanf v= arctan H =10.204°I； 5x0.125M25購(gòu)帀：因?yàn)椋貉?呼 v所以 蝸桿傳動(dòng)滿(mǎn)足自鎖條件(4分)(3)蝸桿傳動(dòng)的嚙合效率:M 十畀）tan（7125- 110J204fl）=0.401門(mén)嚴(yán)5:則:F 01(13分)如圖3-2所示某電梯傳動(dòng)裝置中采用蝸桿傳動(dòng)，電

11、機(jī)功率 P=10kVy轉(zhuǎn)速 m= 970r/min,蝸桿傳動(dòng)參數(shù)Z1 = 2； Z2= 60;直徑系數(shù)q = 8;總效率n 0. 8, m= 8,右旋蝸桿，試計(jì)算：14分)(1) 電梯上升時(shí)，標(biāo)出電機(jī)轉(zhuǎn)向;(2) 標(biāo)出蝸桿所受各力的方向；(3) 計(jì)算蝸輪所受各力大小電機(jī)轉(zhuǎn)向箭頭向上；（1分）（2）蝸桿受各力方向如圖（3分）2x98454x30x0.8= 9845#Fr2 = F2 tan a = 9845tan20 ° = 3583N（10分）如圖4-1傳動(dòng)系統(tǒng)，要求軸U、川上的軸向力抵消一部分，試確定：1）蝸輪6的轉(zhuǎn)向2）斜齒輪3、4和蝸桿5、蝸輪6的旋向；3）分別畫(huà)出蝸桿5,蝸

12、輪6嚙合點(diǎn)的受力方向。圖4-11蝸輪6的轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颍?齒輪3左旋，齒輪4右旋，蝸桿5右旋，蝸輪6右旋；（4分） 3蝸桿5嚙合點(diǎn)受力方向如圖（a）;蝸輪6嚙合點(diǎn)受力方向如圖（b）la)(bj軸承類(lèi)題目已知V帶傳動(dòng)中，最大傳遞功率 P=8kW，帶的速度v=10m/s,若 緊邊拉力Fi為松邊拉力F2的2倍，此時(shí)小帶輪上包角：1=120 , 求：（1）有效拉力Fe； （2）緊邊拉力Fi; （3）當(dāng)量摩擦系數(shù) 廠(chǎng)。解：有效拉力 Fe =1000P/v=1000X 8/10=800 N （2 分） 又知:F1- F2= Fe, F1 =2F2則緊邊拉力 只=2 Fe =1600 N （2分）旦二 e

13、：fF2根據(jù)歐拉公式得 當(dāng)量摩擦系數(shù) f = In（F1/F2）/ a =ln2/（3.14 X 120/180）=0.693/2.0933=0.331 （2分）23. 對(duì)46210角接觸球軸承反安裝，如圖1所示。已知軸承1和軸承2的 徑向載荷分別為R=2000N,R=4000N,軸上作用的軸向載荷Fa=800N(指向軸承2),軸承的派生軸向力 S的計(jì)算式S=0.68R, e=0.68 , X=0.41, Y=0.87。軸承載荷有 輕微沖擊，載荷系數(shù)fF=1.2，工作溫度不大于120 Co試求：(1) 軸承1和軸承2的軸向載荷A和A；(2)軸承1和軸承2的當(dāng)量動(dòng)載荷P1和B o1 2Ri|只己

14、ia_ b J Q S戸可乞Ri解：（1）計(jì)算軸承的軸向載荷S=0.68R=0.68 X 2000=1360NS=0.68 R=0.68 X 4000=2720NS、S方向見(jiàn)圖2圖2第六大題第23小題答案圖因?yàn)?Fa+ S=800+2720=3520 N> S所以軸承 1 “壓緊”，A= Fa+ S=800+2720=3520 （2 分） 軸承 2 “放松” ,A= S=2720 N（2 分）（2）計(jì)算軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷軸承 1 A/R=3520/2000=1.76 >e=0.68,則取X1=0.41, 丫1=0.87P1=f f（X1Ri+Y1A）=1.2 X （0.41 X 20

15、00+0.87 X 3520）=3882.4 N （2 分） 軸承 2 A R=2720/4000=0.68 < e=0.68,則取Xf1,Y2=0P 2=f fXR=1.2 X 1X 4000=4800 N （2 分）軸系改錯(cuò)題C1)此處彈1此處彈簧墊片開(kāi)口錯(cuò)誤，應(yīng)為左旋；2聯(lián)軸器右端無(wú)軸向定位，軸應(yīng)在此位置加工一軸肩；3左側(cè)軸承端蓋不應(yīng)與軸接觸；4安裝左軸承的軸段應(yīng)比安裝密封氈圈的軸段直徑略大，以利于軸承的安裝；5左軸承所在軸段不需要鍵聯(lián)接；6固定左軸承的套筒厚度太大，其外徑應(yīng)低于軸承內(nèi)圈的高度；7安裝齒輪的軸段長(zhǎng)度應(yīng)比齒輪的輪轂寬度短23mm； 8安裝齒輪的軸段缺少鍵聯(lián)接；9安裝右

16、軸承的軸段太長(zhǎng)且軸端應(yīng)倒角；10右側(cè)軸承端蓋與箱體外壁接觸面之間缺少調(diào)整墊片。21左、右兩邊軸承端蓋均無(wú)調(diào)整墊片 2左邊軸承內(nèi)圈固定錯(cuò)誤，軸肩 高過(guò)內(nèi)圈高度3鍵過(guò)長(zhǎng)4齒輪輪轂的長(zhǎng)度要長(zhǎng)過(guò)與其配合的軸段的長(zhǎng) 度2-3mm5套筒高度高過(guò)右邊軸承內(nèi)圈的高度 6右邊軸承端蓋與軸 要留有間歇7右邊軸承端蓋與軸間要有密封圈8和右端軸承相配合的 軸端作成階梯軸，便于裝拆9兩端的軸承要設(shè)有擋油環(huán)10聯(lián)軸器沒(méi)有周向定位3 固定軸肩端面與軸承蓋的軸向間距太小。 軸承蓋與軸之間應(yīng)有間隙。 軸承內(nèi)環(huán)和套簡(jiǎn)裝不上，也拆不下來(lái)。 軸承安裝方向不對(duì)。 軸承外圈內(nèi)與殼體內(nèi)壁間應(yīng)有 5-8m m間距。與輪轂相配的軸段長(zhǎng)度應(yīng)小于

17、輪轂長(zhǎng)軸承內(nèi)圈拆不下來(lái)。在圖示軸的結(jié)構(gòu)圖中存在多處錯(cuò)誤，請(qǐng)指出錯(cuò)誤點(diǎn)，說(shuō)明出錯(cuò)原因，并加以改正1、1.無(wú)墊片；2無(wú)間隙、無(wú)密封3鍵太長(zhǎng)4無(wú)定位軸肩5無(wú)軸肩6套筒高于內(nèi)圈高度7軸和輪轂一樣長(zhǎng)，起不到定位作用； 8無(wú)定位；9無(wú)墊片10采用反裝5指出圖4-2中的結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤（在有錯(cuò)處畫(huà)。編號(hào)，并分析錯(cuò)誤原因），并在軸心線(xiàn) 下側(cè)畫(huà)出其正確結(jié)構(gòu)圖。圖4-2 軸的右端面應(yīng)縮到聯(lián)軸器端面內(nèi)12mm軸端擋圈壓到聯(lián)軸器端面上，與軸 端面留有間隙； 聯(lián)軸器與透蓋不能接觸，聯(lián)軸器應(yīng)右移; 聯(lián)軸器與軸配合直徑應(yīng)小一點(diǎn)，形成軸肩定位； 聯(lián)軸器處聯(lián)接平鍵與蝸輪處聯(lián)接平鍵應(yīng)在一條線(xiàn)上；鍵與轂孔鍵槽底面間應(yīng) 有間隙； 右軸承內(nèi)圈

18、左端面只能與套筒端面接觸，與軸肩端面應(yīng)有間隙，所以套筒內(nèi)軸頸右端面應(yīng)左移12mm 與蝸輪輪轂配合軸頸長(zhǎng)度應(yīng)比輪轂長(zhǎng)短 12mm軸頸右端面縮進(jìn)去; 左軸承內(nèi)圈不能被軸環(huán)全擋住，軸環(huán)左部軸徑減小至內(nèi)圈厚度的2/3左右; 透蓋和悶蓋外圓外側(cè)應(yīng)倒角，與箱體間均應(yīng)有調(diào)整墊片6軸的左端伸出軸承內(nèi)圈過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)縮短一點(diǎn)7圖3中為一對(duì)圓錐滾子軸承支承的軸系，齒輪油潤(rùn)滑，軸承脂潤(rùn)滑，軸 端裝有聯(lián)軸器。試指出圖中的結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤（在圖中錯(cuò)誤處寫(xiě)出序號(hào)并在下半部改正， 按序號(hào)簡(jiǎn)要說(shuō)明錯(cuò)誤的內(nèi)容）（每指出一處，并正確說(shuō)明錯(cuò)誤內(nèi)容和改正的，得1 分，總分為10分） 鍵的位置應(yīng)與齒輪處在同一直線(xiàn)上，而且結(jié)構(gòu)不正確; 軸承蓋孔徑應(yīng)大于軸徑，避免接觸； 此處不應(yīng)有鍵聯(lián)接； 軸長(zhǎng)應(yīng)短于輪轂長(zhǎng)度，保證軸套壓緊齒輪； 軸應(yīng)有軸環(huán)，使齒輪定位； 軸承應(yīng)正裝； 軸不應(yīng)與軸承蓋相碰，且不需這么長(zhǎng)； 左右兩軸承蓋與箱體間應(yīng)有調(diào)整墊片； 兩軸承內(nèi)側(cè)應(yīng)加封油環(huán)； 箱體加工面與非加工面未分開(kāi)。8814 2341210 911 5 671 軸端無(wú)軸上零件不便裝拆。2軸啟過(guò)高，軸承不便拆卸。3齒輪無(wú)周向固定。4軸頭段長(zhǎng)度等于齒輪輪轂的長(zhǎng)度，套筒頂不住齒輪，齒輪固定不可靠口5. 聯(lián)軸器沒(méi)有軸向定位。6. 聯(lián)軸器沒(méi)有周向固定。7. 聯(lián)軸器沒(méi)有軸向固定。&無(wú)調(diào)整墊片，軸承間隙無(wú)法調(diào)整。9