機(jī)械設(shè)計(jì)典型例題

機(jī)械設(shè)計(jì)典型例題分析普通螺栓聯(lián)接圖（A）和（B）是功能完全相同（承受垂直向下的載荷F∑）的兩個(gè)普通螺栓聯(lián)接設(shè)計(jì)方案。設(shè)圖中傾角α=30°，F(xiàn)∑=8000N，螺栓的相對(duì)剛度系數(shù)KC=1/3。兩方案支座底板和螺栓個(gè)數(shù)相同（4個(gè)）。（1）這兩個(gè)設(shè)計(jì)方案，你認(rèn)為哪個(gè)更合理，為什么？（2）在題圖（A）中，在安裝完畢并已承受工作載荷F∑之后，為了檢查螺栓預(yù)緊力是否達(dá)標(biāo)，可用力矩扳手試扳螺母。當(dāng)螺母剛剛被扭動(dòng)時(shí)，若力矩扳手的讀數(shù)為12000N-mm，假定擰緊力矩T和螺栓拉力F’的關(guān)系式為：T=2.4F’，支座底板結(jié)合面間的摩擦因數(shù)fs=0.4，試求：螺栓的總拉力F0和預(yù)緊力F’；②支座底板結(jié)合面間能產(chǎn)生的最大摩擦力Ffmax

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普通螺栓聯(lián)接圖（A）和（B）是功能完全相同（承受垂直向下的載荷F∑）的兩個(gè)普通螺栓聯(lián)接設(shè)計(jì)方案。設(shè)圖中傾角α=30°，F(xiàn)∑=8000N，螺栓的相對(duì)剛度系數(shù)KC=1/3。兩方案支座底板和螺栓個(gè)數(shù)相同（4個(gè)）。（1）這兩個(gè)設(shè)計(jì)方案，你認(rèn)為哪個(gè)更合理，為什么？解：（1）這兩個(gè)設(shè)計(jì)方案，圖（A）更合理。將兩圖中的外載荷F∑向螺栓聯(lián)接結(jié)合面形心簡(jiǎn)化后可知，圖（A）螺栓組只受軸向拉力和橫向剪力，每棵螺栓的總拉力F0相等；而圖（B）螺栓組，由于外載荷F∑力線不通過結(jié)合面形心，故該螺栓組除了承受與圖（A）相同且相等的載荷外，還要多承受一個(gè)傾翻力矩M（其大小等于eF∑），使各棵螺栓的總拉力不相等。普通螺栓聯(lián)接圖（A）和（B）是功能完全相同（承受垂直向下的載荷F∑）的兩個(gè)普通螺栓聯(lián)接設(shè)計(jì)方案。設(shè)圖中傾角α=30°，F(xiàn)∑=8000N，螺栓的相對(duì)剛度系數(shù)KC=1/3。兩方案支座底板和螺栓個(gè)數(shù)相同（4個(gè)）。（2）在題圖（A）中，在安裝完畢并已承受工作載荷F∑之后，為了檢查螺栓預(yù)緊力是否達(dá)標(biāo)，可用力矩扳手試扳螺母。當(dāng)螺母剛剛被扭動(dòng)時(shí)，若力矩扳手的讀數(shù)為12000N-mm，假定擰緊力矩T和螺栓拉力F’的關(guān)系式為：T=2.4F’，支座底板結(jié)合面間的摩擦因數(shù)fs=0.4，試求：①螺栓的總拉力F0和預(yù)緊力F’由于在加載之后扳動(dòng)螺母，故由公式T=2.4F’求到的F’為螺栓的總拉力F0，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：F=F∑/4·cos30°=8000/4·/2=3000N

又螺栓拉力增量△F=KcF=1/3·3000=1000N，故螺栓的預(yù)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：（1）當(dāng)工作載荷為2000N時(shí)，求螺栓所受總拉力及被聯(lián)接件間剩余預(yù)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？

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(gè)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。(1)螺栓預(yù)緊力Ｆ＝(2)被聯(lián)接件上的殘余預(yù)緊力Ｆ=(3)螺栓所受的工作載荷F=(4)螺栓的總拉力F0=(5)螺栓拉力增量ΔF=普通螺栓聯(lián)接下圖所示被聯(lián)接件用兩個(gè)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)f=0.2，可靠性系數(shù)Ks=1.2，螺栓許用拉應(yīng)力[]=160Mpa。試求所需螺栓的最小直徑d1。普通螺栓聯(lián)接下圖所示被聯(lián)接件用兩個(gè)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)f=0.2，可靠性系數(shù)Ks=1.2，螺栓許用拉應(yīng)力[]=160Mpa。試求所需螺栓的最小直徑d1。每個(gè)螺栓的預(yù)緊力為：

普通螺栓聯(lián)接下圖所示凸緣聯(lián)軸器，用六個(gè)普通螺栓聯(lián)接，螺栓分布在D=100mm的圓周上，接合面摩擦因數(shù)f=0.16，防滑系數(shù)KS=1.2，若聯(lián)軸器傳遞扭矩為150N·m，試求螺栓螺紋小徑。（螺栓[σ]=120MPa）。普通螺栓聯(lián)接下圖所示凸緣聯(lián)軸器，用六個(gè)普通螺栓聯(lián)接，螺栓分布在D=100mm的圓周上，接合面摩擦因數(shù)f=0.16，防滑系數(shù)KS=1.2，若聯(lián)軸器傳遞扭矩為150N·m，試求螺栓螺紋小徑。（螺栓[σ]=120MPa）。解：1.求每個(gè)螺栓的預(yù)緊力2．求螺栓螺紋小徑帶傳動(dòng)

V帶傳動(dòng)傳遞的功率P=7.5kW，平均帶速v=10m/s，緊邊拉力是松邊拉力的兩倍（F1=2F2）。試求緊邊拉力F1，有效圓周力Fe和預(yù)緊力F0

帶傳動(dòng)

下圖所示為V帶傳動(dòng)的張緊方案，試指出不合理之處。

帶傳動(dòng)

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，小帶輪為主動(dòng)輪。試問：（1）直接在圖中畫出小帶輪的合理轉(zhuǎn)向。（2）若兩種安裝的張緊輪都可保證V帶傳動(dòng)正常工作，從帶的壽命來看，哪種張緊輪的用法更好？為什么？帶傳動(dòng)

某帶傳動(dòng)由變速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，大帶輪的輸出轉(zhuǎn)速的變化范圍為500～1000r/min。若大帶輪上的負(fù)載為恒功率負(fù)載，應(yīng)該按哪一種轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)？若大帶輪上的負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，應(yīng)該按哪一種轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)？為什么？

某車間現(xiàn)有三個(gè)A型V帶輪，其直徑分別為90mm、112mm和200mm，今欲用作轉(zhuǎn)速為3000r/min的主動(dòng)輪，請(qǐng)分析說明是否適用？

帶傳動(dòng)

帶傳動(dòng)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(shí)，緊邊拉力松邊拉力有什么關(guān)系？

為什么皮帶傳動(dòng)通常用在高速級(jí)，但在設(shè)計(jì)時(shí)又要對(duì)它的線速度加以限制？帶傳動(dòng)

帶傳動(dòng)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(shí)，緊邊拉力松邊拉力有什么關(guān)系？答：帶傳動(dòng)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；剛開始打滑時(shí)，緊邊拉力松邊拉力存在如下關(guān)系：為什么皮帶傳動(dòng)通常用在高速級(jí)，但在設(shè)計(jì)時(shí)又要對(duì)它的線速度加以限制？答：由公式P=FV知，增加帶速V，在圓周力F不變的情況下，可提高帶傳動(dòng)傳遞的功率P，即有利于提高帶傳動(dòng)的承載能力；在P不變的情況下，可減小圓周力F，有利于減少V帶的根數(shù)或采用較小型號(hào)的V帶，進(jìn)而減小帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)尺寸。因此帶通常用在高速級(jí)。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(dòng)的工作能力；另一方面，這將使帶的離心應(yīng)力過大，從而降低帶的疲勞壽命。因此在設(shè)計(jì)時(shí)又要對(duì)它的線速度加以限制。帶速一般在5～25m/s為宜，在20～25m/s范圍最有利。齒輪傳動(dòng)

Ⅰ組Ⅱ組Ⅲ組m456Z1302420Z2604840例：下表所示的三組標(biāo)準(zhǔn)直齒園柱齒輪傳動(dòng)，中心距均為180mm。設(shè)各齒輪的齒寬相等、材料及熱處理相同，無限壽命。試比較各組齒輪傳動(dòng)的接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，哪一組最小？在三組齒輪傳動(dòng)均滿足強(qiáng)度條件下，你認(rèn)為選用哪一組最好，簡(jiǎn)述理由。

三組齒輪傳動(dòng)的接觸應(yīng)力相等。三組齒輪傳動(dòng)的彎曲應(yīng)力不相等。其中Ⅲ組最小，Ⅰ組最大。選用Ⅰ組最好。由于三組齒輪傳動(dòng)均滿足強(qiáng)度條件，故選用模數(shù)小齒數(shù)多的齒輪傳動(dòng)較為合理，這：一方面可增大齒輪傳動(dòng)的重合度以提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性；二可減小齒面間的相對(duì)滑動(dòng)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(fèi)用。齒輪傳動(dòng)

齒輪傳動(dòng)

圖示蝸桿-斜齒輪傳動(dòng)，蝸桿1（右旋）為主動(dòng)，轉(zhuǎn)向如圖所示。1．確定蝸輪2的螺旋線方向（在圖中標(biāo)出）；2．在圖中畫出齒輪4的轉(zhuǎn)向（用向上或向下的箭頭表示）；3．要使軸II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(biāo)出）；4．在圖中畫出蝸輪2和斜齒輪4所受的各分力（Fr、Ft、Fa）方向（垂直紙面向外的力用⊙表示，向內(nèi)的力用表示）。

齒輪傳動(dòng)

圖示蝸桿-斜齒輪傳動(dòng)，蝸桿1（右旋）為主動(dòng)，轉(zhuǎn)向如圖所示。1．確定蝸輪2的螺旋線方向（在圖中標(biāo)出）；2．在圖中畫出齒輪4的轉(zhuǎn)向（用向上或向下的箭頭表示）；3．要使軸II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(biāo)出）；4．在圖中畫出蝸輪2和斜齒輪4所受的各分力（Fr、Ft、Fa

）方向（垂直紙面向外的力用⊙表示，向內(nèi)的力用表示）。

齒輪傳動(dòng)

圖示蝸桿-斜齒輪傳動(dòng)，蝸桿1（右旋）為主動(dòng)，轉(zhuǎn)向如圖所示。1．確定蝸輪2的螺旋線方向（在圖中標(biāo)出）；2．在圖中畫出齒輪4的轉(zhuǎn)向（用向上或向下的箭頭表示）；3．要使軸II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(biāo)出）；4．在圖中畫出蝸輪2和斜齒輪4所受的各分力（Fr、Ft、Fa

）方向（垂直紙面向外的力用⊙表示，向內(nèi)的力用表示）。

滾動(dòng)軸承

軸系由一對(duì)圓錐滾子軸承支承（基本額定動(dòng)載荷Cr=57700N），軸的轉(zhuǎn)速n=1380r/min，已求得軸承的徑向支反力為：FR1=4000N，F(xiàn)R2=6000N，軸向外載荷Fa=860N，載荷系數(shù)fp=1.2。求軸承壽命為多少小時(shí)?軸承e=0.3，時(shí)X=0.4，Y=2