機(jī)械設(shè)計(jì)習(xí)題

第一章機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識

思考題

1-1機(jī)械零件設(shè)計(jì)應(yīng)滿足哪些基本準(zhǔn)則？

1-2什么叫機(jī)械零件的失效？機(jī)械零件主要的失效形式有哪些？

1-3提高機(jī)械零件強(qiáng)度的措施有哪些？

1-4在什么條件下要按剛度準(zhǔn)則設(shè)計(jì)機(jī)械零件？提高零件的剛度有哪些措施？

1-5選用機(jī)械零件材料時(shí)主要考慮什么原則？

1-6舉例說明什么叫靜載荷、變載荷、靜應(yīng)力和變應(yīng)力？

1-7什么是零件的工作應(yīng)力、計(jì)算應(yīng)力、極限應(yīng)力和許用應(yīng)力？

1-8影響材料的極限應(yīng)力的因素有那些？

1-9線性疲勞損傷累積方程（Miner方程）的意義是什么？

1-10影響材料疲勞強(qiáng)度的主要因素有哪些？原因是什么？這些因素對變應(yīng)力的哪一部

分有影響？

1-11什么是有效應(yīng)力集中系數(shù)？機(jī)械零件設(shè)計(jì)中，常見的應(yīng)力集中源有哪些？有三個(gè)

形狀尺寸一樣，工作條件也相同，分別用鑄鐵、低強(qiáng)度鋼、高強(qiáng)度鋼制造的零件，哪個(gè)零件

的有效應(yīng)力集中系數(shù)最大？

1-12什么叫接觸應(yīng)力和接觸強(qiáng)度？影響接觸應(yīng)力大小的因素有哪些？

1-13舉例說明零件的結(jié)構(gòu)及工藝對被設(shè)計(jì)零件疲勞強(qiáng)度的影響。

習(xí)題

1-1從手冊中查找下面各材料的名稱和性能數(shù)據(jù)，并填入表中:

抗拉強(qiáng)度極屈服強(qiáng)度極延伸率硬度彈性模量

材料牌號材料名稱限限05/%HB￡/MPa

MPaCs/MPa

HT200

ZG270-500

Q235

45調(diào)質(zhì)

40Cr

QA19-4

1-2已知（7min=500MPa,%=300MPa,求amx,a??r,并畫出變應(yīng)力圖。

1-3圖示為一轉(zhuǎn)軸，在軸上作用有軸向力￡,=3000N和徑向力尸,.=6000N,支點(diǎn)間距C

=300mm,軸的直徑d=50mm,求力工作用面上的小叫，“min，%，（r?,r,并畫出變應(yīng)力

圖。

■1-3K

1-4已知一合金結(jié)構(gòu)鋼的簡化疲勞極限線圖如圖所示。等效系數(shù)以=043,若零件工作

應(yīng)力點(diǎn)M恰在OE線上，其最大工作應(yīng)力“皿=426MPa,最小工作應(yīng)力%皿=106MPa,

有效應(yīng)力集中系數(shù)口=1.42,絕對尺寸系數(shù)%=0.91,表面狀態(tài)系數(shù)4=1,試求按簡單加

載情況下零件的安全系數(shù)（按無限壽命考慮）。

■1-33B

1-5某鋼制零件承受非對稱循環(huán)（循環(huán)特性/"=-0.4）的兩級應(yīng)力（不穩(wěn)定變應(yīng)力）作

用，第一級名義應(yīng)力最大值內(nèi)=500MPa,作用IO,次，第二級名義應(yīng)力最大值＜72=400MPa,

作用2X1（）5次，如該鋼材的標(biāo)準(zhǔn)平滑試件試驗(yàn)得的叫=500MPa,CTO=8OOMPa,循環(huán)基數(shù)

次，材料常數(shù)機(jī)=9,該零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)乂=1.62,絕對尺寸系數(shù)%=0.83,

表面狀態(tài)系數(shù)夕=0.95。試估算該零件的計(jì)算安全系數(shù)。

例題

例1-1某轉(zhuǎn)動(dòng)心軸，其危險(xiǎn)剖面上的平均應(yīng)力為〃=20MPa,應(yīng)力幅。產(chǎn)30MPa,

試求最大應(yīng)力5mx、最小應(yīng)力”min和循環(huán)特性「。

解最大應(yīng)力為

<7maxFn+4=20+30=50MPa

最小應(yīng)力為

<rmin=<7m-<ra=20-30=-10MPa

循環(huán)特性為

該變應(yīng)力為非對稱循環(huán)變應(yīng)力。

例1-2某靜止構(gòu)件受彎曲應(yīng)力為=150MPa,扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力虧=50MPa；材料為35鋼(如

=540MPa,G=320MPa)。試分別用第一、三、四強(qiáng)度理論求計(jì)算應(yīng)力/“，并校核靜強(qiáng)

度是否安全？用哪個(gè)強(qiáng)度理論較為合理？

解(1)求材料的許用拉應(yīng)力

由于6/GB=320/540=0.593,按表用內(nèi)插法得

許用拉應(yīng)力

(2)按第一、三、四強(qiáng)度理論求計(jì)算應(yīng)力娛

按第一強(qiáng)度理論得

?啜擊)X=野超F(xiàn)

按第三強(qiáng)度理論得

%=尉+冠=加4‘+4*如=1魄28MPa

按第四理論強(qiáng)度得

%=J150“3x50i=17120MPa

(3)結(jié)論

由于許用拉應(yīng)力［司=212MPa均大于按第一、三、四強(qiáng)度理論所求得的計(jì)算應(yīng)力”

所以該構(gòu)件強(qiáng)度足夠，較為安全。但山于35鋼塑性較好，故用三、四強(qiáng)度理論較合理。

例L3如圖所示，某軸受彎矩M作用。已知：材料為

T

1-3

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其抗拉強(qiáng)度極限crB=600MPa；D=60mm；

d=55mm；r=1.5mm；表面精車削加工（表面粗糙度

/??=!.6urn）；調(diào)質(zhì)處理。求過渡圓角處的有效應(yīng)力集中

系數(shù)ka、絕對尺寸系數(shù)分和表面狀態(tài)系數(shù)仇

解（1）有效應(yīng)力集中系數(shù)k?

-D----d--=-6--0---5--5=3….53

r1.5

-=—=0.0273

d55

為求（￡>—d）/r=3.33及r/d=0.0273參數(shù)下的總值，須先從附表1-2中查出

（D-d）/r=2以及r/d=0.02和0.03下的口值，然后通過插值計(jì)算才可求得所要求的ko

值。

計(jì)算步驟如下：

查附表1-2,在（D-d）/r=2和<TB=600MPa條件下，r/d=0.02時(shí)，ka=1.47,r/d=

0.03時(shí)，h=1.67；通過內(nèi)插法可求得（D-d）/r=2,戌/=0.0273時(shí)的應(yīng)力集中系數(shù)為

,,--0.0273~0.02.—_?__?

k.-1.47+----------------xQ.67-l.47）=1.616

“0.03-0.02

再查附表1-2,在（D—d）"=4和g=600MPa條件下，r/d=0.02時(shí)，心=1.86,

團(tuán)=0.03時(shí),總=1.88；通過內(nèi)插法可求得（。一〃）4=4,0.0273時(shí)的應(yīng)力集中系數(shù)

為

00273-002一一

*=1.86+—xG，88-l.8Q=1.875

<■0.03-0.02

最后再通過內(nèi)插法計(jì)算即可求得（。-d）//=3.33和㈤=0.0273時(shí)的有效應(yīng)力集中

系數(shù)為

=1.616+3^-3^3x—a2.875-l.6lQ=1.79

4—2

（2）絕對尺寸系數(shù)￡O

查查附表1-4,當(dāng)d=55mm,材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼時(shí)，％=0.81。

（3）表面狀態(tài)系數(shù)B

查附表1-5,當(dāng)材料的g=600MPa及表面精車削加工（&=1.6岬）田寸,夕=0.95。

在疲勞強(qiáng)度計(jì)算中，應(yīng)根據(jù)具體晴況選取夕值。例如，零件表面只經(jīng)過切削加工或不

加工時(shí)，則應(yīng)按附表1-5選取￡值；若零件表面不僅機(jī)械加工而且經(jīng)過強(qiáng)化工藝處理，則

應(yīng)按附表1-6選取B值。

例1-4一優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼零件，其仍=560MPa,/=280MPa,%=250MPa。承受

工作變應(yīng)力<7niax=155MPa,（7min=30MPa。零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)k?=1.65,絕對尺

寸系數(shù)￡1,=0.81,表面狀態(tài)系數(shù)斤0.95（精車）。如取許用安全系數(shù)[S]=1.5。校核

此零件的強(qiáng)度是否足夠。

解（1）計(jì)算應(yīng)力幅和平均應(yīng)力

應(yīng)力幅

22MPa

平均應(yīng)力

q=（U）=Q55+3Q）=925

22MPa

（2）計(jì)算疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)

據(jù)表1.5查得等效系數(shù)叱=0.30（拉壓應(yīng)力，車削表面）。

計(jì)算安全系數(shù)為

外250

=1.545

k165

+VC……他54-0.30x92.5

efl0.81x0.95

（3）計(jì)算靜強(qiáng)度安全系數(shù)

S________—=1.81

?，+/62.54-92.5

由匕述計(jì)算結(jié)果可知，該零件的疲勞強(qiáng)度和靜強(qiáng)度安全系數(shù)均大于許用安全系數(shù)［S］=

1.5,故零件強(qiáng)度足夠。

例1-5-轉(zhuǎn)軸受規(guī)律性非穩(wěn)定非對稱循環(huán)變應(yīng)力作用，其各級變應(yīng)力的缶和0m初的名

義值見下表的第二、第三列。各級變應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)見第四列。材料力45鋼調(diào)質(zhì)，凹=

7

250MPa,m=9,/V0=10o乂=1.76,eo=0.78,表面狀態(tài)系數(shù)0=095,公=0.34。許用安

全系數(shù)母］=1.5。求該軸的計(jì)算安全系數(shù)S”

解（1）計(jì)算各級變應(yīng)力的當(dāng)量應(yīng)力（7,

根據(jù)式（1-33）

（7,的計(jì)算結(jié)果見下表的第五列。

例1-5表

MPa

應(yīng)力幅平均應(yīng)力循環(huán)次數(shù)當(dāng)量應(yīng)力

應(yīng)力級序號

。tfj"i3

120203X104292

1

110207X104268

2

90204X106220.6

3

（2）求當(dāng)量應(yīng)力循環(huán)次數(shù)M

因內(nèi)小干材料的內(nèi),故對零件不會造成疲勞損傷，在求M時(shí)不計(jì)入。

根據(jù)式（1-39）

晦停J，盜"明（瑞"-=3-53x10*

（3）求壽命系數(shù)K,v

根據(jù)式（1-40）

=1.8724

3.53x10'

（4）求計(jì)算安全系數(shù)S

根據(jù)式（1-41）

?Kg1.8724x250tc

s=堂=F292—=16MM=L5

結(jié)論：該轉(zhuǎn)軸疲勞強(qiáng)度足夠安全。

第二章螺紋聯(lián)接及軸轂聯(lián)接

思考題

2-1常用螺紋有哪些類型？其中哪些用于聯(lián)接，哪些用于傳動(dòng)，為什么？哪些是標(biāo)準(zhǔn)螺

紋？

2-2螺紋聯(lián)接預(yù)緊的目的是什么？如何控制預(yù)緊力？

2-3擰緊螺母時(shí)，螺栓和被聯(lián)接件各受什么載荷？擰緊力矩要克服哪些阻力矩？

2-4聯(lián)接螺紋能滿足自鎖條件，為什么在設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)還要考慮防松問題？根據(jù)防松

原理，防松分哪幾類？可拆卸的防松中哪類工作可靠，為什么？

2-5在受橫向載荷的螺紋聯(lián)接中，螺栓是否一定受剪切？為什么？

2-6為改善螺紋牙上載荷分配不均現(xiàn)象，常采用懸置螺母或內(nèi)斜螺母，試分析其原因。

2-7畫出題2-7圖中各螺紋聯(lián)接的正確結(jié)構(gòu)并選擇標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件。

(b)

K2-7S

2-8平鍵的標(biāo)準(zhǔn)截面尺寸如何確定？鍵的長度如何確定？

2-9矩形花鍵和漸開線花鍵如何定心？

2-10過盈配合聯(lián)接中有哪幾種裝配方法？哪種方法能獲得較高的聯(lián)接緊固性？為什

么？

2-11影響過盈配合聯(lián)接承載能力的因素有哪些？為提高承載能力可采取什么措施？

習(xí)題

2-1用圖示的扳手?jǐn)Q緊M16的螺母，扳手有效長度￡=400mm,求實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力QP

=13500N的擰緊力?。

2-2圖示為普通螺栓組聯(lián)接，載荷R=5000N,L=280mm,/=100mm,接合面間的

摩擦系數(shù)/=0.3。試確定預(yù)緊力。

2-3如圖所示，用六個(gè)M16的普通螺栓聯(lián)接的鋼制液壓油缸，螺栓8.8級，安全系數(shù)S

=3,缸內(nèi)油壓p=2.5MPa,為保證緊密性要求，剩余預(yù)緊力。21.5凡求預(yù)緊力的取

值范圍。（缸蓋與油缸結(jié)合面處采用金屬墊片）

2-4圖示減速器端蓋用四個(gè)螺釘固定在鑄鐵箱體上，端蓋與箱體間采用金屬墊片。端蓋

受軸向載荷々=6000N,試確定預(yù)緊力及螺釘直徑。

題2-5圖

2-5在圖示的

夾緊聯(lián)接中，柄部承受載荷尸=600N,柄長Z=350mm,軸直徑為=60mm,螺栓個(gè)數(shù)z

=2,接合面摩擦系數(shù)尸0.15,試確定螺栓直徑。

2-6在圖示的氣缸蓋聯(lián)接中，氣缸內(nèi)徑0=400mm,螺栓個(gè)數(shù)z=16,缸內(nèi)氣體壓力p

在0?2MPa之間變化，采用銅皮石棉墊片，試選擇螺栓直徑。

建”圖

2-7圖示為GZ5剛性聯(lián)軸器，材料為ZG270-500,用6個(gè)8.8級螺栓聯(lián)接。己知該聯(lián)

軸器允許的最大轉(zhuǎn)矩為16000N.m,兩個(gè)半聯(lián)軸器間的摩擦系數(shù)六0.16,載荷平穩(wěn)。

(1)采用普通螺栓，求螺栓直徑；

K2-89

(2)若改用較制孔用螺栓，計(jì)算螺栓直徑。

S2-7S

2-8圖示為兩塊邊板和一塊承重板焊接成的龍門起重機(jī)導(dǎo)軌托架。兩邊板各用四個(gè)螺栓

與工字鋼立柱聯(lián)接，托架承受的最大載荷為R=20kN,問：

(1)此聯(lián)接采用普通螺栓還是較制孔螺栓為宜？

(2)若用較制孔用螺栓聯(lián)接，已知螺栓機(jī)械性能等級為8.8,試確定螺栓直徑。

2-9圖示的鑄鐵托架用四個(gè)普通螺栓固定在鋼立柱上，已知托架上的載荷尸=5kN,其

作用線與鉛垂方向的夾角a=45°。托架材料的強(qiáng)度極限g=200MPa,立柱材料的屈服強(qiáng)

度極限小=235MPa,結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示，試確定螺栓直徑。

串!啕

5^0

EI

婦㈡

15。

就2邛圖

2-10圖示減速器的低速軸與凸緣聯(lián)軸器及圓柱齒輪之間分別用鍵聯(lián)接。已知軸傳遞的

功率尸=9kW,轉(zhuǎn)速H=100r/min,軸和齒輪的材料均為鋼，聯(lián)軸器材料為鑄鐵，工作時(shí)有

輕微沖擊。試選擇兩處鍵的類型和尺寸，并校核其聯(lián)接強(qiáng)度。

?川

2-11圖示的雙聯(lián)滑移齒輪與軸用矩形花鍵聯(lián)接，已知傳遞的轉(zhuǎn)矩7=140N.m,齒輪在

空載下移動(dòng)，工作情況良好，軸。=34mm,齒輪寬度Z,=40mm,軸和齒輪的材料均為鋼,

花鍵齒面熱處理后硬度小于45HRC。試選擇花鍵、校核聯(lián)接強(qiáng)度，并寫出聯(lián)接的標(biāo)記代號。

例題

例2-1如圖a所示的鑄鐵（HT150）支架，用?組螺栓固定在鋼制底座匕支架軸孔

中心受一斜力P=10000N,尸力與水平面的夾角。=30°,軸孔中心高度A=250mm,底

板尺寸A=200mm,，2=400mm,4=150mm,螺栓孔中心距/=320mm。試求螺栓所受的

最大軸向總載荷，并校核螺栓組聯(lián)接接合面的工作能力。

解（1）螺栓受力分析

①將斜力尸分解為水平分力尸、和垂直分力A;再將水平分力2簡化到接合面上，得

翻轉(zhuǎn)力矩M和作用在接合面上的橫向力2,見例2-1圖b。支架螺栓組共受以下諸力和力

矩作用：

軸向力（作用干螺栓組形心，垂直向上）

^=Pma=lOOOOx?n3（r=5000N

橫向力（作用于接合面，水平向右）

B=Pma=10000x3*30*=%60N

翻轉(zhuǎn)力矩（繞。軸，順時(shí)針方向）

^=^-*=8660x250=2165000Nmm

（b）支票受力分析

(a)VMS

M2-1SI

②計(jì)算每個(gè)螺栓所需要的預(yù)緊力QpaPx要使底板向右滑移，受到聯(lián)接接合面摩擦力

的阻擋。預(yù)緊力2,使接合面間產(chǎn)生摩擦力。P、使預(yù)緊力減小。M對摩擦力無影響，因在M

作用下，底板右部的壓力雖然增犬，但其左部的壓力卻以同樣程度減小。參照式（2-9）并

考慮憶對預(yù)緊力的影響可得底扳不滑移條件為

以"品卻儲

取&=1.2,/=0.15（及2-3,鑄鐵對干燥加工表面），J+C.（表2-5,無墊片），

4（竽■所X號等心。物5000）=18257.5

則*JCc+Cr4\015/N

③計(jì)算螺栓的工作拉力。在垂直拉力2作用下，螺栓所受到的工作拉力，按式（2-8）

知

*生=%=1250

■4N

在翻轉(zhuǎn)力矩M作用下，螺栓所受到的工作拉力，按式（2-17）知

華二組=隨竺吧=3383

《貨H4x320N

故總工作拉力為

P=/+-*=1250+3383=4633N

④計(jì)算螺栓總拉力。由式（2-28）得螺栓的總拉力為

Q=Q.+*A=1827.5+0.25x4633=19416

C[+C.N

（2）校核螺栓組聯(lián)接接含面的工作能力

①檢查受載時(shí)鑄鐵底板右邊緣處走否壓潰

參照式（2-18）得

°=義__￡?_.空+_^^=&+_^_（”一句

~Act+crAq+qwAq+c.，A

式中接合面有效面積為

=-4）=150（400-200）=30000mm2

接合面的有效抗彎剖面模量為

，=含娼-4）=-200'）=35x10*

mm3

代入得

2165x10*5x101

)=2773

3.5x10*3x104MPa

查表2-4知鑄鐵（HT150）的許用擠壓應(yīng)力為

[%]=（M~a?b.=@4~0.5）xl50=60~75MPa（由于％故接合

面右邊緣處不致壓潰。

②檢查受載時(shí)底板左邊緣處走否出現(xiàn)間隙

參照式（2-19）得

b一2J鷲J*=必+C.MP

—Aq+c.Ac.+c.wAq+c.，A

=與智-。-。逖”5x0+M現(xiàn)皿,°

300003.5x10*3x104

故接合面左邊緣處不會產(chǎn)生間隙。

例2-2試選定蝸輪與軸的鍵聯(lián)接。已知：蝸輪為8級精度，蝸輪輪轂材料為HT200,

軸的材料為45鋼，蝸輪與軸的配合直徑為50mm,蝸輪輪轂長為80mm,傳遞轉(zhuǎn)矩T=480

N?m。載荷平穩(wěn)。蝸輪沿軸向固定。

解（1）選擇鍵聯(lián)接的類型及其尺寸

由于蝸輪為8級精度要求有較高的對中性，故選用平鍵聯(lián)接。又因是靜聯(lián)接，選圓頭普

通平鍵，由手冊查得，當(dāng)d=44~50mm時(shí)，鍵的剖面尺寸為：寬6=14mm,高6=9mm。

參考輪轂長度選鍵長L=70mm。鍵的材料選45鋼。

（2）鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算

聯(lián)接的失效形式是軸、輪轂和鍵三個(gè)零件中較弱零件的壓潰和鍵的剪斷。由于蝸輪輪轂

材料是鑄鐵，故應(yīng)按輪轂進(jìn)行擠壓強(qiáng)度校核計(jì)算。鍵的工作長度/=LT=70-14=56mm,

由表2-10查得聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力[%]=80MPa（因載荷平穩(wěn)，取大值）。由式（2-37）

得鍵聯(lián)接工作面上的擠壓應(yīng)力

4r4x480000”

<r_=—=-----=n

‘魂50x9x56MPa

H2-3S崢與軸崢的結(jié)構(gòu)尺寸

由于即<[%]，故所選鍵聯(lián)接強(qiáng)度足夠。

例2-3設(shè)計(jì)蝸輪輪轂與軸的過盈配合聯(lián)接。已知：

聯(lián)接傳遞的最大轉(zhuǎn)矩T=780N.m：軸向力F=3500N：

軸和輪轂聯(lián)接處尺寸如例2-5圖所示。采用平鍵作輔助

聯(lián)接。蝸輪輪轂材料為ZG310—570,其屈服強(qiáng)度極限

缶2=320MPa；軸材料為45鋼，其屈服強(qiáng)度極限如=

360MPa。軸和轂孔的表面粗糙度參數(shù)故分別為&i=

6.3口01和凡2=12.5口111。擬用壓入法裝配。

解在止匕軸轂聯(lián)接中，平鍵為輔助聯(lián)接。故計(jì)算

時(shí)假定全部載荷均由過盈配合聯(lián)接傳遞。但考慮到平

鍵輔助聯(lián)接的有利因素，取較大的摩擦系數(shù)。

（1）確定最小壓強(qiáng)pmin

取戶0.1（表2-12有潤滑的情況下），由式（2-40）可求得

——7"管鏟］

M+QT/“丫(80J

3^--0.1x3.14x80x120

(2)確定最大壓強(qiáng)產(chǎn),皿

由式(2-43)和(2-44)知：

被包容件

?-占

=_15_X360=180

2MPa

包容件

P—=I二竽):％=?甲x320=89

MPa

最大壓強(qiáng)取兩零件中較小值，故取Pmax=89MPa。

(3)確定最小過盈量3min

由表2-13查得：￡|=2.1X105MPa；%=也=0.26。

由式(2-45)得

1+6”1+占

—與一-0.26=0.74

?哈

1+(當(dāng)

1+《阻式120

1-3⑷f0.26=2.96

120

%=P.拒?+詈露］=d0090l

(Bi%)121*10’21x10，)

根楣式(2-47)確定鼠”

&=4k+IZAt+，)=0.009014-1.2x(0.00534-0.0125)=0.0316

(4)確定允許的最大過盈量(5a、

按式(2-49)得

J=^^=-=0.00901x^=0.122

mm

(5)選擇配含

0

由公差配合標(biāo)準(zhǔn)中選H7/t6基孔制過盈配合，查得孔.?5,軸為儂SS。計(jì)算出

最大、最小的裝配過盈量為

>^=0.075-0.03=aO45mm>(5min

J=0.094-0Wn<3

結(jié)論：所選配合滿足要求。maX

(6)計(jì)算裝拆力

為了得到足夠的裝拆力，我們忽略裝配時(shí)擦平的影響。即按裝配時(shí)出現(xiàn)的最大過盈量計(jì)

算壓強(qiáng)。

J-0.094

”.匚=657x耐=6a62

MPa

P=/=3.L4x80xt20x6&?2xOl1=20.7x10*N

選用250kN壓力機(jī)即可。

例2-4在圖示的夾緊聯(lián)接中，柄部承受載荷P=600N,柄長￡=350mm,軸直徑為=

60mm,螺栓個(gè)數(shù)z=2,接合面摩擦系數(shù)尸0.15,試確定螺栓直徑。

按夾緊面受集中壓力R考慮。

（1）求預(yù)緊力0P

取可靠性系數(shù)9=1.2,根據(jù)平衡條件，則

fRdh,=KfPL

所以

?勺P￡1.2x600x350

M015x60N

八R28000…2

Q=—=--------=14000

*2N

（2）確定螺栓直徑

螺栓機(jī)械性能等級為8.8,則屈服強(qiáng)度極限小=640MP。查表2-8a,取S=1.5,螺栓材

料的許用應(yīng)力為

[5=4=%=427

S1.5MPa

根據(jù)式（2-25）,螺栓的最小直徑為

xl.3xl4000=737

JTX427mm

查粗牙普通螺紋基本尺寸標(biāo)準(zhǔn)GB196—81,選用M10的螺拴，其小徑4=8.376>7.37

mrrio

第三章帶傳動(dòng)

思考題

3-1帶傳動(dòng)有何特點(diǎn)？在什么情況下宜采用帶傳動(dòng)？

3-2在相同條件下，V帶傳動(dòng)與平帶傳動(dòng)的傳動(dòng)能力有何不同？為什么？

3-3常見V帶剖面結(jié)構(gòu)有幾種？它們由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？

3-4根據(jù)歐拉公式，用什么措施可使帶傳動(dòng)能力提高？

3-5帶傳動(dòng)彈性滑動(dòng)是如何產(chǎn)生的？它和打滑有什么區(qū)別？對傳動(dòng)產(chǎn)生什么影響？

3-6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？

3-7分析帶傳動(dòng)中應(yīng)力的分布情況，最大應(yīng)力發(fā)生在何處？它等于什么？

3-8帶傳動(dòng)的失效形式是什么？設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則是什么？

3-9普通V帶剖面夾角是40。，為何帶輪輪槽角分別是32°,34。，36°,38°?

3-10帶傳動(dòng)為何要有張緊裝置？常用張緊裝置有哪些？

3-11V帶輪輪槽與帶的安裝情況如圖所示，其中哪種情況是正確的？為什么？

■3-llffl

3-12帶傳動(dòng)中包角的大小對傳動(dòng)有何影響？如何增大包角？

3-13影響帶壽命的因素是什么？如何保證帶具有足夠的壽命？

3-14為什么帶傳動(dòng)?般放在高速級而不放在低速級？

3-15V帶傳動(dòng)中，為什么要限制帶的根數(shù)？限制條件如何？

3-16某一帶傳動(dòng)在使用中發(fā)現(xiàn)丟轉(zhuǎn)太多，分析其產(chǎn)生的原因并指出解決的辦法？

習(xí)題

3-1已知V帶傳遞的實(shí)際功率尸=7kW,帶速v=10m/s,緊邊拉力是松邊拉力的2倍，

試求有效圓周力已和緊邊拉力為。

3-2設(shè)單根V帶所能傳遞的最大功率P=5kW,已知主動(dòng)輪直徑心=140mm,轉(zhuǎn)速〃

=1460r/min,包角S=140°,帶與帶輪間的當(dāng)量摩擦系數(shù)人=0.5,求最大有效圓周力兄

和緊邊拉力

3-3圖示為外圓磨床中的三級塔輪平帶傳動(dòng)，主動(dòng)帶輪最小直徑辦=50mm,主動(dòng)軸

轉(zhuǎn)速〃i=960r/min,傳動(dòng)中心距約q()=250mm,從動(dòng)輪最低轉(zhuǎn)速〃2min=240r/min,最高轉(zhuǎn)

速?2max—600r/min,中間轉(zhuǎn)速〃2m=360r/min,試設(shè)計(jì)此傳動(dòng)的平帶長旋和各級帶輪的尺寸。

題3-3圖

3-4有?A型普通V帶傳動(dòng)，主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速m=1480r/min,從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速〃2=600r/min,

傳遞的最大功率P=1.5kW,假設(shè)帶速v=7.75m/s,中心距a=800mm,當(dāng)量摩擦系數(shù)工，

=0.5,求帶輪基準(zhǔn)直徑曲|,近；帶基準(zhǔn)長度及和初拉力代。

3-5某車床的電動(dòng)機(jī)和主軸箱之間采用普通V帶傳動(dòng)，已知電動(dòng)機(jī)額定功率尸=7.5kW,

轉(zhuǎn)速〃1=1450r/min,要求傳動(dòng)比比i—2A,取工況系數(shù)KA—\.2,試設(shè)計(jì)此V帶傳動(dòng)，并

畫大帶輪的結(jié)構(gòu)圖。

3-6已知一普通V帶傳動(dòng)，用鼠籠式交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，中心距qu800mm,轉(zhuǎn)速〃1=1460

r/min,〃2=650r/min,主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑4[=125mm,B型帶三根，棉簾布結(jié)構(gòu)、載荷平穩(wěn)、

兩班制工作。試求此V帶傳動(dòng)所能傳遞的功率P。

例題

例3-1設(shè)計(jì)一帶式輸送機(jī)中的普通V帶傳動(dòng)，裝于電動(dòng)機(jī)與減速器之間。電動(dòng)機(jī)為鼠

籠式異步交流電機(jī)，輸出功率為6kW,,滿載轉(zhuǎn)速為1450r/mim,從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速",=500r/min,

單班工作，傳動(dòng)水平布置。

解按第四節(jié)所述步驟進(jìn)行。設(shè)計(jì)結(jié)果為：A型，z=5,J=1600mm,4“=112mm,

64/2=315mm,a=445mm(tzmax=503mm,(7min=431mm),Fn=139N,0=1352N。

設(shè)計(jì)過程如下：

(1)確定設(shè)計(jì)功率匕由表3-4查得工作情況系數(shù)七=1.1,故

理=火/=1.1X6=6.6kW

(2)選取V帶型號根樨幾，為由圖3-12確定。因工作點(diǎn)處于A型區(qū)，故選A型。

(3)確定帶輪基準(zhǔn)直徑4加，dd2

①選擇小帶輪宜徑由表3-5,表3-6確定，由于占用空間限制不嚴(yán)，取4加＞4柿n

對

傳動(dòng)有利，按表3-6取標(biāo)準(zhǔn)值。取力=112mm。

②驗(yàn)算帶速v

~5MlJrx112x1450。一

-60x1000-6xW00-m/s

在5?25m/s,故合乎要求。

③確定從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑472

勾=1^x112=324.8

.500

mm

查表3-6取標(biāo)準(zhǔn)值力2=315mm。

④實(shí)際從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速〃2和實(shí)際傳動(dòng)比/

不計(jì)￡影響，若算得〃2與預(yù)定轉(zhuǎn)速相差土5%為允許。

*=/打“產(chǎn)31”112=281

%=.於=1450/281=516.而(誤差3.2%)

(4)確定中心距。和帶的基準(zhǔn)長度乙

①初定中心距的本題目沒有給定中心距，故按式3-25自定。取的為500mm。

②確定帶的計(jì)算基準(zhǔn)長度4按式(3-26)

4=血+%1)+：*淄=2x50Q+?(3l5+ll2)+G展霽:=1691

mm

③取標(biāo)準(zhǔn)Ld按表3-3取%=1600mm。

④確定中心距。按式(3-27)

句-G…1600-1691

a=.+-i—i-=500+-----------------=455

22mm

a調(diào)整范圍：

j=04-0.034,=455+0.03x1600=503

=a-0.015￡^=455-0.015x1600=431in]n

(5)驗(yàn)算包角a按式(3-28)使a2120°

%%m-315-112-

an181r--————x6(r=1O8r0t*----------------x60"=15T>120*

a455符合要求

(6)確定帶根救z按式(3-29)

如與

4

由式(3-19),單根V帶所能傳遞的功率

0,=￡(環(huán)+M+g)kw

由式(3-20),得包角系數(shù)K“

一.ar

勺=1.2義1-51?")=1.25x0-5^)=0.9317

山表(3-2)查得

q=I78xlOT

■=9.81x104

^=9.6?10-0

,=465x10』

2M(2x-xl450

.=—―=------------=151.8o

&)6。rad/s

Z，o=17OOmm

由式(3-18)

Pt=&1聞々-*-。式%.戶一。也〃。。】

9.8X10-5

=H2xl5l.8x[3.78xl0-4--9.6xlO^Cl12x151.^

H2

-4.65x10^^(112x151.91

=1.54

由式；(3-21)

M=jdgIs------2

UlOx

74S

9.81

=4.65x10^xll2xl51.8x^----------------f

UlOx—―TTX——(---------D

4.65x10產(chǎn)112^2.81’

=0.048

由式(3-22)

<1600

=465x104xIl2xl5l.8x^=-0.021

耳’+4+嶼)=0.9317x(1.54+0.048-0.02D=l您

則

山式(3-29),V帶的根數(shù)z

[=與=瞿=4.07

A"取z=5

(7)確定初拉力&按式(3-30)

po56.6.25

&=500-?-(—-D4-^va=500x-D+0.lx8.5a=139

vz

。a5x5'0.926N

式中q由表(3-1)查得4=0.1kg/irio

(8)計(jì)算壓軸力。按式(3-31)

Q=2冷一色=2x139x5x01—=1352

22N

(9)帶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(略)

例3-2已知一普通V帶傳動(dòng)，用鼠籠式交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，中心距au800mm,轉(zhuǎn)速/=

1460r/rnin,M2—650r/min,主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑=125mm,B型帶三根，棉簾布結(jié)構(gòu)、載荷

平穩(wěn)、兩班制工作。試求此V帶傳動(dòng)所能傳遞的功率P。

解：

由式(3-29),式(3-23)和式(3-19)解得:

由表(3-2)查得：

q=6.69x10^

^=213x10-1

c$=l64xUr0

j=@22x10"

Lo=224Omm

H4so

”工^=225

依題意：650

%=a=里幽=1528

6060rad/s

=。=125x225=281.25mm)取北=280mm。

a

?~M280—125.Gi—aa

=18OT-----------------x60*=l68.3r

800

%*以.j、Jdq+/插’?*rainii=[一2小244

&r=9'+580+rfrfi)+------詞---=2x800+—(2804-125)4--元而---

mm

取4=2240mm

由式(3-19)

小口用+5+蜴)

由式(3-20)

_q_ww

<=1.25(1-5?*)=125x(1-S'*")=0.972

由式(3-18)

P.=4.[0"-6&a?！幌騾^(qū)詼⑸1

,41

=125xl5Z8x[6.69xl0T-^~^——16.4XIOTQ25X151W

125

-a22xt0-<^(125x152.91

=21

由式(3-21)

M=Mdg2

ll0x=2.—(—D

+S

2

=8.82x10^x125x152.8xb

14-lOx25叫J」

區(qū)22x104125225

3*

=8L22xl0-sxl25xl52.8xfe^^

=0

則4'=K.g+M+4)=0.972x(2.14-0.444-0)=248

查表3-4Kw=L10

日瑞一3x2.48—57s

故此V帶所能傳遞的功率/11-kW

第四章鏈傳動(dòng)

思考題

4-1與帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)有何特點(diǎn)？

4-2為什么鏈節(jié)數(shù)一般采用偶數(shù)？而鏈輪齒數(shù)一般選用奇數(shù)？

4-3鏈傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比是否也等于鏈輪節(jié)圓直徑反比？為什么？

4-4試分析鏈傳動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)載荷的原因。何謂鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)？它對鏈傳動(dòng)有什么影

響？

4-5滾子鏈的功率曲線是綜合考慮了哪幾種失效形式的影響而用實(shí)驗(yàn)方法得到的？其

主要的失效形式是什么？該曲線是在哪兒種特定條件下實(shí)驗(yàn)得到的？

4-6鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，主、從動(dòng)輪齒數(shù)的選擇要受到下列條件限制：最少齒數(shù)Zmin=9,

最多齒數(shù)22=120,為什么？

4-7鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，其傳動(dòng)比的選擇一般iW6,i=2?3.5,為什么？

4-8在高、中速鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，推薦的鏈速一般為0.6?12m/s范圍，為什么？

4-9鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，其中心距推薦范圍?般為a=(30?50)p,最大取。鵬=804

為什么？

4-10鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，節(jié)距p選擇的原則是什么？并分析其理由。

4-11鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)在設(shè)計(jì)步驟上有何相類似的地方？在哪些步驟上是有區(qū)別的？

4-12圖示為鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)組成的減速傳動(dòng)裝置簡圖，試指出其存在問題，分析其原

因，并提出改進(jìn)的措施。

K4-12S

習(xí)