机械设计 3-18某材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=350MPa,屈服极限σs=50Mpa,强度极限σg=750Pa, 循环基数N=5×10°,m=9,试求对称循环次数N分别为5×10、5×105、5×10次时的极限应力 3-20一零件由45钢制成,材料的力学性能为as=360a,a-1=30NPa,va=02。已知零件上的 最大工作应力σ=190MPa,最小工作应力an=11OMPa,应力变化规律为σ=常数,弯曲疲劳极限 的综合影响系数K。=2.0,试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数 200 50100150200250300350400 题3-20图 5-22受轴向载荷的紧螺栓联接,被联接钢板间采用橡胶垫片。已知预紧力F。=1500N,当轴向工作 载荷F=1000N时,求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力 5-23图示凸缘联轴器(GB/T5843-1986)的型号为YLD10,允许传递的最大转矩T=630N·m,两半联 轴器采用4个M12的铰制孔用螺栓联接,螺栓规格为M2×60(GB/T2~-198》),螺栓的性能等级为8.8 级,联轴器材料为H200,试校核其联接强度。 5-24铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示。已知L=300mm,a=60mm,试求螺栓组联接的三个 方案中,受力最大的螺栓所受的力各为多少?哪个方案较好? 方案一 方案二 方案三 支2 题5-23图 题5-24图
1 机械设计 3-18 某材料的对称循环弯曲疲劳极限 −1 =35OMPa，屈服极限 S =55OMpa，强度极限 B =75OMPa， 循环基数N0=5×106，m=9，试求对称循环次数N分别为5×104、5×105、5×106次时的极限应力。 3-20 一零件由 45 钢制成，材料的力学性能为 S =36OMpa， −1 =30OMPa， = 0.2 。已知零件上的 最大工作应力 max =190MPa，最小工作应力 min =1lOMPa，应力变化规律为 m =常数，弯曲疲劳极限 的综合影响系数 K =2.0，试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。 5-22 受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已知预紧力 F0=15OON，当轴向工作 载荷 F=1000N 时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。 5-23 图示凸缘联轴器 (GB/T5843一1986)的型号为YLDl0，允许传递的最大转矩T=630N·m，两半联 轴器采用4个Ml2的铰制孔用螺栓联接，螺栓规格为Ml2×6O(GB/T27一1988)，螺栓的性能等级为8.8 级，联轴器材料为HT200，试校核其联接强度。 5-24 铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示。已知L=30Omm，a=60mm，试求螺栓组联接的三个 方案中，受力最大的螺栓所受的力各为多少？哪个方案较好？ 题 3-20 图 0 50 100 150 200 250 300 350 400 50 100 150 200 m s
5-26试指出下列图中的错误结构,并划出正确的结构图。 a)螺钉联接 b)双头螺柱联接 c)铰制孔用螺栓联接 d)紧定螺钉联接 e)吊环螺钉联接 f)螺钉联接 题5-26图 6-16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T= l00N·m,齿轮的材料为锻钢,凸缘联轴器材料为HI200,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,并校核联接的强度。 题6-16图 15-18试指出下列图中的错误结构,并画出正确的结构图
2 5-26 试指出下列图中的错误结构，并划出正确的结构图。 6-16 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 T= l000N·m，齿轮的材料为锻钢，凸缘联轴器材料为 HT200，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，并校核联接的强度。 15-18 试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图
a)平键联接 b)双楔键联接 )传递双向转矩的切向键 d)楔键联接 e)半圆键联接 f)圆锥销定位 题6-20图 V带传动传递的功率P=7.5kW,带速μ=10m/s,测得紧边拉力是松边拉力的两倍,即F1=2F2, 试求紧边拉力F1、有效拉力F和预紧力Fo 8-23现设计一带式输送机的传动部分,该传动部分由普通V带传动和齿轮传动组成。齿轮传动采 用标准齿轮减速器。原动机为电动机,额定功率P=kW,转速ni=1460r/min,减速器输入轴转速 为400r/min,允许传动比误差为±5%,该输送机每天工作16小时,试设计此普通V带传动,并选 定带轮结构形式与材料。 四、结构设计与分析题 8-24图中所示为带传动的张紧方案,试指出其不合理之处,并改正。 张紧轮 张紧轮 O a)平带传动 b)V带传动 题8-24图 918有一链传动,小链轮主动,转速n=900/min,齿数z1=25,z2=75。现因工作需要,拟将大链 轮的转速降低到n2=250rmin,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?此时链条所能传递的功率有何变化? (2)若主动轮齿数不变,应将从动轮齿数增大到多少?此时链条所能传递的功率有何变化? 设计一输送装置用的链传动。已知传递的功率P=168kW,主动轮转速n1=960r/min,传动比 =3.5,原动机为电动机,工作载荷冲击较大,中心距a≤800mm,水平布置。 10-19标准直齿圆柱齿轮传动,若传动比i、转矩T、齿宽b均保持不变,试问在下列条件下齿轮
3 8-22 一 V 带传动传递的功率P=7.5kW，带速 v=10m/s，测得紧边拉力是松边拉力的两倍，即 F1=2F2， 试求紧边拉力 F1、有效拉力 Fe和预紧力 F0。 8-23 现设计一带式输送机的传动部分，该传动部分由普通 V 带传动和齿轮传动组成。齿轮传动采 用标准齿轮减速器。原动机为电动机，额定功率 P=11kW，转速 n1=1460r/min，减速器输入轴转速 为 400r/min，允许传动比误差为±5%，该输送机每天工作 16 小时，试设计此普通 V 带传动，并选 定带轮结构形式与材料。 四、结构设计与分析题 8-24 图中所示为带传动的张紧方案，试指出其不合理之处，并改正。 9-18 有一链传动，小链轮主动，转速 n1=900r/min，齿数 z1=25，z2=75。现因工作需要，拟将大链 轮的转速降低到 n2=250 r/min，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？此时链条所能传递的功率有何变化？ (2) 若主动轮齿数不变，应将从动轮齿数增大到多少？此时链条所能传递的功率有何变化？ 9-21 设计一输送装置用的链传动。已知传递的功率 P=16.8kW，主动轮转速 n1=960r/min，传动比 i=3.5，原动机为电动机，工作载荷冲击较大，中心距 a≤800mm，水平布置。 10-19 标准直齿圆柱齿轮传动，若传动比 i、转矩 T1、齿宽 b 均保持不变，试问在下列条件下齿轮
的弯曲应力和接触应力各将发生什么变化? (1)模数m不变,齿数z1增加 齿数z1不变,模数m增大 (3)齿数z增加一倍,模数m减小一半。 10-25两级展开式齿轮减速器如图所示。已知主动轮1为左旋,转向n如图示,为使中间轴上两齿 轮所受的轴向力相互抵消一部分,试在图中标出各齿轮的螺旋线方向,并在各齿轮分离体的啮合点 处标出齿轮的轴向力Fa、径向力F和圆周力F:的方向(圆周力的方向分别用符号@或⊙表示向内或 向外) 3 × 题10-25图 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o=700MPa,Ian12=600MPa,求 得中心距a=100mm;现改用an=600MPa,[on12=40MPa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。 10-34一直齿圆柱齿轮传动,已知z1=20,z2=60,m=4mm,B1=45mm,B2=40mm,齿轮材料为锻 钢,许用接触应力aH]=500MPa,[on]2=430MPa,许用弯曲应力力oF]=340MPa,[op2=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) 10-36设计一斜齿圆柱齿轮传动,已知功率P=40W,转速n1=280min,传动比=3.2,工作寿命 L=1000h,小齿轮作悬臂布置,工作情况系数KA=1.25。 l1-15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。 11-17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(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? 题11-15图
4 的弯曲应力和接触应力各将发生什么变化？ (1) 模数 m 不变，齿数 z1 增加； (2) 齿数 z1 不变，模数 m 增大； (3) 齿数 z1 增加一倍，模数 m 减小一半。 10-25 两级展开式齿轮减速器如图所示。已知主动轮 1 为左旋，转向 n1 如图示，为使中间轴上两齿 轮所受的轴向力相互抵消一部分，试在图中标出各齿轮的螺旋线方向，并在各齿轮分离体的啮合点 处标出齿轮的轴向力 Fa、径向力 Fr和圆周力 Ft 的方向 (圆周力的方向分别用符号 或⊙表示向内或 向外)。 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[ H ]1=700MPa，[ H ]2=600MPa，求 得中心距 a=100mm；现改用[ H ]1=600MPa，[ H ]2=400MPa 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。 10-34 一直齿圆柱齿轮传动，已知 z1=20，z2= 60，m=4mm，B1=45mm，B2=40mm，齿轮材料为锻 钢，许用接触应力[ H ]1=500MPa，[ H ]2=430MPa，许用弯曲应力力[ F ]1=340MPa，[ F ]2=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)。 10-36 设计一斜齿圆柱齿轮传动，已知功率 P1=40kW，转速 n1=2800r/min，传动比 i=3.2，工作寿命 Lh=1000h，小齿轮作悬臂布置，工作情况系数 KA=l.25。 11-15 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。 11-17 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（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？
三、设计计算题 1123图示为某起重设备的减速装置。已知各轮齿数z=2=20,z3=60,z4=40轮1转向如图所示, 卷筒直径D=136mm。试求: (1)此时重物是上升还是下降 (2)设系统效率刀=068,为使重物上升,施加在轮1上的驱动力矩T1=10N·m,问重物的重量 是多少 题11-23图 11-27设计用于带式输送机的普通圆柱蜗杆减速器,传递功率P1=7.5kW,蜗杆转速n=970r/min 传动比产=18,由电动机驱动,载荷平稳。蜗杄材料为2αCr钢,渗碳淬火,硬度大于58HRC。蜗轮 材料为 ZCuSnl0P1,金属模铸造。蜗杆减速器每日工作8小时,工作寿命为7年(每年250个工作日)。 12-21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 轴承的承载能力 (1)转速由n=500r/min改为n=700r/min: (2)宽径比Bd由1.0改为0.8 (3)润滑油由采用46号全损耗系统用油改为68号全损耗系统用油; (4)轴承孔表面粗糙度由R=6m改为R=32m 12-26起重机卷筒轴采用两个不完全液体润滑径向滑动轴承支承,已知每个轴承上的径向载荷 F=100kN,轴颈直径d=90mm,转速n=90r/min。拟采用整体式轴瓦,试设计此轴承,并选择润滑剂 牌号。 12-28 液体动力润滑径向滑动轴承,承受径向载荷F=70KN,转速n=1500/min,轴颈直径 200mm,宽径比B/d=0.8,相对间隙=0.0015,包角a=180°,采用32号全损耗系统用油(无压 供油),假设轴承中平均油温tm=50℃,油的粘度η=0.018Pa·s,求最小油膜厚度h 13-23如图所示,轴上装有一斜齿圆柱齿轮,轴支承在一对正装的7209AC轴承上。齿轮轮齿上 受到圆周力F=8100N,径向力F=3052N,轴向力Fa=2170N,转速n=300/min,载荷系数f=1.2 试计算两个轴承的基本额定寿命(以小时计)。(想一想:若两轴承反装,轴承的基本额定寿命将有何 变化?)根装有小圆锥齿轮的轴拟用图示的支承方案,两支点均选用轻系列的圆锥滚子轴承。 13-24 锥齿轮传递的功率P=45kW(平稳),转速n=500r/mn,平均分度圆半径rm=100mm,分锥角d=16° 轴颈直径可在28~38mm内选择。其它尺寸如图所示。若希望轴承的基本额定寿命能超过6000h, 试选择合适的轴承型号
5 三、设计计算题 11-23 图示为某起重设备的减速装置。已知各轮齿数 z1=z2=20，z3=60，z4=40 轮 1 转向如图所示， 卷筒直径 D=136mm。试求： (1) 此时重物是上升还是下降？ (2) 设系统效率 =0.68，为使重物上升，施加在轮 1 上的驱动力矩 T1=10N·m，问重物的重量 是多少? 11-27 设计用于带式输送机的普通圆柱蜗杆减速器，传递功率 P1=7.5kW，蜗杆转速 n1=970r/min， 传动比 i=18，由电动机驱动，载荷平稳。蜗杆材料为 20Cr 钢，渗碳淬火，硬度大于 58HRC。蜗轮 材料为 ZCuSn10P1，金属模铸造。蜗杆减速器每日工作 8 小时，工作寿命为 7 年(每年 250 个工作日)。 12-21 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 轴承的承载能力。 (1) 转速由 n=500r/min 改为 n= 700r/min； (2) 宽径比 B/d 由 1.0 改为 0.8； (3) 润滑油由采用 46 号全损耗系统用油改为 68 号全损耗系统用油； (4) 轴承孔表面粗糙度由 Ra=6 m 改为 Ra=3.2 m 。 12-26 起重机卷筒轴采用两个不完全液体润滑径向滑动轴承支承，已知每个轴承上的径向载荷 F=l00kN，轴颈直径 d=90mm，转速 n=90r/min。拟采用整体式轴瓦，试设计此轴承，并选择润滑剂 牌号。 12-28 一液体动力润滑径向滑动轴承，承受径向载荷 F=70kN，转速 n=1500r/min，轴颈直径 d=200mm，宽径比 B/d=0.8，相对间隙 =0.0015，包角 =180°，采用 32 号全损耗系统用油 (无压 供油)，假设轴承中平均油温 tm=50℃，油的粘度 =0.018Pa·s，求最小油膜厚度 hmin。 13-23 如图所示，轴上装有一斜齿圆柱齿轮，轴支承在一对正装的 7209AC 轴承上。齿轮轮齿上 受到圆周力 Fte=8100N，径向力 Fre=3052N，轴向力 Fae=2170N，转速 n=300r/min，载荷系数 fP=1.2。 试计算两个轴承的基本额定寿命 (以小时计)。(想一想：若两轴承反装，轴承的基本额定寿命将有何 变化？) 13-24 一根装有小圆锥齿轮的轴拟用图示的支承方案，两支点均选用轻系列的圆锥滚子轴承。圆 锥齿轮传递的功率 P=4.5kW (平稳)，转速 n=500r/min，平均分度圆半径 rm=100mm，分锥角 =16°， 轴颈直径可在 28~38mm 内选择。其它尺寸如图所示。若希望轴承的基本额定寿命能超过 60000h， 试选择合适的轴承型号
F ● 100 300 题13-23图 题13-24图 15-17两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器的中间轴的尺寸和结构如图所示。轴的材料为45钢,调质 处理,轴单向运转,齿轮与轴均采用H7/k6配合,并采用圆头普通平键联接,轴肩处的圆角半径均 为r=-1.5mm。若已知轴所受扭矩T=292N·m,轴的弯矩图如图所示。试按弯扭合成理论验算轴上截 面Ⅰ和Ⅱ的强度,并精确验算轴的疲劳强度。 130 492Nm 480N 267N·m 260N 题15-17图 15-18试指出图示小圆锥齿轮轴系中的错误结构,并画出正确结构图
6 15-17 两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器的中间轴的尺寸和结构如图所示。轴的材料为 45 钢，调质 处理，轴单向运转，齿轮与轴均采用 H7/k6 配合，并采用圆头普通平键联接，轴肩处的圆角半径均 为 r=1.5mm。若已知轴所受扭矩 T=292N·m，轴的弯矩图如图所示。试按弯扭合成理论验算轴上截 面 I 和Ⅱ的强度，并精确验算轴的疲劳强度。 15-18 试指出图示小圆锥齿轮轴系中的错误结构，并画出正确结构图
题15-18图 15-19试指出图示斜齿圆柱齿轮轴系中的错误结构,并画出正确结构图。 NEWS 题15-19图
7 15-19 试指出图示斜齿圆柱齿轮轴系中的错误结构，并画出正确结构图
