机械设计习题.ppt

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1、5-6、已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架 相联接。托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴 线相平行、距离250mm、大小为60kN的载荷作用。现 有如图所示的三种螺栓布置型式，设采用铰制孔用 螺栓联接，试问哪一种布置型式所用的螺栓直径最 小？为什么？,125,解：, 将载荷平移到螺栓组的对称中心，得：,横向载荷R：R60kN,转矩T：T6025015000kNmm,每个螺栓所受到的剪力为：F1R/660/610kN,(a)圆形布置：,F1R/660/610kN （ ）, 分别求三种布置型式，铰制孔用螺栓组中所受到的 最大载荷。,由右图的受力分析可知,红色螺栓所受到的剪力最大：,Fmax (a

2、) F1F2102030KN,(b)矩形布置：,F1R/660/610kN （ ）,由右图的受力分析可知,红色螺栓所受到的剪力最大：,(c)三角形布置：,F1R/660/610kN （ ）,红色螺栓所受到的剪力最大：,由右图的受力分析可知, 由以上计算可知：,Fmax (a) 30KN,(Fmax)min min Fmax (a) ，Fmax (b)， Fmax (c) ,min 30 ，33.63， 36.71 ,30kN,故，采用圆形布置型式所用的螺栓直径最小。,同上题,将铰制孔用螺栓改为采用普通螺栓联接，结合面处的摩擦系数f=0.2，防滑系数Ks=1,试问哪一 种布置型式所用的螺栓直径最

3、小？为什么？,解：, 将载荷平移到螺栓组的对称中心，得：,横向载荷R：R60kN,转矩T：T6025015000kNmm,每个螺栓所受到的预紧拉力为：,(a)圆形布置：,F150kN, 分别求三种布置型式，普通螺栓组中所受到的 最大载荷。,螺栓所受到的最大预紧力：,Fmax (a) F1F250100150KN,(b)矩形布置：,F150kN,螺栓所受到的最大预紧力：,Fmax (b) F1F250109.64159.64KN,(c)三角形布置：,F150kN,螺栓所受到的最大预紧力：,Fmax (c) F1F250115.45165.45KN, 由以上计算可知：,Fmax (a) 150KN

4、,(Fmax)min min Fmax (a) ，Fmax (b)， Fmax (c) ,min 150 ，159.64， 165.45 ,150kN,故，采用圆形布置型式所用的螺栓直径最小。,铰制孔用螺栓(Fmax)min min Fmax (a) ，Fmax (b)， Fmax (c) ,min 30 ，33.63， 36.71 ,30kN,5-8、两块金属板用两个M12的螺栓联接。若接和面 的摩擦系数f0.3，螺栓预紧力控制在其屈服 极限的70。螺栓用性能等级为4.8的中碳钢制造， 求此联接所能传递的横向载荷。,普通螺栓,铰制孔用螺栓,求此联接所能传递的横向载荷,解：, 采用普通螺栓联接

5、,定螺栓的许用应力值,4.8级中碳钢s320 MPa；查表5-10得控制 预紧力的安全系数s1.4；查手册M12螺栓的小径 为10.106mm。,求单个螺栓所能承受的预紧力,求此联接所能传递的横向载荷, 采用铰制孔用螺栓联接(按满足剪切条件计算),定螺栓的许用应力值,4.8级中碳钢s320 MPa；查表5-10得控制预紧力 的安全系数s2.5；查手册M12螺栓光杆直径为13mm。,求单个螺栓所能承受的剪切力,5-10、气缸盖螺栓组联接。已知气缸内的工作压力 p01MPa，缸盖与缸体均为钢制，直径D1 350mm，D2=250mm，上、下凸缘厚均为25mm，试设 计此联接。,求单个螺栓所受到的总

6、拉力,解：,气缸盖只能采用普通螺栓联接，设采用8个螺栓,气缸盖所受到的总轴向载荷,求单个螺栓所受的轴向外力,查教材P83，得残余预紧力,定螺栓的许用应力值,采用5.8级中碳钢s400 MPa；查表5-10得不控制预紧力的安全系数s8.5(假设螺栓直径M16M30),求螺栓直径,查手册得螺栓的公称直径M30，d126.211mm(第一系列),安全系数的确定,查表5-10，变载荷、不控制预紧力的安全系数s8.5，螺栓的直径范围为M16M30,验算,螺栓个数的确定,查表5-4，工作压力p01MPa 1.6MPa，t07d730210mm，则螺栓个数为：,螺栓个数初定偏多，螺栓个数为：6个,求单个螺栓

7、所受到的总拉力,设采用6个螺栓,气缸盖所受到的总轴向载荷,求单个螺栓所受的轴向外力,查教材P83，得残余预紧力,定螺栓的许用应力值,采用5.8级中碳钢s400 MPa；查表5-10得不控制预紧力的安全系数s8.5,求螺栓直径,查手册得螺栓的公称直径M33，d129.211mm(第二系列),安全系数的确定,查表5-10，变载荷、不控制预紧力的安全系数s8.5，螺栓的直径范围为M30M60,验算,螺栓个数的确定,查表5-4，工作压力p01MPa 1.6MPa，t07d733231mm，则螺栓个数为：,螺栓个数为6个合适,25,25,s,h,a,查手册标准型弹簧垫圈(GB859-87),M33 s=

8、8.5,查手册六角螺母(GB6170-86),M33 h28.5(估),教材P65,a(0.20.3)d =(0.20.3)33 =6.69.9,螺栓总长为：l=25+25+s+h+a =25+25+8.5+28.5+10 =97,光杆长度 ls=30mm(估)，螺纹长 b=70mm。,100,30,(70),l1,螺栓余留长度为：l1=50-30=20mm,教材P65,变载荷螺栓余留长度为：l100.75d=0.753325mm,查手册六角头螺栓(GB5782-86)，得公称长度 l=100mm，,偏小,查手册，取大径d=16mm，小径d1=13.835mm,解：,气缸盖只能采用普通螺栓联接

9、,p01MPa，由表5-5，t7d，取t=6d，螺栓个数12，,螺栓直径：,则,定螺栓的许用应力值,采用8.8级中碳钢s640 MPa；查表5-10得不控制预紧力的安全系数s8.5(螺栓直径M16),单个螺栓所受到的总拉力,气缸盖所受到的总轴向载荷,单个螺栓所受的轴向外力,查教材P83，得残余预紧力,不满足强度条件，重新设计,验算螺栓强度：,6-4、凸缘半联轴器及圆柱齿轮分别用键与减速器的 低速轴相连接。试选用两处键的类型及尺寸。 已知：轴传递的转矩T=1000Nm，轴的材料为45钢， 齿轮材料为锻钢，半联轴器材料为灰铁，工作时有 轻微冲击。,强度合格，所以可选用：键20125 GB/T 10

10、96-1979,解：,半联轴器处的键：,根据半联轴器处轴的尺寸70130，由表6-1，选键宽键高键长=2012125。,由题意，该两处的键均选用圆头键。,根据轴的材料为钢，而半联轴器材料为灰铁，查表6-2，得许用挤压应力为,键的挤压强度校核：,强度合格，所以可选用：键2580 GB/T 1096-1979,齿轮处的键：,根据齿轮处轴的尺寸9090，由表6-1，选 键宽键高键长=251480。,根据齿轮及轴的材料均为钢，查表6-2，得许用挤压应力为,键的挤压强度校核：,齿轮传动习题课,例1：已知直齿圆柱齿轮节点处的接触应力计算公式， 试计算下面三小题中的H1，H2各是多少？ 各题中的齿轮(齿条)

11、材料均是45，调质后HB1 HB2210，ZE190 ，20，m3mm，b1 90mm， b284mm，正常齿制，主动轮功率P 10KW，载荷系数K1.5，效率1。 内啮合减速传动，Z主20，Z从40，n主955r/min 外啮合增速传动，Z主60，Z从30，n主100r/min 齿条带动齿轮传动，齿轮齿数Z40，齿条移动速 度，v2m/s.,接触应力计算公式,内啮合减速传动,解：,d1mz132060mm,Z主Z120；Z从Z240,ZE190Mpa1/2，m3mm，b190mm， b284mm，P主10KW，K1.5，1，Z主20，Z从40，n主955r/min,内啮合减速传动,或,d1m

12、z132060mm,Z主Z120；Z从Z240,d2mz2340120mm,ZE190Mpa1/2，m3mm，b190mm，b284mm，P主10KW，K1.5，1，Z主20，Z从40，n主955r/min,外啮合增速传动,d1mz133090mm,Z主Z260； Z从Z130,ZE190Mpa1/2，m3mm，b190mm， b284mm，P主10KW，K1.5，1，Z主60，Z从30，n主100r/min,齿条齿轮传动,d1mz1340120mm,Z主Z齿条Z2； Z从Z齿轮Z140,ZE190Mpa1/2，m3mm，b190mm，b284mm，P主10KW，K1.5，1，Z40，齿条移动

13、速度， v2m/s.,例2：受力分析。已知n1转向，z1左旋，为了使轴 上受到的轴向力最小，试定出各齿轮旋向 及转向，并画出各力方向。,Fr1,Fa2,Ft1,Fa1,Ft2,Fr2,Fr3,Ft3,Fa4,Fa3,Ft4,Fr4,n,n,例3：受力分析。已知圆锥齿轮1的转向n1，为了使 轴上受到的轴向力最小，试定出各齿轮转向 及斜齿轮的旋向，并画出各力方向。,n,n,Fr1,Ft1,Fa1,Ft2,Fr2,Fa2,Fr3,Ft3,Fa4,Fa3,Ft4,Fr4,例4：设计一对增速用的标准直齿圆柱齿轮传动。 P=10KW，n主477.5r/min，z主40，z从20， H主480Mpa，H从6

14、00Mpa，F主 200Mpa，F从210Mpa，YF主2.3，YF从 2.8，d0.6，K1.5。,求：这对齿轮的模数m等于多少才能满足强度要求。,假设齿轮传动效率为1。,齿数比：,转矩：,传动比：,则：由齿面接触疲劳强度得：,P=10KW，n主477.5r/min，z主40，z从20，H主480Mpa，H从600Mpa，F主200Mpa，F从210Mpa，YF主2.3，YF从2.8，d0.6，K1.5。,Z主Z240； Z从Z120,解：,模数：,由齿根弯曲疲劳强度得：,故：取,才能同时满足齿面接触疲劳强度和,齿根弯曲疲劳强度。,P=10KW，n主477.5r/min，z主40，z从20，H主480Mpa，H从600Mpa，F主200Mpa，F从210Mpa，YF主2.3，YF从2.8，d0.6，K1.5。,习题课,例一：已知：齿轮4的转向n4。试定出主动蜗杆的旋向 及转向。为使中间轴所受的轴向力最小，画 出各轮所受的力。,Fr3,Ft3,Fa3,Ft4,Fr4,Fa4,Fa2,Ft1,Ft2,Fa1,n1,Fr1,Fr2,习题111：分析蜗杆传动中各轴的回转方向，为 使中间轴所受的轴向力最小，试定 出各轮的旋向及各轮所受的力。,Fa2,Ft1,Fa1,Ft2,Fr2,Fr1,Ft4,Fa3,Ft3,Fa4,Fr3,Fr4,斜齿圆柱