机械设计习题文档资料

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1、吕苇白吕苇白5-65-6、已知一个托架的边板用、已知一个托架的边板用6 6个螺栓与相邻的机架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、距离线相平行、距离250mm250mm、大小为、大小为60kN60kN的载荷作用。现的载荷作用。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？小？为什么？25060kN25060kN25060kN2502502501251吕苇白吕苇白解：解： 将

2、载荷平移到螺栓组的对称中心，得：将载荷平移到螺栓组的对称中心，得：横向载荷横向载荷R R：R R60kN60kN转矩转矩T T：T T602506025015000kNmm15000kNmm每个螺栓所受到的剪力为：每个螺栓所受到的剪力为：F F1 1R/6R/660/660/610kN10kNRRTTTR2吕苇白吕苇白(a)(a)圆形布置：圆形布置：250F F1 1R/6R/660/660/610kN 10kN （ ） 分别求三种布置型式，铰制孔用螺栓组中所受到的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。最大载荷。由右图的受力分析可知由右图的受力分析可知红色螺栓所受到的剪力最大

3、：红色螺栓所受到的剪力最大：F Fmax max (a) F F1 1F F2 21010202030KN30KN3吕苇白吕苇白(b)(b)矩形布置：矩形布置：F F1 1R/6R/660/660/610kN 10kN （ ）由右图的受力分析可知由右图的受力分析可知红色螺栓所受到的剪力最大：红色螺栓所受到的剪力最大：4吕苇白吕苇白(c)(c)三角形布置：三角形布置：F F1 1R/6R/660/660/610kN 10kN （ ）红色螺栓所受到的剪力最大：红色螺栓所受到的剪力最大：由右图的受力分析可知由右图的受力分析可知5吕苇白吕苇白 由以上计算可知：由以上计算可知：F Fmax max (a

4、) 30KN30KN(F(Fmaxmax) )minmin minmin Fmax (a) ，Fmax (b)， Fmax (c) minmin 3030 ，33.6333.63， 36.7136.71 30kN30kN 故，采用圆形布置型式所用的螺栓直径最小。故，采用圆形布置型式所用的螺栓直径最小。6吕苇白吕苇白 同上题同上题, ,将铰制孔用螺栓改为采用普通螺栓联接，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结合面处的摩擦系数f=0.2f=0.2，防滑系数，防滑系数Ks=1,Ks=1,试问哪一试问哪一种布置型式所用的螺栓直径最小？为什么？种布置型式所用的螺栓直径最小？为什么？25

5、060kN25060kN25060kN2502502501257吕苇白吕苇白解：解： 将载荷平移到螺栓组的对称中心，得：将载荷平移到螺栓组的对称中心，得：横向载荷横向载荷R R：R R60kN60kN转矩转矩T T：T T602506025015000kNmm15000kNmm每个螺栓所受到的预紧拉力为：每个螺栓所受到的预紧拉力为：RRTTTR8吕苇白吕苇白(a)(a)圆形布置：圆形布置：F F1 150kN 50kN 分别求三种布置型式，普通螺栓组中所受到的分别求三种布置型式，普通螺栓组中所受到的 最大载荷。最大载荷。螺栓所受到的最大预紧力：螺栓所受到的最大预紧力：F Fmax max (a

6、) F F1 1F F2 25050100100150KN150KN(b)(b)矩形布置：矩形布置：F F1 150kN 50kN 螺栓所受到的最大预紧力：螺栓所受到的最大预紧力：F Fmax max (b) F F1 1F F2 25050109.64109.64159.64KN159.64KN9吕苇白吕苇白(c)(c)三角形布置：三角形布置：F F1 150kN 50kN 螺栓所受到的最大预紧力：螺栓所受到的最大预紧力：F Fmax max (c) F F1 1F F2 25050115.45115.45165.45KN165.45KN10吕苇白吕苇白 由以上计算可知：由以上计算可知：F

7、Fmax max (a) 150KN150KN(F(Fmaxmax) )minmin minmin Fmax (a) ，Fmax (b)， Fmax (c) minmin 150150 ，159.64159.64， 165.45165.45 150kN150kN 故，采用圆形布置型式所用的螺栓直径最小。故，采用圆形布置型式所用的螺栓直径最小。铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓(F(Fmaxmax) )minmin minmin Fmax (a) ，Fmax (b)， Fmax (c) minmin 3030 ，33.6333.63， 36.7136.71 30kN30kN 11吕苇白吕苇白5-85-8、

8、两块金属板用两个、两块金属板用两个M12M12的螺栓联接。若接和面的螺栓联接。若接和面 的摩擦系数的摩擦系数f f0.30.3，螺栓预紧力控制在其屈服，螺栓预紧力控制在其屈服 极限的极限的7070。螺栓用性能等级为。螺栓用性能等级为4.84.8的中碳钢制造，的中碳钢制造， 求此联接所能传递的横向载荷。求此联接所能传递的横向载荷。普通螺栓普通螺栓铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓RRd0RRR12吕苇白吕苇白求此联接所能传递的横向载荷求此联接所能传递的横向载荷解：解： 采用普通螺栓联接采用普通螺栓联接定螺栓的许用应力值定螺栓的许用应力值 4.8 4.8级中碳钢级中碳钢s s320 MPa320 MPa；查

9、表；查表5-105-10得控制得控制预紧力的安全系数预紧力的安全系数s s1.41.4；查手册；查手册M12M12螺栓的小径螺栓的小径为为10.106mm10.106mm。求单个螺栓所能承受的预紧力求单个螺栓所能承受的预紧力13吕苇白吕苇白求此联接所能传递的横向载荷求此联接所能传递的横向载荷 采用铰制孔用螺栓联接采用铰制孔用螺栓联接( (按满足剪切条件计算按满足剪切条件计算) )定螺栓的许用应力值定螺栓的许用应力值 4.8 4.8级中碳钢级中碳钢s s320 MPa320 MPa；查表；查表5-105-10得控制预紧力得控制预紧力的安全系数的安全系数s s2.52.5；查手册；查手册M12M1

10、2螺栓光杆直径为螺栓光杆直径为13mm13mm。求单个螺栓所能承受的剪切力求单个螺栓所能承受的剪切力14吕苇白吕苇白5-105-10、气缸盖螺栓组联接。已知气缸内的工作压力、气缸盖螺栓组联接。已知气缸内的工作压力 p p0 01MPa1MPa，缸盖与缸体均为钢制，直径，缸盖与缸体均为钢制，直径D D1 1 350mm350mm，D D2 2=250mm=250mm，上、下凸缘厚均为，上、下凸缘厚均为25mm25mm，试设，试设 计此联接。计此联接。D2pFFFD115吕苇白吕苇白求单个螺栓所受到的总拉力求单个螺栓所受到的总拉力解：解：气缸盖只能采用普通螺栓联接，设采用气缸盖只能采用普通螺栓联接

11、，设采用8 8个螺栓个螺栓气缸盖所受到的总轴向载荷气缸盖所受到的总轴向载荷求单个螺栓所受的轴向外力求单个螺栓所受的轴向外力查教材查教材P P8383，得残余预紧力，得残余预紧力16吕苇白吕苇白定螺栓的许用应力值定螺栓的许用应力值 采用采用5.85.8级中碳钢级中碳钢s s400 MPa400 MPa；查表；查表5-105-10得不控得不控制预紧力的安全系数制预紧力的安全系数s s8.5(8.5(假设螺栓直径假设螺栓直径M16M16M30)M30)求螺栓直径求螺栓直径查手册得螺栓的公称直径查手册得螺栓的公称直径M30M30，d d1 126.211mm(26.211mm(第一系列第一系列) )1

12、7吕苇白吕苇白安全系数的确定安全系数的确定 查表查表5-105-10，变载荷、不控制预紧力的安全系数，变载荷、不控制预紧力的安全系数s s8.58.5，螺栓的直径范围为，螺栓的直径范围为M16M16M30M30验算验算螺栓个数的确定螺栓个数的确定 查表查表5-45-4，工作压力，工作压力p p0 01MPa1MPa 1.6MPa1.6MPa，t t0 07d7d730730210mm210mm，则螺栓个数为：，则螺栓个数为： 螺栓个数初定偏多，螺栓个数为：螺栓个数初定偏多，螺栓个数为：6 6个个18吕苇白吕苇白求单个螺栓所受到的总拉力求单个螺栓所受到的总拉力设采用设采用6 6个螺栓个螺栓气缸盖

13、所受到的总轴向载荷气缸盖所受到的总轴向载荷求单个螺栓所受的轴向外力求单个螺栓所受的轴向外力查教材查教材P P8383，得残余预紧力，得残余预紧力19吕苇白吕苇白定螺栓的许用应力值定螺栓的许用应力值 采用采用5.85.8级中碳钢级中碳钢s s400 MPa400 MPa；查表；查表5-105-10得不控得不控制预紧力的安全系数制预紧力的安全系数s s8.58.5求螺栓直径求螺栓直径查手册得螺栓的公称直径查手册得螺栓的公称直径M33M33，d d1 129.211mm(29.211mm(第二系列第二系列) )20吕苇白吕苇白安全系数的确定安全系数的确定 查表查表5-105-10，变载荷、不控制预紧

14、力的安全系数，变载荷、不控制预紧力的安全系数s s8.58.5，螺栓的直径范围为，螺栓的直径范围为M30M30M60M60验算验算螺栓个数的确定螺栓个数的确定 查表查表5-45-4，工作压力，工作压力p p0 01MPa1MPa 1.6MPa1.6MPa，t t0 07d7d733733231mm231mm，则螺栓个数为：，则螺栓个数为： 螺栓个数为螺栓个数为6 6个合适个合适21吕苇白吕苇白2525sha查手册标准型弹簧垫圈查手册标准型弹簧垫圈(GB859-87)M33 s=8.5查手册六角螺母查手册六角螺母(GB6170-86)M33 h28.5(估估)教材教材P65,a(0.20.3)d

15、 =(0.20.3)33 =6.69.9螺栓总长为：螺栓总长为：l=25+25+s+h+a =25+25+8.5+28.5+10 =97光杆长度光杆长度 ls=30mm(估估)，螺纹长，螺纹长 b=70mm。10030(70)l1螺栓余留长度为：螺栓余留长度为：l1=50-30=20mm教材教材P65, 变载荷螺栓余留长度为：变载荷螺栓余留长度为：l100.75d=0.753325mm查手册六角头螺栓查手册六角头螺栓(GB5782-86)，得公称长度，得公称长度 l=100mm，偏小偏小22吕苇白吕苇白查手册，取大径查手册，取大径d=16mmd=16mm，小径，小径d d1 1=13.835m

16、m=13.835mm解：解：气缸盖只能采用普通螺栓联接气缸盖只能采用普通螺栓联接p01MPa，由表由表5-55-5，t7dt7d，取，取t=6dt=6d，螺栓个数，螺栓个数1212，螺栓直径：螺栓直径：则则定螺栓的许用应力值定螺栓的许用应力值 采用采用8.88.8级中碳钢级中碳钢s s640 MPa640 MPa；查表；查表5-105-10得不控得不控制预紧力的安全系数制预紧力的安全系数s s8.5(8.5(螺栓直径螺栓直径M16)M16)23吕苇白吕苇白单个螺栓所受到的总拉力单个螺栓所受到的总拉力气缸盖所受到的总轴向载荷气缸盖所受到的总轴向载荷单个螺栓所受的轴向外力单个螺栓所受的轴向外力查教

17、材查教材P P8383，得残余预紧力，得残余预紧力不满足强度条件，重新设计不满足强度条件，重新设计验算螺栓强度：验算螺栓强度：24吕苇白吕苇白6-46-4、凸缘半联轴器及圆柱齿轮分别用键与减速器的、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。低速轴相连接。试选用两处键的类型及尺寸。 已知：轴传递的转矩已知：轴传递的转矩T=1000NmT=1000Nm，轴的材料为，轴的材料为4545钢，钢， 齿轮材料为锻钢，半联轴器材料为灰铁，工作时有齿轮材料为锻钢，半联轴器材料为灰铁，工作时有 轻微冲击。轻微冲击。70901309025吕苇白吕苇白强度合格，所以可选用：键

18、强度合格，所以可选用：键20125 GB/T 1096-197920125 GB/T 1096-1979解：解：半联轴器处的键：半联轴器处的键： 根据半联轴器处轴的尺寸根据半联轴器处轴的尺寸7013070130，由表，由表6-16-1，选键宽选键宽键高键高键长键长=2012125=2012125。由题意，该两处的键均选用圆头键。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，根据轴的材料为钢，而半联轴器材料为灰铁，查表查表6-26-2，得许用挤压应力为，得许用挤压应力为键的挤压强度校核：键的挤压强度校核：26吕苇白吕苇白强度合格，所以可选用：键强度合格，所以可选用：键

19、2580 GB/T 1096-19792580 GB/T 1096-1979齿轮处的键：齿轮处的键： 根据齿轮处轴的尺寸根据齿轮处轴的尺寸90909090，由表，由表6-16-1，选，选键宽键宽键高键高键长键长=251480=251480。 根据齿轮及轴的材料均为钢，查表根据齿轮及轴的材料均为钢，查表6-26-2，得，得许用挤压应力为许用挤压应力为键的挤压强度校核：键的挤压强度校核：27吕苇白吕苇白齿轮传动齿轮传动习题课习题课例例1 1：已知直齿圆柱齿轮节点处的接触应力计算公式，：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试计算下面三小题中的H1H1，H2H2各是多少？各

20、是多少？ 各题中的齿轮各题中的齿轮( (齿条齿条) )材料均是材料均是4545，调质后，调质后HBHB1 1 HBHB2 2210210，Z ZE E190 190 ，2020，m m3mm3mm，b b1 1 90mm90mm， b b2 284mm84mm，正常齿制，主动轮功率，正常齿制，主动轮功率P P 10KW10KW，载荷系数，载荷系数K K1.51.5，效率，效率1 1。内啮合减速传动，内啮合减速传动，Z Z主主2020，Z Z从从4040，n n主主955r/min955r/min外啮合增速传动，外啮合增速传动，Z Z主主6060，Z Z从从3030，n n主主100r/min1

21、00r/min齿条带动齿轮传动，齿轮齿数齿条带动齿轮传动，齿轮齿数Z Z4040，齿条移动速，齿条移动速 度，度，v v2m/s.2m/s.接触应力计算公式接触应力计算公式28吕苇白吕苇白内啮合减速传动内啮合减速传动解：解：主动主动d1mz132060mmZ主主Z120；Z从从Z240 Z ZE E190Mpa190Mpa1/21/2，m m3mm3mm，b b1 190mm90mm， b b2 284mm84mm，P P主主10KW10KW，K K1.51.5，1 1，Z Z主主2020，Z Z从从4040，n n主主955r/min955r/min29吕苇白吕苇白内啮合减速传动内啮合减速传

22、动或或主动主动d1mz132060mmZ主主Z120；Z从从Z240d2mz2340120mm Z ZE E190Mpa190Mpa1/21/2，m m3mm3mm，b b1 190mm90mm，b b2 284mm84mm，P P主主10KW10KW，K K1.51.5，1 1，Z Z主主2020，Z Z从从4040，n n主主955r/min955r/min30吕苇白吕苇白外啮合增速传动外啮合增速传动主动主动d1mz133090mmZ主主Z260； Z从从Z130 Z ZE E190Mpa190Mpa1/21/2，m m3mm3mm，b b1 190mm90mm， b b2 284mm84

23、mm，P P主主10KW10KW，K K1.51.5，1 1，Z Z主主6060，Z Z从从3030，n n主主100r/min100r/min31吕苇白吕苇白齿条齿轮传动齿条齿轮传动d1mz1340120mmZ主主Z齿条齿条Z2； Z从从Z齿轮齿轮Z140主动主动v Z ZE E190Mpa190Mpa1/21/2，m m3mm3mm，b b1 190mm90mm，b b2 284mm84mm，P P主主10KW10KW，K K1.51.5，1 1，Z Z4040，齿条移动速度，齿条移动速度， v v2m/s.2m/s.32吕苇白吕苇白3124n例例2 2：受力分析。已知：受力分析。已知n

24、n1 1转向，转向，z z1 1左旋，为了使轴左旋，为了使轴 上受到的轴向力最小，试定出各齿轮旋向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。及转向，并画出各力方向。Fr1Fa2Ft1Fa1Ft2Fr2Fr3Ft3Fa4Fa3Ft4Fr4nn33吕苇白吕苇白例例3 3：受力分析。已知圆锥齿轮：受力分析。已知圆锥齿轮1 1的转向的转向n n1 1，为了使，为了使 轴轴上受到的轴向力最小，试定出各齿轮转向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。及斜齿轮的旋向，并画出各力方向。31241nnnFr1Ft1Fa1Ft2Fr2Fa2Fr3Ft3Fa4Fa3

25、Ft4Fr434吕苇白吕苇白例例4 4：设计一对增速用的标准直齿圆柱齿轮传动。：设计一对增速用的标准直齿圆柱齿轮传动。 P=10KWP=10KW，n n主主477.5r/min477.5r/min，z z主主4040，z z从从2020， H H主主480Mpa480Mpa，H H从从600Mpa600Mpa，F F主主 200Mpa200Mpa，F F从从210Mpa210Mpa，Y YF F主主2.32.3，Y YF F从从 2.82.8，d d0.60.6，K K1.51.5。求：这对齿轮的模数求：这对齿轮的模数m m等于多少才能满足强度要求。等于多少才能满足强度要求。附：设计公式：附：

26、设计公式：；35吕苇白吕苇白假设齿轮传动效率为假设齿轮传动效率为1。 齿数比：齿数比：转矩：转矩：传动比：传动比：则：由齿面接触疲劳强度得：则：由齿面接触疲劳强度得： P=10KW P=10KW，n n主主477.5r/min477.5r/min，z z主主4040，z z从从2020，H H主主480Mpa480Mpa，H H从从600Mpa600Mpa，F F主主200Mpa200Mpa，F F从从210Mpa210Mpa，Y YF F主主2.32.3，Y YF F从从2.82.8，d d0.60.6，K K1.51.5。Z主主Z240； Z从从Z120解：解：36吕苇白吕苇白模数：模数：

27、由齿根弯曲疲劳强度得：由齿根弯曲疲劳强度得： 故：取故：取才能同时满足齿面接触疲劳强度和才能同时满足齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度。齿根弯曲疲劳强度。 P=10KW P=10KW，n n主主477.5r/min477.5r/min，z z主主4040，z z从从2020，H H主主480Mpa480Mpa，H H从从600Mpa600Mpa，F F主主200Mpa200Mpa，F F从从210Mpa210Mpa，Y YF F主主2.32.3，Y YF F从从2.82.8，d d0.60.6，K K1.51.5。37吕苇白吕苇白习题课例一：已知：齿轮例一：已知：齿轮4 4的转向的转向n n4

28、 4。试定出主动蜗杆的旋向。试定出主动蜗杆的旋向 及转向。为使中间轴及转向。为使中间轴所受的轴向力最小，画所受的轴向力最小，画 出各轮所受的力。出各轮所受的力。n41234Fr3Ft3Fa3Ft4Fr4Fa4Fa2Ft1Ft2Fa1n1Fr1Fr238吕苇白吕苇白习题习题11111 1：分析蜗杆传动中各轴的回转方向，为：分析蜗杆传动中各轴的回转方向，为 使中间轴使中间轴所受的轴向力最小，试定所受的轴向力最小，试定 出各轮的旋向及各轮所受的力。出各轮的旋向及各轮所受的力。21右旋蜗杆主动右旋蜗杆主动34Fa2Ft1Fa1Ft2Fr2Fr1Ft4Fa3Ft3Fa4Fr3Fr439吕苇白吕苇白 斜齿

29、圆柱齿轮减速器低速轴转速斜齿圆柱齿轮减速器低速轴转速 n n1960rpm1960rpm，齿轮上所，齿轮上所受的圆周力受的圆周力F FTeTe1890N1890N，径向力，径向力F FReRe700N700N，轴向力，轴向力F FAeAe360N360N，齿轮分度圆直径，齿轮分度圆直径 d d1 1188mm188mm，轴颈直径，轴颈直径d d30mm30mm，轴承预期，轴承预期寿命寿命L Lh h20000h20000h，载荷系数，载荷系数 f fp p1.11.1，温度系数，温度系数 f ft t1 1，试选，试选择轴承型号。择轴承型号。选用深沟球轴承选用深沟球轴承( (双支点单向固定双支

30、点单向固定) )；选用圆锥滚子轴承选用圆锥滚子轴承( (正装正装) )；选用角接触球轴承选用角接触球轴承( (反装反装) )。9090FAeFReFTe40吕苇白吕苇白求支反力：求支反力： 水平方向：水平方向： 垂直方向：垂直方向：解：解：9090FTeFH2FH1219090FAeFRe21FV2FV1 支反力：支反力：41吕苇白吕苇白 初选初选62066206型轴承，型轴承，C Cr r19.5KN19.5KN， C C0r0r11.5KN11.5KN 由图可知由图可知: :查表查表13135 5，得：，得：，Fr2Fr121FAe ， ，深沟球轴承深沟球轴承(双支点单向固定双支点单向固定

31、)：42吕苇白吕苇白 选用选用62066206型轴承合适。型轴承合适。初选初选3020630206型轴承，型轴承，C Cr r43.2KN43.2KN， C C0r0r50.5KN50.5KN，e e0.370.37，Y Y1.61.6圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承(正装正装)： 轴承轴承1 1被被“压紧压紧”：轴承轴承2 2被被“放松放松”：Fr2Fr121FAeFd1Fd243吕苇白吕苇白 ， ， 选用选用3020630206型轴承不合适，可重选较小型号轴承。（略）型轴承不合适，可重选较小型号轴承。（略）44吕苇白吕苇白角接触球轴承角接触球轴承( (反装反装) )： 初选初选7306AC7306AC，2525型轴承，型轴承， C Cr r25.2KN25.2KN， C C0r0r18.5KN18.5KN，e e0.680.68 轴承轴承1 1被被“放松放松”：轴承轴承2 2被被“压紧压紧”：Fr1Fr221FAeFd1Fd245吕苇白吕苇白 ， 选用选用7306AC7306AC型轴承合适。型轴承合适。46