机械设计习题解答.docx
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机械设计习题解答
《教学日历上规定的作业》
注:
1、蓝色字体表示已用word文档制出;
2、黑色字体是图片,请改为word文档(分给学生做);
3、没有答案的部分,请将答案做出(写了“答案略”的题不做答案)
一章
1—2什么是零件?
什么是构件?
什么是部件?
试各举三个实例。
答:
零件是组成机器的不可拆的最小单元,可以分为通用零件和专用零件,例如:
螺栓、齿轮、轴、弹簧。
构件是机器中每一个独立的运动单元体,例如:
连杆、曲轴。
部件是机械的一部分,由若干装配在一起的零件所组成,例如:
发动机底盘、车身、电气设备。
1—4机械设计课程研究的内容是什么?
答:
主要是介绍整台机器机械部分设计的基本知识,重点讨论一般尺寸和常用工作参数下的通用零件下的设计,包括它们的基本设计理论和方法以及技术资料、标准的应用等。
具体内容包括:
1)总论部分——机器及零件设计的基本原则,设计计算理论,材料选择,结构要求,以及摩擦、磨损、润滑等方面的基本知识;
2)联接部分——螺纹联接,键、花键及无键联接,销联接,铆接,焊接,胶接与过盈联接等;
3)传动部分——螺旋传动,带传动,链传动,齿轮传动,蜗杆传动以及摩擦轮传动等;
4)轴系传动——滑动轴承、滚动轴承,联轴器与离合器以及轴等;
5)其它部分——弹簧,机座和箱体,减速机和变速器等。
二章
2—3机械零件主要有哪些失效形式?
常用的计算准则主要有哪些?
答:
机械零件主要失效形式有:
1)整体断裂——过载、疲劳;
2)过大的残余应变——应力超过屈服极限;
3)零件的表面破坏——腐蚀磨损点蚀;
4)破坏正常的工作条件而引起的失效——带传动的打滑,共振,螺纹的松弛。
常用的计算准则主要有:
1)强度准则;
2)刚度准则;
3)寿命准则;
4)振动稳定性准则;
5)可靠性准则。
2—8机械零件设计中选择材料的原则是什么?
答:
机械零件设计中选择材料的原则有:
一,载荷及应力的大小和性质;
二,零件的工作情况;
三,零件的尺寸及重量;
四,零件的结构复杂程度及工艺性;
五,材料的经济性;
六,材料的供应状况。
2—9指出下列材料的种类,并说明代号中符号及数字的含义:
HT150,ZG230—450,65Mn,45,Q235,40Cr,20CrMnTi,ZCuSn10Pb5。
答:
HT150为黑色金属,“HT”代表灰铸铁,“150”代表最小抗拉强度为150MPa。
ZG230—450为黑色金属,“ZG”代表铸钢,“230—450”中“230”代表最小屈服强度为230MPa,“450”代表最小抗拉强度为450MPa。
65Mn为黑色金属(合金弹簧钢),“65”代表含碳量为0.65%,“Mn”为加入合金元素。
45为黑色金属(优质碳素结构钢),“45”代表含碳量为0.45%。
Q235为黑色金属(低合金高强度钢),“Q”代表低合金高强度钢,“235”代表屈服强度为235MPa。
40Cr为黑色金属(合金调质钢),“40”代表含碳量为0.40%,“Cr”代表加入的合金元素。
20CrMnTi为黑色金属(合金渗碳钢),“20”代表含碳量为0.20%,“Cr”“Mn”“Ti”为加入的合金元素。
ZCuSn10Pb5为有色金属(铸造锡青铜),“ZCuSn”代表铸造锡青铜,“Sn”“Pb”为合金元素,“10”“5”为合金元素“Sn”“Pb”的含量分别为0.10%、0.05%。
三章
3—18某材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=350MPa,屈服极限σs=550MPa,强度极限σв=750MPa,循环基数Nо=5×106,m=9,试求对称循环次数N分别为5×104、5×105、5×107次时的极限应力。
解:
由公式
得:
当N=5×104时,
﹥σs=550MPa,已发生塑性变形,因此认为该点处于应变疲劳区,所以取σ-1N=σs=550MPa;
N=5×105时,
,所以取σ-1N=452MPa;
N=5×107时,
<σ-1N=350MPa,所以取σ-1N=350MPa(或N﹥Nо,处于无限寿命阶段)
五章
题5-20
如图所示,两根梁用8个4.6级普通螺栓与两块钢盖板相联接,梁受到的拉力F=28KN,摩擦系数f=0.2,控制预紧力,试确定所需螺栓的直径。
(解答见PPT习题,移植成word文档)
题5-22
受轴向载荷的紧螺栓联接,被连接件间采用橡胶垫片。
已知预紧力F0=1500N,当工作载荷F=1000N时,求螺栓受到的总拉力及被连接件之间的残余预紧力。
(解答见PPT习题,移植成word文档)
题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的铰制孔螺栓联接,螺栓规格为M12×60(GB/T27—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。
题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?
(解答见PPT习题,移植成word文档)
六章
题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用键联接。
已知:
轴传递的转矩T=1000N·m,齿轮材料为锻钢,凸缘联轴器的材料为HT200,工作时有轻微冲击,联接处轴及轮毂的尺寸如图示。
试选择键的类型和尺寸,并校核其联接强度。
八章
题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。
题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。
(答案略)
九章
题9-18
有一链传动,小链轮主动,转速n1=900r/min,齿数z1=25,z2=75。
现因工作要求,拟将大齿轮的转速降低到n2≈250r/min,链条长度不变,试问:
⑴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?
⑵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?
题9-21
设计一输送装置用的链传动。
已知传动的功率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。
(答案略)
十章
题10-7
一对正确啮合的渐开线标准齿轮作减速传动时,如两齿轮的材料、热处理及齿面硬度相同,则齿根弯曲应力___。
(1)σF1>σF2
(2)σF1=σF2(3)σF1<σF2
答:
(1)
题10-20
一对圆柱齿轮传动,大、小齿轮齿面接触应力是否相等?
如大、小齿轮的材料及热处理情况相同,则其许用接触应力是否相等?
题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如图所示,为使中间轴上两齿轮所受轴向力互相抵消一部分,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。
题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[σH]1=500Mpa,[σH]2=430Mpa,许用弯曲应力
[σF]1=340Mpa,[σF]2=280Mpa,弯曲载荷系数K=1.85,接触载荷系数K=1.4,求大齿轮所能传递的扭矩T2(不计功率损失)
十一章
题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11-25
试设计轻纺机械中的一单级蜗杆减速器,传递功率P1=8.5kW,主动轴转速n1=1460r/min,传动比i=20,载荷平稳,单向工作,长期连续运转,润滑情况良好,工作寿命Lh=15000h。
(答案略)
十二章
题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Rz=6.3µm改为Rz=3.2µm。
12-21答
(1)由公式:
,转速增加,角速度增加,故承载能力提高;
(2)由公式:
,B/d下降,Cp下降,承载能力下降。
(3)由公式:
上升,承载能力上升。
(4)粗糙度增加,会导致轴承温升增加,粘度下降,承载能力下降。
题12-22
在设计液体润滑轴承时,当出现下列情况之一后,可考虑采取什么改进措施(对每种情况提出两种改进措施)?
(1)当hmin<[h]时;
(2)当条件p<[p],v<[v],pv<[pv]不满足时;
(3)当计算入口温度ti偏低时。
12-22答:
(1)
方案1:
设法增加hmin,增加
,
,故可以加大D,或减少d;
方案2:
设法减少[h],即减少表面粗糙度
(2)方案1:
从结构着手,增加B(增加d虽可以使p降低,但却引起v增加)
方案2:
从材料着手,采用需用值大的材料
(3)主要是控制温升
方案1:
加大间隙;
方案2:
降低粗糙度
题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。
12-26答
解:
1.选取轴承宽径比
选取宽径比为1。
2.计算轴承宽度
B=(B/d)*d=90mm
3.计算轴颈圆周速度
4.计算轴承工作压力
5.选择轴瓦材料
查表12-2,在保证
的条件下,选材为ZCuSn10P1
6.初估润滑油动力粘度
-1/3/107/6
0.06Pa·s
7.计算相应得运动粘度
取润滑油密度
=900Kg/m3由式4-4得
=
106=66.6cSt
8.选定平均温度
现取平均温度tm=50oC
9.选牌号
参定表4-1,选牌号为L-An68
十三章
题13-2
若一滚动轴承的基本额定寿命为537000转,则该轴承所受的当量动载荷基本额定动载荷。
(1)大于
(2)等于(3)小于
13-2答:
(1)大于
题13-23
如图所示,轴上装有一斜齿元柱齿轮,轴支承在一对装的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ƒp=1.2。
试计算两轴承的基本寿命(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?
)
(答案略)
十五章
题15-15
图示为一台二级圆锥-圆柱齿轮减速器简图输入轴由左端看为逆时针转动。
已知
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
。
试画出输入轴的计算简图,计算轴的支承反力,画出轴的弯矩图和扭矩图,并将计算结果标在图中。
题15-15图
题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。
题15-19图