河科大机械设计作业第1415章作业解答.docx

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河科大机械设计作业第1415章作业解答

题13—47图

第十四章联轴器和离合器

一、分析与思考题

14-16联轴器、离合器、安全联轴器和安全离合器有何区别？

各用于什么场合？

答：

联轴器：

用来把两轴联接在一起，机器运转时不能分离。

只有停机时将联接拆开后两轴才能分离。

离合器：

在机器运转过程中可使两轴随时接合或分离。

用来操纵机器传动系统的断续，以便进行变速及换向等。

安全联轴器和安全离合器：

机器工作时，如果转矩超过规定值，这种联轴器或离合器即可自行断开或打滑，以保证机器中主要零件不致因过载而损坏。

14-17试比较刚性联轴器、无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器各有何优缺点？

各用于什么场合？

答：

刚性联轴器：

构造简单，成本低，可传递较大的转矩。

缺乏补偿两轴相对位移的能力。

故对两轴对中性能要求很高。

用于转速低，无冲击，轴的刚性大，对中性较好的场合。

无弹性元件的挠性联轴器：

可补偿两轴相对位移。

但因无弹性元件，故不能缓冲减振。

常用于载荷平稳、无冲击的场合。

有弹性元件的挠性联轴器：

因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴相对位移而且可以吸振缓冲。

用于需要补偿两轴的相对位移，工作载荷有较大变化的场合。

14-18选择联轴器类型时，应当考虑哪几方面因素？

答：

1、传递转矩大小和性质以及对吸振缓冲能力的要求；

2、工作转速高低和引起离心力的大小；

3、两轴相对位移的大小和方向；

4、联轴器的可靠性和工作环境；

5、联轴器的制造、安装、维护和成本。

14-19牙嵌离合器和摩擦式离合器各有何优缺点？

各适用于什么场合？

答：

牙嵌离合器：

结构简单，没有相对滑动，尺寸小。

但不能在转速差较大时进行联接。

摩擦式离合器：

两轴能在任何不同角速度下进行联接；改变摩擦面间的压力就能调节从动轴的加速时间；接合时冲击和振动较小；过载时将发生打滑，可避免其它零件损坏。

二、设计计算题

14-20有一链式输送机用联轴器与电机相联接。

已知传递功率P=15Kw，电动机转速n=1460r/min，电动机轴伸直径d=42mm。

两轴同轴度好，输送机工作时起动频繁并有轻微冲击。

试选择联轴器的类型和型号。

解：

根据题中已知条件，选择有弹性元件的挠性联轴器。

查表14-1，取KA=1.5。

由公式（14-3），

计算力矩

在选择联轴器时，联轴器的孔径范围应满足电动机轴径d=42mmm的要求。

1）选HL3型弹性柱销联轴器，　[T]=630Nm，30≤d≤48mm

2）选TL6型弹性套柱销联轴器，[T]=250Nm，32≤d≤42mm

3）选ML5梅花型弹性联轴器，　[T]=250Nm，30≤d4≤8mm

14-21一搅拌机的轴通过联轴器与减速器的输出轴相联接，原动机为电动机，减速器输出轴的转速n=200r/min，传递转矩T=1000N.m，两轴工作时有少量偏移，试选择联轴器的类型和型号。

解：

根据题中已知条件，选择无弹性元件的挠性联轴器。

查表14-1，取KA=1.7。

由公式（14-3），计算力矩

Tca=KAT=1.7×1000=1700Nm

1）选KL8型滑块联轴器,[T]=1800Nm

2）选CL3型齿式联轴器,[T]=3150Nm

第十五章轴

三、分析与思考题

15—23何为转轴、心轴和传动轴？

自行车的前轴、中轴、后轴及踏板轴各是什么轴？

答：

工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴、只受弯矩而不受扭矩的轴称为心轴、只受扭矩而不受弯矩的轴称为传动轴。

自行车的前轴、后轴属于固定心轴，踏板轴属于转动心轴；

自行车的中轴属于转轴。

15—24试说明下面几种轴材料的适用场合：

Q235-A、45、1Cr18Ni、QT600-2、40CrNi。

答：

Q235-A用于不重要及受载不大的轴，如农业机械、建筑机械中的轴；

45广泛应用于各种轴，如减速器中的轴；

1Cr18Ni用于高、低温及腐蚀条件下的轴，如发动机凸轮轴；

QT600-2用于制造复杂外形的轴，如发动机曲轴；

40CrNi用于制造很重要的轴，如汽车、拖拉机变速箱中的轴。

15—25轴的强度计算方法有哪几种？

各适用于何种情况？

答：

1.按扭转强度条件计算，该方法适用于计算传动轴或初步估计转轴直径；

2.按弯扭合成强度条件计算，该方法适用于校核计算一般转轴的疲劳强度；

3.按疲劳强度条件进行精确校核，该方法适用于精确校核计算重要轴的疲劳强度；

4.按静强度条件进行校核，该方法适用于计算瞬时过载很大、或应力循环的不对称性较为严重的轴的静强度。

15—26按弯扭合成强度和按疲劳强度校核时，危险截面应如何确定？

确定危险截面时考虑的因素有何区别？

答：

按弯扭合成强度校核轴时，危险截面指的是计算应力（综合考虑弯曲应力和扭转应力）较大的一个或几个截面，考虑的因素主要是轴上的弯矩、扭矩和轴径；

按疲劳强度校核轴时，确定危险截面时，既要考虑弯曲应力和扭转应力的大小，还要考虑应力集中和绝对尺寸等综合因素的影响大小，确定

一个或几个截面，考虑的因素除了轴上的弯矩、扭矩和轴径外，还要考虑综合影响系数的大小。

15—27为什么要进行轴的静强度校核计算？

这时是否要考虑应力集中等因素的影响？

答：

静强度校核的目的在于评定轴对塑性变形的抵抗能力，这对那些瞬时过载很大、或应力循环的不对称性较为严重的轴是很必要的。

轴的静强度是根据轴上作用的最大瞬时载荷来校核的，这时不考虑应力集中等因素的影响。

15—28经校核发现轴的疲劳强度不符合要求时，在不增大轴径的条件下，可采取哪些措施来提高轴的疲劳强度？

答：

可采取下列措施来提高轴的疲劳强度

1．换用强度高的好材料；

2．减小应力集中（增大过渡圆角半径、降低表面粗糙度、开设卸载槽）

3．对轴的表面进行热处理和硬化处理；

4．改进轴的结构形状；

5．提高加工质量等。

15—29何谓轴的临界转速？

轴的弯曲振动临界转速大小与哪些因素有关？

15—30什么叫刚性轴？

什么叫挠性轴？

设计高速运转的轴时，应如何考虑轴的工作转速范围？

四、设计计算题

15—31已知一传动轴的材料为40Cr钢调质，传递功率P=12kW，转速n=80r/min。

试：

（1）按扭转强度计算轴的直径；

（2）按扭转刚度计算轴的直径（设轴的允许扭转角[φ]≤0.5（°）/m）。

解：

（1）由表15-3知：

A0=97~112

（2）

15—32直径d=75mm的实心轴与外径d0=85mm的空心轴的扭转强度相等，设两轴材料相同，试求该空心轴的内径d1和减轻重量的百分比。

解：

实心轴：

，空心轴：

扭转强度相同时有：

WT=WT′

减轻重量的百分比为：

15—33图示（a）、（b）为起重滑轮轴的两种结构方案。

已知轴的材料为Q235钢，取需用应力[σ0]=75MPa，[σ-1]=45MPa，轴的直径均为d=40mm，若起重量相同，Q=20KN，支承跨距相同（尺寸如图），试分别校核其强度是否满足要求。

题15—33图

解：

转动心轴：

固定心轴：

15—34图示为一台二级锥-柱齿轮减速器简图，输入轴由左端看为逆时针转动。

已知Ft1=5000N，Fr1=1690N，Fa1=676N，dm1=120mm,dm2=300mm，Ft3=10000N，Fr3=3751N，Fa3=2493N，d3=150mm，l1=l3=60mm，l2=120mm，l4=l5=l6=100mm，试画出输入轴的计算简图，计算轴的支反力，画出轴的弯扭图合扭矩图，并将计算结果标在图中。

解：

题15—34图

15—35根据题15—34的已知条件，试画出中间轴的计算简图，计算轴的支反力，画出轴的弯扭图和扭矩图，并将计算结果标在图中。

题15—35图

解：

15—36两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，并精确校核轴的疲劳强度。

题15—36图

五、结构设计与分析题

15—37试指出图示小锥齿轮轴系中的错误结构，并画出正确的结构图。

题15—37图

15—38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—38图

15—39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—39图

15—40试指出图示斜齿圆柱齿轮轴系中的错误结构及视图表达错误，并画出正确结构图及视图。

题15—40图