机械设计1徐锦康.docx
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机械设计1徐锦康
机械设计习题
第一章机械设计概述
思考题
一部完整的机器由哪几部分组成
设计机器时应满足哪些基本要求
设计机械零件时应满足哪些基本要求机械零件的计算准则与失效形式有什么关系常用的计算准则有哪些它们各针对什么失效形式
什么叫机械零件的可靠度它与零件的可靠性有什么关系机械零件的可靠度与失效率有什么关系
机械零件的设计计算有哪两种方法它们各包括哪些内容各在什么条件下采用机械零件设计的一般步骤有哪些其中哪个步骤对零件尺寸的确定起决定性的作用为什么
选择零件材料时要了解材料的哪些主要性能合理选择零件材料的原则是什么机械设计时为什么要考虑零件的结构工艺性问题主要应从哪些方面来考虑零件的结构工艺性
什么是标准化、系列化和通用化标准化的重要意义是什么机械设计方法通常分哪两大类简述两者的区别和联系。
什么是传统设计方法传统设计方法又分哪3种各在什么条件下被采用什么是现代设计方法简述现代设计方法的特点。
第四章带传动
思考题按工作原理的不同，带传动的主要类型有哪些各自适用于什么场合
V带传动为什么比平带传动的承载能力大影响带传动承载能力的因素有哪些如何提高带传动的承载能力什么是弹性滑动什么是打滑它们对带传动有何影响是否可以避免一般情况下，带传动的打滑首先发生在大带轮上还是小带轮上为什么
简述V带传动的极限有效拉力Felim与摩擦系数f，小带轮包角a1及初拉力Fo之间的
关系。
分析带传动工作时带截面上产生的应力及其分布，并指出最大应力发生处。
简述带传动的主要失效形式和设计准则。
机械传动系统中，为什么一般将带传动布置在高速级
如何确定小带轮的直径
为什么V带剖面的楔角为40°,而带轮的槽角则为32°、34°、36。
或38°
试说明公式中各符号的含义。
试分别说明Ka与小带轮包角a1、K-与带长Ld间的关系。
带传动张紧的目的是什么张紧轮应如何安放
多根V带传动时,若发现一根已损坏,应如何处置
习题
已知一普通V带传动传递的功率P=8kW，带速v=15m/s，紧边与松边拉力之比为3:
1,求该带传动的有效拉力Fe和紧边拉力F1。
有一电动机驱动的普通V带传动，单班制工作，主动轮转速n1=1460r/min，中心距a=370mm,dd1=140mm,ck=400mm，中等冲击，轻微振动，用3根B型普通V带传动，初拉力按规定给定，试求该装置所能传递的最大功率。
设计一普通V带传动。
已知所需传递的功率P=5kW，电动机驱动，转速m=1440r
/min，从动轮转速n2=340r/min，载荷平稳，两班制工作。
设计某机床上的普通V带传动。
已知所需传递的功率P=11kW，电动机驱动，转速n1=1460r/min,传动比i=,载荷平稳,单班制工作,中心距a=l000mm,从动轮轴孔直径da=70mm。
要求给出从动轮工作图。
第五章链传动
思考题
在传动原理、应用特点、运动特性、初拉力、张紧以及松边位置等方面将链传动与带传动相比较。
滚子链的标记“10A—2—100GB1243—1997”的含义是什么
为什么链节数常选偶数,而链轮齿数选奇数
为什么链传动通常将主动边放在上边,而与带传动相反
链传动的失效形式有哪些设计准则是什么
滚子链的额定功率曲线是在什么条件下得到的实际使用时如何修正
链速一定时，链轮齿数z的多少和链节距p的大小对链传动有何影响
试分析如何适当地选择链传动的参数以减轻多边形效应的不良影响。
习题
设计一滚子链传动。
电动机驱动，已知需传递的功率P=7kW主动轮转速n1=960r
/min，从动轮转速n2=330r/min，载荷平稳，按规定条件润滑，两链轮轴线位于同一水平面，中心距无严格要求。
某带式运输机由电动机驱动，传动方案拟采用一级齿轮传动、一级带传动、一级链传动组成。
试画出该传动系统简图，并作必要的说明。
选择并验算一带式输送机的链传动，已知传递功率P=22kW，主动轮转速ni=750r
/min，传动比i=3,工况系数Ka=，中心距a<800mm（可调节）。
图所示为链传动的4种布置形式。
小链轮为主动轮，请在图上标出其正确的转动方向。
图题图
第六章齿轮传动
思考题
齿轮传动常见的失效形式有哪些闭式硬齿面、闭式软齿面和开式齿轮传动的设计计算准则分别是什么
在不改变材料和尺寸的情况下,如何提高轮齿的抗折断能力齿面点蚀首先发生在轮齿上的什么部位为什么为防止点蚀可采取哪些措施计算齿轮强度时为什么要引入载荷系数KK由哪几部分组成影响各组成部分取值的因素有哪些
圆柱齿轮传动中大齿轮和小齿轮的接触应力是否相等如大、小齿轮的材料及热处理
情况相同,则它们的许用接触应力是否相等
试述小齿轮齿数z，和齿宽系数巾d对齿轮传动性能及承载能力的影响。
齿轮设计中为什么要使小齿轮硬度比大齿轮硬度高小齿轮宽度比大齿轮宽现有A、B两对闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动，A对模数m=2mm齿数乙=40,Z2=
90;B对模数m=4mm,齿数zi=20,z2=45。
两对齿轮的精度、材质配对、工作情况及其他参数均相同。
试比较这两对齿轮传动的齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度、工作平稳性及制造成本。
试述齿轮传动设计参数的选择原则。
一般参数的闭式齿轮传动和开式齿轮传动在选择模数、齿数等方面有何区别
齿形系数与模数有关吗影响齿形系数的因素有哪些
直齿锥齿轮传动强度计算有何特点其强度当量齿轮是如何定义的如何确定强度当量齿轮的设计参数
齿轮传动的常用润滑方式有哪些润滑方式的选择主要取决于什么因素决定齿轮结构形式的主要因素有哪些常见的齿轮结构形式有哪几种它们分别适用
于何种场合
习题
有一单级直齿圆柱齿轮减速器，已知zi=32,Z2=108，中心距a=210mm，齿宽b=70mm大小齿轮的材料均为45钢，小齿轮调质，硬度为250HBS齿轮精度为8级，输入转速ni=1460r/min，电动机驱动，载荷平稳，要求齿轮工作寿命不少于10000h。
试求该
齿轮传动能传递的最大功率。
设计铳床中的一对直齿圆柱齿轮传动，已知需传递的功率P=kW小齿轮主动，转速
ni=1440r/min，齿数乙=26,z=54,双向传动，两班制，工作寿命为5年，每年300个工
作日。
小齿轮对轴承非对称布置，轴的刚性较大，工作中受轻微冲击，7级精度。
某两级斜齿圆柱齿轮减速器传递功率P=40kW，高速级传动比i12=，高速轴转速ni
=1460r/min，电动机驱动，长期双向转动，载荷有中等冲击，要求结构紧凑，试设计该减速器的高速级齿轮传动。
两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器如图所示。
已知主动轮1为左旋,转向ni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。
图题图
图示为一圆锥—圆柱齿轮减速器，功率由I轴输入，川轴输出，不计摩擦损失。
已知
直齿锥齿轮传动zi=20,Z2=50,m=5mm,齿宽b=40mm;斜齿圆柱齿轮传动zs=23,Z4=92,mn=6mm＞试求n轴上轴承所受轴向力为零时斜齿轮的螺旋角卩，并作出齿轮各啮合点
处作用力的方向（用3个分力表示）。
图题图
设计由电动机驱动的闭式直齿锥齿轮传动。
已知功率P=5kW转速nl=960r/min,
传动比为，小齿轮悬臂布置，载荷平稳，要求齿轮工作寿命不少于10000h。
第七章蜗杆传动
思考题
蜗杆传动有哪些类型
与齿轮传动相比，蜗杆传动的失效形式有何特点为什么蜗杆传动的设计准则是什么指出下列公式的错误并加以改正。
（1）;
（2）;（3）
何谓蜗杆传动的中间平面何谓蜗杆传动的相对滑动速度
蜗杆头数Z1和导程角丫对蜗杆传动的啮合效率有何影响蜗杆传动的效率为什么比
齿轮传动的效率低得多
蜗杆传动的自锁条件是什么为什么蜗杆传动的强度计算中，为什么只需计算蜗轮轮齿的强度锡青铜和铝铁青铜的许用接触应力[dh]在意义上和取值上各有何不同为什么
分析图所示蜗杆传动中蜗杆、蜗轮的转动方向或轮齿旋向及所受各力的方向。
简述圆弧圆柱蜗杆传动的特点和设计计算要点。
图思考题图图题图
习题
如图所示蜗杆一斜齿轮传动中，为使轴n上所受轴向力相互抵消一部分，试确定并在
3所受轴向力的方向。
P=5kW，蜗杆转速
10年，每年工作250天，
图上直接标明斜齿轮5轮齿的旋向、蜗杆的转向及蜗轮与斜齿轮
设计一带式输送机用闭式阿基米德蜗杆减速器，已知输入功率
nl=1440r／min，传动比i12=24，有轻微冲击，预期使用寿命每天工作8h。
要求绘制蜗杆或蜗轮工作图。
已知一蜗杆减速器，m=5mm，di=50mm，Z2=60,蜗杆材料为40Cr，高频淬火,
表面磨光，蜗轮材料为ZCuSnlOPbl，砂模铸造，蜗轮转速n2=46
r/min，预计使用15000h。
试求该蜗杆减速器允许传递的最大扭矩T?
和输入功率R。
第八章滚动轴承
思考题
滚动轴承由哪些基本元件构成各有何作用球轴承和滚子轴承各有何优缺点，适用于什么场合我国常用滚动轴承的类型有哪些它们在承载能力、调隙、调心等方面各有什么优缺点什么是滚动轴承的基本额定寿命在额定寿命期内，一个轴承是否会发生失效什么是接触角接触角的大小对轴承承载有何影响选择滚动轴承类型时主要考虑哪些因素怎样确定一对角接触球轴承或圆锥滚子轴承的轴向载荷
什么叫滚动轴承的当量动负荷它有何作用如何计算当量动负荷滚动轴承为什么要预紧预紧的方法有哪些
轴承的工作速度对选择轴承润滑方式有何影响滚动轴承的支承结构形式有哪几种它们分别适用于什么场轴承组合设计时应考虑哪些方面的问题
习题
一农用水泵轴用深沟球轴承支承，轴颈直径d=35mm，转速n=12900r／rain，径向负荷Fr=1770N，轴向负荷Fa=720N，要求预期寿命6000h，试选择轴承的型号。
某减速器主动轴用两个圆锥滚子轴承30212支承，如图所示。
已知轴的转速n=960r
/min,Fae=59N,Fri=4800N,F「2=2200N，工作时有中等冲击，正常工作温度，要求轴承的预期寿命为15000h。
试判断该对轴承是否合适。
如图所示，轴支承在两个7207ACJ轴承上，两轴承宽度中点间的距离为240mm轴上负荷Fre=2800N，Fae=750N，方向和作用点如图所示。
试计算轴承CD所受的轴向负荷Fac、Fad。
图题图图题图
图题图图题图
图所示为从动锥齿轮轴，从齿宽中点到两个30000型轴承压力中心的距离分别为60mm和195mm齿轮的平均分度圆直径dm2=mm，齿轮受轴向力Fae=960N，所受圆周力和
径向力的合力Fre=2710N,轻度冲击，转速n=500r/min,轴承的预期设计寿命为30000
h，轴颈直径d=35mm，试选择轴承型号。
如图所示支承，右端为两个7410ACJ轴承，轴转速n=3000/min，其余数据如图。
求右支承轴承寿命。
第九章滑动轴承
思考题
滑动轴承的主要特点是什么什么场合应采用滑动轴承滑动轴承的摩擦状态有哪几种各有什么特点简述滑动轴承的分类。
什么是不完全油膜滑动轴承什么是液体摩擦滑动轴承试述滑动轴承的典型结构及特点。
为了减小磨损，延长寿命，以径向滑动轴承为例，说明滑动轴承结构设计应考虑的问题
对滑动轴承材料性能的基本要求是什么常用的轴承材料有哪几类轴瓦的主要失效形式是什么
在滑动轴承上开设油孔和油槽时应注意哪些问题不完全油膜滑动轴承的失效形式和设计准则是什么不完全油膜滑动轴承计算中的p、pv、v各代表什么意义实现流体润滑的方法有哪些它们的工作原理有何不同推导液体动压润滑一维雷诺方程时提出了哪些假设条件各有何优缺点试根据一维雷诺方程说明油楔承载机理及建立液体动压润滑的必要条件。
试述液体动压径向滑动轴承的工作过程。
解释液体动压径向滑动轴承的直径间隙△、相对间隙2及偏心率E。
写出他们与hmin
之间的关系式。
滑动轴承建立完全液体润滑的判据是什么许用油膜厚度[h]与哪些因素有关
轴承热平衡计算时为什么要限制润滑油的人口温度t1若不满足要求则应采取哪些措施
设计液体动压滑动轴承时，若出现下列情况之一，试问应采取哪些改进措施
1）hmin<[h]；2）pw[p]、vw[v]或pw[P]、pvw[pv]不满足；3）润滑油入口温
度t1偏低。
滑动轴承润滑的目的是什么常用的润滑剂有哪些
习题
设计一蜗轮轴的不完全油膜径向滑动轴承。
已知蜗轮轴转速n=60r／min，轴颈直
径d=80mm，径向载荷Fr=7000N，轴瓦材料为锡青铜，轴的材料为45钢。
有一不完全油膜径向滑动轴承，轴颈直径d=60mm,轴承宽度B=60mm，轴瓦材料
为锡青铜ZCuPb5SnSZn5
1）验算轴承的工作能力。
已知载荷Fr=36000N、转速n=150r/rain;
2）计算轴的允许转速n。
已知载荷Fr=36000N；
3）计算轴承能承受的最大载荷Fmax。
已知转速n=900r/rain;
4）确定轴所允许的最大转速nmax。
已知某不完全油膜止推滑动轴承（转速较低）的止推面为空心式,外径d2=120mm,内径d1=60mm,轴承材料为青铜，轴颈经淬火处理。
试确定该轴承所能承受的最大轴向载荷Fa。
一液体动压径向滑动轴承承受径向载荷Fr=70000N,转速n=1500r／rain,轴颈直径d=200mm，轴承宽径比B/d=,相对间隙2=5,包角a=180°，采用L—AN32全损耗系统用油，非压力供油，假设轴承中平均油温tm=50C，油的粘度n=Pa•a。
求最小油膜
厚度hmin。
设计一机床用的液体动压径向滑动轴承,对开式结构,载荷垂直向下,工作情况稳定,工作载荷Fr=100000N，轴颈直径d=200mm转速n=500r/min。
第十章联轴器、离合器
思考题
联轴器和离合器的主要功用分别是什么联轴器与离合器的根本区别是什么
联轴器所连两轴的相对偏移形式有哪些
常用联轴器、离合器及制动器各有哪些主要类型各有何特点凸缘联轴器有几种对中方式各种对中方式有何特点无弹性元件挠性联轴器和有弹性元件挠性联轴器补偿相对位移的方式有何不同万向联轴器有何特点安装双万向联轴器应注意些什么问题离合器应满足哪些基本要求比较嵌合式离合器与摩擦式离合器的工作原理和优缺点。
牙嵌离合器的牙形有几种形式各有何特点
习题
直流电动机用联轴器与减速器相连。
已知传递的转矩T=200-500N•m，轴的转速
n=800~1350r/min，两轴间的最大径向位移为mm最大偏角位移为°。
试选择联轴器的
类型。
一电动机与齿轮减速器间用联轴器相连。
已知电动机功率P=kW，转速n=960r/
min，电动机外伸轴直径d=32mm，减速器输入轴直径d=30mm。
试选择联轴器的类型和型号。
某离心式水泵采用弹性柱销联轴器与原动机连接，原动机为电动机，传递功率38kW，
转速300r/min，联轴器两端连接轴径均为50mm试选择此联轴器的型号。
若原动机改为活
塞式内燃机，试选择联轴器的类型。
第十一章轴
思考题
轴在机器中的功用是什么按承载情况轴可分为哪几类试举例说明。
轴的常用材料有哪些若轴的工作条件、结构尺寸不变，仅将轴的材料由碳钢改为合金钢，为什么只能提高轴的强度而不能提高轴的刚度
确定轴的各轴段直径和长度前为什么应先按扭转强度条件估算轴的最小直径轴的结构设计时应考虑哪些问题
轴上零件的轴向、周向固定各有哪些方法各有何特点多级齿轮减速器中，为什么低速轴的直径要比高速轴的直径大轴受载后如果产生过大的弯曲变形或扭转变形，对轴的正常工作有何影响试举例说
明。
当轴的强度不足或刚度不足时，可分别采取哪些措施来提高其强度和刚度
计算弯矩计算公式中系数a的含义是什么其大小如何确定为什么要进行轴的静强度校核计算计算时为什么不考虑应力集中等因素的影响。
已知一传动轴传递的功率为37kW转速n=900r/min,轴的扭转切应力不允许超过
40MPa。
要求：
（1）分别按以下两种情况求该轴直径：
1）实心轴；2）空心轴。
空心轴内外径之比为。
（2）求两种情况下轴的质量之比（取实心轴质量为1）。
图所示为某减速器输出轴的结构与装配图，试指出其设计错误并画出正确的结构与装
配图。
图
题图
图题图
减速器轴，由一对
6206轴承支承，试确定下列尺寸:
齿轮轴孔倒角
G；
图所示为
轴上轴承处的圆角
rl及轴肩咼度h;轴环直径d;轴上齿轮处的圆角
「2及轴段长度1
;轴
端倒角C。
已知一单级直齿圆柱齿轮减速器,
电动机直接驱动，电动机功率
P=22kW,
转速
ni=1440r/min，齿轮模数m=4mm，齿数zi=18,z2=82，支承间跨距1=180mm,齿轮对称布置，轴的材料为45钢调质。
试按弯扭合成强度条件确定输出轴危险截面处的直径d。
图所示为两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器的传动简图，图所示为该减速器中
间轴。
尺寸和结构如图所示，图中点A、D为圆锥滚于轴承的载荷作用中心。
已知中
间轴转速n2=180r/min，传递功率P=kW，轴的材料为45钢正火，轴上齿轮
的参数列于下表。
要求按弯扭合成强度条件验算轴上截面I和n处的强度，并精确校核该轴的危险截面是否安全。
m/mm
a
Z
3
旋向
齿轮2
3
20°
112
10°
44'
右
齿轮3
4
20°
23
9°22'
右
图题图
第十二章轴毂连接
思考题
轴上键槽是如何加工的
圆头、方头及单圆头普通平键各有何特点分别用在什么场合平键连接可能有哪些失效形式平键的尺寸如何确定
为什么采用两个平键时，一般布置在沿周向相隔180°的位置；采用两个楔键时隔90°
~120°；而采用两个半圆键时，却布置在轴的同一母线上
习题
图所示凸缘半联轴器及圆柱齿轮，分别用键与减速器的低速轴连接。
试选择两处键的
类型及尺寸，井校核其连接强度。
已知轴的材料为45钢，传递的转矩T=1000N-mm齿轮
用锻钢制造，半联轴器用灰铸铁制造，工作时有轻微冲击。
图题图
第十三章螺纹连接
思考题
常用螺栓材料有哪些选用螺栓材料时主要应考虑哪些问题松螺栓连接和紧螺栓连接的区别是什么计算中应如何考虑这些区别实际应用中绝大多数螺纹连接都要预紧，试问预紧的目的是什么拧紧螺母时，拧紧力矩T要克服哪些摩擦阻力矩这时螺栓和被连接件各受什么载荷作用
为什么对于重要的螺栓连接要控制螺栓的预紧力F0预紧力F0的大小由哪些条件决
定控制预紧力的方法有哪些
螺纹连接松脱的原因是什么试按3类防松原理举例说明螺纹连接的各种防松措施。
设计螺栓组连接的结构时一般应考虑哪些方面的问题螺栓组连接承受的载荷与螺栓组内螺栓的受力有什么关系若螺栓组受横向载荷，螺
栓是否一定受到剪切
对于常用的普通螺栓，预紧后螺栓承受拉伸和扭转的复合应力，但是为什么只要将轴
向拉力增大30％就可以按纯拉伸计算螺栓的强度
对于受轴向载荷的紧螺栓连接，若考虑螺栓和被连接件刚度的影响，螺栓受到的总拉
力是否等于预紧力Fo与工作拉力F之和为什么
提高螺纹连接强度的常用措施有哪些对于受变载荷作用的螺栓，可以采取哪些措施来减小螺栓的应力幅螺栓中的附加弯曲应力是怎样产生的为避免产生附加弯曲应力，从结构或工艺上可采取哪些措施
习题
试分析图示紧定螺钉连接和普通螺栓连接拧紧时各连接零件（螺栓、螺母、螺钉）的受
力，并分别画出其受力图。
若图a为M10螺钉，do=6mm,FfkN，螺纹副间的摩擦因子
f=,螺钉底端与零件间的摩擦因子f=，试判断最大应力发生在哪个截面处（列出必要的公
式）
图题图图题图
起重卷筒与大齿轮间用双头螺柱连接，起重钢索拉力Fq=50KN,卷简直径D=400mm，8个螺柱均匀分布在直径Do=500mm的圆周上，螺栓性能等级级，接合面摩擦因子f=,可
靠度系数kf=。
试确定双头螺柱的直径。
图示气缸盖连接中，已知气缸内压力p在0~2Mpa之间变化，气缸内径D=500mm，螺栓分布在直径D0=650mm的圆周上，为保证气密性要求，剩余预紧力Fq'=。
试设计
此螺栓组连接。
图题图
螺栓组连接的3种方案如图所示，外载荷Fr及尺寸L相同，试分析确定各方案中受力最大螺栓所受力的大小，并指出哪个方案比较好。
如图所示，厚度占的钢板用3个铰制孔用螺栓紧固于18号槽钢上，已知FQ=9kN，钢板及螺栓材料均为Q235,许用弯曲应力[（Tb]=158MPa许用切应力[t]=98MPa许用挤压应力[（Tp]=240MPa。
试求钢板的厚度3和螺栓的尺寸。
图题图图题图
6
有一受轴向力的紧螺栓连接，已知螺栓刚度C1=X10N/mm，被连接件刚度Q=2
X106N/mm，预紧力F0=9000N，螺栓所受工作载荷F=5400N。
要求：
（1）按比例画出螺栓与被连接件的受力与变形关系线图；
（2）在图上量出螺栓所受总拉力巴及剩余预紧力，
2并用计算法验证；（3）若工作载荷在0与5400N之间变化，螺栓危险剖面的面积为110mm,求螺栓的应力幅。
带传动作业
解：
由题意得：
所以
解：
一、确定计算功率
由表（P69）取Ka=,则
二、选择带的型号根据Pca、门1由图（P71）选A型V带。
三、确定带轮基准直径dd
1.确定小带轮基准直径dd1
由表（P61）及图（P71）取ddi=90mm
2.验算带速
合适
3.计算大带轮基准直径dd2
由表（P61）取dd2=400mm。
4.验算实际传动比
合适
四、确定中心距及带的基准长度
1.初选中心距
取
2.确定带的基准长度
由表（P60）取Ld=2000mm
3.计算实际中心距
五、验算包角
合适
六、确定带的根数
由表（P68）得P0=,由表（P72
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