机械设计练习作业.docx
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机械设计练习作业
第一章机械设计概论题
第一题:
一单向旋转的传动轴,材料为中碳钢,τ-1=230MPa,τS=390MPa,Ψτ=0.05,现知该轴某危险剖面处的直径d=50mm,该剖面处的疲劳强度综合影响系数(Kτ)D=
=3.07,轴的转速n=955r/min,若要求安全系数Sτ=2.0,试求此时该轴能传递的最大功率?
第二题:
已知某合金钢的σ-1=370MPa,σs=880MPa,σ0=625MPa。
1)试按比例绘制此材料试件的σm-σa简化极限应力图;2)设此试件受σmax=300MPa,σmin=-120MPa的变应力作用,试用所绘制的极限应力图求出该试件在这种情况下的极限应力σr。
第三题:
单项选择题(将正确答案的序号填入空白处)
(1)下列四种叙述中_____是正确的。
A变应力只能由变载荷产生B静载荷不能产生变应力
C变应力由静载荷产生D变应力由变载荷产生,也可能由静载荷产生
(2)零件可能出现疲劳断裂时,应按____准则计算;可能出现过大弹性变形时,应按_____准则计算。
A强度B刚度C耐磨性D热平衡
(3)为了防止磨损和胶合,常取_____材料配对使用。
A钢—钢B钢—青铜C铸铁—青铜D青铜—青铜
(4)已知某机械油在工作温度下的运动粘度为2×10-5m2/s,该油的密度为900kg/m3,则其动力粘度为_____Pa.s
A18000B45C0.0018D0.018
(5)在研究螺旋副中的摩擦时,作出了一些合理的假定,那么三角形螺纹副相当于____的作用。
A块与斜平面B平滑块与斜槽面C楔形滑块与斜平面D楔形滑块与斜槽面
第四题:
简答题
(1)磨损按磨损机理分有哪几种?
(2)滑剂的主要作用是什么?
常用的润滑剂有哪几种?
(3)平面低副和平面高副各有几个约束条件?
各有几个自由度?
(4)机械发生自锁的实质是什么?
第二章齿轮传动
第一题:
在图2—1所示的直齿圆柱齿轮传动中,齿轮1为主动齿轮,齿轮2为中间齿轮,齿轮3为从动齿轮。
已知齿轮3所受的扭矩,T3=98NM其转速n3=180r/min,Z3=45,Z2=25,Z1=22,m=4mm。
假设齿轮啮合效率及轴承效率均为1,试求:
(1)啮合传动时,作用在各齿轮上的圆周力Ft和径向力Fr,并将各力及齿轮转向标于图上;
(2)说明中间齿轮2在啮合时的应力性质和强度计算时应注意的问题;(3)若把齿轮2作为主动齿轮,则在啮合传动时其应力性质有何变化,其强度计算与前面有何不同?
分析与思考:
弯曲应力的循环特征对弯曲强度的大小有何影响?
第二题:
图2—2所示为二级斜齿圆柱齿轮减速器,第一级斜齿轮的螺旋角β1的旋向已给出。
(1)为使Ⅱ轴轴承所受轴向力较小,试确定第二级斜齿轮螺旋角β的旋向,并画出各轮轴向力、径向力及圆周力的方向。
(2)若已知第一级齿轮的参数为:
Z1=19,Z2=85,mn=5mm,αn=20°,a=265mm,1轮的传动功率P=6.25kW,n1=275r/min。
试求1轮上所受各力的大小。
1-12-22-3
分析与思考:
如何判断斜齿轮轴向力的方向?
齿轮的转动方向是否对其有影响。
第三题:
图2—3所示为直齿锥齿轮与斜齿圆柱齿轮减速器,为使Ⅱ轴上的轴向力抵消一部分,试确定一对斜齿圆柱齿轮螺旋线的方向;并画出各齿轮轴向力、径向力及圆周力的方向。
解题要点分析:
分析与思考:
锥齿轮的轴向力应指向大端还是小端?
第三章蜗杆传动
第一题:
有一阿基米德蜗杆传动,已知:
传动比i=18,蜗杆头数Z1=2,直径系数q=8,分度圆直径d1=80mm。
试求:
(1)模数m、蜗杆分度圆柱导程角γ、蜗轮齿数Z2及分度圆柱螺旋角β;
(2)蜗轮的分度圆直径d2和蜗杆传动中心距ɑ。
分析与思考:
蜗轮蜗杆传动正确啮合条件如何?
为什么将蜗杆分度圆直径d1定为标准值?
第二题:
图示蜗杆传动中,蜗杆主动,试标出未注明的蜗杆(或蜗轮)的螺旋线方向及转向,并在图中绘出蜗杆、蜗轮啮合点处作用力的方向(用三个分力:
圆周力Ft、径向力Fr、轴向力Fɑ表示)。
(a) (b) (c)
分析与思考:
(1)蜗轮的旋转方向应如何确定?
(2)蜗杆(主动)与蜗轮啮合点处各作用力的方向如何确定?
第三题:
图示为一标准蜗杆传动,蜗杆主动螺旋线方向为左旋,转矩T1=25000N·mm,模数m=4mm,压力角α=20°,蜗杆头数Z1=2,蜗杆直径系数q=10,蜗轮齿数Z2=54,传动效率η=0.75。
试确定:
(1)蜗轮的转向及螺旋线方向;
(2)作用在蜗杆、蜗轮上的各力的大小和方向(在图中标出)。
第四题:
在图示传动系统中,1为蜗杆,2为蜗轮,3和4为斜齿圆柱齿轮,5和6为直齿锥齿轮。
若蜗杆主动,要求输出齿轮6的回转方向如图所示。
试决定:
(1)若要使Ⅱ、Ⅲ轴上所受轴向力互相抵消一部分,蜗杆、蜗轮、斜齿轮3和4的螺旋线方向及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的回转方向(在图中标示);
(2)Ⅱ、Ⅲ轴上各轮啮合点处受力方向(Ft、Fr、Fa在图中画出)。
第五题:
已知一闭式单级普通蜗杆传动,蜗杆的转速n1=1440r/min,传动比i=24,Z1=2,m=10mm,q=8,蜗杆材料为45号钢表面淬火,齿面硬度为50HRC,蜗轮材料为ZCuSn10P1,砂模铸造。
若工作条件为单向运转,载荷平稳,使用寿命为24000小时。
试求蜗杆能够传递的最大功率P1?
第六题:
图示为带式运输机中单级蜗杆减速器。
已知电动机功率P=7.5kW,转速n1=1440r/min,传动比i=15,载荷有轻微冲击,单向连续运转,每天工作8小时,每年工作300天,使用寿命为5年。
设计该蜗杆传动。
第四章带传动
第一题:
简答题
(1)带传动的带速V为什么规定在5~25m/s范围内?
(2)带传动为什么要限制最大中心距、最大传动比、最小带轮直径?
(3)带传动为什么要张紧?
常用的张紧方法有哪几种?
若用张紧轮则应装在什么地方?
第二题:
单根V带(三角带)传动的初拉力F0=354N,主动带轮的基准直径d1=160mm,主动轮转速n1=1500r/min,主动带轮上的包角α1=150°,带与带轮上的摩擦系数为f=0.485。
试求:
(1)V带紧边、松边的拉力F1和F2;(忽略带的离心拉力的影响)
(2)V带传动能传递的最大有效圆周力F及最大功率P0。
第三题:
一V带传动的大、小带轮的基准直径d1=100mm,d2=400mm,小带轮转速n1=1460r/miu,滑动率ε=0.02,传递功率P=10KW。
求带速、有效拉力、大带轮实际转速各为多少?
第四题:
某带传动装置主动轴扭矩T,两轮直径d1、d2各为100mm与150mm,运转中发生了严重打滑现象,后带轮直径改为d1=150mm,d2=225mm,带长相应增加,传动正常,试问其原因何在?
(提示:
从有效拉力F、摩擦力的极限Fflim与哪些因素有关,关系的大小等方面进行分析)。
第五题:
设计用电动机驱动破碎机的普通V带传动。
已知电动机额定功率P=5.5kw,转速n1=960r/mim,带传动传动比i=2,两班制工作,要求轴间中心距a<600mm。
第五章链传动
第一题:
单项选择题(选一正确答案,并将其符号填入题中空白处)
(1)链条的基本参数是_________。
A销轴直径B销轴长度C节距
(2)链条中宜尽量避免使用过渡链节,这主要是因为_________。
A制造困难B装配困难C过渡链节的链板要承受附加弯矩作用
(3)代号为16A-1×80GB1243.1-83的链,其节距为_______________。
A16mmB25.4mmC12.7mm
(4)为了限制链传动的动载荷,在节距p和小链轮的齿数Z1一定时,应该限制________________。
A小链轮的转速n1B传递的功率PC链条的速度v
(5)链条由于静强度不够而被拉断的现象,多发生在_________情况下。
A低速重载B高速重载C高速轻载
(6)标准滚子链的额定功率曲线,是通过大量试验所绘制而成的,试验条件中小链轮齿数Z1,传动比i及链节数Lp分别为_____________。
AZ1=9,i=1,Lp=75
BZ1=17,i=2,Lp=100
CZ1=19,i=3,Lp=100
(7)如大链轮齿数超过极根值(Zmax=120),则____________。
A链条的磨损快B易发生脱链现象C链传动的噪音大
(8)对于高速重载的链传动,宜选取____________的链条。
A大节距单排B小节距单排C小节距多排
(9)链传动算出的实际中心距,在安装时一般还需缩短2-5mm,这是为了___。
A考虑链工作后要发生磨损B使链条松驰,有利于减轻冲击C使安装方便,啮合顺利
(10)两轮轴线在同一水平面的链传动,布置时应使链条的紧边在上,松边在下,这样__________________。
A松边下垂后不致与紧边相碰B可减轻链条的磨损C可使链传动达到紧张目的
第二题:
一链号为16A的滚子链传动,主动轮齿数z1=17,链轮转速n1=730r/min,中心距a=600mm。
求平均链速v,瞬时链速的最大值Vmax和最小值Vmin。
第三题:
某单排滚子链传动,已知主动轮转速n1=800r/min,齿数Z1=19,Z2=90,中心距a≈900mm,该链的极限拉伸载荷Q=55600N。
若工作情况系数KA=1.2,求该传动能传递的功率。
第四题:
滚子链传动中,在其后使用过程中,需使从动轮转速n2降低,若中心距a及主动轮转速n1不便改变,可采用增大从动轮齿数z2或减小主动轮齿数z1的方案,但哪种方案更合理?
(提示:
从1)传动平稳性;2)传递的功率等方面进行分析。
)
第五题:
设计由电动机驱动往复泵用的滚子链传动。
已知传递功率P=7kw,主动链轮转速n1=1450r/min,从动链轮转速n2=500r/min,要求中心距约为两链轮分度圆直径之和的2.5倍,中心距可调,两班制工作。
第六章轴毂联接
第一题:
单项选择题(选一正确答案,并将其符号填入题中空白处)
(1)能构成紧联接的两种键是。
A楔键和半圆键B半圆键和切向键C楔键和切向键
(2)一般采用加工B型普通平键的键槽。
A指状铣刀B盘形铣刀C插刀
(3)设计键联接时,键的截面尺寸b×h通常根据由标准中选择____。
A传递转矩的大小B传递功率的大小C轴的直径
(4)平键联接能传递的最大扭矩T,现要传递的扭矩为1.5T,则应____。
A安装一对平键B键宽b增大到1.5倍C键长L增大到1.5倍
(5)如需在轴上安装一对半圆键,则应将它们布置在____。
A相隔900位置B相隔1200位置C轴的同一母线上
(6)平键标记:
键B20×80GB1096-79中,20×80是表示____。
A键宽×键长B键高×轴径C键宽×轴径
(7)花键联接的主要缺点是____。
A应力集中B成本高C对中性与导向性差
第二题:
简答题
(1)试述普通平键的类型、特点和应用。
(2)试述平键联接和楔键联接的工作原理及特点。
(3)按顺序试述设计键联接的主要步骤。
第三题:
一齿轮装在轴上,采用A型普通平键联接。
齿轮、轴、键均用45钢,轴径d=80mm,轮毂长度Lˊ=150mm,传递转矩T=2000N·m,工作中有轻微冲击。
试确定平键尺寸和标记,并验算联接的强度。
第四题:
有一公称尺寸Z-D×d×b=8-40×36×7的45号钢矩形花键,齿长L=80mm,经调质处理HBS=235,使用条件中等,能否用来传递T=1600N·m的转矩?
第五题:
已知图示的轴伸长度为72mm,直径d=40mm,配合公差为H7/k6,采用A型普通平键联接。
试确定图中各结构尺寸,尺寸公差,表面粗糙度和形位公差。
(一般联接)
第七章螺纹联接
第一题:
一牵曳钩用2个M10的普通螺栓固定于机体上,如题11—1图所示。
已知结合面间的摩擦系数f=0.15,螺栓材料为Q235、强度级别为4.6级,装配时控制预紧力,试求螺栓组联接允许的最大牵引力。
11-111-2
第二题:
一刚性凸缘联轴器用6个M10的铰制孔用螺栓(螺栓GB27—88)联接,结构尺寸如题11—2图所示。
两半联轴器材料为HT200,螺栓材料为Q235、性能等级5.6级。
试求:
(1)该螺栓组联接允许传递的最大转矩Tmax。
(2)若传递的最大转矩Tmax不变,改用普通螺栓联接,试计算螺栓直径,并确定其公称长度,写出螺栓标记。
(设两半联轴器间的摩擦系数f=0.16,可靠性系数Kf=1.2)。
第三题:
一钢结构托架是由两块边板和一块承重板焊成的,两块边板各用四个螺栓与立柱相联接,其结构尺寸如题11—3图所示。
托架所受的最大载荷为20kN,载荷有较大的变动。
试问:
(1)此螺栓联接采用普通螺栓联接还是铰制孔用螺栓联接为宜?
(2)如采用铰制孔用螺栓联接,螺栓的直径应为多大?
11-311-4
第四题:
一方形盖板用四个螺栓与箱体联接,其结构尺寸如题11—4图所示。
盖板中心O点的吊环受拉力Q=20000N,设剩余预紧力F″=0.6F,F为螺栓所受的轴向工作载荷。
试求:
(1)螺栓所受的总拉力F0,并计算确定螺栓直径(螺栓材料为45号钢,性能等级为6.8级)。
(2)如因制造误差,吊环由O点移到O′点,且OO′=5mm,求受力最大螺栓所受的总拉力F0,并校核
(1)中确定的螺栓的强度。
第五题:
有一气缸盖与缸体凸缘采用普通螺栓联接,如题11-5图所示。
已知气缸中的压力p在0~2MPa之间变化,气缸内径D=500mm,螺栓分布圆直径D0=650mm。
为保证气密性要求,剩余预紧力F″=1.8F,螺栓间距t≤4.5d(d为螺栓的大径)。
螺栓应力幅[σɑ]=20MPa。
选用铜皮石棉垫片,螺栓相对刚度C1/(C1+C2)=0.8,试设计此螺栓组联接。
第六题:
简答题
(1)拧紧螺母与松退螺母时螺纹效率如何计算?
哪些参数影响螺纹副的效率?
(2)螺栓联接的损坏形式有哪些?
其危险部位在哪里?
强度计算时,为什么一般只计算螺栓根部直径?
(3)为什么在重要的受拉螺栓联接中不宜采用直径小于M12~M16的螺栓?
第八章轴的设计
第一题:
简述轴的结构设计应满足的基本要求。
指出图结构设计中的错误,在错误处标出序号,并按序号一一说明理由。
第二题:
如图所示单级斜齿圆柱齿轮减速器低速轴的结构。
已知齿轮相对支承为对称布置,齿轮宽度b2=100mm,轴承为7308AC,两支承间的跨度L=200mm,外伸端装有一个半联轴器,孔的直径在25-35mm之间,轴与孔的配合长度为L′=60mm。
第三题:
有一带式输送机的双级斜齿圆柱齿轮减速器(如图(a)所示),功率由带轮输入。
已知带传动为水平布置,V带对轴的作用力为Q=2300N(与Fr1在同一平面,且方向与Fr1相同)。
主动轮1的分度圆直径d1=120mm,Ft1=5000N,Fr1=1800N,Fa1=760N。
计算输入轴的支反力、弯矩、扭矩、当量弯矩,并将弯矩图、扭矩图、当量弯矩图画在题12-4图(b)中。
分析与思考:
在进行轴的疲劳强度计算时,若轴的同一截面有几个应力集中源,则应力集中系数kσ、kτ应取_____?
A各应力集中系数之和B其中较大值C各应力集中系数平均值
第九章滚动轴承
第一题:
某传动装置轴上装有一对6309轴承,两轴承上的径向负荷分别为:
R1=5600N,R2=2500N,FA=1800N,轴的转速为n=1450r/min,预期寿命为Lh′=2500h,工作温度不超过100℃,但有中等冲击。
试校核轴承的工作能力。
若工作能力不满足要求,如何改进?
第二题:
在斜齿圆柱齿轮减速器的输出轴中安装有一对70000AC角接触球轴承。
已知R1=3500N,R2=1800N。
斜齿圆柱齿轮的轴向力FA=1000N。
轴承在常温下工作,载荷有轻微冲击。
试分别按下图两种装配方案,计算两轴承的寿命。
第三题:
蜗轮轴上安装有一对30207轴承,轴承上的负荷分别为R1=5000N,R2=2800N,轴向负荷FA=1000N,工作温度低于125℃,负荷平稳,n=720r/min。
试计算两轴承的寿命。
第四题:
已知双级斜齿圆柱齿轮减速器低速轴上齿轮的分度圆直径d2=215mm,轴向力Fa=560N,圆周力Ft=2190N,径向力Fr=900N,轴颈直径d=35mm,轴的转速n=190r/min。
要求预期寿命Lh′=15000h,轴需正反转工作。
若选用70000AC类轴承,试确定轴承型号。
第五题:
蜗杆轴一端采用两个70000类轴承承受双向轴向力,另一端采用60000类轴承,承受纯径向负荷,轴承布置如题15-11图所示,已知L=250mm,L′>450mm,工作温度约120℃,绘制轴承组合结构图。
第六题:
下图为双级斜齿圆柱齿轮减速器输出轴的轴系结构图,齿轮用油润滑,轴承采用脂润滑。
试分析轴系结构的错误,在有错误处标明序号,说明原因并提出改正方法。
第七题:
图示为小锥齿轮轴的组合结构,采用一对30000类轴承支承,要求刚性较好。
图中设计有多处错误,请用序号标出错误的位置,说明理由,并提出改进方案,画出合理的组合结构图。
第十章滑动轴承
第一题:
选择题
(1)巴氏合金通常用于做滑动轴承的______。
A轴套B轴承衬C轴承座
(2)长径比B/d是滑动轴承的重要设计参数之一,设计时通常取B/d=______。
A1~10B3~5C0.5~1.5
第二题:
填空题
(1)当轴不宜沿轴向安装时,应采用_________式结构的滑动轴承。
(2)若在径向滑动轴承上设计纵向油槽,则当径向载荷相对于轴承不转动时,应将油槽开在上;当径向载荷相对于轴承转动时,应将油槽开在______上。
第三题:
简答题
(1)对滑动轴承的轴瓦材料有哪些具体要求?
如何选用?
(2)在设计液体动压润滑轴承时,为什么要进行热平衡计算?
若计算出的润滑油入口温度过高(t1>45°)时,应如何调整参数来改进设计?
若润滑油入口温度过低(t1<35°时,又应如何调整参数来改进设计?
第四题:
一非液体润滑径向滑动轴承,轴颈直经d=200mm,轴承宽度B=200mm,轴承材料选用ZCuAl10Fe3。
试求:
当轴转速为120r/min时,轴承允许的最大径向载荷。
第五题:
一起重机卷筒轴用非液体摩擦径向滑动轴承支承。
已知径向工作载荷F=100kN,轴颈直径d=90mm,转速n=90r/min。
试设计此滑动轴承,并选择润滑剂牌号。
第六题:
有一电机主轴轴承,其转速n=960r/min,,轴颈直径d=160mm,承受的径向载荷F=60kN,载荷方向一定,工作情况平稳,轴承包角α=180°,采用正剖分式结构。
试设计此液体摩擦径向滑动轴承。
分析与思考:
1.非液体摩擦滑动轴承适用于何种场合?
验算p、pv、v值的意义各是什么?
2.滑动轴承润滑的目的是什么?
常用的润滑剂有哪些种类?
润滑剂牌号如何选择?
3.设计液体动压润滑轴承时,若其最小油膜厚度不能满足轴承可靠工作条件时,如何调整参数改进其设计?
第十一章联轴器
第一题:
填空题
(1)联轴器和离合器是用来______部件;制动器主要用来_______的装置。
(2)用联轴器联接的两轴______分开;而用离合器联接的两轴在机器工作时_______。
(3)挠性联轴器按其组成中是否具有弹性元件,可分为_______联轴器和_______联轴器两大类。
(4)两轴线易对中、无相对位移的轴宜选________联轴器;两轴线不易对中、有相对位移的长轴宜选____________联轴器;启动频繁、正反转多变、使用寿命要求长的大功率重型机械宜选_____联轴器;启动频繁、经常正反转、受较大冲击载荷的高速轴宜选_____联轴器。
(5)牙嵌离合器一般只能在________或________时进行接合。
(6)摩擦离合器靠_______来传递扭矩,可在________时实现接合或分离.
第二题:
试选择一电动机输出轴用联轴器,已知:
电机功率P=11kW,转速n=1460r/min,轴径d=42mm,载荷有中等冲击。
确定联轴器的轴孔与键槽结构型式、代号及尺寸,写出联轴器的标记。
第三题:
某离心水泵与电动机之间选用弹性柱销联轴器连接,电机功率P=22kW,转速n=970r/min,两轴轴径均为d=55mm,试选择联轴器的型号,并绘制出其装配简图。
第四题:
某机床主传动机构使用多盘摩擦离合器,已知:
传递功率P=5kW,转速n=1200r/min,摩擦盘材料均为淬火钢,主动盘数为4,从动盘数为5,结合面内径D1=60mm,外径D2=100mm,试求所需的操纵轴向力FQ?