機(jī)械設(shè)計例題PPT演示文稿

1、1機(jī)械設(shè)計例題機(jī)械設(shè)計例題2例例: 某轉(zhuǎn)動心軸，其危險剖面上的平均應(yīng)力為某轉(zhuǎn)動心軸，其危險剖面上的平均應(yīng)力為 m = 20 mpa，應(yīng)力幅，應(yīng)力幅 a = 30 mpa，試求最大，試求最大應(yīng)力應(yīng)力 max 、最小應(yīng)力、最小應(yīng)力 min 和循環(huán)特性和循環(huán)特性 r。解解: 最大應(yīng)力為最大應(yīng)力為 max =m + a = 20 + 30 = 50 mpa 最小應(yīng)力為最小應(yīng)力為 min = m - a = 20 - 30 = -10 mpa 循環(huán)特性為循環(huán)特性為 該變應(yīng)力為非對稱循環(huán)變應(yīng)力。該變應(yīng)力為非對稱循環(huán)變應(yīng)力。3例例: 某靜止構(gòu)件受彎曲應(yīng)力某靜止構(gòu)件受彎曲應(yīng)力 b150 mpa，扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)

2、力剪應(yīng)力 r50 mpa；材料為；材料為35鋼（鋼（b540 mpa，s320 mpa）。試分別用第一、三、四）。試分別用第一、三、四強(qiáng)度理論求計算應(yīng)力強(qiáng)度理論求計算應(yīng)力 ca，并校核靜強(qiáng)度是否安，并校核靜強(qiáng)度是否安全？用哪個強(qiáng)度理論較為合理？全？用哪個強(qiáng)度理論較為合理？ 解解: （1）求材料的許用拉應(yīng)力）求材料的許用拉應(yīng)力由于由于 s/b = 3205400.593，按表用內(nèi)插法得，按表用內(nèi)插法得許用拉應(yīng)力許用拉應(yīng)力 mpa4（2）按第一、三、四強(qiáng)度理論求計算應(yīng)力）按第一、三、四強(qiáng)度理論求計算應(yīng)力 ca 按第一強(qiáng)度理論得按第一強(qiáng)度理論得 mpa 按第三強(qiáng)度理論得按第三強(qiáng)度理論得 mpa 按第

3、四理論強(qiáng)度得按第四理論強(qiáng)度得 mpa5（3）結(jié)論）結(jié)論 由于許用拉應(yīng)力由于許用拉應(yīng)力 212 mpa 均大于按第均大于按第一、三、四強(qiáng)度理論所求得的計算應(yīng)力一、三、四強(qiáng)度理論所求得的計算應(yīng)力 ca，所，所以該構(gòu)件強(qiáng)度足夠，較為安全。但由于以該構(gòu)件強(qiáng)度足夠，較為安全。但由于35鋼塑性鋼塑性較好，故用三、四強(qiáng)度理論較合理。較好，故用三、四強(qiáng)度理論較合理。6例例:如圖所示，某軸受彎矩如圖所示，某軸受彎矩 m 作用。作用。已知：材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，已知：材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其抗拉強(qiáng)度極限其抗拉強(qiáng)度極限 b =600 mpa；d =60 mm；d =55 mm；r =1.5 mm；表面精車削加工表面

4、精車削加工（表面粗糙度（表面粗糙度ra =1.6 m）；）；調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理。求過渡圓角處的有效應(yīng)力集中求過渡圓角處的有效應(yīng)力集中系數(shù)系數(shù) k 、絕對尺寸系數(shù)、絕對尺寸系數(shù) 和表面狀態(tài)系數(shù)和表面狀態(tài)系數(shù) 。7解解: （1）有效應(yīng)力集中糸數(shù)）有效應(yīng)力集中糸數(shù) k 為求（為求（dd）/r = 3.33 及及 r/d = 0.0273 參數(shù)下的參數(shù)下的 k 值，須先從表中查出值，須先從表中查出（dd）/r = 2 以及以及 r/d = 0.02 和和0.03下的下的k值，然值，然后通過插值計算才可求得所要求的后通過插值計算才可求得所要求的 k 值。值。8計算步驟如下：計算步驟如下： 查表，在（查表

5、，在（dd）/r =2 和和 b = 600 mpa 條件下，條件下，r/d = 0.02 時，時，k = 1.47，r/d = 0.03 時，時，k = 1.67；通過內(nèi)插法可求得（；通過內(nèi)插法可求得（dd）/r = 2，r/d = 0.0273時的應(yīng)力集中系數(shù)為時的應(yīng)力集中系數(shù)為:9 再查表，在（再查表，在（dd）/r = 4 和和 b = 600 mpa 條條件下，件下，r/d = 0.02 時，時，k =1.86，r/d = 0.03時，時，k =1.88；通過內(nèi)插法可求得（；通過內(nèi)插法可求得（dd）/r = 4，r/d = 0.0273時的應(yīng)力集中系數(shù)為時的應(yīng)力集中系數(shù)為:最后再通過

6、內(nèi)插法計算即可求得（最后再通過內(nèi)插法計算即可求得（dd）/r 3.33 和和 r/d = 0.0273 時的有效應(yīng)力集中系數(shù)為時的有效應(yīng)力集中系數(shù)為:10（2）絕對尺寸糸數(shù)）絕對尺寸糸數(shù) 查表，當(dāng)查表，當(dāng) d55 mm，材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼時，材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼時， = 0.81。（3）表面狀態(tài)系數(shù)）表面狀態(tài)系數(shù) 查表，當(dāng)材料的查表，當(dāng)材料的 b600 mpa 及表面精車削加及表面精車削加工（工（ra1.6 m）田寸，）田寸，0.95。 在疲勞強(qiáng)度計算中，應(yīng)根據(jù)具體晴況選取在疲勞強(qiáng)度計算中，應(yīng)根據(jù)具體晴況選取 值。值。11例例:一優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼零件，其一優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼零件，其b560 mpa，s28

7、0 mpa，-1250 mpa。承受工作變應(yīng)力。承受工作變應(yīng)力 max155 mpa，min30 mpa。零件的有效。零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)應(yīng)力集中系數(shù) k = 1.65，絕對尺寸系數(shù)，絕對尺寸系數(shù) = 0.81，表面狀態(tài)系數(shù)表面狀態(tài)系數(shù) =0.95（精車）。如取許用安全系（精車）。如取許用安全系數(shù)數(shù)s1.5。校核此零件的強(qiáng)度是否足夠。校核此零件的強(qiáng)度是否足夠。解解 （1）計算應(yīng)力幅和平均應(yīng)力）計算應(yīng)力幅和平均應(yīng)力 應(yīng)力幅應(yīng)力幅 mpa平均應(yīng)力平均應(yīng)力 mpa12（2）計算疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)）計算疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)椐表查得等效系數(shù)椐表查得等效系數(shù)0.30（拉壓應(yīng)力，車削表（拉壓應(yīng)力，車削表面）面）

8、,計算安全系數(shù)為計算安全系數(shù)為: （3）計算靜強(qiáng)度安全系數(shù)）計算靜強(qiáng)度安全系數(shù): 由上述計算結(jié)果可知，該零件的疲勞強(qiáng)度和靜強(qiáng)由上述計算結(jié)果可知，該零件的疲勞強(qiáng)度和靜強(qiáng)度安全系數(shù)均大于許用安全糸數(shù)度安全系數(shù)均大于許用安全糸數(shù)s1.5，故零，故零件強(qiáng)度足夠。件強(qiáng)度足夠。13例例: 一轉(zhuǎn)軸受規(guī)律性非穩(wěn)定非對稱循環(huán)變應(yīng)力作用，一轉(zhuǎn)軸受規(guī)律性非穩(wěn)定非對稱循環(huán)變應(yīng)力作用，其各級變應(yīng)力的其各級變應(yīng)力的a和和m初的名義值見下表的第初的名義值見下表的第二、第三列。各級變應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)見第四列。二、第三列。各級變應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)見第四列。材料力材料力45鋼調(diào)質(zhì)，鋼調(diào)質(zhì)，-1250mpa，m9，n0107。k = 1

9、.76， = 0.78，表面狀態(tài)糸數(shù)，表面狀態(tài)糸數(shù) =0.95，0.34。許用安全糸數(shù)。許用安全糸數(shù)s1.5。求。求該軸的計算安全糸數(shù)該軸的計算安全糸數(shù)s。應(yīng)力級序號應(yīng)力幅a平均應(yīng)力m循環(huán)次數(shù)ni1231201109020202031047104410614解解: （1）計算各級變應(yīng)力的當(dāng)量應(yīng)力）計算各級變應(yīng)力的當(dāng)量應(yīng)力i i 的計算結(jié)果見下表的第五列。的計算結(jié)果見下表的第五列。應(yīng)力級序號應(yīng)力幅a平均應(yīng)力m循環(huán)次數(shù)ni當(dāng)量應(yīng)力i12312011090202020310471044106292268220.615（2）求當(dāng)量應(yīng)力循環(huán)次數(shù)）求當(dāng)量應(yīng)力循環(huán)次數(shù)nv 因因 3 小干材料的小干材料的-1

10、，故對零件不會造成疲勞損，故對零件不會造成疲勞損傷，在求傷，在求nv時不計入。時不計入。 （3）求壽命糸數(shù)）求壽命糸數(shù)kn（4）求計算安全糸數(shù)）求計算安全糸數(shù)s結(jié)論：該轉(zhuǎn)軸疲勞強(qiáng)度足夠安全。結(jié)論：該轉(zhuǎn)軸疲勞強(qiáng)度足夠安全。16例例:如圖如圖a所示的鑄鐵（所示的鑄鐵（ht150）支架，用一組螺栓固定在）支架，用一組螺栓固定在鋼制底座上，支架軸孔中心受一斜力鋼制底座上，支架軸孔中心受一斜力p10000 n，p力力與水平面的夾角與水平面的夾角30，軸孔中心高度，軸孔中心高度 h250 mm，底板尺寸底板尺寸l1200 mm，l2400 mm，l3150 mm，螺，螺栓孔中心距栓孔中心距 l320 mm

11、。試求螺栓所受的最大軸向總載。試求螺栓所受的最大軸向總載荷，并校核螺栓組聯(lián)接接合面的工作能力。荷，并校核螺栓組聯(lián)接接合面的工作能力。 17解解 （1）螺栓受力分析）螺栓受力分析 將斜力將斜力p 分解為水平分力分解為水平分力px 和垂直分力和垂直分力pz；再；再將水平分力將水平分力px簡化到接合面上，得翻轉(zhuǎn)力矩簡化到接合面上，得翻轉(zhuǎn)力矩m 和作用在接合面上的橫向力和作用在接合面上的橫向力px。支架螺栓組共受。支架螺栓組共受以下諸力和力矩作用：以下諸力和力矩作用： 軸向力（作用干螺栓組形心，垂直向上）軸向力（作用干螺栓組形心，垂直向上） n 橫向力（作用于接合面，水平向右）橫向力（作用于接合面，水

12、平向右） n 翻轉(zhuǎn)力矩（繞翻轉(zhuǎn)力矩（繞o 軸，順時針方向）軸，順時針方向） n.mm18計算每個螺栓所需要的預(yù)緊力計算每個螺栓所需要的預(yù)緊力qp。 px 要使底板向右滑移，受到聯(lián)接接合面摩擦力要使底板向右滑移，受到聯(lián)接接合面摩擦力的阻擋。預(yù)緊力的阻擋。預(yù)緊力qp使接合面間產(chǎn)生摩擦力。使接合面間產(chǎn)生摩擦力。px 使預(yù)緊力減小。使預(yù)緊力減小。m 對摩擦力無影響，因在對摩擦力無影響，因在m作用作用下，底板右部的壓力雖然增犬，但其左部的壓力下，底板右部的壓力雖然增犬，但其左部的壓力卻以同樣程度減小?？紤]卻以同樣程度減小?？紤]pz 對預(yù)緊力的影響可對預(yù)緊力的影響可得底扳不滑移條件為得底扳不滑移條件為:

13、取取kf 1.2，f0.15（鑄鐵對干燥加工表面，無（鑄鐵對干燥加工表面，無墊片）墊片）,則則: n19計算螺栓的工作拉力。在垂直拉力計算螺栓的工作拉力。在垂直拉力pz作用下，作用下，螺栓所受到的工作拉力螺栓所受到的工作拉力: n 在翻轉(zhuǎn)力矩在翻轉(zhuǎn)力矩m作用下，螺栓所受到的工作拉力作用下，螺栓所受到的工作拉力: n 故總工作拉力為故總工作拉力為: n計算螺栓總拉力。計算螺栓總拉力。 n20（2）校核螺栓組聯(lián)接接含面的工作能力）校核螺栓組聯(lián)接接含面的工作能力檢查受載時鑄鐵底板右邊緣處走否壓潰檢查受載時鑄鐵底板右邊緣處走否壓潰 式中式中, 接合面有效面積為接合面有效面積為 m2接合面的有效抗彎剖面

14、模量為接合面的有效抗彎剖面模量為 m3代入得代入得 mpa查表知鑄鐵（查表知鑄鐵（ht150）的許用擠壓應(yīng)力為）的許用擠壓應(yīng)力為 mpa由于由于pmax p，故接合面右邊緣處不致壓潰。，故接合面右邊緣處不致壓潰。21檢查受載時底板左邊緣處走否出現(xiàn)間隙檢查受載時底板左邊緣處走否出現(xiàn)間隙故接合面左邊緣處不會產(chǎn)生間隙。故接合面左邊緣處不會產(chǎn)生間隙。22例例:試選定蝸輪與軸的鍵聯(lián)接。試選定蝸輪與軸的鍵聯(lián)接。已知：蝸輪為已知：蝸輪為8級精度，蝸輪輪轂材料為級精度，蝸輪輪轂材料為ht200，軸的材料為軸的材料為45鋼，蝸輪與軸的配合直徑為鋼，蝸輪與軸的配合直徑為50 mm，蝸輪輪轂長為蝸輪輪轂長為80 m

15、m，傳遞轉(zhuǎn)矩，傳遞轉(zhuǎn)矩t480 nm。載荷平穩(wěn)。蝸輪沿軸向固定。載荷平穩(wěn)。蝸輪沿軸向固定。23解解: （1）選擇鍵聯(lián)接的類型及其尺寸）選擇鍵聯(lián)接的類型及其尺寸 由于蝸輪為由于蝸輪為8級精度要求有較高的對中性，故選用平鍵級精度要求有較高的對中性，故選用平鍵聯(lián)接。又因是靜聯(lián)接，選圓頭普通平鍵，由手冊查得，聯(lián)接。又因是靜聯(lián)接，選圓頭普通平鍵，由手冊查得，當(dāng)當(dāng)d4450 mm 時，鍵的剖面尺寸為：寬時，鍵的剖面尺寸為：寬 b14 mm，高高 h9 mm。參考輪轂長度選鍵長。參考輪轂長度選鍵長l70 mm。鍵的材。鍵的材料選料選45鋼。鋼。（2）鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計算）鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計算 聯(lián)接的失效形式是軸、輪

16、轂和鍵三個零件中較弱零件的聯(lián)接的失效形式是軸、輪轂和鍵三個零件中較弱零件的壓潰和鍵的剪斷。由于蝸輪輪轂材料是鑄鐵，故應(yīng)按輪壓潰和鍵的剪斷。由于蝸輪輪轂材料是鑄鐵，故應(yīng)按輪轂進(jìn)行擠壓強(qiáng)度校核計算。鍵的工作長度轂進(jìn)行擠壓強(qiáng)度校核計算。鍵的工作長度llb701456 mm，由表查得聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力，由表查得聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力 p80 mpa（因載荷平穩(wěn)，取大值）。得鍵聯(lián)接工作面上的擠（因載荷平穩(wěn)，取大值）。得鍵聯(lián)接工作面上的擠壓應(yīng)力壓應(yīng)力 mpa 由于由于 p p，故所選鍵聯(lián)接強(qiáng)度足夠。，故所選鍵聯(lián)接強(qiáng)度足夠。24例例: 在圖示的夾緊聯(lián)接中，柄部承受載荷在圖示的夾緊聯(lián)接中，柄部承受載荷p600 n

17、，柄長柄長l350 mm，軸直徑，軸直徑db60mm，螺栓個數(shù)，螺栓個數(shù) z2，接合面摩擦系數(shù)，接合面摩擦系數(shù) f0.15，試確定螺栓直，試確定螺栓直徑。徑。25解解:按夾緊面受集中壓力按夾緊面受集中壓力r 考慮?？紤]。 （1）求預(yù)緊力）求預(yù)緊力qp 取可靠性系數(shù)取可靠性系數(shù) kf 1.2，根據(jù)平衡條件，則，根據(jù)平衡條件，則 frdb，kf pl所以所以 : n n（2）確定螺栓直徑）確定螺栓直徑 螺栓機(jī)械性能等級為螺栓機(jī)械性能等級為8.8，則屈服強(qiáng)度極限，則屈服強(qiáng)度極限 s640 mp。 查表取查表取s1.5，螺栓材料的許用應(yīng)力為，螺栓材料的許用應(yīng)力為: mpa 螺栓的最小直徑為螺栓的最小直

18、徑為: mm 查粗牙普通螺紋基本尺寸標(biāo)準(zhǔn)查粗牙普通螺紋基本尺寸標(biāo)準(zhǔn)gb19681，選用，選用m10的螺拴，其小的螺拴，其小徑徑d18.3767.37 mm。 26例例: 設(shè)計一帶式輸送機(jī)中的普通設(shè)計一帶式輸送機(jī)中的普通v帶傳動，裝于電帶傳動，裝于電動機(jī)與減速器之間。電動機(jī)為鼠籠式異步交流電動機(jī)與減速器之間。電動機(jī)為鼠籠式異步交流電機(jī)，輸出功率為機(jī)，輸出功率為 6kw，滿載轉(zhuǎn)速為，滿載轉(zhuǎn)速為1450 r/mim，從動軸轉(zhuǎn)速，從動軸轉(zhuǎn)速n2500 r/min，單班工作，單班工作，傳動水平布置。傳動水平布置。解解: 按步驟進(jìn)行。按步驟進(jìn)行。 設(shè)計結(jié)果為：設(shè)計結(jié)果為： a型，型，z5，ld1600 m

19、m，dd1112 mm，dd2315 mm， a445 mm（amax503 mm, amin431 mm），），f0139 n，q1352 n。27設(shè)計過程如下：設(shè)計過程如下：（1）確定設(shè)計功率）確定設(shè)計功率pc 由表查得工作情況系數(shù)由表查得工作情況系數(shù)ka1.1，故，故 pcka p1.166.6 kw（2）選?。┻x取v帶型號帶型號 根椐根椐pc，nl 由圖確定。因工作點處于由圖確定。因工作點處于a型區(qū)型區(qū),故選故選a型。型。28（3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑）確定帶輪基準(zhǔn)直徑dd1，dd2選擇小帶輪直徑選擇小帶輪直徑dd1 由表確定，由于占用空間限由表確定，由于占用空間限制不嚴(yán)，取制不嚴(yán)，取dd

20、1ddmin對傳動有利，按表取標(biāo)準(zhǔn)對傳動有利，按表取標(biāo)準(zhǔn)值。取值。取dd1112 mm。 驗算帶速驗算帶速v: m/s 在在525m/s，故合乎要求。，故合乎要求。確定從動輪基準(zhǔn)直徑確定從動輪基準(zhǔn)直徑dd2 : mm查表取標(biāo)準(zhǔn)值查表取標(biāo)準(zhǔn)值 dd2315 mm。實際從動輪轉(zhuǎn)速實際從動輪轉(zhuǎn)速 n2 和實際傳動比和實際傳動比 i不計不計影響，若算得影響，若算得n2與預(yù)定轉(zhuǎn)速相差與預(yù)定轉(zhuǎn)速相差5%為允許。為允許。 r/mim （誤差（誤差 3.2%）29（4）確定中心距）確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度和帶的基準(zhǔn)長度ld 初定中心距初定中心距a0 本題目沒有給定中心距，故自定。本題目沒有給定中心距，故自定

21、。取取a0為為500 mm。確定帶的計算基準(zhǔn)長度確定帶的計算基準(zhǔn)長度lc : mm取標(biāo)準(zhǔn)取標(biāo)準(zhǔn) ld 按表取按表取 ld 1600 mm。確定中心距確定中心距a : mm 調(diào)整范圍：調(diào)整范圍： mm mm30（5）驗算包角）驗算包角 120,符合要求符合要求31（6）確定帶根救）確定帶根救 z 單根單根 v帶所能傳遞的功率帶所能傳遞的功率: kw包角系數(shù)包角系數(shù)ka:由表查得由表查得: rad/s l01700 mm32v帶的根數(shù)帶的根數(shù) z取取 z = 533（7）確定初拉力）確定初拉力f0: n式中式中 q 由表查得由表查得 q = 0.1 kg/m。（8）計算壓軸力）計算壓軸力 q :

22、n(9) 帶的結(jié)構(gòu)設(shè)計（略）帶的結(jié)構(gòu)設(shè)計（略）34例例: 已知一普通已知一普通v帶傳動，用鼠籠式交流電機(jī)驅(qū)帶傳動，用鼠籠式交流電機(jī)驅(qū)動，中心距動，中心距a 800 mm，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n11460 r/min，n2650 r/min，主動輪基準(zhǔn)直徑，主動輪基準(zhǔn)直徑dd1125 mm，b型帶三根，棉簾布結(jié)構(gòu)、載荷平穩(wěn)、兩班制工型帶三根，棉簾布結(jié)構(gòu)、載荷平穩(wěn)、兩班制工作。試求此作。試求此v帶傳動所能傳遞的功率帶傳動所能傳遞的功率p。解：解： 由表查得：由表查得： l02240 mm35 mm，取，取 dd2280 mm。 mm取取 ld = 2240 mm rad/s36查表ka =1.10故此v帶所能傳遞的功率kw37例例: 設(shè)計一均勻加料膠帶輸送機(jī)用的滾子鏈傳動。設(shè)計一均勻加料膠帶輸送機(jī)用的滾子鏈傳動。已知條件為：傳動功率已知條件