機械設計習題答案1

1、2-7 一破碎機用普通V帶傳動。已知電動機額定功率 45. 5kW,轉(zhuǎn)速n<= 1400r/min, 傳動比2 = 2,兩班制工作，希塑中心距不超過600 mm。試設計此V帶傳動。解：1）確定計算功率口兩班制工作，即每夭工作16小時，由表2-5查得工況系數(shù)KP.5,故 pt5X5. 5=8. 25kW2）選擇普通V帶的型號根據(jù)尸尸5. 5kW、A=1400r/min.由圖2-7初步選用B型帶。3）選取帶輪基準直徑心和血由表26取也二140mm，并取£二0. 02,由式（2-9）得dd2 =iddl（l-ff） = 2x140x（1-0.02） mil = 274.4 irm由表

2、2-6取最接近的標準系列值：Z二280mm。4）騎算帶速rdini xl40xl400v = =m/s =10.26 iii/s60x100060x1000因卩在525m/s范圉內(nèi)，故帶速合適。5）確定中心距"和帶的基準長度厶由式（2-15）,初定中心距N的取值范圍是：0. 7 （cZft + 么）W a。W2 （心+血） mm294 iron W 比 W840 nun初選中心距= 600 mmc 由式（2-16）計算所需帶長：加.+ 蘭（d“ + <2）+（厶-dJ= 2 x 600 + 土 x （140 + 280）+（"°小叮=1867 57mm2他2

3、4x600査表2-4,選取基準長度幾=1800 mmo根據(jù)式（2d ,計算實際中心距:a « a0 + (Ld - Ld0)/2 = 600 + (1800-1867.57)/2 « 566 mm6）驗算小帶輪包角“由式（2-18）得a =180°- dd3 " d<u x 57 3° =180°- 280 143 x 57 3° «165 8° > 120° (合適) a5667) 確定帶的根數(shù)已知 么二 140mm, i=2 » v=10. 26m/s,查表 2-1 得

4、 A 二 2. 82kW,查表 22 得只二0. 22kW； 因。,二1658° ,査表23得 乩二0.96：因厶戶1800mm,查表2-4得£二095。由式(2-19)得z>即（滬帆）©%825(2.82+ 0 22)x0 96x0 95= 2 98取z = 3根。1#8）確定初拉力人由式（2-20）得單根普通V帶的初拉力：F嚴 500x（a K調(diào)+卅=500><3一 096）x825 +0 17x10 263 « 233 N0Kazv 40 96x3x10.269）計算壓軸力尺由式（2-21）,得壓軸力:Fq = 2zF0 sin

5、字=2x3x233xsin a 1387N10）帶輪的結(jié)構設計（略）2-9試設計某往復式圧氣機上的滾子鏈傳動。己知電動機轉(zhuǎn)速7=960 r/min,傳遞的 功率Q5.5kW,壓氣機的轉(zhuǎn)速a=330 r/min,我荷較平穩(wěn)。解：1) 選擇鏈輪齒數(shù)傳動比i = nx / 71=960/330=2. 9o根據(jù)鏈輪齒數(shù)取奇數(shù)的原則，并由表2-11選小鏈輪 齒數(shù)z,二25。人鏈輪齒數(shù)=2=2.9X25=73,取乙120,合適。2) 初定中心距，確定鏈節(jié)數(shù)厶由 尸(3050巾，初定中心距 第40p。根據(jù)式(2-27 ),則鏈節(jié)數(shù)L 二如+少7 p_ = "40卩 +【5 + 73 =(73-?5

6、丫 _g_ = 3°46 節(jié)戸p 2 I 2”丿兔P2 I勿丿40p圓整成偶數(shù)，則取L. =132節(jié)。3) 計算所需的額定功率、確定鏈的型號和節(jié)距根據(jù)式(2-26)P.N 2k,kzkl已知鏈傳動工作平穩(wěn)，電動機驅(qū)動，由表2-9選兀二1.0：初選單排鏈，由表210查得多排鏈系數(shù)K t =1. 0：先假設選型點位于功率曲線頂點的左側(cè)，則齒數(shù)系數(shù)Kt- (z*/19 ) -= (25/19 ) l0'=l. 345；鏈長系數(shù)區(qū)二(4/100) *= (132/100) "二1. 075。因此，得單排鏈所盂的額定功率為哄曇-根據(jù)a、j 査圖2-14,選擇滾子鏈型號為08A

7、,由表2弋知其節(jié)距p二12. 70mm。選型 點落在功率曲線頂點的左側(cè)，與假設相符。4) 計算鏈長厶和中心距a鏈長 L= p L9 71000=132 X 12. 7/1000=1. 676 m根據(jù)式(2-28),517 96 mm由J中心距是可調(diào)整的，調(diào)整量般為M2p =2X 12. 7mm:25. 4mm則由式(2-29)得實際安裝中心距 訂=a-Aa = (517. 9625. 4) nun "492.56mm5) 計算平均鏈速卩和壓軸力耳平均鏈速 v= ni2iP = 960x25xl27m/s = 5.08m/S60x100060000根據(jù)式(2-30),壓軸力尺仃.21.

8、3) F,取陽1.3 F,則而 1. 3 尸=1. 3 X 1000% =1.3X1000X5. 5/5. 08 N =1407. 48 N6) 選擇潤滑方式根據(jù)鏈速v=5. 08m/s,鏈節(jié)距p=12.7,按圖2-15,鏈傳動選擇油浴或E濺潤滑方式。7) 鏈輪兒何尺寸計算及零件圖設計(略)設計結(jié)果：滾子鏈型號08A-1X132 GB1243. 1-83,節(jié)距p=12. 7 mm,單排鏈，鏈節(jié)數(shù)£,=132節(jié)，鏈輪齒數(shù)7=25, N二73,實際安裝中心距討=359 mm。3-4設兩級斜齒隕I柱齒輪減速器的已知條件如題34圖所示，試問：錯誤!未找到引 用源.低速級斜齒輪的螺旋線方向應如

9、何選擇才能使中間軸卜.兩齒輪的軸向力方向相反；錯 誤!未找到引用源.低速級螺旋角“應取多大才能使口間軸上兩個齒輪的軸向力互相抵消。險=Fa3 Ft2tg/?2 = Ft3tg/73 Ft3 =學ChTkE-丁噸“廠于tg03d2d3門ds ”5x17/cos 角x 門5 x cosl5°壇風 = tg/7 = =*tgl5°才 3dW3x51/cos/?,*9xcos0,sill03 = |x Siiil5° T 03 = 8.2671° = 8O161M也34用3-7已知單級閉式斜齒圓柱齒輪傳動的E=10kW. nx=1210r/min, u = i二

10、4.3,電動 機驅(qū)動，雙向運轉(zhuǎn)，中等沖擊載荷，設小齒輪用40MnB調(diào)質(zhì)，大齒輪用45鋼調(diào)質(zhì)，zt=21, 試設計此單級斜齒圓柱齒輪傳動。解：1）計算許用應力（1）選擇齒輪材料、熱處理方式小齒輪：4OKhB調(diào)質(zhì)，硬度為24廣286HBS：大齒輪：45鋼，調(diào)質(zhì)處理,硬度為217255HBS。 取小齒輪齒面硬度為280HBS,大齒輪為24OHBS。（2）確定許用應力確定極限應力°g»和°n»按齒而硬度查圖3-6得.<7i=750MPa. S¥580MPa：齒輪雙向運轉(zhuǎn)，査圖37得,產(chǎn)310 X0. 7=217MPa, =220 X0. 7=15

11、1MPa<按無限壽命計算、壽命系數(shù)Zni=Zn2=1、=VN2 =1計算許用應力由式(3-1)得由表 3-2®SHnm=l,SFmn=14obHhm2 Z>(2580x1T=580 MPa由式(32)得217x2x1L4-= 310 MPa"Fhm?Sfkw154x2x11.4=220 MPa52) 分析失效形式、確定設計準則軟齒面閉式齒輪傳動，應按齒面接觸疲勞強度進行設計，確定主要參數(shù)，然后再校核輪 齒的彎曲疲勞強度。3) 初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸(1) 小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩= 9 55x106 4=955x106 xH3=78925(2) 選擇齒輪傳動的

12、精度等級初佔齒輪圓周速度 卩W4m/s,由表3-3初步選用8級精度。(3) 初選參數(shù)初選：0=12° , z,=26, Zi - ztu - 26X4. 3=112» xt= x: = 0,由表 36 取 化=1。(4) 初步計算齒輪的主要尺寸因電機驅(qū)動，工作機圧租中等沖擊,竹整3仁衍Ka-國齒輪速度不高,取瓦=105_取住1. 1 Kg1.13, %12匕則K 一 瓦辱理 一 1 xl.05 xl.13x 1.2 - 1.424 ° 由圖 3 瑪工查得ZH = 2.45:查表 3_5得Ze = 189 8VJ藥；IRZr =0.8: J = JcosQ = Jc

13、osl2。= 0.989 : 5 二叫=580MPa。由式(3-14),可初步計算出齒輪的分度圓直徑d.他等主要參數(shù)和兒何尺寸:2.45 X189.8x 0.8 x 0.989、. 2xl.4x 78925 r15804.3 + 14.3= 47.85 7 mm収標準模數(shù)mn = 2min,26di cos B 47.857 x cos 12° .門 叫=1.8 linn則中心距"為（分小17話F（E21）= 14T圓整后?。篴 = 145 mm。調(diào)整螺旋角:aiccos噸彳+6）1T=aiccos書嚴十52期計算分度圓直色黔2X26=54.638nnncosl7°

14、;52'33”叫6才 cos fl2x112cosl7°5233M=235.362 nun6#（注意：螺旋角0應精確到'秒分度圓直徑今少要精確到小數(shù)點后兩位 11兩齒輪分度圓半徑之和應等于閲整后的中心距，即（d+d）/ 2二a二145 mm。） iiirdi 1210xx54.638z “二居 tlv = - = 3.47nVs與估計值相近。60000 60000計算齒寬：大齒輪 b=b二化么二lX54.638mm=55iran；小齒輪 厶二/%+（510） = （55 + 5）mm=60mm.4）驗算輪齒的彎曲疲勞強度按式（3-4-15）驗算輪齒的彎曲疲勞強度。計算

15、當量齒數(shù)/爲二品莎mf =壽刁= CoS317°52-33»=13°#計算彎曲應力:査圖 3均坦得，8尸2.54 =2. 18：圖 3-3019,=1. 62>=1. 79；取 K=0. 7> Y0=0.9。2KTbd皿oxl 4x7835 x254xl 62x0 7x0.9MPa=95 3MPav%55x54 638x2W1=95 3x - El 79 卜畑=904MPa<g254x1 625）結(jié)構設計并繪制齒輪零件工作圖（略）4一3手動絞車采用圓柱蝸桿傳動。已知m = 8nimZj=l d=80mm.>=40 卷 筒直徑WD = 200

16、mm。試問：欲使重物W上升lm,蝸桿應轉(zhuǎn)多少轉(zhuǎn)？（2）蝸桿與蝸輪嚙合的當量摩擦系數(shù)fv = 0.18,該蝸桿傳動能否口鎖？（3）若巫物W = 5kN> T搖時施加的力F=100N, T-柄轉(zhuǎn)臂的長度1應取多少？解：(1) 設上升高度為h (=lm),蝸輪轉(zhuǎn)角0,蝸輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)為n2h = R8 &二 h/R n. = = -= = 1.59 轉(zhuǎn)In R2兀 100 x 2 x-11】 =i»n2 = 40x1.59 = 63.66轉(zhuǎn)z m x 8(2) tg/ = = 0.1 vtgpv= fr = 0.18.7<pv 蝸桿能自鎖d 80(3) T廠=i；7Fl

17、= ¥wto y0 1rj = (0.95 0.96) x N=0.95 x= 0.333 0.34tg(/+pj0.285=367 375nun200 x 50002x40x(0.33 0.34)x1004一5設計一起重設備用的普通圓柱蝸桿傳動，我荷有中等沖擊。蝸桿軸由電動機驅(qū)動，傳 遞功率A=10kW, /i=1470 r/min, a二120 r/min,連續(xù)工作，每人工作8小時，要求工作壽 命10年（每年工作300人）。解：1. 選擇蝸桿、蝸輪材料和熱處理方式及稱度等級蜩桿材料選40Cr,表面淬火，齒面硬度4555HRC；蝸輪輪緣材料ZCuSnlOPl,砂模鑄造。 估計旳W5

18、 m/s,故選取8級精度（GB10085-88）。2. 許用接觸應力<7曲 査表4-5得O'hp = 200MPJU按每年工作300人計算。應力循環(huán)次數(shù) N = 60n2th =60x120x8x300x10 = 1.728x10s蝸輪壽命系數(shù)ZN = s = s=0.7V N V1.728xlOs許用接觸應力 =ZNcrHP = 0.7 x 200 = 140 MPa3. 確定蝸桿頭數(shù)及蝸輪齒數(shù)Zp 7由表4一9,取Zj = 4 ：則 =i Z =12.25x4 = 494. 按齒面接觸疲勞強度設計1) 作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩壬按可=4,估取0 = 0.9,則T. =T i r/

19、= 9.55xIO6 xX12.25x0.9 = 716250 N nun-14702) 確定我荷系數(shù)K因我荷平穩(wěn)，取Ka = 1.1o3) 彈性系數(shù)Z銅蝸輪與鋼蝸桿相配，則ZE = 1604) 確定模數(shù)m、蝸桿分度圓直徑d及蝸輪分度圓直徑d?由式(414)： nr >9KaT>( Zg )2 =9 x1.1 x716250 x (160) 3= 3857.4 nun3-z3aHP49x140查表 4 It 并考1S 參數(shù)匹配，取 nrdj = 4032 >3857nmi3 時，m=8mm, dj = 63 nmi»Z = 4 q= 7.875。cL = m z-&

20、gt; = 8 x 49 = 392 nun。 5) 計算蝸輪圓周速度w與估計值相符。7T3.14x392x120.v* = 2.46 ni/s < 5ni/s-60x1000600006) 確定中心距aa = 0.5(4 + )=0.5 x (63 + 392) = 227.5 nun7) 確定導程角rz 114 y 8/ = ar ct ail()=aictaii() = 26°54rl 8Md635. 熱平衡計算1) 滑動速度wn dj】60000 cos/才 x63xl47060000 x cos26°54r18n=5.44 m/s2) 當屋摩擦角幾由表4一8

21、得幾= 1°2(T3) 總效率由式(4-18)得 =0.95 x =° 95 x晉6畑詈=Q 899tg(7 +幾)tg(26°54r18tt+l°20r)4) 估算箱體散熱面枳由式（4-20）得A= 0.33（丄）175 = 0.33 x（竺2）175 =1.39 ill3100 1005）驗算工作油溫取壞境溫度“=20C、散熱系數(shù)K=15 W/（m"C）,由式（4-19）得1000P. （1-77）1000x10x（1- 0.9）t, =_- + t =L + 20 = 67.96 < 70KtA15x1.395- 14題5-13圖中

22、的凸緣聯(lián)軸器若采用M16的普通螺栓聯(lián)接， 以摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，設螺栓材料為45鋼，聯(lián)軸器材料為25 鋼，接合面的摩擦系數(shù)F0. 15,允許傳遞的最大轉(zhuǎn)矩7為 1500Nm （靜我荷），安裝時不要求嚴格控制預緊力，試確定 螺栓個數(shù)（螺栓數(shù)常為偶數(shù)）。解： 摩擦力為Ff =1500x1000 =19355ND/2155/2（2）求預緊力：Ff 19355總預緊力：F； > =129033Nnif； 0.15x1單個螺栓受預緊力：F* = =Z Z（3）確定螺栓個數(shù)不要求嚴格控制預緊力：<7=魚=避二160 NPaS 3F，產(chǎn)生的拉應力<b = 160F1 4x13x129033b

23、 =/rd； /4 n xl3.85J xZZ >6.96 取 Z=8 個5-15如圖5-34所示的鋼制壓力容器，C知壓強p=l IMPa, 容器內(nèi)徑P= 200mm,用10個普通螺栓聯(lián)接，螺栓材料選用Q235, 性能級別為4.6級，為保證密封性，被聯(lián)接件接合面間放置有石 棉墊片，每個螺栓的預緊力F' = 7000N,并在裝配時控制預緊力。 試確定螺栓的公稱直徑H并計算殘余預緊力尸"o 解：（1）確定螺栓工作載荷尸-A 1.4x x0.22F = = 4398Z10(2)確定單個螺栓的總拉伸我荷幾Fo =Fr+KcF =7000 + 0.8x4398 = 1051&am

24、p;6N（3）求螺栓直徑 由表5-5查得，q =240 MPao裝配時控制預緊力，按表5-6,安全系數(shù)S=l2l5取S=1.3,則螺栓的許用應力為MPa=184 MPa若12則6=分筈=2。MPa由式（5-23）得螺紋的小徑為44xl.3F0"劉64x1.3x10518.6-mm = 9. 7 mmxl84取M12的普通螺栓能夠滿足設計耍求。（4）計算殘余預緊力尸F(xiàn)rf=F0-F = 10518.6 一 4398 = 6121N6- 1 一帶式運輸機由電動機通過斜齒圜林優(yōu)輪減速器和一對錐齒輪驅(qū)動。己知：傳遞的功率P二55kW. nl=960r/min： I.M柱齒輪的參數(shù)為 zl二2

25、3, z2=125, mn=2mm, 0=12° 32',螺旋方向 如圖示，齒寬系數(shù)3d =1.0：錐齒輪的參數(shù)為 z3=20, z4=8O, m=6mm,齒寬系數(shù)中R =1/4o 軸的 材料用45鋼，滾動軸承選7300C型（內(nèi)徑代號口 定）o試設計減速器的第II軸（包括結(jié)構設計和強 度計算）并按比例繪制軸系結(jié)構圖。解：1.選擇軸的材料軸的材料選擇45鋼。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由表6-1査得英許用應力sh=60MPa。2.按扭轉(zhuǎn)強度初步計算軸端亶徑1 = / =125/23 = 5.43 n2 = iij /i = 960/5.43 = 176.61 pn由表3查得C=114107則軸

26、端直徑為dnninnun = 36.2 nun假定與V帶輪相配的軸段開有一個鍵槽，故應將d皿增大5%,得1=383.齒輪參數(shù)、受力分析齒輪的分度岡EL徑：d2 = nz/cos = (2x 125/cos 12*32*)iim = 256 14mm軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：p5 5T-9 55xl06-9 55xl06Nmm - 297356Nmmn17664齒輪的圓周力：2T = 2x297356N= 2322Nd,256 14齒輪的徑向力：Fq = Fp空玉=2322 X tg2° N = 866N cos/?COS12321齒輪的軸向力：F,2 =耳2tW = 2322 x tgl2

27、76;32，N = 516 N3錐齒輪參數(shù)、受力分析tgq = 1/u =勺 /Z2? = 20/80 = 1/4d3 = niZj = 6 x 20 = 120nun5 = 14.036° = 14o21(r,= (1 - 0.5% 汕=(1-0-5x1/4)x120 = 105mm圓周力 耳玉=2x297356 = M63 N %105徑向力 Fl3 = r；3tga cosd1 = 5663 tg20u cos 14w210r, = 1999 N »軸向力 Fa3 =耳3覽a - siii Jj = 500 N3.軸的結(jié)構設計按工作要求，軸上所支承的零件主要有齒輪、錐

28、齒輪及滾動軸承。軸頸直徑應比軸端直 徑大10mm左右，故確定軸頸直徑d«50mnK選取角接觸球軸承7310C型滾動軸承,內(nèi)徑為 50mm、外徑為110mm、寬度為27mm。依據(jù)計算所得的軸端直徑和軸上零件的位置、尺寸, 同時考慮軸上寒件定位、固定、裝拆和加工等要求，可依次定出各軸段的直徑和長度，從而4紬受力分析(1畫受力簡圖12<phFr2、5757<Ra3100Fr35R3Fe2 一 Pt2Rua *RH8574篤100Fl3Rva -Fe2-RV907,57 .-Fa3 "10D Fr32）計算支反力鉛垂面內(nèi)支反力：BvA =Fa?xd/2-耳？X57+耳*

29、 xlOO Fxg"H4516x25£2-866x57 + 1999x100-500x122%A =1 N= 1670 N114耳"<1/2-耳2*57十耳3嚴100 耳必5/2114= 866-2536-1999 N=-3669 N負號表示方向與圖示相反。水 平 面 內(nèi)Ft3xlQ0-Ft2x57_1145663x100 - 2322x57114N=3807NRhb = 一 （際+氣。+3） = 一3807 - 5663 - 2322 = -U792N5.按彎曲強度校核1）計算抽的彎矩，并畫出彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖水平面彎矩：Mh（c）= Rha x 57 二 3

30、807x57 Nmm = 216999 N*nmi鉆華面w矩26250Nmm14支點 B 處：Mh(b)=耳3 MOO = 5663x100 N nun = 566300 N*nmi鉛垂而彎矩：剖面C-C處鉛垂面彎矩有突變，故左截面 Mv(c)=57 = 2536x57 = 144530N»mm右截面M'V1C) = I,Ax57-FA2xd2/2 = 2536x57-516x256.14/2=78482N*nmi 支點 B 處MV(B) = Fi3xlOO一Fa3X105/2 = 173650 ND處My(z)= Fa3 x 105/2 = 26250 N*nun分別作出鉛

31、垂面和水平面上的彎矩圖合成彎矩：按M =計算。B-B截面= >/Mh(b)2+k1v(b)2 = yl56630(f + 11365(f mm= 592326 N mmC-C 左截面 M,C) = H(C)2 +(0)2 = V2169993 +1445303N»nim = 260703 N*mmC-C 右截而 M'(c)= JMr(c： + M*c； = J? 16999： + 7848,N mm = 230731 N*mmD處Mz) =+Mv(z； =+ 26250? N mm = 26250N*mm2)計算當量彎矩= jM，+(必尸軸單向運轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)矩可看作脈動循環(huán)

32、變化，取a=0.6.則C-C左截面(左截面T = 0)蚣屮)=楓0?+(7= j260703T+(07x0)2=260703NmmC-C 右截面 M；a(c)= 4= 723073P 4-(0 6x297325)計算軸向載荷化派生軸向力的方向如圖所示。又因為Si+Fa =1237 + 320 =1557 > Si = 1237 N,所以軸有向左移動的趨勢，則軸承2被“壓緊”、軸承1被“放松”。由此得放松端： Fai=Si = 1237N（等于自身的派生軸向力）壓緊端： F.2 = Si +Fa= 1237+320=1557 N（等于其他軸向力的代數(shù)和） = 376350 Nmm支點 E 處 1<<8= yMl+aT)2 =7 5923- (Ox6 -9725) =669763)校核彎、扭合成強度軸是否滿足強度要求只需對危險截面進行校孩即可。而軸的危險截面務發(fā)生在當呈彎矩 最人或、勺駁彎爐較犬且軸的直徑較小處，即當量應力較大的截面屬危險截面。根據(jù)軸的結(jié)構 尺寸和當量彎矩可知，支點B處當量彎矩最大，且剖面尺寸較小，屬于危險截而：許用應力d =60 MPa查表6-乙W0.1d3o按式(6-5)校核:3警=冷=珞MPa = 53 MPa <6=60 MPa