機械設計作業(yè)

第一章緒論

分析與思考題

1-1機器的基本組成要素是什么？

?2什么是零件？什么是構件？什么是部件？試各舉三個實例。

?3什么是通用零件？什么是專用零件？試各舉三個實例。

1-4“機械設計”課程研究的內容是什么？

第三章機械零件的強度

一、選擇與填空題

3-1零件表面的強化處理方法有、、等。

3-2零件的截面形狀一定，當截面尺寸增大時，其疲勞極限值將隨之。

（1）增高⑵不變⑶降低

3-3機械零件受載時，在________________處產生應力集中，應力集中的程度通常隨材料

強度的增大而.

3-4在載荷的幾何形狀相同的情況下，鋼制零件間的接觸應力鑄鐵零件間的

接觸應力，這是因為鋼材的彈性模量____________鑄鐵的彈性模量。

（1）大于（2）等于（3）小于

3-5兩零件的材料的幾何尺寸都不相同，以曲面接觸受載時，兩者的接觸應力值________。

（1）相等（2）不相等（3）是否相等與材料和幾何尺寸有關

二、分析與思考題

3-6試舉例說明什么零件的疲勞破壞屬于低周疲勞破壞？什么零件的疲勞破壞屬于高周疲

勞破壞？

3-7在材料的疲勞曲線上，為何需要人為規(guī)定一循環(huán)基數N。，并將對應的極限應力稱為材

料的疲勞極限？

3-8圖示各零件均受靜載荷作用，試判斷零件A點的應力是靜應力還是變應力，并確定應

力比r的大小或范圍。

題3-8圖

3-9彎曲疲勞極限的結合影響系數K。的含義是什么？它與哪些因素有關？它對零件的疲

勞強度和殂強度各有何影響？

3-10零件的等壽命疲勞曲線與材料試件的等壽命疲勞曲線有何區(qū)別？在相同的應力變化

規(guī)律下，零件和材料試件的失效形式是否總是相同的？為什么？

3-11試說明承受循環(huán)變應力的機械零件，在什么情況下可按靜強度條件計算？什么情況下

需按疲勞強度條件計算？

3-12在單向穩(wěn)定變應力下工作的零件，如何確定其極限應力？

3-13疲勞損傷線性累積假說的含義是什么？寫出其數學表達式。

3-14在雙向穩(wěn)定變應力下工作的零件，怎樣進行疲勞強度計算？

3-15影響機械零件疲勞強度的主要因素有哪些？提高機械零件疲勞強度的措施有哪些?

3-16導致機械結構發(fā)生低應力斷裂的原因有哪些？

3-17機械結構的裂紋是否會失穩(wěn)擴展，是如何判定的？

三，設計計算題

3-18某材料的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限6-1=350Mpa,屈服極限6s=550Mpa,強度極限

5

6B=750Mpa,循環(huán)基數No=5*10,,m=9,試求對稱循環(huán)次數N分別為5*10,次、5*10

次、5*10,次時的極限應力。

3-19某零件如圖所示，材料的強度6B=650Mpa,

表面精車，不進行強化處理。試確定IT截面處的

彎曲疲勞極限的綜合影響系數K。和剪切疲勞極限的

綜合影響系數K、。

題3-19圖

3-20一零件由45鋼制成，材料的力學性能為:6s=360Mpa,6-=300Mpa,%=0.2。已知

零件上的最大工作應力6皿=190Mpa,最小工作應力6min=110Mpa,應力變化規(guī)律為6=

常數，彎曲疲勞極限的綜合影響系數K.=2.0,試分別用圖解法確定該零件的計算安全系數。

150-

100-

50-

50100150200250300350400am

3-21某材料受彎曲變應力作用，其力學性能為：6T=350Mpa,m=9,N。=5*10,?，F用此材

料的試件進行試驗，以對稱循環(huán)變應力61=500Mpa作用104次，62=400Mpa作用IO,次，

存§=300Mpa作用10,次。試確定：

（1）該試件在此條件下的計算安全系數；

（2）如果試件再作用6=450Mpa的應力，還能循環(huán)多少次試件才破壞？

3-22轉軸的局部結構如題3-19圖所示。已知軸的IT截面承受的彎矩M=300N*m，扭矩

T=800N*m,彎曲應力為對稱循環(huán)，扭轉切應力為脈動循環(huán)。軸材料為40Cr調質，6=355Mpa,

T-1=200Mpa,y6=0.2,w,=0.1。設心=2.2,Kt=l.8,試計算考慮彎矩和扭矩共同作用時

的計算安全系數Sea.

3-23某氣缸蓋螺栓連接，螺栓桿應力的均值us=525Mpa,其標準差6s=30Mpa,螺栓材料強

度極限的均值口r=600Mpa,其標準差6r=40Mpao若應力和強度極限均服從正態(tài)分布，試求該螺

栓連接的可靠度。（第3版）

第五章螺紋連接和螺旋傳動

一、選擇題與填空題

5-1普通螺紋的公稱直徑指的是螺紋的,計算螺紋的磨擦力矩時使用的是

螺紋的,計算螺紋危險截面時使用的是螺紋的.

5-2螺紋升角W增大，則連接的自鎖性,傳動的效率；牙型角a增大，

則連接的自鎖性，傳動的效率.

（1）提高（2）不變（3）降低

5-3在校制孔用螺栓連接中,螺栓桿與孔的配合為.

（1）間隙配合（2）過渡配合（3）過盈配合

5-4在螺栓連接的破壞形式中，約有臉勺螺栓屬于疲勞破壞，疲勞斷裂常發(fā)

生在____________________。

5-5在承受橫向載荷或旋轉力矩的普通緊螺栓組連接中，螺栓桿作用。

（1）受應切力（2）受拉應力（3）受扭轉切應力和拉應力（4）既可能只受切應力又可

能只受拉應力

5-6緊螺栓連接受軸向外載荷。假定螺栓的剛度a與被連接件的剛度a相等，連接的預

緊力為F。，要求受載后接合面不分離，當外載荷F等于預緊力F。時，則。

（1）被連接件分離，連接失效（2）被連接件即將分離，連接不可靠（3）連接可靠,

但不能繼續(xù)再加載（4）連接可靠，只要螺栓強度足夠，還可以繼續(xù)加大外載荷F

二、分析與思考題

5-7常用螺紋有哪幾種類型？各用于什么場合？對連接螺紋和傳動螺紋的要求有何不同？

5-8在螺栓連接中，不同的載荷類型在求不同的螺紋余留長度，這是為什么？

5-9連接螺紋都具有良好的自鎖性，為什么有時還需要防松裝置？試各舉出兩個機械防松

和摩擦防松的例子。

5-10普通螺栓連接和錢制孔用螺栓連接的主要失效形式是什么？計算準則是什么？

5-11計算普通螺栓連接時，為什么只考慮螺栓截面的拉伸強度，而不考慮螺栓頭、螺母和

螺紋牙的強度？

5-12普通緊螺栓連接所受到的軸向工作載荷或橫向工作載荷為脈動循環(huán)時，螺栓上的總載

荷是什么循環(huán)？

5-13螺栓的性能等級為8.8級，與它相配的螺母性能等級應為多少？性能等級數字代號的

含義是什么？

5-14在什么情況下，螺栓連接的安全系數大小與螺栓直徑有關？試說明其原因。

5-15緊螺栓連接所受軸向變載荷在0-F間變化，當預緊力F。一定時，改變螺栓或被連接

件的剛度，對螺栓連接的疲勞強度和連接的緊密性有何影響？》

5-16在保證螺栓連接緊密性要求和靜強度要求的前提下，要提高螺栓連接的疲勞強度，應

如何改變螺栓和被連接件的剛度及預緊力大??？試通過受力變形線圖來說明。

5-17為什么螺母的螺紋圈數不宜大于10?通常采用哪些結構形式可使各圈螺紋牙的載荷

分布趨于均勻？

5-18滑動螺旋的主要失效形式是什么？其基本尺寸(即螺桿直徑及螺母高度)通常是根據

什么條件確定的？

5-19滾動螺旋傳動與滑動螺旋傳動相比較，有何優(yōu)缺點？

三、設計計算題

5-20材如圖所示，兩根梁用8個4.6級普通螺栓與兩塊鋼蓋板相連接，梁受到的拉力

F=28kN,摩擦系數f=0.2,控制預緊力，試確定所需累栓的直徑。

解：已知螺栓數目z=8,接合面數i=2,取防滑系數Ks=l.2,則螺栓所需預緊力F。為

F02KsF/fzi=l.2*28000N/0.2*8*2=10500N

查教材中的表5-8,得6s=20MPa,查表5-10,取安全系數S=l.3,貝曙6]=6/s

=(240/1.3)Mpa=184.6Mpa,所需螺栓的直徑

di2V4*1.3*FO/TT*[6]=-J4*1.3*10500/Tt*184.6mm=9.7mm

取整后得螺栓尺寸d=10mm,螺紋為M10o

注：解中有兩處錯誤，請指出錯處并說明錯誤原因。

5-21如圖所示一牽引鉤用2個M12(dl=10.106mm)的普通螺栓固定于機體上，已知接合

面間磨擦系數f=0.2,防滑系數鼠=1.2,螺栓材料強度級別為6.8級，安全系數S=3,試計算

該螺栓組連接允許的最大牽引力F。

5-22圖示為一氣缸蓋螺栓組連接。已知氣缸內的工作壓力p在0?1.5Mpa之間變化，缸蓋

與缸體均為鋼制，其結構尺寸如圖所示。為保證氣密性要求，試選擇螺栓材料，并確定螺栓

數目和尺寸。

350

5-23圖示凸緣聯軸器(GB/T5843-2003)的型號為YLD10,允許傳遞最大轉矩T=630N*m,

兩半聯軸器采用4個M12的錢制孔用螺栓連接，螺栓規(guī)格為M12*60(GB/T27-1988),螺紋段

長22mm,螺栓的性能等級為8.8級，聯軸器材料為HT200,試校核其連接強度。

5-24受軸向載荷的緊螺栓連接，被連接鋼板間采用橡膠墊片，螺栓的相對剛度為0.9。

已知預緊力Fo=15OON,當軸向工作載荷F=1000N時，求螺栓所受的總拉力及被連接件之間的

殘余預緊力。

5-25較制孔用螺栓組連接的三種方案如圖所示。已知L=300mm,a=60mm,試求螺栓連接的

三個方案中，受力最大的螺栓所受的力各為多少？哪個方案較好？

5-26如圖所示的底板螺栓組連接受外力理的作用。外力F。作用在包含x軸并垂直于底板

接合面的平面內。試分析底板螺栓組的受力情況，并判斷哪個螺栓受力最大？保證連接安全

工作的必要條件有哪些？

四、結構設計與分析題

5-27試指出下列圖中的錯誤結構，并畫出正確性的結構圖。

（c）較制孔用螺栓嬲

d）紫瑪抽接（e）吊環(huán)黑釘連卷(F)躺■

題5-27圖

第七章鐘接、焊接、膠接和過盈連接

一，選擇與填空題

7-1沿受載方向，同一列的制釘數目不宜過多，這是由于。

7-2電弧焊縫大體上可分為與兩類，前者用于連接

的被焊件，后者用于連接的被焊件。

7-3設計膠接接頭時，應盡可能使膠縫承受或載荷。

7-4影響過盈連接承載能力最為敏感的因素是配合面的.

（1）直徑尺寸（2）長度尺寸（3）表面粗糙度（4）過盈量

（5）磨擦系數

7-5在過盈連接中，當其他條件相同時，僅將實心軸改為空心軸，則連接所能傳遞的載荷

將O

（1）增大（2）不變（3）減小

二、分析與思考題

7-6斜縫有哪些類型？各應用在什么場合？

7-7鉀釘連接的破壞形式有哪些？怎樣校核佛縫的強度？

7-8什么叫焊縫的強度系數？怎樣才能使對接焊縫的強度不低于母板的強度？

7-9在什么情況下采用不對稱側面焊縫？如何分配兩側焊縫的長度？

7-10膠粘劑通常分為哪幾類？各適用于什么場合？

7-11與鉀接和焊接相比較，膠接的主要優(yōu)缺點是什么？

7-12過盈連接有哪幾種裝配方法？當過盈量相同時，哪種裝配方法的連接緊固性好？

7-13過盈連接的承載能力是由哪些因素決定的？

7-14在對過盈連接進行驗算時，若發(fā)現包容件或被包容件的強度不夠時，可采取哪些措施

來提高連接強度？

三、設計計算題

7-15如圖所示的鉀接接頭承受靜載荷F=200kN,鉀釘材料為Q215鋼，被鉀釘材料為Q235

鋼，被釧釘的寬度b=180mm,厚度6=10mm,釘孔是在兩被鐘件上分別按樣板鉆孔。設鉀釘直

徑d=23,節(jié)距t=3d,邊距e=2.5d,試校核該抑縫的強度。

題7-15圖題7-16圖

7-16焊接接頭如圖所示，被焊件材料均為Q235鋼，b=170mm,bl=80mm,6=12mm,承受靜載

荷F=400kN,設采用E4303號焊條手工焊接，試校核該接頭的強度。

7-17鑄錫磷青銅蝸輪輪圈與鑄鋼輪芯采用過盈連接，尺寸如圖所示，采用H7/s6配合，配

合表面粗糙度Ra均為0.8口m,磨擦系數f=0.1,設連接零件本身的強度足夠，試求：

(1)用壓入法裝配時，該連接允許傳遞的最大轉矩是多少？

(2)用脹縮法裝配時，該連接允許傳遞的最大轉矩是多少？

7-18小齒輪與軸為過盈連接，尺寸如圖所示，材料均為45鋼，采用H7/p6配合，孔與軸

配合表面粗糙長Ra均為0.8口m,用壓入法裝配。試求：

60

題7-17圖題7-18圖

(1)配合表面間單位面積上的最大壓力；

(2)所需的最大壓入力；

(3)各零件中的最大應力。

四、連接篇綜合題

7-19軸和輪轂分別采用切向鍵連接、漸開線花鍵連接和脹緊連接。已知軸的直徑d=100mm,

輪轂寬度L=150mm,軸和輪轂的材料均為碳鋼，取許用擠壓應力［6」=100Mpa。漸開線花鍵的

模數m=5mm,齒數z=19,外花鍵的大徑D=100mm,分度圓壓力角a=30。脹緊連接采用兩個

Z2型脹套串聯。試計算這三種連接各允許傳遞的最大轉矩？

7-20如圖所示，兩軸通過凸緣聯軸器連接，已知聯軸器的型號為YLD6,軸的直徑d=30mm,

軸伸長度L=60mm,聯軸器與軸采用A型普通平鍵連接，鍵長L=50mm,兩半聯軸器用4個M8

的普通螺栓連接，螺栓中心分布圓直徑灰=90皿，螺栓的性能等級為8.8級，不控制預緊力。

軸的材料為45鋼，聯軸器的材料為HT200。試計算此聯軸器所允許傳遞的最大轉矩(載荷平

穩(wěn))。

題7-20圖

第九章鏈傳動

一，選擇與填空題

9-1與齒輪傳動相比較，鏈傳動的主要特點之一是.

(1)適合于高速(2)制造成本高(3)安裝精度要求較低(4)有過載保護

9-2滾子鏈是由滾子、套筒、銷軸、內鏈板和外鏈板組成，其之間、一

之間分別為過盈配合，而——之間、——之間分別為間隙配合。

9-3鏈條的磨損主要發(fā)生在______________________的接觸面上.

9-4在鏈傳動中，鏈輪的轉速，節(jié)矩，齒數,則傳動的動載荷

越大。

9-5鏈傳動的主要失效形式有四種。在潤滑良好、中等速

度的鏈傳動中。其承載能力主要取決于.

二、分析與思考題

9-6與帶傳動相比，鏈傳動有何優(yōu)缺點？

9-7在多排鏈傳動中，鏈的排數過多有何不利？

9-8對鏈輪材料的基本要求是什么？對大、小鏈輪的硬度要求有何不同？

9-9齒形鏈與滾子鏈相比，有何優(yōu)缺點？

9-10國家標準對滾子鏈齒形是如何規(guī)定的？

9-11為什么鏈傳動的平均傳動比是常數，而在一般情況下瞬時傳動比不是常數？

9-12鏈傳動的額定功率曲線是在什么條件下得到的？當所設計的鏈傳動與上述條件不符

合時，要進行哪些項目的修正？

9-13若只考慮鏈條較鏈的磨損，脫鏈通常發(fā)生在哪個鏈輪上？為什么？

9-14為什么小鏈輪齒數不宜過多或過少？

9-15鏈節(jié)距的大小對鏈傳動有何影響？在高速重載工況下，應如何選擇滾子鏈？

9-16鏈傳動的中心距一般取為多少？中心距過大或過小對傳動有何不利？

9-17鏈傳動有哪幾種潤滑方式？設計時應如何選擇潤滑方式/

9-18有一鏈傳動，小鏈輪主動，轉速m=900r/min,齒數ZF25,z?=75。現因工作需要，擬

將大鏈輪的轉速降低到n2=250r/min,鏈條長度不變，試問：

(1)若從動輪齒數不變，應將主動輪齒數減小到多少？此時鏈條所能傳遞的功率有何變

化？

(2)若主動輪齒數不變，應將主動輪齒數增大到多少？此時鏈條所能傳遞的功率有何變

化？

三、設計計算題

9-19滾子鏈傳動傳遞的功率P=8.5kW,工況系數KA=1.2,主動鏈輪轉速m=960r/min,齒

數々=21,從動鏈輪轉速n2=330r/min,中心距aW600mm,鏈節(jié)距p=12.7mm,試計算需要幾排

鏈。

9-20單排滾子鏈傳動，主動鏈輪轉速ni=600r/min,齒數為=21,從動鏈輪齒數々=105,

中心距a=910mm,該鏈的節(jié)矩p=25.4mm,工況系數KA=1.2,試求鏈傳動所允許傳遞功率

Po

9-21設計一輸送裝置用的鏈傳動。已知傳遞的功率P=16.8kW,主動輪轉速nl=960r/niin,

傳動比i=3.5,原動機為電動機，工作載荷沖擊較大，中心距a〈=800nnn,水平布置。

第H—章蝸桿傳動

一，選擇與填空題

ii-i在蝸桿傳動中，蝸桿頭數越少，則傳動效率越,自鎖性越=一

般蝸桿頭數常取O

11-2對滑動速度vs24m/s的重要蝸桿傳動，蝸桿的材料可選用進行

處理；蝸輪的材料可選用o

11-3對閉式蝸桿傳動進行熱平衡計算，其主要目的是為了防止溫升過高導致—

(1)材料的機械性能下降(2)潤滑油變質(3)蝸桿熱變形過大(4)潤滑條件惡化

11-4蝸桿傳動的當量磨擦系數fv隨齒面相對滑動速度的增大面____________o

(1)增大(2)不變(3)減小

11-5蝸桿傳動的相對滑動速度vs<5m/s時采用潤滑；vs>10m/s時應采用

_______潤滑。

二、分析與思考題

11-6蝸桿傳動與齒輪傳動相比有何特點？常用于什么場合？

11-7與普通圓柱蝸桿傳動相比，圓弧圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸桿傳動各有何特

點？各適用于什么場合？

11-8普通圓柱蝸桿主要有哪幾種類型？其中哪幾種蝸桿不便于磨削，精度較低/

11-9在車床上用直線刀刃的刀具加工蝸桿，什么情況下用單刀？什么情況下用雙刀？為什

么？

11-10在普通圓柱蝸桿傳動中，為什么將蝸桿的分度圓直徑規(guī)定為標準值？

11-11采用變位蝸桿傳動的目的是什么？變位蝸桿傳動與變位齒輪傳動相比有何特點？

11-12影響蝸桿傳動效率的主要因素有哪些？為什么傳遞大功率時很少用普通圓柱蝸桿傳

動？

11-13蝸輪材料的許用接觸應力，有的與相對滑動速度大小有關，而與應力循環(huán)次數無關,

有的則相反，試說明原因。

11-14對于蝸桿傳動，下面三式有無錯誤？為什么？

(1)i—Wi/w2-Di/ri2~zi/z2—d2/di;

(2)a-(di+d2)/2=m(zi+z2)/2;

(3)F1z=2T)d2=2Tii/d2=2Ti/di=Fti。

11-15圖示蝸桿傳動均是以蝸桿為主動件。試在圖上標出蝸輪(或蝸桿)的轉向，蝸輪齒

的螺旋線方向，蝸桿、蝸輪所受各分力的方向。

題11-15圖

11-16蝸桿傳動中為何常以蝸桿為主動件？蝸輪能否作為主動件？為什么？

11-17圖示為簡單手動起重裝置。若按圖示方向轉動蝸桿，提

升重物G,試確定：

(1)蝸桿和蝸輪齒的旋向；

(2)蝸輪所受作用力的方向(畫出)；

(3)當提升重物或降下重物時，蝸輪輪齒是單側受載還是雙側

受載？

11-18在動力蝸桿傳動中，蝸輪的齒數在什么范圍內選??？齒

數過多或過少有何不利？

11-19選擇蝸桿、蝸輪材料的原則是什么？

11-20蝸桿傳動設計中為何特別重視發(fā)熱問題？如何進行熱平題11T7圖

衡計算？常用的散熱措施有哪些？

11-21為什么蝸桿傳動要進行蝸桿的剛度計算？對于常用的兩端支承蝸桿軸如何進行剛度

計算？

11-22為什么普通圓柱蝸桿傳動的承載能力主要取決于蝸輪輪齒的強度，用碳鋼或合金鋼

制造蝸輪有何不利？

三、設計計算題

11-23圖示為某起重設備的減速裝置。已知各輪齒數ZI=Z2=20,Z3=60,ZF2,Z5=40,輪1轉向

如圖所示，卷筒直徑D=136mm。試求：

(1)此時重物是上升還是下降？

(2)設系統(tǒng)效率n=0.68,為使重物上升，施加在輪1上的驅動力矩Ti=10N*m,問重物的

重量是多少？

11-24蝸輪滑車如圖所示,起重力F=10kN,蝸桿頭數zi=2,模數m=6.3mm，分度圓直徑di=63mm,

蝸輪齒數Z2=40,卷筒直徑D=148mm,蝸桿傳動的當量磨擦系數f,=0.1,軸承、濺油和鏈傳動

的功率損失為8%,鏈輪直徑D'=350mm,試求工人加在鏈上的作用力F',并驗算蝸桿傳動是

否有自鎖。

題11-23圖題11-24圖

11-25試設計輕紡機械中的一單級蝸桿減速器，傳動功率Pi=8.5kW,主動軸轉速

m=1460r/min,傳動比i=20,載荷平穩(wěn)，單向工作，長期連續(xù)運轉，潤滑情況良好，工作壽

命Lh=15000h。

11-26已知一蝸桿傳動，蝸桿為主動，轉速ni=1440r/min,蝸桿頭數zi=2,模數m=4mm,蝸

桿直徑系數q=10,蝸桿材料為鋼，齒面硬度大于45HRC,磨削，蝸輪材料為錫青銅，求該傳

動的嚙合效率。

11-27設計用于帶式輸送機的普通圓柱蝸桿減速器，傳遞功率Pk7.5kW,蝸桿轉速

m=970r/min,傳動比i=18,由電動機驅動，載荷平穩(wěn)。蝸桿材料為20Cr,滲碳碎火，硬度大

于58HRCo蝸輪材料為ZcuSnlOPL金屬模鑄造。蝸桿減速器每日工作8h,工作壽命為7年（每

年250個工作日）。

四、傳動篇綜合題

11-28在圖示傳動系統(tǒng)工程，件1、5為蝸桿，件2、6為蝸輪，件3、4為斜齒圓柱齒輪，

件7、8為直齒錐齒輪。已知蝸桿1為主動，要求輸出齒輪

8的回轉方向如圖所示。試確定：

（1）各軸的回轉方向（畫在圖上）；

（2）考慮I、II、III軸上所受軸向力能抵消一部分,

定出各輪的螺旋線高向（畫在圖上）；

（3）畫出各輪的軸向分力的方向。

11-29圖示為三級減速裝置傳動方案簡圖，要求總傳動

比i=50,這樣布置是否合理？為什么？試畫出合理的傳動

方案簡圖（不采用蝸桿傳動）。

題11-28圖

題11-29圖

第十三章滾動軸承

一、選擇與填空題

13-1說明下列型號滾動軸承的類型、內徑、公差等級、尺寸系列和結構特點：6306、

513n6、N316、30306、6306/P5、30206?并指出其中具有下列特征的軸承：

(1)徑向承載能力最高和最低的軸承分別是和；

(2)軸向承載能力最高和最低的軸承分別是和；

(3)極限轉速最高和最低的軸承分別是和;

(4)公差等級最高的軸承是；

(5)承受軸向徑向聯合載荷的能力最高的軸承是o

13-2若一滾動軸承的基本額定壽命為537000轉，則該軸承所受的當量動載荷基本額定

動載荷。

(1)大于(2)等于(3)小于

13-3在保證軸承工作能力的條件下，調心軸承內、外圈軸線間可傾斜的最大角度為

，而深溝球軸承內、外圈軸線間可傾斜的最大角度為o

(1)3'?4'(2)8'?16'(3)1°?2°(4)2°?3°

13-4滾動軸承的內徑和外徑的公差帶均為,而且統(tǒng)一采用上偏差為

，下偏差為的分布。

13-5采用流動軸承軸向預緊措施的主要目的是。

(1)提高軸承的旋轉精度(2)提高軸承的承載能力(3)降低軸承的運轉噪聲(4)

提高軸承的使用壽命

13-6各類流動軸承的潤滑方式，通常可根據軸承的來選擇。

(1)轉速n(2)當量動載荷P(3)軸頸圓周速度v(4)內徑與轉速的乘積dn

13-7若滾動軸承采用脂潤滑，則其裝脂量一般為軸承內部空間容積的。

二、分析與思考題

13-8寫出滾動軸承的類型代號及名稱，并說明各類軸承能承受何種載荷（徑向或軸向）？

13-9為什么30000型和70000型軸承成對使用？成對使用時,什么叫正裝及反裝？什么

叫“面對面”及“背靠背”安裝？試比較正裝與反裝的特點。

13-10流動軸承的各元件一般采用什么材料及熱處理方式？

13-11流動軸承基本額定動載荷C的含義是什么？當滾動軸承上作用的當量動載荷不

超過C值時，軸承是否就不會發(fā)生點蝕破壞？為什么？

13-12對于同一型號的滾動軸承，在某一工況條件下的基本額定壽命為L。若其他條件

不變，僅將軸承所受的當量動載荷增加一倍，軸承的基本額定壽命將為多少？

13-13滾動軸承常見的失效形式有哪些？公式L=（C/P）‘是針對哪種失效形式建立起來

的？計算出的L是什么含義？

13-14你所學過的滾動軸承中，哪幾類滾動軸承是內、外圈可分離的？

13-15什么類型的滾動軸承在安裝時要調整軸承游隙？常用哪些方法調整軸承游隙？

13-16滾動軸承支承的軸系，其軸向固定的典型結構形式有三類：（1）兩支點各單向固

定；（2）一支點雙向固定，另一支點游動；（3）兩支點游動。試問這三種類型各適用于什么

場合？

13-17滾動軸承的組合結構中為什么有時要采用預緊結構？預緊方法有哪些？

13-18滾動軸承的回轉套圈的不回轉套圈與軸或機座裝配時所取的配合性質有何不同？

常選用什么配合？其配合松緊程度與圓柱公差標準中相同配合有何不同？

13-19在錐齒輪傳動中，小錐齒輪的軸常支承在套杯里，采用這種結構形式有何優(yōu)點？

13-20滾動軸承常用的潤滑方式有哪些？具體選用時應如何考慮？

13-21接觸式密封有哪幾種常用的結構形式？分別適用于什么速度范圍？

13-22在唇形密封圈結構中，密封唇的方向與密封要求何關系？

三、設計計算題

13-23如圖所示，軸的兩端正裝兩個角接觸球軸承，已知軸的轉速n=750r/min,軸上的

徑向力F1e=2300N,軸向力Fae=600N?試計算該對軸承的壽命1。（已知：C=22500N,

e=0.68,Fd=0.68Fr,X=0.41,Y=0.87,fP=l.5,ft=l.0）

13-24如圖所示，軸上裝有一斜齒圓柱齒輪，軸支承在一對正裝的7209AC軸承上。齒輪

輪齒上受到圓周力Fe=8100N,徑向力%=3052N,軸向力F―2170N,轉速n=300r/min,載

荷系數f0=L2o試計算兩軸承的基本額定壽命（以h計）。

13-25一根裝有小錐齒輪的軸似用圖示的支

承方案，兩支點均選用圓錐滾子軸承。圓錐齒輪

傳遞的功率P=4.5kW（平穩(wěn)）,轉速n=500r/min,

平均分度圓半徑r?=100mm,錐角8=16,要求軸頸

直徑d>20mm?其他尺寸如圖所示。若希望軸承的

基本額定壽命能超過60000h,試選擇合適的軸承

型號。

題13-25圖

13-266251軸承受徑向載荷F1=45.6kN,軸向載荷L=6.3kN,載荷平穩(wěn),fP=l.O?試計

算其當量動載荷Po若在此當量動載荷作用下要求該軸承能正常旋轉10,轉，其可靠度約為

多少？

四、結構設計與分析題

13-27按要求在給出的結構圖中填畫合適的軸承（圖中箭頭示意載荷方向）

（d）游動支承（e）單向固定支承⑴承受單向推力支承

題13-27圖

第十五章軸

一、選擇與填空題

15-1軸上安裝有過盈連接零件時，應力集中將發(fā)生在軸上0

（1）輪轂中間部位（2）沿輪轂兩端部位（3）距離輪轂端部為1/3輪轂長度處

15-2某45鋼軸的剛度不足，可采取措施來提高其剛度。

（1）改用40CCr（2）淬火處理（3）增大軸徑（4）增大圓角半徑

15-3按彎扭合成強度條件計算軸的應力時，公式中折合系數是考慮o

（1）材料抗彎與抗扭的性能不同（2）彎曲應力和扭轉切應力的循環(huán)性質不同

（3）強度理論的要求

15-4對軸進行表面強化處理，可提高軸的o

（1）靜強度（2）剛度（3）疲勞強度（4）耐沖擊性能

二、分析與思考題

15-5何為轉軸、心軸和傳動軸？試各舉出兩種應用實例。

15-6試說明下面幾種軸材料的適用場合，Q235-A,45,lCrl8Ni9Ti,QT600-2,40CrNio

15-7軸的強度計算方法有哪幾種？各適用于何種情況？

15-8按彎扭合成強度和按疲勞強度校核軸時，危險截面應如何確定？確定危險截面時

考慮的因素有何區(qū)別？

15-9為什么要進行軸的靜強度校核計算？這時是否考慮應力集中等因素的影響？

15-10經校核發(fā)現軸的疲勞強度不符合要求時，在不增大軸徑的條件下，可采取哪些措

施來提高軸的疲勞強度？

15-n何謂軸的臨界轉速？軸的彎曲振動臨界轉速大小與哪些因素有關？

15-12什么叫剛性軸？什么叫撓性軸？設計高速運轉的軸時，應如何考慮軸的工作轉速

范圍？

三、設計計算題

15-13已知一傳動軸的材料為40Cr調質，傳遞功率P=12kW,轉速n=80r/min。試求：

（1）按扭轉強度計算軸的直徑；

（2）按扭轉剛度計算軸的直徑（設軸的允許扭轉角［①卜=0.5（°）/m）。

15-14直徑d=75mm的實心軸與外徑d=85mm的空心軸的扭轉強度相等，設兩軸的材

料相同，試求該空心軸的內徑dl和減輕重量的百分率。

15-15圖示為一臺二級圓錐-圓柱齒輪減速器簡圖，輸入軸由兩端看為逆時針轉動。已

知

Fti=5000N,Fri=1690N,Fai=676N,dmi=120mm,dm2=300mni,Ft3=10000N,Fr3=3751N,Fa3=2493N,d3

=150mm,h=13=60mmj2=120mmj4=15=16=100mm。試畫出輸入軸的計算簡圖，計算軸的支承

反力，畫出軸的彎矩圖和扭矩圖，并將計算結果標在圖中。

15-16根據題15-15中的已知條件，試畫出中間軸的計算簡圖支承反力，畫出

(b)

題15-15圖

軸的彎矩圖和扭矩圖，并將計算結果標在圖中。

題15-16圖

15-17兩級展開式斜齒圓柱齒輪減速器的中間軸的尺寸和結構如圖所示。軸的材料為

45鋼，調質處理，軸單向運轉，齒輪與軸均采用H7/k6配合，并采用圓頭普通平鍵連接，

軸肩處的圓角半徑均為r=L5mm。若已知軸所受扭矩T=292N*ni,軸的彎矩圖如圖所示。試按

彎扭合成理論驗算軸上截面和的強度，并精度驗算軸的疲勞強度。

題15-17圖

四、結構設計與分析題

15-18試指出圖示小錐齒輪軸系中的錯誤結構，并畫出正確結構圖。

題15-18圖

15-19試指出圖示斜齒圓柱齒輪軸系中的錯誤結構，并畫出正確結構圖。

題15T9圖

五、軸系零、部件篇綜合題

15-20圖中軸端軸承采用圓螺母與止動墊片固定。已知軸承型號為6310,試確定圖中

的結構尺寸公差，并將所先的圓螺母和止動墊片的標記在圖中。

題15-20圖

15-21一蝸桿軸的局部裝配關系如圖所示，采用HL型彈性柱銷聯軸器，軸孔直徑

d=32mm,軸伸出端的密封采用旋轉唇形密封圈，采用6300系列深溝球軸承。試確定圖中各

結構尺寸、尺寸公差和表面粗糙度，并將所選軸端擋圈、密封圈、軸用彈性擋圈和滾動軸承

的標記在圖中。

題15-21圖

單元設計作業(yè)題及設計指導

作業(yè)一螺紋連接設計

任務書

題目：1.普通螺栓連接

用M16六角頭螺栓(GB/T5782-2000)連接兩塊厚度各為25mm的鋼板，采用彈簧墊圈(GB/T

93-1987)防松。

2.較制孔用螺栓連接

用M16六角頭較制孔用螺栓(GB/T27-1988)連接兩塊厚度各為25mm的鋼板。

3.雙頭螺柱連接

用M16雙頭螺柱(GB/T898-1988)連接厚25mm的鋼板和一個很厚的鑄鐵零件。

4.螺釘連接

用M16六角頭螺栓(GB/T5782-2000)連接厚25mm的鑄鐵凸緣和另一個很厚的鑄鐵零件，螺

栓頭與鑄鐵凸緣間加裝平墊圈(GB/T97.1-2002).

要求：

(1)按題中給出的條件查手冊確定標準連接零件的尺寸；

(2)按1：1比例與制圖規(guī)范畫出上述各種螺紋連接結構圖，圖1為參考圖。

用M12雙頭螺栓連接厚25、60兩鑄鐵零件

用M12六角頭螺栓連接厚25、60兩鑄鐵零件(標題欄)

圖1螺紋連接結構

作業(yè)二帶傳動和齒輪傳動設計

一、任務書

題目：V帶傳動和齒輪傳動的設計（圖2）

1.原始數據

1234

減速器輸出軸轉

154160228249

矩T/（N*m）

減速器輸出軸轉

速n/（r/min）

注：載荷平穩(wěn)，單向運轉，工作年限5年，每年250個工作日，每日工作16h。

4—電動機；

圖2V帶傳動和齒輪傳動簡圖

2.工作量

（1）小帶輪零件圖一張或（和）大齒輪零件圖一張；

（2）設計計算說明書一份，內容包括電動機的選擇、傳動參數的計算、V帶傳動的

設計計算或（和）齒輪傳動的設計計算。

二、設計指導

1.電動機的選擇

電動機有各種類型，對于無特殊要求的機械裝置，選用Y系列三相異步電動機。Y系列

三相異步電動機有四種常用的同步轉速，即3000r/min、1500r/min,1000r/min,

750r/mino同一功率的電動機，轉速高則重量輕，價格便宜，但轉動裝置的總轉動比和

總體尺寸將加大，一般多選用同步轉速為1500r/min和1000r/min的電動機。

減速器的輸出軸通過聯軸器與工作機相連，因此工作機所需功率Pw為（略去聯軸器

效率的影響）

P?=Tn/9550kW

式中：T-?減速器輸出軸的轉矩，N.m；

N-?減速器輸出軸的轉速，r/mino

電動機所需功率P。為

Po=P./nkw

式中：n電動機至工作機之間的傳動總效率。

對于本作業(yè)的兩級傳動，n=run2。其中j為V帶傳動的效率(包括一對軸承效率在

內)，n為齒輪傳動的效率(包括一對軸承效率在內)。其數值可參看機械設計手冊或教材。

由于電動機的額定功率L應等于或略大于電動機所需功率P。，因此選擇電動機時通常

取PM=(1?1.3)P。

2.各級傳動比的分配

傳動裝置的總傳動比為

I=nm/n?

式中：nm------------電動機的滿載轉速，r/min；

n?----------工作機的轉速，即減速器輸出軸轉速，r/mino

本作業(yè)的傳動裝置為二級傳動，總傳動比i=i/i2o其中V和iz分別為V帶傳動和齒

輪傳動的傳動比，為了使傳動裝置尺寸較小，結構緊湊，應使h<i2o

由于受到齒輪齒數、標準帶輪直徑等因素的影響，傳動裝置的實際傳動比與所要求的

傳動比會略有差別。通常機器總傳動比的誤差應限制在±3%?±5%范圍內。

3.傳動參數的計算

機器傳動裝置的轉動參數指的是各軸的轉速、功率和轉矩。對于本作業(yè)的二級傳動系統(tǒng),

按電動機軸至工作機主軸的轉動方向進行推算，各軸的轉速為

ni=n?/ii

廿%/(iii2)

各軸的功率為

PI=PMni

P2=PBnin2

各軸的轉矩為

Ti=9550Pi/niN*m

T2=9550P2/n2N*m

4.V帶轉動的設計計算，帶輪結構尺寸的確定可參考教材和機械設計手冊。小帶輪的

孔徑和輪轂部分尺寸應根據電動機的軸伸直徑和長度的決定，小帶輪的半徑應小于

電動機的機座中心高。圖3是供參考的V帶輪零件圖。

5.齒輪轉動的設計計算

齒輪轉動的設計計算、齒輪結構尺寸的確定可參考教材和機械設計手冊。大齒輪得孔徑

是根據與其相配合的軸徑來確定的，本作業(yè)將大齒輪的孔徑定為d=60nm。圖4是供參

考的齒輪零件圖。

6.對零件圖的要求

零件圖是零件制造和檢驗的依據，工藝人員根據零件圖制定工藝規(guī)程，檢驗人員按照零

件圖進行成品的檢驗和驗收。因此，一張完整的零件圖應滿足以下要求：

19￡0.4

r—[2[030

12*0.0215

S

N

C

T

CXI00.

C3O+3

.4

2x45-2x45°1

技械求

未如倒角為2x45。

圖3V帶輪零件圖

法面模數mn

|川0,腔|A|——-齒形角an20。

法面的齒頂高系數han1

齒數Z79

分度圓上的螺旋角B8。06,34”

齒輪旋向右旋

分度圓直徑d239.39

6

8

?~~0

號法面變位系數Xn

Z

0精度等級(GB/T10095-1988)8GJ

公法線長度W87.5528驍

跨測齒數k10

配對齒輪圖號

齒圈徑向跳動公差R0.063

0.05

齒形公差_____________________七0.018

調制處理220-250HBS基節(jié)極限偏差C”.020

圖4齒輪零件圖

(1)清楚而正確的表達出零件各部分的結構形狀；

(2)標出零件各部分的尺寸及其精度；

(3)標出零件各部分必要的形狀位置公差；

(4)標出零件各表面的粗糙度；

(5)注明對零件的其他部分的要求，例如圓角半徑、倒角尺寸及傳動件的主要

參數等，對于齒輪還應列出其主要幾何參數、精度等級及檢驗項目等；

（6）填寫清楚零件圖標題欄。

三、設計計算步驟

1.選擇電動機，分配傳動比，計算傳動參數。

2.V帶傳動設計計算或（和）齒輪傳動設計計算。

3.畫小帶輪零件圖或（和）大齒輪零件圖。

作業(yè)三軸系組件設計