《机械设计》第八版课后习题答案全共页Word文件下载.docx
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(1)确定M6×
40的许用切应力[]
由螺栓材料Q215,性能等级8.8,查表5-8,可知,查表5-10,可知
(2)螺栓组受到剪力F和力矩(),设剪力F分在各个螺栓上的力为,转矩T分在各个螺栓上的分力为,各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离为r,即
由图可知,螺栓最大受力
故M6×
40的剪切强度不满足要求,不可靠。
5-6已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相连接。
托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为250mm、大小为60kN的载荷作用。
现有如图5-50所示的两种螺栓布置形式,设采用铰制孔用螺栓连接,试问哪一种布置形式所用的螺栓直径最小?
[解]螺栓组受到剪力F和转矩,设剪力F分在各个螺栓上的力为,转矩T分在各个螺栓上的分力为
(a)中各螺栓轴线到螺栓组中心的距离为r,即r=125mm
由(a)图可知,最左的螺栓受力最大
(b)方案中
由(b)图可知,螺栓受力最大为
5-10
第六章键、花键、无键连接和销连接
6-3在一直径的轴端,安装一钢制直齿圆柱齿轮(如下图),轮毂宽度,工作时有轻微冲击。
试确定平键的尺寸,并计算其允许传递的最大扭矩。
[解]根据轴径,查表得所用键的剖面尺寸为,
根据轮毂长度
取键的公称长度
键的标记键
键的工作长度为
键与轮毂键槽接触高度为
根据齿轮材料为钢,载荷有轻微冲击,取许用挤压应力
根据普通平键连接的强度条件公式
变形求得键连接传递的最大转矩为
第八章带传动
8-1V带传动的,带与带轮的当量摩擦系数,包角,初拉力。
(1)该传动所能传递的最大有效拉力为多少?
(2)若,其传递的最大转矩为多少?
(3)若传动效率为0.95,弹性滑动忽略不计,从动轮输出效率为多少?
8-2V带传动传递效率,带速,紧边拉力是松边拉力的两倍,即,试求紧边拉力、有效拉力和初拉力。
8-4有一带式输送装置,其异步电动机与齿轮减速器之间用普通V带传动,电动机功率P=7kW,转速,减速器输入轴的转速,允许误差为,运输装置工作时有轻度冲击,两班制工作,试设计此带传动。
[解]
(1)确定计算功率
由表8-7查得工作情况系数,故
(2)选择V带的带型
根据、,由图8-11选用B型。
(3)确定带轮的基准直径,并验算带速
①由表8-6和8-8,取主动轮的基准直径
②验算带速
③计算从动轮的基准直径
(4)确定V带的中心距和基准长度
①由式,初定中心距。
②计算带所需的基准长度
由表8-2选带的基准长度
③实际中心距
中心距的变化范围为。
(5)验算小带轮上的包角
故包角合适。
(6)计算带的根数
①计算单根V带的额定功率
由,查表8-4a得
根据
查表8-5得,表8-2得,于是
②计算V带的根数
取3根。
(7)计算单根V带的初拉力的最小值
由表8-3得B型带的单位长度质量,所以
(8)计算压轴力
(9)带轮结构设计(略)
第九章链传动
9-2某链传动传递的功率,主动链轮转速,从动链轮转速,载荷平稳,定期人工润滑,试设计此链传动。
[解]
(1)选择链轮齿数
取小链轮齿数,大链轮的齿数
(2)确定计算功率
由表9-6查得,由图9-13查得,单排链,则计算功率为
(3)选择链条型号和节距
根据,查图9-11,可选16A,查表9-1,链条节距
(4)计算链节数和中心距
初选中心距。
取,相应的链长节数为
取链长节数。
查表9-7得中心距计算系数,则链传动的最大中心距为
(5)计算链速,确定润滑方式
由和链号16A,查图9-14可知应采用定期人工润滑。
(6)计算压轴力
有效圆周力为
链轮水平布置时的压轴力系数,则压轴力为
9-3已知主动链轮转速,齿数,从动链齿数,中心距,滚子链极限拉伸载荷为55.6kN,工作情况系数,试求链条所能传递的功率。
[解]由,查表9-1得,链型号16A
根据,查图9-11得额定功率
由查图9-13得
且
第十章齿轮传动
10-1试分析图10-47所示的齿轮传动各齿轮所受的力(用受力图表示各力的作用位置及方向)。
[解]受力图如下图:
补充题:
如图(b),已知标准锥齿轮,标准斜齿轮
,若中间轴上两齿轮所受轴向力互相抵消,应为多少?
并计算2、3齿轮各分力大小。
[解]
(1)齿轮2的轴向力:
齿轮3的轴向力:
即
由
(2)齿轮2所受各力:
齿轮3所受各力:
10-6设计铣床中的一对圆柱齿轮传动,已知,寿命,小齿轮相对其轴的支承为不对称布置,并画出大齿轮的机构图。
[解]
(1)选择齿轮类型、精度等级、材料
①选用直齿圆柱齿轮传动。
②铣床为一般机器,速度不高,故选用7级精度(GB10095-88)。
③材料选择。
由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45刚(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。
(2)按齿面接触强度设计
1)确定公式中的各计算值
①试选载荷系数
②计算小齿轮传递的力矩
③小齿轮作不对称布置,查表10-7,选取
④由表10-6查得材料的弹性影响系数
⑤由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限;
大齿轮的接触疲劳强度极限。
⑥齿数比
⑦计算应力循环次数
⑧由图10-19取接触疲劳寿命系数
⑨计算接触疲劳许用应力
取失效概率为,安全系数
2)计算
①计算小齿轮分度圆直径,代入中较小值
②计算圆周速度
③计算尺宽
④计算尺宽与齿高之比
⑤计算载荷系数
根据,7级精度,查图10-8得动载荷系数
直齿轮,
由表10-2查得使用系数
由表10-4用插值法查得
由,,查图10-13得
故载荷系数
⑥按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径
⑦计算模数
取
⑧几何尺寸计算
分度圆直径:
中心距:
确定尺宽:
圆整后取。
(3)按齿根弯曲疲劳强度校核
①由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限;
大齿轮的弯曲疲劳强度极限。
②由图10-18取弯曲疲劳寿命。
③计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数
④计算载荷系数
⑤查取齿形系数及应力校正系数
由表10-5查得
⑥校核弯曲强度
根据弯曲强度条件公式进行校核
所以满足弯曲强度,所选参数合适。
10-7某齿轮减速器的斜齿轮圆柱齿轮传动,已知,两齿轮的齿数为,8级精度,小齿轮材料为(调质),大齿轮材料为45钢(调质),寿命20年(设每年300工作日),每日两班制,小齿轮相对其轴的支承为对称布置,试计算该齿轮传动所能传递的功率。
[解]
(1)齿轮材料硬度
查表10-1,根据小齿轮材料为(调质),小齿轮硬度217~269HBS,大齿轮材料为45钢(调质),大齿轮硬度217~255HBS
(2)按齿面接触疲劳硬度计算
①计算小齿轮的分度圆直径
②计算齿宽系数
③由表10-6查得材料的弹性影响系数,由图10-30选取区域系数
④由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限;
⑤齿数比
⑥计算应力循环次数
⑦由图10-19取接触疲劳寿命系数
⑧计算接触疲劳许用应力
⑨由图10-26查得
⑩计算齿轮的圆周速度
计算尺宽与齿高之比
计算载荷系数
根据,8级精度,查图10-8得动载荷系数
由表10-3,查得
按轻微冲击,由表10-2查得使用系数
由表10-4查得{按=1查得}
故载荷系数
由接触强度确定的最大转矩
(3)按弯曲强度计算
①计算载荷系数
②计算纵向重合度
③由图10-28查得螺旋角影响系数
④计算当量齿数
⑥由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限;
⑦由图10-18取弯曲疲劳寿命。
⑧计算弯曲疲劳许用应力
⑨计算大、小齿轮的,并加以比较
⑩由弯曲强度确定的最大转矩
(4)齿轮传动的功率
取由接触强度和弯曲强度确定的最大转矩中的最小值
即
第十一章蜗杆传动
11-1试分析图11-26所示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向。
[解]各轴的回转方向如下图所示,蜗轮2、4的轮齿螺旋线方向均为右旋。
蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向如下图
11-3设计用于带式输送机的普通圆柱蜗杆传动,传递效率,传动比,由电动机驱动,载荷平稳。
蜗杆材料为20Cr,渗碳淬火,硬度。
蜗轮材料为,金属模铸造。
蜗杆减速器每日工作8h,要求工作寿命为7年(每年按300工作日计)。
[解]
(1)选择蜗杆传动类型
根据GB/T10085-1988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)。
(2)按齿面接触疲劳强度进行设计
①确定作用蜗轮上的转矩T2
按,估取效率,则
②确定载荷系数K
因工作载荷平稳,故取载荷分布不均匀系数;
由表11-5选取使用系数;
由于转速不高,无冲击,可取动载系数,则
③确定弹性影响系数蜗轮为铸锡磷青铜与钢蜗杆相配,故
④确定接触系数
假设,从图11-18中可查得
⑤确定许用接触应力
由表11-7中查得蜗轮的基本许用应力
应力循环系数
寿命系数
则
⑥计算中心距
取中心距,因,故从表11-2中取模数,蜗杆分度圆直径。
此时,从图11-18中查取接触系数,因为,因此以上计算结果可用。
(3)蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸
①蜗杆
蜗杆头数,轴向齿距;
直径系数;
齿顶圆直径;
齿根圆直径;
分度圆导程角;
蜗杆轴向齿厚。
②蜗轮
蜗轮齿数;
变位系数
验算传动比,此时传动比误差,是允许的。
蜗轮分度圆直径
蜗轮喉圆直径
蜗轮齿根圆直径
蜗轮咽喉母圆直径
(4)校核齿根弯曲疲劳强度
①当量齿数
根据,从图11-19中可查得齿形系数
②螺旋角系数
③许用弯曲应力
从表11-8中查得由制造的蜗轮的基本许用弯曲应力
④校核齿根弯曲疲劳强度
弯曲强度是满足的。
(5)验算效率
已知;
与相对滑动速度相关
从表11-18中用插值法查得,,代入式得,大于原估计值,因此不用重算。
第十三章滚动轴承
13-1试说明下列各轴承的内径有多大?
哪个轴承公差等级最高?
哪个允许的极限转速最高?
哪个承受径向载荷能力最高?
哪个不能承受径向载荷?
N307/P462073020751301
[解]N307/P4、6207、30207的内径均为35mm,51301的内径为5mm;
N307/P4的公差等级最高;
6207承受径向载荷能力最高;
N307/P4不能承受径向载荷。
13-5根据工作条件,决定在轴的两端用的两个角接触球轴承,如图13-13b所示正装。
轴颈直径,工作中有中等冲击,转速,已知两轴承的径向载荷分别为,,外加轴向载荷,作用方向指向轴承1,试确定其工作寿命。
[解]
(1)求两轴承的计算轴向力和
对于的角接触球轴承,按表13-7,轴承派生轴向力,
两轴计算轴向力
(2)求轴承当量动载荷和
由表13-5查得径向动载荷系数和轴向动载荷系数为
对轴承1
对轴承2
因轴承运转中有中等冲击载荷,按表13-6,取,则
(3)确定轴承寿命
由于题目中没给出在轴承的具体代号,这里假设选用7207AC,查轴承手册得基本额定载荷,因为,所以按轴承1的受力大小验算
13-6若将图13-34a中的两轴承换为圆锥滚子轴承,代号为30207。
其他条件同例题13-2,实验算轴承的寿命。
[解]
(1)求两轴承受到的径向载荷和
将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面(下图b)和水平面(下图a)两个平面力系。
其中:
图c中的为通过另加转矩而平移到指向轴线;
图a中的亦应通过另加弯矩而平移到作用于轴线上(上诉转化仔图中均未画出)。
由力分析可知:
(2)求两轴承的计算轴向力和
查手册的30207的,,
(3)求轴承当量动载荷和
(4)确定轴承寿命
因为,所以按轴承1的受力大小验算
故所选轴承满足寿命要求。
13-7某轴的一端支点上原采用6308轴承,其工作可靠性为90%,现需将该支点轴承在寿命不降低的条件下将工作可靠性提高到99%,试确定可能用来替换的轴承型号。
[解]查手册得6308轴承的基本额定动载荷。
查表13-9,得可靠性为90%时,,可靠性为99%时,。
可靠性为90%时
可靠性为99%时
即
查手册,得6408轴承的基本额定动载荷,基本符合要求,故可用来替换的轴承型号为6408。
第十五章轴
15-4图15-28所示为某减速器输出轴的结构图,试指出其设计错误,并画出改正图。
[解]
(1)处两轴承应当正装。
(2)处应有间隙并加密封圈。
(3)处应有轴间定位。
(4)处键不能伸入端盖,轴的伸出部分应加长。
(5)处齿轮不能保证轴向固定。
(6)处应有轴间定位。
(7)处应加调整垫片。
改正图见轴线下半部分。
15-7两极展开式斜齿圆柱齿轮减速器的中间轴(见图15-30a),尺寸和结构见图15-30b所示。
已知:
中间轴转速,传动功率,有关的齿轮参数见下表:
旋向
齿轮2
3
20°
112
右
齿轮3
4
23
(a)(b)
[解]
(1)求出轴上转矩
(2)求作用在齿轮上的力
(3)求轴上载荷
作轴的空间受力分析,如图(a)。
作垂直受力图、弯矩图,如图(b)。
作水平受力图、弯矩图,如图(c)。
作合成弯矩图,如图(d)
作扭矩图,如图(e)。
作当量弯矩力,如图(f)。
转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑,取。
(4)按弯矩合成应力校核轴的强度,校核截面B、C
B截面
C截面
轴的材料为45号钢正火,
,故安全。
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