机械设计复习题讲解

1、螺纹连接1、一压力容器盖螺栓组连接如图所示，已知容器内径D=250mm，内装具有一定压强的液体，沿凸缘圆周均匀分布 12 个 M16（ d113.835mm）的普通螺栓，螺栓材料的许用拉应力 180MPa ，螺栓的相对刚度 cb /（cb cm） 0.5 ，按紧密性要求，剩余预紧力 F1 =1.83 F ，F 为螺栓的轴向工作载荷。试计算：该螺栓组连接允许容器内的液体最大压强pmax 及每个螺栓连接所需的预紧力 F0 。1. 计算每个螺栓允许的最大总拉力：.2分1分F d12F2 4 1.320815 N 1、 计算容器内液体最大压强F2 F1 F 2.8F1分1分.1分.1分20815F 7

2、434N2.8D2 /4Fpmax 12pmax 1.82MPa F0 F2Cb F2分0 2 Cb Cm(20815 0.5 7434) 17098N1分2.如图所示的矩形钢板，用 4个 M20的铰制孔用螺栓（受剪处直径 d0=21mm）固定在槽钢上， 各尺寸关系如图所示（单位： mm），钢板悬臂端受外载荷 FQ=16kN，试求：1） 螺栓组受哪几种外载荷作用，各自载荷多少？（3 分）2） 找出受力最大的螺栓并求出其所受的切应力？（5 分）FQ123O41.螺栓组受到两种外载荷作用 : 横向力 F=F Q=16kN 转矩 T F(300 120) 16 103 360 5.76 106 N

3、mm22)由横向力 F引起的各螺栓所受的剪力 Fi 相等：Fi16 10344 103 N由于各螺栓的力矩r 相等，由转矩 T 引起的各螺栓所受的剪力Fj 相等：FjFjmaxTrmax2ri且 rmax ri 60 26所以，可得 Fj16973NT 5.76 1064ri 4 60 2由图示受力分析可知，螺栓 2和 4受力最大，其所受剪力的合力为：22F2 F4Fi Fj 2Fi Fj cos45(4 103 )2 169732 2 4 103 16973cos45 2 104N其切应力为：F224d24d02 10457.7MPa221243.下图表示两平板用 2 个 M20 的普通螺栓

4、联接，承受横向载荷 F=6000N ，若取接合面间的 摩擦系数?=0.2 ，可靠性系数 K S=1.2 ，螺栓材料的的许用应力 =2N/mm 2 安全系数 S=2， 螺栓的小径 d1=17.294mm 。试校核螺栓的强度。F0，解：螺栓预紧后，接合面所产生的摩擦力等于横向载荷，假设各螺栓所需预紧力均为则由平衡条件 得：受预紧力螺栓强度为：所以，该螺栓联接件满足强度条件。4.5.6.(15分） 有一受预紧力 F0和轴向工作载荷作用的紧螺栓连接，已知预紧力 F01000 N，螺栓的刚度 Cb与连接件的刚度 Cm相等，轴向工作载荷 F=1000N，试计 算该螺栓所受的总拉力 F2?剩余预紧力 F1?

5、在预紧力 F0 不变的条件下，若保 证被连接件间不出现缝隙，该螺栓的最大轴向工作载荷 Fmax为多少 ?(F1=F0- (1-Cb/(Cb+Cm)F=0)5.（15 分）图 3-1 示螺栓联接中 ,采用两个 M20的普通螺栓， 其许用拉应力 l60Nmm2，联接件接合面间摩擦系数 f 0.20 ，防滑系数 Ks1.2 ，计算该联接 件允许传递的静载荷 F?（M20 的螺栓 d117.294mm）（10 分）螺栓预紧后，接合面所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷，假设各 螺栓所需预紧力均为 F0则由平衡条件螺栓危险截面的强度条件为于是得（4 分 ）6. 一钢制液压油缸，缸内油压 P2.5MP

6、a（静载） ，油缸内径 D125mm，缸盖由 6 个 M16的螺钉联接在缸体上 . 螺钉刚度 Cb 与缸体缸盖的刚度 Cm之比为 l/4 ，螺 钉材料的性能等级为 5.6 级，安全系数取 S1.5 ，M16螺钉的小径 d1=13.835mm. 若根据联接的紧密性要求，要求残余预紧力 QP1.5F. 试分析预紧力 QP 应控制 在什么范围内才能满足此联接的要求 ?解1. 计算单个螺钉的工作拉力 F（2 分） 油缸盖联接所受的载荷 F =p D/4 ，每个螺钉的工作拉力 FF 6 p 22D2/4/6 2.5 （125） 24/6 5113.27 N2. 计算允许的螺钉最大总拉力 Q（2 分） 螺

7、钉材料性能等级为 5.6 级， s300MPa，许用应力 = s/S 300/1.5 200MPa.由强度条件 ca1.3Q/（ d2/4） 22Q d2 /4/1.3 13.835 2200/4/1.3 23127.83 N3. 求预紧力 Qp 的允许范围（ 2 分）1） 按螺钉强度条件求允许的最大预紧力QQp十 Cb/ （Cb +Cm ）F23127.83 N Qp 23127.83-0.2F 23127.83-0.2 5113.27=22105.17 N2） 按联接紧密性条件求最小的预紧力，根据联接紧密性要求， QP 1.5F QP Qp- C m / （Cb +Cm ）F=Qp-0.8

8、F 1.5F即 Qp1.5F 十 0.8F2.3Fl1760.52 N由以上计算结果可知，预紧力 Qp 应控制为l1760.52 N Qp22105.17 N二传动分析题2 图示为手动铰车中所采用的蜗杆传动。已知 m=8mm，d1=80mm， z1=1， i =40，卷 筒的直径 D=250mm，试计算：（ 1）欲使重物上升 1m，应转动蜗杆的转数；（ 2） 设蜗杆和蜗轮间的当量摩擦系数为 0.18 ，检验该蜗杆传动是否满足自锁条件； （ 3）设重物重 Q=5kN，通过手柄转臂施加的力 F=100N，手柄转臂的长度 l 的最 小值 （ 不计轴承效率 ） 。1）重物上升 1m时，卷筒转动圈数：

9、N2=1000/ D=1000（250x3.14）=1.27蜗杆转动圈数 N1=niN2=40x1.27=50.96（ 圈 ）2)蜗杆直径系数 q=d1/m=80 8=10导程角： =arctan =arctan =7.125 o当量摩擦角： v=arctanf v= arctan =10.204o：因为： v所以 蜗杆传动满足自锁条件(4 分)3)蜗杆传动的啮合效率：则：(13 分)如图 3-2 所示某电梯传动装置中采用蜗杆传动，电机功率 P=10kW，转速 n1 970r min，蜗杆传动参数 z12；z260；直径系数 q8；总效率 08， m 8，右旋蜗杆，试计算： 14 分 )(1)

10、 电梯上升时，标出电机转向；(2) 标出蜗杆所受各力的方向；(3) 计算蜗轮所受各力大小（1） 电机转向箭头向上； （1 分 ）（2） 蜗杆受各力方向如图 （3 分）Fr2Ft2 tan 9845tan20 3583N（10 分） 如图 4-1 传动系统，要求轴、上的轴向力抵消一部分，试确定： 1） 蜗轮 6 的转向 2）斜齿轮 3、4 和蜗杆 5、蜗轮 6 的旋向； 3） 分别画出蜗杆 5，蜗 轮 6 啮合点的受力方向。1 蜗轮 6 的转向为逆时针方向；2 齿轮 3 左旋，齿轮 4 右旋，蜗杆 5 右旋，蜗轮 6 右旋； （4 分 ） 3 蜗杆 5 啮合点受力方向如图 （a） ；蜗轮 6 啮

11、合点受力方向如图 （b）轴承类题目已知 V 带传动中，最大传递功率 P=8kW ，带的速度 v=10m/s，若紧边拉力 F1为松边拉力 F2的 2 倍，此时小带轮上包角 1=120 ，求：（ 1）有效拉力 Fe；（2）紧边拉力 F1；（3）当量摩擦系数 f。解:有效拉力 Fe =1000P/ v=10008/10=800 N （2 分）又知 :F1-F2= Fe, F1=2F2则紧边拉力 F1=2 Fe =1600 N（2分）F1 e fF2根据欧拉公式得 当量摩擦系数 f =ln（ F1/ F2）/ =ln2/（3.14 120/180）=0.693/2.0933=0.331 （2分 ）23

12、一对 46210角接触球轴承反安装， 如图 1 所示。已知轴承 1和轴承 2 的径向载荷分别为 R1=2000N,R2=4000N,轴上作用的轴向载荷 Fa=800N(指向轴承 2) ， 轴承的派生轴向力 S 的计算式 S=0.68R，e=0.68，X=0.41, Y=0.87。轴承载荷有 轻微冲击，载荷系数 f F=1.2 ，工作温度不大于 120 C。试求：(1)轴承 1 和轴承 2 的轴向载荷 A1和 A2；(2) 轴承 1 和轴承 2 的当量动载荷 P1 和 P2。解 :（1） 计算轴承的轴向载荷 S1=0.68 R1=0.68 2000=1360 N S2=0.68 R2=0.68

13、4000=2720 N S1、S2 方向见图 2图 2 第六大题第 23 小题答案图因为 Fa+ S2=800+2720=3520 NS1所以 轴承 1“压紧”，A1= Fa+ S2=800+2720=3520 （2 分） 轴承 2“放松”，A2= S2=2720 N（2 分） （2）计算轴承的当量动载荷轴承 1 A1/ R1=3520/2000=1.76 e=0.68, 则取X1=0.41, Y1=0.87P1=f F（ X1R1+Y1A1）=1.2 （0.41 2000+0.873520）=3882.4 N （2 分）轴承 2 A2/ R1=2720/4000=0.68 e=0.68, 则

14、取X2=1, Y2=0P 2=f FX2R2=1.2 14000=4800 N （2 分 ）轴系改错题1) 此处弹1 此处弹簧垫片开口错误，应为左旋 ; 2 联轴器右端无轴向定位，轴应在此位置加工一轴肩；3 左侧轴承端盖不应与轴接触； 4 安装左轴承的轴段应比安装密封毡圈的轴段直径略大，以 利于轴承的安装； 5左轴承所在轴段不需要键联接； 6 固定左轴承的套筒厚度太大，其外径 应低于轴承内圈的高度； 7 安装齿轮的轴段长度应比齿轮的轮毂宽度短23mm；8 安装齿轮的轴段缺少键联接； 9 安装右轴承的轴段太长且轴端应倒角； 10 右侧轴承端盖与箱体外壁接 触面之间缺少调整垫片。21 左、右两边轴

15、承端盖均无调整垫片 2 左边轴承内圈固定错误，轴肩 高过内圈高度 3 键过长 4 齿轮轮毂的长度要长过与其配合的轴段的长 度 23mm5套筒高度高过右边轴承内圈的高度 6 右边轴承端盖与轴 要留有间歇 7 右边轴承端盖与轴间要有密封圈 8 和右端轴承相配合的 轴端作成阶梯轴，便于装拆 9 两端的轴承要设有挡油环 10 联轴器没有周向定位3 固定轴肩端面与轴承盖的轴向间距太小。 轴承盖与轴之间应有间隙。 轴承内环和套简装不上，也拆不下来。 轴承安装方向不对。 轴承外圈内与壳体内壁间应有 5-8mm间距。 与轮毂相配的轴段长度应小于轮毂长轴承内圈拆不下来。在图示轴的结构图中存在多处错误， 请指出错

16、误点， 说明出错原因， 并加以改正1、1. 无垫片； 2无间隙、无密封 3键太长 4无定位轴肩 5无轴肩6 套筒高于内圈高度 7 轴和轮毂一样长，起不到定位作用；8 无定位； 9 无垫片 10 采用反装5指出图 4-2 中的结构错误 （在有错处画编号，并分析错误原因 ） ，并在轴心线 下侧画出其正确结构图。图 4-2 轴的右端面应缩到联轴器端面内 12mm，轴端挡圈压到联轴器端面上，与轴 端面留有间隙； 联轴器与透盖不能接触，联轴器应右移； 联轴器与轴配合直径应小一点，形成轴肩定位； 联轴器处联接平键与蜗轮处联接平键应在一条线上；键与毂孔键槽底面间应 有间隙； 右轴承内圈左端面只能与套筒端面接

17、触，与轴肩端面应有间隙，所以套筒内 轴颈右端面应左移 1 2mm； 与蜗轮轮毂配合轴颈长度应比轮毂长短 12mm，轴颈右端面缩进去； 左轴承内圈不能被轴环全挡住，轴环左部轴径减小至内圈厚度的2 3 左右； 透盖和闷盖外圆外侧应倒角，与箱体间均应有调整垫片6轴的左端伸出轴承内圈过长，应缩短一点7 图 3 中为一对圆锥滚子轴承支承的轴系，齿轮油润滑，轴承脂润滑，轴 端装有联轴器。试指出图中的结构错误（在图中错误处写出序号并在下半部改正， 按序号简要说明错误的内容） （每指出一处 ,并正确说明错误内容和改正的 , 得 1 分, 总分为 10 分） 键的位置应与齿轮处在同一直线上，而且结构不正确； 轴承盖孔径应大于轴径，避免接触； 此处不应有键联接； 轴长应短于轮毂长度，保证轴套压紧齿轮； 轴应有轴环，使齿轮定位； 轴承应正装； 轴不应与轴承盖相碰，且不需这么长； 左右两轴承盖与箱体间应有调整垫片； 两轴承内侧应加封油环； 箱体加工面与非加工面未分开。85. 联轴器没有轴向定位。6. 联轴器没有周向固定。7. 联轴器没有轴向固定。&无调整垫片，轴承间隙无法调整。9转动的轴与静止轴承端盖相接触，轴不能正