机械设计总复习题讲解PPT

1、机械设计典型习题机械设计典型习题机设讲课习题机设讲课习题机械设计典型习题机械设计典型习题一、已知：-1=180MP，S=300MP，=0.2，K=2，试求：1、零件的简化极限应力图；2、当r=0.6，S=2时，该零件能承受的最大应力max；3、若a=70MP，m=50MP，计算该零件的安全系数。解：1、0012MP3001210A（0 ，-1/ K）(0，90) a mODD（0/2，0/(2K)）（150，75）C（S，0）（300 ，0）G45225. 011tanminmaxminmaxrrma04.14 AN属静强度3、图解法：M（50，70）MM2 . 1OMOMS解析法：2 . 1

2、502 . 07021801maKSMPSs150max机械设计典型习题机械设计典型习题例题2二、如图为某机器上一根单向转动轴，n=20r/min，每天工作8小时，要求工作2.5年（每年以300天计）。轴的材料为45钢调质处理，B-10-10650300500155282m=9，N0=107，S=1.6 ，E-E截面上受弯曲应力b=30，轴向拉应力c=10，扭转应力=15。过盈配合k=2.62， k =1.89，圆角k=1.93， k=1.58，尺寸系数=0.81 ，=0.7，表面质量系数=0.9，强化系数q=1，试校核轴的强度。是静应力还是变应力？是对称循环还是非对称循环？是单向还是复合应力

3、状态？N=? 是有限寿命还是无限寿命？机械设计典型习题机械设计典型习题例题2-2轴是转动的，M一定，b为对称循环变应力；轴向拉应力不变， c为静应力；=c=b正应力为非对称循环变应力。 考虑轴单向转动，工作不连续等因素，扭转切应力按脉动循环处理。MPma5 . 72/MPba30MPcm10E-E截面为复合应力状态。应力循环次数6102 . 75 . 23008206060年限天数hnLN0N当N0ND时按有限寿命计算。037. 1102 . 7109670mNNNK解解机械设计典型习题机械设计典型习题例题2-3计算综合影响系数K、KE-E截面有两个应力集中源，取数值最大者计算。346. 31

4、) 11(qkK811. 21) 11(qkK计算材料常数、2 . 020011 . 02001计算安全系数S、S039. 31maNKKS362. 71maNKKS计算复合应力下的安全系数Sca6 . 1809. 222SSSSSSca安全机械设计典型习题机械设计典型习题三、三、(8(8分分) )某轴受弯曲稳定变应力作用某轴受弯曲稳定变应力作用,maxmax=250MPa,=250MPa,minmin=-50MPa=-50MPa。已知轴的材料为合金钢，该材料的已知轴的材料为合金钢，该材料的 -1-1=450MPa=450MPa、 0 0=700MPa=700MPa、 s s=800MPa=8

5、00MPa，综合影响系数，综合影响系数K K =2.0=2.0，寿命系数，寿命系数 K KN N=1.2,=1.2,试试: :1) 1) 绘制该零件的简化疲劳极限应力图；绘制该零件的简化疲劳极限应力图；2)2)分别用图解法和解析法计算此轴的安全系数分别用图解法和解析法计算此轴的安全系数. . 比例尺比例尺:10MPa/mm:10MPa/mmMPaMPama1002,1502minmaxminmax)150,100(M285. 02001)270, 0(), 0(1AKKAN)800, 0(), 0(),210,420()2,2(00CCDKKKDSNN653. 1OMMOS643. 11amN

6、KKS解： 作出零件的极限应力图作出零件的极限应力图ADGC、零件工作应力点、零件工作应力点M，得到极限应力点，得到极限应力点M解析法得：解析法得：图解法得：机械设计典型习题机械设计典型习题例题1-1例例1：已知：图示支承尺寸及载荷，支座与墙面的摩擦系数：已知：图示支承尺寸及载荷，支座与墙面的摩擦系数 f = 0.5 ,8 . 0mbmCCC P=2MP，螺栓采用强度级别为，螺栓采用强度级别为4.6级的级的Q235钢，钢，Ks =1.2，试设计此螺栓连接。，试设计此螺栓连接。解解：螺栓受力分析螺栓受力分析将将Q力向接合面形心力向接合面形心O 简化简化QxQyM轴向力轴向力Qx=Qcos45=6

7、010N横向力横向力Qy=Qsin45=6010N倾覆力矩倾覆力矩M=LQy=300520Nmm单个螺栓的轴向工作载荷分析单个螺栓的轴向工作载荷分析(最上部螺栓的工作载荷最大为最上部螺栓的工作载荷最大为Fmax)在在Qx作用下每个螺栓的轴向载荷为作用下每个螺栓的轴向载荷为：NZQFxQx150346010在在M作用下最上部螺作用下最上部螺栓的轴向载荷为：栓的轴向载荷为：NrMLMLFziiM2504212maxmaxNFFFMQX4007maxmax该螺栓组连接受横向力该螺栓组连接受横向力QQY Y、轴向力、轴向力QQx x和倾覆力矩和倾覆力矩MM三种载荷的共同作用。三种载荷的共同作用。机械设

8、计典型习题机械设计典型习题例题1-2例例1：已知：图示支承尺寸及载荷，支座与墙面的摩擦系数：已知：图示支承尺寸及载荷，支座与墙面的摩擦系数 f = 0.5 ,8 . 0mbmCCC P=2MP，螺栓采用强度级别为，螺栓采用强度级别为4.6级的级的Q235钢，钢，Ks =1.2，试设计此螺栓连接，试设计此螺栓连接。解解：失效形式分析失效形式分析在在Qx、M的作用下，接合面的作用下，接合面上部离缝，因此要求：上部离缝，因此要求： Pmin0 (不松不松)QxQyM在在F0、Qx、M的作用下，接的作用下，接合面下部压溃，因此要求：合面下部压溃，因此要求： Pmax P （不碎）（不碎）在横向载荷在横

9、向载荷Qy作用下，托架下滑，因此要求：作用下，托架下滑，因此要求：在在F2 的作用下，螺栓被拉断或塑性变形，因此要求：的作用下，螺栓被拉断或塑性变形，因此要求：ysQKZfF1 213 . 14Fd（不断）（不断）（不滑）（不滑）F1为仅考虑为仅考虑QX时的残余预紧力时的残余预紧力QXmbmFCCCFF01M使底板接合面间的压力在翻转轴线上下以同样大小减小和增加，使底板接合面间的压力在翻转轴线上下以同样大小减小和增加，所以所以M对接合面间的总压力大小无影响，对接合面间的摩擦力大小无影响。对接合面间的总压力大小无影响，对接合面间的摩擦力大小无影响。机械设计典型习题机械设计典型习题例题1-3例例1

10、：已知：图示支承尺寸及载荷，支座与墙面的摩擦系数：已知：图示支承尺寸及载荷，支座与墙面的摩擦系数 f = 0.5 ,8 . 0mbmCCC P=2MP，螺栓采用强度级别为，螺栓采用强度级别为4.6级的级的Q235钢，钢，Ks =1.2，试设计此螺栓连接。，试设计此螺栓连接。解：解：确定单个螺栓的预紧力确定单个螺栓的预紧力F0按不离缝确定按不离缝确定F0 ， 要求：要求： Pmin0QxQyMWMCCCAZFmbmP1min0)(0WMCCCFCCCFAZmbmQXmbm注意：注意：QXmbmFCCCFF01为仅考虑Qx的残余预紧力2217671)2(:mmDA结合面面积3333134032:m

11、mDW接合面抗弯截面系数NZAWMCCCFCCCFmbmQXmbm44080机械设计典型习题机械设计典型习题例题1-4例例1：已知：图示支承尺寸及载荷，支座与墙面的摩擦系数：已知：图示支承尺寸及载荷，支座与墙面的摩擦系数 f = 0.5 ,8 . 0mbmCCC P=2MP，螺栓采用强度级别为，螺栓采用强度级别为4.6级的级的Q235钢，钢，Ks =1.2，试设计此螺栓连接。，试设计此螺栓连接。解解：QxQyMNF48080可取：可取：综合综合，NFCCCfZQKFQXmbmys48080按不按不下滑确定下滑确定F0 ，要求：，要求：ysQKZfF1ysQXmbmQKFCCCFfZ)(0按不压

12、溃确定按不压溃确定F0 ，要求要求 Pmax PPmbmPWMCCCAZF1maxNFCCCZAWMCCCZAFQxmbmmbmP68320机械设计典型习题机械设计典型习题例例1：已知：图示支承尺寸及载荷，支座与墙面的摩擦系数：已知：图示支承尺寸及载荷，支座与墙面的摩擦系数 f = 0.5 ,8 . 0mbmCCC P=2MP，螺栓采用强度级别为，螺栓采用强度级别为4.6级的级的Q235钢，钢，Ks =1.2，试设计此螺栓连接。，试设计此螺栓连接。查手册，取查手册，取M10（d=10mm，d1=8.376mm)，F0=4808N。 mmFd62. 73 . 1421 MPSS1605 . 12

13、40控制预紧力，由表控制预紧力，由表5-10，S=1.5，则：，则：螺栓为螺栓为4.6级级Q235钢，钢， B=400MP， S=240MP。确定螺栓直径确定螺栓直径 213 . 14FdNFCCCFFmbb5609max02NrMZQFFFxMQx40072maxmax 确定螺栓的最大工作载荷确定螺栓的最大工作载荷Fmax和总作用力和总作用力F2解解：机械设计典型习题机械设计典型习题讨论：讨论：1本题螺栓组连接需要满足四个条件：本题螺栓组连接需要满足四个条件：不断：不断： mmFd62. 73 . 1421不滑：不滑：ysQKZfF1不松：不松：01minWMCCCAZFmbmP不碎：不碎：

14、PmbmPWMCCCAZF1max机械设计典型习题机械设计典型习题D=150r=60D=150r=60NLMLMLFiziiM17712304300520412maxmaxNrMLMLFziiM2504602300520212maxmaxNrMZQFFFxMQx40072maxmaxNLMZQFFFixMQx32744maxmaxNFCCCFFmbb5609max02NFCCCFFmbb5463max02讨论：讨论：2机械设计典型习题机械设计典型习题例题2-1已知：已知： =12mm=12mm， 1 1=30mm=30mm，螺栓为，螺栓为Q235Q235钢钢4.64.6级，级， =96MP=9

15、6MP，铸铁架，铸铁架 P1P1=100MP=100MP，钢板，钢板 P2P2=320MP=320MP，f f=0.15=0.15，F=12KNF=12KN，L=400mmL=400mm，a=100mma=100mm，Ks=1.2Ks=1.2；试问：；试问：1 1）图示）图示A A、B B方案，哪个合理？方案，哪个合理？2 2）取合理方案，用受拉螺栓和受剪螺栓连接，）取合理方案，用受拉螺栓和受剪螺栓连接，哪一种螺栓连接合理？哪一种螺栓连接合理？解：解：将力将力F向形心向形心O简化简化F=12KNF=12KNT=FL=4800NmT=FL=4800Nm F F在每个螺栓中心处引起的横向力为在每个

16、螺栓中心处引起的横向力为F FF FKNZFFF3 T T在每个螺栓中心处引起的横向力为在每个螺栓中心处引起的横向力为F FT TA)NaZTZrTrTrFAZiiTA8487212maxTFNFFFFFTFTFA10818135cos222maxB)NZaTZrTFBTB12000NFFFTFB15000maxBAFFmaxmaxA)A)方案较合理方案较合理 。螺栓组受横向力螺栓组受横向力F F和旋转力矩和旋转力矩T T的共同作用的共同作用A A方案受力最大的螺栓是方案受力最大的螺栓是1 1和和2 2B B方案受力最大的螺栓是方案受力最大的螺栓是1 1机械设计典型习题机械设计典型习题例题2-

17、2取取A)A)方案计算方案计算采用受拉螺栓采用受拉螺栓FmaxAAsFKfFmax0NfFKFAs86547max0螺栓强度级别为螺栓强度级别为4.64.6， S S=240MP=240MP不控制预紧力，先试算：假设不控制预紧力，先试算：假设d=30mmd=30mm，由表由表5-105-10，S=2.5S=2.5 MPSS965 . 2240 mmFd6 .383 . 1401与假设相差较大，再设假设相差较大，再设d=42mmd=42mm，S=2.3S=2.3 MPSS1043 . 2240 mmFd06.373 . 1401选用选用M42M42的螺栓（的螺栓（d d1 1=37.129mm)

18、=37.129mm)。机械设计典型习题机械设计典型习题例题2-3FmaxA采用受剪螺栓采用受剪螺栓 按剪切强度计算直径，校核挤压强度按剪切强度计算直径，校核挤压强度 420maxdiFA mmFdA98.114max0取取M12M12的螺栓的螺栓,d,dS S=13mm,l=13mm,l0 0=22=22，l=35180mm(5l=35180mm(5进位）进位）301222l =?取取l=60mmLminLmin=60-22-30=8mm7 .273013108181max1SAPdF1001P10481310818max2LdFSAP3201Pdsdl0ll =65mm，可否？，可否？ 若被

19、连接件均为铸铁，若被连接件均为铸铁，则上板被压溃，怎么办？则上板被压溃，怎么办？d机械设计典型习题机械设计典型习题121234O2a2aLF钢板铸铁取M12的螺栓，dS=13mm，l0=22mm，l=35180mm(5进位）取l=60mmh=60-22-30=8mmd301222l =?h7 .273013108182max2SPdF1002P10481310818max1hdFSP3201Pl =65mm，可否？，可否？若被连接件均为铸铁，则上板若被连接件均为铸铁，则上板被压溃，怎么办？被压溃，怎么办？Fmax23=1001269 d12机械设计典型习题机械设计典型习题图示一钢制底板用两个普

20、通螺栓固定在钢制地基上。已知图示一钢制底板用两个普通螺栓固定在钢制地基上。已知F=4KN,F=4KN,底板与地基之底板与地基之间的摩擦系数间的摩擦系数 f f =0.3,=0.3,螺栓的相对刚度螺栓的相对刚度C Cb b/(C/(Cb b+C+Cmm)=0.2)=0.2，防滑系数，防滑系数K Ks s=1.2=1.2，其，其他尺寸如图示，螺栓的许用应力他尺寸如图示，螺栓的许用应力 ，试计算所需用螺栓的小径，试计算所需用螺栓的小径 d d1 1。33LLXY底板地基06012120170170AA向向21F地基 aMP160解：1、将F向形心及结合面简化FXFYNcosFFX2000600Nsi

21、nFFY32000600033/LFLFMYX2、在FX的作用下不滑移XSFKfZF1NfFKFXS4000213、螺栓所受的总拉力F2NFFFY3100040002124、计算螺栓的小径 mm.F.d7743121机械设计典型习题机械设计典型习题图示机架图示机架A A上用两个普通螺栓固定一杠杆上用两个普通螺栓固定一杠杆B B。在杆的两端各作用一垂直力。在杆的两端各作用一垂直力F FP P，两，两者方向相反，在杆的中心作用一垂直力者方向相反，在杆的中心作用一垂直力F FQ Q=2KN, =2KN, 已知杠杆与机架结合面之间的已知杠杆与机架结合面之间的摩擦系数摩擦系数 f f =0.2,=0.2

22、,防滑系数防滑系数Ks=1.2,Ks=1.2,螺栓的相对刚度螺栓的相对刚度C Cb b/(C/(Cb b+C+Cmm)=0.4, )=0.4, 每个螺栓每个螺栓的预紧力的预紧力F F0 0 =9KN=9KN（结合面的抗压强度足够），螺栓的许用应力（结合面的抗压强度足够），螺栓的许用应力 试求力试求力F FP P和螺栓的小径和螺栓的小径 d d1 1。 aMP160TKrfFCCCFSiimbm210)(kNFFQ12PPFFT400)150250(2PF4002 . 150)0.2(50) 16 . 09(NFP350NFFF94004 . 002 mm.F.d86943121解解：TKrfF

23、Sii211QFPF1501505050140ABPF140机械设计典型习题机械设计典型习题二、简答题二、简答题1 1、带传动一般应放在高速级还是低速级？为什么？、带传动一般应放在高速级还是低速级？为什么？2 2、带传动的失效形式有哪些？设计准则是什么？、带传动的失效形式有哪些？设计准则是什么？3 3、试说明在带传动设计中，为何要限制下列参数？、试说明在带传动设计中，为何要限制下列参数？ 1 1）带轮基准直径）带轮基准直径d dd1d1dddmindmin 2 2）带速）带速5m/sv25m/s 5m/sv25m/s 3 3）小轮包角）小轮包角 1 1 120 4 120 4）张紧力）张紧力F

24、 F0 0 的大小要合适的大小要合适 5 5）带的根数）带的根数Z810 6Z810 6）传动比）传动比i78 i78 机械设计典型习题机械设计典型习题8-39、某减速带传动由变速电动机驱动，大带轮的输出转速的变化范围为5001000r/min。若大带轮上的负载为恒功率负载，应该按哪一种转速设计带传动？若大带轮上的负载为恒转矩负载，应该按哪一种转速设计带传动？为什么？1000FvP 1.P一定，v，Fe按转速500r/min来设计带传动。2.T一定，Fe一定，v，P按转速1000r/min来设计带传动，可以传递较大的功率。按较大的Fe设计时保证不打滑且满足疲劳寿命，高速运转时也不会打滑且满足疲

25、劳寿命。机械设计典型习题机械设计典型习题8-408-40一带式输送机装置如图。已知小带轮基准直径一带式输送机装置如图。已知小带轮基准直径d dd1d1=140mm=140mm，大带轮基准直，大带轮基准直径径d dd2d2=400mm=400mm，鼓轮直径，鼓轮直径D=250mmD=250mm，为了提高生产率，拟在输送机载荷不变，为了提高生产率，拟在输送机载荷不变（即拉力（即拉力F F不变）的条件下，将输送带的速度不变）的条件下，将输送带的速度v v提高，设电动机的功率和减速器的提高，设电动机的功率和减速器的强度足够，且更换大小带轮后引起中心距的变化对传递功率的影响可忽略不计，强度足够，且更换大

26、小带轮后引起中心距的变化对传递功率的影响可忽略不计，为了实现这一增速要求，试分析采用下列哪种方案更为合理，为什么？为了实现这一增速要求，试分析采用下列哪种方案更为合理，为什么？1 1、将、将d dd2d2减小到减小到280mm280mm；2 2、将、将d dd1d1增大到增大到200mm200mm；3 3、将鼓轮直径、将鼓轮直径DD增大到增大到355mm355mm。输送带FDdd2dd1减速器vV带传动电动机解1、输出功率P P出= =FvFvv，F不变，则 P出输入功率P入 =Fevv而10006011dvdnv不变Fe可能引起打滑或疲劳寿命降低。减小dd2不可行。机械设计典型习题机械设计典

27、型习题1 1、将、将d dd2d2减小到减小到280mm280mm；2 2、将、将d dd1d1增大到增大到200mm200mm；3 3、将鼓轮直径、将鼓轮直径DD增大到增大到355mm355mm。解输入功率P入 =Fevv10006011dvdnv增大dd1可行。2、 dd1 ，且dd1 ，1 ，K dd1 ， b1 P0 虽dd1 ，i= dd2 / dd1 ， P0 但LcaKKPPPz)(00基本不变基本不变FDdd2dd1减速器vV带传动电动机机械设计典型习题机械设计典型习题FDdd2dd1减速器减速器vV V带传动带传动电动机电动机解3、将鼓轮直径D增大到355mm。v，F不变，则

28、 P出输入功率P P入 =F Fev vv10006011dvdnv而不变Fe可能引起打滑或疲劳寿命降低。可能引起打滑或疲劳寿命降低。增大鼓轮直径增大鼓轮直径DD不可行。不可行。机械设计典型习题机械设计典型习题FDdd2dd1减速器减速器vV V带传动带传动电动机电动机解：解：原原V V带传动比：带传动比：857. 21404001212ddddi方案方案1 1、2 2的的V V带传动比：带传动比：22004001402801212ddddi原运输带速度：原运输带速度：,60000Dnvy 现运输带速度：现运输带速度：,60000Dnvy原运输带鼓轮转速：原运输带鼓轮转速：减电减电iniinn

29、y857. 212 现运输带鼓轮转速：现运输带鼓轮转速：减电减电iniinny212 ，1 1、将、将d dd2d2减小到减小到280mm280mm；2 2、将、将d dd1d1增大到增大到200mm200mm；3 3、将鼓轮直径、将鼓轮直径D D增大到增大到 355mm355mm。机械设计典型习题机械设计典型习题方案方案1 1、2 2运输带速度提高：运输带速度提高：%9 .42) 12857. 2(857. 21857. 2121yyynnnvvv 同理方案同理方案3 3运输带速度提高：运输带速度提高：%42250250355DDDvvv三种方案都能使运输带速度提高三种方案都能使运输带速度提

30、高42%42%左右，但只有方案左右，但只有方案2 2是合是合理方案，方案理方案，方案1 1、3 3都不能采用。都不能采用。原因是：原因是：F=CF=C，VV（42%42%），），输出功率输出功率P P2 2（42%42%）输入功率输入功率: P: P1 1=F=Fe eV VV V 也必须增加也必须增加42%42%左右左右. .F Fe eVV带传动的有效拉力，带传动的有效拉力，V VV VVV带传动的线速度。带传动的线速度。方案方案2 2是增大小轮直径是增大小轮直径d dd1d1=200=200，60000,6000011dVdVdnVdnV电电现原原机械设计典型习题机械设计典型习题输入功率

31、输入功率P P1 1=F=Fe eV VV V，V V带传动的有效拉力带传动的有效拉力F Fe e基本不变，不会基本不变，不会出现打滑和疲劳破坏现象。出现打滑和疲劳破坏现象。VV带传动的线速度增加带传动的线速度增加%9 .42140140200111dddVVVdddVVV方案方案1 1不能采用的原因是不能采用的原因是V V带传动的带速没有提高：带传动的带速没有提高：600001dVdnV电输入功率输入功率P P1 1 =F =Fe eV V，V V带传动的有效拉力带传动的有效拉力F Fe e提高提高42%42%左右，左右，V V带传动可能出现打滑和疲劳破坏。带传动可能出现打滑和疲劳破坏。不变

32、，不变，方案方案3 3不能采用的原因同上。不能采用的原因同上。此题的答案告诉我们：用提高带速的办法提高此题的答案告诉我们：用提高带速的办法提高V V带传动的功率是带传动的功率是可行的，带传动更适宜在高速下工作。可行的，带传动更适宜在高速下工作。机械设计典型习题机械设计典型习题9-289-28有一链传动，小链轮主动，转速有一链传动，小链轮主动，转速n n1 1=900=900，齿数，齿数z z1 1=25=25，z z2 2=75=75。现因工作需要，拟将大链轮的转速降低到现因工作需要，拟将大链轮的转速降低到n n2 2250 r/min250 r/min，链条长度，链条长度不变，问：不变，问：

33、1.1.若从动轮齿数不变，应将主动轮齿数减小到多少？此时链条所能若从动轮齿数不变，应将主动轮齿数减小到多少？此时链条所能传递的功率有何变化？传递的功率有何变化？2.2.若主动轮齿数不变，应将从动轮齿数增加到多少？此时链条所能若主动轮齿数不变，应将从动轮齿数增加到多少？此时链条所能传递的功率有何变化？传递的功率有何变化？答：从动轮齿数不变，主动小链轮齿数答：从动轮齿数不变，主动小链轮齿数z1= z2/i12= z2n2/n1=75250/900=20.8 取取z1=21,主动小链轮齿数由主动小链轮齿数由25降到降到21，所用链条不变，所用链条不变，z1d1、转速转速n1=900不变，不变，链速链

34、速v、有效拉力有效拉力Fe，疲劳寿命不变时，链条所能传递的功率下降。，疲劳寿命不变时，链条所能传递的功率下降。答：主动小链轮齿数不变，从动轮齿数答：主动小链轮齿数不变，从动轮齿数 z2= z1i12= z1n1/n2=25900/250=90 取取z2=90从动大链轮齿数由从动大链轮齿数由75升到升到90，而其它参数不变，链速而其它参数不变，链速v不变，有效拉力不变，有效拉力Fe不变，链条所能传递的不变，链条所能传递的功率不变。功率不变。机械设计典型习题机械设计典型习题齿轮强度比较方法齿轮强度比较方法1 1、接触强度相等的条件：、接触强度相等的条件：2211HHHHHHH21 21HH等接触强

35、度条件为：等接触强度条件为：2 2、弯曲强度相等的条件：、弯曲强度相等的条件：2211FFFF21FFsaFaFYYmbdKT112111112saFaFYYmbdKT221122saFaFYYmbdKT等弯曲强度条件为：等弯曲强度条件为：222111saFaFsaFaFYYYYSaFatFYYbmKF机械设计典型习题机械设计典型习题 一、一、 甲乙两人分别设计闭式软齿面直齿圆柱齿轮减速器，其工甲乙两人分别设计闭式软齿面直齿圆柱齿轮减速器，其工作条件、材料、硬度、齿宽等均相同，甲的参数为：作条件、材料、硬度、齿宽等均相同，甲的参数为：m=3mm，z1=20，z2=80，乙的参数为：，乙的参数为

36、：m =2.5mm ，z 1=24，z 2=96，现经校，现经校核，乙方案完全符合强度要求，试问：核，乙方案完全符合强度要求，试问：1、甲方案是否可用？为什么？、甲方案是否可用？为什么？2、相对来说，哪个方案更合理？为什么？、相对来说，哪个方案更合理？为什么？解解1、mmzzma150)(2/21甲接触强度相同。接触强度相同。而mm，甲的弯曲强度大于乙。甲的弯曲强度大于乙。 甲方案可用。甲方案可用。2、乙方案更合理。、乙方案更合理。d不变，不变，m z运动平稳性saFaFYYmbdKT11244. 1334. 41111saFaFYYm甲68. 15 . 2187. 41111saFaFYYm

37、乙mmzzma150)(2/21乙乙甲乙甲，bbaa机械设计典型习题机械设计典型习题 二、有两对闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动，二、有两对闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动，z1=20，z2=40，m=2 ，z1 =20，z2 =60，m =3，齿轮制造精度、载荷、材料、热处，齿轮制造精度、载荷、材料、热处理均相同，忽略载荷系数理均相同，忽略载荷系数K及及 的影响，试问：的影响，试问：1、若第一对齿轮的齿宽、若第一对齿轮的齿宽b=36mm，则第二对齿轮的齿宽，则第二对齿轮的齿宽b =？时？时这两对齿轮的齿面接触疲劳强度才相等；这两对齿轮的齿面接触疲劳强度才相等；2、判断哪个齿轮的弯曲疲劳强度最弱？、判断哪

38、个齿轮的弯曲疲劳强度最弱？解1、由于四个齿轮材料、精度等均相同，则许用接触应力、由于四个齿轮材料、精度等均相同，则许用接触应力 H均相同。均相同。 要使齿面接触强度相等，应使其计算应力相等，即：要使齿面接触强度相等，应使其计算应力相等，即：HHEHtHZZuubdKF11uubdH1121uudbH1121mmbuuuuddb2 .14362/33/460401122121 EHZZuubdKT12211机械设计典型习题机械设计典型习题解2、由于四个齿轮材料、精度、载荷等均相同，则许用弯曲、由于四个齿轮材料、精度、载荷等均相同，则许用弯曲应力应力 F均相同。均相同。11111saFaFYYmb

39、d要判断哪个齿轮弯曲强度最弱，要看计算应力，且一对齿轮中要判断哪个齿轮弯曲强度最弱，要看计算应力，且一对齿轮中小齿轮的弯曲应力较大，因此，需比较小齿轮的弯曲应力较大，因此，需比较 F1和和 F1 。saFatFYYbmKFsaFaYYmbdKT112111128801236401saFasaFaYYYY11111saFaFYYmdb1111255613602 .141saFasaFaYYYY而z1=z111FaFaYY11sasaYY11FF齿轮齿轮z1 的弯曲疲劳强度最弱。的弯曲疲劳强度最弱。机械设计典型习题机械设计典型习题uubdKTZEH125 . 2211三、有一对闭式钢制齿轮传动，已

40、知三、有一对闭式钢制齿轮传动，已知T T1 1=120=12010103 3Nmm, Nmm, 弹性系弹性系数数Z ZE E=189.8MPa=189.8MPa1/21/2，载荷系数，载荷系数K=1.2;K=1.2;其他参数如下表：其他参数如下表：齿轮齿轮编号编号齿数齿数模数模数(mm) 齿宽齿宽(mm)齿形齿形系数系数 应力修应力修正系数正系数许用接触许用接触应力应力（N/mm2）许用弯曲许用弯曲应力应力（N/mm2）1Z1=204b1=85YFa1=2.8Ysa1=1.55H1=550F1=4202Z2=40b2=80YFa2=2.4Ysa2=1.67H2=450F2=3801.1.试分析

41、该对齿轮传动，哪个齿轮的接触疲劳强度较低？哪个齿轮试分析该对齿轮传动，哪个齿轮的接触疲劳强度较低？哪个齿轮的弯曲疲劳强度较低？为什么？的弯曲疲劳强度较低？为什么？2.2.预测当出现失效时，将是齿面疲劳点蚀还是齿根疲劳折断？预测当出现失效时，将是齿面疲劳点蚀还是齿根疲劳折断？为什么？为什么？saFaFYYbmdKT112提示：提示：机械设计典型习题机械设计典型习题解：1.HHHHHHH2121，大轮大轮2 2的接触强度低；的接触强度低； 81.9467. 14 . 238077.9655. 18 . 2420222111SaFFSaFFYYYY大轮大轮2 2的弯曲强度低。的弯曲强度低。9 .43

42、521280801200002 . 128 .1895 . 222HH，接触强度满足；接触强度满足； 8 .4855. 18 . 2804801200002 . 1211FF09.4567. 14 . 2804801200002 . 1222FF，弯曲强度满足；弯曲强度满足；1122203. 19 .435450FFFFHH当发生失效时首先当发生失效时首先将是接触疲劳点蚀。将是接触疲劳点蚀。2.机械设计典型习题机械设计典型习题FKFbmY YtSaFauubdKFZZ11tHEH四、一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知齿数四、一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知齿数z z1 12020，z z2 2404

43、0；模数模数m=2mmm=2mm；齿宽；齿宽b b1 1=45mm, b=45mm, b2 2=40mm=40mm；齿根应力修正系数；齿根应力修正系数Y YSaSa1 1=1.55=1.55，Y YSa2Sa2=1.67=1.67；齿形系数；齿形系数Y YFa1Fa1=2.80=2.80，Y YFa2Fa2=2.4=2.40 0；区域；区域系数系数Z ZHH=2.5=2.5，弹性系数，弹性系数Z ZE E=189.8(MPa)=189.8(MPa)1/21/2，功率功率P=5.5KWP=5.5KW，转速，转速n n1 1=1450r/min=1450r/min。求：。求： F1F1/ / F2

44、F2和和 H1H1/ / H2H2。注：注：tF1Sa1 Fa1KFY YbmtF2Sa2Fa2KFY YbmFa1 Sa1F1F2Fa2 Sa22.8 1.551.0832.4 1.67Y YY Y解：HHH21H1H21机械设计典型习题机械设计典型习题五、设计一直齿圆柱齿轮传动，原用材料的许用接触应力为五、设计一直齿圆柱齿轮传动，原用材料的许用接触应力为HH 1 1=700MPa=700MPa， H H 2 2=600MPa=600MPa，求得中心距，求得中心距a=100mma=100mm；现改；现改用用H H 1 1=600MPa=600MPa， H H 2 2=400MPa=400MP

45、a的材料，若齿宽和其他条件不的材料，若齿宽和其他条件不变，为保证接触疲劳强度不变，试计算改用材料后的中心距。变，为保证接触疲劳强度不变，试计算改用材料后的中心距。解：解： 因前后接触疲劳强度不变，所以有：因前后接触疲劳强度不变，所以有：HHHH22而而EHHZZuubdKT12211EHHZZuudbKT12211代入，有：代入，有：121211ddHH2211HHdd而而) 1(21uda) 1(21udammaaHH15040060010022机械设计典型习题机械设计典型习题 方向：左、右旋方向：左、右旋转动方向转动方向Fa取决于取决于改变任一项，改变任一项，F Fa a方向改变。方向改变

46、。举例：举例：右旋右旋左旋左旋n1n2n1n2右旋右旋左旋左旋Ft2Ft1Fr1Fr2Fr2Fr1Ft2Ft1Fa1Fa2Fa1Fa2旋向？旋向？一对斜齿轮：一对斜齿轮： 1 1=-=-2 2旋向相反旋向相反旋向判定旋向判定：沿轴线方向站立，可见侧轮齿左边高即为左旋，沿轴线方向站立，可见侧轮齿左边高即为左旋，右边高即为右旋。右边高即为右旋。机械设计典型习题机械设计典型习题 试合理确定图示两级斜齿圆柱齿轮减速器各斜齿轮的螺旋试合理确定图示两级斜齿圆柱齿轮减速器各斜齿轮的螺旋线方向，并画出各对齿轮的受力，电动机转向如图。线方向，并画出各对齿轮的受力，电动机转向如图。n电123456 你认为在传动方

47、你认为在传动方案的设计中，是否有案的设计中，是否有不合理的地方？应如不合理的地方？应如何修改？何修改？Fa5Fa6Fa4Fa3Fa2Fa1Ft5Ft6Ft4Ft3Ft2Ft1 径向力：略机械设计典型习题机械设计典型习题例、标出各图中未注明的蜗杆或蜗轮的转动方向，绘出蜗杆和例、标出各图中未注明的蜗杆或蜗轮的转动方向，绘出蜗杆和蜗轮在啮合点处的各分力的方向（均为蜗杆主动）。蜗轮在啮合点处的各分力的方向（均为蜗杆主动）。n112n112n221n1122n2Ft2Fa1Ft1Fa2Ft1Fa2n2Ft2Fa1n1Ft2Fa1Ft1Fa2Fa2F a2Ft1Fa1Ft2F t2n2n2Fa1Ft1机械

48、设计典型习题机械设计典型习题n112n2Ft2Fa1Ft1Fa2n112Ft1Fa2n2Ft2Fa1n221n1Ft2Fa1Ft1Fa2n1122Fa2F a2Ft1Fa1Ft2F t2n2n2Fa1Ft1机械设计典型习题机械设计典型习题传动系统如图，已知轮传动系统如图，已知轮4为输出轮，转向如图，试：为输出轮，转向如图，试：1、合理确定蜗杆、蜗轮的旋向；、合理确定蜗杆、蜗轮的旋向；2、标出各轮受力方向。、标出各轮受力方向。1234n4n3n2Fa4Fa3Fa2Ft1n1Fa1Ft2Ft3Ft4机械设计典型习题机械设计典型习题图示为一起重装置，欲使重物上升，试在图上画出：图示为一起重装置，欲使

49、重物上升，试在图上画出：1、电机转向、电机转向n1 ； 2、斜齿轮、斜齿轮2的旋向；的旋向； 3、啮合点受力方向。、啮合点受力方向。n2n3Fa2Fa3n4Ft3Ft2Ft3Fa4433221电机n3n2n1Fa2Fa1Fa3Ft4Ft2Ft1机械设计典型习题机械设计典型习题例题1dF2dF1) Fae=FA2-FA1=8000-3000=5000NFd1+Fae=9000Fd2=6500N 2 2被被“压紧压紧”， 1 1被被“放松放松”Fa2=Fae+Fd1=9000NFa1=Fd1=4000N2) Fae=FA2-FA1=5000-3000=2000N 1 1被被“压紧压紧”， 2 2被

50、被“放松放松”Fa1=Fd2-Fae=6500-2000=4500NFa2=Fd2=6500N121AF2AF试分析图示轴系两圆锥滚子轴承所试分析图示轴系两圆锥滚子轴承所受的轴向力，已知：受的轴向力，已知：Fd1=4000N，Fd2=6500N，F FA1A1=3000N=3000N，FA2=8000、5000、5500N、3000N。解解:aeF机械设计典型习题机械设计典型习题注意：当轴上零件轴向力的合力注意：当轴上零件轴向力的合力F Faeae=0=0时，两轴承的轴向力相等时，两轴承的轴向力相等且等于两派生轴向力中的大值。且等于两派生轴向力中的大值。4) Fae=FA2-FA1=3000-

51、3000=0，Fa1=Fd1+Fd1=Fa2=Fd2=max(Fd1、Fd2)= Fd2=6500N注意：当轴上注意：当轴上F Fd1d1、F Fd2d2与与F Faeae相平衡时，两轴承的轴向力等于各自的相平衡时，两轴承的轴向力等于各自的派生轴向力。派生轴向力。3) Fae=FA2-FA1=5500-3000=2500N ，Fd1+Fae=6500N=Fd2=6500N， Fd1、Fd2与与Fae相平衡相平衡Fa1=Fd1=4000NFa2=Fd2=6500N1dF2dF1AF2AFaeF12分析图示轴系两圆锥滚子轴承所受的分析图示轴系两圆锥滚子轴承所受的轴向力，已知：轴向力，已知： Fd1

52、=4000N，Fd2=6500N，F FA1A1=3000N=3000N，FA2=8000、5000、5500N、3000N。1dF211dddFFF机械设计典型习题机械设计典型习题例题1dF2dFaeF1) Fae=FA2-FA1=8000-3000=5000NFd1+Fae=9000Fd2=6500N 2被被“压紧压紧”Fa2=Fae+Fd1=9000NFa1=Fd1=4000N2) Fae=FA2-FA1=5000-3000=2000NFd1+Fae=6000Nee时时, ,X=0.41,Y=0.87X=0.41,Y=0.87; ;F Fa a/F/Fr ree时，时，X X=1=1，Y

53、 Y=0=0，内部轴向力，内部轴向力F Fd d=0.7F=0.7Fr r，基本额定动载荷，基本额定动载荷C Cr r=19.2=19.2 kN kN) )。机械设计典型习题机械设计典型习题N 07010007 . 07 . 0r1d1FFN 014020007 . 07 . 0r2d2FFN 0012500700A2d1 FFN 0120240010001400A1d2 FFN 00195002400A2A1d2a1FFFFN 0014d2a2 FFeFF9 . 110001900r1a141. 01X87. 01Y2475.6N)190087. 0100041. 0(2 . 1)(a11r

54、11p1FYFXfPeFF7 . 020001400r2a241. 02XY2087 .N .62445)140087. 0200041. 0(2 . 1)(a22r22p2FYFXfP21PP 099h8)6 .2475102 .19(9606010)(601033616h10PCfnLt解：解：按按P1计算轴承寿命计算轴承寿命轴有右移的趋势，轴承轴有右移的趋势，轴承1 1被压紧，轴承被压紧，轴承2 2被放松被放松机械设计典型习题机械设计典型习题2. 2. 图示蜗杆轴上安装一对图示蜗杆轴上安装一对3020830208型圆锥滚子轴承，根据蜗杆轴上的型圆锥滚子轴承，根据蜗杆轴上的受力，求得两支承

55、的径向反力为左轴承受力，求得两支承的径向反力为左轴承1 1F Fr1r1=2600N=2600N，右轴承，右轴承2 2F Fr2r2=2000 N=2000 N，蜗杆转速，蜗杆转速n n1 1=960r/min=960r/min，蜗杆上的轴向力，蜗杆上的轴向力F FA A1000N1000N。载荷系数。载荷系数f fP P=1.1=1.1，温度系数，温度系数f ft t=1.0,=1.0,要求：要求：(1) (1) 计算轴承的寿命计算轴承的寿命L Lh h ；(2)(2)说明该轴承寿命达到说明该轴承寿命达到L Lh h时是否损坏？时是否损坏？( (注：注：3020830208型轴承的基本额定动

56、载荷型轴承的基本额定动载荷C Cr r34000N34000N，e e=0.38=0.38，Y Y=1.6=1.6，F Fa a/F/Fr ree时，时，X=0.4X=0.4，Y=1.6Y=1.6；F Fa a/F/Fr ree时，时，X X=1=1，Y Y=0=0，内部轴向力内部轴向力 ）)2/( YFFrd机械设计典型习题机械设计典型习题N 5 .8126 . 1226002r1d1YFFN 5622r2d2YFFd1Ad2N 51621000625FFFN 562d2a2 FFN 2516Ad2a1FFFFFea1r1162526000625038.X104 .Y116 .N 4400)

57、16256 . 126004 . 0(1 . 1)(a11r11p1FYFXfPFFea2r262520000313038.X21Y20N 022020001 . 1r2p2FfPPP12解：（解：（1） 轴承轴承1“压紧压紧”，轴承，轴承2“放松放松” 按按P1计算轴承寿命计算轴承寿命(2) 该轴承寿命达到该轴承寿命达到Lh=21691h时损坏的概率是时损坏的概率是10%（或可靠度是（或可靠度是90%）。）。h21691)40041034(9606010)(60103103616h10PCfnLt机械设计典型习题机械设计典型习题eFa/FreFa/FreFd0.36X=1，Y=0X=0.45

58、，Y=1.480.4Fr3 3轴系由一对深沟球轴承轴系由一对深沟球轴承62086208支承，轴上受径向力支承，轴上受径向力F FR R5000 N5000 N，现若改用一对角接触球轴承现若改用一对角接触球轴承7208C7208C支承，如图所示，寿命有什么变支承，如图所示，寿命有什么变化？用角接触球轴承与深沟球轴承的寿命比表达，载荷系数化？用角接触球轴承与深沟球轴承的寿命比表达，载荷系数f fp p=1.2=1.2。62086208轴承轴承C Cr=25600Nr=25600N，7208C7208C轴承轴承C Cr=30600Nr=30600N，其余，其余参数见下表。参数见下表。机械设计典型习题

59、机械设计典型习题FFr1R1502503000 NN 2000r1Rr2FFFN 003630002 . 1r1p11FfPP11. 7360025600)(16670hPCPCnLN 01204 . 0r1d1FFN 0804 . 0r2d2FF解：深沟球轴承：解：深沟球轴承：改用角接触球轴承：改用角接触球轴承：N 0012d1a2a1FFFFFeFFea1r1a2r20406.，48. 145. 0YX，FFFFa1a2r1r2， ，应按应按1轴承计算轴承计算12机械设计典型习题机械设计典型习题157. 8375130600)(PC角接触球轴承 寿命比：寿命比：LLCPCPhh()()(.).8157711151