机械设计复习题1概要

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（di=13.835mm的普通螺栓，螺栓材料的许用拉应力b=180MPa,螺栓的相对刚度Cb/（Cb+褊）=0.5,按紧密性要求，剩余预紧力Fi=l83F,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Foo1.计算每个螺栓允许的最大总拉力：町兀6?F2=4X1.3=20815N.1、计算容器内液体最大压强F-F+F=2.8F.L20815F=7434N2.8兀D74Pmax-1.82MPa=(20815-0.5%7

2、434)=17098N2.如图所示的矩形钢板，用4个M20的较制孔用螺栓（受剪处直径各do=21mm固定在槽钢上,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）1,螺栓组受到两种外载荷作用横向力F=FcF16kN转矩T=F(300+12°)=16X103X360=5.76X106N-mm22)由横向力F引起的各螺栓所受的剪力F】相等：FFiTd=4>dO3N4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已相等:TrFj = Fmaxm磐且&#

3、39;ax=ri=60J"Y所以，可得Fj=T5.76。=i6973N4ri4x60/2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：F2=Fi=jFi2+F+2FiFjcos45刃=J(4>dO3)2+169732+2x4>M0xl6973cos45二2咒104NF22咒101其切应力为：L2=X4=57.7MPaj!2兀2doX21443. 下图表示两平板用2个M20的普通螺栓联接，承受横向载荷F=6000N,若取接合面间的摩擦系数？=0.2,可靠性系数七二1.2,螺栓材料的的许用应力(T=2N/mm*安全系数S=2,螺栓的小径di=i7.294mmo试

4、校核螺栓的强度。EV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F0,条件得：受预紧力螺栓强度为:4x1304x1.3x24000CTXX172942=107332V7陀陀2a二120川77恋S所以，该螺栓联接件满足强度条件。4. ctm1I133N（漱肿<oM12ONfimn'5.6. （15分）有一受预紧力F。和轴向工作载荷作用的紧螺栓连接，已知预紧力及=1000N,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3二？在预紧力F。不变的条件下，若保证被连©分)月拿100

5、0+0,5X10>/1500N£(5分)Fi-Fo"(一7一"=I0000.5X1000-500N5，*5nFl二F2一八500-1000为探证披连接件何不出现琏瘵，则FlM00由Fi=F2(JF芳0得山也需2000 N 1 -0.5F；(5分)FwCh(F仁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（T=防滑系数K.=1.2,计算该联接I60N/mm联接件接合面间摩擦系数f=0.20,件允许传递的静载荷F=?（M20的螺栓5=17.294mm）（10分）螺栓预紧后，接合面所产

6、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F。则由平衡条件（4分）螺栓危险截面的强度条件为叫于是得（4分）KX17,294-X160X0.2X2x2二19前3.7.N6. 一钢制液压油缸，缸内油压P=2.5MPa（静载），油缸内径D=125mm缸盖由6个M16的螺钉联接在缸体上.螺钉刚度&与缸体缸盖的刚度以之比为1/4,螺钉材料的性能等级为5.6级，安全系数取S=1.5,M16螺钉的小径d尸13.835mm.若根据联接的紧密性要求，要求残余预紧力Q'>1.5F.试分析预紧力Q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

7、）油缸盖联接所受的载荷F.=piD2/4,每个螺钉的工作拉力F=F./6=pX2 2；1D/4/6=2.571（125）/4/6=5113.27N2.计算允许的螺钉最大总拉力Q（2分）螺钉材料性能等级为5.6级,0=300MPa许用应力cr=cTs/S=300/1.5二200MPa由强度条件bca=1.3Q/（也74）<cr2 2QCjidcr/4/l.3=兀X3.835X200/4/1.3=23127.83N3 .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C=Q十。（&+Q）FC23127.83NQPW23127.83-0.2F=23127.83-0.2

8、X5113.27=22105.17N2）按联接紧密性条件求最小的预紧力，根据联接紧密性要求，Q'1.5FQp=Q-Cm/（Q+Q）F=Cp-0.8F>1.5F即QPA1.5F十0.8F=2.3F=11760.52N由以上计算结果可知，预紧力Q应控制为11760.52N<QW22105.17N传动分析题2图示为手动皎车中所采用的蜗杆传动。已知m=8mmdi=80mm,Zi=l,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

9、的力F=100N手柄转臂的长度I的最小值（不计轴承效率）。wILL(1)重物上升hn时,卷筒转动圈数:2=1000/nD=1000(250x3.14)=1.27蜗杆转动圈数N=niN2=40x1.27=50.96(圈)(2)蜗杆直径系数q=di/m=80十8=10h1导程角：Y=arctan?二arctan8=7.125°当量摩擦角:ev=arctanf v= arctan8 二 10.204。上葺些Us加7；=5x0J25=0.625W»m:因为:所以蜗杆传动满足自锁条件(4分)FTT(3)蜗杆传动的啮合效率: 贝I：F 01g+jt)bnfUlSnai"&qu

10、ot;*1(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ni=970r/niin,蜗杆传动参数Zi=2；360;直径系数q=8;总效率n=0.8,m=8,右旋蜗杆，试计算：(14分)(1)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。电机转向箭头向上；（1分）蜗杆受各力方向如图（3分）昨4顽刈兀痂w8x«0Fr2=Ft2tana=9845tan20°=3583N（10分）如图4-1传动系统，要求轴n、口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

11、5,蜗轮6啮合点的受力方向。图4-11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Fi为松边拉力F2的2倍，此时小带轮上包角日勺二120。，求：（1）有效拉力屋；（2）紧边拉力Fi;（3）当量摩擦系数厂。解：有效拉力Fe=1000P/v=1000X8/10=800N（2分）又知：FlF2=Fe,Fl=2F2则紧边拉力F1=2Fe=1600N（2分）F2根据欧拉公式得当量摩擦系数F=ln （F1/F2）/a=

12、ln2/（3.14X120/180）=0.693/2.0933=0.331（2分）23.一对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R=2000N,R=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的计算式向0.68R,e=0.68,X=0.41,Y=0.87o轴承载荷有轻微冲击，载荷系数£产1.2,工作温度不大于120匕试求：(1)轴承1和轴承2的轴向载荷A和A；(2)轴承1和轴承2的当量动载荷R和F2012Fo二C5RiReRiQf sxzrRe解：（i）计算轴承的轴向载荷S=0.68R=0.68X2000=13

13、60NS=0.68R2=0.68X4000=2720NS、S方向见图2图2第六大题第23小题答案图因为Fa+5=800+2720=3520N>S所以轴承1“压紧”,A=Fa+5=800+2720=3520（2分）轴承2“放松”,A=5=2720N（2分）（2）计算轴承的当量动载荷轴承1A/=3520/2000=1.76>e=0.68,则取Xi=0.41,Yi=0.87Pi=fF（XiRi+YA）=1.2X（0.41X2000+0.87X3520）=3882.4N（2分）轴承2ARi=2720/4000=0.68<e=0.68,则取31,3。P2=fF人R=1.2XIX4000

14、=4800N（2轴系改错题LD此处弹簧垫片开口错误,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。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2-3mm5套筒高度高过右边轴承内圈的高度6右边轴承端盖与

15、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。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，请指出错误点，说明出错原因，并加以改正。41、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。zzeZLE5指出图4-2中的结构错误（在

16、有错处画0编号，并分析错误原因），并在轴心线下侧画出其正确结构图。ft图4-2轴的右端面应缩到联轴器端面内2mm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触，与轴肩端面应有间隙，所以套筒内轴颈右端面应左移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2/3左右；轴的左端伸出轴承内圈过长，应缩短一点。不能被轴环全挡住，轴环左部轴径减小至内圈厚度的透盖和闷盖外圆外侧应倒角，与箱体间均应有调整

17、垫片。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，总分为分分）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；（4）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。12宁1T口"1-轴端无倒角，轴上零件不便装拆.Z轴肩过高，轴承不便拆卸。3 .齿轮无周向固定。4 .轴头段长度等于齿轮轮毂的长度，套筒顶不住齿轮，齿轮固定不可靠5 .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，轴不能正常运转。