机械设计练习题及解答

1、第七章“、设计一链式输送机中的滚子链传动。已知电动机输入的功率P 7.5kW,转速n1=720 r/min ,要求传动比i=3 ,中心距不大于 650mm，传动水平布置，载荷平稳。解：(1)选择链轮齿数z1 / z2根据传动比i=3，估计链速为 v 38m/s ,选取小链轮齿数乙=21 ,大链轮齿数z2i乙 3 21 63 120,合适。(2)确定计算功率Pc根据已知载荷平稳，机拖动，查表得KA =，计算功率为PC KAP 7.5kW(3)、确定中心距a0及链节数Lp初定中心距 a0=3050p,取a0=30p。由式得：,2 a0乙 z2 p z2 ZiL p=p p 2 a02取 Lp=10

2、4。(4) 确定链条型号和节距 p首先确定系数K z, K l, K p。根据链速估计链传动可能产生链板疲劳破坏，查得小链轮齿数系数K z =,Kl=。考虑到传递功率不大，故选择单排链，查的Kp=。所需传递的额定功率为PoPcKzKlKp由表选择滚子链型号为 10A,链节距P=o由图证实工作点落在曲线顶点左侧，确系链板疲劳，前面假 设成立。(5) 验算链速。ZiPI60 10004m s链速在估计范围内。(6)链长:确定链长L和中心距中心距Lp p1000,4Z2L p_p2,Z1Z2L pzp2228 Z2乙2a <650mm ,符合要求。(7)确定作用在轴上的力。工作拉力由于工作平稳

3、,Fq1000P1875N v取压轴力系数为，则压轴力为1.2F 2250N(8) 选择润滑方式根据链速v=4m/s,节距p=,选择油浴或飞溅润滑方法。设计结果：滚子链型号10A-1104 (GB/T1243-1997 ),链轮齿数 乙21 , Z2=63,中心距a 480.39mm,压轴力Fq=2250N。某链传动传递的功率 P1kW ,主动链轮转速ni48r min ,从动链轮转速平稳，定期人工润滑，试设计此链传动。解：(1)选择链轮齿数n2 14 r/ min ,载荷取小链轮齿数二乙19 ,大链轮的齿数Z2iz1ni48乙 19 6514(2)确定计算功率由表查得Ka 1.0,由图查得K

4、z 1.52,单排链,则计算功率为KaKzP 1.0 1.52 1 1.52kW(3)选择链条型号和节距根据Pca 1.52kW及n1 48 r/min ,查图得，可选16A,查表，链条节距p 25.4mm(4)计算链节数和中心距初选中心距a0 (3050) p (3050) 25.4 7621270mm 。取a0 900mm ,相应的链长节数为L p00 a0Zi2 -p c 900 2 25.42Z2Z2 ZiP二""2 a7219 6565 192225.4900114.3取链长节数Lp 114节。查表得中心距计算系数f10.24457 ,则链传动的最大中心距为afp

5、2LpZ1Z20.24457 25.4 2 114 19 65895mm(5)计算链速v,确定润滑方式48 1925.4v 60 100060 10000.386 m s由v 0.386 m/s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Fpp1有效圆周力为Fe 1000- 10002591Nv0.386链轮水平布置时的压轴力系数Kfp 1.15,则压轴力为Fp KFpFe 1.15 2591 2980N第八章三、 某机械装置中的减速器，采用的是一级直齿轮圆柱齿轮传动。已知小齿轮转速为n1=650 r/min，传递功率为P 5kW,传动比为i=4。减速器工作是，载荷为中等

6、冲击，使用寿命10年，单班制。试设计该齿轮传动。解：(1)选择材料与精度等级。选择齿轮的材料和热处理为：小齿轮 40号钢，调质热处理。硬度为217255HBS;大齿轮45钢，正火处理，硬度为 162217HBS。查表得：选择 8级精度。(2)按齿面接触疲劳强度设计。计算小齿轮传递的转矩为：6 P 65T = =?n1650载荷系数K,查表得，K=齿轮z和齿宽系数d :取乙=28,则Z2=4Z1=4 28=112,因单级齿轮传动为对称布置，而齿轮齿面为软齿面，取d=i。许用接触应力h。查表得：Hiimi=570MPa ,H lim 2=530MPa。查表得，Sh=1N 1=60 njL h =6

7、0650 i (10 52 40) = 8Ni i =8 4=查图得,Zni 1.01,Zn2 1.08。可得:Z Ni H limlH i=s-1.01 570Z N 2 H lim 2H 2=SH-1.08 530查表得,Ze = ,所以diKTi(u 1) 3.52Ze取标准模数m=。(3)di主要尺寸的计算。mz12.5 2870 mmd2mz22.5 112280 mmb2 =d d11 70=70mmbib25 mm=75mmim z1z221一 (70+280)=2(4)按齿根弯曲疲劳强度校核。由表查的齿形系数:Yfi2.58,YF22.175查的应力修正系数:Ysi1.61 ,

8、Ys2i.8i许用弯曲应力 F查表得:Fimi=220MPa,Fiim2=i80MPa由式:查表得:Sf1.3Yn1Yn21F112KYfbm z1Ys=<1=169MPa/ F2齿根弯曲强度校核合格。（5）验算圆周速度。d1n1v 60 1000Yf2 Ys2F1=<Yfi Ysif 2 =138MPa70 65060 10002.38 m s选8级精度是合适的。四、某齿轮的斜齿轮圆柱齿轮传动，已知n1 750 r/min ,两齿轮的齿数为Zi 24, Z2 108, 0 9 22',mn 6mm, b 160mm , 8 级精度，小齿轮材料为 38SiMnMo (调质）

9、，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 38SiMnMo （调质），小齿轮硬度217269HBS,大齿轮材料为45 钢（调质），大齿轮硬度 217255 HBS （2）按齿面接触疲劳硬度计算和主要尺寸的计算。(Dd e d； U2K u 1ZhZ计算小齿轮的分度圆直径d1 皿 4145.95mmcos B cos9 22'计算齿宽系数b d1160145.951.0961/由表查得材料的弹性影响系数Ze 189.8MPa2,由图10

10、-30选取区域系数 Zh 2.47由图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限0H 1ml 730MPa ；大齿轮的接触疲劳强度极限中 lim 2550MPa 。齿数比 uz2 "8 4.5乙 24计算应力循环次数N160nl jLh 60 750 1 300 20 2 5.4 108N25.4 1084.51.2 108由图取接触疲劳寿命系数1K HN11.04,Khn2 1.1计算接触疲劳许用应力取失效概率为1% ,安全系数S 1K HN1 为 lim 11.04 730759.2MPa由图查得SKHN 2 0Hlim 211.1 550605MPa- 0.75金0.88，则计算齿

11、轮的圆周速度dm 3.14 145.95 750v 60 100060 1000 b计算尺宽与齿图之比 一h5.729 m. sd cos 0 145.95 cos9 22'mnt 6mmZi26h 2.25mnt2.25 6 13.5mmbW0h 13.5 计算载荷系数11.85根据 v 5.729 m/s,8级精度，查图得动载荷系数Kv 1.22由查得Kh Kf 1.4按轻微冲击，由表查得使用系数Ka 1.25由表10-4查得Khb 1.380、按d=1查得b由一11.85, Khb 1.380 ,查图 10-13 得 Kfb 1.33 h故载荷系数K KaKvKh Kh 1.25

12、 1.22 1.4 1.380 2.946由接触强度确定的最大转矩丁d £ di3u min 的 1,用 2T12K u 1ZhZe321.096 1.63 145.9534.56052 2.9464.5 12.47 189.81284464.096N(3)按弯曲强度计算/2 _/丁d & d mn / 件112KYbYFaYSa计算载荷系数K KAK KF Kf 1.25 1.22 1.4 1.33 2.840A F F计算纵向重合度电 0.318dz1tan 0 0.318 1.096 24 tan 9 22' 1.380由图10-28查得螺旋角影响系数丫 0.9

13、2计算当量齿数zv1z324324.99cos B cos9 22'zv1工cos B108_ 3cos9 22'112.3查取齿形系数ta及应力校正系数YSa由表 10-5 查得YFa12.62YFa2 2.17YSa11.59YSa21.80由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限昨日 520MPa ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限利2 430MPa。由图10-18取弯曲疲劳寿命 KFN10.88, KfN2 0.90。计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S 1.4OF 1°F 2KFN1 *E10.88 520S1.5KFN2 bFE20.90 430S1.53

14、05.07MPa258MPa计算大、小齿轮的,并加以比较YFaYSa°F 1Y Fa 1YSa1305.072.62 1.5973.23°F 2258 n nc 66.05YFa2Ysa22.17 1.80取min 昨 1 ,. 266.05YFaYsa/YFaYsa1 YFa2Ysa2由弯曲强度确定的最大转矩22_ desmin OF1.096 1.63 145.95 6。广”T1 -66.05 2885986.309N mm2KY§丫以 2 2.840 0.92(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工P1284464.096 NT

15、n9.55 1061284464.096 7509.55 106100.87 kW第十章五、什么叫流体传动？流体传动系统由什么组成？答：液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个 国 家工业发展水平的重要标志。液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元 件和工作介质等五部分组成。1、动力元件（油泵） 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动

16、中的动力部分。2、执行元件（油缸、液压马达）它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。3、控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并 对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。4、辅助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件各种管接头（扩口式、焊接式、卡套式）、高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等 及油箱 等，它们同样十分重要。5、工作介质工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。六、第十六章试设计一圆钢丝的圆柱螺旋压缩弹簧，已知：弹簧的

17、最大工作载荷Fmax=650N,最小工作载荷Fmin =400N ,工作行程为17mm,套在一直径 23mm的轴上工作，要求弹簧外径不大于45mm,自由长度在12040范围内。按载荷性质，属第解：(1)选择材料并确定其许用应力类弹簧。弹簧端选磨平端，每端有一圈死圈。选用碳素弹簧钢丝 C级，初定簧丝直径 d=5mm,查表得弹簧钢丝的拉伸强度极限其许用切应力,切变模量G=4。(2)弹簧丝直径计算现选取旋绕比C=7,曲度系数为4C 1k14C 40.6154 7 10.6151.214 7 47=1470Mpa ,(3) 初步计算弹簧丝直径:d 1.6kiCF2650 1.21 7588比原取值小，) 刚度计算 弹簧