机械设计典型例题课件

1、机械设计典型例题分析机械设计典型例题分析普通螺栓联接 图（图（A）和（）和（B）是功能完全相同（承受垂直向下的载荷）是功能完全相同（承受垂直向下的载荷F）的两个普通螺栓联接设计）的两个普通螺栓联接设计方案。设图中倾角方案。设图中倾角=30，F=8000N，螺栓的相对刚度系数，螺栓的相对刚度系数KC=1/3。两方案支座底。两方案支座底板和螺栓个数相同（板和螺栓个数相同（4个）。个）。（1）这两个设计方案，你认为哪个更合理，为什么？）这两个设计方案，你认为哪个更合理，为什么？（2）在题图（）在题图（A）中，在安装完毕并已承受工作载荷）中，在安装完毕并已承受工作载荷F之后，为了检查螺栓预紧力是之后，

2、为了检查螺栓预紧力是否达标，可用力矩扳手试扳螺母。当螺母刚刚被扭动时，若力矩扳手的读数为否达标，可用力矩扳手试扳螺母。当螺母刚刚被扭动时，若力矩扳手的读数为12000N-mm，假定拧紧力矩，假定拧紧力矩T和螺栓拉力和螺栓拉力F的关系式为：的关系式为：T=2.4F，支座底板结合面间的摩擦因，支座底板结合面间的摩擦因数数fs=0.4，试求：，试求：螺栓的总拉力螺栓的总拉力F0和预紧力和预紧力F；支座底板结合面间能产生的最大摩擦力支座底板结合面间能产生的最大摩擦力Ffmax 。 普通螺栓联接 图（图（A）和（）和（B）是功能完全相同（承受垂直向下的载荷）是功能完全相同（承受垂直向下的载荷F）的两个普

3、通螺栓联接设计）的两个普通螺栓联接设计方案。设图中倾角方案。设图中倾角=30，F=8000N，螺栓的相对刚度系数，螺栓的相对刚度系数KC=1/3。两方案支座底。两方案支座底板和螺栓个数相同（板和螺栓个数相同（4个）。个）。（1）这两个设计方案，你认为哪个更合理，为什么？）这两个设计方案，你认为哪个更合理，为什么？解：（解：（1）这两个设计方案，图（）这两个设计方案，图（A）更合理。）更合理。 将两图中的外载荷将两图中的外载荷F向螺栓向螺栓联接结合面形心简化后可知，联接结合面形心简化后可知，图（图（A）螺栓组只受轴向拉力和）螺栓组只受轴向拉力和横向剪力，每棵螺栓的总拉力横向剪力，每棵螺栓的总拉力

4、F0相等；相等；而图（而图（B）螺栓组，由于外载荷）螺栓组，由于外载荷F力力线不通过结合面形心，故该螺栓组除线不通过结合面形心，故该螺栓组除了承受与图（了承受与图（A）相同且相等的载荷）相同且相等的载荷外，还要多承受一个倾翻外，还要多承受一个倾翻力矩力矩M（其大小等于（其大小等于e F），），使各棵螺栓的总拉力不相等。使各棵螺栓的总拉力不相等。普通螺栓联接 图（图（A）和（）和（B）是功能完全相同（承受垂直向下的载荷）是功能完全相同（承受垂直向下的载荷F）的两个普通螺栓联接设计）的两个普通螺栓联接设计方案。设图中倾角方案。设图中倾角=30，F=8000N，螺栓的相对刚度系数，螺栓的相对刚度系数

5、KC=1/3。两方案支座。两方案支座底板和螺栓个数相同（底板和螺栓个数相同（4个）。个）。（2）在题图（）在题图（A）中，在安装完毕并已承受工作载荷）中，在安装完毕并已承受工作载荷F之后，为了检查螺栓预紧力是之后，为了检查螺栓预紧力是否达标，可用力矩扳手试扳螺母。当螺母刚刚被扭动时，若力矩扳手的读数为否达标，可用力矩扳手试扳螺母。当螺母刚刚被扭动时，若力矩扳手的读数为12000N-mm，假定拧紧力矩，假定拧紧力矩T和螺栓拉力和螺栓拉力F的关系式为：的关系式为：T=2.4F，支座底板结合面，支座底板结合面间的摩擦因数间的摩擦因数fs=0.4，试求：，试求：螺栓的总拉力螺栓的总拉力F0和预紧力和预

6、紧力F由于在加载之后扳动螺母，故由公式由于在加载之后扳动螺母，故由公式T=2.4F求到的求到的F为螺栓的总拉力为螺栓的总拉力F0，即螺栓的总拉力：即螺栓的总拉力：F0=T/2.4=12000/2.4=5000N又每棵螺栓的工作拉力：又每棵螺栓的工作拉力：F= F/4cos30=8000/4/2=3000N又螺栓拉力增量又螺栓拉力增量F=KcF=1/33000=1000N，故螺栓的预紧力：，故螺栓的预紧力：F=F0-F=5000-1000=4000N普通螺栓联接 如图所示为某受轴向工作载荷的紧螺栓联接的载荷变形图：如图所示为某受轴向工作载荷的紧螺栓联接的载荷变形图：（1）当工作载荷为）当工作载荷

7、为2000N时，求螺栓所受总拉力及被联接件间剩余预紧力。时，求螺栓所受总拉力及被联接件间剩余预紧力。（2）若被联接件间不出现缝隙，最大工作载荷是多少？）若被联接件间不出现缝隙，最大工作载荷是多少？ 普通螺栓联接 如图所示为一受轴向工作载荷螺栓组中单个螺栓与被联接件的受力变形图，由图中数据如图所示为一受轴向工作载荷螺栓组中单个螺栓与被联接件的受力变形图，由图中数据写出下列各力的大小。写出下列各力的大小。(1)螺栓预紧力螺栓预紧力 (2)被联接件上的残余预紧力被联接件上的残余预紧力 =(3)螺栓所受的工作载荷螺栓所受的工作载荷F=(4) 螺栓的总拉力螺栓的总拉力F0=(5)螺栓拉力增量螺栓拉力增量

8、F=普通螺栓联接 下图所示被联接件用两个普通紧螺栓联接，已知被联接件所承受的横向外载荷下图所示被联接件用两个普通紧螺栓联接，已知被联接件所承受的横向外载荷F=15000N，接合面之间的摩擦因数，接合面之间的摩擦因数f=0.2，可靠性系数，可靠性系数Ks=1.2，螺栓许用拉应力，螺栓许用拉应力 =160Mpa。试求所需螺栓的最小直径。试求所需螺栓的最小直径d1。FF2F2普通螺栓联接 下图所示被联接件用两个普通紧螺栓联接，已知被联接件所承受的横向外载荷下图所示被联接件用两个普通紧螺栓联接，已知被联接件所承受的横向外载荷F=15000N，接合面之间的摩擦因数，接合面之间的摩擦因数f=0.2，可靠性

9、系数，可靠性系数Ks=1.2，螺栓许用拉应力，螺栓许用拉应力 =160Mpa。试求所需螺栓的最小直径。试求所需螺栓的最小直径d1。NfzmFKFs22500222 . 0150002 . 1 mmFd26. 143 . 141 每个螺栓的预紧力为：每个螺栓的预紧力为： FF2F2普通螺栓联接 下图所示凸缘联轴器，用六个普通螺栓联接，螺栓分布在下图所示凸缘联轴器，用六个普通螺栓联接，螺栓分布在D=100mm的圆周上，接合面的圆周上，接合面摩擦因数摩擦因数f=0.16，防滑系数，防滑系数KS=1.2，若联轴器传递扭矩为，若联轴器传递扭矩为150Nm，试求螺栓螺纹小径。，试

10、求螺栓螺纹小径。（螺栓（螺栓=120MPa）。）。D普通螺栓联接 下图所示凸缘联轴器，用六个普通螺栓联接，螺栓分布在下图所示凸缘联轴器，用六个普通螺栓联接，螺栓分布在D=100mm的圆周上，接合面的圆周上，接合面摩擦因数摩擦因数f=0.16，防滑系数，防滑系数KS=1.2，若联轴器传递扭矩为，若联轴器传递扭矩为150Nm，试求螺栓螺纹小径。，试求螺栓螺纹小径。（螺栓（螺栓=120MPa）。）。DTKDfzFs 20N375050616. 010001502 . 120 DfzTKFs mmFd2 . 712037503 . 143 . 1401 解：解：1.求每个螺栓的预紧力求每个螺栓的预紧力

11、2求螺栓螺纹小径求螺栓螺纹小径带传动带传动 V带传动传递的功率带传动传递的功率P=7.5kW，平均带速，平均带速v=10m/s，紧边拉力是松边拉力的两，紧边拉力是松边拉力的两倍（倍（F1=2F2）。试求紧边拉力）。试求紧边拉力F1，有效圆周力，有效圆周力Fe和预紧力和预紧力F0 带传动带传动 下图所示为下图所示为V带传动的张紧方案，试指出不合理之处。带传动的张紧方案，试指出不合理之处。 带传动带传动 若若(a)、(b)两图中，大、小带轮及张紧轮的几何尺寸和位置都完全相同，小带两图中，大、小带轮及张紧轮的几何尺寸和位置都完全相同，小带轮为主动轮。试问：轮为主动轮。试问：（1）直接在图中画出小带轮

12、的合理转向。）直接在图中画出小带轮的合理转向。（2）若两种安装的张紧轮都可保证）若两种安装的张紧轮都可保证V带传动正常工作，从带的寿命来看，哪种带传动正常工作，从带的寿命来看，哪种张紧轮的用法更好？为什么？张紧轮的用法更好？为什么？带传动带传动 某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某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？若大带轮上的负载为恒转矩负载，应该按

13、哪一种转速设计带传动？为什么？ 某车间现有三个某车间现有三个A型型V带轮，其直径分别为带轮，其直径分别为90mm、112mm和和200mm，今欲用作转速，今欲用作转速为为3000r/min 的主动轮，请分析说明是否适用？的主动轮，请分析说明是否适用？ 带传动带传动 带传动的打滑经常在什么情况下发生？打滑多发生在大轮上还是小轮上？带传动的打滑经常在什么情况下发生？打滑多发生在大轮上还是小轮上？刚开始打滑时，紧边拉力松边拉力有什么关系？刚开始打滑时，紧边拉力松边拉力有什么关系？ 为什么皮带传动通常用在高速级，但在设计时又要对它的线速度加以限制？为什么皮带传动通常用在高速级，但在设计时又要对它的线速

14、度加以限制？ 带传动带传动 带传动的打滑经常在什么情况下发生？打滑多发生在大轮上还是小轮上？带传动的打滑经常在什么情况下发生？打滑多发生在大轮上还是小轮上？刚开始打滑时，紧边拉力松边拉力有什么关系？刚开始打滑时，紧边拉力松边拉力有什么关系？答：带传动的打滑经常在过载情况下发生；答：带传动的打滑经常在过载情况下发生；打滑多发生在小轮上；打滑多发生在小轮上；刚开始打滑时，紧边拉力松边拉力存在如下关系：刚开始打滑时，紧边拉力松边拉力存在如下关系：为什么皮带传动通常用在高速级，但在设计时又要对它的线速度加以限制？为什么皮带传动通常用在高速级，但在设计时又要对它的线速度加以限制？ 答：由公式答：由公式P

15、=FV知，增加带速知，增加带速V，在圆周力，在圆周力F不变的情况下，可提高带传动传不变的情况下，可提高带传动传递的功率递的功率P，即有利于提高带传动的承载能力；在，即有利于提高带传动的承载能力；在P不变的情况下，可减小圆不变的情况下，可减小圆周力周力F，有利于减少，有利于减少V带的根数或采用较小型号的带的根数或采用较小型号的V带，进而减小带传动的结构带，进而减小带传动的结构尺寸。因此带通常用在高速级。但过高的带速，带的离心力将显著增大，一方尺寸。因此带通常用在高速级。但过高的带速，带的离心力将显著增大，一方面减小了带与带轮间接触压力，从而降低了传动的工作能力；另一方面，这将面减小了带与带轮间接

16、触压力，从而降低了传动的工作能力；另一方面，这将使带的离心应力过大，从而降低带的疲劳寿命。因此在设计时又要对它的线速使带的离心应力过大，从而降低带的疲劳寿命。因此在设计时又要对它的线速度加以限制。带速一般在度加以限制。带速一般在525m/s为宜，在为宜，在2025m/s范围最有利。范围最有利。 feFF21 齿轮传动齿轮传动 组组组组组组m456Z1302420Z2604840例：下表所示的三组标准直齿园柱齿轮传动，中心距均为例：下表所示的三组标准直齿园柱齿轮传动，中心距均为180mm180mm。设各齿轮的齿宽相等、材料及热处理相同，无限寿命。设各齿轮的齿宽相等、材料及热处理相同，无限寿命。

17、试比较各组齿轮传动的接触应力和弯曲应力，哪一组最小？试比较各组齿轮传动的接触应力和弯曲应力，哪一组最小？ 在三组齿轮传动均满足强度条件下，你认为选用哪一组最在三组齿轮传动均满足强度条件下，你认为选用哪一组最好，简述理由。好，简述理由。 三组齿轮传动的接触应力相等。三组齿轮传动的接触应力相等。 三组齿轮传动的三组齿轮传动的弯曲应力不相等。弯曲应力不相等。其中其中组最小，组最小，组最大。选用组最大。选用组最好。组最好。 由于三组齿轮传动均满足强度条件，故选用模数小齿数多的由于三组齿轮传动均满足强度条件，故选用模数小齿数多的齿轮传动较为合理，这：齿轮传动较为合理，这：一方面可增大齿轮传动的重合度以提

18、高传动的平稳性；一方面可增大齿轮传动的重合度以提高传动的平稳性；二可减小齿面间的相对滑动及磨损，以提高齿面抗胶合能力；二可减小齿面间的相对滑动及磨损，以提高齿面抗胶合能力；三可减少金属切削量，节省加工费用。三可减少金属切削量，节省加工费用。 齿轮传动齿轮传动 齿轮传动齿轮传动 图示蜗杆图示蜗杆-斜齿轮传动，蜗杆斜齿轮传动，蜗杆1（右旋）为主动，转向如图所示。（右旋）为主动，转向如图所示。1确定蜗轮确定蜗轮2的螺旋线方向（在图中标出）；的螺旋线方向（在图中标出）；2在图中画出齿轮在图中画出齿轮4的转向（用向上或向下的箭头表示）；的转向（用向上或向下的箭头表示）；3要使轴要使轴II的轴向力相互抵消

19、，确定斜齿轮的轴向力相互抵消，确定斜齿轮3、4的螺旋线方向（在图中标出）；的螺旋线方向（在图中标出）；4在图中画出蜗轮在图中画出蜗轮2和斜齿轮和斜齿轮4所受的各分力（所受的各分力（Fr、Ft、Fa）方向（垂直纸面）方向（垂直纸面向外的力用向外的力用 表示，向内的力用表示，向内的力用 表示）。表示）。 齿轮传动齿轮传动 图示蜗杆图示蜗杆-斜齿轮传动，蜗杆斜齿轮传动，蜗杆1（右旋）为主动，转向如图所示。（右旋）为主动，转向如图所示。1确定蜗轮确定蜗轮2的螺旋线方向（在图中标出）；的螺旋线方向（在图中标出）；2在图中画出齿轮在图中画出齿轮4的转向（用向上或向下的箭头表示）；的转向（用向上或向下的箭头

20、表示）；3要使轴要使轴II的轴向力相互抵消，确定斜齿轮的轴向力相互抵消，确定斜齿轮3、4的螺旋线方向（在图中标出）；的螺旋线方向（在图中标出）；4在图中画出蜗轮在图中画出蜗轮2和斜齿轮和斜齿轮4所受的各分力（所受的各分力（ Fr、Ft、Fa ）方向（垂直纸）方向（垂直纸面向外的力用面向外的力用 表示，向内的力用表示，向内的力用 表示）。表示）。 齿轮传动齿轮传动 图示蜗杆图示蜗杆-斜齿轮传动，蜗杆斜齿轮传动，蜗杆1（右旋）为主动，转向如图所示。（右旋）为主动，转向如图所示。1确定蜗轮确定蜗轮2的螺旋线方向（在图中标出）；的螺旋线方向（在图中标出）；2在图中画出齿轮在图中画出齿轮4的转向（用向上或向下的箭头表示）；的转向（用向上或向下的箭头表