机械设计基础常见计算题及详细答案课件

机械设计基础常见计算题及详细答案包括材料力学计算、带传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、轴系等计算分析典型习题集附详细答案2010年5月26日整理1a3-18某材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=350MPa，屈服极限

σs=550MPa，强度极限σB=750MPa，循环基数N0=5×106，m=9，试求对称循环次数N分别为5×104、5×105、5×107次时的极限应力。解:2a3-19某零件如图所示，材料的强度极限σB=650MPa，表面精车，不进行强化处理。试确定Ι-Ι截面处的弯曲疲劳极限的综合影响系数Kσ和剪切疲劳极限的综合影响系数Kτ。3a解:4a3-20一零件由45钢制成，材料的力学性能为：σs=360MPa，σ-1=300MPa，ψσ=0.2。已知零件上的最大工作应力σmax=190MPa，最小工作应力σmin=110MPa，应力变化规律为σm=常数，弯曲疲劳极限的综合影响系数Kd=2.0，试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。

1、作图法

(比例尺)A点坐标AD的斜率5a2、计算法6a7a8a带传动习题解答9a8-16一带式输送机装置如图所示。已知小带轮基准直径dd1=140mm，大带轮基准直径dd2=400mm，鼓轮直径D=250mm，为了提高生产率，拟在输送机载荷不变(即拉力F不变)的条件下，将输送带的速度v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，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)将大带轮基准直径dd2减小到280mm；

(2)将小带轮基准直径ddl增大到200mm；

(3)将鼓轮直径D增大到350mm。10a但随着工作机功率的增加，带传动的功率成为关键环节。方案一：仅使包角α1略有增加，但带速没有增加，小轮的弯曲应力没有减小，带的传动功率没有根本改善。方案三：完全没有考虑带的传动能力。方案二：由于小带轮直径的增加，不仅使包角α1略有增加更主要的是，带速增加，小轮的弯曲应力明显减小，带的传动功率得到根本改善。结论：方案二合理解：仅从运动学的角度来看三种方案都可以提高生产率，而且提高的幅度是相同的。11a12a13a14a15a链传动习题解答16a9-18有一链传动，小链轮主动，转速n1=900r/min，齿数z1=25，z2=75。现因工作需要，拟将大链轮的转速降低到n2≈250r/min，链条长度不变，试问：

(1)若从动轮齿数不变，应将主动轮齿数减小到多少?此时链条所能传递的功率有何变化?(2)若主动轮齿数不变，应将从动轮齿数增大到多少?此时链条所能传递的功率有何变化?解：新的传动比是1、“减少小链轮齿数”方案此时链的传动功率下降2、“增加大链轮齿数“方案对传动功率影响很小。17a9-20单排滚子链传动，主动链轮转速n1=600r/min，齿数zl=21，从动链轮齿数z2=105，中心距a=910mm，该链的节距p=25.4mm，工况系数KA=1.2，试求链传动所允许传递的功率P。解：由节距p=25.4mm,查表9-10得该链型为16A

由n1=600r/min及16A型链在图9-13上查得P0=25KW该链传动所允许传递的功率为:18a齿轮传动习题解答19a接触疲劳强度的校核公式

接触疲劳强度的设计公式

10-33

设计一直齿圆柱齿轮传动，原用材料的许用接触应力为[σH]1=700MPa，[σH]2=600MPa，求得中心距a=100mm；现改用[σH]1=600MPa，[σH]2=400MPa的材料，若齿宽和其它条件不变，为保证接触疲劳强度不变，试计算改用材料后的中心距。

20a接触疲劳强度的校核公式

接触疲劳强度的设计公式

解：21a10-34

一直齿圆柱齿轮传动，已知zl=20，z2=60，m=4mm，B1=45mm，B2=40mm，齿轮材料为锻钢，许用接触应力[σH]1=500MPa，[σH]2=430MPa，许用弯曲应力[σF]1=340MPa，[σF]2=280MPa，弯曲载荷系数K=1.85，接触载荷系数K=1.40，求大齿轮所允许的输出转矩T2(不计功率损失)。解：22a10-35设计铣床中一对直齿圆柱齿轮传动，已知功率P1=7.5kW，小齿轮主动，转速n1=1450r/min，齿数z1=26，z2=54，双向传动，工作寿命Lh=12000h。小齿轮对轴承非对称布置，轴的刚性较大，工作中受轻微冲击，7级制造精度。23a24a25a26a27a28a29a30a31a蜗杆传动习题解答32a11-15图示蜗杆传动均是以蜗杆为主动件。试在图上标出蜗轮(或蜗杆)的转向，蜗轮齿的螺旋线方向，蜗杆、蜗轮所受各分力的方向。33a11-17图示为简单手动起重装置。若按图示方向转动蜗杆，提升重物G，试确定：(1)蜗杆和蜗轮齿的旋向；(2)蜗轮所受作用力的方向(画出)；(3)当提升重物或降下重物时，蜗轮齿面是单侧受载还是双侧受载?34a11-22为什么普通圆柱蜗杆传动的承载能力主要取决于蜗轮轮齿的强度，用碳钢或合金钢制造蜗轮有何不利?35a螺纹联接习题解答36a37a5-22受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已知预紧力F0=1500N，当轴向工作载荷F=1000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。解:38a教材第74页39a5-23图示凸缘联轴器(GB/T5843-1986)的型号为YLDl0，允许传递的最大转矩T=630N·m，两半联轴器采用4个M12的铰制孔用螺栓联接，螺栓规格为M12×60(GB/T27-1988)，螺栓的性能等级为8.8级，联轴器材料为HT200，试校核其联接强度。40a教材第336页41a解:42a机械设计课程设计手册第38页43a44a45a5-26试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。46a47a滑动轴承习题解答48a12-21对已设计好的液体动力润滑径向滑动轴承，试分析在仅改动下列参数之一时，将如何影响该轴承的承载能力。

(1)转速由n=500r/min改为n=700r/min；

(2)宽径比B/d由1.0改为0.8；

(3)润滑油由用46号全损耗系统用油改为68号全损耗系统用油；

(4)轴承孔表面粗糙度由Rz=6.3μm改为Rz=3.2μm。答：（1）承载能力提高（2）承载能力下降（3）承载能力提高（4）承载能力提高49a12-22在设计液体润滑轴承时，当出现下列情况之一后，可考虑采取什么改进措施(对每种情况提出两种改进措施)?(1)当hmin<[h]时；

(2)当条件p<[p]，v<[v]，pv<[pv]不满足时；

(3)当计算入口温度ti偏低时。答：（1）提高η、降低Rz、提高B、提高d

（2）提高η、提高B、降低d、更换轴瓦材料（3）提高η、降低Rz、降低B/d、提高ψ50a12-26起重机卷筒轴采用两个不完全液体润滑径向滑动轴承支承，已知每个轴承上的径向载荷F=100kN，轴颈直径d=90mm，转速n=90r/min。拟采用整体式轴瓦，试设计此轴承，并选择润滑剂牌号。解：1、取宽径比B/d=0.9则B=0.9*90=81取B=80mm2、计算p、pv、v值51a3、选择轴瓦材料ZCuSn10P1（锡青铜）

[p]=15MPa[pv]=15MPam/s[v]=10m/s4、选择配合φ90H9/d95、选择润滑剂3号钙基润滑脂防水轴颈圆周速度Vd小于1m/s最高工作温度75℃6、轴承的结构设计（略）52a12-28一液体动力润滑径向滑动轴承，承受径向载荷F=70kN，转速n=1500r/min，轴颈直径d=200mm，宽径比B/d=0.8，相对间隙ψ=0.0015，包角α=180°，采用32号全损耗系统用油(无压供油)，假设轴承中平均油温tm=50℃，油的粘度η=0.018Pa·s，求最小油膜厚度hmin。

解：1、计算承载量系数Cp2、确定偏心率χ（表12-7）3、确定最小油膜厚度hmin53a滚动轴承习题解答54a13-1说明下列型号滚动轴承的类型、内径、公差等级、直径系列和结构特点：6306、51316、N316/P6、30306、6306/P5、30206，并指出其中具有下列特征的轴承：

(1)径向承载能力最高和最低的轴承分别是_N316/P6_和_51316_；

(2)轴向承载能力最高和最低的轴承分别是_51316_和_N316/P6_；

(3)极限转速最高和最低的轴承分别是_6306/P5_和_51316_；

(4)公差等级最高的轴承是_6306/P5_；

(5)承受轴向径向联合载荷的能力最高的轴承是_30306_。55a13-23如图所示，轴上装有一斜齿圆柱齿轮，轴支承在一对正装的7209AC轴承上。齿轮轮齿上受到圆周力Fte=8100N，径向力Fre=3052N，轴向力Fae=2170N，转速n=300r/min，载荷系数fP=1.2。试计算两个轴承的基本额定寿命(以小时计)。(想一想：若两轴承反装，轴承的基本额定寿命将有何变化?)解:1)计算两轴承的径向载荷Fr1、Fr2？支点位置56a2）确定轴载荷Fa1、Fa2

先计算派生轴向力（7000ACFd=0.68Fr)∴2#被“压紧”

1#被“放松”3）计算当量动载荷(由表13-5e=0.68)X1=1Y1=0X2=0.41Y2=0.8757a4)计算轴承寿命(ε=3C=36.8KNn=300r/min)反装后Fr几乎不变Fa发生较大变化Fae+Fd2=2170+2720=4890N>Fd12#放松Ｆa2=Fd2=2720N1#压紧Fa1=Fae+Fd2=4890……58a13-26按要求在给出的结构图中填画合适的轴承(图中箭头示意载荷方向)。a)单向固定支承b)双向固定支承c)游动支承

59a

d)游动支承e)单-向固定支承f)承受单向推力支承60a滚动轴承寿命计算习题（教材334页，习题13-5）根据工作条件：决定在轴的两端选用α=25°的两个角接触球轴承,如图13-13b所示为正装。轴颈直径d=35mm，工作中有中等冲击，转速n=1800r/min，已知两轴承径向载荷分别为Fr1=3390N，Fr2=1040N，外加轴向力Fae=870N，作用方向指向轴承1。试确定其工作寿命。61a2#1#Fr1=3390NFr2=1040NFae=870NFd2Fd1d=35n=1800n/min中等冲击62a解：由表13-7角接触球轴承7000AC派生轴向力Fd=0.68FrFd1=0.68Fr1=0.68*3390=2305NFd2=0.68*Fr2=0.68*1040=707N∵Fd2+Fae=707+870=1577＜Fd1∴1#放松Fa1=Fd1=2305N2#压紧Fa2=Fd1-Fae=2305-870=1480NFa1/Fr1=2305/3390=0.69Fa2/Fr2=1480/1040=1.4由表13-5当e＞0.68时:X=0.14Y=0.871#当量动载荷P1=fp(X1*Fr1+Y1*Fa1)=1.5*(0.41*3390+0.87*2305)=5093N2#当量动载荷P2=fp(X2*Fr2+Y2*Fa2)=1.5*(0.41*1040+0.82*1480)=2460NP1＞P2由设计手册查得7407AC的基本额定动载荷Cr=42.5KN因此,轴承的寿命为:L=(C/P1)ε=(42.5/5.09)3=572*106(r)=5300(H)63a64a键联接习题解答65a66a67a6-16图示减速器的低速轴与凸缘联轴器及圆柱齿轮之间分别采用键联接。已知轴传递的转矩T