机械设计大作业 设计题目：一级直齿圆柱齿轮减速器输出轴的轴系部件设计 内装： 1.设计任务书1份 2.设计计算说明书1份 3.装配工作图1张 学院机电工程及自动化 专业机械工程及自动化 学号 11121112 设计者华爆会 指导教师傅燕鸣 完成日期 2014年2月9日 成绩
机械设计大作业计算说明书 设计题目：一级直齿圆柱齿轮减速器输出轴的轴系部件设计 学院机电工程及自动化 专业机械工程及自动化 学号 11121112 设计者华爆会 指导教师傅燕鸣 完成日期 2014年2月9日
一、确定齿轮结构尺寸，计算作用在齿轮上的作用力 1.1选择齿轮的结构型式 根据《机械设计课程设计手册》第16章第5节，确定齿轮结构为齿轮轴。 1.2计算输出轴的转矩T m N 25.1871530 .39550T 2 n P 95502?=?= = 1.3计算作用在齿轮上的圆周力、径向力 N 72.1104)113003.0/(25.1872)z m /(T 2d /T 2F 2222t =??=?== N 09.40220tan 72.1104tan F F 2t 2r =?=α?= 二、选择轴的材料 因传递的功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，所以初选轴的材料为45钢，并经过调质处理。查《机械设计课程设计手册》表16-1，得：轴材料的硬度为 217~225HBW ，抗拉强度极限MPa 640B =σ，屈 服强度极限 MPa 355s =σ，弯曲疲劳极限 MPa 2751=σ-，剪切疲劳极限MPa 1551=τ-， 许用弯曲应力 MPa 60][1=σ-；查表16-2，得 103~126A 0=。 m N 25.187T 2?= N 72.1104F 2t = N 09.402F 2r = MPa 640B =σ MPa 355s =σ MPa 2751=σ- MPa 1551=τ- MPa 60][1=σ- 103~126A 0=
第十四章 机械系统动力学 14-11、在图14-19中，行星轮系各轮齿数为123z z z 、、，其质心与轮心重合，又齿轮1、2对质心12O O 、的转动惯量为12J J 、，系杆H 对的转动惯量为H J ，齿轮2的质量为2m ，现以齿轮1为等效构件，求该轮系的等效转动惯量J ν。 2222 2121221 12323121 13212 1 13222 12311212213121313 ( )()()()1()()()( )()()()o H H H o H J J J J m z z z z z z z z z O O z z z z z z z O O J J J J m z z z z z z z z νννωωω ωωωω ωω ωωωωνω=+++=-= += +=+-=++++++解： 14-12、机器主轴的角速度值1()rad ?从降到时2()rad ?，飞轮放出的功 (m)W N ，求飞轮的转动惯量。 max min 122 2 121 ()2 2F F Wy M d J W J ?ν??ωωωω==-=-? 解： 14-15、机器的一个稳定运动循环与主轴两转相对应，以曲柄和连杆所组成的转动副A 的中心为等效力的作用点，等效阻力变化曲线c A F S ν-如图14-22所示。等效驱动力a F ν为常数，等效构件（曲柄）的平均角速度值25/m rad s ?=， 3 H 1 2 3 2 1 H O 1 O 2
不均匀系数0.02δ=，曲柄长度0.5OA l m =，求装在主轴（曲柄轴）上的飞轮的转动惯量。 (a) W v 与时间关系图 （b ）、能量指示图 a 2 24()2 3015m Wy=25N m 25 6.28250.02 c va OA vc OA OA va F W W F l F l l F N Mva N J kg m νν=∏?∏=∏+==∏= =?解：稳定运动循环过程 14-17、图14-24中各轮齿数为12213z z z z =、，，轮1为主动轮，在轮1上加力矩1M =常数。作用在轮 2 上的阻力距地变化为： 2r 22r 020M M M ??≤≤∏==∏≤≤∏=当时，常数；当时，，两轮对各自中心的转动惯量为12J J 、。轮的平均角速度值为m ω。若不均匀系数为δ，则：（1）画出以轮1为等效构件的等效力矩曲线M ν?-；（2）求出最大盈亏功；（3）求飞轮的转动惯量F J 。 图14-24 习题14-17图 40Nm 15∏ 12.5∏ 22.5∏ 15Nm ∏ 2∏ 2.5∏ 4∏ 25∏ 1 1 z 2 z 2 r M 2 M ∏ 2∏ 2?
钢管混凝土空心柱轴压承载力研究张三１ （1. 西南科技大学土木工程与建筑学院，四川 绵阳621010） [摘 要] 运用统一强度理论，考虑钢管因环向受拉导致纵向应力降低的影响，得出了钢管混凝土空心长、短柱轴压极限承载力的计算公式，并分析了中间主应力等因素对极限承载力的影响规律，极限承载力随着参数b 值的增大而增大。利用本文计算公式所得结果与文献试验结果进行对比，吻合较好，验证了运用统一强度理论进行钢管混凝土空心柱轴压力学性能分析的可行性和正确性。 [关键词] 统一强度理论 钢管混凝土空心柱 轴心受压 承载力 0 引 言 钢管混凝土空心柱由钢管和混凝土内衬组合而成，其截面形式如图1所示。内衬混凝土通常采用离心法浇筑。该种构件除具有普通钢管混凝土承载力高、刚度大、塑性韧性好、抗震性能好等良好的力学性能外，还具有自身的优点：一、自重轻，由于构件中心部分的混凝土是抽空的，因而同实心钢管混凝土构件相比显著地减轻了重量，从而更便于运输和吊装；二、可以预制，该种构件可以进行大批量的工厂生产，减少现场的作业，由于是工厂的标准化生产，因此混凝土的成型质量较好地得到了保证。由于上述优点，该种构件已被广泛地应用到电塔结构中。国内外学者已对其开展了大量的研究工作，日本MIYAKI SATOSH [1-2]等先后报道了离心钢管混凝土短圆管的轴压测试和圆柱体轴向受力的剪切弯曲测试结果，分别给出了其抗压强度和极限抗弯强度的计算公式，0' Shea& Bridge [3]进行了短圆形离心钢管中填以溶剂和高强混凝土的性能试验，蔡绍怀、钟善桐等先后进行了钢管混凝土空心短柱和长柱的试验研究[4-7]。本文拟运用统一强度理论，考虑钢管因环向受拉导致纵向应力降低的影响分析钢管混凝土空心柱的轴压力学性能。 图1 钢管混凝土空心柱截面示意图 1 统一强度理论 统一强度理论是1991年俞茂宏从双剪单元体出发，考虑应力状态的所有应力分量以及它们对材料屈服和破坏的不同影响，建立的一种全新的统一强度理论和一系列新的典型计算准则，它用一个统一的力学模型、简单的统一的数学表达式，可以十分灵活地适用于各种不同特性的材料，其数学表达式为[8]： ()t b b F σσσα σ=+- =+3211 当α ασσσ++≤ 13 12时 (1a) ()t b b F σασσσ=-++= '32111 当α ασσσ++≥1312时 (1b) 2钢管混凝土空心短柱的轴压承载力 2.1钢管混凝土空心短柱的受力和破坏机理 钢管混凝土空心柱中，在受荷初期，由于钢材的泊松比大于混凝土的泊松比，因此钢材的横向变形大
习题与参考答案 判断题 1、单列向心球轴承只能承受径向力。F 2、球轴承的当量负载荷增加一倍，则基本而定寿命为原来的1/8。T 3、圆柱滚子轴承适宜于轴的游动端支撑。T 4、滚动轴承的主要失效形式是疲劳点蚀、塑性变形及磨损，防止失效的设计准则是寿命计算、静强度计算和极限转速计算。T 5、极限转速最高的是深沟球轴承。F 6、极限转速最高的球轴承是深沟球轴承。T 7、代号6102的轴承是深沟球轴承，内径是15mm。T 8、角接触球轴承和圆锥滚子轴承已承受径向力为主，并能承受双向的轴向力F 9、轴承跨距短，温差小时，支撑方式可用两端单向固定。T 10、一对角接触球轴承支撑一个直齿圆柱齿轮，那么两轴承的径向力大小可能不等，但轴向力必定相等。T 11、一对角接触球轴承支撑一个斜齿圆柱齿轮，那么两轴承的径向力大小可能不等，但轴向力必定相等。F 12、一对角接触球轴承支撑一个斜齿圆柱齿轮，那么两轴承的径向力大小相等时，其轴向力必定不相等。T 13、一对圆锥滚子轴承支撑轴，轴上只有径向力，则不管每个轴承受到的径向力是否相等，每个轴承的轴向力必定相等。T 14、滚动轴承的精度比滑动轴承的低。F 15、滚动轴承在基本额定寿命内不会失效。F 16、滚动轴承的预紧目的是增加轴承的刚度，提高旋转精度，当预紧力不是越大越好。T 一、选择题 从下列各小题给出的A、B、C、D答案中任选一个： 1 若转轴在载荷作用下弯曲较大或轴承座孔不能保证良好的同轴度，宜选用类型代号为的轴承。
A. 1或2 B. 3或7 C. N或NU D. 6或NA 2 一根轴只用来传递转矩，因轴较长采用三个支点固定在水泥基础上，各支点轴承应选用。 A. 深沟球轴承 B. 调心球轴承 C. 圆柱滚子轴承 D. 调心滚子轴承 3 滚动轴承内圈与轴颈、外圈与座孔的配合。 A. 均为基轴制 B. 前者基轴制，后者基孔制 C. 均为基孔制 D. 前者基孔制，后者基轴制 4 为保证轴承内圈与轴肩端面接触良好，轴承的圆角半径r与轴肩处圆角半径r1应满足的关系。 A. r=r1 B. r＞r l C. r＜r1 D. r≤r l 5 不宜用来同时承受径向载荷和轴向载荷。 A. 圆锥滚子轴承 B. 角接触球轴承 C. 深沟球轴承 D. 圆柱滚子轴承 6 只能承受轴向载荷。 A. 圆锥滚子轴承 B. 推力球轴承 C. 滚针轴承 D. 调心球轴承 7 通常应成对使用。 A. 深沟球轴承 B. 圆锥滚子轴承 C. 推力球轴承 D. 圆柱滚子轴承 8 跨距较大并承受较大径向载荷的起重机卷筒轴轴承应选用。 A. 深沟球轴承 B. 圆锥滚子轴承 C. 调心滚子轴承 D. 圆柱滚子轴承 9 不是滚动轴承预紧的目的。 A. 增大支承刚度 B. 提高旋转精度 C. 减小振动噪声 D. 降低摩擦阻力 10 滚动轴承的额定寿命是指同一批轴承中的轴承能达到的寿命。 A. 99％ B. 90％ C. 95％ D. 50％ 11 适用于多支点轴、弯曲刚度小的轴及难于精确对中的支承。 A. 深沟球轴承 B. 圆锥滚子轴承 C. 角接触球轴承 D. 调心轴承 12 角接触轴承承受轴向载荷的能力，随接触角 的增大而。 A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 不定 13 某轮系的中间齿轮（惰轮）通过一滚动轴承固定在不转的心轴上，轴承内、外圈的配合应满足。
第五章轴压构件 一、选择题 4.1.1(Ⅰ)工字形轴心受压构件，翼缘的局部稳定条件为，其中λ的含义为。 (A)构件最大长细比，且不小于30、不大于100 (B)构件最小长细比 (C)最大长细比与最小长细比的平均值(D) 30或100 4.1.2(Ⅰ)轴心压杆整体稳定公式的意义为。 (A)截面平均应力不超过材料的强度设计值 (B)截面最大应力不超过材料的强度设计值 (C)截面平均应力不超过构件的欧拉临界应力值 (D)构件轴心压力设计值不超过构件稳定极限承载力设计值 4.1.3(Ⅰ)用Q235钢和Q345钢分别制造一轴心受压柱，其截面和长细比相同，在弹性范围内屈曲时，前者的临界力后者的临界力。 (A)大于(B)小于(C)等于或接近(D)无法比较 4.1.4(Ⅰ)轴心受压格构式构件在验算其绕虚轴的整体稳定时采用换算长细比，这是因为。 (A)格构构件的整体稳定承载力高于同截面的实腹构件 (B)考虑强度降低的影响 (C)考虑剪切变形的影响 (D)考虑单支失稳对构件承载力的影响 4.1.5(Ⅰ)为防止钢构件中的板件失稳采取加劲措施，这一做法是为了。 (A)改变板件的宽厚比(B)增大截面面积 (C)改变截面上的应力分布状态(D)增加截面的惯性矩 4.1.6(Ⅰ)为提高轴心压杆的整体稳定，在杆件截面面积不变的情况下，杆件截面的形式应使其面积分布。 (A)尽可能集中于截面的形心处(B)尽可能远离形心 (C)任意分布，无影响(D)尽可能集中于截面的剪切中心 4.1.7(Ⅰ)轴心压杆采用冷弯薄壁型钢或普通型钢，其稳定性计算。 (A)完全相同(B)仅稳定系数取值不同 (C)仅面积取值不同(D)完全不同 4.1.8(Ⅰ)计算格构式压杆对虚轴x轴的整体稳定性时，其稳定系数应根据 进行计算或查表。 4.1.9(Ⅰ)实腹式轴压杆绕x，y轴的长细比分别为，对应的稳定系数分 别为若则。
第十六章轴 16.1选择题 16.1.1 自行车轮的轴是。 a）心轴 b）转轴 c）传动轴 16.1.2 自行车大链轮的轴（脚蹬轴，又称中轴）是。 a）心轴 b）转轴 c）传动轴 16.1.3 后轮驱动的汽车，起前轮的轴是。 a）心轴 b）转轴 c）传动轴 16.1.4 某45钢轴的刚度，可采取措施来提高其刚度。 a）用40Cr钢代替 b）淬火 c）增大轴的尺寸 d）改进轴的结构以减轻应力集中 16.1.5 汽轮发电机转子轴在高温、高速和重载条件下工作，采用材料为宜。 a）45钢正火b）Q255 c）38CrMoAlA d）45钢调质 16.1.6 对大直径轴的轴肩圆周角处进行喷丸处理，起目的是。 a）是尺寸精确些 b）达到规定的表面粗糙度 c）降低材料对应力集中的敏感性 d）提高材料的抗腐蚀性能
16.1.7 计算当量弯矩M'=[M2+（αT）2]0.5，α是根据转矩性质而定的校正 系数，当承受的转矩是对称循环时，α= 。 a）0.3 b）0.6 c）1.0 d）1.5 16.1.8 转轴设计中，当弯矩是第Ш类（对称循环）而转矩是第П类（脉 动循环）时，其修正系数α等于。 a）[σ-1]b/ [σ0]b b）[σ0]b / [σ-1]b c）[σ-1]b/ [σ+1]b d）[σ+1]b / [σ-1]b 16.1.9 转轴在精确计算时，首先应确定断面的位置。 a）危险 b）承受最大合成弯矩处 c）应力集中较大处 16.1.10 材料为钢质的传动轴，轴上分置四个带轮（如图），主动轮C上输 入功率P C=65KW，三个从动轮A、B、D其输出功率分别为P A=15KW、P B=20KW、 P D=30KW，当轴n=470r/min时，受扭矩最大。 a）A-B极 b）B-C极 c）C-D 极
11-1 解1）由公式可知： 轮齿的工作应力不变，则则，若，该齿轮传动能传递的功率 11-2解由公式 可知，由抗疲劳点蚀允许的最大扭矩有关系： 设提高后的转矩和许用应力分别为、 当转速不变时，转矩和功率可提高 69%。 11-3解软齿面闭式齿轮传动应分别验算其接触强度和弯曲强度。（ 1）许用应力查教材表 11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮ZG270-500正火硬度：140～170HBS，取155HBS。 查教材图 11-7， 查教材图 11-10 , 查教材表 11-4取， 故： （ 2）验算接触强度，验算公式为：
其中：小齿轮转矩 载荷系数查教材表11-3得齿宽 中心距齿数比 则： 、，能满足接触强度。 （ 3）验算弯曲强度，验算公式： 其中：齿形系数：查教材图 11-9得、 则： 满足弯曲强度。 11-4解开式齿轮传动的主要失效形式是磨损，目前的设计方法是按弯曲强度设计，并将许用应力降低以弥补磨损对齿轮的影响。 （ 1）许用弯曲应力查教材表11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮 45钢正火硬度：170～210HBS，取190HBS。查教材图11-10得 ,
查教材表 11-4 ，并将许用应用降低30% （ 2）其弯曲强度设计公式： 其中：小齿轮转矩 载荷系数查教材表11-3得取齿宽系数 齿数，取齿数比 齿形系数查教材图 11-9得、 因 故将代入设计公式 因此 取模数中心距 齿宽 11-5解硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是折断，设计方法是按弯曲强度设计，并验算其齿面接触强度。
第35卷第1期建 筑 结 构2005年1月 薄壁钢管混凝土长柱轴压性能试验研究 张耀春 许 辉 曹宝珠 (哈尔滨工业大学土木工程学院 150090) [提要] 对8根方形和八边形薄壁钢管混凝土长柱的轴压性能进行了试验研究,柱的长宽比为14～40,管壁板件的宽厚比为67～125。试验结果表明,方形薄壁钢管混凝土长柱的轴压破坏为弯曲屈曲破坏,八边形薄壁钢管混凝土长柱的破坏主要表现为强度破坏,破坏之前钢管均发生了局部屈曲现象。柱子的承载力随着长细比的增加而显著下降。在薄壁钢管混凝土短柱试验结果的基础上,线性回归了方形轴压长柱极限承载力折减系数,在上述长宽比的范围内,公式计算值与试验结果吻合良好。 [关键词] 薄壁钢管混凝土 长柱 轴压 静力性能 承载力 折减系数 局部屈曲 Experimental R esearch on Static B ehavior of Axially Loaded Long Column of Concrete2f illed Thin2w alled Steel Tube Author:Zhang Y aochun,Xu hui,Cao Baozhu(School of Civil Eng.,Harbin Institute of Technology,150090,China) Abstract:Experiments have been carried out to8long columns of concrete2filled thin2walled steel tube under axial load.Their cross2sections are square or octagon.The length2width ratio of the columns is14～40,and the width2 thickness ratio of the tube plates is67～125.The experimental results show that damage mode of the square long columns is flexural buckling failure,and that of the octagon long columns is mainly strength failure.The local buck2 ling occurs in the plates of the steel tube before failure.The ultimate load greatly drops with the increasing of slender2 ness ratio of the column.Based on the experimental results of stub columns of concrete2filled thin2walled steel tube, the ultimate load reduction factor is linearly regressed counting for the effect of slenderness ratio.The calculation re2 sults are basically identical with experimental ones. K eyw ords:long columns;concrete2filled thin2walled steel tube;axial load;reduction factor;local buckling 国内外学者对多边形薄壁钢管混凝土长柱静力性能的研究刚刚起步[123]。由于薄壁钢管混凝土轴压长柱在最终破坏之前管壁均发生了局部屈曲现象,如用理论方法分析其静力性能必须考虑管壁与内填混凝土以及柱子整体稳定与管壁局部稳定之间的相关作用,影响因素多,计算十分复杂。故从实用角度入手,利用有效宽度方法,考虑管壁局部屈曲后的性能,通过线性回归提出了方形长柱极限抗压承载力的算法。 一、试验概况 11试件参数 共进行了5根方形和3根八边形薄壁钢管混凝土长柱的轴压试验,试件的具体参数见表1。 21试件制作 制作方形(八边形)薄壁钢管时,先按要求的长度将薄壁钢管冷弯成2个半方形(半八边形)截面的管柱,然后对焊,其截面如图1所示。在空钢管的一端焊上盖板,兼作浇灌混凝土的底模,另一端盖板等混凝土灌满、养护和打磨平整之后再焊接,盖板和空钢管的几何中心对中。然后在上盖板表面的柱子截面形心处焊上钢榫,保证其与盖板垂直。 浇灌钢管内混凝土时,采用人工浇灌。用5cm直 试件参数表1试件 编号 宽度b (mm) 壁厚t (mm) 柱长L (mm) L0 α (%) ξL0 b b t λ f y (MPa) f ck (MPa) LC4211000183000314431201300311412510819330103513 LC422120110240025443130128721121207314307133513 LC42310011230003162418014103116831310915216122513 LC424100110200021404110129921141007411216172917 LC42515021020002140516014471413754914237102917 LC82180018300031431170115839131005715330103514 LC8229011024002542118011572813904113307133513 LC823801123000316221501214391683135718216123513 注:LC4代表方形截面;LC8代表八边形截面;L为钢管长度;t 为薄壁钢管壁厚;b为薄壁钢管边长;L0为薄壁钢管混凝土长柱的计算长度(柱计算长度L0=L+2h1+2h2,h1为柱端焊接钢盖板厚度,为10～20mm;h2为加荷板厚度,为60mm);λ为构件的长细比(方形截面柱λ=23L0/b,八边形截面柱λ=L0/i,i为截面回转半径);α为含钢率,α=A s/A c;ξ为套箍系数,ξ=αf y/f ck,f ck为混凝土轴心抗压强度标准值;f y为钢材的屈服强度。 径振捣棒振实。 31加载设备及监测方法 试验所有试件都在哈尔滨工业大学力学与结构试验中心的5000kN压力机上进行。为了避免构件发生 82
第十一章轴 题11－1 简述轴的结构设计应满足的基本要求。指出图中结构设计的错误，在错误处标出序号，并按序号一一说明理由。 题11－1图 解题分析：轴的结构设计应满足的基本要求是： 1．轴及轴上零件应有确定的位置和可靠固定； 2．轴上零件应便于安装，折卸和调整； 3．轴应具有良好的加工工艺性； 4．力求受力合理，有利提高疲劳强度和刚度。 解答：图中的主要错误分析（题解 11-1 图） 题解14－1图 1．轴肩过高挡住了轴承内圈，轴承不便于折卸；
2．与齿轮相配合的轴的两边均有轴肩，齿轮无法安装； 3．键的顶面应与轮毂槽底面应有间隙，且轮毂槽应开通，轴上键槽处应有局部剖视； 4．轴承不便于安装，此处应该有过渡轴肩； 5．此处的轮毂没有确定的位置，且无轴向固定； 6．键过长，且两键不在同一方位，不便于加工； 7．轴端过长，轮毂无法进行轴向固定。 题11－2根据图示卷筒轴的三种设计方案填写下表（表中轴的类型为按承载情况分）： 题11－2图 解答：
题11－3 设计图示单级斜齿圆柱齿轮减速器低速轴的结构。已知齿轮相对于支承为对称布置，齿轮宽度b 2＝100 mm ，轴承为7308AC ，两支承间的跨度L ＝200mm ，外伸端装有一个半联轴器，孔的直径在25～35mm 之间，轴与孔的配合长度为L ′＝60mm 。 解答：1、确定各段轴的直径： （1）与联轴器配合处的直径d ：选联轴器的型 号为 82YA302 6YC28HL2 ??，半联轴器的孔径d =28 mm ， 长圆柱形轴孔，孔长L = 62 mm 。 （2）轴身处直径d 1：考虑半联轴器的定位和固 定，应有一个定位轴肩，此段轴为外伸轴，其上装有 密封圈，应取相应的标准直径。所以取d 1 =35mm 。 （3）安装滚动轴承处轴颈直径d 2、、d 6：为便于轴 承安装，d 1与d 2之间应有一非定位轴肩，轴肩高度一 般为1～3 mm ，且轴颈直径必须满足滚动轴承孔径要求。 因此选择7308AC 轴承，内径为40 mm ，所以d 2 = d 6 =40 mm 。 （4）安装齿轮处轴段直径d 3：为装配方便，并考虑强度要求，取直径d 3=45 mm 。 （5）轴环直径d 4：为使齿轮定位可靠和承受轴向力，取d 4=55 mm ， （6）轴肩直径d 5：考虑到轴承定位和拆卸方便，根据手册，查取d 5=50 mm 。 2．各段轴的长度： 题11-3 图
15—4 一牵曳钩用2个M10的普通螺钉固定于机体上，如图所示。已知接合面间的摩擦系数f=0.15，螺栓材料为Q235、强度级别为4.6级， 装配时控制预紧力，试求螺栓组连接允许的最大牵引力。 解题分析：本题是螺栓组受横向载荷作用的典型 例子．它是靠普通螺栓拧紧后在接合面间产生的摩擦 力来传递横向外载荷F R 。解题时，要先求出螺栓组所 受的预紧力，然后，以连接的接合面不滑移作为计算 准则，根据接合面的静力平衡条件反推出外载荷F R 。 题15—4图 解题要点： （1）求预紧力F ′： 由螺栓强度级别4.6级知σS =240MPa ，查教材表11—5（a ），取S=1.35，则许用拉应力： [σ]= σS /S =240/1.35 MPa=178 MPa ， 查（GB196—86）M10螺纹小径d 1=8.376mm 由教材式（11—13）： 1.3F ′/（πd 21/4）≤[σ] MPa 得： F ′=[σ]πd 21/（4×1.3）=178 ×π×8.3762 /5.2 N =7535 N （2） 求牵引力F R ： 由式（11—25）得F R =F ′fzm/K f =7535×0.15×2×1/1.2N=1883.8 N （取K f =1.2） 分析与思考： （1）常用螺纹按牙型分为哪几种？各有何特点？各适用于什么场合？连接螺纹用什么牙型？传动螺纹主要用哪些牙型？为什么？ 答：根据牙型，螺纹可以分为三角形、矩形、梯形、锯齿形等。选用时要根据螺纹连接的工作要求，主要从螺纹连接的效率和自锁条件两个方面考虑，结合各种螺纹的牙形特点。例如三角形螺纹，由于它的牙形角α较大，当量摩擦角υρ也较大（βρυυcos arctan arctan f f ==），分 析螺纹的效率() υρη+ψψ=tan tan 和自锁条件 Ψυρ≤，可知三角形螺纹效率较低，但自锁条件较好，因此用于连接。同理可知矩形、梯形和锯齿形螺纹等当量摩擦角υρ较小，效率较高，自锁条件较差，因此用于传动。 （2）从自锁和效率的角度比较不同线数螺纹的特点，为什么多线螺纹主要用于传动？螺纹线数一般控制在什么范围内？为什么？ 答：当螺纹副的当量摩擦系数一定时，螺纹线数越多，螺纹升角越大，效率越高，越不易自锁，
第十五章 轴 一、选择题 15—1按所受载荷的性质分类，车床的主轴是 A ，自行车的前轴是 B ，连接汽车变速箱与后桥，以传递动力的轴是 C 。 A 转动心轴 B 固定心轴 C 传动轴 D 转轴 15—2 为了提高轴的刚度，措施 B 是无效的。 A 加大阶梯轴个部分直径 B 碳钢改为合金钢 C 改变轴承之间的距离 D 改变轴上零件位置 15—3 轴上安装有过盈联接零件时，应力集中将发生在 B 。 A 轮毂中间部位 B 沿轮毂两端部位 C 距离轮毂端部为1/3轮毂长度处 15—4 轴直径计算公式3 n P C d ≥， C 。 A 只考虑了轴的弯曲疲劳强度 B 考虑了弯曲、扭转应力的合成 C 只考虑了扭转应力 D 考虑了轴的扭转刚度 15—5 轴的强度计算公式22)(T M M e α+= 中，α是 C 。 A 弯矩化为当量转矩的转化系数 B 转矩转化成当量弯矩的转化系数 C 考虑弯曲应力和扭转切应力的循环性质不同的校正系数 D 强度理论的要求 15—6 轴的安全系数校核计算，应按 D 计算。 A 弯矩最大的一个截面 B 弯矩和扭矩都是最大的一个截面 C 应力集中最大的一个截面 D 设计者认为可能不安全的一个或几个截面 15—7 轴的安全系数校核计算中，在确定许用安全系数S 时,不必考虑 A 。 A 轴的应力集中 B 材料质地是否均匀 C 载荷计算的精确度 D 轴的重要性 15—8 对轴上零件作轴向固定，当双向轴向力都很大时，宜采用 C 。 A 过盈配合 B 用紧定螺钉固定的挡圈 C 轴肩—套筒 D 轴肩—弹性挡圈 15—9 对轴进行表面强化处理，可以提高轴的 C 。 A 静强度 B 刚度 C 疲劳强度 D 耐冲击性能 15—10 如阶梯轴的过渡圆角半径为r ，轴肩高度为h,上面安装一个齿轮，齿轮孔倒角为C 45°,则要求 A 。 A r 16-1解由手册查得6005 深沟球轴承，窄宽度，特轻系列，内径，普通精度等级 （0级）。 主要承受径向载荷，也可承受一定的轴向载荷；可用于高速传动。 N209/P6 圆柱滚子轴承，窄宽度，轻系列，内径，6级精度。只能承受径向载荷，适用 于支承刚度大而轴承孔又能保证严格对中的场合，其径向尺寸轻紧凑。 7207CJ 角接触球轴承，窄宽度，轻系列，内径，接触角,钢板冲压保 持架，普 通精度等级。既可承受径向载荷，又可承受轴向载荷，适用于高速无冲击, 一般成对使用，对称布置。 30209/P5 圆锥滚子轴承，窄宽度，轻系列，内径，5级精度。能同时承受径向 载荷 和轴向载荷。适用于刚性大和轴承孔能严格对中之处，成对使用，对称布置。 16-2解室温下工作；载荷平稳，球轴承 查教材附表 1， （ 1）当量动载荷时 在此载荷上，该轴承能达到或超过此寿命的概率是 90%。 （ 2）当量动载荷时 16-3解室温下工作；载荷平稳，球轴承 当量动载荷 查教材附表1，可选用轴承6207（基本额定动载荷）。 16-4解（1）计算当量动载荷 查手册， 6313的， ，查教材表16-12，并插值可得 ，所以， 当量动载荷 （ 2）计算所需基本额定动载荷 查教材表 16-9，室温下工作；查教材表16-10有轻微冲击，球轴承 因所需的，所以该轴承合适。 16-5解选择轴承型号 查教材表 16-9，工作温度125℃时，；载荷平稳， 选用球轴承时， 查教材附表 1，根据和轴颈，可选用球轴承6408（基本额定动载荷）. 选用滚子轴承时， 查教材附表 1，根据和轴颈，可选用圆柱滚子轴承N208（基本额定动载荷）。 （ 2）滚子轴承的载承能力较大，并查手册可知其径向尺寸小。 16-6解（ 1）按题意，外加轴向力已接近，暂选的角接触轴承类型70000AC。 （ 2）计算轴承的轴向载荷 (解图见16.4b) 由教材表 16-13查得，轴承的内部派生轴向力 ，方向向左 ，方向向右 因， 轴承 1被压紧 轴第十六章 mm65d?齿轮轮毂中所示直齿轮减速器输出轴在安装齿轮处地直径,16-4116-13、已知图mm?d300力,所轮分度圆直径为受圆周料长85mm,齿轮和轴地材均为45钢.齿0NF?8000则该平键所能.试选择该处平键地尺寸.如果轮毂材料为铸铁,,载荷有轻微冲击t传递地转矩T有多大？解：普通平键的挤压强度条件为T4F??=]??[p p dhlA?,?10012045号钢在轻微冲击 下的[MPa]p?MPa?110取[]p d0.30?8000??1200Nm T?F t 2212004?F4T6?10则有：?=??110?p hldhl0.065A48002mm?6.71hl? 610?0.065?110mm70mm?L?~?(12)?(5~10)?79~73?又一般选键长L?B?(1~2)(5~10)?85又d=65mm，查表6-8可选择的键截面尺寸为：b?h?18?11 ?l=L?b?70?18?52mm671 ?12.9mm?与实际情况不符。则要求h52671?10.8mm合适??1862mm要求LL 顾可选?80mm则l=?b?80?h62如果轮毂材料为铸铁，则该平键所能承受的最大挤压力为????=60MPa。]=5060MPa,取[][pp 4T??max得，传递的最大转矩为：=[]则由p dhl-3-610?11?62dhl65?10?6???664.95N??6010[?m T]= pmax 44 Q255钢minr/720n?16kN?W.,转速16-14、已知一传动轴所传递地功率,材料为求该. 传动轴所需地最小直径． 解：当传动轴传递的功率为N?16KW时，其扭转强度条件为P3109550?T n???]?[? 3dW0.2?1955?即：d???A333?]nn0.2?[其 第13章机械传动设计 13.1 简述机械传动装置的功用。 答： (1) 把原动机输出的速度降低或增速。 （2) 实现变速传动。 （3）把原动机输出转矩变为工作机所需的转矩或力。 （4）把原动机输出的等速旋转运动，转变为工作机的转速或其它类型的运动。（5）实现由一个或多个原动机驱动若干个相同或不同速度的工作机。 13.2 选择传动类型时应考虑哪些主要因素？ 答：根据各种运动方案，选择常用传动机构时，应考虑以下几个主要因素：（1）实现运动形式的变换。 （2）实现运动转速（或速度）的变化。 （3）实现运动的合成与分解。 （4）获得较大的机械效益。 13.3 常用机械传动装置有哪些主要性能？ 答：（1）功率和转矩；（2）圆周速度和转速；（3）传动比；（4）功率损耗和传动效率；（5）外廓尺寸和重量。 13.4 机械传动的总体布置方案包括哪些内容？ 答：总体布置方案包括合理地确定传动类型；多级传动中各种类型传动顺序的合理安排及各级传动比的分配。 13.5 简述机械传动装置设计的主要内容和一般步骤。 答：（1）确定传动装置的总传动比。 （2）选择机械传动类型和拟定总体布置方案。 （3）分配总传动比。 （4）计算机械传动装置的性能参数。性能参数的计算，主要包括动力计算和效率计算等。 （5）确定传动装置的主要几何尺寸。 （6）绘制传动系统图。 （7）绘制装置的装配图。 第14章轴和轴毂连接 14.1 轴按功用与所受载荷的不同分为哪三种？常见的轴大多属于哪一种？答：轴按功用与所受载荷不同可分为心轴、传动轴和转轴三类。常见的轴大多数属于转轴。 14.2 轴的结构设计应从哪几个方面考虑？ 答：轴的结构设计应从以下几方面考虑：（1）轴的毛坯种类；（2）轴上作用力的大小及其分布情况；(3)轴上零件的位置、配合性质以及连接固定的方法； 第十四章轴 题14－1 简述轴的结构设计应满足的基本要求。指出图中结构设计的错误，在错误处标出序号，并按序号一一说明理由。 题14－1图 解题分析：轴的结构设计应满足的基本要： 1．轴及轴上零件应有确定的位置和可靠固定； 2．轴上零件应便于安装，折卸和调整； 3．轴应具有良好的加工工艺性； 4．力求受力合理，有利提高疲劳强度和刚度。 解答：图中的主要错误分析（题解 14-1 图） 题解14－1图 1．轴肩过高挡住了轴承圈，轴承不便于折卸； 2．与齿轮相配合的轴的两边均有轴肩，齿轮无法安装； 3．键的顶面应与轮毂槽底面应有间隙，且轮毂槽应开通，轴上键槽处应有局部剖视； 4．轴承不便于安装，此处应该有过渡轴肩； 5．此处的轮毂没有确定的位置，且无轴向固定； 6．键过长，且两键不在同一方位，不便于加工； 7．轴端过长，轮毂无法进行轴向固定。 题14－2根据图示卷筒轴的三种设计方案填写下表（表中轴的类型为按承载情况分）： 方案轴的类型轴上应力应力循环特性 a b c 题14－2图 解答： 题14－3 设计图示单级斜齿圆柱齿轮减速器低速轴的结构。已知齿轮相对于支承为对称布置，齿轮宽度b 2＝100 mm ，轴承为7308AC ，两支承间的跨度L ＝200mm ，外伸端装有一个半联轴器，孔的直径在25～35mm 之间，轴与孔的配合长度为L ′＝60mm 。 解答：1、确定各段轴的直径： （1）与联轴器配合处的直径d ：选联轴器的型 号为 82YA302 6YC28HL2 ??，半联轴器的孔径d =28 mm ， 长圆柱形轴孔，孔长L = 62 mm 。 （2）轴身处直径d 1：考虑半联轴器的定位和固 定，应有一个定位轴肩，此段轴为外伸轴，其上装有 密封圈，应取相应的标准直径。所以取d 1 =35mm 。 （3）安装滚动轴承处轴颈直径d 2、、d 6 ：为便于轴 承安装，d 1与d 2之间应有一非定位轴肩，轴肩高度一 般为1～3 mm ，且轴颈直径必须满足滚动轴承孔径要求。 题14-3 图 第15章 轴承 15.1 滚动轴承的主要类型有哪些？各有什么特点？ 答：（1）深沟球轴承。主要承受径向载荷，也能承受一定的双向轴向载荷、可用于较高转速。 （2）圆锥子轴承。内、外圆可分离，除能承受径向载荷外，还能承受较大的单向轴向载荷。 （3）推力球轴承。套圈可分离，承受单向轴向载荷。极限转速低。 （4）角接触球轴承。可用于承受径向和较大轴向载荷，α大则可承受轴向力越大。 （5）圆柱滚子轴承。有一个套圈（内、外圈）可以分离，所以不能承受轴向载荷。由于是线接触，所以能承受较大径向载荷。 （6）调心球轴承。双排球，外圈内球面、球心在轴线上，偏位角大，可自动调位。主要承受径向载荷，能承受较小的轴向载荷。 15.2 绘制下列滚动轴承的结构简图，并在图上表示出轴承的受力主向：6306、N306、7306ACJ ，30306、51306。 答：按表15.2中表示的简图及受力方向绘制。 15.3滚动轴承的基本额定动载荷C 与基本额定静载荷C ο在概念上有何不同，分别针对何种失效形式？ 答：（1）基本额定动载荷C 与基本额定静载荷C ο在概念上区别在于“动”与“静”二字的区别。C 是指轴承在L 10（单位为106r ）时轴承能承受的最大载荷值；C ο是指在静载荷下极低速运转的轴承。 （2）C 下的失效形式为点蚀破坏；C ο下为永久塑性变形。 15.4 何谓滚动轴承的基本额定寿命？何谓当量动载荷？如何计算？ 答：基本额定寿命是指一批同型号的轴承在相同条件下运转时，90%的轴承未发生疲劳点蚀前运转的总转教，或在恒定转速下运转的总工作小时数，分别用L 10、L 10h 表示。 当量动载荷是轴承在当量动载荷P 作用下的寿命与在实际工作载荷（径向和轴向载荷）条件下的寿命相等。其计算方式为 ()P r a P f XF YF =+ 15.5滚动轴承失效的主要形式有哪些？计算准则是什么？ 答：对于一般转速的轴承（10Y /min 第十六章 车由 16-13、已知图16-41中所示直齿轮减速器输出轴在安装齿轮处地直径 d =65m m ,齿轮轮毂 长85mm,齿轮和轴地材料均为45钢.齿轮分度圆直径为d °二300mm ,所受圆周力 F t =8000N ，载荷有轻微冲击.试选择该处平键地尺寸.如果轮毂材料为铸铁，则该平键所能 传递地转矩T 有多大？ 则要求 h 一671 =12.9mm 与实际情况不符。 52 顾可选 L =80mm 贝V 丨=L -b =80 —18 =62mm 要求 如果轮毂材料为铸铁，则该平键所能承受的最大挤压力为 ［二p ］ =50 L 60MPa 取［j ］ =60MPa 则由［J ］二也 得，传递的最大转矩为： p dhl dhL 「65灯0-3 如1沢62如0-6 “ T max = 【V = 60 10 -664.95Nm 4 4 16-14、已知一传动轴所传递地功率 N =16kW ,转速n =720r/min ，材料为Q255I 冈?求该 解：普通平键的挤压强度条件为 _ F 4T 「、 6= ［二 p ］ p A dhl p 45号钢在轻微冲击下的［；「。］ =100L 120MPq 取［二 p ］ =110MPa T =F t 氏=8000 兰=1200N_m 2 2" F 4T 4 1200 一 门 “6 S= 110 10 A dhl 0.065hl 则有: hl 又： 又： .71mm 0.065 110 106 一般选键长 L ::: B - （1 ?2）-（5 ?10） =85-（1 ?2） -（5 ?10） = 79 ~ 73mm . L = 70mm d=65mm 查表6-8可选择的键截面尺寸为： b h =18 11 .丨二L —b =70 —18=52mm h _回=10.8mm 合适 62机械设计第十六章课后习题答案
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