第一章机械设计总论习题 四、计算题： 1、某钢制零件材料性能为，，，受单向稳 定循环变应力，危险剖面的综合影响系数，寿命系数。 （1）若工作应力按常数的规律变化，问该零件首先发生疲劳破坏，还是塑性变形？ （2）若工作应力按应力比（循环特性）常数规律变化，问在什么范围内零件首先发生疲劳破坏？（图解法、解析法均可） 1、解：（1） 作该零件的极限应力图。 常数时，应力作用点在线上，与极限应力图交于线上，所以该零件首先发生塑性变形。 （2）常数时，工作应力点在范围内，即：点，所以 时首先发生疲劳破坏。 2、零件材料的机械性能为：，，，综合影 响系数，零件工作的最大应力，最小应力，加载方式为（常数）。 求：（1）按比例绘制该零件的极限应力线图，并在图中标出该零件的工作应力点和其相应的极限应力点； （2）根据极限应力线图，判断该零件将可能发生何种破坏； （3）若该零件的设计安全系数，用计算法验算其是否安全。 2、解：（1）； 零件的极限应力线图如图示。工作应力点为，其相应的极限应力点为。 （2）该零件将可能发生疲劳破坏。
（3） 该零件不安全。 3、在图示零件的极限应力线图中，零件的工作应力位于点，在零件的加载过程中，可能 发生哪种失效？若应力循环特性等于常数，应按什么方式进行强度计算？ 3、解：可能发生疲劳失效。 时，应按疲劳进行强度计算； 4、已知45钢经调质后的机械性能为：强度限，屈服限，疲劳限，材料的等效系数。 （1）材料的基氏极限应力线图如图示，试求材料的脉动循环疲劳极限； （2）疲劳强度综合影响系数，试作出零件的极限应力线； （3）若某零件所受的最大应力，循环特性系数，试求工作应力点的坐标和的位置。 4、解：（1） （2）零件的极限应力线为。 （3）；； 5、合金钢对称循环疲劳极限，屈服极限，。 试： （1）绘制此材料的简化极限应力图； （2）求时的、值。 5、解：（1）， 作材料的简化极限应力图。 （2），；；
2．轴的强度计算 弯扭合成强度条件： W T M W M ca ca 22)(ασ+==≤1][-b σ MPa α是根据扭剪应力的变化性质而定的应力校正系数。用来考虑扭矩T 产生的扭剪应力τ 与弯距M 产生的弯曲应力b σ的性质不同。 对轴受转矩的变化规律未知时，一般将τ按脉动循环变应力处理。 疲劳强度安全系数的强度条件： 22τσστ S S S S S ca += ≥ [ S ] 如同一截面有几个应力集中源，则取其中最大的一个应力集中系数用于计算该截面的疲劳强度。 例11-3 例11-3图1为轴上零件的两种布置方案，功率由齿轮A 输入，齿轮1输出扭矩T 1，齿轮2输出扭矩T 2，且T 1＞T 2。试比较两种布置方案各段轴所受的扭矩是否相同? a b 例11-3 图1 答：各轴段所受转矩不同，如例11-3图2所示。方案a ：T max = T 1，方案b ：T max = T 1+ T 2 。 a b 例11-3 图2 11-31．分析图a ）所示传动装置中各轴所受的载荷（轴的自重不计），并说明各轴的类型。若将卷筒结构改为图b ）、c ）所示，分析其卷筒轴的类型。
题11-31图 11-32．图示带式输送机有两种传动方案，若工作情况相同，传递功率一样，试分析比较： 1．按方案a ）设计的单级齿轮减速器，如果改用方案b ），减速器的哪根轴的强度要重新验算？为什么？ 2．若方案a ）中的V 带传动和方案b ）中的开式齿轮传动的传动比相等，两方案中电动机轴所受的载荷是否相同？为什么。 a ） b ） 题11-32图 11-33．一单向转动的转轴，危险剖面上所受的载荷为水平面弯矩M H = 4×105 Nmm ，垂直面弯矩M V = 1×105 Nmm ，转矩T = 6×105 Nmm ，轴的直径d =50 mm ，试求： 1．危险剖面上的的合成弯矩M 、计算弯矩M ca 和计算应力ca σ。 2.危险剖面上弯曲应力和剪应力的应力幅和平均应力：a σ、m σ、m τ、a τ。 11-34 指出图中轴系的结构错误，并改正。 题11-34 图1 11-31 答题要点： Ⅰ轴：只受转矩，为传动轴； Ⅱ轴：除受转矩外，因齿轮上有径向力、圆周力等，还受弯矩，是转轴； Ⅲ轴：不受转矩，只受弯矩，是转动心轴； Ⅳ轴：转矩由卷筒承受，轴不受转矩，只受弯矩，是转动心轴； 卷筒结构改为图b ，Ⅴ轴仍不受转矩，只受弯矩，轴不转动，是固定心轴； 卷筒结构改为图c ，Ⅵ轴除了受弯矩外，在齿轮和卷筒之间轴受转矩，是转轴； 11-32 答题要点：
机械设计基础练习题A 一、选择题 1. 非周期性速度波动。 A. 用飞轮调节 B. 用调速器调节 C. 不需要调节 D. 用飞轮和调速器双重调节 2. 渐开线标准齿轮的根切现象，发生在。 A. 模数较大时 B. 模数较小时 C. 齿数较少时 D. 齿数较多时 3. 标准斜齿圆柱齿轮传动中，查取齿形系数Y F数值时，应按。 A. 法面模数m n B. 齿宽b C. 实际齿数Z D. 当量齿数Z v 4.带传动的打滑现象首先发生在。 A．大带轮上 B．小带轮上 C．主动轮上 D．从动轮上 5. 带传动在工作时产生弹性滑动，是由于。 A. 包角α1太小 B. 初拉力F0太小 C. 紧边与松边拉力不等 D. 传动过载 6. 在一定转速下、要减轻滚子链传动的不均匀性和动载荷，应该。 A. 增大节距P和增加齿数Z1 B. 增大节距P和减小齿数Z1 C. 减小节距P和减小齿数Z1 D. 减小节距P和增加齿数Z1 7. 转轴弯曲应力σb的应力循环特性为。 A. r=－1 B. r=0 C. r= +1 D. －1 同步带传动类型及及设计计算标准 (GB-T10414?2-2002同步带轮设计标准) 圆弧齿同步带轮轮齿ArctoothTimingtooth 直边齿廓尺寸Dimensionoflineartypepulley 1、同步带轮的型式 2、齿型尺寸、公差及技术参数 3、各种型号同步带轮齿面宽度尺寸表 4、订购须知 圆弧齿轮传动类型： 1)圆弧圆柱齿轮分单圆弧齿轮和双圆弧齿轮。 2)单圆弧齿轮的接触线强度比同等条件下渐开线齿轮高，但弯曲强度比渐开线低。 3)圆弧齿轮主要采用软齿面或中硬齿面，采用硬齿面时一般用矮形齿。圆弧齿轮传动设计步骤： 1)简化设计：根据齿轮传动的传动功率、输入转速、传动比等条件，确定中心距、模数等主要参数。如果中心距、模数已知，可跳过这一 步。 2)几何设计计算：设计和计算齿轮的基本参数，并进行几何尺寸计算。 3)强度校核：在基本参数确定后，进行精确的齿面接触强度和齿根弯曲强度校核。 4)如果校核不满足强度要求，可以返回 圆弧齿轮传动的特点： 1)圆弧齿轮传动试点啮合传动，值适用于斜齿轮，不能用于直齿轮。 2)相对曲率半径比渐开线大，接触强度比渐开线高。 3)对中心距变动的敏感性比渐开线大。加工时，对切齿深度要求较高，不允许径向变位切削，并严格控制装配误差。 单圆弧齿轮传动 小齿轮的凸齿工作齿廓在节圆以外，齿廓圆心在节圆上；大齿轮的凹齿工作齿廓在节圆内，齿廓圆心略偏於节圆以外(图2单圆弧齿轮传动的嚙合情况)。由於大齿轮的齿廓圆弧半径p2略大於小齿轮的齿廓半径p1，故当两齿廓转到K点，其公法线通过节点c时，齿便接触，旋即分离，但与它相邻的另一端面的齿廓随即接触，即两轮齿K1﹑K'1、K2﹑K'2﹑K3﹑K'3……各点依次沿嚙合线接触。因此，圆弧齿轮任一端面上凹﹑凸齿廓仅作瞬时嚙合。一对新圆弧齿轮在理论上是瞬时点嚙合，故圆弧齿轮传动又常称为圆弧点嚙合齿轮传动。轮齿经过磨合后，实际上齿廓能沿齿高有相当长的一段线接触。圆弧齿轮传动的特点是：(1)综合曲率半径比渐开线齿轮传动大很多，其接触强度比渐开线齿轮传动约高0.5～1.5倍； 第三章(1) 一般参数的闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是。 A 齿面点蚀 B 轮齿折断 C 齿面磨损 D 齿面胶合 (2) 在闭式齿轮传动中，高速重载齿轮传动的主要失效形式是。 A 轮齿疲劳折断 B 齿面疲劳点蚀 C 齿面胶合 D 齿面磨粒磨损 E 齿面塑性变形 (3) 对齿轮轮齿材料性能的基本要求是。 A 齿面要硬，齿心要韧 B 齿面要硬，齿心要脆 C 齿面要软，齿心要脆 D 齿面要软，齿心要韧 (4) 斜齿轮和锥齿轮强度计算中的齿形系数和应力修正系数按查图。 A 实际齿数 B 当量齿数 C 不发生根切的最少齿数 (5) 一减速齿轮传动，主动轮1用45钢调质，从动轮2用45钢正火，则它们齿面接触应力的关系是。 A σH1 < σH2 B σH1 = σH2 C σH1 > σH2 D 可能相同，也可能不同 （6) 一对标准圆柱齿轮传动，已知z1＝20，z2＝50，则它们的齿根弯曲应力是。 A σF1 < σF2 B σF1 = σF2 C σF1 > σF2 D 可能相同，也可能不同 (7) 提高齿轮的抗点蚀能力，不能采用的方法。 A 采用闭式传动 B 加大传动的中心距 C 提高齿面的硬度 D 减小齿轮的齿数，增大齿轮的模数 (8) 在齿轮传动中，为了减小动载荷系数KV，可采取的措施是。 A 提高齿轮的制造精度 B 减小齿轮的平均单位载荷 C 减小外加载荷的变化幅度 D 降低齿轮的圆周速度 （9) 直齿锥齿轮传动的强度计算方法是以的当量圆柱齿轮为计算基础。 A 小端 B 大端 C 齿宽中点处 (10) 直齿圆柱齿轮设计中，若中心距不变，增大模数m，则可以。 A 提高齿面的接触强度 B 提高轮齿的弯曲强度 C 弯曲与接触强度均不变 D 弯曲与接触强度均可提高 (11) 一对相互啮合的圆柱齿轮，在确定轮齿宽度时，通常使小齿轮比大齿轮宽5～10mm，其主要原因是。 A 为使小齿轮强度比大齿轮大些 B 为使两齿轮强度大致相等 C 为传动平稳，提高效率 D 为了便于安装，保证接触线承载宽度 （12) 闭式软齿面齿轮传动的设计方法为。 A 按齿根弯曲疲劳强度设计，然后校核齿面接触疲劳强度 B 按齿面接触疲劳强度设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度 C 按齿面磨损进行设计 D 按齿面胶合进行设计 (13) 下列措施中，不利于提高齿轮轮齿抗疲劳折断能力。 A 减轻加工损伤 B 减小齿面粗糙度值 C 表面强化处理 D 减小齿根过渡圆角半径 (1) 钢制齿轮，由于渗碳淬火后热处理变形大，一般须进过加工。 （2) 对于开式齿轮传动，虽然主要实效形式是，但目前尚无成熟可靠的计算方法，目前仅以作为设计准则。这时影响齿轮强度的主要几何参数是。 (3) 闭式软齿面齿轮传动中，齿面疲劳点蚀通常出现在处，提高材料可以增强轮齿抗点蚀的能力。 (4) 在齿轮传动中，若一对齿轮采用软齿面，则小齿轮材料的硬度比大齿轮的硬度高HBS。 (5) 在斜齿圆柱齿轮设计中，应取模数为标准值，而直齿锥齿轮设计中，应取模 A 卷 一、简答与名词解释(每题5分，共70分) 1. 简述机构与机器的异同及其相互关系 答. 共同点：①人为的实物组合体；②各组成部分之间具有确定的相对运动；不同点：机器的主要功能是做有用功、变换能量或传递能量、物料、信息等；机构的主要功能是传递运动和力、或变换运动形式。相互关系：机器一般由一个或若干个机构组合而成。 2. 简述“机械运动”的基本含义 答. 所谓“机械运动”是指宏观的、有确定规律的刚体运动。 3. 机构中的运动副具有哪些必要条件？ 答. 三个条件：①两个构件；②直接接触；③相对运动。 4. 机构自由度的定义是什么？一个平面自由构件的自由度为多少？ 答. 使机构具有确定运动所需输入的独立运动参数的数目称机构自由度。平面自由构件的自由度为3。 5. 机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况？ 答. 机构具有确定运动条件：自由度＝原动件数目。原动件数目<自由度，构件运动不确定；原动件数目>自由度，机构无法运动甚至构件破坏。 6. 铰链四杆机构有哪几种基本型式？ 答. 三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 7. 何谓连杆机构的压力角、传动角？它们的大小对连杆机构的工作有何影响？以曲柄为原动件的偏置曲柄滑块机构的最小传动角min γ发生在什么位置？ 答. 压力角α：机构输出构件（从动件）上作用力方向与力作用点速度方向所夹之锐角；传动角γ：压力角的余角。α＋γ≡900。压力角（传动角）越小（越大），机构传力性能越好。偏置曲柄滑块机构的最小传动角γmin 发生在曲柄与滑块移动导路垂直的位置 8. 什么是凸轮实际轮廓的变尖现象和从动件（推杆）运动的失真现象？它对凸轮机构的工作有何影响？如何加以避免？ 答. 对于盘形凸轮，当外凸部分的理论轮廓曲率半径ρ与滚子半径r T 相等时：ρ=r T ，凸轮实际轮廓变尖（实际轮廓曲率半径ρ’=0）。在机构运动过程中，该处轮廓易磨损变形，导致从动件运动规律失真。增大凸轮轮廓半径或限制滚子半径均有利于避免实际轮廓变尖现象的发生。 9. 渐开线齿廓啮合有哪些主要特点？ 答. ①传动比恒定；②实际中心距略有改变时，传动比仍保持不变（中心距可分性）；③啮合过程中，相啮合齿廓间正压力方向始终不变（有利于传动平稳性）。 10. 试说明齿轮的分度圆与节圆、压力角与啮合角之间的区别，什么情况下会相等（重合）？ 答. 分度圆：模数和压力角均取标准值得圆定义为齿轮分度圆；每个齿轮均有一个分度圆；节圆：一对齿轮啮合时、两个相切并相对作纯滚动的圆定义为节圆。只有当一对齿轮啮合时节圆才存在。 压力角：指分度圆上的标准压力角（常取200 ）；啮合角：一对齿轮啮合时，节圆上 一. 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F 1为松边拉力F 2的2倍，此时小带轮上 包角?1=120?，求：（1）有效拉力F e ；（2）紧边拉力F 1；（3） 当量摩擦系数f ˊ。 解:有效拉力F e =1000P /v =1000×8/10=800 N (2分) 又知:F 1-F 2= F e ,F 1=2F 2 则紧边拉力 F 1=2 F e =1600 N (2分) 根据欧拉公式 得当量摩擦系数f ?=ln(F 1/F 2)/α=ln2/(3.14×120/180) =0.693/2.0933=0.331 (2分) 二.（正确在括号内写“T ”，错误在括号内写“F ”） 1．双螺母防松结构中，如两螺母厚度不同，应先安装薄螺母，后安装厚螺母。（T ） 2．滚动轴承的轴向系数Y 值越大，其承受轴向能力越大。（ F ） 3．减速器的齿轮和滚动轴承可以采用不同的润滑剂。（T ） 4．设计蜗杆传动时，为了提高传动效率，可以增加蜗杆的头数。（ T ） 5．失效就是零件断裂了。（F ） 6．十字滑块联轴器中的所有元件都是刚性元件，因此属于刚性联轴器。 （F ） 7．两摩擦表面的粗糙度值越小，则越容易实现液体动力润滑。 （T ） 8．在计算转轴的强度时，安全系数法比当量弯矩法更精确。 （T ） 9．相啮合的蜗杆和蜗轮的螺旋角必须大小相等，旋向相反。 （ F ） 10．闭式齿轮传动皆须首先按齿面接触强度进行设计计算，确定传动的几何尺寸，然后校核齿根弯曲 疲劳强度。 （ F ） 11．由于链传动不需要张紧力，故作用在轴上的载荷较小。 （T ） 12．正是由于过载时产生“弹性滑动”，故带传动对传动系统具有保护作用。 （ F ） 13．楔键只能用于单向传动，双向传动时，必须采用两个楔键。 （ F ） 14．性能等级为6.6级的螺栓，其屈服点s σ＝600MPa 。 （ F ） 15．机械零件的计算分为设计计算和校核计算，两种计算的目的都是为了防止机械零件在正常使用期限内发生失效。 （ T ） 16．速比公式i 12=n 1/n 2=Z 2/Z 1不论对齿轮传动还是蜗杆传动都成立。 （T ） f e F F α=2 1 1.一队外啮合齿轮标准直齿圆柱挂齿轮传动，测得其中心距为160mm.两齿轮的齿数分 别为Z 1=20，Z 2 =44，求两齿轮的主要几何尺寸。 2.设计一铰链四杆机构，已知其摇杆CD的长度为50mm，行程速比系数K=1.3。 3.有一对标准直齿圆柱齿轮，m=2mm，α=200，Z=25，Z 2=50，求（1）如果n 1 =960r/min， n 2 =？（2）中心距a=？（3）齿距p=？ 4.一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知两齿轮齿数分别为40和80，并且测得小齿轮的齿顶圆直径为420mm，求两齿轮的主要几何尺寸。 5.某传动装置中有一对渐开线。标准直齿圆柱齿轮（正常齿），大齿轮已损坏，小齿 轮的齿数zz 1=24，齿顶圆直径d a1 =78mm, 中心距a=135mm, 试计算大齿轮的主要几何尺 寸及这对齿轮的传动比。 6.图示轮系中，已知1轮转向n1如图示。各轮齿数为：Z1=20，Z2=40，Z3= 15，Z4=60，Z5=Z6= 18，Z7=1（左旋蜗杆），Z8 =40，Z9 =20 。若n1 =1000 r/min ，齿轮9的模数m =3 mm，试求齿条10的速度v10 及其移动方向（可在图中用箭头标出）。 7.已知轮1转速n1 =140 r/min，Z1=40， Z 2 =20。求： （1）轮3齿数 Z3； （2）当n3 = -40 r/min时，系杆H的转速 n H 的大小及方向； （3）当n H= 0 时齿轮3的转速n3。 8.一轴由一对7211AC的轴承支承，F r1=3300N, F r2 =1000N, F x =900N, 如图。试求两轴 承的当量动载荷P。(S=0.68Fr e=0.68 X=0.41,Y=0.87) 9．已知一对正确安装的标准渐开线正常齿轮的ɑ=200，m=4mm，传动比i 12 =3，中心距 a=144mm。试求两齿轮的齿数、分度圆半径、齿顶圆半径、齿根圆半径。 10.设计一铰链四杆机构。已知摇杆CD的长度为75mm,行程速比系数K=1.5,机架长度为100mm,摇杆的一个极限位置与机架的夹角为450。 11.设计一对心直动滚子从动件盘形凸轮。已知凸轮基圆半径r b =40mm,滚子半径r=10mm,凸轮顺时针回转，从动件以等速运动规律上升，升程为32mm，对应凸轮推程角为120°；凸轮继续转过60°，从动件不动，凸轮转过剩余角度时，从动件等速返回。 12.已知轮系中各齿轮的齿数分别为Z 1=20、Z 2 =18、 Z 3 =56。求传动比i 1H 。 13.图示轮系，已知Z 1=30，Z 2 =20，Z 2 `=30，`Z 3 =74，且已知n 1 =100转/分。试求n H 。 一、计算图所示振动式输送机的自由度。 解：原动构件1绕A 轴转动、通过相互铰接的运动构件2、3、4带动滑块5作往复直线移动。构件2、3和4在C 处构成复合铰链。此机构共有5个运动构件、6个转动副、1个移动副，即n ＝5，l p ＝7，h p ＝0。则该机构的自由度为 F =h l p p n --23=07253-?-?=1 二、在图所示的铰链四杆机构中，设分别以a 、b 、c 、d 表示机构中各构件的长度，且设a ＜d 。如 果构件AB 为曲柄，则AB 能绕轴A 相对机架作整周转动。为此构件AB 能占据与构件AD 拉直共线 和重叠共线的两个位置B A '及B A ''。由图可见，为了使构件AB 能够转至位置B A '，显然各构件的长 度关系应满足 c b d a +≤+ （3-1） 为了使构件 AB 能够转至位置B A ''，各构件的长度关系应满足 c a d b +-≤)(或b a d c +-≤)( 即c d b a +≤+ （3-2） 或b d c a +≤+ （3-3） 将式(3-1)、(3-2)、(3-3)分别两两相加，则得 c a ≤ b a ≤ d a ≤ 同理，当设a ＞d 时，亦可得出 c b a d +≤+ b a b d +≤+ b a c d +≤+ 得c d ≤b d ≤a d ≤ 分析以上诸式，即可得出铰链四杆机构有曲柄的条件为： （1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆。 （2）最短杆与最长杆长度之和不大于其他两杆长度之和。 上述两个条件必须同时满足，否则机构中便不可能存在曲柄，因而只能是双摇杆机构。 通常可用以下方法来判别铰链四杆机构的基本类型： （1）若机构满足杆长之和条件，则： ① 以最短杆为机架时，可得双曲柄机构。 1、如图所示，某轴由一对7209 AC 轴承支承，轴承采用面对面安装形式。已知两轴承径向载荷分别为F r1=3000N ，F r2=4000N ，轴上作用有轴向外载荷A=1800N 。载荷平稳，在室温下工作，转速n=1000r/min 。该轴承额定动载荷C=29800N ，内部轴向力S=0.4Fr ，e=0.68，当量动载荷系数如下表所示。试计算此对轴承的使用寿命。（9分） 答：内部轴向力方向如图所示 （2分）， S 1=0.4F r1=1200N (0.5分) S 2=0.4F r2=1600N (0.5分) 因为A+S 1>S 2 故 F a1=S 1=1200N (1分) F a2=S 1+A=3000N (1分) 比较两轴承受力，只需校核轴承2。 F a2/F r2=0.75>e (1分) P=XF r2+YF a2 =0.41*4000+0.87*3000=4250N (1分) 5.5240)(60103 6==P C n L h (2分) 2．图c 所示为一托架，20kN 的载荷作用在托架宽度方向的对称线上，用四个螺栓将托架连接在一钢制横梁上，螺栓的相对刚度为0.3，螺栓组连接采用普通螺栓连接形式，假设被连接件都不会被压溃，试计算: 1) 该螺栓组连接的接合面不出现间隙所需的螺栓预紧力F′ 至少应大于多少？（接合面的抗弯剖面模量W=12.71×106mm 3）（7分） 2）若受力最大螺栓处接合面间的残余预紧力F′′ 要保证6956N ， 计算该螺栓所需预紧力F ′ 、所受的总拉力F 0。 （3分） 1） （1）、螺栓组联接受力分析：将托架受力 情况分解成下图所示的受轴向载荷Q 和受倾覆力矩M 的两种基本螺栓组连接情况分别考虑。（2分） （2）计算受力最大螺栓的工作载荷F ：（1分） Q 使每个螺栓所受的轴向载荷均等，为)(50004 20000 1 N Z Q F === 倾覆力矩M 使左侧两个螺栓工作拉力减小；使右侧两个螺栓工作拉力增加，其值为： 普通V 带传动设计 已知条件：P=15KW ，小带轮转速n=960r/min,传动比i=2,传动比允许误差≤±5%，轻度冲击；两班工作制。 一．V 带传动的设计计算： 1. 确定计算功率： 查P156表8-7得工作情况系数：A K =1.1 ca P =A K P=1.1×15=16.5Kw 2. 选择V 带的带型： 根据计算功率ca P 和小带轮转速1 n ，由P157图8-11选择V 带的带 型为：B 型 3. 初选小带轮的基准直径1 d d ： 查P155表8-6得：min )(d d =125 根据1 d d ≥min )(d d 查P157表8-8取：1 d d =200㎜ 验算带速v ：根据P150公式8-13得： v= = ???= ???m/s 1000 60960 20014.31000 6011n d d π10.05m/s 计算大带轮直径，由公式2 d d =i 1 d d 并根据P157表8-8加以适当圆整 取2 d d =400㎜ 4．确定中心距a ，并选择V 带的基准长度d L 根据P152公式8-20初定中心距0 a ：0.7（1 d d +2 d d ）≤0a ≤2(1d d +2 d d ) 得420≤0 a ≤1200 于是初定0 a =1000 计算相应的带长0Ld ： 据式0 d L ≈0 2a + + +)(2 21d d d d π0 2 124) (a d d d d - =1000 4)200400()400200(2 14.31000 22 ?-+ +?+ ?=2952 再根据P146表8-2选取：d L =3150 5.按P158式8-23计算实际中心距a : a ≈0 a + 2 d d L L -=1000+ 2 2952 3150-=1049 并根据公式 d d L a a L a a 03.0015.0max min +=-=】;的中心距的变化范围为1001.8~1143.5 6.验算小带轮上的包角1 a : 1α≈180°-(12d d d d -) a 3.57=180°-(400-200)1049 3.57 ? ≈169° 7.计算带的根数z: 由1 d d =200㎜和1n =960r/min,查P152表8-4a 取：0 P =3.77Kw ； 根据1 n =960r/min,i=2和B 型带，查P154表8-4b 取2：0 P ?=0.3； 查P155表8-5取：αK =0.98;查P146表8-2取：L K =1.07于是： = r P (0 P P ?+)α K L K 所以：Z== ??+?= ?+= 98 .007.1)3.077.3(15 1.1)(00L A r ca K K P P P K P P α 3.87 取Z=4根。 8.确定单根V 带得初拉力0 F : 查P149表8-3得B 型带的单位长度质量q=0.18kg/m,所以 根据P158式8-27得: min 0)(F =2 2 05 .1018.005 .10407.15.16)07.15.2(500)5.2(500 ?+???-? =+-qv zv K P K ca a α 。 （1） 活动构件数n=5，低副数 P L =7，高副数P H =0 ，因此自由度数 F=3n-2P L -P H =3*5-2*7=1 C 为复合铰链 （2） 活动构件数n=5，低副数 P L =7，高副数P H =0 因此自由度数 F=3n-2P L -P H =3*5-2*7=1 F 、G 为同一个移动副，存在一个虚约束。 2．在图示锥齿轮组成的行星轮系中，各齿轮数120Z =，Z 2=27，Z 2’=45，340Z =，已知齿轮1的转速1n =330r/min ，试求转臂H 的转速n H (大小与方向)。 （1）判断转化轮系齿轮的转动方由画箭头法可知，齿轮1与齿轮3的转动方向相反。 （2）转化轮系传动比关系式 ' 21323113Z Z Z Z n n n n i H H H ??-=--= （3）计算转臂H 的转速H n 。 代入13330,0n n ==及各轮齿数 3302740 02045 3306 15 150/min H H H H n n n n r -?=- -?- +=-=转臂H 的转动方向与齿轮1相同。 2’ 2 1 3 3．有一轴用一对46309轴承支承，轴承的基本额定动负载r C =48.1kN ，内部轴向力S=0.7Fr ，已知轴上承力R F =2500N ，A F =1600N ，轴的转速n=960r/min ，尺寸如图所示。若取载荷系数 p f =1.2，试计算轴承的使用寿命。 1）计算径向负荷 F A F r1 S 2 F R S 1 F r2 由力矩平衡 F r2×200- F R ×300+ F A ×40=0 F r2= (F R ×300- F A ×40)/200=(2500×3000-1600×40)/200=3430N F r1= F r2- F R =3430-2500=930N （2）计算轴向负荷 内部轴向力 S 1=0.7 F r1=0.7×930=651N ；S 2=0.7 F r2=0.7×3430=2401N 由S 1+ F A < S 2 ，可知轴承1为“压紧”轴承，故有F a1= S 2- F A =2401-1600=801N F a2= S 2=2401N （3）计算当量动负荷 轴承1：F a1/ F r1=801/930=0.86>e ；取X ＝0.41，Y ＝0.87 P 1=f p (X F r1+Y F a1)=1.2×(0.41×930+0.87×801)=1294N 轴承2：F a2/ F r2=0.7=e ；取X=1,Y=0 P 2=f p ×F r2=1.2×3430=4116N ∵ P 2> P 1 ∴ 取P=P 2=4116N 计算轴承寿命。 （4）计算轴承寿命 L h =(106/60n)( C t /P)ε= 〔106 /(60×960)〕×(48.1×103/4116)ε =27706h e F a /F r ≤e F a /F r ＞e X Y X Y 0.7 1 0.41 0.85 目录 一、设计任务书---------------------------------------------------2 二、传动方案的分析与拟定-----------------------------------3 三、电动机的选择计算------------------------------------------4 四、传动装置的运动及动力参数的选择和计算---------6 五、传动零件的设计计算--------------------------------------8 六、轴的设计计算------------------------------------------------16 七、滚动轴承的选择和计算-----------------------------------25 八、键连接的选择和计算--------------------------------------28 九、联轴器的选择------------------------------------------------29 十、减速器的润滑方式和密封类型的选择 润滑油的牌号选择和装油量计算----------------------30 十一、铸造减速器箱体的主要结构尺寸-------------------31 十二、设计小结----------------------------------------------------32 十三、参考文献----------------------------------------------------33 一、设计任务书 1.1机械课程设计的目的 课程设计是机械设计课程中的最后一个教学环节，也是第一次对学生进行较全面的机械设计训练。其目的是： 1.通过课程设计，综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论和实际知识， 来解决工程实际中的具体设计问题。通过设计实践，掌握机械设计的一般规律，培养分析和解决实际问题的能力。 2.培养机械设计的能力，通过传动方案的拟定，设计计算，结构设计，查阅有 关标准和规及编写设计计算说明书等各个环节，要求学生掌握一般机械传动装置的设计容、步骤和方法，并在设计构思设计技能等方面得到相应的锻炼。 1.2设计题目 设计运送原料的带式运输机用的圆柱齿轮一级减速器。 1.3工作与生产条件 两班制工作，常温下连续单向运转，空载起动，载荷平稳，室工作，环境有轻度粉尘，每年工作300 天，减速器设计寿命10 年，电压为三相交流电 （220V/380V）. 运输带允许速度误差：± 5％ 1.4设计要求 根据给定的工况参数，选择适当的电动机、选取联轴器、设计V带传动、设计一级齿轮减速器（所有的轴、齿轮、轴承、减速箱体、箱盖以及其他附件）和与输送带连接的联轴器。滚筒及运输带效率 =0.96，工作时，载荷有轻微冲击。室工作，水分和颗粒为正常状态，产品生产批量为成批生产。 1.5原始数据 见下表 表1 原始数据 齿轮传动习题 1.问：常见的齿轮传动失效有哪些形式？ 答：齿轮的常见失效为：轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变形等。 2.问：在不改变材料和尺寸的情况下，如何提高轮齿的抗折断能力？ 答：可采取如下措施：1)减小齿根应力集中;2)增大轴及支承刚度;3)采用适当的热处理方法提高齿芯的韧性;4)对齿根表层进行强化处理。 3.问：为什么齿面点蚀一般首先发生在靠近节线的齿根面上？ 答：当轮齿在靠近节线处啮合时，由于相对滑动速度低形成油膜的条件差，润滑不良，摩擦力较大，特别是直齿轮传动，通常这时只有一对齿啮合，轮齿受力也最大，因此，点蚀也就首先出现在靠近节线的齿根面上。 4.问：在开式齿轮传动中，为什么一般不出现点蚀破坏？ 答：开式齿轮传动，由于齿面磨损较快，很少出现点蚀。 5.问：如何提高齿面抗点蚀的能力？ 答：可采取如下措施：1)提高齿面硬度和降低表面粗糙度;2)在许用范围内采用大的变位系数和,以增大综合曲率半径;3)采用粘度高的润滑油;4)减小动载荷。 6.问：什么情况下工作的齿轮易出现胶合破坏？如何提高齿面抗胶合能力？ 答：高速重载或低速重载的齿轮传动易发生胶合失效。措施为：1)采用角度变位以降低啮合开始和终了时的滑动系数;2)减小模数和齿高以降低滑动速度;3)采用极压润滑油;4)采用抗校核性能好的齿轮副材料;5)使大小齿轮保持硬度差;6)提高齿面硬度降低表面粗糙度。 7.问：闭式齿轮传动与开式齿轮传动的失效形式和设计准则有何不同？ 答：闭式齿轮传动：主要失效形式为齿面点蚀、轮齿折断和胶合。目前一般只进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算。开式齿轮传动：主要失效形式为轮齿折断和齿面磨损，磨损尚无完善的计算方法，故目前只进行弯曲疲劳强度计算，用适当增大模数的办法考虑磨损的影响。 8.问：硬齿面与软齿面如何划分？其热处理方式有何不同？ 答：软齿面：HB≤350，硬齿面：HB>350。软齿面热处理一般为调质或正火，而硬齿面则是正火或调质后切齿，再经表面硬化处理。 9.问：在进行齿轮强度计算时，为什么要引入载荷系数K？ 答：在实际传动中，由于原动机及工作机性能的影响，以及齿轮的制造误差，特别是基节误差和齿形误差的影响，会使法向载荷增大。此外在同时啮合的齿对间，载荷的分配并不是均匀的，即使在一对齿上，载荷也不可能沿接触线均匀分布。因此实际载荷比名义载荷大，用载荷系数K 计入其影响 10.问：齿面接触疲劳强度计算公式是如何建立的？为什么选择节点作为齿面接触应力的计算点？ 答：齿面接触疲劳强度公式是按照两圆柱体接触的赫兹公式建立的；因齿面接触疲劳首先发 机械设计基础典型试题二 一、选择题（每小题2分总分２０分） 1. 机构具有确定运动的条件是原动构件数 ( ) 机构的自由度数。 A.多于 B. 等于 C. 少于 2. 凸轮机构在从动杆运动规律不变情况下，若缩小凸轮基园半径，则压力角 ( ) 。 A. 减小 B. 不变 C. 增大 3. 在铰链四杆机构中，有可能出现死点的机构是 ( ) 机构。 A. 双曲柄 B. 双摇杆 C. 曲柄摇杆 4. 一标准直齿圆柱齿轮传动，如果安装时中心距A＞，其传动比i ( ) 。 A. 增大 B. 不变 C. 减小 5. 蜗杆传动效率较低，为了提高其效率，在一定的限度内可以采用较大的 ( ) 。 A. 模数 B. 蜗杆螺旋线升角 C. 蜗杆直径系数 D. 蜗杆头数 6. 当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且联接需要经常拆装时，适宜采用 ( ) 联接。 A. 螺栓 B. 螺钉 C. 双头螺柱 7. 带传动工作时产生弹性滑动的主要原因是 ( ) 。 A. 带的预拉力不够 B. 带的紧边和松边拉力不等 C. 带和轮之间的摩擦力不够 8. 有A、B两对齿轮传动，A对齿轮的齿宽系数比B对齿轮大，其它条件相同，则其齿向载荷分布不均 的程度 ( ) 。 A. A对小 B. B对小 C. A、B对相同 9. 凸缘联轴器和弹性圈柱销联轴器的型号是按 ( ) 确定的。 A. 许用应力 B. 许算转矩 C. 许用功率 10. 一根转轴采用一对滚动轴承支承，其承受载荷为径向力和较大的轴向力，并且有冲击、振动较 大。因此宜选择 ( ) 。 A. 深沟球轴承 B. 角接触球轴承 C. 圆锥滚子轴承 二、填空题（每小题 2分） 1. 两构件通过 ( ) 或 ( ) 接触组成的运动副称为高副；通过 ( ) 接触组成的运动副称为低 副。 2. 齿轮在轴上的周向固定，通常是采用 ( ) 联接，其截面尺寸是根据 ( ) 查取标准而确定的. 3. 一对标准斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是 ( ) 。 4. 软齿面的闭式齿轮传动的设计准则是 ( ) 。 5. 链传动的主要失效形式是，设计时从 ( ) 图中选择链条的链号。 6. 带传动工作时，带中的应力有 ( ) 、 ( ) 和 ( ) ，其中最大应力发生在 ( )处。 7. 蜗杆作主动件的蜗杆传动可以具有自锁作用，其含义是 ( ) ，实现自锁的条件是( )。 8. 转轴的设计步骤一般是先按 ( ) 粗略计算 d min ，然后进行 ( ) ，最后选择危险截面按 ( )校核计算。 9. 滑动轴承润滑作用是减少 ( ) ，提高 ( ) ，轴瓦的油槽应该开在 ( ) 载荷的部位. 10. 6313 轴承，其类型是 ( ) 轴承， ( ) 系列，内径 ( ) mm ， ( ) 级精度。 一、同步带概述 同步带介绍 同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的新塑传动带。它由带齿形的一工作面与齿形带轮的齿槽啮合进行传动，其强力层是由拉伸强度高、伸长小的纤维材料或金属材料组成，以使同步带在传动过程中节线长度基本保持不变，带与带轮之间在传动过程中投有滑动，从而保证主、从动轮间呈无滑差的间步传动。 同步带传动（见图4-1）时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-20℃―80℃，v<50m/s，P<300kw,i<10,对于要求同步的传动也可用于低速传动。 图4-1 同步带传统 同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成。它综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优点。转动时，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大，一般可达1:10。允许线速度可达50M/S，传递功率从几瓦到百千瓦。传动效率高，一般可达98%，结构紧凑，适宜于多轴传动，不需润滑，无污染，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。本产品广泛用于纺织、机床、烟草、通讯电缆、轻工、化工、冶金、仪表仪器、食品、矿山、石油、汽车等各行业各种类型的机械传动中。同步带的使用，改变了带传动单纯为摩擦传动的概念，扩展了带传动的范围，从而成为带传动中具有相对独立性的研究对象，给带传动的发展开辟了新的途径。 同步带的特点 (1)、传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比； (2)、传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低； (3)、传动效率高，可达，节能效果明显； (4)、维护保养方便，不需润滑，维护费用低； (5)、速比范围大，一般可达10，线速度可达50m/s，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦； (6)、可用于长距离传动，中心距可达10m以上。 同步带传动的主要失效形式 在同步带传动中常见的失效形式有如下几种： (1)、同步带的承载绳断裂破坏 1．有一标准渐开线直齿圆柱齿轮，已知：m=4，齿顶圆直径da=88， 试求：(1)齿数Z=？（2）分度圆直径d=？（3）齿全高h=？（4）基圆直径db=？ 解：(1)由(2)a d m z =+得88=4（z+2）；z=20 (2)d=mz=4×20=80 (3)h=2.25m=2.25×4=9 （4）d b =mzcos α=4×20cos20=75.2 2.已知一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a=200mm ，齿数Z 1=20，Z 2=80，齿顶高系数ha* =1，压力角=20° 。试求这对齿轮的模数m ，传动比i 12，节圆直径及啮合角。 解： 1222*200 4()2080 a m z z = ==++ 节圆直径=分度圆直径 d 1=mz 1=4×20=80mm d 2=mz 2=4×80=320mm mm 3.某标准直齿圆柱齿轮，已知齿距p =12.56mm ，齿数z =20，正常齿制。求该齿轮的分度圆直径d 、齿顶圆直径d a 、、齿根圆直径d f 、基圆直径d b 、、齿高h 及齿厚s 。(cos20o≈0.94) 解答： p ＝12.56 mm ，m =4 mm; 分度圆直径d =m ·z =4×20=80 mm; 基圆直径d b =d ·cos20o=75.2 mm; 齿顶圆直径d a =m ·(Z +2h a *)=88 mm; 齿根圆直径d f = m ·(Z －2h a *－2c*)=70 mm; 齿高h= m ·(2h a *+c*) =9 mm; 齿厚s=6.28mm 已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮传动的标准中心距a=108mm,传动比i 12=3,小齿轮齿数Z 1=18。试确定大齿轮的齿数Z 2、齿轮的模数m 和两轮的分度圆直径。 ()212z z m a +=420801212=== z z i 20==压力角啮合角 五、计算题 J-2-5-01-4-10、说明机构具有确定相对运动的条件，并判断机构运动是否确定？（10分）解：机构具有确定相对运动的条件是： 机构的自由度数等于机构中（接受外界给定运动规律的） 原动件的个数。 n=3，P L=3，P H＝2 机构自由度 F＝3n－2P L－P H＝1 ， 因为W＝1＝F，所以机构的运动确定。 J-2-5-02-4-15、说明机构具有确定相对运动的条件，并判断机构运动是否确定？（15分）解答:机构具有确定相对运动的条件是：机构的自由度数 等于机构中(接受外界给定运动规律的)原动件的个数。 机构中，n=7，P L=9，P H=1 F＝3n－2P L－P H=2＝W>0， 所以机构运动确定。 C、G处复合铰链，E处虚约束，F处局部自由度 J-2-5-03-4-15、计算图示机构的自由度，若含有复合铰链、局部自由度和虚 约束请明确指出。（15分） 解答: C处为复合铰链,则 n=5, P L=7, P H=0 F=3n-2P L-P H=3*5-2*7=1 J-2-5-04-4-15、计算图示机构的自由度，若含有复合铰链，局部自由度和虚约束请明确指出。（15分） 解答: F处为复合铰链,H(或I ) 处为虚约束,则 n=6, P L=8, P H=1 F=3n-2P L-P H=3*6-2*8-1=1 J-3-2-05-3-10、图示四杆机构中，已知a=62mm,b=152mm,c=122mm,d=102mm。取不同构件为机架，可得到什么类型的铰链四杆机构？（15分） 解：因为最短构件与最长构件长度之和小于 等于另外两构件的长度之和，满足构件的长度 和条件，所以取AB为机架，得双曲柄机构； 取BC或AD为机架，得曲柄摇杆机构； 取CD为机架，得双摇杆机构； J-3-2-06-3-10、已知图示机构中，L AB=82mm，L BC=50mm，L CD=96mm， L AD=120mm问： （1）此机构中，当取构件AD为机架时，是否存在曲柄？如果存在，指出是哪一构件？（必须根据计算结果说明理由）同步带传动类型及及设计计算标准
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