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第17章 联轴器、离合器和制动器17-1 由交流电动机直接带动直流发电机供应直流电。
已知所需最大功率为18～20 kW ，转速3000 r ／min ，外伸轴轴径d ＝45 mm 。
（1）试为电动机与发电机之间选择一只恰当类型的联轴器，并陈述理由。
（2）根据已知条件，定出型号。
解：（1）选择型号：由于此类机组一般为中小型，所需传递的功率中等，直流发电机载荷平稳，轴的弯曲变形较小，联接之后不再拆动，因此，选用传递转矩大、结构简单的固定式刚性联轴器，如凸缘联轴器。
（2）计算其传递的最大转矩：由于载荷平稳，选取载荷系数，因此计算转矩：根据计算转矩、轴的转速及外伸轴直径d ＝45 mm ，查机械设计手册选取铰制孔型凸缘联轴器YL9。
其许用转矩为[]400T N m =⋅，许用最大转速4100max n r /min =。
17-2 在发电厂中，由高温高压蒸汽驱动汽轮机旋转，并带动发电机供电。
在汽轮机与发电机之间用什么类型的联轴器为宜？理由何在？试为3000 kW 的汽轮发电机机组选择联轴器的具体型号，设轴颈d ＝120 mm ，转速为3000 r ／min 。
解：（1）选择型号：由于汽轮发电机组的转子较重，传递的转矩较大，因此轴有一定的弯曲变形；由于工作环境为高温高压蒸汽，轴有伸长，因此选用耐温的齿式联轴器。
（2）该联轴器传递的转矩：因载荷较平稳，取载荷系数，计算转矩：根据计算转矩、轴的转速及轴径d ＝120 mm ，查手册，选用鼓型齿式联轴器GCLD7。
其许用转矩为[]14000T N m =⋅，许用最大转速3000max n r /min =。
17-3 如图17-1所示，有两只转速相同的电动机，电动机1连接在蜗杆轴上，电动机2直接连接在O2轴上（垂直于图纸平面，图中未标出），O2轴的另一端连接工作机。
这样，当开动电动机1（停止电动机2）时，电动机1经蜗杆蜗轮减速后驱动O2轴，是慢速挡。
若开动电动机2（停止电动机1）直接驱动O2轴，是快速挡。
第10章连接10-1 试证明具有自锁性的螺旋传动，其效率恒小于50％。
证明：螺旋传动的效率，自锁时有螺旋升角小于等于当量摩擦角，即ψρ'≤，故有，则：其中，。
因此，。
命题得证。
10-2 试计算M120、M20×1.5螺纹的升角，并指出哪种螺纹的自锁性较好。
解：M20螺纹的螺距p＝2.5 mm，由于相同公称直径情况下，螺距小则螺纹升角小，因此M20×1.5的螺纹自锁性较好。
10-3 用12英寸扳手拧紧M8螺栓。
已知螺栓力学性能等级为4.8级，螺纹间摩擦系数f＝0.1，螺母与支承面间摩擦系数f0＝0.12，手掌中心至螺栓轴线的距离l＝240 mm。
试问当手掌施力125 N时，该螺栓所产生的拉应力为若干？螺栓会不会损坏？（由设计手册可查得M8螺母dw＝11.5 mm，d0＝9 mm）。
解：查取手册可知M8螺栓的有关几何参数：螺距p＝1.25 mm，中径d2＝7.188 mm，小径d1＝6.647 mm则其螺纹升角：当量摩擦角：拧紧螺母时力矩：，且T＝FL，代入数据可得此时的轴向载荷：根据已知螺栓等级可得，该螺栓的屈服极限为。
拉应力：因此螺栓会损坏。
10-4 一升降机构承受载荷Fa为100 kN，采用梯形螺纹，d＝70 mm，d2＝65 mm，P＝10 mm，线数n＝4。
支承面采用推力球轴承，升降台的上下移动处采用导向滚轮，它们的摩擦阻力近似为零。
试计算：（1）工作台稳定上升时的效率，已知螺旋副当量摩擦系数为0.10。
（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩。
（3）若工作台以800 mm／min的速度上升，试按稳定运转条件求螺杆所需转速和功率。
（4）欲使工作台在载荷Fa作用下等速下降，是否需要制动装置？加于螺杆上的制动力矩应为多少？图10-1解：（1）梯形螺纹的螺纹升角：当量摩擦角：故工作台稳定上升时的效率：。
（2）稳定上升时加于螺杆的力矩：。
（3）螺杆的转速：所需的功率：。
（4）由（1）可知螺纹升角＞当量摩擦角，该梯形螺旋副不具有自锁性。
第14章轴14-1 在图14-1中1、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ轴，是心轴、转轴、还是传动轴？图14-1解：I为传动轴，II、IV为转轴，III为心轴。
14-2 已知一传动轴传递的功率为37 kW，转速n＝900 r／min，如果轴上的扭切应力不许超过40 MPa，试求该轴的直径。
解：按扭转强度估算轴颈，可得：d 。
取37mm14-3 已知一传动轴直径d＝32 mm，转速n＝1725 r／min，如果轴上的扭切应力不许超过50 MPa，问该轴能传递多少功率？解：轴扭转强度条件：该轴能传递的功率：。
14-4 图14-2所示的转轴，直径d＝60 mm，传递的转矩T＝2300 N·m，F＝9000 N，a＝300 mm。
若轴的许用弯曲应力[σ-1b]＝160 MPa，求x。
图14-2解：分析可知该轴的最危险截面位于F点作用截面处，且最大弯矩值为：认为该轴的扭转切应力为脉动循环，则当量弯矩：根据弯扭强度条件可得：即有：解得：。
14-5 图14-3所示为起重机动滑轮轴的两种结构方案，轴的材料为Q275，起重量w ＝10 kN，求轴的直径d。
图14-3解：最大弯矩发生在跨中截面处，值为：。
a）该方案中轴为转动心轴，弯曲应力为对称循环应力，取许用应力[σ-1b]＝45 MPa。
根据弯曲强度校核条件可得：由于该轴上有键槽，因此将轴颈增大，取。
b）该方案中为固定心轴，弯曲应力按脉动循环，取许用应力[σ+1b]＝75 MPa。
根据弯曲强度校核条件可得：d 。
取26mm14-6 已知一单级直齿圆柱齿轮减速器，用电动机直接拖动，电动机功率P＝22 kW，转速n1＝1470 r／min，齿轮的模数m＝4 mm，齿数z1＝18，z2＝82，若支承间跨距l ＝180 mm（齿轮位于跨距中央），轴的材料用45号钢调质，试计算输出轴危险截面处的直径d。
解：根据轴的材料为45钢调质查表得其许用弯曲应力[σ-1b]＝60 MPa输入轴传递的扭矩：作出输出轴的受力简图，如图14-4（a）所示，其中作用力：分别作出在圆周力和径向力作用下的弯矩图，如图14-4（b）（c）所示。
1-1至1-4解机构运动简图如下图所示。
图 1.11 题1-1解图图1.12 题1-2解图图1.13 题1-3解图图1.14 题1-4解图1-5 解1-6 解1-7 解1-8 解1-9 解1-10 解1-11 解1-12 解1-13解该导杆机构的全部瞬心如图所示，构件 1、3的角速比为：1-14解该正切机构的全部瞬心如图所示，构件 3的速度为：，方向垂直向上。
1-15解要求轮 1与轮2的角速度之比，首先确定轮1、轮2和机架4三个构件的三个瞬心，即，和，如图所示。
则：，轮2与轮1的转向相反。
1-16解（ 1）图a中的构件组合的自由度为：自由度为零，为一刚性桁架，所以构件之间不能产生相对运动。
（ 2）图b中的 CD 杆是虚约束，去掉与否不影响机构的运动。
故图 b中机构的自由度为：所以构件之间能产生相对运动。
题 2-1答 : a ），且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。
b ），且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。
c ），不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。
d ），且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。
题 2-2解 : 要想成为转动导杆机构，则要求与均为周转副。
（ 1 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。
见图 2-15 中位置和。
在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）；在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）。
综合这二者，要求即可。
（ 2 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。
见图 2-15 中位置和。
在位置时，从线段来看，要能绕过点要求：（极限情况取等号）；在位置时，因为导杆是无限长的，故没有过多条件限制。
（ 3 ）综合（ 1 ）、（ 2 ）两点可知，图示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件是：题 2-3 见图 2.16 。
图 2.16题 2-4解 : （ 1 ）由公式，并带入已知数据列方程有：因此空回行程所需时间；（ 2 ）因为曲柄空回行程用时，转过的角度为，因此其转速为：转 / 分钟题 2-5解 : （ 1 ）由题意踏板在水平位置上下摆动，就是曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置，此时曲柄与连杆处于两次共线位置。
