机械设计计算题.docx
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机械设计计算题
2)
(1)活动构件数n=5,低副数Pl=7,高副数Ph=0,因此自由度数
F=3n-2PL-PH=3*5-2*7=1
C为复合铰链
(2)活动构件数n=5,低副数Pl=7,高副数Ph=0因此自由度数
F=3n-2PL-PH=3*5-2*7=1F、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Z^20,Z2=27,Z2'=45,Z3=40,
已知齿轮1的转速n1=330r/min,试求转臂H的转速nH(大小与方向)。
(2)转化轮系传动比关系式
330-nH_2740
0-nH2045
代入m=330,n3-0及各轮齿数
一空•1二-6转臂H的转动方向与齿轮1相同。
nH5
nH=150r/min
已知轴上承力Fr=2500N,Fa=1600N,轴的转速n=960r/min,尺寸如图所示。
若取载荷系数
fp=1.2,试计算轴承的使用寿命。
1)计算径向负荷
Fa
由力矩平衡Fr2X200-FRX300+Fax40=0
Fr2=(FRX300-FAX40)/200=(2500X3000-1600X40)/200=3430N
Fr1=Fr2-Fr=3430-2500=930N
(2)计算轴向负荷内部轴向力
S=0.7Fr1=0.7X930=651N;S2=0.7F「2=0.7X3430=2401N
由S+Fa Fa2=S2=2401N (3)计算当量动负荷 轴承1: Fa1/Fr1=801/930=0.86>e;取X=0.41,Y=0.87 R=fp(XFn+YFa1)=1.2X(0.41X930+0.87X801)=1294N 轴承2: Fa2/Fr2=0.7=e;取X=1,Y=0 Pa=fpXFr2=1.2X3430=4116N •/P2>P1•••取P=F2=4116N计算轴承寿命。 (4)计算轴承寿命 Lh=(106/60n)(Ct/P厂=〔106/(60X960)〕X(48.1X103/4116)£=27706h 此轴承组合设计有以下四个方面的错误: (1)转动件与静止件接触: 轴与轴盖;套筒与轴承外圈 (2)轴上零件未定位、未固定: 筒顶不住齿轮(过定位);卡圈不需要 (3)工艺不合理: 加工: 精加工面过长且加工不方便;联轴器孔未打通;箱体加工面与非加工面没有分开 安装: 轴肩过高,无法拆卸轴承;键过长,套筒无法装入 调整: 无垫片,无法调整轴承游隙 润滑与密封: 齿轮用油润滑,轴承用脂润滑而挡油盘;缺缺密封件 、、如图所示的轮系中,已知Zi=Z2=Z4=Z5=20,Z3=Z6=60,齿轮1的转速ni =1440(r/min),求齿轮6的转速(大小及方向)(方向用箭头表示)。 其转动比为i12=匹=(-1)2空空旦" 门6Z1Z2Z4Z5 Z1Z4 60X60=9 20X20 n11440 n6 i129 二160(r.min) 3 6 轮6转向轮1同。 2mm,拟将该齿轮作某外啮合传动的主动齿轮,现须配一从动齿轮,要求传动比i=3.5,试计算从动齿轮的几何尺寸及两轮的中心距。 (20分)解: 根据给定的传动比i,可计算从动轮的齿数 Z2=izi=3.5>20=70 已知齿轮的齿数Z2及模数m,由表5-2所列公式可以计算从动轮 各部分尺寸。 分度圆直径 d2=mz2=2X70=140mm 齿顶圆直径 da2=(Z2+2ha)m=(70+2x1)2=144mm 齿根圆直径 df=(z2-2ha*-2c*)m=(70-2x1-2x0.25)2=135mm 全齿高 h=(2ha*+c*)m=(2x1+0.25)2=4.5mm 中心距 a—did2_m(2070)-90mm 222 1.(8分)如图示螺栓联接的受力一变形图。 若保证残余预紧力F"的大小等于 其预紧力F'的一半。 求该联接所能承受的最大工作载荷和螺栓所受的总拉力,并在图中标出各力。 解: 在受力一变形图中标出残余预紧力、预紧力及工 作载荷, 由图中几何关系可知螺栓连接最大工作载荷为: F=F'螺栓所受的总拉力为: F0=F"F=F"F=1.5F'=3F" 2.计算图中所示机构的自由度数,若该机构存在局部自由度、复合铰链、虚约束等请在图中指明。 答: 活动构件数: n=7高副数: PL=9 低畐I」数: PH=1F=3n-2PL-PH=2 F处存在局部自由度(1分),E处或E'处存在虚约束,C处存在复合铰链。 4.如图所示轮系中,若已知各轮齿数乙=z2=z4=z5=20,z3=40,z6=60,求i1H 的大小,并说明轮1与转臂H的转向相同还是相反 r1 ■ l-l 4 ■1 r~i 3 pm H 5-I n1z240 I12: n2Z120 由于n5=0,故: n2 得: ——=5故: »二I12I2H nH n1 n2 -10 n2 nH 轮1与转臂H转向相反 试分析图示齿轮轴轴系结构上的结构错误,在图中编号并指出错误原因轴承采用脂润滑。 位置1、两轴承类型一致,角接触轴承应成对使用; 位置2、旋转件和静止件接触; 位置3、齿轮安装轴段的长度应小于齿轮宽度; 位置4、无键槽; 位置5、联轴器轴段无轴向定位,应设计成阶梯轴; 位置6、与轴承内圈配合轴段太长,应设计成阶梯轴; 位置7、机箱体应加凸台以减小加工面积; 位置8、应加调整垫片; 位置9、键槽孔太长; 位置10、缺甩油环; 位置11、轴肩太高,轴承内圈无法拆卸; 位置12、无密圭寸。 15.螺纹联接的防松方法,按工作原理来分可分为哪几种? 要求每一种举一例。 15.答: 摩擦防松,如用对顶螺母,弹簧垫圈,自琐螺母等。 机械防松,如开口销与六角开槽螺母,止动垫圈,串联钢丝等。 其它防松,如铆冲,胶粘等 16.什么是滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷? 16.答: 按一组轴承中10%的轴承发生点蚀失效,而90%的轴承不发生点蚀失效前轴承内外 圈的相对转数(以106为单位)或工作小时数作为轴承的寿命,并把这个寿命叫做基本额定寿命。 滚动轴承基本额定动载荷,就是使轴承的基本额定寿命恰好为106转时,轴承所能承 受的载荷。 17.试解释带传动中弹性滑动和打滑现象。 弹性滑动和打滑会引起什么后果? 二者都可以避免吗? 17.答: 带传动的弹性滑动与打滑的主要区别是弹性滑动是局部滑动,会引起传动比不准,是不可避免的;打滑是全面滑动,将是带的磨损加剧,从动轮的转速急剧降低,甚至使传动失效,这种情况应当避免 18.答: 铰链四杆机构的基本型式有三种: 曲柄摇杆机构;双曲柄机构;双摇杆机构 19.仅承受扭矩的轴叫转轴。 转轴f传动轴 20•下图为某深沟球轴承的载荷P与寿命L的关系曲线,试求: 1)此轴承的基本额定动载荷C;C=45000N 16670C聲16670C3Lh()()3=16670h nP10000.1C 2)若轴承当量动载荷P=0.1C,轴承转速n=1000r/min,轴承寿命Lh为多少? 21.有一滑动轴承,其轴颈直径d=100mm,B/d=1.4,[p]=8MPa,[V]=3m/s,[pV]=15MPa・m/s,转速n=500r/min,问此轴承允许最大工作载荷为多少? B=1.4d=14100=140mm;F=dB[p丄1001408=112000N 兀汉100汉500ri V=dn/(601000)2.62m/s;[pV|-15二p2.62 60X000 15 所以p5725MPa由此得F=5.725100140=80150N 2.62 所以,允许最大工作载荷为80150N。 22.如图所示用两个M10(小径d^8.376mm,中径d2=9.026mm,)的螺钉固定一牵引钩。 若螺钉材料为Q235钢,屈服极限二s=240MPa,装配时控制预紧力(安全系数取 ・丨-1.6),考虑摩擦传力的可靠性系数(防滑系数)Kf二12,接合面摩擦因数」=0.2,求其 允许的牵引力Fr(取计算直径dc=d1)° 许用拉应力»丄g广240/1.6=150MPa;螺钉数z=2,接缝面数m=1,则所需预紧力 =2119N 23.—对外啮合标准直齿圆柱齿轮,已知模数m=2mm,齿数zi=25,Z2=75。 求齿距p, 全齿高h,分度圆直径d1,d2,齿顶圆直径da1,齿根圆直径df2,标准中心距a和传动比i。 齿距p=nm=3.14X2=6.28mm 全齿高h=2.25m=2.25X2=4.5mm 分度圆直径di=mzi=2X25=50mm d2=mZ2=2X75=150mm 齿顶圆直径dai=di+2m=50+2X2=54mm 齿根圆直径df2=d2-2.5m=150-2.5X2=145mm标准中心距a=(d计d2)/2=(50+150)/2=100mm传动比i=Z2/Z1=75/25=3 24. 按图所示铰链四杆机构中的尺寸,分别确定各机构的名称。 26.试分析图中受单向轴向力Fa的角接触球轴承结构中的不合理结构处,并画出正确结 构。 31•已知在一级蜗杆传动中,蜗杆为主动轮,蜗轮的螺旋线方向和转动方向如图所示。 试将蜗杆、蜗轮的轴向力、圆周力、蜗杆的螺旋线方向和转动方向标在图中。 蜗轩转动方向如图所示;蜗杆为右旋 螺栓受到拉应力(T和扭转剪应力T的作用 d ■Jr-4 许用拉应力 、33.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。 ⑵计算自由度: n=6,Pl=8,Pa=1 F=3n-2Pi—Ph=3X6-2x8-1=1 34.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ii2=3, 小齿轮的齿数zi=18。 试确定大齿轮的齿数Z2、齿轮的模数m和两轮的分度圆直径、齿顶圆直径。 ii2=Z2=3二Z2=ii2Zi=3X18=54 Z1 •••a=2(Zi+Z2) ...m=2a2108=3mm +z218+54 35.在图示传动装置中,已知各轮齿数为: zi=20,Z2=40,Z3=20,Z4=30,Z5=80,运动从I轴输入,U轴输出,m=i000r/min,转动方向如图所示。 试求输出轴U的转速nu及转动方向。 一个定轴轮系。 对于3、4、5、H组成 的行星轮系,有 UZZJ._[ J7771 将n5=0代入上式得兰空 -nH 即匹=i+4=5 nH (i) 对于1、2齿轮组成的定轴轮系,有®二匹一丝一40—? 即匹=-2…⑵n2z120n2 联立解 (1)、 (2)式,并考虑到ni=ni,n2=nH,n3=n□得晋二-弓 将ni=1000r/min代入,得nu=-2500r/min 负号说明nu转向与n】转向相反。 36.某轴用一对圆锥滚子轴承支承,外圈窄边相对安装,已知两轴承所承受的径向载荷分别为FrI=9000N,Frn=5000N,其内部轴向力分别为Fsi=2430N,Fs” =1350N,传动件作用于轴上的轴向力Fa=1000N,判断系数e=0.32,当Fa/Fr 时,X=1,Y=0,当Fa/Fr>e时,X=0.4,Y=1.88。 试分别计算出轴承的当量动载荷。 •轴向力: Fs】+Fa=2430+1000=3430N>S 轴承i被放松 Fai=Fsi 、一 1 =2430N FnT 题36图 轴承n被压紧 Fan=Fsn=3430N 当量动载荷Fai/Fri=2430/9000=0.27 Yi=0;Pi=XiFri=9000N Fan/Frn=3430/5000=0.686>e;Xn=0.4Yn=1.88 Pn=XnFyn+YnFan=0.4X5000+1.88X3430=12672.6N 37.图示为一偏置式直动尖底从动件盘形凸轮机构。 已知从动件尖底与凸轮廓线在B0点接触时为初始位置。 试用作图法在图上标出: (1)当凸轮从初始位置转过1=90°时,从动件走过的位 移S1; (2)当从动件尖底与凸轮廓线在B2点接触时,凸轮转过的 相应角度2 说明: (1)不必作文字说明,但必须保留作图线; 答釦图 (2)S1和「2只需在图上标出,不必度量出数值。 答38图 (1)缺少调整垫片; (2)轮毂键槽结构不对; (3)与齿轮处键槽的位置不在同一角度上;(4)键槽处没有局部剖; (5)端盖孔与轴径间无间隙;6)多一个键;⑺齿轮左侧轴向定位不可靠;(8)齿轮右侧无轴向定位(9)轴承安装方向不对;(10)轴承外圈定位超高;11)轴与轴承端盖相碰。 15.最大应力Sax值相同,循环特征r分别是+1、0、-1的应力,其中r=+1的应力最易使零件疲劳损伤。 答: r=+1—r=-1 16.计算图示机构的自由度。 如有复合铰链、局部自由度和虚约束, 应指出。 B处存在局部自由度。 F=3n_2Pl_Ph=36_28_1=1 17.不完全液体润滑(混合润滑)径向滑动轴承,d=60mm宽径比 B/d=1.2,轴承材料的[p]=5MPa[V=3m/s,[pV]=10MPam/s。 求当 n=600r/min时,轴承允许的最大载荷为多少 由p二旦 Bd F1<〔plBd=57260=21600N=21.6kN 由pVF^V Bd r]10汉72汉60 F2<[pV1Bd/V22978.7N=2298kN 188 所以轴承允许的最大载荷为£,F2Imin,即Fmax=F_! =21.6kN 18.一起重吊钩通过尾部螺纹拧上螺母挂在吊具的孔中(看作松螺栓联接)已知载荷Q=25kN,吊钩材料为35钢,许用应力[门=60N/mm,试求吊钩尾部螺纹的小径。 解: 由松 螺栓联接的设计公式得螺纹小径为 19.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Fi为松边拉力F2的2倍,此时小带轮上包角: 1=120,求: (1)有效拉力Fe; (2)紧边拉力只;(3)当量摩擦因数f/ 有效拉力Fe=1000F/v=1000X8/10=800N 又知: F1-F2=Fe,F1=2F2则紧边拉力F1=2Fe=1600N 根据欧拉公式 旦2 F2 得当量摩擦系数f=1n(F1/F2)/a=ln2/(3.14x 120/180)=0.693/2.0933=0.331 20.画出普通螺栓联接的结构图 见图1 21.对图所示的机构,用作图法 22.画出普通平键A型、B型、 23. 答: 利用曲柄与连杆共线时,滑块达到极限位置这一知识,以A为圆心,分别以BC-AC和BC+AC 为半径画圆,与导路的两个交点G和C2即可得到滑块C的两个极限位置,如图3所示 24.按卩i=1mm/m画出模数m=10mma=20°的标准齿条齿廓,最少三个齿;见图5 25.图中为一对圆锥滚子轴承支承的轴系,齿轮油润滑,轴承脂润滑,轴端装有联轴器。 试指出图中的错误(在图中错误处写出序号①② ③…),并按序号简要说明错误的内容,不必在图中改正。 答: 根据齿距p=n叶3.14x10=31.4mm,齿顶高ha=m=10mm齿根高hf=1.25m=12.5mm,齿廓 压力角a=20°画出的图见图6 25.答: 错误处见图 1)键的位置应与齿轮处在同一直线上,而且结构不正确; 2)轴承盖孔径应大于轴径,避免接触; 3)此处不应有键联接; 4)轴长应短于轮毂长度,保证轴套压紧齿轮; 5)轴应有轴环,使齿轮定位; 6)轴承应正装; 7)轴不应与轴承盖相碰,且不需这么长; 8)左右两轴承盖与箱体间应有调整垫片; 9)两轴承内侧应加封油环; 10)箱体加工面与非加工面未分开; 11)齿轮啮合的画法不对; 12)两齿轮的宽度应不等,B=E2+(3〜5); 13)右端轴承缺中心线; 14)箱体机座孔的投影线漏画; 15)右轴承盖缺联接螺钉; 16)左轴承盖的加工面与非加工面未分开。
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