机械设计基础习题答案_三桶油_中国石油_中石油笔试_笔试。！_7-专业测试部分（仅需看自己专业即可）_3.13机械知识_机械专业知识

机械设计基础习题答案 1、平面机构及其自由度 1、如图a所示为一简易冲床的初拟设计方案，设计者的思路是：动力由齿轮1输入， 使轴A连续回转；而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动 以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析其是否能实现设计 意图？并提出修改方案。 解 1）取比例尺绘制其机构运动简图（图b）。 l 图 b） 2）分析其是否能实现设计意图。 由图b可知，n3， p 4， p 1， p0，F0 l h 故：F 3n(2p  p  p)F33(2410)00 l h 因此，此简单冲床根本不能运动（即由构件 3、4 与机架 5 和运动副 B、C、D 组 成不能运动的刚性桁架），故需要增加机构的自由度。 3）提出修改方案（图c）。 为了使此机构能运动，应增加机构的自由度（其方法是：可以在机构的适当位置增 加一个活动构件和一个低副，或者用一个高副去代替一个低副，其修改方案很多，图 c给出了其中两种方案）。 - 1 -机械设计基础习题答案 图 c 1） 图 c 2） 2、试画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。 解：n3， p 4， p 0，F 3n2p  p 1 l h l h 解：n4， p 5， p 1，F 3n2p  p 1 l h l h 3、计算图示平面机构的自由度。 解：n7， p 10， p 0，F 3n2p  p 1 l h l h - 2 -机械设计基础习题答案 解：n8， p 11， p 1，F 3n2p  p 1，局部自由度 l h l h 解：n9， p 12， p 2，F 3n2p  p 1 l h l h 解： D,E,FG与D，H，J，I为对称结构，去除左边或者右边部分，可得，活动构件总数为 7，其中转动副总数为8，移动副总数为2，高副数为0，机构自由度为1。 （其中E、D及H均为复合铰链） - 3 -机械设计基础习题答案 4、试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置（用符号P 直接标注在图上）。 ij 平面连杆机构及其设计 1、在图示铰链四杆机构中，已知：l =50mm，l =35mm，l =30mm，AD为机架， BC CD AD 1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求l 的最大值； AB - 4 -机械设计基础习题答案 2）若此机构为双曲柄机构，求l 的范围； AB 3）若此机构为双摇杆机构，求l 的范围。 AB 解：1）AB为最短杆 l l l l AB BC CD AD l 15mm AB max 2）AD为最短杆，若l l AB BC l l l l l 45mm AD BC CD AB AB 若l l l l l l AB BC AD AB BC CD l 55mm AB 3) l 为最短杆 AB l l l l ，l 15mm AB BC CD AD AB l l l l l l l 45mm AB AD AD BC AB CD AB l 为最短杆 l l l l l 55mm AB AD AB BC CD AB 由四杆装配条件 l l l l 115mm AB AD BC CD 2、在图示的铰链四杆机构中，各杆的长度为a=28mm，b=52mm，c=50mm，d=72mm。 试问此为何种机构？请用作图法求出此机构的极位夹角，杆CD的最大摆角，计算行程 速度比系数K。 解1）作出机构的两个 极位，由图中量得 18.6 70.6 2）求行程速比系数 180 K  1.23 180 3）作出此机构传动 角最小的位置，量得  22.7 min - 5 -机械设计基础习题答案 此机构为 曲柄摇杆机构 3、画出各机构的压力角传动角。箭头标注的构件为原动件。 4、现欲设计一铰链四杆机构，已知其摇杆CD的长l =75mm，行程速比系数K=1.5， CD 机架AD的长度为l =100mm，又知摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为＝45○，试求 AD 其曲柄的长度l 和连杆的长l 。（有两个解） AB BC 180K 解：先计算 16.36 180K 并取作图，可得两个解 l ○1 l (AC AC )/22(84.535)/249.5mm AB l 2 1 l (AC AC )/22(84.535)/2119.5mm BC l 2 1 ○ 2 l (AC AC )/22(3513)/222mm AB l 1 2 l (AC AC )/22(3513)/248mm BC l 1 2 - 6 -机械设计基础习题答案 凸轮机构及其设计 1、已知一偏置尖顶推杆盘形凸轮机构如图所示，试用作图法求其推杆的位移曲线。 解 以同一比例尺=1mm/mm作推杆的位移线图如下所示。 l 2、试以作图法设计一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。已知凸轮以等 角速度逆时针回转，正偏距e=10mm，基圆半径r =30mm，滚子半径r =10mm。推杆运动 0 r 规律为：凸轮转角δ=0○～150○，推杆等速上升16mm；δ=150○～180○，推杆不动；δ=180 ○～300○ 时，推杆等加速等减速回程16mm;δ=300○～360○时，推杆不动。 解 推杆在推程段及回程段运动规律的位移方程为： 1） 推程：s h/ ，(0150) 0 2） 回程：等加速段s h2h2 /2 ，(060) 0 等减速段s 2h( )2 /2 ，(60120) 0 0 - 7 -机械设计基础习题答案 取=1mm/mm作图如下： l 计算各分点得位移值如下： 总转角 0° 15° 30° 45° 60° 75° 90° 105° 120° 135° 150° 165° δ∑ s 0 1.6 3.2 4.8 6.4 8 9.6 11.2 12.8 14.4 16 16 δ∑ 180° 195° 210° 225° 240° 255° 270° 285° 300° 315° 330° 360° s 16 15.5 14 11.5 8 4.5 2 0.5 0 0 0 0 3、在图示凸轮机构中，凸轮为偏心轮，转向如图。E、F为凸轮与滚子的两个接触点， 试在图上标出： 1）从E点接触到F点接触凸轮所转过的角度； 2）F点接触时的从动件压力角； 3）由E点接触到F点接触从动件的位移s； 4）画出凸轮理论轮廓曲线和基圆。 - 8 -机械设计基础习题答案 齿轮机构 1、设有一渐开线标准齿轮z =20,m=8mm,=20º,h =1,试求：其齿廓曲线在分度圆 a 及齿顶圆上的曲率半径、 及齿顶圆压力角 。 a a 解：求、 、 a a d mz820160mm d m(z2h*)8(2021)176mm a a d dcosa160cos20150.36mm b rtga 75.175tg2027.36mm b a cos1(r /r )cos1(75.175/88)3119.3 a b a  rtg 75.175tg3119.345.75mm a b a 2、已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a =160mm，齿数z= 20，z= 60，求 1 2 模数和分度圆直径d、d。 1 2 1 解： a m(Z Z )m4mm 2 1 2 d mZ 42080mm 1 1 d mZ 460240mm 2 2 3、设已知一对斜齿轮传动，z=20,z=40,m =8mm, =20○,h =1,c =0.25,B=30mm, 1 2 n n an n - 9 -机械设计基础习题答案 初取β=15○，试求该传动的中心距 a(a 值应圆整为个位数为 0 或 5，并相应重算螺旋角 β )、几何尺寸、当量齿数和重合度。 解1）计算中心距a m 8(2040) 初取15，则a  n (z z )   248.466 2cos 1 2 2cos15 m (z z ) 8(2040) 取a250mm，则arccos n 1 2 arccos 161537 2a 2250 2）计算几何尺寸及当量齿数 尺寸名称 小齿轮 大齿轮 分度圆直径 d m z /cos166.67mm d 333.33mm 1 n 1 2 齿顶圆直径 d d 2h 182.67mm d 349.33 a1 1 a a2 齿根圆直径 d d 2h 146.67mm d 313.33 f1 1 f f2 基圆直径 d d cos 155.85mm d 311.69mm b1 1 t b2 齿顶高、齿根高 h h*m 8mm h (h*c*)m 10mm a a n a a n 法面及端面齿厚 s m /212.57mm s m /(2cos)13.09mm n n t n 法面及端面齿距 p m 25.14mm p  p cos26.19mm n n t n 当量齿数 z  z cos322.61 z  z cos322.61 v1 1 v2 2 3）计算重合度   arctg(tg /cos)arctg(tg20/cos161537)204549 t n  arccos(d /d )arccos(155.84/182.67)312649 at1 b1 a2  arccos(d /d )arccos(311.69/349.33)265033 at2 b2 a2 z (tg tg)z (tg tg)   1 1 t 2 2 t  2 20(tg312649tg204549)40(tg265033tg204549)  1.59 2  Bsin/m 30sin161537/80.332  n    1.590.3321.92    4、已知一对等顶隙收缩齿标准直齿圆锥齿轮传动，齿数z= 20，z= 38，模数m = 4mm， 1 2 分度圆压力角α = 20°,齿顶高系数h★ = 1，齿顶间隙系数 c ★ = 0.2，轴交角Σ = 90°。 a - 10 -机械设计基础习题答案 求两锥齿轮的齿顶圆锥角δ、δ 及其它主要尺寸。 a1 a2 z 解：齿顶圆锥角：  arcctg 2 62.24， 90 27.76 1 z 2 1 1 齿顶高：h h*m4mm a a 齿根高：h (h* c*)m4.8mm f a 轮系及其设计 1、如图所示为一手摇提升装置，其中各轮齿数均已知，试求传动比 i ,指出当提升重 15 物时手柄的转向（在图中用箭头标出）。 解 此轮系为 空间定轴轮系 z z z z i  2 3 4 5 15 z z z z 1 2 3 4 50304052  2015118 577.78 2、在图示齿轮系中，已知z=z=19，z =26，z=30，z =20，z=78，齿轮1与齿轮3同轴 1 2 3’ 4 4’ 5 线，求齿轮3的齿数及传动比i。 15 解：  mZ d  3 3  d Z 2Z Z d  1 d 1 2 3   2 2 3 Z 57 3 题图5-2 Z Z Z Z i (1)2 2 3 4 5 13.5 15 Z Z ZZ 1 2 3 4 3、在图示的行星减速装置中，已知z=z=17，z=51。当手柄转过90°时转盘H转过多少度？ 1 2 3 n n Z Z 解：iH  1 H  2 3 3 13 0n Z Z H 1 2 - 11 -机械设计基础习题答案 n 1 4，故手柄转过90度时，转盘H转过22.5度 n H 4、在图示的差动齿轮系中，已知各轮齿数z=15，z=25，z =20，z=60。若n= 200r/min， 1 2 2’ 3 1 n= 50r/min，且转向相同，试求行星架H的转速n。 3 H n n Z Z 200n 2560 解：iH  1 H (1) 2 3  H (1) 5 13 n n ZZ 50n 1520 3 H 2 1 H n 75 H 题图5-6 5、在图示的复合轮系中，设已知 n=3549r/min，又各轮齿数为 1 z=36,z=60,z=23，z=49,z，=69,z=31,z=131,z=94,z=36,z=167,试求行星架H的转速n 1 2 3 4 4 5 6 7 8 9 H （大小及转向）？ 解：此轮系是一个复合轮系 在1－2（3）－4定轴轮系中： Z Z 6049 i  2 4  3.551（转向见图） 14 Z Z 3623 1 3 在4’－5－6－7行星轮系中 Z 131 i 1i7 1 6 1 2.899 47 46 Z 69 4 在7－8－9－H行星轮系中 Z 167 i 1iH 1 9 1 2.777 7H 79 Z 94 7 i i i i 3.5512.8992.777 1H 14 47 7H 28.587 故n n i 3549/28.587124.15(r/min)，其转向与轮4转向相同 H 1 1H 其他常用机构及动力分析 1、已知槽轮机构的槽数z=5，拨盘的圆销数K=1，转速n =75 r/min，求槽轮的运动时间t 1 m 和静止时间t。 s t (z2) 解： m  0.3，t 0.24s，t 0.56s t 2z m - 12 -机械设计基础习题答案 2、在图a所示的盘形转子中，有四个偏心质量位于同一回转平面内，其大小及回转半径 分别为m=5kg,m=7kg,m=8kg,m=10kg;r=r=10cm,r=20cm,r=15cm，方位如图a所示。又设 1 2 3 4 1 4 2 3 平衡质量m 的回转半径r=15cm。试求平衡质量m 的大小及方位。 b b b 解 根据静平衡条件有      m r mr m r m r m r 0 b b 11 2 2 3 3 4 4 以 作质径积多边形图b，故得 w m w r 516.1/155.37(kg) b w b b  119.7 b 2、在图a所示的转子中，已知各偏心质量m=10kg,m=15kg,m=20kg,m=10kg,它们的回 1 2 3 4 转半径分别为 r=40cm,r=r=30cm,r=20cm,又知各偏心质量所在的回转平面间的距离为 1 2 4 3 l =l =l =30cm,各偏心质量的方位角如图。若置于平衡基面I及II中的平衡质量m 及m 12 23 34 b1 bⅡ 的回转半径均为50cm，试求m 及m 的大小和方位。 bⅠ bⅡ 解 根据动平衡条件有  2  1   mr  m r  m r m r 0 11 3 2 2 3 3 3 b b  2  1   m r  m r  m r m r 0 4 4 3 3 3 3 2 2 b b - 13 -机械设计基础习题答案 以 作质径积多边形图b和图c，由图得 w 平衡基面I m W r 1028 505.6(kg) b w b b  6 b 平衡基面П m W r 1037 507.4(kg) b w b b  145 b 联接 1、图示为一升降机构，承受载荷F =150 kN，采用梯形螺纹，d = 60 mm，d = 56 mm， 2 P = 8 mm，线数n = 3。支撑面采用推力球轴承，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（螺纹副当量摩擦系数为0.10）。 (2)稳定上升时加于螺杆上的力矩。 (3)若工作台以720 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)欲使工作面在载荷作用下等速下降，是否需要制动 装置？加于螺栓上的制动力矩是多少？ 解：1）arctg0.15.71 nP tg ，7.8 d 2 tg  57% tg() d 2）M  2 Ftg() 2 720 d n 3）n pZ 720，n  30r min，N Mw 2 Ftg() 1 1 1 pZ 2 30 =3158w Fd 4） 不自锁，需要制动装置，制动力矩M 2 tg() 2 2、图示为一用两个M12螺钉固定的牵曳钩，若螺钉材料为Q235钢，装配时控制预紧力， 结合面摩擦系数f = 0.15，求其允许的最大牵曳力。 解：由结构形式可知，结合面m1 - 14 -机械设计基础习题答案 联接螺栓数目 Z 2， 由表9.5查得 240MPa s 控制预紧力，取S 1.3。  [] s 185MPa， S FmfZ []d2 由表查取 d 10.106mm， 取 C 1.2 F  F 1 1 R C 41.3 mfZ[]d2 F  1 2853N R max 41.3C 3、图示为一刚性凸缘联轴器，材料为Q215钢，传递的最大转矩为1400 N.m（静载荷）。 联轴器用 4 个 M16 的铰制孔用螺栓联接，螺栓材料为 Q235 钢，试选择合适的螺栓长度， 并校核该联接的强度。 解：单个螺栓所受横向载荷 2M F  R Dm 强度条件 4F F  R []，  R [ ] d2 p d h p 0 0 min 由表9.5查得： Q215  220MPa s Q235  240MPa s  240 由表9.5查得 [] s  96MPa S 2.5  220 挤压强度校核，最弱材料 [ ] s  191MPa p S 1.15 4M  11.24MPa[] d2Dm 0 M 1400103    6.14MPa[ ] 安全 p mDd h 41551623 p 0 min 螺栓长度 L2323m(3~5) M16螺母厚度为14.8mm，垫片厚度 h3mm L65(70)mm。 注：以l(20~70)0或5结尾 - 15 -机械设计基础习题答案 4、图示为一钢制液压油缸，采用双头螺柱联接。已知油压p= 8 MPa，油缸内径D = 250 mm， D =300mm,为保证气密性要求，螺柱间距l不得大于4.5d（d为螺纹大径），试设计此双头螺 1 柱联接。 解：1）计算单个螺栓得工作载荷F ，暂取螺栓数目 PD2 Z 12， F  32725N 4Z 2）计算单个螺栓总拉力F ，取残余预紧力 0 F1.6F F FF85085N 0 3）求螺栓公称直径 选取螺栓材料为40Cr， 800Mpa装配时不控制预紧力，按表9.6暂取安全系数 s  41.3F S 3，[] s 267MPa， d  0 22.96mm 3 1 [] 由表9.1，取M27(d 23.752mm)，按图表9.6可知所取安全系数是正确的。 1 4）验证螺栓数目 D l  1 78.55mm4.5d Z 5、在题9-3中，已知轴的材料为45钢，工作时有轻微冲击。试为该联轴器选择平键，确 定键的尺寸，并校核其强度。 解：1）选择键联接的类型和尺寸 选用半圆头普通平键，材料45钢，由表9.10查得b16mm，h10mm，参考轮 毂长度，取L90mm 2）校核键联接强度 键和轴的材料优于轮毂材料，应校核联轴器强度，由表9.11取许用应力 4T [ ]135MPa，l L882mm，  124MPa[ ]，合适。 P P dhl P 标记 键C16100 GB T10961979 齿轮传动 1．已知闭式直齿圆柱齿轮传动的传动比i3.6，n 1440r/min ，P25kW，长期双 1 向转动，载荷有中等冲击，要求结构紧凑，采用硬齿面材料。试设计此齿轮传动。 解：1）选择材料、确定许用应力 大小齿轮均采用20Cr，渗碳处理淬火，由表10.1选择硬度为59HRC，由图10－9c 得到，  390MPa ， Flim1 Flim2 - 16 -机械设计基础习题答案  0.7 由表10.4得，取S 1.5，[ ][ ] Flim 182MPa F F1 F2 S F 由图10－6c得，  1500MPa， Hlim1 Hlim2  由表10.4得，取S 1.2，[ ][ ] Hlim 1250MPa H H1 H2 S H 2）按轮齿弯曲强度设计 齿轮按8级精度制造，由表10.3，取载荷系数k 1.5，齿宽系数 0.4，小齿  P 轮上得转矩T 9.55106 165800Nmm 1 n 1 取Z 25，则Z iZ 90，由图10－8查得Y 2.71，Y 2.21 1 2 1 F1 F2 Y Y Y  F1  F2 ，将 F1 带入式（10－10） [ ] [ ] [ ] F1 F2 F1 4KTY m 3 1 F 2.35mm  (i1)Z2[ ]  1 F 由表4.1取m2.5mm m 中心距 a (Z Z )143.75mm 2 1 2 齿 宽 b a57.5mm，取b 65mm， b 60mm  1 2 3）验算齿面的接触强度 (i1)2KT  336 1 782.5[ ] 安全 H iba2 H 4）齿轮的圆周速度 d n v 1 1 4.71m/s 601000 由表10.2可知选8级精度是合适的。 2、设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，试问：1)低速级斜齿轮的螺旋线 方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反；2)低速级螺旋角β应取多大数值 才能使中间轴上两个轴向力互相抵消。 解：要使中间轴两齿轮的斜齿轮 的轴向力相反，则旋向必须相同， Z 左旋，Z 应为右旋，Z 为右 2 3 4 旋，按题意，F F ，则： a1 a2 - 17 -机械设计基础习题答案 F tg F tg， t2 1 t3 3 2T F  ， t d 2T 2T 2 tg15 3 tg d d 3 2 3 d m Z m Z 又因T T ， 所以tg  3 tg15( n3 3 tg15) n2 2 ， 2 3 3 d cos cos 2 3 2 m Z sin  n3 3 sin150.1438，  816 3 m Z 3 n2 2 3、 设计一单级闭式斜齿轮传动，已知P=10kW，n =1460r/min，i=3.3，工作机有中等冲 1 击载荷。要求采用电动机驱动，选用软齿面材料，z =19。试设计此单级斜齿轮传动，校核 1 疲劳强度。 解：1）选择材料以确定许用应力 小齿轮采用40Cr调质，硬度取260HBS， 大齿轮采用ZG35SiMn调质，硬度取260HBS 由图11－6b） 700MPa， 540MPa，由表10.4取S 1.1， Hlim1 Hlim2 H   则 [ ] Hlim1 636MPa， [ ] Hlim2 491MPa H1 S H2 S H H 由图10－9b） 240MPa， 180MPa，由表10.4 取S 1.3 Flim1 Flim2 F   则 [ ] Flim1 185MPa， [ ] Flim2 138MPa F1 S F2 S F F 2）按齿面接触疲劳强度设计 设齿轮按8级精度制造，由表10.3取载荷系数K 1.5，齿宽系数 0.4  P 小齿轮上的转矩 T 9.55106 6.54104Nm 1 n 1 305 KT 按式10－15计算中心距 a(i1) ( )2 1 131.6mm 3 [ ]  i H  取Z 30，Z iZ 99，初选15 1 2 1 2acos m  1.97mm 由表4.1取 m 2mm n Z Z n 1 2 - 18 -机械设计基础习题答案 Z Z am 1 2 133.55mm a135mm n 2cos m (Z Z ) arccos n 1 2 1710 齿宽 b a54mm 2a  取 b 55mm，b 60mm 2 1 3）验算弯曲强度 Z Z 由图10－8，Z  1 31.4，Z  2 103.6 v1 cos v2 cos Y 2.6，Y 2.2 F1 F2 1.6KTY cos   1 F1 59MPa[ ] F1 bm2Z F1 n 1  50MPa[ ] 安全！ F2 F2 蜗杆传动 1、 设某一标准蜗杆传动的模数m5mm，蜗杆的分度圆直径d 50mm，蜗杆的头数 1 Z 2,传动比i 20，试计算蜗轮的螺旋角和蜗杆传动的主要尺寸。 1 d 解：1）蜗杆直径系数 q  1 10 m Z 2）螺旋角升角 tg 1 0.2，111836 q m 3）中心距 a  (qZ ) 125mm 2 2 2、对图示的蜗杆传动，请根据已知的蜗杆的螺旋方向和转向，确定蜗轮的螺旋方向和转向。 并在图中表出蜗杆和蜗轮的受力方向。 解： - 19 -机械设计基础习题答案 F a 2 F r 2 F r 1 F t 1 F a 1 F t 2 n 2 由于蜗杆为左旋，故蜗轮为左旋，图中红色的箭头表示蜗杆的受力，绿色的表示蜗轮的受力。 3、试设计一单级圆柱蜗杆传动：传动由电动机驱动，电动机的功率为 7kW，转数为 1440r/min，蜗轮轴的转数为80r/min，载荷平稳，单向传动。 解：1）选择材料，蜗杆用 45 钢，表面淬火，硬度为 45HRC～55HRC，以保证蜗杆较好的 耐磨性。蜗轮齿圈用铸锡青铜ZCuSn10P1，砂模铸造，轮心用灰铸铁HT100。 2）确定许用应力，由表10.1查得[ ]200MPa H 3）选择蜗杆的头数和蜗轮的齿数 1440 i  18，取Z 2，Z 36 80 1 2 4）初选蜗杆传动的效率 由Z 2，由表11.7，初选蜗杆传动的效率为0.8 1 5）计算作用在蜗轮上的转矩 P T 9.55106 1668500Nm 2 n 1 6）确定载荷系数 取K 1.1 7）确定模数和蜗杆分度圆直径 510 m2d ( )2KT 3690mm3，由表11.2取m6.3mm，d 112mm 1 Z [ ] 2 1 2 H 8）验算效率 d n 蜗杆分度圆的圆周速度 v  1 1 5.07m/s 1 601000 Z m v tg 1 6.42， v  1 5.1m/s d s cos 1 tg 由表11－6，1.27，(0.95~0.96) 0.79~0.7980.8 tg() 9）验算接触疲劳强度 - 20 -机械设计基础习题答案 由式11－12重新计算m2d，以效率0.8计算，m2d 3690，而6.321124445， 1 设计结果可用 10）尺寸计算 q17.778 带传动 1、一普通V带传动，已知带的型号为A，两轮基准直径分别为150 mm和400 mm，初定 中心距a = 450 mm，小带轮转速为1460 r/min。试求：(1)小带轮包角；(2)选定带的基准长 度L ；(3)不考虑带传动的弹性滑动时大带轮的转速；(4)滑动率 =0.015时大带轮的实际转 d 速；(5)确定实际中心距。 D D 解：1）小带轮包角：  180 2 157.3148.17 1 a  (D D )2 2）确定带的基准长度： L2a (D D ) 2 1 1798.66mm 2 2 1 4a 由表12.3取 L 1800mm d D 3）不计弹性滑动 n  1 n 547.5r/min 2 D 1 2 D 4）考虑滑动率时，实际转速 n  1 n (1)539.3r/min 2 D 1 2 5）实际中心距： 2L (D D ) [2L (D D )]2 8(D D )2 a d 2 1 d 2 1 2 1 450.7mm 8 2、设计一破碎机用普通V带传动。已知电动机额定功率为P = 5.5 kW，转速n = 1440 r/min， 1 从动轮为n = 600 r/min，允许误差±5%，两班制工作，希望中心距不超过650 mm。 2 解：1）计算功率 P ， 由表12.6查取 K 1.4， P K P7.7kW C A C A 2）选取V带型号，由图12－13确定选用A型。 3）确定带轮基准直径D ，D 1 2 Dn 由表12.7取 D 125mm，1%， D  1 1 (1)297mm 1 2 n 2 取直径系列： D 300mm 2 n (1) 大带轮的带速： n  1 594r/min 2 D 2 - 21 -机械设计基础习题答案 600594 1%5% 允许 600 Dn 4）验算带速： v 1 1 9.42%，在5~25m/s范围内，带速合适 601000 5）确定带长和中心距  (D D )2 初取中心距a600mm，L 2a (D D ) 2 1 1880.35mm 2 2 1 4a 由表12.3取 L 1800mm d 实际中心距 2L (D D ) [2L (D D )]2 8(D D )2 a  d 2 1 d 2 1 2 1 559.36mm650mm 8 D D 6）验算小带轮包角  180 2 1 57.3160120 1 a 7）确定带的根数Z n 传动比 i 1 2.42 n 2 由表12.4查得 P 1.92kW， 由表12.5查得 P 0.17kW O O 由表12.8查得 K 0.96， 由表12.3查得 K 1.01  l P Z  C 3.8 取Z 4根 (P P )K K O O  l 8）求压轴力F Q 由表12.2查得q0.1kg/m，单根带的张紧力 500P 2.5 F  C ( 1)qv2 181.7N 0 Zv K   压轴力为 F 2ZF sin 1 1435.3N Q 0 2 9）带轮的结构设计（略） 链传动 1、 一单排滚子链传动，链轮齿数 z =21、z =53、链型号为 10A、链长 L =100 节。试求 1 2 p 两链轮的分度圆、齿顶圆和齿根圆直径以及传动的中心距。 - 22 -机械设计基础习题答案 解：由表13.1查得10A链，P15.875mm，d 10.16mm，两链轮的分度圆，齿顶圆， r P 15.875 P 齿根圆直径分别为 d   106.5 d   267.97 1 180 180 2 180 sin sin sin Z 21 Z 1 2 180 180 d  P[0.54ctg ]113.9 d  P[0.54ctg ]276.1 a1 Z a2 Z 1 2 d d d 106.510.1696.34 f1 r P Z Z Z Z Z Z  中心距 a  (L  1 2) (L  1 2)2 8( 2 1)2   493 4  P 2 P 2 2  2、设计一往复式压气机上的滚子链传动。已知电动机转速n =960 r/min，功率P = 3 kW， 1 压气机转速n =320 r/min，希望中心距不大于650 mm（要求中心距可以调节）。 2 解：1）选择链轮齿数Z ，Z 1 2 假定链速 v3~8m/s，由表 13.6 取链轮的齿数为 Z 21，大链轮齿数 1 n Z  2 Z 63。 2 n 1 1 2）确定链节数L P 2a Z Z P Z Z 初定中心距a40P，则链节数为L   1 2  ( 2 1)2 123.12， P P 2 a 2 取L 124节 P 3）确定链条节距P 由图 13－14 按小链轮转速估计工作点落在曲线顶点左侧，由表 13.3 查得工况系数 K 1.3，由表 13.4 查得小链轮齿数系数为K 1.11，由图 13－16 查得链长系数 A Z K 1.06，采用单排链，由表 13.5 查得排数系数为K 1。由式（13－14）计算修 L m K P 正后的传递功率为P A 3.32kW ， 0 K K K Z L m 根据n 960r/min ，P3.32kW由图 13－14 选择滚子链型号为 08A，节距 1 0 P12.70mm 4）确定实际中心距 - 23 -机械设计基础习题答案 P Z Z Z Z Z Z  a  L  1 2  (L  1 2)2 8( 2 1)2  513.6mm 4  P 2 P 2 2    中心距减少量 a(0.002~0.004)a(1.03~2.06)mm 实际中心距aaa512.6~511.6mm 取a512mm，a650mm符合设计要求 5）验算速度 nZ P v 1 1 4.72m/s，与原定假设相符 601000 6）计算压轴力F Q 1000P 工作拉力 F  636N ，有中等冲击取 K 1.3 ，压轴力 e v Q F K F 826N Q Q e 7）润滑方式 由图13－15选择油浴飞溅润滑方式 8）链轮结构设计 设计结果，滚子链型号08A-1-124/T1234-1997 Z 21，Z 63，a512mm，F 826N 1 2 Q 轴 1、已知一传动轴直径d=32mm，转速n=1440 r/min，如果轴上的扭切应力不允许超过50MPa, 问此轴能传递多少功率？ 0.2d3n[ ] 解： P T 49.41kW 9.55106 2、在图示轴的结构图中存在多处错误，请指出错误点，说明出错原因，并加以改正。 解： 1、轴头无轴肩，外伸零件无法定位 - 24 -机械设计基础习题答案 2、轴无阶梯，轴承安装困难，加工量大 3、端盖无垫片，无法调整轴向间隙 4、套筒高度与轴承内圆高度相同，轴承无法拆卸 5、键槽过长，开到端盖内部 6、端盖与轴无间隙，无密封材料 7、轴颈长度与轴上零件轮毂长度相等，无法使套筒压紧齿轮 8、右轴承未定位 3、如图所示单级直齿圆柱齿轮减速器，用电机驱动，电动机的功率 P=12kW，转速 n=1470r/min，齿轮的模数m=4mm，齿数z=19，z=72，若支承间跨距l=180mm（齿轮位于中 1 2 央），轴材料为45号钢调质。试计算减速器输出轴危险截面的直径。 解： 1）计算支承反力 Z n  1 n 2 Z 1 2 P T 9.55106 295424Nmm 2 n 2 2T 2T 圆周力 F  2  2 2052N t d mZ 2 2 径向力 F Ftg747N r t F 合 力 F  t 2184N n cos 由于对称，支承反力 F F 1092N r1 r2 2）求弯矩，作弯矩图 l M F 98280Nmm C r1 2 3）作弯矩图 - 25 -机械设计基础习题答案 T 295244Nmm 4）作当量弯矩图 对载荷变化规律不清楚，一般按脉动循环处理，折合系数0.6 M  M2 (T)2 202677Nmm eE C M 177254Nmm eB 5)计算危险截面C的轴径 M d  eC 32.33mm 3 0.1[ ] 1b 由表14.145钢调质，硬度217～255， 650MPa，由表14.5查得[ ]60MPa B 1b 因C处有键槽，故将直径增大5％，32.331.0533.94mm，取整为34mm。 F n 1 A 2 B T C T F F r1 r2 M 1 A 2 B C T 1 A 2 B C 1 A 2 B C - 26 -机械设计基础习题答案 轴承 1、有一滑动轴承，轴转速n =650r/min，轴颈直径d =120mm，轴承上受径向载荷F =5000N， 轴瓦宽度B =150mm，试选择轴承材料，并按非液体润滑滑动轴承校核。 解：1）、计算压强 F P 0.22MPa Bd 2）计算Pv Fn Pv  1.14MPam/s 60103B 3）验算滑动速度 dn v 4.1m/s 60103 由表15.1取轴承材料铸锡青铜ZCuSnPb5Zn5 2、试说明以下滚动轴承的类型、内径尺寸、精度：6210、7207C/P5、N208、31306、51205。 解： 7207C/P5 5级公差 6210 公称接触角a=15度 0级公差 内径d＝35mm 内径d＝50mm 尺寸系列02 尺寸系列02 深沟球轴承 角接触球轴承 N208 31306 0级公差 0级公差 内径d＝40mm 内径d＝30mm 尺寸系列02 尺寸系列13 圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 7207C/P5 5级公差 51205 公称接触角15 0级公差 内径d＝35mm 内径d＝25mm 尺寸系列02 尺寸系列12 推力球轴承 角接触球轴承 （ ） - 27 -机械设计基础习题答案 2、有一深沟球轴承，受径向载荷Fr=8000N，常温下工作，载体平稳，转速n =1440r/min， 要求设计寿命L=5000h，试计算此轴承所要求的额定动载荷。 h 解：径向基本额定动载荷 1 1 P 60n  1.18000601440 3 C   L    5000 66524N r f 106 n  1  106  t 由表16.6取 f 1.1，由表16.4取 f 1，3。 P t 3、根据设计要求，在某一轴上安装一对7000AC轴承（如图所示），已知两个轴承的径 向载荷分别是：F=1000N，F=2060N，外加轴向力F=880N，轴颈d=40mm，转速n =5000r/min， r1 r2 a 常温下运转，有中等冲击，预期寿命L=2000小时，试选择轴承型号。 h 解：1）计算轴承得轴向力F ，F a1 a2 由表16.7查得内部轴力 F 0.68F 680N ，F 0.68F 1400N d1 r1 d2 r2  F 0.68F 1400N 故轴有向左移动的趋势 d2 r2 1 “放松” 2 “压紧”F F 680N ，F F F 1560N a1 d1 a2 d1 a 2）计算轴承1、2的当量动载荷 e0.68 F F a1 0.68e， a2 0.76e，X  X 0.41，Y Y 0.87 F F 1 2 1 2 r1 r2 由表16.6取 f 1.5， P P  f (X F YF )1502.4N P  f (X F Y F )3303N 1 P 1 r1 1 a1 2 P 2 r2 2 a2 由于P P只需计算轴承2，取 f 1 2 1 t 1 P 60n 3 C   L  27834N 而轴承7208AC C 35.2kNC f 106 n  r t 故选择7208AC轴承 - 28 -机械设计基础习题答案 联轴器 1、电动机与水泵之间用联轴器联接，已知电动机功率P=11kW,转速n=960r/min，电动机外 伸轴端直径d=42mm，水泵轴的直径为d=38mm，试选择联轴器类型和型号。 1 2 解：由表17.1取工况系数K 1.5 P T 9.55106K 164Nm ca n 由设计手册，TL6弹性套柱销联轴器， [T]250Nm，[n]3300r min 满足要求 JA3860 GB T4323 JA4284 - 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