机械设计_张淑敏_作业习题解析13076.pdf
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1、 34 第一章 连接设计 一、思考题 1、按螺纹牙型分类,螺纹可以分为哪几种?试说明各自的特点及主要用途?2、螺纹的主要参数有哪些?在设计中如何应用?3、螺纹的旋向如何判别?常见的螺纹是左旋还是右旋?4、常见的螺纹是单线还是多线?为什么?5、在 公 称 直 径 相 同 的 条 件 下 粗 牙 螺 纹 与 细 牙 螺 纹 相 比 哪 一 个 自 锁 性强?那一个连接强度高?为什么?6、螺纹连接为什么要防松?防松的基本原理有哪些?常用的防松措施有哪些?7、螺纹连接的主要失效形式有哪些?其设计准则是什么?8、什 么 是 松 螺 栓 连 接?什 么 是 紧 螺 栓 连 接?其 强 度 计 算 方 法
2、有 何 不同?9、螺栓组结构设计应考虑哪些问题?进行螺栓组受力分析的目的是什么?其强度计算方法有何特点?10、紧螺栓连接强度计算式中的 1.3 倍是什么含义?如果用铰制孔用螺栓来传递横向载荷,是否也要这样考虑?为什么?二、分析与计算题 1、已知螺栓的刚度 C1=100 N/mm,被连接件的刚度 C2=400 N/mm,若预紧 Fp和轴向工作载荷 F 均为 400N,试问:(1)、被连接件间有压紧作用吗?为什么?(2)、以一定的比例画出受力变形关系图,并标出 Fp 和 Fp之值。2、有一受横向工作载荷作用的紧螺栓连接,采用单个 M16 的六角头螺43.121dpF 34 栓(GB5782-200
3、0)连接两块钢板,螺栓材料 Q235,结合面间的摩擦因数为f=0.13,摩擦传力可靠性系数 Kf=1.3,试求在一般拧紧情况下(不控制预紧力),连接所能承受的最大横向工作载荷之值?3、用同一把活扳手分别拧紧 M8 和 M16 两个螺栓连接,若活扳手工作长度为 200mm,施加在扳手上的力为 200N。试问:(1)、两螺栓所受的预紧力 Fp 之值?(2)、试分析哪个螺栓在预紧时易被拧断?4、图 1-1 所示,为用四个普通螺栓连接的支架。被连接件总厚度为 45mm螺栓材料为 Q235,性能等级 4.6 级,结合面间的摩擦因数为 f=0.15,载荷Q=1000N,试确定螺栓直径,并写出连接件的标记?
4、图 1-1 例解:从图示知本题属于受横向载荷作用的螺栓组连接。一)受力分析(图 1-2 所示)将载荷向螺栓组型心简化得:作用在型心 O 的横向载荷 Q Q=1000N 绕型心 O 旋转的转矩 T T=1000Q=10001000 =1106(Nmm)由于 Q 使每个螺栓受横向载荷 RQ RQ=Q/4=1000/4=250N 34 RQ 的方向与载荷 Q 作用方向相同 由于 Q 使每个螺栓受横向载荷 RT RT 的方向与各螺栓到型心 O 的连线垂直,且与扭矩 T 作用的方向一致。将各螺栓的两个分力 RQ 和 RT 进行合成,可得合力 R1、R2、R3、R4,其中 R2、R3、为最大合力,根据余玄
5、定理:=1075N 二)螺栓直径的确定 根据 Rmax确定预紧力 Fp 由平衡条件知:Fpmf=Kf Rmax,由题意知 m=1,若取 Kf=1.3 确定许用应力 假设螺栓直径在 M16 M30 之间,查表 9-6,按不控制预紧力取 S=3.8 N88422004101r4TR6T0QTT2Q2max135cosRR2RRR)(707.0884250288425022NmfRKFfp931715.010753.1max则:2Bsmm/N400 4.6 S 的螺栓,对于性能级别为式:公NBs240104006106 N16.638.3240Ss图 1-2 34 定螺栓直径 查 设 计 手 册 2
6、知:M20 的 粗 牙 普 通 螺 纹,其 公 称 直 径 为 20,内 径d1=17.29415.63mm 符合强度要求,M20 在假设范围之内,安全系数 S 选值合理。为统一起见,四个螺栓均采用 M20 的粗牙普通螺栓连接。三)定连接件标记 查设计手册2,按 GB93-2000 取弹簧垫圈高度为 5mm。查设计手册2,按 GB170-2000 取螺母高度为 18mm。螺母端伸出长度=0.2d=0.220=4mm 计算螺栓所需长度=20+25+5+18+4=72mm 查设计手册2取螺栓长度 L=75mm。采用连接件的标记如下:螺栓 BG5782-2000M2075 螺母 BG6170-200
7、0M20 弹簧垫圈 BG93-200020 5、一受轴向外载荷 F1000 N 的紧螺栓连接,螺栓的刚度为 C1,被连接件的刚度为 C2,且 C28C1;预紧力 FP1000 N。试求螺栓中的总拉力和被连接件中的剩余预紧力。6、图 1-3 所示的连接用 4 个 M12 普通螺钉把板 1 固定在零件 3 上,零件1 与 3 之间有摩擦片 2,各零件之间摩擦系数 f=0.13,螺钉强度级别为 5.6 级,SMPa 300,安 全 系 数S=4.5;防 滑 系 数(可 靠 性 系 数)Kf 13.;大 径d 12mm,中径d210863.mm,小径d110106.mm;螺钉拧紧后靠摩擦力承受载荷 F
8、,求允许 F 的最大值。mmFdp63.1516.6393173.143.141 34 图 1-3 7、图 1-4 所示,用三个 M16 的普通螺栓将钢板 A 固定在钢板 B 上。L400mm,a=70mm。钢板间摩擦系数 f=0.12,连接的可靠性系数 Kf=1.3,螺栓的许用拉应力=120MPa。求此连接能承受的最大载荷 F 为多少。图 1-4 8、图 1-5 所示,为一压力容器,容器体和容器盖用螺栓组连接,容器内长期稳定工作压强 P=1.2MPa,D=500mm,D0=640mm,为保证气密性要求,螺栓间距 L7d,取 FP=1.5F,螺栓材料用 35 号钢,性能等级为 5.6,试设计此
9、螺栓连接(螺栓个数和螺栓直径)。提示:用粗牙螺纹,不控制预紧力,先任选一个螺栓个数,再按静强度计算螺栓直径,验算螺栓间距。34 图 1-5 9、图 1-6 所示油缸油压p 3MPa,缸径 D=160 mm,螺栓数量 z=8,螺栓材料许用应力 150MPa,取剩余预紧力为工作拉力的 1.5 倍,试计算螺栓直径。图 1-6 10、如图 1-7 所示的夹紧连接柄承受静载荷 FQ720N,螺栓个数 z2,连接柄长度 L250mm,轴直径dB60mm,夹紧接合面摩擦系数 f0.15,螺栓材料为 4.6 级、Q235 钢、SMPa 240,拧紧时不严格控制预紧力,取安全系数S=4,试求螺栓所需最小直径(或
10、计算直径)。图 1-7 34 三、结构设计 1、查手册确定下列螺纹连接的主要尺寸,并按 1:1 比例画出连接结构图。(1)、用 M16 的六角头螺栓(GB5782-2000)连接两块厚度各为 30 的钢板,两块钢板上钻通孔17.5,沉头座孔深 1mm,试选用合适的防松措施并写出螺栓和螺母的标记?(2)、用 M12 的六角头螺栓(GB5782-2000),将厚 12mm 的铸铁盖板紧固在很厚的铸铁机体上,构成螺钉连接的结构,中等装配精度,盖板和机体间采用厚度为 1mm 的垫片,采用弹簧垫圈防松,试标出螺栓和弹簧垫圈的标记?(3)用 M10 的铰制孔用螺栓连接两块厚度各为 30 的钢板,试画出正确
11、的结构图并写出螺栓和螺母的标记。2、试找出图 1-8 中螺纹连接结构设计中的错误,并画出正确的结构图。a)螺钉连接 b)双头螺柱 c)螺栓连接 图 1-8 第二章 带传动 34 一、思考题:1、带传动有哪些基本类型?在一般传递动力的机械中,主要采用哪一种带传动?V 型带的标记如何表示?2、带传动正常工作时产生弹性滑动的主要原因是什么?造成的后果是什么?如何计算弹性滑动率?3、带传动的打滑一般首先发生在哪一个带轮上?为什么?打滑的利和害是什么?4、带传动在带速 VHRC45,蜗 轮 用ZQSn6-6-3 砂型铸造。试设计此蜗杆传动。图 6-3 三、结构设计题 1、图 6-4 所示齿圈压配式蜗轮结
12、构,为什么沿配合面旋入螺钉,螺钉中心线的位置应在何处?为什么?34 a)b)图 6-4 图 6-5 2、图 6-5 所示两种螺栓联接式蜗轮结构,哪种较合理?为什么?在较合理的结构中蜗轮适合承受哪个方向的轴向力,其中的螺栓联接通常采用哪种类型?螺栓的数目和直径如何确定?第七章 轴及轴毂连接 一、思考题 1、按承受载荷的类型不同,轴分为哪几种类型?转动心轴与固定心轴有什么不同?2、轴的常用材料有哪些?应用场合如何?3、提高轴强度的措施有哪些?提高轴刚度的措施有哪些?4、轴上零件的轴向定位措施有哪些?哪几种措施可以承受较大的轴向载荷?5、轴上零件的周向定位措施有哪些?常用的是哪一种?6、轴的初步计算
13、中,轴的直径是按什么确定的?7、轴的结构设计内容有哪些?为什么转轴的结构常设计成阶梯形?8、轴的强度计算方法有哪几种?各适应什么场合?9、试述转轴的设计计算过程?34 10、利用公式 dA 03P/n 估算轴的直径时,A 0 值应如何选择?对计算结果应如何取值?11、公式 Me=M2+(T)2,适合哪些轴的设计计算?的含义是什么?如何取值?12、什么叫做轴的危险断面?怎样确定轴的危险断面?13、键连接有哪些种类?其特点与使用范围如何?14、普通平键有哪几种结构形式?各有何优缺点?它们分别适用什么场合?15、平键连接的失效形式是什么?有哪些优缺点?如何进行强度计算?16、平键的剖面尺寸 bh 及
14、键长 L 是如何确定的?17、平键和楔键在结构和使用性能上有何区别?为什么平键应用较广?18、半圆键与普通平键连接相比,有什么优缺点?19、花键连接与普通平键相比有哪些优缺点?花键的尺寸参数有哪些?20、什么叫成型连接?有何特点?应用场合如何?二、分析计算题 1、根据图 7-1 所示卷筒的三种布置方案填写下表:(表中轴的类型按承载情况分类)方 案 轴的类型 轴上应力 应力循环特性(a)(b)(c)图 7-1 2、如图 7-2 所示有一两级斜齿圆柱齿轮减速器,已知 Z1=28,Z2=70,34 Z3=126,齿轮 1、2 的中心距 a1=200mm,齿轮 2、3 的中心距 a2=400mm,齿宽
15、B=60mm,n1=1000r/min,P1=10KW,不计功率损失。(1)、求出各轴所受扭矩?;(2)、求出中间轴的直径(按许用弯曲应力计算)?(3)、设计并画出中间轴的结构图。图 7-2 3、已知某转轴传递功率 P=3KW,转速 n=600r/min,轴的材料选用 45 号钢,试初步确定轴的最小直径?4、试粗略分析图 7-3 所示,当两轴材料相同时,为什么低速轴 2 要比高速轴 1 的直径尺寸大?如果传动比 i=4,则轴 2 的直径是轴 1 的几倍?图 7-3 5、如图 7-4 所示,已知传动系统中的小齿轮轴输入功率 P=5.2KW,小齿轮轴转速 n=720r/min,带传动的压轴力为 F
16、Q=1500N,齿轮的法面模数 mn=3mm,螺旋角=120,Z1=21,b1=70mm,载荷有轻微的冲击,轴支点跨度 L=100mm,三根轴处于同一水平面内,轴的材料选用 45 号钢,试设计此齿轮轴。n 1 1 2 n1 2 1 3 34 图 7-4 6、已知一传动轴的直径 d=32mm,转速 n=900 r/min,如果轴上的剪应力不允许超过 70MPa,试问该轴能传递多大的功率?7、图 7-5 所示为二级齿轮减速器。已知:输入功率 P=5.5KW,一轴转速 n1=960 r/min,各级齿轮的参数如表 1 所示,试设计该系统的中间轴结构。图 7-5 表 1 齿轮参数 齿轮 齿数Z 模数(
17、mm)齿宽B(mm)分 度 圆螺 旋 角 轮齿 旋向 分度圆直径 d(mm)转速 n(r/min)mn mt 1 38 2 2.105 55 18.195 左 80 960 2 57 2 2.105 50 18.195 右 120 640 3 25 3 60 0 直齿 75 640 4 75 3 55 0 直齿 225 213 8、两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器中间轴的尺寸和结构如图 7-6 所示。轴的材料为 45 钢,调质处理,轴单向运转,齿轮与轴均采用 A 型普通平键联n1 2 1 n1 输出 输入 2 1 4 3 34 接,轴传递的扭矩 T=292N.m,轴的弯矩图见图 7-6 所示。试按
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