机械设计基础作业4

机械设计基础作业4
10 齿轮传动
思考题
10-1 齿轮传动中常见的失效形式有哪些？齿轮传动的设计计算准则有哪些？
在工程设计实践中，对于一般的闭式硬齿面、闭式软齿面和开式齿轮传动的设计计算准则是什么？
10-2 在齿轮传动设计时，提高齿轮的疲劳强度的方法有哪些？
10-3 与直齿轮传动强度计算相比，斜齿轮传动的强度计算有何不同？
10-4 如何确定齿轮传动中的许用接触强度和许用弯曲强度值？
10-5 根据齿轮的工作特点，对轮齿材料的力学性能有何基本要求？什么材料最适合做齿轮？为什么？
10-6 齿轮传动设计的流程怎样？如何用框图表示？
10-7 在齿轮结构设计时，齿轮的结构主要由什么参数决定？
习题
10-1 有一直齿圆柱齿轮传动，允许传递功率P，若通过热处理方法提高材料的
力学性能，使大、小齿轮的许用接触应力[σ
H2]、[σ
H1
]各提高30%，试问
此传动在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，抗疲劳点蚀允许传递
的扭距和允许传递的功率可提高百分之几？
10-2 单级闭式直齿圆柱齿轮传动中，小齿轮的材料为45钢调质处理，大齿轮的材料为ZG270-500正火，P=7.2kW，n1=960r/min，m=4mm，z1=25，z2=73，b
1
=84mm，b2=78mm，单向转动，载荷有中等冲击，用电动机驱动，试验算
此单级传动的强度。

10-3 已知开式直齿圆柱传动i=2.3，P=3.2kW，n1=150r/min，用电动机驱动，单向转动，载荷均匀，z1=21，小齿轮为45钢调质，大齿轮为45钢正火，试计算此单级传动的强度。

10-4 已知闭式直齿圆柱齿轮传动的传动比i=3.6，n1=1440r/min，P=25kW，长期双向转动，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，校核齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。

题图10-5 题图10-6
10-5 在题图10-5中，当轮2为主动时，试画出作用在轮2上的圆周力F t2、轴向力F a2和径向力F r2的作用线和方向。

10-6 设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如题图10-6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。

10-7 已知单级斜齿圆柱齿轮传动的P=18kW，n1=960r/min，电动机驱动，载荷平稳，双向转动。

已知i=2.3，z1=21，m n=3mm，β=16°15′，b1=85mm，b
2
=80mm，小齿轮材料为40MnB调质，大齿轮材料为35SiMn调质，试校核此闭式传动的强度。

10-8 设计一单级闭式斜齿轮传动，已知P=10kW，n1=1460r/min，i=3.3，工作机有中等冲击载荷。

要求采用电动机驱动，选用硬齿面材料，z1=19。

试设计此单级斜齿轮传动，校核疲劳强度。

10-9 已知闭式直齿圆锥齿轮传动的δ
1＋δ
2
=90°，i=2.7，z1=16，P=7.5kW，
n
1
=840r/min，用电动机驱动，载荷有中等冲击，要求结构紧凑，故大、小齿轮的材料均选为40Cr表面淬火，试计算此传动。

11 蜗杆传动
思考题
11-1 蜗杆传动的特点及应用场合是什么？
11-2 为什么蜗轮的端面模数是标准值？蜗杆传动的正确啮合条件是什么？
11-3 蜗杆直径系数的含义是什么？为什么要引入蜗杆直径系数？
11-4 蜗杆传动的传动比计算公式是什么？它是否等于蜗杆和蜗轮的节圆直径之比？
11-5 如何进行蜗杆传动的受力分析？各力的方向任何确定？与齿轮传动的受力分析有什么不同？
11-6 蜗杆传动的主要失效形式是什么？相应的设计准则是什么？
11-7 在蜗杆传动的强度计算中，为什么只考虑蜗轮的强度？蜗杆的强度任何考虑？蜗杆的刚度在什么情况下才需要计算？
11-8 蜗杆传动的效率受哪些因素影响？为什么具有自锁特性的蜗杆传动，其啮合效率通常只有40%左右？
11-9 为什么蜗杆传动要进行热平衡的计算？采用什么原理进行计算？当热平衡不满足要求时，可以采取什么措施？
习题
11-1 设某一标准蜗杆传动的模数m=5mm，蜗杆的分度圆直径d1=50mm，蜗杆的头数z1=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。

11-2 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。

11-3 图示为手动铰车中所采用的蜗杆传动。

已知m=8mm，d1=80mm ，z1=1，i=40，卷筒的直径D=250mm，试计算：（1）欲使重物上升1m，应转动蜗杆的转数；（2）设蜗杆和蜗轮间的当量摩擦系数为0.18，检验该蜗杆传动是否满足自锁条件；（3）设重物重Q=5kN，通过手柄转臂施加的力
F=100N，手柄转臂的长度l的最小值。

11-4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。

12 带传动
思考题
12-1 带传动主要类型有哪些？各有什么特点？
12-2 影响带传动工作能力的因素有哪些？
12-3 带速为什么不宜太高也不宜太低？
12-4 带传动中的弹性滑动和打滑是怎样产生的？对带传动有何影响？
12-5 带传动的主要失效形式是什么？设计中怎样考虑？
12-6 为什么带传动通常布置在机器的高速级？
12-7 带传动在什么情况下才会发生打滑？打滑通常发生在大带轮上还是小带轮上？刚开始打滑前，紧边拉力与松边拉力有什么关系？
12-8 何谓滑动率？滑动率如何计算？
12-9 带传动中带为何要张紧？如何张紧？
12-10 为什么V带轮轮槽槽角要小于40°？为什么V带轮的基准直径越小，轮槽槽角就越小？
12-13 试分析带传动中参数α1、D1、i和a的大小对带传动的影响。

12-14 试分析比较普通V带、窄V带、多楔带、同步齿形带和高速带传动的特点和应用范围。

习题
12-1 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 = 4500 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 d；(3)不考虑带传动的弹性滑动时大带轮的转速；(4)滑动率ε =0.015时大带轮的实际转速；(5)确定实际中心距。

12-2 题12-1中的普通V带传动用于电动机与物料磨粉机之间，作减速传动，每天工作8小时。

已知电动机功率P = 4 kW，转速n1=1460 r/min，试求所需A型带的根数。

12-3 一普通V带传动传递功率为P = 7.5 kW，带速υ = 10 m/s，紧边拉力是松边拉力的两倍，即F1=2F2，试求紧边拉力、松边拉力和有效拉力。

12-4 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n1= 1440 r/min，从动轮为n2= 600 r/min，允许误差±5%，两班制工作，希望中心距不超过650 mm。

12-5 在例题12-1中，已知大带轮轴的直径d = 50 mm，试确定大带轮的材料、各部分尺寸并绘制工作图。

13 链 传 动
思 考 题
13-1 与带传动相比，链传动有哪些优缺点？
13-2 滚子链是如何构成的？其最主要的参数是什么？对传动有何影响？ 13-3 为什么一般链节数选偶数，而链轮齿数多取奇数？
13-4 链传动中为什么小链轮的齿数不宜过少？而大链轮的齿数又不宜过多？ 13-5 何谓链传动的多边形效应？如何减轻多边形效应的影响？
13-6 在什么条件下链传动瞬时传动比为恒定？此时链速是否也恒定？ 13-7 链传动的紧边拉力和松边拉力各由哪几部分组成？
13-8 简述滚子链传动的主要失效形式和原因。

13-9 简述滚子链传动的布置、润滑和张紧要点。

13-10 简述齿形链传动的特点。

习 题
13-1 在如图所示链传动中，小链轮为主动轮，中心距a = (30～50) p 。

问在图a 、
b 所示布置中应按哪个方向转动才合理？两轮轴线布置在同一铅垂面内（图
c ）有什么缺点？应采取什么措施？
a ）
b ）
c ）
题图13-1
13-2 当其它条件相同时，试比较下列两种链传动设计方案的运动不均匀性和附
加动载荷，哪一种较好？为什么？
（１）p = 15.875 mm ，z 1=31；
（２）p = 31.75 mm ，z 1=15；
13-3 一单排滚子链传动，链轮齿数z 1=21、z 2=53、链型号为10A 、链长L p =100
节。

试求两链轮的分度圆、齿顶圆和齿根圆直径以及传动的中心距。

13-4 题13-3中，小链轮为主动轮，n 1= 600 r/min ，载荷平稳，试求：（1）此链
传动能传递的最大功率；（2）工作中可能出现的失效形式；（３）应采用何种润滑方式。

13-5 设计一往复式压气机上的滚子链传动。

已知电动机转速n 1=960 r/min ，功
率P = 3 kW ，压气机转速n 2=320 r/min ，希望中心距不大于650 mm （要求中心距可以调节）。

13-6 一单排滚子链传动，已知小链轮齿数z 1=17、采用10A 滚子链、中心距a =
500 mm ，水平布置，传递功率P = 1.5 kW ，主动链轮转速n 1=130 r/min 。

设工作情况系数K A =1.2，静力强度安全系数S = 7，试验算此链传动。

a
轴
思考题
14-1 轴的功用是什么？
14-2 什么是传动轴、心轴、转轴，他们的区别是什么？
14-3 分析一下自行车的前轴、中轴和后轴的受载情况，他们各属于什么轴？14-4 轴的一般设计步骤是什么？
14-5 轴的常用材料有那些？
14-6 为什么当轴的刚度不够时，选用合金钢来代替普碳钢效果不明显？
14-7 弯扭合成强度计算时，折算系数的意义是什么？
14-8 在什么情况下要作轴的刚度计算？
习题
14-1 有一台水泵，由电动机驱动，传递的功率P=4.5kW，轴的转速n=960 r/min，设计时，轴材料采用45号钢，试按强度要求计算出轴所需的最小直径。

14-2 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50 N/mm2，问此轴能传递多少功率？
14-3 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。

题图14-3
14-4 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z1=19，z2=72，若支承间跨距l=180mm（齿轮位于中央），轴材料为45号钢调质。

试计算减速器输出
轴的最小直径，并进行轴结构设计。

题图14-4
思考题
15-1 滑动轴承的性能特点有哪些？主要的应用场合有哪些？
15-2 滑动轴承的主要结构型式有哪几种？各有什么特点？
15-3 轴承材料应具备哪些性能？是否存在着能同时满足这些性能的材料？
15-4 非液体润滑轴承的设计依据是什么？限制p和pv的目的是什么？
15-5 液体动压润滑的必要条件是什么？叙述向心滑动轴承形成动压油膜的过程？
15-6 找出一滑动轴承应用实例，确定滑动轴承类型，分析其特点和采用滑动轴承的原因。

习题
15-1 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。

15-2 现有一非液体润滑径向滑动轴承，轴颈直径d=100mm，轴瓦宽度B=100mm，转速n=1200r/min，轴承材料ZChPbSb 16-16-2，试问该轴承能承受多大的径向载荷？
15-3 已知一推力轴承，其轴颈结构为空心，大径d0 =120mm，内径d1 =90mm，转速n =300r/min，轴瓦材料为青铜，试求该轴承能承受多大轴向载荷？
思考题
16-1 在机械设计中，选择滚动轴承类型的原则是什么？一般优先选用什么类型的轴承？
16-2 滚动轴承的代号由几部分组成？基本代号又分几项内容？基本代号中各部分代号是如何规定的？
16-3 滚动轴承的应力特性和主要失效形式是什么？
16-4 什么是滚动轴承的基本额定寿命？什么是滚动轴承的基本额定动载荷？16-5 当量动载荷的意义和用途是什么？如何计算？
16-6 滚动轴承寿命计算一般式是什么？考虑温度系数、载荷系数、可靠性系数后的计算公式是什么？
16-7 何时要进行滚动轴承的静载荷计算？
16-8 滚动轴承装置结构设计时应考虑哪些问题？
16-9 自行车前后轮采用的是何种轴承？有什么结构特点？
习题
16-1 试说明以下滚动轴承的类型、内径尺寸、精度：6210、7207C/P5、N208、31306、51205。

16-2 有一深沟球轴承，受径向载荷F r=8000N，常温下工作，载体平稳，转速n =1440r/min，要求设计寿命L h =5000h，试计算此轴承所要求的额定动载荷。

16-3 根据设计要求，在某一轴上安装一对7000C轴承（如图所示），已知两个轴承的径向载荷分别是：F r1=1000N，F r2=2060N，外加轴向力F a=880N，轴颈d=40mm，转速n =5000r/min，常温下运转，有中等冲击，预期寿命L h=2000小时，试选择轴承型号。

题图16-3
17 联轴器、离合器及制动器
思考题
17-1 什么是刚性联轴器？什么是弹性联轴器？两者有什么区别？
17-2 固定式刚性联轴器与可移式刚性联轴器的主要区别是什么？
17-3 可移式刚性联轴器与弹簧联轴器的异同点是什么？
17-4 参照机械设计手册，进一步了解联轴器、离合器和制动器的主要参数。

17-5 拆解自动车上的超越离合器，绘出工作简图。

17-6 观察、分析各种自动车上的制动器和制动系统，绘制出三种以上的制动系统原理简图。

习题
17-1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，
1
试选择联轴器类型和型号。

17-2 由交流电动直接带动直流发电机供应直流电。

已知所需最大功率P = 18～20kW，转速n =3000r/min，外伸轴轴径d=45mm。

（1）试为电动机与发电机之间选择一种类型的联轴器，并说明理由；（2）根据已知条件，定出型号。

18 弹簧
思考题
18-1 常用弹簧的类型有哪些？各用在什么场合？
18-2 对制造弹簧的材料有身哪些主要要求？常用的材料有哪些？
18-3 设计弹簧时为什么通常取弹旋绕比C为4～16？弹簧旋绕比C的含义是什么？
18-4 弹簧刚度k p的物理意义是什么？弹簧刚k p与哪些因素有关？
18-5 什么是弹簧的特性曲线？它与弹簧的刚度有什么关系？
18-6 圆柱螺旋拉，压弹簧受载后，弹簧丝截面上受有哪些载荷？各产生什么样的应力？
18-7 圆柱螺旋拉，压弹簧的弹簧丝最先损坏的一般是内侧还是外侧？为什么？18-8 当圆柱螺旋压缩弹簧有失稳可能时，可采用什么防止措施？
习题
18-1 已知一压缩螺旋弹簧的弹簧丝直径d＝6mm，中径D2= 33 mm，有效圈数n ＝10。

采用II组碳素弹簧钢丝，受边载荷作用次数在103-105次。

求：1）允许的最大工作载荷及变形量；2）若端部采用磨平端支承圈结构时（图18-8a），求弹簧的并紧高度H s和自由高度H 0；3）验算弹簧的稳定性。

18-2 试设计一能承受冲击载荷的弹簧。

已知：F1=40N，F2=240N，工作行程y＝
φ的芯轴，弹簧外径不大于45mm，材料用碳素弹簧钢丝40mm，中间有30
II制造。

18-3 设计一压缩螺旋弹簧。

已知：采用d＝8 mm的钢丝制造，D2=48mm。

该弹簧初始时为自由状态，将它压缩40mm后，需要储能25N.m。

求：1）弹簧刚度；2）若许用切应力为400N/mm２时，此弹簧的强度是否足够？3）有效圈数n。

18-4 试设计一受静载荷的压缩螺旋弹簧。

已知条件如下：当弹簧受载荷F1 = 178N时，其长度H1 = 89mm；当F2 = 1160N时，H2 = 54mm；该弹簧使用时
套在直径为30mm的芯棒上。

现取材料为碳素弹簧钢丝，并要求所设计弹簧的尺寸尽可能小。

18-5 一扭转螺旋弹簧用在760mm的门上。

当门关闭时，手把上加4.5N的推力
180后，手把上的力为13.5N。

若材料的许用力才能把门打开。

当门转到
2
σ。

求：1）该弹簧的弹簧丝直径d和平均直径2D；2）所需
]
[=
N/mm
1100
的初始角变形；3）弹簧的工作圈数。

题图18-5
19 机械传动系统设计
思考题
19-1 传动系统与工作机的作用有何不同？是否所有的机器都有传动系统？
19-2 选择传动类型的基本原则是什么？
19-3 选择传动路线的主要依据是什么？是否根据工作机的多少确定？
19-4 布置传动机构顺序时，应考虑哪些因素？
19-5 自行车链传动的主动大链轮齿数z1 = 48，小链轮齿数z2 = 18，车轮直径为28英寸（D = 711.2mm）。

试问：
（1）自行车为什么采用增速传动？能否采用带传动？为什么？
（2）自行车行走1公里时，车轮、大链轮和小链轮各要转几圈？
19-6 给出五种把回转运动变为直线运动的机构，画出机构运动简图并说明其特点。

习题
19-1 图示为一运输机的传动方案，试分析该方案中各级传动安排有何不合理之处，并画出正确的传动方案图。

19-2 立式搅拌机由电动机远距离传动，连续工作，搅拌机转速n= 40 r/min，电动机转速n d = 1440 r/min，功率P = 5.5 kW。

试设计两种以上传动方案，
并作比较。

19-3 图示为一螺旋推力机传动装置，已知电动机功率P d= 5.5 kW，转速n = 1440 r/min，各齿轮齿数z1=26，z2=156，z3=22，z4=55，螺杆螺距P = 6 mm，
取工作机效率ηw=0.82（包括螺旋传动和轴承效率），滚动轴承效率η承
=0.98，联轴器效率η联=0.99，试求：
（1）传动装置的运动和动力参数；
（2）螺旋的推力F；
（3）被推物料的移动速度υ ；
（4）根据以上数据，分析该传动方案是否合适，并另外提出三种传动方案（其中包括一种不用螺旋机构的推力机方案）。

11。