機械設(shè)計作業(yè)

第一章緒論

分析與思考題

1-1機器的基本組成要素是什么？

?2什么是零件？什么是構(gòu)件？什么是部件？試各舉三個實例。

?3什么是通用零件？什么是專用零件？試各舉三個實例。

1-4“機械設(shè)計”課程研究的內(nèi)容是什么？

第三章機械零件的強度

一、選擇與填空題

3-1零件表面的強化處理方法有、、等。

3-2零件的截面形狀一定，當(dāng)截面尺寸增大時，其疲勞極限值將隨之。

（1）增高⑵不變⑶降低

3-3機械零件受載時，在________________處產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力集中的程度通常隨材料

強度的增大而.

3-4在載荷的幾何形狀相同的情況下，鋼制零件間的接觸應(yīng)力鑄鐵零件間的

接觸應(yīng)力，這是因為鋼材的彈性模量____________鑄鐵的彈性模量。

（1）大于（2）等于（3）小于

3-5兩零件的材料的幾何尺寸都不相同，以曲面接觸受載時，兩者的接觸應(yīng)力值________。

（1）相等（2）不相等（3）是否相等與材料和幾何尺寸有關(guān)

二、分析與思考題

3-6試舉例說明什么零件的疲勞破壞屬于低周疲勞破壞？什么零件的疲勞破壞屬于高周疲

勞破壞？

3-7在材料的疲勞曲線上，為何需要人為規(guī)定一循環(huán)基數(shù)N。，并將對應(yīng)的極限應(yīng)力稱為材

料的疲勞極限？

3-8圖示各零件均受靜載荷作用，試判斷零件A點的應(yīng)力是靜應(yīng)力還是變應(yīng)力，并確定應(yīng)

力比r的大小或范圍。

題3-8圖

3-9彎曲疲勞極限的結(jié)合影響系數(shù)K。的含義是什么？它與哪些因素有關(guān)？它對零件的疲

勞強度和殂強度各有何影響？

3-10零件的等壽命疲勞曲線與材料試件的等壽命疲勞曲線有何區(qū)別？在相同的應(yīng)力變化

規(guī)律下，零件和材料試件的失效形式是否總是相同的？為什么？

3-11試說明承受循環(huán)變應(yīng)力的機械零件，在什么情況下可按靜強度條件計算？什么情況下

需按疲勞強度條件計算？

3-12在單向穩(wěn)定變應(yīng)力下工作的零件，如何確定其極限應(yīng)力？

3-13疲勞損傷線性累積假說的含義是什么？寫出其數(shù)學(xué)表達式。

3-14在雙向穩(wěn)定變應(yīng)力下工作的零件，怎樣進行疲勞強度計算？

3-15影響機械零件疲勞強度的主要因素有哪些？提高機械零件疲勞強度的措施有哪些?

3-16導(dǎo)致機械結(jié)構(gòu)發(fā)生低應(yīng)力斷裂的原因有哪些？

3-17機械結(jié)構(gòu)的裂紋是否會失穩(wěn)擴展，是如何判定的？

三，設(shè)計計算題

3-18某材料的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限6-1=350Mpa,屈服極限6s=550Mpa,強度極限

5

6B=750Mpa,循環(huán)基數(shù)No=5*10,,m=9,試求對稱循環(huán)次數(shù)N分別為5*10,次、5*10

次、5*10,次時的極限應(yīng)力。

3-19某零件如圖所示，材料的強度6B=650Mpa,

表面精車，不進行強化處理。試確定IT截面處的

彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)K。和剪切疲勞極限的

綜合影響系數(shù)K、。

題3-19圖

3-20一零件由45鋼制成，材料的力學(xué)性能為:6s=360Mpa,6-=300Mpa,%=0.2。已知

零件上的最大工作應(yīng)力6皿=190Mpa,最小工作應(yīng)力6min=110Mpa,應(yīng)力變化規(guī)律為6=

常數(shù)，彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)K.=2.0,試分別用圖解法確定該零件的計算安全系數(shù)。

150-

100-

50-

50100150200250300350400am

3-21某材料受彎曲變應(yīng)力作用，其力學(xué)性能為：6T=350Mpa,m=9,N。=5*10,?，F(xiàn)用此材

料的試件進行試驗，以對稱循環(huán)變應(yīng)力61=500Mpa作用104次，62=400Mpa作用IO,次，

存§=300Mpa作用10,次。試確定：

（1）該試件在此條件下的計算安全系數(shù)；

（2）如果試件再作用6=450Mpa的應(yīng)力，還能循環(huán)多少次試件才破壞？

3-22轉(zhuǎn)軸的局部結(jié)構(gòu)如題3-19圖所示。已知軸的IT截面承受的彎矩M=300N*m，扭矩

T=800N*m,彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)。軸材料為40Cr調(diào)質(zhì)，6=355Mpa,

T-1=200Mpa,y6=0.2,w,=0.1。設(shè)心=2.2,Kt=l.8,試計算考慮彎矩和扭矩共同作用時

的計算安全系數(shù)Sea.

3-23某氣缸蓋螺栓連接，螺栓桿應(yīng)力的均值us=525Mpa,其標(biāo)準(zhǔn)差6s=30Mpa,螺栓材料強

度極限的均值口r=600Mpa,其標(biāo)準(zhǔn)差6r=40Mpao若應(yīng)力和強度極限均服從正態(tài)分布，試求該螺

栓連接的可靠度。（第3版）

第五章螺紋連接和螺旋傳動

一、選擇題與填空題

5-1普通螺紋的公稱直徑指的是螺紋的,計算螺紋的磨擦力矩時使用的是

螺紋的,計算螺紋危險截面時使用的是螺紋的.

5-2螺紋升角W增大，則連接的自鎖性,傳動的效率；牙型角a增大，

則連接的自鎖性，傳動的效率.

（1）提高（2）不變（3）降低

5-3在校制孔用螺栓連接中,螺栓桿與孔的配合為.

（1）間隙配合（2）過渡配合（3）過盈配合

5-4在螺栓連接的破壞形式中，約有臉勺螺栓屬于疲勞破壞，疲勞斷裂常發(fā)

生在____________________。

5-5在承受橫向載荷或旋轉(zhuǎn)力矩的普通緊螺栓組連接中，螺栓桿作用。

（1）受應(yīng)切力（2）受拉應(yīng)力（3）受扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力和拉應(yīng)力（4）既可能只受切應(yīng)力又可

能只受拉應(yīng)力

5-6緊螺栓連接受軸向外載荷。假定螺栓的剛度a與被連接件的剛度a相等，連接的預(yù)

緊力為F。，要求受載后接合面不分離，當(dāng)外載荷F等于預(yù)緊力F。時，則。

（1）被連接件分離，連接失效（2）被連接件即將分離，連接不可靠（3）連接可靠,

但不能繼續(xù)再加載（4）連接可靠，只要螺栓強度足夠，還可以繼續(xù)加大外載荷F

二、分析與思考題

5-7常用螺紋有哪幾種類型？各用于什么場合？對連接螺紋和傳動螺紋的要求有何不同？

5-8在螺栓連接中，不同的載荷類型在求不同的螺紋余留長度，這是為什么？

5-9連接螺紋都具有良好的自鎖性，為什么有時還需要防松裝置？試各舉出兩個機械防松

和摩擦防松的例子。

5-10普通螺栓連接和錢制孔用螺栓連接的主要失效形式是什么？計算準(zhǔn)則是什么？

5-11計算普通螺栓連接時，為什么只考慮螺栓截面的拉伸強度，而不考慮螺栓頭、螺母和

螺紋牙的強度？

5-12普通緊螺栓連接所受到的軸向工作載荷或橫向工作載荷為脈動循環(huán)時，螺栓上的總載

荷是什么循環(huán)？

5-13螺栓的性能等級為8.8級，與它相配的螺母性能等級應(yīng)為多少？性能等級數(shù)字代號的

含義是什么？

5-14在什么情況下，螺栓連接的安全系數(shù)大小與螺栓直徑有關(guān)？試說明其原因。

5-15緊螺栓連接所受軸向變載荷在0-F間變化，當(dāng)預(yù)緊力F。一定時，改變螺栓或被連接

件的剛度，對螺栓連接的疲勞強度和連接的緊密性有何影響？》

5-16在保證螺栓連接緊密性要求和靜強度要求的前提下，要提高螺栓連接的疲勞強度，應(yīng)

如何改變螺栓和被連接件的剛度及預(yù)緊力大?。吭囃ㄟ^受力變形線圖來說明。

5-17為什么螺母的螺紋圈數(shù)不宜大于10?通常采用哪些結(jié)構(gòu)形式可使各圈螺紋牙的載荷

分布趨于均勻？

5-18滑動螺旋的主要失效形式是什么？其基本尺寸(即螺桿直徑及螺母高度)通常是根據(jù)

什么條件確定的？

5-19滾動螺旋傳動與滑動螺旋傳動相比較，有何優(yōu)缺點？

三、設(shè)計計算題

5-20材如圖所示，兩根梁用8個4.6級普通螺栓與兩塊鋼蓋板相連接，梁受到的拉力

F=28kN,摩擦系數(shù)f=0.2,控制預(yù)緊力，試確定所需累栓的直徑。

解：已知螺栓數(shù)目z=8,接合面數(shù)i=2,取防滑系數(shù)Ks=l.2,則螺栓所需預(yù)緊力F。為

F02KsF/fzi=l.2*28000N/0.2*8*2=10500N

查教材中的表5-8,得6s=20MPa,查表5-10,取安全系數(shù)S=l.3,貝曙6]=6/s

=(240/1.3)Mpa=184.6Mpa,所需螺栓的直徑

di2V4*1.3*FO/TT*[6]=-J4*1.3*10500/Tt*184.6mm=9.7mm

取整后得螺栓尺寸d=10mm,螺紋為M10o

注：解中有兩處錯誤，請指出錯處并說明錯誤原因。

5-21如圖所示一牽引鉤用2個M12(dl=10.106mm)的普通螺栓固定于機體上，已知接合

面間磨擦系數(shù)f=0.2,防滑系數(shù)鼠=1.2,螺栓材料強度級別為6.8級，安全系數(shù)S=3,試計算

該螺栓組連接允許的最大牽引力F。

5-22圖示為一氣缸蓋螺栓組連接。已知氣缸內(nèi)的工作壓力p在0?1.5Mpa之間變化，缸蓋

與缸體均為鋼制，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示。為保證氣密性要求，試選擇螺栓材料，并確定螺栓

數(shù)目和尺寸。

350

5-23圖示凸緣聯(lián)軸器(GB/T5843-2003)的型號為YLD10,允許傳遞最大轉(zhuǎn)矩T=630N*m,

兩半聯(lián)軸器采用4個M12的錢制孔用螺栓連接，螺栓規(guī)格為M12*60(GB/T27-1988),螺紋段

長22mm,螺栓的性能等級為8.8級，聯(lián)軸器材料為HT200,試校核其連接強度。

5-24受軸向載荷的緊螺栓連接，被連接鋼板間采用橡膠墊片，螺栓的相對剛度為0.9。

已知預(yù)緊力Fo=15OON,當(dāng)軸向工作載荷F=1000N時，求螺栓所受的總拉力及被連接件之間的

殘余預(yù)緊力。

5-25較制孔用螺栓組連接的三種方案如圖所示。已知L=300mm,a=60mm,試求螺栓連接的

三個方案中，受力最大的螺栓所受的力各為多少？哪個方案較好？

5-26如圖所示的底板螺栓組連接受外力理的作用。外力F。作用在包含x軸并垂直于底板

接合面的平面內(nèi)。試分析底板螺栓組的受力情況，并判斷哪個螺栓受力最大？保證連接安全

工作的必要條件有哪些？

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析題

5-27試指出下列圖中的錯誤結(jié)構(gòu)，并畫出正確性的結(jié)構(gòu)圖。

（c）較制孔用螺栓嬲

d）紫瑪抽接（e）吊環(huán)黑釘連卷(F)躺■

題5-27圖

第七章鐘接、焊接、膠接和過盈連接

一，選擇與填空題

7-1沿受載方向，同一列的制釘數(shù)目不宜過多，這是由于。

7-2電弧焊縫大體上可分為與兩類，前者用于連接

的被焊件，后者用于連接的被焊件。

7-3設(shè)計膠接接頭時，應(yīng)盡可能使膠縫承受或載荷。

7-4影響過盈連接承載能力最為敏感的因素是配合面的.

（1）直徑尺寸（2）長度尺寸（3）表面粗糙度（4）過盈量

（5）磨擦系數(shù)

7-5在過盈連接中，當(dāng)其他條件相同時，僅將實心軸改為空心軸，則連接所能傳遞的載荷

將O

（1）增大（2）不變（3）減小

二、分析與思考題

7-6斜縫有哪些類型？各應(yīng)用在什么場合？

7-7鉀釘連接的破壞形式有哪些？怎樣校核佛縫的強度？

7-8什么叫焊縫的強度系數(shù)？怎樣才能使對接焊縫的強度不低于母板的強度？

7-9在什么情況下采用不對稱側(cè)面焊縫？如何分配兩側(cè)焊縫的長度？

7-10膠粘劑通常分為哪幾類？各適用于什么場合？

7-11與鉀接和焊接相比較，膠接的主要優(yōu)缺點是什么？

7-12過盈連接有哪幾種裝配方法？當(dāng)過盈量相同時，哪種裝配方法的連接緊固性好？

7-13過盈連接的承載能力是由哪些因素決定的？

7-14在對過盈連接進行驗算時，若發(fā)現(xiàn)包容件或被包容件的強度不夠時，可采取哪些措施

來提高連接強度？

三、設(shè)計計算題

7-15如圖所示的鉀接接頭承受靜載荷F=200kN,鉀釘材料為Q215鋼，被鉀釘材料為Q235

鋼，被釧釘?shù)膶挾萣=180mm,厚度6=10mm,釘孔是在兩被鐘件上分別按樣板鉆孔。設(shè)鉀釘直

徑d=23,節(jié)距t=3d,邊距e=2.5d,試校核該抑縫的強度。

題7-15圖題7-16圖

7-16焊接接頭如圖所示，被焊件材料均為Q235鋼，b=170mm,bl=80mm,6=12mm,承受靜載

荷F=400kN,設(shè)采用E4303號焊條手工焊接，試校核該接頭的強度。

7-17鑄錫磷青銅蝸輪輪圈與鑄鋼輪芯采用過盈連接，尺寸如圖所示，采用H7/s6配合，配

合表面粗糙度Ra均為0.8口m,磨擦系數(shù)f=0.1,設(shè)連接零件本身的強度足夠，試求：

(1)用壓入法裝配時，該連接允許傳遞的最大轉(zhuǎn)矩是多少？

(2)用脹縮法裝配時，該連接允許傳遞的最大轉(zhuǎn)矩是多少？

7-18小齒輪與軸為過盈連接，尺寸如圖所示，材料均為45鋼，采用H7/p6配合，孔與軸

配合表面粗糙長Ra均為0.8口m,用壓入法裝配。試求：

60

題7-17圖題7-18圖

(1)配合表面間單位面積上的最大壓力；

(2)所需的最大壓入力；

(3)各零件中的最大應(yīng)力。

四、連接篇綜合題

7-19軸和輪轂分別采用切向鍵連接、漸開線花鍵連接和脹緊連接。已知軸的直徑d=100mm,

輪轂寬度L=150mm,軸和輪轂的材料均為碳鋼，取許用擠壓應(yīng)力［6」=100Mpa。漸開線花鍵的

模數(shù)m=5mm,齒數(shù)z=19,外花鍵的大徑D=100mm,分度圓壓力角a=30。脹緊連接采用兩個

Z2型脹套串聯(lián)。試計算這三種連接各允許傳遞的最大轉(zhuǎn)矩？

7-20如圖所示，兩軸通過凸緣聯(lián)軸器連接，已知聯(lián)軸器的型號為YLD6,軸的直徑d=30mm,

軸伸長度L=60mm,聯(lián)軸器與軸采用A型普通平鍵連接，鍵長L=50mm,兩半聯(lián)軸器用4個M8

的普通螺栓連接，螺栓中心分布圓直徑灰=90皿，螺栓的性能等級為8.8級，不控制預(yù)緊力。

軸的材料為45鋼，聯(lián)軸器的材料為HT200。試計算此聯(lián)軸器所允許傳遞的最大轉(zhuǎn)矩(載荷平

穩(wěn))。

題7-20圖

第九章鏈傳動

一，選擇與填空題

9-1與齒輪傳動相比較，鏈傳動的主要特點之一是.

(1)適合于高速(2)制造成本高(3)安裝精度要求較低(4)有過載保護

9-2滾子鏈?zhǔn)怯蓾L子、套筒、銷軸、內(nèi)鏈板和外鏈板組成，其之間、一

之間分別為過盈配合，而——之間、——之間分別為間隙配合。

9-3鏈條的磨損主要發(fā)生在______________________的接觸面上.

9-4在鏈傳動中，鏈輪的轉(zhuǎn)速，節(jié)矩，齒數(shù),則傳動的動載荷

越大。

9-5鏈傳動的主要失效形式有四種。在潤滑良好、中等速

度的鏈傳動中。其承載能力主要取決于.

二、分析與思考題

9-6與帶傳動相比，鏈傳動有何優(yōu)缺點？

9-7在多排鏈傳動中，鏈的排數(shù)過多有何不利？

9-8對鏈輪材料的基本要求是什么？對大、小鏈輪的硬度要求有何不同？

9-9齒形鏈與滾子鏈相比，有何優(yōu)缺點？

9-10國家標(biāo)準(zhǔn)對滾子鏈齒形是如何規(guī)定的？

9-11為什么鏈傳動的平均傳動比是常數(shù)，而在一般情況下瞬時傳動比不是常數(shù)？

9-12鏈傳動的額定功率曲線是在什么條件下得到的？當(dāng)所設(shè)計的鏈傳動與上述條件不符

合時，要進行哪些項目的修正？

9-13若只考慮鏈條較鏈的磨損，脫鏈通常發(fā)生在哪個鏈輪上？為什么？

9-14為什么小鏈輪齒數(shù)不宜過多或過少？

9-15鏈節(jié)距的大小對鏈傳動有何影響？在高速重載工況下，應(yīng)如何選擇滾子鏈？

9-16鏈傳動的中心距一般取為多少？中心距過大或過小對傳動有何不利？

9-17鏈傳動有哪幾種潤滑方式？設(shè)計時應(yīng)如何選擇潤滑方式/

9-18有一鏈傳動，小鏈輪主動，轉(zhuǎn)速m=900r/min,齒數(shù)ZF25,z?=75。現(xiàn)因工作需要，擬

將大鏈輪的轉(zhuǎn)速降低到n2=250r/min,鏈條長度不變，試問：

(1)若從動輪齒數(shù)不變，應(yīng)將主動輪齒數(shù)減小到多少？此時鏈條所能傳遞的功率有何變

化？

(2)若主動輪齒數(shù)不變，應(yīng)將主動輪齒數(shù)增大到多少？此時鏈條所能傳遞的功率有何變

化？

三、設(shè)計計算題

9-19滾子鏈傳動傳遞的功率P=8.5kW,工況系數(shù)KA=1.2,主動鏈輪轉(zhuǎn)速m=960r/min,齒

數(shù)々=21,從動鏈輪轉(zhuǎn)速n2=330r/min,中心距aW600mm,鏈節(jié)距p=12.7mm,試計算需要幾排

鏈。

9-20單排滾子鏈傳動，主動鏈輪轉(zhuǎn)速ni=600r/min,齒數(shù)為=21,從動鏈輪齒數(shù)々=105,

中心距a=910mm,該鏈的節(jié)矩p=25.4mm,工況系數(shù)KA=1.2,試求鏈傳動所允許傳遞功率

Po

9-21設(shè)計一輸送裝置用的鏈傳動。已知傳遞的功率P=16.8kW,主動輪轉(zhuǎn)速nl=960r/niin,

傳動比i=3.5,原動機為電動機，工作載荷沖擊較大，中心距a〈=800nnn,水平布置。

第H—章蝸桿傳動

一，選擇與填空題

ii-i在蝸桿傳動中，蝸桿頭數(shù)越少，則傳動效率越,自鎖性越=一

般蝸桿頭數(shù)常取O

11-2對滑動速度vs24m/s的重要蝸桿傳動，蝸桿的材料可選用進行

處理；蝸輪的材料可選用o

11-3對閉式蝸桿傳動進行熱平衡計算，其主要目的是為了防止溫升過高導(dǎo)致—

(1)材料的機械性能下降(2)潤滑油變質(zhì)(3)蝸桿熱變形過大(4)潤滑條件惡化

11-4蝸桿傳動的當(dāng)量磨擦系數(shù)fv隨齒面相對滑動速度的增大面____________o

(1)增大(2)不變(3)減小

11-5蝸桿傳動的相對滑動速度vs<5m/s時采用潤滑；vs>10m/s時應(yīng)采用

_______潤滑。

二、分析與思考題

11-6蝸桿傳動與齒輪傳動相比有何特點？常用于什么場合？

11-7與普通圓柱蝸桿傳動相比，圓弧圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸桿傳動各有何特

點？各適用于什么場合？

11-8普通圓柱蝸桿主要有哪幾種類型？其中哪幾種蝸桿不便于磨削，精度較低/

11-9在車床上用直線刀刃的刀具加工蝸桿，什么情況下用單刀？什么情況下用雙刀？為什

么？

11-10在普通圓柱蝸桿傳動中，為什么將蝸桿的分度圓直徑規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)值？

11-11采用變位蝸桿傳動的目的是什么？變位蝸桿傳動與變位齒輪傳動相比有何特點？

11-12影響蝸桿傳動效率的主要因素有哪些？為什么傳遞大功率時很少用普通圓柱蝸桿傳

動？

11-13蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力，有的與相對滑動速度大小有關(guān)，而與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)無關(guān),

有的則相反，試說明原因。

11-14對于蝸桿傳動，下面三式有無錯誤？為什么？

(1)i—Wi/w2-Di/ri2~zi/z2—d2/di;

(2)a-(di+d2)/2=m(zi+z2)/2;

(3)F1z=2T)d2=2Tii/d2=2Ti/di=Fti。

11-15圖示蝸桿傳動均是以蝸桿為主動件。試在圖上標(biāo)出蝸輪(或蝸桿)的轉(zhuǎn)向，蝸輪齒

的螺旋線方向，蝸桿、蝸輪所受各分力的方向。

題11-15圖

11-16蝸桿傳動中為何常以蝸桿為主動件？蝸輪能否作為主動件？為什么？

11-17圖示為簡單手動起重裝置。若按圖示方向轉(zhuǎn)動蝸桿，提

升重物G,試確定：

(1)蝸桿和蝸輪齒的旋向；

(2)蝸輪所受作用力的方向(畫出)；

(3)當(dāng)提升重物或降下重物時，蝸輪輪齒是單側(cè)受載還是雙側(cè)

受載？

11-18在動力蝸桿傳動中，蝸輪的齒數(shù)在什么范圍內(nèi)選??？齒

數(shù)過多或過少有何不利？

11-19選擇蝸桿、蝸輪材料的原則是什么？

11-20蝸桿傳動設(shè)計中為何特別重視發(fā)熱問題？如何進行熱平題11T7圖

衡計算？常用的散熱措施有哪些？

11-21為什么蝸桿傳動要進行蝸桿的剛度計算？對于常用的兩端支承蝸桿軸如何進行剛度

計算？

11-22為什么普通圓柱蝸桿傳動的承載能力主要取決于蝸輪輪齒的強度，用碳鋼或合金鋼

制造蝸輪有何不利？

三、設(shè)計計算題

11-23圖示為某起重設(shè)備的減速裝置。已知各輪齒數(shù)ZI=Z2=20,Z3=60,ZF2,Z5=40,輪1轉(zhuǎn)向

如圖所示，卷筒直徑D=136mm。試求：

(1)此時重物是上升還是下降？

(2)設(shè)系統(tǒng)效率n=0.68,為使重物上升，施加在輪1上的驅(qū)動力矩Ti=10N*m,問重物的

重量是多少？

11-24蝸輪滑車如圖所示,起重力F=10kN,蝸桿頭數(shù)zi=2,模數(shù)m=6.3mm，分度圓直徑di=63mm,

蝸輪齒數(shù)Z2=40,卷筒直徑D=148mm,蝸桿傳動的當(dāng)量磨擦系數(shù)f,=0.1,軸承、濺油和鏈傳動

的功率損失為8%,鏈輪直徑D'=350mm,試求工人加在鏈上的作用力F',并驗算蝸桿傳動是

否有自鎖。

題11-23圖題11-24圖

11-25試設(shè)計輕紡機械中的一單級蝸桿減速器，傳動功率Pi=8.5kW,主動軸轉(zhuǎn)速

m=1460r/min,傳動比i=20,載荷平穩(wěn)，單向工作，長期連續(xù)運轉(zhuǎn)，潤滑情況良好，工作壽

命Lh=15000h。

11-26已知一蝸桿傳動，蝸桿為主動，轉(zhuǎn)速ni=1440r/min,蝸桿頭數(shù)zi=2,模數(shù)m=4mm,蝸

桿直徑系數(shù)q=10,蝸桿材料為鋼，齒面硬度大于45HRC,磨削，蝸輪材料為錫青銅，求該傳

動的嚙合效率。

11-27設(shè)計用于帶式輸送機的普通圓柱蝸桿減速器，傳遞功率Pk7.5kW,蝸桿轉(zhuǎn)速

m=970r/min,傳動比i=18,由電動機驅(qū)動，載荷平穩(wěn)。蝸桿材料為20Cr,滲碳碎火，硬度大

于58HRCo蝸輪材料為ZcuSnlOPL金屬模鑄造。蝸桿減速器每日工作8h,工作壽命為7年（每

年250個工作日）。

四、傳動篇綜合題

11-28在圖示傳動系統(tǒng)工程，件1、5為蝸桿，件2、6為蝸輪，件3、4為斜齒圓柱齒輪，

件7、8為直齒錐齒輪。已知蝸桿1為主動，要求輸出齒輪

8的回轉(zhuǎn)方向如圖所示。試確定：

（1）各軸的回轉(zhuǎn)方向（畫在圖上）；

（2）考慮I、II、III軸上所受軸向力能抵消一部分,

定出各輪的螺旋線高向（畫在圖上）；

（3）畫出各輪的軸向分力的方向。

11-29圖示為三級減速裝置傳動方案簡圖，要求總傳動

比i=50,這樣布置是否合理？為什么？試畫出合理的傳動

方案簡圖（不采用蝸桿傳動）。

題11-28圖

題11-29圖

第十三章滾動軸承

一、選擇與填空題

13-1說明下列型號滾動軸承的類型、內(nèi)徑、公差等級、尺寸系列和結(jié)構(gòu)特點：6306、

513n6、N316、30306、6306/P5、30206?并指出其中具有下列特征的軸承：

(1)徑向承載能力最高和最低的軸承分別是和；

(2)軸向承載能力最高和最低的軸承分別是和；

(3)極限轉(zhuǎn)速最高和最低的軸承分別是和;

(4)公差等級最高的軸承是；

(5)承受軸向徑向聯(lián)合載荷的能力最高的軸承是o

13-2若一滾動軸承的基本額定壽命為537000轉(zhuǎn)，則該軸承所受的當(dāng)量動載荷基本額定

動載荷。

(1)大于(2)等于(3)小于

13-3在保證軸承工作能力的條件下，調(diào)心軸承內(nèi)、外圈軸線間可傾斜的最大角度為

，而深溝球軸承內(nèi)、外圈軸線間可傾斜的最大角度為o

(1)3'?4'(2)8'?16'(3)1°?2°(4)2°?3°

13-4滾動軸承的內(nèi)徑和外徑的公差帶均為,而且統(tǒng)一采用上偏差為

，下偏差為的分布。

13-5采用流動軸承軸向預(yù)緊措施的主要目的是。

(1)提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度(2)提高軸承的承載能力(3)降低軸承的運轉(zhuǎn)噪聲(4)

提高軸承的使用壽命

13-6各類流動軸承的潤滑方式，通?？筛鶕?jù)軸承的來選擇。

(1)轉(zhuǎn)速n(2)當(dāng)量動載荷P(3)軸頸圓周速度v(4)內(nèi)徑與轉(zhuǎn)速的乘積dn

13-7若滾動軸承采用脂潤滑，則其裝脂量一般為軸承內(nèi)部空間容積的。

二、分析與思考題

13-8寫出滾動軸承的類型代號及名稱，并說明各類軸承能承受何種載荷（徑向或軸向）？

13-9為什么30000型和70000型軸承成對使用？成對使用時,什么叫正裝及反裝？什么

叫“面對面”及“背靠背”安裝？試比較正裝與反裝的特點。

13-10流動軸承的各元件一般采用什么材料及熱處理方式？

13-11流動軸承基本額定動載荷C的含義是什么？當(dāng)滾動軸承上作用的當(dāng)量動載荷不

超過C值時，軸承是否就不會發(fā)生點蝕破壞？為什么？

13-12對于同一型號的滾動軸承，在某一工況條件下的基本額定壽命為L。若其他條件

不變，僅將軸承所受的當(dāng)量動載荷增加一倍，軸承的基本額定壽命將為多少？

13-13滾動軸承常見的失效形式有哪些？公式L=（C/P）‘是針對哪種失效形式建立起來

的？計算出的L是什么含義？

13-14你所學(xué)過的滾動軸承中，哪幾類滾動軸承是內(nèi)、外圈可分離的？

13-15什么類型的滾動軸承在安裝時要調(diào)整軸承游隙？常用哪些方法調(diào)整軸承游隙？

13-16滾動軸承支承的軸系，其軸向固定的典型結(jié)構(gòu)形式有三類：（1）兩支點各單向固

定；（2）一支點雙向固定，另一支點游動；（3）兩支點游動。試問這三種類型各適用于什么

場合？

13-17滾動軸承的組合結(jié)構(gòu)中為什么有時要采用預(yù)緊結(jié)構(gòu)？預(yù)緊方法有哪些？

13-18滾動軸承的回轉(zhuǎn)套圈的不回轉(zhuǎn)套圈與軸或機座裝配時所取的配合性質(zhì)有何不同？

常選用什么配合？其配合松緊程度與圓柱公差標(biāo)準(zhǔn)中相同配合有何不同？

13-19在錐齒輪傳動中，小錐齒輪的軸常支承在套杯里，采用這種結(jié)構(gòu)形式有何優(yōu)點？

13-20滾動軸承常用的潤滑方式有哪些？具體選用時應(yīng)如何考慮？

13-21接觸式密封有哪幾種常用的結(jié)構(gòu)形式？分別適用于什么速度范圍？

13-22在唇形密封圈結(jié)構(gòu)中，密封唇的方向與密封要求何關(guān)系？

三、設(shè)計計算題

13-23如圖所示，軸的兩端正裝兩個角接觸球軸承，已知軸的轉(zhuǎn)速n=750r/min,軸上的

徑向力F1e=2300N,軸向力Fae=600N?試計算該對軸承的壽命1。（已知：C=22500N,

e=0.68,Fd=0.68Fr,X=0.41,Y=0.87,fP=l.5,ft=l.0）

13-24如圖所示，軸上裝有一斜齒圓柱齒輪，軸支承在一對正裝的7209AC軸承上。齒輪

輪齒上受到圓周力Fe=8100N,徑向力%=3052N,軸向力F―2170N,轉(zhuǎn)速n=300r/min,載

荷系數(shù)f0=L2o試計算兩軸承的基本額定壽命（以h計）。

13-25一根裝有小錐齒輪的軸似用圖示的支

承方案，兩支點均選用圓錐滾子軸承。圓錐齒輪

傳遞的功率P=4.5kW（平穩(wěn)）,轉(zhuǎn)速n=500r/min,

平均分度圓半徑r?=100mm,錐角8=16,要求軸頸

直徑d>20mm?其他尺寸如圖所示。若希望軸承的

基本額定壽命能超過60000h,試選擇合適的軸承

型號。

題13-25圖

13-266251軸承受徑向載荷F1=45.6kN,軸向載荷L=6.3kN,載荷平穩(wěn),fP=l.O?試計

算其當(dāng)量動載荷Po若在此當(dāng)量動載荷作用下要求該軸承能正常旋轉(zhuǎn)10,轉(zhuǎn)，其可靠度約為

多少？

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析題

13-27按要求在給出的結(jié)構(gòu)圖中填畫合適的軸承（圖中箭頭示意載荷方向）

（d）游動支承（e）單向固定支承⑴承受單向推力支承

題13-27圖

第十五章軸

一、選擇與填空題

15-1軸上安裝有過盈連接零件時，應(yīng)力集中將發(fā)生在軸上0

（1）輪轂中間部位（2）沿輪轂兩端部位（3）距離輪轂端部為1/3輪轂長度處

15-2某45鋼軸的剛度不足，可采取措施來提高其剛度。

（1）改用40CCr（2）淬火處理（3）增大軸徑（4）增大圓角半徑

15-3按彎扭合成強度條件計算軸的應(yīng)力時，公式中折合系數(shù)是考慮o

（1）材料抗彎與抗扭的性能不同（2）彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的循環(huán)性質(zhì)不同

（3）強度理論的要求

15-4對軸進行表面強化處理，可提高軸的o

（1）靜強度（2）剛度（3）疲勞強度（4）耐沖擊性能

二、分析與思考題

15-5何為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸？試各舉出兩種應(yīng)用實例。

15-6試說明下面幾種軸材料的適用場合，Q235-A,45,lCrl8Ni9Ti,QT600-2,40CrNio

15-7軸的強度計算方法有哪幾種？各適用于何種情況？

15-8按彎扭合成強度和按疲勞強度校核軸時，危險截面應(yīng)如何確定？確定危險截面時

考慮的因素有何區(qū)別？

15-9為什么要進行軸的靜強度校核計算？這時是否考慮應(yīng)力集中等因素的影響？

15-10經(jīng)校核發(fā)現(xiàn)軸的疲勞強度不符合要求時，在不增大軸徑的條件下，可采取哪些措

施來提高軸的疲勞強度？

15-n何謂軸的臨界轉(zhuǎn)速？軸的彎曲振動臨界轉(zhuǎn)速大小與哪些因素有關(guān)？

15-12什么叫剛性軸？什么叫撓性軸？設(shè)計高速運轉(zhuǎn)的軸時，應(yīng)如何考慮軸的工作轉(zhuǎn)速

范圍？

三、設(shè)計計算題

15-13已知一傳動軸的材料為40Cr調(diào)質(zhì)，傳遞功率P=12kW,轉(zhuǎn)速n=80r/min。試求：

（1）按扭轉(zhuǎn)強度計算軸的直徑；

（2）按扭轉(zhuǎn)剛度計算軸的直徑（設(shè)軸的允許扭轉(zhuǎn)角［①卜=0.5（°）/m）。

15-14直徑d=75mm的實心軸與外徑d=85mm的空心軸的扭轉(zhuǎn)強度相等，設(shè)兩軸的材

料相同，試求該空心軸的內(nèi)徑dl和減輕重量的百分率。

15-15圖示為一臺二級圓錐-圓柱齒輪減速器簡圖，輸入軸由兩端看為逆時針轉(zhuǎn)動。已

知

Fti=5000N,Fri=1690N,Fai=676N,dmi=120mm,dm2=300mni,Ft3=10000N,Fr3=3751N,Fa3=2493N,d3

=150mm,h=13=60mmj2=120mmj4=15=16=100mm。試畫出輸入軸的計算簡圖，計算軸的支承

反力，畫出軸的彎矩圖和扭矩圖，并將計算結(jié)果標(biāo)在圖中。

15-16根據(jù)題15-15中的已知條件，試畫出中間軸的計算簡圖支承反力，畫出

(b)

題15-15圖

軸的彎矩圖和扭矩圖，并將計算結(jié)果標(biāo)在圖中。

題15-16圖

15-17兩級展開式斜齒圓柱齒輪減速器的中間軸的尺寸和結(jié)構(gòu)如圖所示。軸的材料為

45鋼，調(diào)質(zhì)處理，軸單向運轉(zhuǎn)，齒輪與軸均采用H7/k6配合，并采用圓頭普通平鍵連接，

軸肩處的圓角半徑均為r=L5mm。若已知軸所受扭矩T=292N*ni,軸的彎矩圖如圖所示。試按

彎扭合成理論驗算軸上截面和的強度，并精度驗算軸的疲勞強度。

題15-17圖

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析題

15-18試指出圖示小錐齒輪軸系中的錯誤結(jié)構(gòu)，并畫出正確結(jié)構(gòu)圖。

題15-18圖

15-19試指出圖示斜齒圓柱齒輪軸系中的錯誤結(jié)構(gòu)，并畫出正確結(jié)構(gòu)圖。

題15T9圖

五、軸系零、部件篇綜合題

15-20圖中軸端軸承采用圓螺母與止動墊片固定。已知軸承型號為6310,試確定圖中

的結(jié)構(gòu)尺寸公差，并將所先的圓螺母和止動墊片的標(biāo)記在圖中。

題15-20圖

15-21一蝸桿軸的局部裝配關(guān)系如圖所示，采用HL型彈性柱銷聯(lián)軸器，軸孔直徑

d=32mm,軸伸出端的密封采用旋轉(zhuǎn)唇形密封圈，采用6300系列深溝球軸承。試確定圖中各

結(jié)構(gòu)尺寸、尺寸公差和表面粗糙度，并將所選軸端擋圈、密封圈、軸用彈性擋圈和滾動軸承

的標(biāo)記在圖中。

題15-21圖

單元設(shè)計作業(yè)題及設(shè)計指導(dǎo)

作業(yè)一螺紋連接設(shè)計

任務(wù)書

題目：1.普通螺栓連接

用M16六角頭螺栓(GB/T5782-2000)連接兩塊厚度各為25mm的鋼板，采用彈簧墊圈(GB/T

93-1987)防松。

2.較制孔用螺栓連接

用M16六角頭較制孔用螺栓(GB/T27-1988)連接兩塊厚度各為25mm的鋼板。

3.雙頭螺柱連接

用M16雙頭螺柱(GB/T898-1988)連接厚25mm的鋼板和一個很厚的鑄鐵零件。

4.螺釘連接

用M16六角頭螺栓(GB/T5782-2000)連接厚25mm的鑄鐵凸緣和另一個很厚的鑄鐵零件，螺

栓頭與鑄鐵凸緣間加裝平墊圈(GB/T97.1-2002).

要求：

(1)按題中給出的條件查手冊確定標(biāo)準(zhǔn)連接零件的尺寸；

(2)按1：1比例與制圖規(guī)范畫出上述各種螺紋連接結(jié)構(gòu)圖，圖1為參考圖。

用M12雙頭螺栓連接厚25、60兩鑄鐵零件

用M12六角頭螺栓連接厚25、60兩鑄鐵零件(標(biāo)題欄)

圖1螺紋連接結(jié)構(gòu)

作業(yè)二帶傳動和齒輪傳動設(shè)計

一、任務(wù)書

題目：V帶傳動和齒輪傳動的設(shè)計（圖2）

1.原始數(shù)據(jù)

1234

減速器輸出軸轉(zhuǎn)

154160228249

矩T/（N*m）

減速器輸出軸轉(zhuǎn)

速n/（r/min）

注：載荷平穩(wěn)，單向運轉(zhuǎn)，工作年限5年，每年250個工作日，每日工作16h。

4—電動機；

圖2V帶傳動和齒輪傳動簡圖

2.工作量

（1）小帶輪零件圖一張或（和）大齒輪零件圖一張；

（2）設(shè)計計算說明書一份，內(nèi)容包括電動機的選擇、傳動參數(shù)的計算、V帶傳動的

設(shè)計計算或（和）齒輪傳動的設(shè)計計算。

二、設(shè)計指導(dǎo)

1.電動機的選擇

電動機有各種類型，對于無特殊要求的機械裝置，選用Y系列三相異步電動機。Y系列

三相異步電動機有四種常用的同步轉(zhuǎn)速，即3000r/min、1500r/min,1000r/min,

750r/mino同一功率的電動機，轉(zhuǎn)速高則重量輕，價格便宜，但轉(zhuǎn)動裝置的總轉(zhuǎn)動比和

總體尺寸將加大，一般多選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min和1000r/min的電動機。

減速器的輸出軸通過聯(lián)軸器與工作機相連，因此工作機所需功率Pw為（略去聯(lián)軸器

效率的影響）

P?=Tn/9550kW

式中：T-?減速器輸出軸的轉(zhuǎn)矩，N.m；

N-?減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速，r/mino

電動機所需功率P。為

Po=P./nkw

式中：n電動機至工作機之間的傳動總效率。

對于本作業(yè)的兩級傳動，n=run2。其中j為V帶傳動的效率(包括一對軸承效率在

內(nèi))，n為齒輪傳動的效率(包括一對軸承效率在內(nèi))。其數(shù)值可參看機械設(shè)計手冊或教材。

由于電動機的額定功率L應(yīng)等于或略大于電動機所需功率P。，因此選擇電動機時通常

取PM=(1?1.3)P。

2.各級傳動比的分配

傳動裝置的總傳動比為

I=nm/n?

式中：nm------------電動機的滿載轉(zhuǎn)速，r/min；

n?----------工作機的轉(zhuǎn)速，即減速器輸出軸轉(zhuǎn)速，r/mino

本作業(yè)的傳動裝置為二級傳動，總傳動比i=i/i2o其中V和iz分別為V帶傳動和齒

輪傳動的傳動比，為了使傳動裝置尺寸較小，結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)使h<i2o

由于受到齒輪齒數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)帶輪直徑等因素的影響，傳動裝置的實際傳動比與所要求的

傳動比會略有差別。通常機器總傳動比的誤差應(yīng)限制在±3%?±5%范圍內(nèi)。

3.傳動參數(shù)的計算

機器傳動裝置的轉(zhuǎn)動參數(shù)指的是各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩。對于本作業(yè)的二級傳動系統(tǒng),

按電動機軸至工作機主軸的轉(zhuǎn)動方向進行推算，各軸的轉(zhuǎn)速為

ni=n?/ii

廿%/(iii2)

各軸的功率為

PI=PMni

P2=PBnin2

各軸的轉(zhuǎn)矩為

Ti=9550Pi/niN*m

T2=9550P2/n2N*m

4.V帶轉(zhuǎn)動的設(shè)計計算，帶輪結(jié)構(gòu)尺寸的確定可參考教材和機械設(shè)計手冊。小帶輪的

孔徑和輪轂部分尺寸應(yīng)根據(jù)電動機的軸伸直徑和長度的決定，小帶輪的半徑應(yīng)小于

電動機的機座中心高。圖3是供參考的V帶輪零件圖。

5.齒輪轉(zhuǎn)動的設(shè)計計算

齒輪轉(zhuǎn)動的設(shè)計計算、齒輪結(jié)構(gòu)尺寸的確定可參考教材和機械設(shè)計手冊。大齒輪得孔徑

是根據(jù)與其相配合的軸徑來確定的，本作業(yè)將大齒輪的孔徑定為d=60nm。圖4是供參

考的齒輪零件圖。

6.對零件圖的要求

零件圖是零件制造和檢驗的依據(jù)，工藝人員根據(jù)零件圖制定工藝規(guī)程，檢驗人員按照零

件圖進行成品的檢驗和驗收。因此，一張完整的零件圖應(yīng)滿足以下要求：

19￡0.4

r—[2[030

12*0.0215

S

N

C

T

CXI00.

C3O+3

.4

2x45-2x45°1

技械求

未如倒角為2x45。

圖3V帶輪零件圖

法面模數(shù)mn

|川0,腔|A|——-齒形角an20。

法面的齒頂高系數(shù)han1

齒數(shù)Z79

分度圓上的螺旋角B8。06,34”

齒輪旋向右旋

分度圓直徑d239.39

6

8

?~~0

號法面變位系數(shù)Xn

Z

0精度等級(GB/T10095-1988)8GJ

公法線長度W87.5528驍

跨測齒數(shù)k10

配對齒輪圖號

齒圈徑向跳動公差R0.063

0.05

齒形公差_____________________七0.018

調(diào)制處理220-250HBS基節(jié)極限偏差C”.020

圖4齒輪零件圖

(1)清楚而正確的表達出零件各部分的結(jié)構(gòu)形狀；

(2)標(biāo)出零件各部分的尺寸及其精度；

(3)標(biāo)出零件各部分必要的形狀位置公差；

(4)標(biāo)出零件各表面的粗糙度；

(5)注明對零件的其他部分的要求，例如圓角半徑、倒角尺寸及傳動件的主要

參數(shù)等，對于齒輪還應(yīng)列出其主要幾何參數(shù)、精度等級及檢驗項目等；

（6）填寫清楚零件圖標(biāo)題欄。

三、設(shè)計計算步驟

1.選擇電動機，分配傳動比，計算傳動參數(shù)。

2.V帶傳動設(shè)計計算或（和）齒輪傳動設(shè)計計算。

3.畫小帶輪零件圖或（和）大齒輪零件圖。

作業(yè)三軸系組件設(shè)計