機(jī)械設(shè)計(jì)答案

第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論

1-2設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)應(yīng)滿足哪些基本要求？

答：1、功能要求

滿足機(jī)器預(yù)定的工作要求，如機(jī)器工作部分的運(yùn)動(dòng)形式、速度、運(yùn)動(dòng)精度和平穩(wěn)性、

需要傳遞的功率，以及某些使用上的特殊要求(如高溫、防潮等)。

2、安全可靠性要求

(1)使整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)和零件在規(guī)定的外載荷和規(guī)定的工作時(shí)間內(nèi)，能正常工作而不發(fā)生

斷裂、過度變形、過度磨損、不喪失穩(wěn)定性。

(2)能實(shí)現(xiàn)對(duì)操作人員的防護(hù)，保證人身安全和身體健康。

(3)對(duì)于技術(shù)系統(tǒng)的周圍環(huán)境和人不致造成危害和污染，同時(shí)要保證機(jī)器對(duì)環(huán)境的適應(yīng)

性。

3、經(jīng)濟(jì)性

在產(chǎn)品整個(gè)設(shè)計(jì)周期中，必須把產(chǎn)品設(shè)計(jì)、銷售及制造三方面作為一個(gè)系統(tǒng)工程來

考慮，用價(jià)值工程理論指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，正確使用材料，采用合理的結(jié)構(gòu)尺寸和工藝，以

降低產(chǎn)品的成本。設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)和零部件時(shí)，應(yīng)盡可能標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化，以提

高設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低制造成本。

4、其他要求

機(jī)械系統(tǒng)外形美觀，便于操作和維修。此外還必須考慮有些機(jī)械由于工作環(huán)境和要

求不同，而對(duì)設(shè)計(jì)提出某些特殊要求，如食品衛(wèi)生條件、耐腐蝕、高精度要求等。

1-4機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則與失效形式有什么關(guān)系？常用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有哪些？它們各針

對(duì)什么失效形式？

答：在設(shè)計(jì)中，應(yīng)保證所設(shè)計(jì)的機(jī)械零件在正常工作中不發(fā)生任何失效。為此對(duì)于每種

失效形式都制定了防止這種失效應(yīng)滿足的條件，這樣的條件就是所謂的工作能力計(jì)算準(zhǔn)

則。它是設(shè)計(jì)機(jī)械零件的理論依據(jù)。

常用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有：

1、強(qiáng)度準(zhǔn)則：確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形，是最基本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

2、剛度準(zhǔn)則：確保零件不發(fā)生過大的彈性變形。

3、壽命準(zhǔn)則：通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關(guān)。

4、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則：高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計(jì)應(yīng)注重此項(xiàng)準(zhǔn)則。

5、可靠性準(zhǔn)則：當(dāng)計(jì)及隨機(jī)因素影響時(shí)，仍應(yīng)確保上述各項(xiàng)準(zhǔn)則。

1-7機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟有哪些？其中哪個(gè)步驟對(duì)零件尺寸的確定起決定性的作

用？

答：機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟有：

1、選擇零件類型、結(jié)構(gòu)；2、計(jì)算零件上的載荷；3、選擇零件的材料；4、確定計(jì)

算準(zhǔn)則；5、理論設(shè)計(jì)計(jì)算；6、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；7、校核計(jì)算；8、繪制零件工作圖；9、編寫

計(jì)算說明書及有關(guān)技術(shù)文件

其中步驟4對(duì)零件尺寸的確定起決定性的作用。

第2章機(jī)械零件的強(qiáng)度

2-3靜應(yīng)力計(jì)算的強(qiáng)度準(zhǔn)則是什么？計(jì)算中選取材料極限應(yīng)力和安全系數(shù)的原則是什

么？

答：靜應(yīng)力時(shí)零件的主要失效形式：塑性變形、斷裂，脆性材料的極限應(yīng)力為（強(qiáng)

度極限）；塑性材料的極限應(yīng)力為巴（屈服極限）

2-5機(jī)械零件設(shè)計(jì)中確定許用應(yīng)力時(shí)，極限應(yīng)力要根據(jù)零件工作情況及零件材料而定，

試指出金屬材料的幾種極限應(yīng)力各適用于什么工作情況？

答：強(qiáng)度極限外和品適用于脆性材料在靜應(yīng)力作用下使用；塑性材料極限應(yīng)力為巴（屈服

極限）；吟一一持久極限，對(duì)稱循環(huán)為b-、J,脈動(dòng)循環(huán)時(shí)為外、

2-12某材料的對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限=180MPa,取循環(huán)基數(shù)N0=5x1（）6,m=9,

試求循環(huán)次數(shù)N分別為7000、25000、620000次時(shí)的有限壽命彎曲疲勞極限.

解：?.?吁N=（T；-NO=C

9-~—X18O=T1357MPa

V7000

當(dāng)N=25000,o■澗=--------x180=324.30MP4

25000

當(dāng)N=620000,/1萼b

2.13已知某材料的q=260MPa,=170MPa,幺=0.2,試?yán)L制該材料的簡(jiǎn)化

極限應(yīng)力線圖。

解:根據(jù)

0"（2b「5））/%

第3章摩擦、磨損及潤(rùn)滑

3.3試描述磨損的一般過程，為什么要認(rèn)真對(duì)待機(jī)件的磨合階段？

答：

磨損過程的三個(gè)階段：

磨合（跑合）階段新的零件在開始使用時(shí)一般處于這一階段，磨損率較高。

穩(wěn)定磨損階段屬于零件正常工作階段，磨損率穩(wěn)定且較低。

劇烈磨損階段屬于零件即將報(bào)廢的階段，磨損率急劇升高。

在磨合階段，如果壓力過大，速度過高，則磨合期很短，并立即進(jìn)入劇烈磨損階段。

所以要認(rèn)真對(duì)待機(jī)件的磨合階段。

3.5潤(rùn)滑劑的作用是什么？常用的潤(rùn)滑劑有哪幾類？

答：潤(rùn)滑的作用：降低摩擦副的摩擦、減少磨損，以及冷卻、密封、防銹和減振等。

常用的潤(rùn)滑劑有：

液體潤(rùn)滑劑：有機(jī)油、礦物油、合成油等

潤(rùn)滑脂：皂基脂、無機(jī)脂、燒基脂和有機(jī)脂

固體潤(rùn)滑劑：軟金屬，如鉛、金、銀等；

無機(jī)化合物：石墨、二硫化鋁等；

有機(jī)化合物：聚四氟乙烯、尼龍等。

氣體潤(rùn)滑劑：空氣等。

第4章帶傳動(dòng)

4-1已知一普通V帶傳動(dòng)傳遞的功率P=8KW,帶速v=15m/s,緊邊與松邊拉力之比為3：

1,求該帶傳動(dòng)的有效拉力Fe和緊邊拉力F1。

碗..°Fe-V,?1000F8000

解：?P=-------Fe=------=-----=533.33N

1000V15

3

Fe=Ff=F,-F2=\F：.匕=^Fe=800N

4-2有一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的普通V帶傳動(dòng)，單班制工作，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速回=1460r/min,中心距

a約為370mm,<4=14Omni,^=400mm,中等沖擊，輕微振動(dòng)，用三根B型普通V帶傳動(dòng)，

初拉力按規(guī)定給定，試求該傳動(dòng)所能傳遞的功率。

解題要點(diǎn)：

(1)根據(jù)題意可知

傳動(dòng)比i==400/140=2.857

2

帶長(zhǎng)Lj=2a0+0.5^(dd2+ddl)+0.25(Jd2-Jdl)/a0

=12x370+0.5萬(wàn)x(400+140)+0.25x(400-140)2/37。]=1633.9mm

實(shí)際選用標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度'L=1600mm

小帶輪包角%=180。-(應(yīng)2—心)x180。/(4a)

=180°-(400-140)xl80°/(3.14x370)=139.74°

根據(jù)帶傳動(dòng)工作條件，查表可得工作情況系數(shù)L=l.1;

查表可得單根普通B型V帶的基本額定功率P°=2.83kW;

查表可得單根普通B型V帶的基本額定功率△P°=0.46kW;

查表可得包角系數(shù)K“=0.89;

查表可得長(zhǎng)度系數(shù)K,.=0.92。

(2)根據(jù)Z=KAP/[(A+M)K“KJ,可得該帶傳動(dòng)所能傳遞的功率為

P=z(P0+^P0)KaKL/KA

=[3x(2.83+0.46)x0.89x0.92/1.1]=7.347kW

4-3設(shè)計(jì)一普通V帶傳動(dòng)。已知所需傳遞的功率P=5kW,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速nl=1440r/min,

從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n2=340r/min,載荷平穩(wěn)，兩班制工作。

解題要點(diǎn)：

(1)確定計(jì)算功率幾

根據(jù)V帶傳動(dòng)工作條件，查表可得工作情況系數(shù)所以

PC=K,P=\.1x5=5.5kW

(2)選取V帶的型號(hào)

根據(jù)幾、由圖4.H確定選用A型V帶。

(3)確定帶輪基準(zhǔn)直徑4、4

取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑為

4=90mm。4=/dy=1440/340*90=381mm

取從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑為400mm。

驗(yàn)算帶的速度：

v=加/]〃]/(60x1000)

二[乃x90x1440(60x1000)]=&79mls<25m/s

故帶的速度合適。

(4)確定V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距

根據(jù)。7(4+矽<豕2(4+&),可得%應(yīng)在343—980mm之間，初選中心距ao=500mm。

計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：

L'(i-2ao+0.5萬(wàn)(d,+4)+0.25(d,—dj~/a。

=[2x500+0.5%x(400+90)+0.25x(400-90)2/500]

=1817.7mm

選取帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度4=1800mmo

計(jì)算實(shí)際中心距：

a=a06(^-L；)/2=[500+(1800-1818)/2]

=491mm

(5)驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角6

m=180。一((/2-4?180。/(加)

=180°-(400-90)xl80°/(3.14x491)

=143.8°>120°

故主動(dòng)輪上的包角合適。

(6)計(jì)算V帶的根數(shù)z

Z=KAP/[(4+M)K〃%]

由歷=1440r/min,^=9Omm;/=&/4=4.235,查表得

R=1.06kW,A^=0.17kW

(=0.9,4=1.01。

所以z=5.5/[l.06+0.17]x0.9x1.01]=4.9

取z=5根。

(7)計(jì)算預(yù)緊力片

產(chǎn)0=500%(至-l]+q02

5-52

Fo^500x|--l|+0.1x6.79^148.6N

5x6.7910.9J

(8)計(jì)算作用在軸上的壓軸力顯

FQ=2zF0sinC^/2)=2x5x148.6xsin(143.80/2)=1412.5N

(9)帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(略，

第5章鏈傳動(dòng)

5.2滾子鏈的標(biāo)記"10A-2-100GB1243-1997”的含義是什么?

答:該滾子鏈為節(jié)距為15.875mm的A系列、雙排、100節(jié)的滾子鏈，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB1243-1997.

5.4為什么鏈傳動(dòng)通常將主動(dòng)邊放在上邊，而與帶傳動(dòng)相反？

答：鏈傳動(dòng)的緊邊宣布置在傳動(dòng)的上面，這樣可避免咬鏈或發(fā)生緊邊與松邊相碰撞。

帶傳動(dòng)的緊邊宣布置在傳動(dòng)的下面，這樣可增大包角。

5.8試分析如何適當(dāng)?shù)剡x擇鏈傳動(dòng)的參數(shù)以減輕多邊形效應(yīng)的不良影響。

答：減輕多邊形效應(yīng)的不良影響的措施：

(1)nl<nlim;

(2)鏈傳動(dòng)盡量放在低速級(jí)；

(3)選用小p,多z的鏈傳動(dòng)。

5.4如題圖所示鏈傳動(dòng)的布置形式。小鏈輪為主動(dòng)輪。在圖a、b、c、d、e與f所示的

布置方式中，指出哪些是合理的？哪些是不合理的？為什么？(注：最小輪為張緊輪。)

題5.4圖

答：在題圖示的六種鏈傳動(dòng)的布置方式中，b、d、e是合理的；a、c、f是不合理的。這

是因?yàn)殒渹鲃?dòng)的緊邊宜布置在傳動(dòng)的上面，這樣可避免咬鏈或發(fā)生緊邊與松邊相碰撞。

另外，采用張緊輪張緊時(shí)，張緊輪應(yīng)裝在靠近主動(dòng)鏈輪的松邊上，這樣可增大包角。

習(xí)題

5.4圖5.16所示為鏈傳動(dòng)的4種布置形式。小鏈輪為主動(dòng)輪，請(qǐng)?jiān)趫D上標(biāo)出其正

確的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

圖5.16題5.4圖

第6章齒輪傳動(dòng)

思考題

6.1齒輪傳動(dòng)常見的失效形式有哪些？閉式硬齒面、閉式軟齒面和開式齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)

算準(zhǔn)則分別是什么？

失效形式

答：齒輪傳動(dòng)常見的失效形式有：1、輪齒折斷；2、齒面點(diǎn)蝕；3、齒面磨損；4、齒面

膠合；5、齒面塑性變形。

閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)：按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，校核彎曲疲勞強(qiáng)度；

閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)：按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度；

開式齒輪傳動(dòng)：按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。

6.3齒面點(diǎn)蝕首先發(fā)生在輪齒上的什么部位?為什么？為防止點(diǎn)蝕可采取哪此措施？

答：齒面點(diǎn)蝕首先發(fā)生在節(jié)線附近.由于節(jié)線附近接觸應(yīng)力較大，且不易形成潤(rùn)滑油膜。

為防止點(diǎn)蝕可采?。禾岣啐X面硬度、合理變位和增加潤(rùn)滑油的粘度等。

6.4計(jì)算齒輪強(qiáng)度時(shí)為什么要引入載荷系數(shù)K?K由哪幾部分組成？影響各組成部分取

值的因素有哪些？

、

答：載荷系數(shù)：K=KA、%KpKa

KA一一工作情況系數(shù)Kv一一動(dòng)載荷系數(shù)

Kp---齒向載荷分布系數(shù)Ka齒間載荷分配系數(shù)

1、工作情況系數(shù)

考慮了齒輪嚙合時(shí)，外部因素引起的附加動(dòng)載荷對(duì)傳動(dòng)的影響.

它與原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)的類型與特性，聯(lián)軸器類型等有關(guān)

2、動(dòng)載荷系數(shù)Ky一—考慮齒輪制造誤差和裝配誤差及彈性變形等內(nèi)部因素引起的附加動(dòng)載荷

的影響

主要影響因素：1）齒輪的制造精度PbrPbz2）圓周速度V,

3、齒向載荷分布系數(shù)一一考慮軸的彎曲、扭轉(zhuǎn)變形、軸承、支座彈性變形及制造和裝配誤

差而引起的沿齒寬方向載荷分布不均勻的影響。

影響因素：1）支承情況：對(duì)稱布置，好；非對(duì)稱布置1；懸臂布置，差。

2）齒輪寬度bbtKpt.

3）齒面硬度，硬度越高，越易偏載，齒面較軟時(shí)有變形退讓.

4）制造、安裝精度一一精度越高，K夕越小。

4、齒間載荷分配系數(shù)K0一一考慮同時(shí)有多對(duì)齒嚙合時(shí)各對(duì)輪齒間載荷分配不均勻的系數(shù)。

影響因素：嚙合剛度，基圓齒距誤差（PJ修緣量，跑合程度等。

6.5圓柱齒輪傳動(dòng)中大齒輪和小齒輪的接觸應(yīng)力是否相等？如大、小齒輪的材料及熱

處理情況相同，則它們的許用接觸力是否相等？

答：圓柱齒輪傳動(dòng)中大齒輪和小齒輪的接觸應(yīng)力是相等的。因?yàn)樽饔昧εc反作用力相

等，面積也相等，所以。m與b“2相等

如大、小齒輪的材料及熱處理情況相同，則它們的許用接觸力D與口力］一般不

相等，它不僅與材料的性質(zhì)有關(guān)，而且與循環(huán)次數(shù)N有關(guān)。

6.8、現(xiàn)有A、B兩對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，其材料、熱處理方法、精度等級(jí)和齒寬均

對(duì)應(yīng)相等，并按無限壽命考慮，已知齒輪的模數(shù)和齒數(shù)分別為：A對(duì)/2mm,Z=40,z2=90;

B對(duì)加=4/加，z；=20,z（=45。試比較在同樣工況下工作時(shí)，這兩款齒輪傳動(dòng)的齒

面接觸疲勞強(qiáng)度、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度、工作平穩(wěn)性及制造成本。

提示：直齒圓柱齒輪的彎曲疲勞校核式為

_2K1±

YFaYSaY￡<aFP

bdym

z=20時(shí),兀=2.8,YSa=l.55

z=45時(shí)，降=2.35,YSa=l.68

z=90時(shí)，降=2.20,YSa=l.78

解題要點(diǎn)：

(1)接觸疲勞強(qiáng)度。由題設(shè)條件已知

d\=niZ\=2x40=80mm

d\-mz\=4x20=80mm

兩對(duì)齒輪4=4',其他條件均未變，則接觸疲勞強(qiáng)度亦不變，即

(2)彎曲疲勞強(qiáng)度。根據(jù)彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算式

2KT

J(1)

口=的%居匕4%(2)

bd}m

再由題設(shè)條件及計(jì)算已知4=4，4B%2，兩對(duì)齒輪的應(yīng)力比為

==必.上=2.8xl.55x2=05496

如〃】嬴42.35x1.68

。2_%2%2.加，_2.35xL68乂2=0504]

62—-42.20x1.78--

即第一對(duì)齒輪比第二對(duì)齒輪的彎曲應(yīng)力大。因它們的許用彎曲應(yīng)力相同，則其彎曲

疲勞強(qiáng)度低。

習(xí)題

6.1有一單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器，已知％=32,Z2=108,中心距a=210mm,齒寬

b=70mm,大小齒輪的材料均為45鋼，小齒輪調(diào)質(zhì)，硬度為250HBS,齒輪精度為8級(jí),

輸入轉(zhuǎn)速々=1460r/min,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，載荷平穩(wěn)，要求齒輪工作壽命不少于10OOOh。

試求該齒輪傳動(dòng)能傳遞的最大功率。

解：根據(jù)題意，大小齒輪的材料均為45鋼，小齒輪調(diào)質(zhì)，硬度為250HBS,閉式軟齒

面齒輪傳動(dòng)：按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。

a="i+Z2)

m=j-=3

Z+Z2

4=mi]=3x32=96

h

B=丁=0.73

“=2=3.373

M=60"=60x1460x1x10000=8.76x1()8

N,=M=2.59xl()8

-u

查圖6.6曲線2

5=0.92

KHN2=°96

取S”=1

%[=%包皿=0.92x560=515

SH

b“21==0.96>560=537

s”

取上"]=[b"i]=515Mpa

心32行口口

uED

根據(jù)表6.3,Z￡189.8

根據(jù)”=男乙26x1460=7,3〃2/S

60x100060x1000

KA=1

Kv=1.15

一=1.15

K=KAK、,K0=132

4匕〃］丫

所以：T,<=2.23義10,Nmm

2.32K"+11ZE,

Tt=9.55x1()6￡

P=33.9kW

6.2設(shè)計(jì)銃床中的一對(duì)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，已知需傳遞的功率P=7.5KW,小齒輪

主動(dòng)，轉(zhuǎn)速nl=1440r/min,齒數(shù)zl=26,z2=54,雙向傳動(dòng)，兩班制，工作壽命為5

年，每年300個(gè)工作日。小齒輪對(duì)軸承非對(duì)稱布置，軸的剛度較大，工作中受輕微沖擊,

7級(jí)精度。

一、選擇齒輪材料、精度及許用應(yīng)力

1.由表由l(P106)選:小齒輪45鋼調(diào)質(zhì)HBS=260,

大齒輪45鋼調(diào)質(zhì)HBS=220。

2.取7級(jí)精度。

z==—=2.08

3.Zi26

3.由圖6.9b(Pl11)得：0—1=230N/mm2,oF/M=210N/mm2;

由圖6.8b(Pl10)得：OII/M=600N/mm2,?！啊☉?yīng)=560N/mm，

4.N,=60n1jLh=60x1440x1x5x16x300=2.07x10”;

s

N2=N>/i=2.107x1072.08=9.97x10;

5.由圖6.7(P109)得:KFN,=K?=1;由圖6.8(P108)得：Kg,Ml.

6.取Sn=l,SF=1.4,則:

[CTFI]=230x0.7/1.4=115N/mm2,[0^]=210x0.7/1.4=105N/mm2

2

[CTBI]=600N/mnf,[a?]=560N/mm

二、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算

1.試選K,=1.3

p75

r=9.55X106=9.55X106—=49739.58N/mm2

2.n}1440

3.由表6.5(P121)取巾&=1.1(不對(duì)稱布置)

4.由表6.3(P117)得:ZE=189.8,且Z“=2.5

2￡7^M±2(Z^)2

裔u匕HJ

2x1.3x49739.582.08+1189.8x2.5“

;---------------------------------(--------------)x2-=50mm

5.計(jì)算:V1.12.08560

6.求K

1)由表6.2(P112)得:KA=1

2)v=ndIm/6x104=TTX50X1440/6x104=3.77m/s,

由圖6.10(Pl14)得：Kv=l.1

3)取Ka=1.2

4)由圖6.1%(P115)得:Ke=1.1

5)K=KAKvKaKs=1x1.1XI.2x1.1=1.452

7.修正

K.J1.452…。

山>d3—=50x3----=51.88mm

uK

三、幾何尺寸計(jì)算

451.88..

m=—=-^-=1-Q99Q5mmm=2mm

取

1.Zi26

d}=mz.\=2x26=52mmd2=mz2=2x54=108mm

2.

m2

a=~y(Z|+z2)=](26+54)=80mm

3.

b=(/)dd]=1,1x52=57.2mm

4.

取bi=65mm,b2=60mm

四、按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核

1.由表6.4(P120)得：YFS,=2.60,Ys.i=1.595,

YFa2=2.3,YS.2=1.71

2Kl\vv2x1.452x49739.581_Q.

5=麗心加=60x豆x226XL595

22

=95.99N/mm<[<7F1]=115N/mm

2.

WW=95,992.3x1.71

^Fal^Sal2.6x1.595

22

=91.04NImm<[crF2]=105N/mm

所以強(qiáng)度足夠。

五、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（略）

6.3某兩級(jí)斜齒圓柱齒輪減速器傳遞功率尸=40kW,高速級(jí)傳動(dòng)比i=3.3,高速軸

轉(zhuǎn)速々=1460r/min,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，長(zhǎng)期雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，載荷有中等沖擊，要求結(jié)構(gòu)緊湊，

試設(shè)計(jì)該減速器的高速級(jí)齒輪傳動(dòng)。

解：根據(jù)題意,現(xiàn)選用材料為20Cr2Ni4

中,/=0.9試選/=13。取krl.4

40

Tl=9.55xlO6x----=0.26x106N?加機(jī)

1460

查表取crfliml=crflim2=425MPa

取KFM=0.88,KFN2=Q.9,SF=1.4,rsr=2.0

[^Fl]=KFNI?^Fliml*YSTISF=534.28A/P。

[<TF2]=KFN2?O-Flim2?YST/SF=546.42A/Pa

33

Zvl=30/cos13°=30.26,ZV2=99/cos130=99.86

查表取Ym1=2.52,YSal=1.625

Y^=2.18,7^=1.79

Y?1YY?1Y

因?yàn)镕Fa]TSa\〉邛Fai丁Sal

所以須按小齒輪進(jìn)心進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)

取Yg=0.7,〃=0.86

62

2xl.4x0.26xl0xcos13°x0.7x0.86nno

m“2---------------------------------------------------T-----------------=0.9o

0.9x3O2x534.28

^-x0.98x30x1460

v==2.3Im/5

60xl000xcosl30

查表6.2取KA=1.5,Ky=1.1,Ktz=1.2,K/?=1.25

K=K.?Kv?Ka?K/3=2.475

m?=0.98x必2.475/1.4=1.185,取切“=2mm

2

a=-----（30+99）=132.39mm

2cos13。'

02x（30+99）

B-arccos-----------=12.24°

2x132

2x30」2x99

d.=---------=61AOmm,a.=---------=262.66mm

'cos12.24°2cos12.24°

b）二利?d]-0.9x61.40=55.02

取3=55也=60

查圖6.8Mcrwliml=aHlim2=1350MPa

取K〃N]=09K“N2=LO,SH=i.o

[bm]=0.9x1350=1215MPtz,[crH2]=1.0x1350=1350MP。

口〃]=（口〃]+EM）/2=1282.5MPa

查圖6.19取Z〃=2.48,Z=0.9,Z尸=0.987,Z￡=189.18而成

2x2.475x0.26x106x（3.3+1）_

a=2.48x0.9x0.986x189.18x"-11oD

nH55x61.4（）2x3.3

由于b”<[o-w]

故接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。

6.4兩級(jí)展開式斜齒圓柱齒輪減速器如下圖所示。以知主動(dòng)輪1為左旋，轉(zhuǎn)向n1如圖示，為使中間

軸上兩齒輪所受軸向力互相抵消一部分，試在圖中標(biāo)出各齒輪的螺旋線方向，并在各齒輪分離體的嚙

合點(diǎn)處標(biāo)出齒輪的軸向力F“，徑向力F,和圓周力與方向。

解：按要求標(biāo)出各齒輪的螺旋線方向如上圖所示，各分離體的受力情況如上圖所標(biāo)。

6.5圖示一圓錐一一圓柱齒輪減速器，功率由I軸輸出，不計(jì)摩擦損失。已知直齒錐齒輪傳動(dòng)

Zj=20,Z2=50,m=5mm，齒寬b=40/wn;斜齒輪圓柱齒輪傳動(dòng)Z3=23,Z4=92,mn=6mm.

試求LI軸上軸承所受軸向力為零時(shí)斜齒輪的螺旋角力，并作出齒輪各嚙合點(diǎn)處作用力的方向（用3

個(gè)分力表示）

題圖

解：由題意當(dāng)時(shí)，此時(shí)II軸上軸承所受軸向力為零。

??°2?Tcos/?o!?sinJ3

7

tan2===2.5則“=68.2°,^=90°-^2=21.8°

Z1

,b

(p=—

RR

R二冊(cè)+弓2=1J(5X20)2+(5X50)2=134.6

40

%=——=0.297

134.6

2T

工2=%?tana?sinSxtan20°xsin21.8°

25x20(1-0.5x4)

令F“2=F〃3則有

T?sinJ32T

xtan200xsin21.8°

3x235x20(1-0.5x0.297)

sin夕=0.21909,則夕=12.7。

第7章蝸桿傳動(dòng)

思考題

7.1蝸桿傳動(dòng)有哪些類型？

答：蝸桿傳動(dòng)有：1圓柱蝸桿傳動(dòng)：(1)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)：阿基米德蝸桿(ZA)、漸

開線蝸桿(ZI)、法向直廓蝸桿(ZN)、錐面包絡(luò)圓柱蝸桿(ZK)

(2)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)

2環(huán)面蝸桿傳動(dòng)

3錐蝸桿傳動(dòng)

習(xí)題

7.1如圖所示蝸桿一一斜齒輪傳動(dòng)中，為使軸

11上所受軸向力抵消一部分，試確定并在圖上直接標(biāo)明斜齒輪3齒輪的旋向、蝸桿的轉(zhuǎn)向

及蝸輪與斜齒輪3所受軸向力的方向。

解：按要求標(biāo)注出相關(guān)內(nèi)容如上所示。

7.3已知一蝸桿減速器，m=10mm,dl=50mm,Z2=60,蝸桿材料為40Cr,高頻淬火，表面磨

光,蝸輪材料為ZCuSnlOPl,砂模鑄造，蝸輪的轉(zhuǎn)速n2=46r/min,預(yù)計(jì)使用壽命為15000h.

試求：蝸桿能夠傳遞的最大扭矩T2和輸入功率P"（要點(diǎn)提示：因?yàn)槲仐U傳動(dòng)的承載能

力主要取決于蝸輪齒面接觸強(qiáng)度，故可初求解汽。即：首先根據(jù)

%=ZEJ-9,QWb/p求出了2K"Q/Z?:號(hào)A；再由4=3求”；然后由

Nm取29KAI）iri

6=丁四求得P1）

19.55xlO6

式中：d]=50mm

Z2=60

Ks一一因載荷平穩(wěn)，取K.=l

ZE一—青銅蝸輪與鋼制蝸桿配對(duì)ZE=155痂拓，aHP^a'HPZN

%一一根據(jù)蝸輪材料為ZCuSnlOPl砂模鑄造，由表查得b，p=200MPa

7

N2=60%%=60X46X15000=4.14X10

2

丁2102X50x602<167.4V

.md}Z^。HP

乙AImllaoxAX-----,--、----r-r---------9x11155)N?mm

,KAME

=497270.05N,mm

2)求7：T\=K,〃=(0.95~0.96)―嗎一

i"tan(/+p,.)

tan/=Zi/q=2/l0=0.2/=arctan0.2=11.3°

匕血]〃]乃x50x1440.

匕------------------mis=3.68/71/5

cos/60000cos11.3°60000cos11.3°

由表查得p,=1。26=1.47。

tan/

77=0.95=0.884

tan(7+pv)。\黑工7。）

3）求P|：「念缶=喟""」9

kW

2IQ

p鳥max-=^—kW^2.7lkW

1max0.884

第8章滾動(dòng)軸承

思考題

8.1滾動(dòng)軸承由哪些基本元件構(gòu)成?各有何作用？

8.2球軸承和滾子軸承各有何優(yōu)缺點(diǎn)，適用于什么場(chǎng)合？

8.3我國(guó)常用滾動(dòng)軸承的類型有哪些？它們?cè)诔休d能力、調(diào)隙、調(diào)心等方面各有什

么優(yōu)缺點(diǎn)？

答：P182表8.2

8.4什么是滾動(dòng)軸承的基本額定壽命?在額定壽命期內(nèi)，一個(gè)軸承是否會(huì)發(fā)生失效?

8.5什么是接觸角？接觸角的大小對(duì)軸承承載有何影響？

8.6選擇滾動(dòng)軸承類型時(shí)主要考慮哪些因素？

答：P188的8.3滾動(dòng)軸承的類型選擇

8.7怎樣確定一對(duì)角接觸球軸承或圓錐滾子軸承的軸向載荷？

8.8什么叫滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷？它有何作用？如何計(jì)算當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷？

8.9滾動(dòng)軸承為什么要預(yù)緊？預(yù)緊的方法有哪些？

8.10軸承的工作速度對(duì)選擇軸承潤(rùn)滑方式有何影響？

8.11滾動(dòng)軸承的支承結(jié)構(gòu)形式有哪幾種？它們分別適用于什么場(chǎng)合？

8.12滾動(dòng)軸承組合設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮哪些方面的問題？

習(xí)題

8.1一農(nóng)用水泵軸用深溝球軸承支承，軸頸直徑由35mm,轉(zhuǎn)速〃=2900r/rain,

徑向負(fù)荷￡=1770N,軸向負(fù)荷(=720N,要求預(yù)期壽命6000h,試選擇軸承的型號(hào)。

8.2某減速器主動(dòng)軸用兩個(gè)圓錐滾子軸承30212支承，如圖8.30所示。已知軸的

轉(zhuǎn)速〃=960r/min,F(,=650N,Frl=4800N,Fr2=2200N,工作時(shí)有中等沖擊，正常工

作溫度，要求軸承的預(yù)期壽命為15000ho試判斷該對(duì)軸承是否合適。

附：30212的有關(guān)參數(shù)如下：

C,.=102kN,e=0.4,X=0.4,K=1.44,SFr/(2Y)

圖8.30題8.2圖

F_4800

解：(1)Sifl=1600N

2Y~2x1.44

工22200

S?=733.3N

2Y2x1.44

S1、$2方向如圖示。

Si+Fm=1600+650=2250N>S2

所以軸承2被“壓緊”，軸承1“放松”。

F=S=1600N,F=2250/V

Zl1IF/lxA,=S1.+ua

FAI=1600FA22250

~48000.333<e，.....-=>€

77工22200

所以Pl=fp(X,Frl+r,F4l)=1.0x4800=48007V

P2=fp{X2Fr2+Y2FA2)=1.2X(0.4x2200+1.44x2250)=41207V

以大的計(jì)算。

L一竺(￡￡)「什1X1020四號(hào)

=119436.2/?

“60“P60x9601.5x4800

>L,)10=15000/?,該對(duì)軸承合適。

8.3如圖8.31所示，軸支承在兩個(gè)7207ACJ軸承上，兩軸承壓力中心間的距離為240mm,

軸上負(fù)荷工「2800N,以「750N,方向和作用點(diǎn)如圖所示。試計(jì)算軸承〃所受的軸向

負(fù)荷工,、”,

附：7207ACJ的有關(guān)參數(shù)如下:

Cr=209kN,Co,=192kN,e=0.68,X=0.41,Y=0.87,5=0.687;

解：軸承反安裝

根據(jù)受力平衡

2800

=933.33N

33

2x2800

=1866.67N

3

Fsc=0.68〃=634.7N

FSD=0.68%=1269.4N

由于：FSD+Fae=1269.4+750=2019.4N>634.7N(%)

所以：軸承C被壓緊，軸承D被放松

〃=2019.4N

%=1269.4N

第9章滑動(dòng)軸承

9.1設(shè)計(jì)一蝸輪軸的不完全油膜徑向滑動(dòng)軸承。已知蝸輪軸轉(zhuǎn)速n=60Hmin,軸頸直徑d=80mm,徑向載

荷F,=7000N,軸瓦材料為錫青銅，軸的材料為45鋼。

解：根據(jù)所要求的內(nèi)容，為了裝折方便，現(xiàn)將軸承采用對(duì)開式結(jié)構(gòu)。

根據(jù)表9.2選取了[P]=20MPa,\y]=60m/s,R]=15Mpa-m/s

試選取Bld=O.8則

B=0.8x80mm=64mm

P=—=7000=1.37MPa([p]

dB80x64L」

%7000x60^0.34MPa-m/s([P]

Pvv

19100B19100x64

由于P、Py、V均未超過許用范圍，則設(shè)計(jì)的軸承滿足工作能力要求。

9.2有一完全油膜徑向滑動(dòng)軸承，軸頸直徑為d=60mm,軸承寬度B=60mm,軸瓦材料為錫青銅

1）驗(yàn)算軸承的工作能力。已知載荷F,=36000N、轉(zhuǎn)速〃=150r/min.

2）計(jì)算軸的允許轉(zhuǎn)速n。已知載荷工=36OOO7V?

3）計(jì)算軸承能承受的最大載荷Fmaxo已知轉(zhuǎn)速n=900r/min.

4）確定軸所允許的最大轉(zhuǎn)速n

解：根據(jù)所給要求查表9.2得[尸]=20例Pa,[v]=60〃?/s,[Aj=15MPa〃”/s

⑴P=￡=①=iMPa([p]

dB60x60

F?幾3600x150=0AJMPa-m/s([P]

Pv=v

19100519100x60

7uln60x150=0.47/n/5([v]

1000x601000x60

所以不滿足軸承的工作能力要求。

(2)上3600?n

<[/^z]=15MPa-m/s

19100B19100x60

則軸的允許轉(zhuǎn)速n<4775r/min.

⑶由

p=—=---<[p]

dB60x60L」

得F=[P]x60x60=20x60x60=720002