例题机械设计

5、试分析画出图5所示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置和方向。【解】1）各轴的回转方向如图所示；2）蜗轮轮齿的螺旋方向：由于两个蜗杆均为右旋，因此两个蜗轮也必为右旋。1）蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置和方向如图所示螺7、如图所示的底板螺栓组连接受外力的F作用，外力F作用在包含x轴并垂直于底板结合面的平面内。试分析底板螺栓组的受力情况，判断哪个螺栓受力最大？保证连接安全工作的必要条件有哪些？【解】将F等效转化到底板面上，可知底板受到轴向力yF，横向力xF和倾覆力矩M。（1）底板最左侧螺栓受力最大，为防止螺栓拉断，应验算该螺栓的拉伸强度，要求拉应力][；（2）为防止底板右侧压碎，应验算底板右侧边缘的最大挤压应力，要求最大挤压应力][maxp；（3）为防止底板左侧出现间隙，应验算底板左侧题7图边缘的最小挤压应力，要求最小挤压应力0minp；（4）为防止底板向右滑移，应验算底板在横向力作用下是否会滑动，要求摩擦力xfFF。2．图c所示为一托架，20kN的载荷作用在托架宽度方向的对称线上，用四个螺栓将托架连接在一钢制横梁上，螺栓的相对刚度为0.3，螺栓组连接采用普通螺栓连接形式，假设被连接件都不会被压溃，试计算:1)该螺栓组连接的接合面不出现间隙所需的螺栓预紧力F´至少应大于多少？（接合面的抗弯剖面模量W=12.71×106mm3）（7分）2）若受力最大螺栓处接合面间的残余预紧力F´´要保证6956N，计算该螺栓所需预紧力F´、所受的总拉力F0。（3分）1）（1）、螺栓组联接受力分析：将托架受力情况分解成下图所示的受轴向载荷Q和受倾覆力矩M的两种基本螺栓组连接情况分别考虑。（2分）（2）计算受力最大螺栓的工作载荷F：（1分）Q使每个螺栓所受的轴向载荷均等，为)(50004200001NZQF倾覆力矩M使左侧两个螺栓工作拉力减小；使右侧两个螺栓工作拉力增加，其值为：)(41.65935.22745.22710626412max2NlMlFii显然，轴线右侧两个螺栓所受轴向工作载荷最大，均为：)(41.1159321NFFF（3）根据接合面间不出现间隙条件确定螺栓所需的预紧力F’：（4分）预紧力F’的大小应保证接合面在轴线右侧不能出现间隙，即：2）若F’’=6956N，则：（3分）齿轮八、（17分）图示为由圆锥齿轮和斜齿圆柱齿轮组成的传动系统。已知：Ⅰ轴为输入轴，转向如图所示，输出轴功率PⅢ＝5KW，转速nⅢ＝157rpm，各轮齿数为：z1=25，z2=60，z3=22，z4=84，设效率为100％。（1）在图中标出各轮转向，并计算各轴的转矩。（2）为使2、3两轮的轴向力方向相反，确定并在图中标出3、4两轮的螺旋方向。（3）在图中标出2、3两轮在啮合点处所受各分力(tF、Fr、Fx)的方向。n1ⅠⅡⅢ1234解：（1）各轴转向如图所示。――――3分16.922258460314214zzzzi――1分82.322843434zzi―――――1分12.143815716.914ⅢⅠ＝nin(rpm)―――――――――――――1分74.59915782.314＝ⅢⅡnin（rpm）―――――――――――――1分2.3312.1438595509550ⅠⅠⅠnPT（Nm）―――――――――1分6.7974.599595509550ⅡⅡⅡnPT(Nm)―――――――――1分1.304157595509550ⅢⅢⅢnPT(Nm)――――――――――1分（2）3轮左旋，4轮右旋。―――――――――――――――3分（3）2、3两轮的各分力方向如图所示。―――――――――――――－―4分5、设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，问：2）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；3）低速级螺旋角应取多大数值才能使中间轴上两个轴向力互相抵消。【解】（1）由于中间轴上两齿轮分别为主动和从动轮，且旋转方向相同，因此为使轴向力方向相反，必须使齿轮3的螺旋方向与齿轮2的相同。齿轮2为左旋，故齿轮3必须左旋，齿轮4右旋。（2）使中间轴上轮2和轮3的轴向力互相完全抵消，需要满足32aaFF。n1ⅠⅡⅢ1234333222tan,tantataFFFF因齿轮2和齿轮3传递的转矩相同223322dFdFTtt，且33332222cos/,cos/nnmzdmzd整理后可得322233233223coscostantannnttmzmzddFF因此1438.015sin513175sinsin222333nnmzmz2'16827.83三、计算题(38分)1、(15分)图3-1示螺栓联接中,采用两个M20的普通螺栓，其许用拉应力[σ]＝l60N／mm2，联接件接合面间摩擦系数f＝0.20，防滑系数Ks＝1.2，计算该联接件允许传递的静载荷F＝?(M20的螺栓d1＝17.294mm)(10分)图3-12、(13分)如图3-2所示某电梯传动装置中采用蜗杆传动，电机功率P=10kW，转速n1＝970r／min，蜗杆传动参数z1＝2；z2＝60；直径系数q＝8；总效率η＝0．8，m＝8，右旋蜗杆，试计算：〔14分)(1)电梯上升时，标出电机转向；(2)标出蜗杆所受各力的方向；(3)计算蜗轮所受各力大小。四、分析题(20分)1.(10分)如图4-1传动系统，要求轴Ⅱ、Ⅲ上的轴向力抵消一部分，试确定：1)蜗轮6的转向；2)斜齿轮3、4和蜗杆5、蜗轮6的旋向；3)分别画出蜗杆5，蜗轮6啮合点的受力方向。1、螺栓预紧后，接合面所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷，假设各螺栓所需预紧力均为F0则由平衡条件0SfFZiKF可得0SKFFfZi(4分)螺栓危险截面的强度条件为02141.3[]Fd于是得(4分(5分)2、(13分)[解]1)电机转向箭头向上；(1分)2)蜗杆受各力方向如图(3分)图3-2图4-1Fa2(3分)(3分)Fr2＝Ft2·tanα＝9845tan20°＝3583N(3分)四、分析题(26分)1.(12分)(1)蜗轮6的转向为逆时针方向；(2分)(2)齿轮3左旋，齿轮4右旋，蜗杆5右旋，蜗轮6右旋；(4分)(3)蜗杆5啮合点受力方向如图(a)；蜗轮6啮合点受力方向如图(b)。(6分)1222298454300.89845860tTiFNmz