机械设计基础常见计算题及详细答案

机械设计基础常见计算题及详细答案包括材料力学计算、带传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、轴系等计算分析典型习题集附详细答案2010年5月26日整理23-18某材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=350MPa，屈服极限σs=550MPa，强度极限σB=750MPa，循环基数N0=5×106，m=9，试求对称循环次数N分别为5×104、5×105、5×107次时的极限应力。解:MPaMPaMPaMPas35045210510535055058410510535067544105,1105,1956105,1101,5-946105,1取33-19某零件如图所示，材料的强度极限σB=650MPa，表面精车，不进行强化处理。试确定Ι-Ι截面处的弯曲疲劳极限的综合影响系数Kσ和剪切疲劳极限的综合影响系数Kτ。484.111181.0187.040.1k：49.211181.0177.069.1k：1：、40.814-3：、30.870.772-3：、21.401-1.470.8611q1k1.691-1.80.8411q1k:86.0q84.0q:1-347.182.1：23、12.14048075.0403q系数剪切疲劳极限综合影响系数弯曲疲劳极限综合影响强化系数由附图表面质量系数由附图尺寸系数有效应力集中系数敏性系数得由附图理论应力集中系数得由表dDdr解:53-20一零件由45钢制成，材料的力学性能为：σs=360MPa，σ-1=300MPa，ψσ=0.2。已知零件上的最大工作应力σmax=190MPa，最小工作应力σmin=110MPa，应力变化规律为σm=常数，弯曲疲劳极限的综合影响系数Kd=2.0，试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。1、作图法(比例尺)A点坐标1500.2300,01kAD的斜率1.00.22.0ke4.110302530caS62、计算法5.1401508.11502.08.13004021101902150211019021limminmaxminmaxammcaamkkkSMPaMPa789带传动习题解答108-16一带式输送机装置如图所示。已知小带轮基准直径dd1=140mm，大带轮基准直径dd2=400mm，鼓轮直径D=250mm，为了提高生产率，拟在输送机载荷不变(即拉力F不变)的条件下，将输送带的速度v提高，设电动机的功率和减速器的强度足够，且更换大小带轮后引起中心距的变化对传递功率的影响可忽略不计，为了实现这一增速要求，试分析采用下列哪种方案更为合理，为什么?(1)将大带轮基准直径dd2减小到280mm；(2)将小带轮基准直径ddl增大到200mm；(3)将鼓轮直径D增大到350mm。4.12503501402002804000011202DDdddddddd11但随着工作机功率的增加，带传动的功率成为关键环节。方案一：仅使包角α1略有增加，但带速没有增加，小轮的弯曲应力没有减小，带的传动功率没有根本改善。方案三：完全没有考虑带的传动能力。方案二：由于小带轮直径的增加，不仅使包角α1略有增加更主要的是，带速增加，小轮的弯曲应力明显减小，带的传动功率得到根本改善。结论：方案二合理解：仅从运动学的角度来看三种方案都可以提高生产率，而且提高的幅度是相同的。4.12503501402002804000011202DDdddddddd1213141516链传动习题解答179-18有一链传动，小链轮主动，转速n1=900r/min，齿数z1=25，z2=75。现因工作需要，拟将大链轮的转速降低到n2≈250r/min，链条长度不变，试问：(1)若从动轮齿数不变，应将主动轮齿数减小到多少?此时链条所能传递的功率有何变化?(2)若主动轮齿数不变，应将从动轮齿数增大到多少?此时链条所能传递的功率有何变化?解：新的传动比是1、“减少小链轮齿数”方案此时链的传动功率下降2、“增加大链轮齿数“方案对传动功率影响很小。6.325090021nni216.3756.32'1zz90256.36.31'2zz189-20单排滚子链传动，主动链轮转速n1=600r/min，齿数zl=21，从动链轮齿数z2=105，中心距a=910mm，该链的节距p=25.4mm，工况系数KA=1.2，试求链传动所允许传递的功率P。解：由节距p=25.4mm,查表9-10得该链型为16A由n1=600r/min及16A型链在图9-13上查得P0=25KW11.119211908.108.11ZKZ08.110013910026.026.0PLLKKW252.1108.111.1250APLKKKKPP]1399104.252211052105214.259102[2节PL该链传动所允许传递的功率为:19齿轮传动习题解答20接触疲劳强度的校核公式mm225)400600(100][11][1222211auubKFZZduubdKFZZHtHEHtHEH接触疲劳强度的设计公式mm130)400600(100][1)(12][12323232113211aZZuuKTdZZuuKTdHEHdHEHd10-33设计一直齿圆柱齿轮传动，原用材料的许用接触应力为[σH]1=700MPa，[σH]2=600MPa，求得中心距a=100mm；现改用[σH]1=600MPa，[σH]2=400MPa的材料，若齿宽和其它条件不变，为保证接触疲劳强度不变，试计算改用材料后的中心距。21接触疲劳强度的校核公式mm150400600100][112][11][12112222211auubdTKZZuubKFZZduubdKFZZHHEHtHEHtHEH接触疲劳强度的设计公式mm150400600100][1)(12][1)(12][123232113232113211aZZuudbKTZZuuKTdZZuuKTdHHEHEHdHEHd解：2210-34一直齿圆柱齿轮传动，已知zl=20，z2=60，m=4mm，B1=45mm，B2=40mm，齿轮材料为锻钢，许用接触应力[σH]1=500MPa，[σH]2=430MPa，许用弯曲应力[σF]1=340MPa，[σF]2=280MPa，弯曲载荷系数K=1.85，接触载荷系数K=1.40，求大齿轮所允许的输出转矩T2(不计功率损失)。解：169Nm::mN73701409.0185.12205.043][2T01409.028073.128.2][01276.034055.180.2][:mN1698.1894.123.243035.0803)1(32.2][TMPa430][][8.189:320605.0804024060480204:2322212312222111232323221312212122211大齿轮可传递的转矩为结论的输出转矩满足齿根弯曲疲劳强度的输出转矩满足齿面接触疲劳强度基本数据SaFaFFdFSaFaFSaFaEHHdHHEdYYKZmTYYYYZKdTZzzdbmzdmzd169Nm::mN73701409.0185.12205.043][2T01409.028073.128.2][01276.034055.180.2][:mN1698.1894.123.243035.0803)1(32.2][TMPa430][][8.189:320605.0804024060480204:2322212312222111232323221312212122211为大齿轮允许传递的转矩结论的输出转矩满足齿根弯曲疲劳强度的输出转矩满足齿面接触疲劳强度基本数据SaFaFFdFSaFaFSaFaEHHdHHEdYYKZmTYYYYZKdTZzzdbmzdmzd2310-35设计铣床中一对直齿圆柱齿轮传动，已知功率P1=7.5kW，小齿轮主动，转速n1=1450r/min，齿数z1=26，z2=54，双向传动，工作寿命Lh=12000h。小齿轮对轴承非对称布置，轴的刚性较大，工作中受轻微冲击，7级制造精度。242526272829303132蜗杆传动习题解答3311-15图示蜗杆传动均是以蜗杆为主动件。试在图上标出蜗轮(或蜗杆)的转向，蜗轮齿的螺旋线方向，蜗杆、蜗轮所受各分力的方向。3411-17图示为简单手动起重装置。若按图示方向转动蜗杆，提升重物G，试确定：(1)蜗杆和蜗轮齿的旋向；(2)蜗轮所受作用力的方向(画出)；(3)当提升重物或降下重物时，蜗轮齿面是单侧受载还是双侧受载?3511-22为什么普通圆柱蜗杆传动的承载能力主要取决于蜗轮轮齿的强度，用碳钢或合金钢制造蜗轮有何不利?36螺纹联接习题解答37385-22受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已知预紧力F0=1500N，当轴向工作载荷F=1000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。解:N140010002400：N240010009.01509.021212FFFFCCCFCCCFFFFmbbmbb残余预紧力螺栓的总拉力39教材第74页405-23图示凸缘联轴器(GB/T5843-1986)的型号为YLDl0，允许传递的最大转矩T=630N·m，两半联轴器采用4个M12的铰制孔用螺栓联接，螺栓规格为M12×60(GB/T27-1988)，螺栓的性能等级为8.8级，联轴器材料为HT200，试校核其联接强度。41教材第336页42。LdFdFSrTrrTFppBpii满足要求剪切强度和挤压强度均结论螺栓光杆部分直径联轴器许用挤压应力螺栓的许用剪切应力页第机械设计课程设计手册参见螺栓的最短承载长度制孔螺栓组联接题意为受转矩作用的铰：MPa1018132423MPa1813242344mm13dMPa10025.2225][MPa2565.2640S][mm1820l-60Lmin]38》《[N2423654106304pmin02200s03412maxmax解:43机械设计课程设计手册第38页4445465-26试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。4748滑动轴承习题解答4912-21对已设计好的液体动力润滑径向滑动轴承，试分析在仅改动下列参数之一时，将如何影响该轴承的承载能力。(1)转速由n=500r/min改为n=700r/min；(2)宽径比B/d由1.0改为0.8；(3)润滑油由用46号全损耗系统用油改为68号全损耗系统用油；(4)轴承孔表面粗糙度由Rz=6.3μm改为Rz=3.2μm。答：（1）承载能力提高（2）承载能力下降（3）承载能力提高（4）承载能力提高5012-22在设计液体润滑轴承时，当出现下列情况之一后，可考虑采取什么改进措施(对每种情况提出两种改进措施)?(1)当hmin[h]时；(2)当条件