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永乐国际机械设计基础第五版7-11章答案

  机械设计基础第五版7-11章答案_理学_高等教育_教育专区。机械设计基础 杨可桢版 课后习题答案

  地大北京机械设计基础课后习题答案 7-1 解 :( 1)先求解该图功的比例尺。 ( 2 ) 求最大盈亏功 的交点标注 , 。根据 图 7.5 做能量指示图。将 和 曲线 , , , , , , , 。将各区间所围的面积分为盈功和亏功,并 标注“+”号或“-” 号,然后根据各自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图(图 7.6)如下:首先 自 向上做 ,表示 画完最后一个封闭 区间的盈功;其次作 向下表示 区间的亏功;依次类推,直到 矢量 。由图知该机械系统在 区间出现最大盈亏功,其绝对值为: ( 3 )求飞轮的转动惯量 曲轴的平均角速度: ; 系统的运转不均匀系数: ; 则飞轮的转动惯量: 图 7.5 7-2 图 7.6 图 7.7 图 7.8 解 :( 1)驱动力矩 个运动循环中,驱 。因为给定 为常数,因此 为一水平直线。在一 动力矩所作的功为 ,它相当于一个运动循环所作的功,即: 因此求得: ( 2)求最大盈亏功 交点标注 , 。 根据 图 7.7 做能量指示图。将 和 曲线的 , , 。将各区间所围的面积分为盈功和亏功,并标注“+”号或“-”号,然后根 据各自区间盈亏 功的数值大小按比例作出能量指示图 (图 7.8) 如下: 首先自 区间的盈功; 向上做 , 表示 其次作 向下表示 区间的亏功;然后作 向上表示 区间的盈功,至此应形 成一个封闭区间。 由图知该机械系统在 区间出现最大盈亏功 。 欲求 在 ,先求图 7.7 中 中, 的长度。如图将图中线 延长交于 点,那么 。又在 相当于该三角形的中位线,可知 中, ,因此有: ,则 根据所求数据作出能量指示图,见图 7.8,可知最大盈亏功出现在 。 段,则 ( 3)求飞轮的转动惯量和质量。 7-3 解 :原来安装飞轮的轴的转速为 ,则若将飞轮 ,现在电动机的转速为 安装在电动机轴上,飞轮的转动惯量为: 7-4 解 : 1)求安装在主轴上飞轮的转动惯量。先求最大盈亏功 ( 最大动能与最小 。因为 是 动能之差,依题意,在通过轧辊前系统动能达到最大,通过轧辊后系统动能达到最小, 因此: 则飞轮的转动惯量: ( 2)求飞轮的最大转速和最小转速。 ( 3)因为一个周期内输入功和和输出功相等,设一个周期时间为 因此有: 。 7-5 解: ,则: , 图 7.9 一个周期驱动力矩所作的功为: 一个周期阻力矩所作的功为: 又 时段内驱动力矩所做的功为: 因此最大盈亏功为: 机组的平均角速度为: 机组运转不均匀系数为: 故飞轮的转动惯量为: 7-6 答 :本书介绍的飞轮设计方法,没有考虑飞轮以外其他构件动能的变化,而实际 上其他构件都有质 量,它们的速度和动能也在不断变化,因而是近似的。 7-7 解: 图 7.10 图 7.11 由图见一个运动循环的力矩图有四个重复图示,因此,可以以一个周期只有 计算。 来 ( 1)求驱动力矩 为常数, 。一个周期内驱动力矩功和阻力矩功相等,又依题意驱动力矩 故有 , ( 2)求最大盈亏功 的交点标注 , 。 根据 图 7.10 做能量指示图。将 和 曲线 , , 。将各区间所围的面积分为盈功和亏功,并标注“+”号或“-”号,然后根据 各自区间盈亏功 的数值大小按比例作出能量指示图(图 7.11)如下:首先自 区间的盈功, 向上做 ,表示 ;其次作 ; 向下表示 区间的亏功, 然后作 向上表示 区间的盈功,至此应形成一个封闭区间, 。由图 知该机械系统在 区间出现最大盈亏功 。 ( 3)求飞轮的转动惯量。 ( 4)求飞轮的质量。 由课本公式 7-8: 得: 7-8 解 : 图 7.12 图 7.13 ( 1)求驱动力矩 为常数,故 。一个周期内驱动力矩功和阻力矩功相等,又依题意驱动力矩 有: , ( 2)求最大盈亏功 线的交点标注 , 。 根据 图 7.12 做能量指示图。将 和 曲 , , 后根据各自区 , 。将各区间所围的面积分为盈功和亏功,并标注“+”号或“-”号,然 间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图(图 7.13)如下:首先自 表示 区间 向下做 , 的亏功, ;其次作 向上表示 区间的盈功, ;然后作 ; 向下表示 区间的亏功, 作 向上表示 区间的盈功,至此应形成一个封闭区间, 。由图知该 机械系统在 区间出现最大盈亏功 。 ( 3)求飞轮的转动惯量。 7-9 答 :机械有规律的,周期性的速度变化称为周期性速度波动。系统速度波动是随 机的、不规则的, 没有一定周期的称为非周期性速度波动。调节周期性速度波动的常用方法是在机械中 加上转动惯量很大的 回转件——飞轮。非周期性速度波动常用调速器调节。经过调节后只能使主轴的速度 波动得以减小,而不 能彻底根除。 7-10 解 : 图 7.14 图 7.15 ( 1)先求阻力矩 。因为阻力矩 为常数,故有 , 再求发动机平均功率。一个周期内输出功为 ; 一个周期所用的时间为: ; 因此发动机的平均功率为: 。 ( 2)首先求最大盈亏功 曲线的交点标注 。 根据 图 7.14 做能量指示图。将 和 , , , 然后根据各 , 。将各区间所围的面积分为盈功和亏功,并标注“+”号或“-”号, 自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图(图 7.15)如下:首先自 ,表示 区 向下做 间的亏功;其次作 至此应形成一个封 闭区间。 向上表示 区间的盈功;然后 向下表示 区间的亏功, 欲求 ,先求图 7.15 中 ,则 的长度。由图知 ,因此有: 根据所求数据作出能量指示图,见图 7.15,可知最大盈亏功出现在 。 段,则 则求飞轮的转动惯量为 ( 3)若将飞轮转动惯量减小 轴上,设该轴的转 ,而 保持原值,可将飞轮安装在速度较高一点的 速为 ,则有: ,∴ 第八章 8-1 解 :依题意该转子的离心力大小为 该转子本身的重量为 则 8-2 答 :方法如下: ,即该转子的离心力是其本身重量的 倍。 ( 1)将转子放在静平衡架上,待其静止,这时不平衡转子的质心必接近于过轴心的 垂线)将转子顺时针转过一个小角度,然后放开,转子缓慢回摆。静止后,在转子上 画过轴心的铅垂线)将转子逆时针转过一个小角度,然后放开,转子缓慢回摆。静止后画过轴心的 铅垂线)做线 的角平分线,重心就在这条直线)两种振动产生的原因分析:主轴周期性速度波动是由于受到周期性外 力,使输入功和输出 功之差形成周期性动能的增减,从而使主轴呈现周期性速度波动,这种波动在运动副 中产生变化的附加作用 力,使得机座产生振动。而回转体不平衡产生的振动是由于回转体上的偏心质量,在 回转时产生方向不断 变化的离心力所产生的。(2)从理论上来说,这两种振动都可以消除。对于周期性速 度波动,只要使输 入功和输出功时时相等,就能保证机械运转的不均匀系数为零,彻底消除速度波动, 从而彻底消除这种机 座振动。对于回转体不平衡使机座产生的振动,只要满足静或动平衡原理,也可以消 除的。(3)从实践 上说,周期性速度波动使机座产生的振动是不能彻底消除的。因为实际中不可能使输 入功和输出功时时相 等,同时如果用飞轮也只能减小速度波动,而不能彻底消除速度波动。因此这种振动 只能减小而不能彻底 消除。对于回转体不平衡产生的振动在实践上是可以消除的。对于轴向尺寸很小的转 子,用静平衡原理, 在静平衡机上实验,增加或减去平衡质量,最后保证所有偏心质量的离心力矢量和为 零即可。对于轴向尺 寸较大的转子,用动平衡原理,在动平衡机上,用双面平衡法,保证两个平衡基面上 所有偏心质量的离心 力食量和为零即可。 8-4 图 8.7 解: 已知的不平衡质径积为 的质径积为 。设 方向的质径积为 , 方向 ,它们的方向沿着各自的向径指向圆外。用作图法求解, 取 所示。由静平衡条 件得: ,作图 8 . 7 由图 8-7 量得 , 。 8-5 图 8.9 解: 先求出各不平衡质径积的大小: 方向沿着各自的向径指向外面。用作图法求解,取 条件得: ,作图 8 . 9 所示。由静平衡 由图 8 . 9 量得 ,方向与水平夹角为 。 8-6 图 8.11 解: ( 1)求质心偏移实际就是求静平衡时的平衡向静,因此可以按照静平衡条件考 虑这个 问题。先求出各不平衡质径积的大小: 方向沿着各自的向径指向外面。用作图法求解,取 由静平衡条件得: ,作图 8 . 11 ( a )所示。 由图量得 ,则质心偏移的距离为 ,偏移的方 向就是平衡质径积的方向,与水平夹角为 。 ( 2 ) 求左右支反力实际上就是求动平衡时在左右支点所在平面所需要的平衡力。 先把不平衡质量在两 支承所在平面上分解。 左支承 : ; 右支承 : ; 则在两个支承所在平面上的质径积的大小分别为: 左支承 : ; 右支承 : ; 方向沿着各自的向径指向外面。用作图法求解,取 所示。由动平衡条 件得: ,作图 8 . 11 ( b ) c ) ( 左支承 : ,量得 , 则支反力大小为 右支承 : ,量得 , 则支反力大小为 8-7 图 8.13 解: ( 1)先把不平衡质量在两平衡基面 Ⅰ和Ⅱ 上分解。 基面 Ⅰ: 基面 Ⅱ: 则在两个基面上的质径积分别为: 基面 Ⅰ: ,方向垂直向下。 基面 Ⅱ: ,方向垂直向上。 用作图法求解,取 ,作图 8 . 13 ( a )( b )所示。由动平衡条件得: 基面 Ⅰ: ,平衡质径积 ,方向垂直向上。 基面 Ⅱ: ,平衡质径积 ,方向垂直向下。 8-8 图 8.14 解: 先把不平衡质量在两平衡基面 和 上分解。 基面 : 基面 : 则在两个基面上的质径积分别为: 基面 : 图 8.15 基面 : 用作图法求解,取 ,作图 8 . 15 ( a )( b )所示。由动平衡条件得: 和 由图上量取: ( a )( b )所示。 , 方向如图 8 . 15 校核。设坐标轴方向如图 8 . 15 所示,用解析法校核。 基面 : 向有: 向有: 基面 : 向有: 向有: 两个平面在 向和 向合力均为零,因此所得结果正确。 由于回转半径为 ,因此所加的平衡质量应为 8-9 图 8.17 解: 先把不平衡质量在两平衡基面 Ⅰ和Ⅱ 上分解。 基面 Ⅰ: 基面 Ⅱ: 则在两个基面上的质径积的大小分别为: 基面 Ⅰ: 基面 Ⅱ: 方向沿着各自的向径指向外面。 用作图法求解, 取 所示。由动平衡条 件得: , 作图 8 . 17 ( a ) b ) ( 基面 Ⅰ: , 量得 , ,方向如图所示。 基面 Ⅱ: 量得 , ,方向如图所示。 8-10 解: ( 1)求左右支反力实际上就是求动平衡时在支点Ⅰ、Ⅱ所在平面所需要 的平衡力。先把不平 衡质量在两平衡基面 Ⅰ和Ⅱ 上分解。 基面 Ⅰ: 基面 Ⅱ: 则在两个基面上的质径积的大小分别为: 基面 Ⅰ: 基面 Ⅱ: 方向沿着各自的向径指向外面。用作图法求解,取 ,作图 8 . 19 ( a ) 图 8.19 ( b )所示。由动平衡条件得: 基面 Ⅰ: , 量得 ,则支反力方向如图 8 . 19 ( a )所示,大小为 。 基面 Ⅱ: 量得 ,则支反力方向如图 8 . 19 ( b )所示,大小为 ( 2)如果在 要 , 和 面上加一平衡质径积 进行静平衡,则按静平衡条件求解,只需 三个质径积矢量和为零即可。 方向沿着各自的向径指向外面。用作图法求解,取 由静平衡条件得: ,作图 8 . 19 ( c )所示。 。量得 ,方向如图 8 . 19 ( c )所示。 ( 3)静平衡之后,按照有三个偏心质量做动平衡计算,求取基面Ⅰ和Ⅱ上的平衡力 即可。同理把所有 不 平衡质量在两平衡基面 Ⅰ和Ⅱ 上分解,然后求基面上的质径积,有: 基面 Ⅰ: , 基面 Ⅱ: , 方向沿着各自的向径指向外面。用作图法求解,取 所示。由动平衡条件 得: ,作图 8 . 19 ( d )( e ) 基面 Ⅰ: , 量得 ,则支反力方向如图 8 . 19 ( d )所示,大小为 。 基面 Ⅱ: 量得 ,则支反力方向如图 8 . 19 ( e )所示,大小为 ( 4)静平衡后,两个支座的支反力一个增大,一个减小。 第九章 9-1 答 退火:将钢加热到一定温度,并保温到一定时间后,随炉缓慢冷却的热处理方 法。主要用来消除内 应力、降低硬度,便于切削。 正火:将钢加热到一定温度,保温一定时间后,空冷或风冷的热处理方法。可消除内 应力,降低硬度,便 于切削加工;对一般零件,也可作为最终热处理,提高材料的机械性能。 淬火:将钢加热到一定温度,保温一定时间后,浸入到淬火介质中快速冷却的热处理 方法。可提高材料的 硬度和耐磨性,但存在很大的内应力,脆性也相应增加。淬火后一般需回火。淬火还 可提高其抗腐蚀性。 调质:淬火后加高温回火的热处理方法。可获得强度、硬度、塑性、韧性等均较好的 综合力学性能,广泛 应用于较为重要的零件设计中。 表面淬火:迅速将零件表面加热到淬火温度后立即喷水冷却,使工件表层淬火的热处 理方法。主要用于中 碳钢或中碳合金钢,以提高表层硬度和耐磨性,同时疲劳强度和冲击韧性都有所提高。 渗碳淬火:将工件放入渗碳介质中加热,并保温一定时间,使介质中的碳渗入到钢件 中的热处理方法。适 合于低碳钢或低碳合金钢,可提高表层硬度和耐磨性,而仍保留芯部的韧性和高塑性。 9-2 解 见下表 9-3 解查教材表 9-1,Q235 的屈服极限 查手册 GB706-88 标准,14 号热轧工字钢的截面面积 则拉断时所所的最小拉力为 9-4 解 查教材表 9-1,45 钢的屈服极限 许用应力 把夹紧力 向截面中心转化,则有拉力 和弯距 截面面积 抗弯截面模量 则最大夹紧力 应力分布图如图所示 图 9.3 题 9-4 解图 9-5 解 查手册 ,查手册退刀槽宽度 ,过渡圆角 ,沟槽直径 半径 于 的螺栓,最 ,尾部倒角 设所用螺栓为标准六角头螺栓,对 小中心距 ,螺栓轴线与箱壁的最小距离 。 9-6 解 查手册, 当圆轴 、轮毂键 时, 平键的断面尺寸为 且轴上键槽尺寸 槽尺寸 。 图 9.5 题 9-6 解图 9-7 解 (1)取横梁作为示力体,当 位于支承 右侧 处时 由 得 由 得 由 得 由 得 ( 2)横梁弯矩图 图 9.7 题 9-7 解图 ( 3)横梁上铆钉组的载荷 力矩 水平分力 垂直分力 9-8 解 水平分力 在每个铆钉上产生的载荷 垂直分力 在每个铆钉上产生的载荷 力矩 在每个铆钉上产生的载荷 各力在铆钉上的方向见图所示 图 9.9 题 9-8 解图 根据力的合成可知,铆钉 1 的载荷最大 9-9 解 铆钉所受最大载荷 校核剪切强度 校核挤压强度 均合适。 9-10 解 支承 可用铸铁 HT200 或铸钢 ZG270-500。其结构立体图见图。 图 9.10 题 9-10 解图 支承 的可能失效是回转副的磨损失效,或回转副孔所在横截面处拉断失效。 9-11 解 ( 1)轮齿弯曲应力可看成是脉动循环变应力。 ( 2)大齿轮循环次数 ( 3)对应于循环总次数 的疲劳极限能提高 提高了 1.24 倍。 9-12 答 由图 5-1 可见,惰轮 4 的轮齿是双侧受载。当惰轮转一周时,轮齿任一侧齿 根处的弯曲应力的变化 规律:未进入啮合,应力为零,这一侧进入啮合时,该侧齿根受拉,并逐渐达到最大 拉应力,然后退出啮 合,应力又变为零。接着另一侧进入啮合,该侧齿根受压,并逐渐达到最大压应力, 当退出啮合时,应力 又变为零。所以,惰轮 4 轮齿根部的弯曲应力是对称循环变应力。 9-13 答 在齿轮传动中,轮齿工作面上任一点所产生的接触应力都是由零(该点未进 入啮合)增加到一最 大值(该点啮合),然后又降低到零(该点退出啮合),故齿面表面接触应力是脉动 循环变应力。 9-14 解 ( 1)若支承可以自由移动时,轴的伸长量 ( 2)两支承都固定时,因轴的温升而加在支承上的压力 9-15 基孔制优先配合为 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 ,试以基本尺寸为 绘制其公差带图。 图 9.13 题 9-15 解图 9-16 答 (1)公差带图见题 9-16 解图。 ( 2) 品种。 、 均采用的是基轴制,主要是为了制造中减少加工孔用的刀具 图 9.15 题 9-16 解图 第十章 10-1 证明 当升角 与当量摩擦角 符合 时,螺纹副具有自锁性。 当 时,螺纹副的效率 所以具有自锁性的螺纹副用于螺旋传动时,其效率必小于 50%。 10-2 解 由教材表 10-1、表 10-2 查得 ,粗牙,螺距 ,中径 螺纹升角 ,细牙,螺距 , 中径 螺纹升角 对于相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹中,细牙螺纹的升角较小,更易实现自锁。 10-3 解 查教材表 10-1 得 粗牙 螺距 中径 小径 螺纹升角 普通螺纹的牙侧角 ,螺纹间的摩擦系数 当量摩擦角 拧紧力矩 由公式 可得预紧力 拉应力 查教材表 9-1 得 35 钢的屈服极限 拧紧所产生的拉应力已远远超过了材料的屈服极限,螺栓将损坏。 10-4 解 (1)升角 当量摩擦角 工作台稳定上升时的效率: ( 2)稳定上升时加于螺杆上的力矩 ( 3)螺杆的转速 螺杆的功率 ( 4)因 作用下等速下降, 需制动装置。其制动力矩为 ,该梯形螺旋副不具有自锁性,欲使工作台在载荷 10-5 解 查教材表 9-1 得 Q235 的屈服极限 , 查教材表 10-6 得,当控制预紧力时,取安全系数 由许用应力 查教材表 10-1 得 的小径 由公式 得 预紧力 由题图可知 ,螺钉个数 ,取可靠性系数 牵曳力 10-6 解 此联接是利用旋转中间零件使两端螺杆受到拉伸 ,故螺杆受到拉扭组合变 形。 查教材表 9-1 得,拉杆材料 Q275 的屈服极限 , 取安全系数 ,拉杆材料的许用应力 所需拉杆最小直径 查教材表 10-1,选用螺纹 ( )。 10-7 解 查教材表 9-1 得,螺栓 35 钢的屈服极限 , 查教材表 10-6、10-7 得螺栓的许用应力 查教材表 10-1 得, 的小径 螺栓所能承受的最大预紧力 所需的螺栓预紧拉力 则施加于杠杆端部作用力 的最大值 10-8 解 在横向工作载荷 接触表面受到 作用下,螺栓杆与孔壁之间无间隙,螺栓杆和被联接件 挤压;在联接接合面处螺栓杆则受剪切。 假设螺栓杆与孔壁表面上的压力分布是均匀的,且这种联接的预紧力很小,可不 考虑预 紧力和螺纹摩擦力矩的影响。 挤压强度验算公式为: 其中 ; 为螺栓杆直径。 螺栓杆的剪切强度验算公式 其中 表示接合面数,本图中接合面数 。 10-9 解 ( 1)确定螺栓的长度 由教材图 10-9 a)得:螺栓螺纹伸出长度 螺栓螺纹预留长度 查手册选取六角薄螺母 GB6172-86 ,厚度为 垫圈 GB93-87 16,厚度为 则所需螺栓长度 查手册中螺栓系列长度,可取螺栓长度 螺栓所需螺纹长度 , 取螺栓螺纹长度 ( 2)单个螺栓所受横向载荷 ( 3)螺栓材料的许用应力 由表 9-1 查得 被联接件 HT250 的强度极限 查表 10-6 取安全系数 被联接件许用挤压应力 查教材表 9-1 得 螺栓 35 钢的屈服极限 , 查表 10-6 得螺栓的许用剪切应力 螺栓的许用挤压应力 ( 4)校核强度 查手册,六角头铰制孔用螺栓 GB28-88 ,其光杆直径 螺栓的剪切强度 最小接触长度: 挤压强度 所用螺栓合适。 10-10 解 ( 1)每个螺栓所允许的预紧力 查教材表 9-1 得 45 钢的屈服极限 , 查教材表 10-6、10-7 得,当不能严格控制预紧力时,碳素钢取安全系数 由许用应力 查教材表 10-1 得 的小径 由公式 得 预紧力 ( 2)每个螺栓所能承担的横向力 由题图可知 ,取可靠性系数 横向力 ( 4)螺栓所需承担的横向力 ( 5)螺栓的个数 取偶数 。 在直径为 155 的圆周上布局 14 个 的普通螺栓,结构位置不允许。 10-11 解 ( 1)初选螺柱个数 ( 2)每个螺柱的工作载荷 ( 3)螺柱联接有紧密性要求,取残余预紧力 ( 4)螺柱总拉力 ( 5)确定螺柱直径 选取螺柱材料为 45 钢,查表 9-1 得 屈服极限 , 查教材表 10-6 得,当不能严格控制预紧力时,暂时取安全系数 许用应力 螺栓小径 查教材表 10-1,取 全系数 是合 螺栓( ),由教材表 10-7 可知取安 适的。 ( 6)确定螺柱分布圆直径 由题 10-11 图可得 取 。 ( 7)验证螺柱间距 所选螺柱的个数和螺柱的直径均合适。 10-12 解 ( 1)在力 ,此时每个 作用下,托架不应滑移,设可靠性系数 ,接合面数 螺栓所需的预紧力 ( 2)在翻转力矩 O-O 翻转的趋势,上 作用下,此时结合面不应出现缝隙。托架有绕螺栓组形心轴线 边两个螺栓被拉伸,每个螺栓的轴向拉力增大了 栓的轴向力减小了 ,下边两个螺栓被放松,每个螺 ,则有力的平衡关系 ,故可得 为使上边两个螺栓处结合面间不出现缝隙,永乐国际也即残余预紧力刚为零,则所需预紧力 ( 3)每个螺栓所需总的预紧力 ( 4)确定螺栓直径 选取螺栓材料为 35 钢,查教材表 9-1 屈服极限 , 查教材表 10-6 得,当不能严格控制预紧力时,暂时取安全系数 许用应力 螺栓小径 查教材表 10-1,取 数 也是合适 螺栓( ),由教材表 10-7 可知取安全系 的。 10-13 解 (1)计算手柄长度 查手册 ,梯形螺纹 GB5796-86,公称直径 , ,初选螺距 ,则中径 小径 螺纹升角 当量摩擦角 所需的转矩 则 ,手柄的长度 (2)确定螺母的高度 初取螺纹圈数 ,则 螺母的高度 这时 处于 1.2~2.5 的许可范围内。 10-14 解 选用梯形螺纹。 ( 1)根据耐磨性初选参数 初选 查表 10-8 螺旋副的许用压强 ,取 查手册,选取梯形螺纹 GB5796-86,选取公称直径 小径 , ,中径 , 螺距 。 ( 2)初选螺母 初步计算螺母的高度 则螺栓与螺母接触的螺纹圈数 ,取 螺母的高度 系数 ( 3)校核耐磨性 螺纹的工作高度 则螺纹接触处的压强 合适。 ( 4)校核螺杆的稳定性 起重器的螺母端为固定端,另一端为自由端,故取 ,螺杆危险截面的惯性半径 ,螺杆的最大工作长度 ,则 螺杆的长细比 临界载荷 取 安全系数 ,不会失稳 ( 5)校核螺纹牙强度 对于梯形螺纹 对于青铜螺母 ,合适。 10-15 解 ( 1)初选螺纹直径 查手册,选取梯形螺纹 GB5796-86,选取公称直径 小径 , ,中径 , 螺距 。 ( 2)验证其自锁性 螺纹升角 当量摩擦角 ,所以满足自锁条件。 ( 3)校核其耐磨性 设 螺栓与螺母参加接触的螺纹圈数 , 则 螺母的高度 范围内。 , ,处于 1.2~2.5 的许可 螺纹的工作高度 则螺纹接触处的压强 查教材表 10-8,钢对青铜许用压强 ,合适。 ( 4)校核螺杆强度 取 ,则所需扭矩 则危险截面处的强度 对于 45 钢正火,其许用应力 ,故合适。 ( 5)校核螺杆的稳定性 压力机的螺母端为固定端,另一端为铰支端,故取 径 ,螺杆的最大工作长度 ,螺杆危险截面的惯性半 ,则螺杆的长细比 , 不会失稳。 ( 6)校核螺纹牙强度 对于梯形螺纹 对于青铜螺母 ,合适。 ( 7 )确定手轮的直径 由 得 10-16 解 ( 1)选用 A 型平键,查教材表 10-9,由轴的直径 的截面尺寸 可得平键 , 键 ; 由联轴器及平键长度系列, 取键的长度 。 其标记为: GB1096-79 ( 2)验算平键的挤压强度 由材料表 10-10 查得,铸铁联轴器的许用挤压应力 A 型键的工作长度 ,使用平键挤压强度不够,铸铁轴壳键槽将被压溃。这时可使轴与联轴器孔 之间采用过盈配 合,以便承担一部分转矩,但其缺点是装拆不便。也可改用花键联接。 10-17 解 ( 1)选择花键 根据联轴器孔径 键的规格为 花键 ,查手册可知花键小径 最接近,故选择矩形花 GB1144-87 花键的齿数 ,倒角 、小径 ,大径 ,键宽 ,键长取 . ( 2)验算挤压强度 取载荷不均匀系数 齿面工作高度 平均半径 查教材表 10-11,在中等工作条件Ⅱ、键的齿面未经热处理时,其许用挤压应力 , 故合适。 第十一章 11-1 解 1)由公式可知: 轮齿的工作应力不变,则 则,若 ,该齿轮传动能传递的功率 11-2 解 由公式 可知,由抗疲劳点蚀允许的最大扭矩有关系: 设提高后的转矩和许用应力分别为 、 当转速不变时,转矩和功率可提高 69%。 11-3 解 软齿面闭式齿轮传动应分别验算其接触强度和弯曲强度。 ( 1)许用应力 查教材表 11-1 小齿轮 45 钢调质硬度:210~230HBS 取 220HBS;大齿轮 ZG270-500 正火硬 度:140~170HBS,取 155HBS。 查教材图 11-7 , 查教材图 11-10 , 查教材表 11-4 取 , 故: ( 2)验算接触强度,验算公式为: 其中:小齿轮转矩 载荷系数 查教材表 11-3 得 齿宽 中心距 齿数比 则: 、 ,能满足接触强度。 ( 3)验算弯曲强度,验算公式: 其中:齿形系数:查教材图 11-9 得 、 则 : 满足弯曲强度。 11-4 解 开式齿轮传动的主要失效形式是磨损,目前的设计方法是按弯曲强度设计, 并将许用应力 降低以弥补磨损对齿轮的影响。 ( 1)许用弯曲应力 查教材表 11-1 小齿轮 45 钢调质硬度:210~230HBS 取 220HBS;大齿轮 45 钢正火硬度:170~210HBS,取 190HBS。查教材图 11-10 得 , 查教材表 11-4 ,并将许用应用降低 30% 故 ( 2)其弯曲强度设计公式: 其中:小齿轮转矩 载荷系数 查教材表 11-3 得 取齿宽系数 齿数 ,取 齿数比 齿形系数 查教材图 11-9 得 、 因 故将 代入设计公式 因此 取模数 中心距 齿宽 11-5 解 硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是折断,设计方法是按弯曲强度设计, 并验算其齿面接触 强度。 ( 1)许用弯曲应力 查教材表 11-1,大小齿轮材料 40Cr 表面淬火硬度:52~56HRC,取 54HRC。查 教材图 11-10 得 ,查材料图 11-7 得 。查教材表 11-4 , 因齿轮传动是双向工作,弯曲应力为对称循环,应将极限值乘 70%。 故 ( 2)按弯曲强度设计,设计公式: 其中:小齿轮转矩 载荷系数 查教材表 11-3 得 取齿宽系数 齿数 ,取 齿数比 齿形系数 应将齿形系数较大值代入公式,而齿形系数值与齿数成反比,将小齿轮的齿 形系数代入设计公 式,查教材图 11-9 得 因此 取模数 ( 3)验算接触强度,验算公式: 其中:中心距 齿宽 ,取 满足接触强度。 11-6 解 斜齿圆柱齿轮的齿数 与其当量齿数 之间的关系: ( 1)计算传动的角速比用齿数 。 ( 2)用成型法切制斜齿轮时用当量齿数 选盘形铣刀刀号。 ( 3)计算斜齿轮分度圆直径用齿数。 ( 4)计算弯曲强度时用当量齿数 查取齿形系数。 11-7 解 见题 11-7 解图。从题图中可看出,齿轮 1 为左旋,齿轮 2 为右旋。当齿轮 1 为主动时按左手定 则判断其轴向力 ;当齿轮 2 为主动时按右手定则判断其轴向力 。 轮 1 为主动 图 11.2 题 11-7 解图 轮 2 为主动时 11-8 解 见题 11-8 解图。齿轮 2 为右旋,当其为主动时,按右手定则判断其轴向力 方向 ;径向力 总是指向其转动中心;圆向力 的方向与其运动方向相反。 图 11.3 题 11-8 解图 11-9 解 ( 1)要使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反,则低速级斜齿轮 3 的螺旋经 方向应与齿轮 2 的 旋向同为左旋,斜齿轮 4 的旋向应与齿轮 3 的旋向相反,为右旋。 ( 2)由题图可知: 、 、 、 、 分度圆直径 轴向力 要使轴向力互相抵消,则: 即 11-10 解 软齿面闭式齿轮传动应分别校核其接触强度和弯曲强度。 ( 1)许用应力 查教材表 11-1 小齿轮 40MnB 调质硬度:240~280HBS 取 260HBS;大齿轮 35SiMn 调质硬度:200~ 260HBS,取 230HBS。 查教材图 11-7: ; 查教材图 11-10: ; 查教材表 11-4 取 , 故: ( 2)验算接触强度,其校核公式: 其中:小齿轮转矩 载荷系数 查教材表 11-3 得 齿宽 中心距 齿数比 则: 满足接触强度。 (3)验算弯曲强度,校核公式: 小齿轮当量齿数 大齿轮当量齿数 齿形系数 查教材图 11-9 得 、 满足弯曲强度。 11-11 解 软齿面闭式齿轮传动应按接触强度设计,然后验算其弯曲强度: ( 1)许用应力 查教材表 11-1 小齿轮 40MnB 调质硬度:240~280HBS 取 260HBS;大齿轮 45 钢调质硬度:210~ 230HBS,取 220HBS。 查教材图 11-7: ; 查教材图 11-10: ; 查教材表 11-4 取 , 故: ( 2)按接触强度设计,其设计公式: 其中:小齿轮转矩 载荷系数 查教材表 11-3 得 齿宽系数 取 中心距 齿数比 将许用应力较小者 代入设计公式 则: 取中心距 初选螺旋角 大齿轮齿数 ,取 齿数比: 模数 ,取 螺旋角 ( 3)验算其弯曲强度,校核公式: 小齿轮当量齿数 大齿轮当量齿数 齿形系数 查教材图 11-9 得 、 满足弯曲强度。 11-12 解 由题图可知: , 高速级传动比 低速级传动比 输入轴的转矩 中间轴转矩 输出轴转矩 11-13 解 硬齿面闭式齿轮传动应按弯曲强度设计,然后验算其接触强度。 ( 1)许用应力 查教材表 11-1 齿轮 40Cr 表面淬火硬度:52~56HRC 取 54HRC。 查教材图 11-7: 查教材图 11-10: 查教材表 11-4 取 , 故: ( 2)按弯曲强度设计,其设计公式: 其中:小齿轮转矩 载荷系数 查教材表 11-3 得 齿宽系数 取 大齿轮齿数 ,取 齿数比: 分度圆锥角 小齿轮当量齿数 大齿轮当量齿数 齿形系数 查教材图 11-9 得 、 则平均模数: 大端模数 ( 3)校核其接触强度,验算公式: 取 其中:分度圆直径 锥距 齿宽 取 则: 满足接触强度。 11-14 解 开式齿轮传动只需验算其弯曲强度 ( 1)许用弯曲应力 查教材表 11-1 小齿轮 45 钢调质硬度:210~230HBS 取 220HBS;大齿轮 ZG310-570 正火硬度:160~ 200HBS 取 190HBS。 查教材图 11-10: ; 查教材表 11-4 取 , 故: ( 2)校核弯曲强度,验算公式: 其中:小齿轮转矩 载荷系数 查教材表 11-3 得 分度圆锥角 小齿轮当量齿数 大齿轮当量齿数 齿形系数 查教材图 11-9 得 、 分度圆直径 锥距 齿宽系数 平均模数 则: 满足弯曲强度。 11-15 解 ( 1)圆锥齿轮 2 的相关参数 分度圆直径 分度圆锥角 平均直径 轴向力 ( 2)斜齿轮 3 相关参数 分度圆直径 轴向力 ( 3)相互关系 因 得: (4)由题图可知,圆锥齿轮 2 的轴向力 方向指向上,转 指向大端,方向向下;斜齿轮 3 的轴向力 动方向与锥齿轮 2 同向,箭头指向右。齿轮 3 又是主动齿轮,根据左右手定则判断, 其符合右手定则,故 斜齿轮 3 为右旋。 图 11.6 题 11-16 解图 11-16 解 见题 11-16 解图。径向力总是指向其转动中心;对于锥齿轮 2 圆周力与 其转动方向相同,对于斜齿轮 3 与其圆周力方向相反。

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