机械设计课后作业及部分解答

螺纹联接作业1.受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已知预紧力为1500N，当轴向工作载荷为1000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。2.图示汽缸螺栓联接，汽缸内压力p在0-1.5MPa间变化，缸盖和缸体均为钢制，为保证气密性要求，试选择螺栓材料，并确定螺栓数目和尺寸。3.图示两根梁用8个4.6级普通螺栓与两块钢盖板相联接，梁受到的拉力F=28kN，摩擦系数f=0.2，控制预紧力，试确定所需螺栓的直径。4.图示YLD10凸缘联轴器，允许传递的最大转矩为630N·m，两半联轴器采用4个M12×60的铰制孔螺栓，性能等级为8.8级，联轴器材料为HT200，试校核联接强度。5.铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示，已知L=300mm，a=60mm，试求三个方案中，受力最大的螺栓所受的力各为多少？哪个方案较好？6.图示底板螺栓组联接受外力Fe作用，外力Fe作用在包含x轴并垂直于底板结合面的平面内。试分析螺栓组受力情况，并判断哪个螺栓受载最大？保证联接安全的必要条件有哪些？7.指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。8.图示刚性联轴器取4个M16小六角头铰制孔用螺栓，螺栓材料为45钢，受剪面处螺栓直径为φ17mm，其许用最大扭矩T=1.5kN·m（设为静载荷），试校核其强度。联轴器材料HT250。提示9.上题的刚性联轴器中，若采用M16受拉螺栓，靠两半联轴器的接合面间产生的摩擦力来传递扭矩，螺栓材料为45钢，接合面间的摩擦系数f=0.16，安装时不控制欲紧力，试决定螺栓数（螺栓数应为双数）。10.如图，缸径D=500mm，蒸汽压力p=1.2MPa，螺栓分布圆直径D0=640mm。为保证气密性要求，螺栓间距不得大于150mm。试设计此汽缸盖螺栓组联接。螺纹联接作业解答1~8（略）9解：（1）、求预紧力'F查手册GB196-81得113.835d(M16)p=2H=0.866p=1.732则：11.73213.83513.54666cHdd查表6.3取[]4SS选6.8级：600BaMp480SaMp许用拉应力：480[]120[]4saSMpS241.3'[]cFd22[]13.546120'13303.0141.341.3cdFN（2）'2SfDzFkT取保1.3fk231.31500100011.82'13303.010.16155fSkTzFD取z=12(双数)10解:1、确定螺栓数目z取间距t＝125064016.09125125Dz取＝16２、选螺栓性能等级6.8级45钢600BaMp480SaMp480SaMp３、计算螺栓载荷(1)、气钢盖载荷：225001.2235619.4544DQpN（2）、螺栓工作载荷：14726.2216QFN（3）、残余预紧力：1.51.514726.2222089.33FFN（4）、螺栓最大拉力：014726.2222089.3336815.55FFFN（5）、许用拉力：取安全系数：[]3SS（不控制预紧力）480[]16033SaMp4、计算螺栓尺寸041.341.336815.5519.5156[]160cFdmm选M24查124,20.752,3ddp0.866,2.598Hp12.59820.75220.31919.515666cHdd(满足要求)若选M22122,19.294,2.5ddp则：H=0.866p=2.16512.16519.29418.93366cHdd(不满足)轴毂联接作业1.图示减速器的低速轴与凸缘联轴器及圆柱齿轮之间分别采用键联接。已知轴传递的转矩为1000N·m，齿轮的材料为锻钢，凸缘联轴器材料为HT200，工作时有轻微冲击，联接处轴及轮毂尺寸如图示。试选择键的类型和尺寸，并校核联接的强度。2.轴与轮毂分别采用B型普通平键联接和中系列矩形花键联接。已知轴的直径（花键的大径）d=102mm，轮毂宽L=150mm，轴与轮毂的材料均为碳钢，取许用挤压应力为100MPa，试计算两种联接各允许传递的转矩。3.试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。带传动作业1.图示带式输送机装置。小带轮直径140mm，大带轮直径为400mm，鼓轮直径250mm，为提高生产率，在载荷不变条件下，提高带速度，设电机功率和减速器的强度足够，忽略中心距变化，下列哪种方案更为合理？1、大轮直径减小到280mm；2、小轮直径增大到200mm；3、鼓轮直径增大到350mm。提示2.某车床电动机和主轴箱之间为窄V带传动，电动机转速n1=1440r/min，主轴箱负载为4.0kW,带轮基准直径分别为90mm、250mm,传动中心距a=527mm,预紧力按规定条件确定,每天工作16小时,试确定该传动所需窄V带的型号和根数。3.现设计一带式输送机的传动部分，该传动部分由普通V带传动和齿轮传动组成。齿轮传动采用标准齿轮减速器。原动机为电动机，额定功率为11kW，转速n1=1460r/min，减速器输入轴转速为400r/min，允许传动比误差为±5%，该输送机每天工作16小时，试设计此普通V带传动。4.图示为带传动的张紧方案，试指出不合理之处。提示5.单根C型V带能传递的最大功率为P=4.7kW，主动轮直径D1=200mm，主动轮转速n1=1800r/min，小带轮包角α1=135°，胶带与带轮间的当量摩擦系数f′=0.25，0.4，0.5时。求紧边拉力F1、松边拉力F2、有效拉力F、初拉力F0。6.带传动主动轮转速n1=1450r/min，主动轮直径D1=140mm，从动轮直径D2=400mm，传动中心距a≈1000mm，传递功率P=10kW，取工作载荷系数KA=1.2。选带型号并求V带根数z。7.单根A型V带，其基准长度Ld=2000mm，传动功率P=1.0kW，主动轮转速n1=1440r/min，主动轮直径D1=100mm，从动轮转速n2=720r/min，轮缘沟槽的角度φ=38°，紧边拉力是松边拉力的5倍。试求：1）传动中心距；2）带和带轮接触面的当量摩擦系数f′；3）紧边拉力F1和有效拉力F。8.单根A型V带传递的功率P=2.33kW，主动带轮直径D1=125mm，转速n1=3000r/min，小带轮包角α1=150°，带与带轮间的当量摩擦系数f′=0.25。求带截面上各应力的大小并计算各应力是紧边拉应力的百分之几。V带弹性模量E可近似取为300MPa。（摩擦损失功率不计。）9.图示为电动绳索牵引机的传动系统简图。试设计电动机与齿轮传动之间的V带传动。已知：电动机功率P=5.5kW，带传动的传动比i=3，电动机转速n1=1440r/min，一班制工作，载荷平稳。带传动作业解答1~4（略）5解：200180018.85601000601000dnmvs有效拉力：100010004.7249.3418.85FNv紧边拉力：0.2513518022210.25135180249.34560.131FeeFqvqvqvNee6解：计算功率：1.21012cAPkPkw查图11-15：选B型带带速：11140145010.63601000601000Pnmvs查表11-7：（查值法）02.115Pkw传动比：214002.89(1)140(10.01)DiD传动比系数：1.12ik弯曲影响系数：31.9910bk30111(1)1.99101450(1)0.3091.12biPknkwk包角：2114001401806018060164.41000DDa查表11-6：0.963k（查值法）计算基准长度dL2140014027022mDDD2140014013022DD22130'2270210002865.11000dmLDamma''402825.1idLL取标准值：2800iL2800402840dL查图11-16：1.04Lk∴根数：00124.94()(2.1150.309)0.9631.04cLPzPPkk取z=57解：取ε=1%11221001440(1)(10.01)198720DnDmmn取标准值：2200Dmm（1）中心距（题给内周长度Li应改为基准长度2000dLmm）2120010015022mDDD212001005022DD221()844dmmLDaLD2220001501(2000150)850762.74244mm（2）带速1110014407.5410601000601000Dnmmvss∴可忽略离心力2112001001806018060172.13363.0043762.742DDrada'1125fFeF15'0.536nlf（3）12100010001.0132.6267.54PFFFNv125FF代入：2132.62633.15654FN1533.1565165.783FN8解：带速：11125300019.64601000601000Dnmvs一、求各力：有效拉力：100010002.33118.6419.64PFNv查表：0.1kgqm（A型）11211FeFqve0.2515018020.25150180118.640.119.64285.591eNe1221FFqve20.25150180118.640.119.64166.951Ne1202FFF1()0.88281()eekee2021500(1)(1)cPFqvevzke22.3321500(1)0.119.64(2.193281)19.6410.88282.19328226.259N二、求各应力面积：281Amm2118.641.46581FNmmA121285.593.52681FNmmA222166.952.06181FNmmA20226.2592.79381Nmm离心应力：2220.119.640.47681cqvNmmA弯曲应力：2.75ymm112Dr2122.7530013.2125byNEmmr三、求所占比例：11.4650.41641.6%3.526212.0610.5853.526012.7930.7923.52610.4760.1353.526c1113.23.744374.4%3.526b9解：1、计算功率选型号：由表11.5取1Ak，5.5cAPkPkw选A型2、定直径查表11.6选175Dmm21(1)(10.01)753222.75DDi（ε=1%）取标准值：2224Dmm3、实际传动比，实际从动轮转速1122751440(1)(10.01)477.32min224DnnrD1214403.017477.32nin4、验算带速117514405.655601000601000Dnmvs（可以）5、确定中心距a和带长dL初定0a：120120.55()2()DDhaDD0172.45598a取0300amm2122475149.522mDDD2174.52DD