机械设计作业集

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第五章 螺纹

一、简答题

1. 相同公称直径的细牙螺纹和粗牙螺纹有何区别?

2. 螺栓、双头螺柱、紧定螺钉连接在应用上有何不同?

3. 为什么多数螺纹连接都要求拧紧?预紧的目的是什么？

4. 连接用螺纹已经满足自锁条件，为什么在很多连接中还要采取防松措施?

5. 防松原理和防松装置有哪些?

6. 为什么只受预紧力的紧螺栓连接，对螺栓的强度计算要将预紧力增大到它的1．3倍按纯拉伸计算?

7. 常见的螺栓中的螺纹是右旋还是左旋、是单线还是多线？ GB5782-2000螺栓M16X100，8.8级，螺栓试问：螺栓的公称直径是多少?100是螺栓哪部分的长度？螺栓的屈服极限是多少？

8. 为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10圈？提高螺栓联接强度有哪些主要措施？ 二、计算题

1.图示螺栓联接中，采用两个M20的4.6级普通螺栓，其安全系数为 1.5，联接接合面间的摩擦系数f=0.20，防滑系数2

.1=s K ，计算该联接允许传递的静载荷F 。（M20的螺栓

mm d 294.171= ）

2. 一悬臂粱由四个普通螺栓联接固定于立墙上的两个夹板间，如图所示，已知载荷P=1000N ，螺栓布局和相关尺寸如图所示，试选择螺栓直径d 。（15分）注：（1）螺栓的性能等级为6.8；安全系数为1.5.（2）图示尺寸单位为mm ； （3）板间摩擦系数f=0.15，防滑系数KS=1.2 ； ；（4）螺纹标准见下表：

3.图示刚性联轴器由6个均

布于直径

mm

D 1950=的圆周上的螺栓联接，联轴器传递的转矩 m N T .2600=。

试按下列情况校核该螺栓联接的强度。

螺纹外径d （mm ）

5

6

8

10

12

14

16

螺纹内径d 1（mm ）

4.134

4.917

6.647

8.376

10.106

11.835

13.835

（1）采用M16的小六角头铰制孔螺栓，如图方案I ，螺栓受剪处直径

mm

d 170=，螺栓材料为45钢，许用剪应力

MPa 195][=τ；许用挤压应力MPa p 300][1=σ；联轴器的材

料为HT250，许用挤压力

MPa

p 100][2=σ。

(2）采用M16的普通螺栓，如图方案II ，接合面的摩擦系数为f=0.15，螺栓材料为45钢，许用拉应力

MPa 240][=σ，

螺纹内径mm d 835.131=，防滑系数2

.1=s K 。

4. 一压力容器的平盖用M16（

mm d 835.131=）螺栓联接。已

知制螺栓的MPa 120][=σ，容器的压强为P=2Mpa ，内径D=180mm 。试求：

（1）所需螺栓的个数z （取残余预

紧力F F 6.11=，F 为工作载荷）；

（2）预紧力F0（取相对刚度

3

.0=+m

b b

C C C ）。

5.

一

薄

板

零

件

用

两

个

M10

的

螺

钉

)026.9,376.8(21mm d mm d ==固定于机架侧壁上，其上受有

2000N 的拉力，如图所示。已知螺钉的屈服极限MPa s 240=σ

零件与机架间的摩擦系数12.0=f ，

若安全系数

5

.1=S ，防滑系数

2

.1=s K ，那么，两螺钉的强度是否足

够？

第六章 键连接

一、简答题

1. 平键连接的工作原理是什么，可能的失效形式是什么?如何进行强度计算?

2.如仍选择平键的类型和尺寸?

3. 平键、半圆键、切向键、楔键在结构和使用性能上有何区别?为什么平键应用广泛?

4.采用两个平键、两个楔键或两个半圆键时，如何布置？

已知齿轮安装在两支点间，齿轮和轴的材料为锻钢，用普通平键联接，轴径d=80mm ，毂宽度为110mm ，T=3000N.m ，键、轴和轮毂的材料均为钢，MPa p 110][=σ，普通平键的主要尺寸如下表，设计此键联接。

附表：普通平键（GB1096-79）的主要尺寸

第八章带传动

一、简答题

1.三角带为什么比平带承载能力大?

2.传动带工作时受哪些力的作用?最大应力出现在哪个部位？有哪些部分组成？

3.按图简述带传动的弹性滑动是如何产生的。它和打滑有什么区别？能否通过正确设计来消除弹性滑动?打滑首先发生在哪个带轮上?为什么?

4.试说明带轮直径、初拉力、包角、摩擦系数、带速、中心距对带传动分别有何影响?带的最大有效拉力的影响因素有哪些？

5.带传动的失效形式和计算准则是什么?

6.带轮槽楔角和三角带梯形剖面夹角为什么不相同？

7. 带传动为什么要张紧？常见的张紧装置有哪些？张紧轮应如何布置才合理？

二计算题

1. 单根V带（三角带）传动的初拉力F0＝354N，主动带轮的基准直径dd1=160mm，主动轮转速n1=1500r/min，主动带轮上的包角α1＝150?，带与带轮之间的摩擦系数μ=0.485。求：

1）V带（三角带）紧边、松边的拉力F1、F2；

2）V带（三角带）传动能传递的最大有效圆周力Fe及最大功率P。

2.一开口平带传动，已知两带轮基准直径分别为150mm和400mm，中心距为1000mm，小带轮主动，小带轮转速为1460r/min，若传递功率为5kW，带与铸铁带轮间的摩擦系数 =0.3，平带每米长的质量q=0.35kg/m，试求：

1）带的紧边拉力和松边拉力；

2）此带传动所需的预拉力（或初拉力）；

3）此带传动作用在轴上的压力。

第九章链传动

一、简答题

1. 链传动工作时，产生动载荷的原因有哪些？

2.链传动的可能失效形式有哪些?

3. 链传动张紧的目的何在？张紧方法有哪些？

4. 图示链传动（两轮轴线在同一铅垂面内）有何缺点？为保证

？

ν1

ω2

ω2

R 1

R γ

γx νx

ν11

y ν2

y νβ

β2

1

?+

2

1

?-

7.某运输带由电动机通过三套减速装置来驱动，它们分别是双级直齿圆柱齿轮减速器、套筒滚子链传动和三角带传动。试分折由电动机到工作机之间，应怎样布置这三级传动，并说明理由。

二、计算题

1. 已知链节距p ＝19.05mm ，主动链轮齿数z1=23，转速n1=970r/min 。试求平均链速v 、瞬时最大链速vmax 和瞬时最小链速vmin 。

2. 单列滚子链水平传动，已知主动链轮转速n1=970r/min ，从动链轮转速n2=323r/min ，平均链速v ＝5.85m/s ，链节距p=19.05mm ，求链轮齿数z1、z2和两链轮分度圆直径。

第十章 齿轮传动

一、简答题

1. 齿轮传动的失效形式有哪些?产生的原因是什么?有哪些相应的措施？

2. 闭式和开式齿轮传动在设计上有何不同特点?

3. 为什么主从动轮的硬度要有一定差别?差别多大合适?

4. 齿轮强度计算时有哪些载荷系数?这些载荷系数与哪些因素有关?

5.齿形系数的意义是什么?对弯曲强度有何影响?

6.某运输带由电动机通过三套减速装置来驱动，它们分别是双级直齿圆柱齿轮减速器、套筒滚子链传动和三角带传动。试分折由电动机到工作机之间，应怎样布置这三级传动，并说明理由。

7.什么叫硬齿面齿轮？什么叫软齿面齿轮？各适用于什么场合？

8.一对传动比大于1的标准齿轮啮合时，哪个齿轮的齿面接触应力较大？哪个齿轮的齿根弯曲应力较大？为什么？

二、计算题

1. 在图示两种直齿圆柱齿轮传动方案中，已知：小齿轮分度圆直

mm

d d d d 100'3'131====

大齿轮分度圆直径1

'

4'2422d d d d d ====输入扭矩

mm N T T .1025'11?==，输入轴转速'11n n =，齿轮寿命'

h h L L =，若不计齿

轮传动和滚动轴承效率的影响，试求：

1）.两种方案的总传动比∑i和'∑i；

2）.计算齿轮1、1’及4、4’啮合处的圆周力和径向力，标出各力的方向和各轴的转向；

2.在图示的两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器中，

,57,1921==z z ,68,2043==z z 高速级和低速级的模数和螺旋角分别

相等，其值分别为;2mm m n =?

=15β输入功率KW

P I 5=转速，输出轴

转速rpm n III 96=，若不计摩擦功耗，试确定：

（1）为使中间轴上的轴承所受的轴向力较小，试确定其余各齿轮的螺旋方向，并在图上确定各轴的转向。

（2）绘出以上四轮在啮合点的受力图，并计算齿轮2、3的圆周力、径向力和轴向力的大小。此时中间轴上的轴向力等于多少？方向如何？

3. 有一直齿圆锥—斜齿圆柱齿轮减速器如图所示。已知：

,

720;1711rpm n KW P ==圆锥齿轮几何尺寸与参数为：

,50;60;25;521mm b z z mm m ====

斜齿圆柱齿轮几何尺寸与参数为：,84;21;643===z z mm m n 锥齿轮啮合效率96.01=η

斜齿轮啮合效率98.02=η滚动轴承效率96.03=ηI 轴转向如图所示， 1）.绘图标出各齿轮的转向； 2）.计算各轴的扭矩；

3）.当斜齿圆柱齿轮分度圆螺旋角为何旋向及多少度时，方能使大锥齿轮和小斜齿圆柱齿轮的轴向力完全抵消

4）.绘图标出各齿轮各啮合点作用力的方向（用三个分力表示），并计算其大小。注：斜齿圆柱齿轮的螺旋角

β。

=

"

10?

'8

30

第十一章蜗杆传动

一、简答题

1.蜗杆传动的失效形式和设计准则与齿轮传动相比有何异同？

2.在闭式蜗杆传动中，为什么必须进行热平衡计算？提高散热能力的措施有哪些？

3.为什么蜗杆常放在高速级传动?

4. 某起重装置的两种传动方案(a)与(b)如图所示。若工况为长期运转，试说明两种方案是否合理?为什么?若限定图中传动件的

类型不变，你认为较合理的方案应如何组成?(不绘图，仅用文字说明)

5.举出常用的蜗杆、蜗轮材料各三种。

二、 计算题

1. 一传动装置如图所示，已知蜗杆传动的效率5.0=η，输入转矩

m N T .2001=并且蜗杆传动的参数为40;80;1;8211====z mm d z m ，输出

轴上的锥齿轮Z4的转向如图所示。

（1）要使中间轴的轴向力抵消一部分，试确定各轮的螺旋线方向和转动方向。

（2）在图中直接绘出以上四轮在啮合点的受力图。

（3）试确定蜗杆的三个分力的大小。

2. 如图所示的传动系统中，1、2、3为斜齿圆柱齿轮，4、5为直齿圆锥齿轮，6为蜗杆，7为蜗轮。传动系统由电动机驱动齿轮1，轮1的转向如图所示。要求轴III和轴IV上由斜齿圆柱齿轮3和圆锥齿轮4，以及圆锥齿轮5和蜗杆6所产生的轴向力相互抵消一部分。试在答题纸上重新画图解答：

画出轴II、III、IV和蜗轮7的转动方向；

画出齿轮1、2、3和蜗杆6的螺旋线方向，并说明蜗轮7的螺旋线方向；

确定并画出所有齿轮和蜗杆、蜗轮所受的径向力Fr、圆周力Ft、

轴向力Fa（垂直纸面向外用⊙表示，向内用 表示）。

3. 一对斜齿轮与一对蜗杆蜗轮构成的传动装置如图所示：已知斜齿轮1的旋向为左旋，转向如图，求： 1）.在图中标出蜗杆和蜗轮的合理转向。

2）.在图中标出并用文字说明斜齿轮2、蜗杆3、蜗轮4应取的旋向。

3）.在图中直接绘出以上四轮在啮合点的受力图。

4）. 若已知传动装置的总传动比72=i ，总效率5.0=η，输入转矩 m N T .2001=并且,48;6;'3018;16;244111==?===z mm m z mm m n β 试问，这时轴II 所受的总的轴向力为多大？其方向又如何？

4. 图示为一手动提升机构，已知卷简直径D ＝200mm ，

;

11,60,1,60,204321=====q z z z z 重物G ＝20kN ，蜗轮直径

20,2404==αmm d ，传动系统总效率35.0=η。

求：(1)匀速提升重物时，加在手柄上的推力F 至少需多大? （2）重物垂直上升时，手柄的转动方向（画于图中）； （3）蜗杆若能自锁，分析重物停在空中时（手柄上没有推力），蜗杆与蜗轮在节点啮合处所受的三个分力的大小及方向（画于图中）；