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机械设计习题卡及答案汇总

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  第一章 绪论、第二章 机械设计总论 1 填空题 1.机械零件一般可以分为 通用零件 和 专用零件 两大类。 2.观察一辆自行车, 螺钉、链轮、链条 等明显属于通用零件,而_龙头、大梁、脚蹬 _则属于专用零件。 3.机器通常由三个部分和两个系统组成,它们是_原动机部分__、_传动部分_、_ 执行部分_、__控制系统_和_辅助系统_。 4.机械零件的主要失效形式包括_整体断裂_、_过大的残余变形_、_零件的表面破 坏_和 破坏正常工作条件引起的失效 。 5.根据不同失效形式,机械零件的一般的设计准则包括_强度准则_、_刚度准则_、 寿命准则、振动稳定性准则和可靠性准则 。 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第三章 机械零件的强度 2 一、填空题: 1.零件材料的疲劳根据疲劳次数的明显不同可分为_低周疲劳_和_高周疲劳_,例如 __材料断裂试件_和_发动机曲轴_。 2.材料疲劳曲线是表达 疲劳极限 与 应力循环次数 的相对关系。 3.零件的疲劳强度极限除与材料自身疲劳强度极限有关外,还与_零件的应力集中状况、 _零件具体尺寸_、_零件表面质量_以及_零件的热处理强化方式_四个方面有关。 4.对于单向稳定变应力进行分析时,可能发生最常见三种变化规律为_ r ? c ____ ___、_? m ? c _和_? min ? c _,例如_心轴、大多数底座类零件、举重设备中的吊 臂_。 5.对规律性单向不稳定变应力采用 疲劳损伤累积 假说进行计算。 6.极限应力线图是以 ? m 为横坐标的,其含义是_工作平均应力_;以_? a 为纵坐 标的,其含义是_工作应力幅_。 二、选择题 1、零件的截面形状一定,当截面尺寸增大时,其疲劳极限将随之 C 。 A.增加 B.不变 C.降低 2、两零件的材料和几何尺寸都不相同,以曲面接触受载时,两者的接触应力值 A 。 A.相等 B.不相等 C.是否相等与材料和几何尺寸有关 3. 零件受静载荷作用时, 则在其内部 C A.只会产生静应力 B.只会产生变应力 C.可能产生静应力, 也可能产生变应力 三、计算题 1.某 材 料 的 对 称 循 环 弯 曲 疲 劳 强 度 为 ? ?1 ?180M P a, ? s ? 260 MPa 取 循 环 基 数 为 N0 ? 5?10 6 ,m ? 9 ,试计算循环次数分别为 700 次,25000 次和 620000 次时的有限 寿命弯曲疲劳极限。 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第三章 机械零件的强度 3 小于 1000 次,静强度;对中等尺寸零件, N0 ? 5?106 2.试作图说明承受循环变应力的机械零件,应力变化规律r=c时,在什么情况下可按 静强度条件计算?什么情况下需按疲劳强度条件计算? 3.一零件由 45 钢制成, 材料的机械性能为: ?s=360MPa, ?-1=250MPa, ??=0.2。已知零件 上最大工作应力?max=200MPa, 最小工作应力?min=100MPa, 应力变化规律为?m=常数, 弯曲疲劳极限的综合影响系数 K?=1.5。试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全 系数。 ?a ? 2? ?1 ? ? 0 ?0 ? 0.2,? ?1 ? 250MPa ??0 ? 416.7MPa ? max ? ? m ? ? a ,? min ? ? m ? ? a 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第三章 机械零件的强度 4 ?? m ? 150,? a ? 50 对(150,50),为屈服失效,所以安全系数 360/200=1.8 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第五章 螺纹联接和螺纹传动 5 一、选择与填空题 1.普通螺纹的公称直径指的是螺纹的_ A _,计算螺纹的摩擦力矩时使用的是螺纹的 __ B __,计算螺纹危险截面时使用的是螺纹的_ C ___ 。 A.大径 B.中径 C.小径 2.螺纹升角 ψ 增大,则联接的自锁性__C____,传动的效率_A__;牙型角 α 增大,则 联接的自锁性__A____,传动的效率__C__。 A.提高 B.不变 C.降低 3.在铰制孔用螺栓联接中,螺栓杆与孔的配合为___B___。 A.间隙配合 B.过渡配合 C.过盈配合 4.在螺栓联接的破坏形式中,约有_ 90 _%的螺栓属于疲劳破坏,疲劳断裂常发生在_ 螺纹根部_____。 5.在承受横向载荷或旋转力矩的普通紧螺栓组联接中,螺栓杆__B___作用。 A.受切应力 B.受扭转切应力和拉应力 C.受拉应力 D.既可能只受切应力又可能只受拉应力 6.紧螺栓联接受轴向外载荷作用。假定螺栓的刚度 Cb 与被联接件的刚度 Cm 相等,联 接的预紧力为 F0,要求受载后接合面不分离,当外载荷 F 等于预紧力 F0 时,则__D___。 A.被联接件分离,联接失效 B.被联接件即将分离,联接不可靠 C.联接可靠,但不能继续再加载 D.联接可靠,只要螺栓强度足够,还可以继续加大外载荷 F 二、分析与思考题 1.常用螺纹有哪几种类型?各用于什么场合?对联接螺纹和传动螺纹的要求有何不 同? 普通螺纹、管螺纹、米制锥螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹。见 P62 页表 5-1 联接螺纹要求自锁性较好,强度高;传动螺纹要求传动效率高。 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第五章 螺纹联接和螺纹传动 6 2.联接螺纹都具有良好的自锁性,为什么有时还需要防松装置?试各举出两个机械防松 和摩擦防松的例子。 螺纹联接在冲击、振动或变载作用下,或当温度变化较大时,螺旋副间的摩擦力可能减小或瞬时消失, 在高温时由于螺纹联接件和被联接件的材料发生蠕变和应力松驰等,会使联接中的预紧力和摩擦力逐 渐减小,导致联接松动,甚至松开。为保证连接安全可靠,设计时必须采取防松措施。 机械:止动垫圈、串联钢丝 摩擦:对顶螺母、弹簧垫圈 3.普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接的主要失效形式是什么?计算准则是什么? 普通螺栓: 对受拉螺栓,其主要破坏形式是螺栓杆螺纹部分发生断裂,因而其设计准则是保证螺栓的静力或疲劳 拉伸强度; 对于受剪螺栓[铰制孔螺栓],其主要破坏形式是螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断,其 设计准则是保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度,其中联接的挤压强度对联接的可靠性起决定性作 用。 4.普通紧螺栓联接所受到的轴向工作载荷或横向工作载荷为脉动循环时,螺栓上的总载 荷是什么类型的循环? 非对称循环变应力 5.螺栓的性能等级为 8.8 级,与它相配的螺母的性能等级应为多少?性能等级数字代号 的含义是什么? 根据螺母的性能等级不应低于与之相配螺栓的性能等级这一要求,螺母可选用9级。 ? B ? 800MPa, ?s ? 640MPa 6.在什么情况下,螺栓联接的安全系数大小与螺栓直径有关?试说明其原因。 P87 表 5-10 不控制预紧力的普通螺栓联接,其安全系数大小与螺栓直径有关,其安 全系数 S 随螺纹直径增大而减小,因为尺寸小的螺栓在拧紧时容易产生过载,故采用加 大安全系数的方法来弥补可能产生的过载。 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第五章 螺纹联接和螺纹传动 7 7.紧螺栓联接所受轴向变载荷在 0~F 间变化,当预紧力 F0 一定时,改变螺栓或被联接 件的刚度,对螺栓联接的疲劳强度和联接的紧密性有何影响? F2 ? F0 ? ?F ? F0 ? Cb Cb ? Cm F F1 ? F0 ? Cm Cb ? Cm F 减小螺栓刚度 Cb 或增大被联接件刚度 Cm 都可以减小总拉力 F2 的变动范围,从而提高了螺栓联 接的疲劳强度。但在此种情况下引起残余预紧力 F1 减小,从而降低了联接的紧密性。 8. 在保证螺栓联接紧密性要求和静强度要求的前提下,要提高螺栓联接的疲劳强度, 应如何改变螺栓和被联接件的刚度及预紧力大小?试通过受力变形线图来说明。 为了减小螺栓的刚度,可适当增加螺栓的长度,或采用腰状杆螺栓和空心螺栓。为了增大被联 接件的刚度,可以不用垫片或采用刚度较大的垫片。P89 图 5-28 9.为什么螺母的螺纹圈数不宜大于 10 ?通常采用哪些结构形式可使各圈螺纹牙的载 荷分布趋于均匀? 实验证明,约有 1/3 的载荷集中在第一圈上,第八圈以后的螺纹牙几乎不承受载荷。因此,采用螺纹 牙圈数过多的加厚螺母,并不能提高联接的强度。 为了改善螺纹牙上的载荷分布,常采用悬置螺母,减小螺栓旋合段本来受力较大的几圈螺纹牙 的受力面或采用钢丝螺套。 10. 如何识别螺纹是左旋还是右旋?砂轮机轴的两端固定砂轮用的螺纹为何种旋向,为 什么? 两端固定砂轮用的螺纹为左边左旋,右边右旋。 砂轮主轴螺纹的旋向:紧固砂轮或砂轮卡盘的砂轮主轴端部螺纹的旋向必须与砂轮工作时旋转方向 相反。 右旋螺纹顺时针拧紧;左旋螺纹,逆时针拧紧。正对砂轮,砂轮转向为 ? ,所以要求砂轮机两侧的 螺纹是左边左旋,右边右旋。 11. 升角的大小对自锁和效率有何影响?为什么联接螺栓采用三角螺纹,而螺旋传动却 采用矩形或梯形螺纹? 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第五章 螺纹联接和螺纹传动 8 ? ? tg? tg(? ? ?v ) 自锁:? ? ? 。两者数值越接近,自锁性能越差;数值相差越大,自锁性能越好。 螺纹传动效率:? ? tg? / tg(? ? ?) 。? 增大,? 增大;? 增大,? 减小。 牙型角? 与当量摩擦系数 f? 间的关系是: f? ? f cos(? / 2) 。当? 增大, f? 增大, 三角螺纹牙型角大(一般为 60°),矩形螺纹(=0°)和梯形螺纹牙型角较小。 12. 滑动螺旋的主要失效形式是什么?其基本尺寸(即螺杆直径及螺母高度)通常是根据 什么条件确定的? P96。滑动螺旋的主要失效形式是螺纹磨损。其基本尺寸是根据耐磨性条件确定的。 13. 滚动螺旋传动与滑动螺旋传动相比较,有何优缺点? 滚动螺旋传动具有传动效率高、起动力矩小、传动灵敏平稳、工作寿命长等优点,缺点是 制造工艺比较复杂,特别是长螺杆更难保证热处理及磨削工艺质量,刚性及抗振动性能较 差。 14. 计算普通螺栓联接时,为什么只考虑螺栓危险截面的拉伸强度,而不考虑螺栓头、 螺母和螺纹牙的强度? 螺栓的其他部分是根据等强度条件及使用经验规定的,通常都不需要进行强度计算,可按螺栓的公 称直径由标准中选定 三、计算题: 1.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/T 27-1988),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。 ⑴找出承受最大工作剪力的螺栓。 4 个螺栓在园周上均匀分布,故承受工作剪力相等,设为 F。则有, 4F ?r ? T , ? F ? T / 4r ? T / 2D ? 630 / (2?130?10?3) ? 2423N 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第五章 螺纹联接和螺纹传动 9 ⑵求出螺栓性能参数 螺栓的性能等级为 8.8,所以? B ? 800MPa ,? S ? 640MPa 查 P87 表 5-10,取 S? ? 2.5 , SP ? 2.5 ,所以 [? ] ? ? S ? 640 ? 256MPa S? 2.5 [? P ] ? ?B SP ? 800 2.5 ? 320MPa ⑶校核螺栓的挤压强度 ?P ? d0 F Lmin ? 2423 (13?10?3) ? (18?10?3) ? 10.35MPa [说明, d0 不能取 12mm,因为铰制孔螺栓螺纹部分比光孔略小。 Lmin 也不能取 20mm,见 P85 图 5-27] 因为? P ? [? P ] ,所以螺栓的挤压强度合格 ⑷校核螺栓的剪切强度 ? ? F ? 4 d02 ? 4? 2423 3.14? (13?10?3)2 ? 18.26MPa 因为? ? [? ] ,所以螺栓的剪切强度合格。 综上所述,该螺栓组合用。 2.铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示。已知 L=300mm,a=60mm,试求螺栓组联接的三个方案中, 受力最大的螺栓所受的力各为多少?哪个方案较好? 将力 F 平移到各结合面中心,得扭转力矩 M ? F ? L ? 0.3F(N ? m) 设各方案中在力 F 作用产生的剪切力为 F1 ,扭转力矩 M 作用下产生的剪切力为 F2 。 对方案 1 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第五章 螺纹联接和螺纹传动 10 F1 ? F / 3 2 ? F2 ? a ? M ? F2 ? 2.5F 很显然,第 3 个螺栓受力最大,最大力 FMAX ? F / 3 ? 2.5F ? 2.833F 对方案 2 F1 ? F / 3 2 ? F2 ? a ? M ? F2 ? 2.5F 很显然,1、3 两个螺栓所受力相等,均为最大值,其最大值 FMAX ? F12 ? F22 ? 2.522F 对方案 3 F1 ? F / 3 5 3? F2 ? a ? M ? F2 ? 3 F 综上所述,方案 3 较好。 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第五章 螺纹联接和螺纹传动 3.图示一厚度为 15mm 的钢板,用两个铰制孔用螺 栓固定在机架上。巳知载荷 P=4000N,螺栓、板和 机 架 材 料 许 用 拉 应 力 [ ? ]=120MPa , 许 用 剪 应 力 [? ]=95MPa,许用挤压应力[? p]=150MPa,板间摩擦 系数 f=0.2。 (1)确定合理的螺纹直径。 (2)若改用普通螺栓,螺栓小径应为多大?(防滑系数 Ks=1.2) ⑴ a) 将力 P 向结合面形心简化得到集中载荷 P 及转矩 T ? P ? (200 ?100 / 2) ? 4000? 250?10?3 ? 1000N ? m 。 b) 在集中载荷 P 的作用下,各螺栓承受的横向载荷 F1 ? P / 2 ? 4000 / 2 ? 2000N c) 在转矩 T 的作用下,各螺栓承受的横向载荷 2F2 ? r ? T , F2 ? T / 2r ? T /100?10?3 ? 1000 /100?10?3 ? 10000N d) 找出螺栓组中承受最大工作剪力的螺 栓,如图所示: 很显然,螺栓 2 承受的工作剪切力比较大, 最大工作剪力 F ? F1 ? F2 ? 2000 ?10000 ? 12000N e) 按剪切强度确定螺纹小径 ? ? F ? 4 ? d02 ? [? ] , d0 ? 4F ? ?[? ] 4 ?12000 3.14 ? 95 ?106 ? 12.69mm f) 按挤压强度确定螺纹小径 ?P ? F L ?d0 ? [? P ] , d0 ? F L[? P ] ? 15 12000 ?10?3 ?150 ? 106 ? 5.33mm 综上所述,取光孔直径为 13mm,螺纹为 M12。 专业: 学号: 姓名: 11 《机械设计》习题卡 第五章 螺纹联接和螺纹传动 12 ⑵若改用普通螺栓,螺栓 2 受力最大,此时是依靠结合面间产生的摩擦力来抵抗外载荷 F, f ? F0 ? Ks ? F F0 ? Ks ? F / f ? 1.2?12000 / 0.2 ? 72KN ? ? 1.3F0 ? 4 d12 ? [? ] d1 ? 5.2F0 ? ? ?[? ] 5.2? 72?103 3.14 ?120 ?106 ? 31.52mm 即,如果选用普通螺栓,其小径必须大于 31.52mm。 4.在图示螺栓联接中采用两个 M20 的普通螺栓,其许用拉应力?? ? ?160MPa ,联接件接合 面间摩擦系数 f ? 0.20 ,防滑系数 Ks ? 1.2 。请计算该联接允许传递的静载荷 F。(M20 螺 栓的小径 d1 ? 17.294mm )。 ⑴求螺栓预紧力 F0 fF0iz ? Ks F , F0 ? Ks ? F f ?i?z ? 1.2? F 0.2? 2? 2 ? 1.5F ⑵螺栓承受的拉应力 ? ? 1.3F0 ? 4 ? d12 ? [? ] , 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第五章 螺纹联接和螺纹传动 13 综合以上两式得 [? ] ? 1.3F0 ? 4 ? d12 ? 1.3?1.5F ? 4 ? d12 F ? ? ? d12 ?[? ] ? 3.14? (17.29?10?3)2 ?160?106 ? 19.26KN 4 ?1.3 ?1.5 4 ?1.3 ?1.5 四、结构设计与分析题 试指出下列图中的错误结构,并画出正确的结构图。 略 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第六章 键、花键、无键联接和销联接 14 一、填空题 1.键联接的主要类型有 平键联接 、 半圆键联接 、 楔键联接 、 切向键联接 。 2.普通平键按构造分,圆头 、( A 型)、 平型 、( B 型)、 单圆头 、( C 型)三种。 3.平键联接的工作面是两侧面 ,依靠 键和键槽侧面的挤压 来传递转矩;楔键联接的工 作面是上下两面,依靠键的楔紧作用来传递转矩。 4.普通平键联接的主要失效形式是工作面被压溃,导向平键联接的主要失效形式是工作面 的过度磨损 。 5.在设计中进行键的选择时,键的截面尺寸根据轴的直径 d 由标准中选定而定,而 键的长度则根据轮毂的长度 而定。 6.采用双键联接时,两个平键应布置在沿圆周方向相隔 180?的位置,两个半圆键应布置在 轴的同一条母线上,两个楔键应布置在沿圆周方向上相隔 90?~120?的位置。 7.矩形花键采用小径定心 方式定心,渐开线花键采用 齿形定心 方式定心。 二、单项选择题 1.键联接的主要用途是使轴和轮毂之间 C 。 A.沿轴向固定并传递轴向力 B.沿轴向可作相对滑动并具有导向作用 C.沿周向固定并传递扭矩 D.安装与拆卸方便 2.设计键联接时键的截面尺寸通常根据 D 按标准选择。 A.所传递转矩的大小 B.所传递功率的大小 C.轮毂的长度 D.轴的直径 3.在载荷性质相同时,导向平键联接的许用压力取得比普通平键联接的许用挤压应力小, 这是为了 A 。P106 表 6-2 A.减轻磨损 B.减轻轮毂滑移时的阻力 C.补偿键磨损后强度的减弱 D.增加导向的精度 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第六章 键、花键、无键联接和销联接 15 4.设计键联接的几项主要内容是:a、按使用要求选择键的适当类型;b、按轮毂长度选 择键的长度;c、按轴的直径选择键的剖面尺寸;d、对联接进行必要的强度校核。在具 体设计时,一般顺序是: C 。 A.b→a→c→d B.b→c→a→d C.a→c→b→d D.c→d→b→a 5.平键联接能传递的最大扭矩为 T,现要传递的扭矩为 1.5T,则应 D 。 A.把键长 L 增大到 1.5 倍 B.把键宽 b 增大到 1.5 倍 C.把键高 h 增大到 1.5 倍 D.安装一对平键 6.普通平键联接的承载能力一般取决于 D 。 A.轮毂的挤压强度 B.键工作表面的挤压强度 C.轴工作面的挤压强度 D.上述三种零件中较弱材料的挤压强度 7.C 型普通平键与轴联接,键的尺寸为 b×h×L=14×9×65,则键的工作长度为 A 。 A.58mm B.61mm C.65mm D.51mm 8.下面是几种普通平键联接的剖视面,其中 B 在结构上正确。 A B C 9.楔键联接的主要缺点是 D A.键的斜面加工困难 B.键安装时易损坏 C.键楔紧后在轮毂中产生初应力 D.轴和轴上零件对中性差 10.半圆键和切向键的应用场合是 B 。 A.前者多用来传递较大扭矩,后者多用来传递较小扭矩 B.前者多用来传递较小扭矩,后者多用来传递较大扭矩 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第六章 键、花键、无键联接和销联接 16 C.各种大小扭矩均可传递 三、简答题 1.根据用途不同,平键分为哪几种类型?指出其中哪些用于静联接,哪些用于动联接。 根据用途的不同,平键分为普通平键、薄型平键、导向平键和滑键四种。其中,普通平键和薄型平 键用于静联接,导向平键和滑键用于动联接。 2.薄型平键联接与普通平键联接相比,在使用场合、结构尺寸和承载能力上有何区别? 薄型平键与普通平键的主要区别是键的高度为普通平键的 60%~70%,也分圆头、平头和单圆头三 种型式,但传递转距的能力较低,常用于薄壁结构、空心轴及一些径向尺寸受限的场合。 3.采用双键联接时,两个平键应布置在沿圆周方向相隔 180?的位置,两个半圆键应布 置在轴的同一条母线上,两个楔键应布置在沿圆周方向上相隔 90?~120?的位置。分别 是为什么?同时,在强度计算中,为什么双键只能按 1.5 个键计算? 平键:对轴的削弱均匀,挤压力对轴平衡,不产生附加力矩,受力状态好,对中性好。 半圆键:半圆键对轴强度削弱大,双键放在同一截面上对轴的强度削弱太大,所以只能 放在同一母线?双键相当于一个楔键的承载能力,夹角过小,对做轴的局部削弱过大; 夹角过大,则两个楔键的总承载能力下降。 考虑到两个键上载荷分配的不均匀性,在强度较核中只按 1.5 个键计算。 四、计算分析题 1.图示牙嵌离合器的左右两半分别用键与轴 1、2 相联接,在空载下,通过操纵可使右 半离合器沿导向平键在轴 1 上作轴向移动。该轴传递的转矩 T=1200N?m,轴径 d1= 80mm,右半离合器的轮毂长度 L1=130mm,行程 l1=60mm,工作中有轻微冲击,离合 器及轴的材料均为钢材。试选择右半离合器的导向平键尺寸,并较核其联接强度。 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第六章 键、花键、无键联接和销联接 17 选择导向平键 选 A 型导向平键,对于轴径 d1=80mm,查教材 P106 表 6-1 得平键的截面尺寸 b=22mm,h= 14mm,取键长 L=180L1+l1=130+60=190。 2.强度校核 材料均为钢,工作时有轻微冲击,查教材 P106 表 6-2,取[p]=40MPa。 k=0.5h=0.5×14=7mm, l=L1-b/2=130-22/2=119mm 则 p ? 2000T ? 2000?1200 ? 36.01MPa ? ? p? ? 40 MPa kld 7?119?80 故此键联接能满足强度要求。 2.图示凸缘联轴器,允许传递的最大转矩 T 为 1500N?m(静载荷), 材料为 HT250。联接处轴及轮毂尺寸如图示(单位:mm)。试: 1)考虑在轴端采用何种类型的平键较为合适,选择键的类型及尺 寸,并较核键联接的强度。 2)若键联接强度不够,请列举两种以上解决方案。 1.选择普通平键 因在轴端,可选 C 型普通平键,对于轴径 d=55mm,查教材 P106 表 6-1 得平键的截面尺寸为 16×10,即 b=16mm,h=10mm,取键长 L=90100。 2.强度校核 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第六章 键、花键、无键联接和销联接 18 因联轴器材料为 HT250,静载荷,查教材 P106 表 6-2,取[σ]p=75MPa。k=0.5h=0.5×10=5mm,l=L -b/2=90-16/2=82mm。 ?p ? 2000T kld ? 2000 ?1500 5 ? 82 ? 55 ? 133.0MPa ? ?? ? p ? 75MPa 不能满足强度要求。 键联接强度不够,列举解决方案: 1)还可适当增加键的长度,满足 L≤100; 2)采用双键联接,承载能力为单键的 1.5 倍; 以上两种方案组合使用,以提高键联接的承载能力。若仍不满足,可: 3)采用花键联接; 4)提高联轴器的材料性能,如改为钢材。 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第八章 带传动 19 一、填空题 1.带传动主要是依靠 带和带轮之间的摩擦(或啮合) 来传递运动和动力的。 2.小带轮主动的 V 带传动在工作过程中,带内应力有_拉应力 、弯曲应力 、 离心应 力 ,最大应力 ?max ? _σ1+σb1+σc_发生在_紧边绕进小带轮_处。 3.带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏 。设计准则是在保证带传动不打滑的条件下, 具有一定的疲劳强度和寿命 。 4.带传动不发生打滑的受力条件是_带的有效拉力小于极限拉力即 FeFec,为保证带传动具 有一定的疲劳寿命,应将最大应力限制为? max ? [σ] 。 5.在平带和 V 带传动中,影响最大有效圆周力 Fec 的因素是_初拉力 F0 、 摩擦系数 f 、 小带轮上的包角 α。 二、 单项选择题 1.带传动正常工作时,紧边拉力 F1 和松边拉力 F2 满足关系 B 。 A.F1 =F2 B.F1 - F2 = Fe C.F1 / F2 =efα D.F1 +F2 =F0 2. 若将传动比不为 1 的 V 带传动的中心距减少 1/3,带长做相应调整,而其它条件不变, 则带传动的最大有效拉力 Fec C 。 A. 增大 B.不变 C.降低 3.一定型号的 V 带传动,若小带轮直径 d1 保持一定,而减小其传动比 i,则绕在大带轮 上的弯曲应力 σb A 。 A. 增大 B.减小 C.不变 4.V 带传动的小带轮最小直径 d1 取决于 A 。 A.带的型号 B.带的线速度 C.高速轴的转速 D.传动比 5.带传动在工作时,设小带轮为主动,则带内拉应力的最大值是发生在__C_。 A.进入大带轮处 B.离开大带轮处 C.进入小带轮处 D.离开小带轮处 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第八章 带传动 20 6.带传动在工作时,设大带轮为主动,则带内拉应力的最大值是发生在_D_。 A.进入大带轮处 B.离开大带轮处 C.进入小带轮处 D.离开小带轮处 7.某工作机械用转速为 750r/min 的三相异步电动机通过一增速 V 带传动来驱动,采用 B 型带,小带轮直径为 125mm,大带轮直径为 250mm,现在需使工作机械的转速提高 10%, 较合理的措施是 B 。 A.换用电动机 B.增大主动轮直径 C.减小从动轮直径 8.标准 B 型 V 带(截面面积 A=138mm2)在预紧力 σ0=1.5N/mm2 时,传递的有效拉力 Fe=300N,若不考虑带的离心力,则工作时的紧边拉力 F1 与松边拉力 F2 分别是 A 。 A.357N,57N B.387N,87N C.312N,20N F0 ? ? 0 ? A ? 1.5?138 ? 207 F1 ? F0 ? Fe / 2 ? 207 ? 300 / 2 ? 357 F1 ? F0 ? Fe / 2 ? 207 ?150 ? 57 9.带传动的中心矩与小带轮的直径一定时,若增大传动比,则小带轮上的包角 α1 B。 A.增大 B.减小 C.不变 10.平带、V 带传动主要依靠 B 传递运动和动力。 A.带的紧边拉力 B.带和带轮接触面的摩擦力 C.带的预紧力 11.下列普通 V 带中以 C 带的截面尺寸为最小。 A. A 型 B. C 型 C.Y 型 D.Z 型 12.V 带传动中,带截面楔角为 40°,带轮的轮槽角应 C 40°。 A.大于 B.等于 C.小于 13.带传动中, v1 为主动轮圆周速度、 v2 为从动轮圆周速度、 v 为带速,这些速度之间 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第八章 带传动 21 存在的关系是 B 。 A. v1 ? v2 ? v B. v1 ? v ? v2 C. v1 ? v ? v2 D. v1 ? v ? v2 1 14.带传动工作时 产生弹性滑动是因为 B 。 A.带的预紧力不够 B.带的紧边和松边拉力不等 C.绕过带轮时有离心力 D.带和带轮间摩擦力不够 15. 传动比不等于 1 的带传动工作时,弹性滑动 C 发生。 A.在大轮上先开始 B. 在小轮上先开始 C.在两轮同时开始 D. 不一定在哪个轮上开始 16. 传动比不等于 1 的带传动工作时,打滑 B 发生。 A.在大轮上先开始 B.在小轮上先开始 C.在两轮同时开始 D. 不一定在哪个轮上开始 17. 下面 B 截面表示出 V 带在轮槽中的正确位置。 A. B. C. 18. 采用张紧轮的带传动, 如果张紧的目的是为了保持一定的初拉力 F0,则张紧轮一般 应放在松边 D 位置上。如果张紧的目的主要是为了增加小带轮的包角 α1, 则张紧轮 应放在松边 B 的位置上。 A. 内侧靠近小带轮; B. 外侧靠近小带轮; C. 外侧靠近大带轮; D. 内侧靠近大带轮。 19. 下列型号 V 带中,哪种具有最大横截面积 D 。 A. Y 型; B. C 型; C. A 型; D. E 型。 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第八章 带传动 22 20.在其它条件相同的情况下,V 带传动与平带传动相比可以传递更大的功率,这是 由于 D 。 A.带和带轮的材料组合具有紧密贴合 B.带的挠性良好并与带轮紧密贴合 C.带的质量轻,离心力小 D.带与轮槽工作面之间的摩擦是楔面摩擦 三、简答题 1.带传动中的弹性滑动是如何发生的?打滑又是如何发生的?两者有何区别?对带传动 各产生什么影响?打滑首先发生在哪个带轮上?为什么? 在带传动中,由于松边和紧边的拉力不同,产生的弹性变形也不同。当皮带从紧边转到松边和从松 边转到紧边时,因带的弹性变形量发生改变而导致皮带与带轮间产生的相对滑动被称为弹性滑动。 当带的有效拉力超过极限拉力即 FeFec 时,带与带轮间将发生显著的相对滑动,即打滑。打滑 首先发生在小带轮上,因为小带轮的包角 α 小于大带轮的包角,故它的极限拉力也较小,承载能力 低,所以先打滑。 两者的区别在于弹性滑动是必然存在的,导致传动比不恒定,但带传动能正常工作。打滑是载 荷超过承载能力之后的失效形式,应尽量避免。 2.在设计带传动时,为什么要限制小带轮的最小直径 d1? 当皮带绕在带轮上时,会产生弯曲应力。带轮直径越小,弯曲应力越大。为因避免弯曲应力过大降 低带传动的寿命,应限制小带轮的最小直径 d1。 3.简述传动中心距 a 对带传动性能的影响。 若中心距过小,带速不变时,单位时间内皮带绕转次数增多,应力循环次数增多,将加剧带的疲劳 损坏,降低其寿命;且由于中心距小,在传动比不变的情况下,将使小带轮上的包角减小,降低带 传动的承载能力。中心距大,可以增加带轮的包角,减少单位时间内带的循环次数,有利于提高带 的奉命。但中心距过大,则加剧带的波动,降低传动的平稳性,同时增大带传动的整体尺寸。故设 计带传动时,应尽量将中心距确定在经验公式的范围内。 四、计算分析题 1.某传动装置中的 V 带经常出现断带,试分析原因并提出改进方案(至少提供两种)。 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第八章 带传动 23 原因 1.带的承载能力不够。解决方案: ①更换皮带型号:增大带的截面面积或换成相应窄 V 带; ②增加带的根数,则同时更换带轮; ③加大中心距,同时换较长的皮带; 原因 2.带内弯曲应力过大。解决方案:在保证 i、a 不变的情况下,增大带轮直径,同时换较长的 皮带 2. 图示一 V 带传动,小带轮为主动轮,转向为顺时针。A、C 和 B、D 分别是 V 带绕 入点和绕出点。试问在上述 4 个点中: 1)在哪些点上带速大于所在带轮圆周速度? C 2)在哪些点上带速等于所在带轮圆周速度? B 3)在哪些点上带速小于所在带轮圆周速度? A D 1)D 点带速大于大带轮圆周速度 2)A、C 两点带速等于所在带轮圆周速度 3)B 点带速小于小带轮圆周速度 3.某普通 V 带传动,其实际紧边拉力为 1300N,传递的功率为 8KW,小带轮直径为 170mm,小带轮的工作转速为 1450r/min,试求带的预紧力 F0。 小带轮圆周速度 v: v=πdn/60000=3.14×170×1450/60000=12.9m/s 有效拉力 Fe Fe=1000P/v=1000×8/12.9=620.16 N 预紧力 F0: F0=F1-Fe/2=1300-620.16/2=989.92 N 4.V 带传动传递的功率 P=7.5kW,带速 v=10m/s,紧边拉力是松边拉力的两倍,即 F1 =2F2,试求紧边拉力 F1、有效拉力 Fe 和预紧力 F0。 有效拉力 Fe Fe=1000P/v=1000×7.5/10=750 N 因 F1=2F2,且 F1-F2=Fe, 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 第八章 带传动 24 有 2F2-F2=Fe 故有:松边拉力 F2: F2=Fe=750 N 紧边拉力 F1: F1=2Fe=1500 N F1 ? F0 ? Fe 2 ? F0 ? F1 ? Fe 2 ? 1500 ? 750 2 ? 1125N 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 25 一、填空题 1.滚子链是由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板所组成,其中内链板与套筒 之间、外 链板与销轴 之间分别为过盈配合,而滚子与套筒_之间、套筒与销轴 之间分别为间隙配合。 2.链条的磨损主要发生在 销轴 与 套筒 的接触面上。 3.链条中应尽量避免过渡链节,这主要是因为 会产生附加弯矩 。 4.在标准套筒滚子链的额定功率曲线图中,应根据_小链轮转速 n1_和额定功率 P0 来选择 链条的型号。 5.在链传动中,链轮的转速越 高 、节距越 大 、齿数越 小,则传动的动载荷越大。 二、选择题 1.与带传动相比较,链传动的主要特点之一是 C 。 A.工作时平稳无噪音 B.过载保护 C.能保持准确的传动比 D.制造费用低 2.与齿轮传动相比,链传动的主要特点之一是 C 。 A.适用于高速 B.制造成本高 C.安装精度要求较低 D.有过载保护 3.多排链的排数不宜过多,这主要是因为排数过多则 B 。 A.给安装带来困难 B.各排链受力不均严重 C.链传动轴向尺寸过大 D.链的质量过大 4.节矩是 19.05mm、链号 12A 系列、双列、140 节 A 级滚子链,它的标记是_D_。 A.BH19.05A×2-120GB1243.1-83 B.BH1905A×2-120GB1243.1-83 C.12A×2-120GB1243.1-83 D.12A-2×120GB1243.1-83 5.在一定转速下,要减轻链传动的运动不均匀性和动载荷,应 B 链条节距及 A 链轮齿数。 A.增大 B.减小 C.不改变 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 26 6. 在设计链传动时,欲使传动结构紧凑,寿命长,则应尽量选取 D 。 A.大节距单排链 B.小节距多排链 C.大节距多排链 D.小节距单排链 三、简答分析题: 1. 链条的链节数应选择奇数还是偶数?为什么?滚子链的链轮齿数应选择奇数还是偶 数?为什么? 答:链条的链节数应选择偶数,这样可避免过渡链节所产生的附加弯矩。滚子链的链轮齿数应选择 奇数。因链条的链节数选择了偶数,为考虑磨损均匀,链轮齿数应选择与链节数互质的奇数。 2. 在选择链条的节距时,应如何确定? 链条的节距 p 的大小,反映了链条和链轮各部分尺寸的大小。在一定条件下,链的节距越大,承载 能力就越高,但传动的多边形效应也要相应增大,振动、冲击、噪声也越严重。所以设计时,为使 传动结构紧凑、寿命长,应尽量选取较小节距的单排链。速度高、功率大时,选用小节距多排链。 从经济上考虑,中心距小、传动比大时,选小节距多排链;中心距大、传动比小时,选大节距单排 链。 3. 图示传动方案是否合理?为什么? 不合理。应将带传动和链传动位置对调。 原因:链传动转速越高,多边形效应越严 重,引起的动载荷越大,所以应尽量放在低速轴 上,减少由此引起的振动和冲击;在传递同样的 功率时,带速小,则所需有效拉力大,因而所需 带的根数增多,同时,带传动因有弹性元件皮带 而具有平稳吸振的特点,所以可放在电动机输出 轴上。 电动机 链传动 运输带 带传动 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 27 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡 28 专业: 学号: 姓名: 《机械设计》习题卡

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