機械設計作業(yè)集

第五章螺紋

一、簡答題

1.相同公稱直徑的細牙螺紋與粗牙螺紋有何區(qū)別？

2,螺栓、雙頭螺柱、緊定螺釘連接在應用上有何不一致？

3.為什么多數(shù)螺紋連接都要求擰緊?預緊的目的是什么？

4.連接用螺紋已經(jīng)滿足自鎖條件，為什么在很多連接中還要采取

防松措施？

5.防松原理與防松裝置有什么？

6.為什么只受預緊力的緊螺栓連接,對螺栓的強度計算要將預緊

力增大到它的1?3倍按純拉伸計算？

7.常見的螺栓中的螺紋是右旋還是左旋、是單線還是多線？

GB5782-2000螺栓M16X100,8.8級，螺栓試問：螺栓的公稱

直徑是多少？100是螺栓哪部分的長度？螺栓的屈服極限是多

少？

8.為什么螺母的螺紋圈數(shù)不宜大于10圈？提高螺栓聯(lián)接強度有

什么要緊措施？

二、計算題

1.圖示螺栓聯(lián)接中，使用兩個M20的4.6級普通螺栓，其安

全系數(shù)為1.5,聯(lián)接接合面間的摩擦系數(shù)f=0.20,防滑系數(shù)

&=L2,計算該聯(lián)接同意傳遞的靜載荷Fo（M20的螺栓

4=17294mm）

2.一懸臂粱由四個普通螺栓聯(lián)接固定于立墻上的兩個夾板間,

如圖所示，已知載荷P=1000N,螺栓布局與有關尺寸如圖所示,

試選擇螺栓直徑do（15分）注：（1）螺栓的性能等級為6.8；

安全系數(shù)為1.5.（2）圖不尺寸單位為mm；

（3）板間摩擦系數(shù)f=0.15,防滑系數(shù)KS=L2；

；（4）螺紋標準見下表:

螺紋外徑d（mm）56810121416

螺紋內(nèi)徑出4.14.96.68.310.1011.813.83

(mm)341747766355

剛性聯(lián)軸器由

布于直徑

D。=195/nm

的圓周上的螺栓聯(lián)接，聯(lián)軸器傳遞的轉矩T=2600N加

試按下列情況校核該螺栓聯(lián)接的強度。

（1）使用M16的小六角頭較制孔螺栓，如圖方案I,螺栓受剪

處直徑4）=179，螺栓材料為45鋼，許用剪應力

[r]=}95MPa；許用擠壓應力[叫=300M&；聯(lián)軸器的材

料為IIT250,許用擠壓力

[a]p2=100MPa

o

（2）使用Ml6的普通螺栓，如圖

方案H,接合面的摩擦系數(shù)為

f=0.15,螺栓材料為45鋼，許

用拉應力[b]=24°“O",

螺紋內(nèi)徑4=13?835""J防滑

系數(shù)（二12。

4.一壓力容器的平蓋用M16（4=13.835mm）螺栓聯(lián)接。已

知制螺栓的㈤=120MPO,容

器的壓強為P=2Mpa,內(nèi)徑D=180nlm。

試求：

（1）所需螺栓的個數(shù)z（取殘余預

緊力片=1?6/，F(xiàn)為工作載荷）;

（2）預緊力F0（取相對剛度

—?—=0.3

5+C)o

5.一薄板零件用兩個M10的螺釘

（4=8.376切檢出=9.026硼〃）固定于機架側壁上，其上受有

第六章鍵連接

一、簡答題

1.平鍵連接的工作原理是什么，可能的失效形式是什么？如何進

行強度計算？

2.如仍選擇平鍵的類型與尺寸？

3.平鍵、半圓鍵、切向鍵、楔鍵在結構與使用性能上有何區(qū)別?

為什么平鍵應用廣泛？

4.使用兩個平鍵、兩個楔鍵或者兩個半圓鍵時，如何布置？

5,分別用箭頭指出工作面，并在圖下方標出鍵的名稱。

二、計算題

己知齒輪安裝在兩支點間，齒輪與軸的材料為鍛鋼，用普通平鍵

聯(lián)接，軸徑d=80mm,轂寬度為110mm,T=3000N.m,鍵、軸與輪

轂的材料均為鋼，普通平犍的要緊尺寸如下表，設

計此鍵聯(lián)接。

附表：普通平鍵(GB1096-79)的要緊尺寸

>>>>>

>95?

軸的直徑d50?58?65?75?85?

110

5865758595

鍵寬bX鍵16X18X20X22X25X

28X16

高h1011121414

鍵的長度40、45、50、56、63、70、80、90、100、110、125、

系列140

第八章帶傳動

一、簡答題

1.三角帶為什么比平帶承載能力大？

2.傳動帶工作時受什么力的作用？最大應力出現(xiàn)在哪個部位？有

什么部分構成？

3.按圖簡述帶傳動的彈性滑動是如何產(chǎn)生的。它與打滑有什么區(qū)

別？能否通過正確設計來消除彈性滑動？打滑首先發(fā)生在哪個帶

輪上?為什么？

4.試說明帶輪直徑、初拉力、包角、摩擦系數(shù)、帶速、中心距對

帶傳動分別有何影響?帶的最大有效拉力的影響因素有什么？

5.帶傳動的失效形式與計算準則是什么？

6.帶輪槽楔角與三角帶梯形剖面夾角為什么不相同？

7.帶傳動為什么要張緊？常見的張緊裝置有什么？張緊輪應如

何布置才合理？

二計算題

1.單根V帶（三角帶）傳動的初拉力F0=354N,主動帶輪的基

準直徑ddl=160nmi,主動輪轉速nl=1500r/min,主動帶輪上的包

角al=150。，帶與帶輪之間的摩擦系數(shù)|1二0.485。求：

1）V帶（三角帶）緊邊、松邊的拉力Fl、F2；

2）V帶（三角帶）傳動能傳遞的最大有效圓周力Fc及最大功率

Po

2.一開口平帶傳動，已知兩帶輪基準直徑分別為150mni與

400mm,中心距為1000mm,小帶輪主動，小帶輪轉速為1460r/min,

若傳遞功率為5kW,帶與鑄鐵帶輪間的摩擦系數(shù)「0.3,平常每

米長的質量q=0.35kg/m,試求：

1）帶的緊邊拉力與松邊拉力；

2）此帶傳動所需的預拉力（或者初拉力）；

3）此帶傳動作用在軸上的壓力。

第九章鏈傳動

一、簡答題

1.鏈傳動工作時，產(chǎn)生動載荷的原因有什么？

2.鏈傳動的可能失效形式有什么？

3.鏈傳動張緊的目的何在？張緊方法有什么？

4.圖示鏈傳動（兩輪軸線在同一鉛垂面內(nèi)）有何缺點？為保證

其傳動能力，應使用什么措施？

5.標出圖示鏈傳動主動輪小鏈輪的轉向，并說明原因。

a)

6.簡述鏈傳動的多邊效應。

7.某運輸帶由電動機通過三套減速裝置來驅動，它們分別是

雙級直齒圓柱齒輪減速器、套筒滾子鏈傳動與三角帶傳動。試分

折由電動機到工作機之間，應如何布置這三級傳動，并說明理由。

二、計算題

1.已知鏈節(jié)距p=19.05mm,主動鏈輪齒數(shù)zl=23,轉速

nl=970r/min。試求平均鏈速V、瞬時最大鏈速vmax與瞬時最小

鏈速vmino

2.單列滾子鏈水平傳動，已知主動鏈輪轉速nl=970r/min,

從動鏈輪轉速n2=323r/min,平均鏈速v=5.85m/s,鏈節(jié)距

p=19.05mm,求鏈輪齒數(shù)zl、z2與兩鏈輪分度圓直徑。

第十章齒輪傳動

一、簡答題

1.齒輪傳動的失效形式有什么？產(chǎn)生的原因是什么？有什么

相應的措施？

2.閉式與開式齒輪傳動在設計上有何不一致特點？

3.為什么主從動輪的硬度要有一定差別?差別多大合適？

4.齒輪強度計算時有什么載荷系數(shù)?這些載荷系數(shù)與什么因

素有關？

5.齒形系數(shù)的意義是什么？對彎曲強度有何影響？

6.某運輸帶由電動機通過三套減速裝置來驅動，它們分別是

雙級直齒圓柱齒輪減速器、套筒滾子鏈傳動與三角帶傳動。試分

折由電動機到工作機之間，應如何布置這三級傳動，并說明理由。

7.什么叫硬齒面齒輪？什么叫軟齒面齒輪？各適用于什么

場合?

8.一對傳動比大于1的標準齒輪嚙合時，哪個齒輪的齒面接

觸應力較大？哪個齒輪的齒根彎曲應力較大？為什么？

二、計算題

1.在圖示兩種直齒圓柱齒輪傳動方案中，已知：小齒輪分度圓

直4=dy=4=4=

大齒輪分度圓直徑&=4=4=4=24輸入扭矩

7>7；=2xlO、N.〃叫輸入軸轉速％=4,齒輪壽命若不計齒

輪傳動與滾動軸承效率的影響，試求:

1).兩種方案的總傳動比之與之；

2).計算齒輪Kr及4、4'嚙合處的圓周力與徑向力，標出

各力的方向與各軸的轉向:

Ill

、

/

2.在圖示的兩級展開式斜齒圓柱齒輪減速器中，

4=190=57,Z3=20，%=68,高速級與低速級的模數(shù)與螺旋角分別

相等，其值分別為九=2〃見尸=15。輸入功率Q=5KW轉速，輸出軸

轉速"/〃=963"，若不計摩擦功耗，試確定：

（1）為使中間軸上的軸承所受的軸向力較小，試確定其余各街

輪的螺旋方向，并在圖上確定各軸的轉向。

（2）繪出以上四輪在嚙合點的受力圖，并計算齒輪2、3的圓周

力、徑向力與軸向力的大小。如今中間軸上的軸向力等于多少？

方向如何？

3.有一直齒圓錐一斜齒圓柱齒輪減速器如圖所示。已知:

6=17鵬;勺=720小圓錐齒輪幾何尺寸與參數(shù)為：

m=5,加;4=25;z2=60;Z?=50〃〃〃,

斜齒圓柱齒輪幾何尺寸與參數(shù)為：%=6〃〃〃%=21；4=84,錐齒輪嚙

合效率7=0%

斜齒輪嚙合效率％=。98滾動軸承效率%=0%l軸轉向如圖所示，

1).繪圖標出各齒輪的轉向；

2).計算各釉的扭矩；

3).當斜齒圓柱齒輪分度圓螺旋角為何旋向及多少度時，方能使

大錐齒輪與小斜齒圓柱齒輪的軸向力完全抵消

4),繪圖標出各齒輪各嚙合點作用力的方向(用三個分力表示),

并計算其大小。注：斜齒圓柱齒輪的螺旋角

p=10°8'3(r

第十一章蝸桿傳動

一、簡答題

1.蝸桿傳動的失效形式與設計準則與齒輪傳動相比有何異同？

2.在閉式蝸桿傳動中，為什么務必進行熱平衡計算？提高散熱

能力的措施有什么？

3.為什么蝸桿常放在高速級傳動？

4.某起重裝置的兩種傳動方案(a)與⑹如圖所示。若工況為長

期運轉，試說明兩種方案是否合理?為什么？若限定圖中傳動件的

類型不變，你認為較合理的方案應如何構成？(不繪圖，僅用文字

說明)

5.舉出常用的蝸桿、蝸輪材料各三種。

二、計算題

1.一傳動裝置如圖所示，已知蝸桿傳動的效率〃=。5,輸入轉矩

7；=200Mm同時蝸桿傳動的參數(shù)為川=8e=1；4=80〃〃〃?=40,輸出

軸上的錐齒輪Z4的轉向如圖所示。

（1）要使中間釉的釉向力抵消一部分，試確定各輪的螺旋線方

向與轉動方向。

（2）在圖中直接繪出以上四輪在嚙合點的受力圖。

（3）試確定蝸桿的三個分力的大小。

2.如圖所示的傳動系統(tǒng)中，1、2、3為斜齒圓柱齒輪，4、5為

直齒圓錐齒輪，6為蝸桿，7為蝸輪。傳動系統(tǒng)由電動機驅動齒

輪1,輪1的轉向如圖所示。要求軸HI與軸IV上由斜齒圓柱

齒輪3與圓錐齒輪4,與圓錐齒輪5與蝸桿6所產(chǎn)生的軸向刀相

互抵消一部分。試在答題紙上重新畫圖解答：

畫出軸n、ni、iv與蝸輪7的轉動方向；

畫出齒輪1、2、3與蝸桿6的螺旋線方向，并說明蝸輪7的螺旋

線方向；

確定并畫出所有齒輪與蝸桿、蝸輪所受的徑向力Fr、圓周力Ft、

軸向力Fa(垂直紙面向外用。表不，向內(nèi)用⑤表不)。

5/1

/6

X—~L-="IV

3.一對斜齒輪與一對蝸桿蝸輪構成的傳動裝置如圖所示：已知

斜齒輪1的旋向為左旋，轉向如圖，求：

1).在圖中標出蝸桿與蝸輪的合理轉向。

2).在圖中標出并用文字說明斜齒輪2、蝸桿3、蝸輪4應取的

旋向。

3).在圖中直接繪出以上四輪在嚙合點的受力圖。

4).若已知傳動裝置的總傳動比i=72,總效率77=0.5,輸入轉

矩7]=200N.m同時mnX=2mm;z1=16;/?(=18°3O';m4=61nm;z4=48,

試問，這時軸n所受的總的軸向力為多大？其方向又如何?

4.圖示為一手動提升機構，已知卷簡直徑D=200mm,

Z[=20*2=60,Z3=1*4=60,q=ll;重物G=20kN,蝸輪直徑

〃=240閑,。=20°，傳動系統(tǒng)總效率〃=°35。

求：（1）勻速提升重物時，加在手柄上的推力F至少需多大？

（2）重物垂直上升時，手柄的轉動方向（畫于圖中）；

（3）蝸桿若能自鎖，分析重物停在空中時（手柄上沒有推力），

蝸桿與蝸輪在節(jié)點嚙合處所受的三個分力的大小及方向（畫于圖

4）；

1

第十三章滾動軸承

1.滾動軸承有什么要緊的類型?如何選擇滾動軸承？

2.軸承與滾子軸承相比，哪種載荷大?哪一種更適合高速？

3.何謂滾動軸承的額定壽命?在其他條件不變的情況下，當球軸

承的轉速提高一倍或者當量動載荷提高一倍的情況卜軸承的壽

命會有什么變化？

4.何謂基本額定動載荷？何謂當量動載荷？

5.滾動軸承潤滑的目的是什么？有什么方法？

6.滾動軸承為何需耍使用密封裝置？常用密封裝置有哪兩類？

7,試比較同樣徑向力下，

(1)深溝球軸承6208(10208)(Crl=25.6kN)

(2)調心球軸承1208(Cr2=15kN)

(3)圓柱滾子軸承N208(102208)(Cr3=36.5kN)

三種軸承壽命的高低，并分析原因。

二、計算題

1.一齒輪軸由兩個7208AC軸承支承，其受力如圖所示，已知軸

上負荷七=3000N;〃=500'。試計算兩軸承的徑向力Fr,軸向力

Fa及當量動負荷P。1與2兩軸承哪個壽命低？

(由手冊中查得7208AC軸承的漢ON，且用=0.68入；”0.68當

^-<e—>e

F,時，X=l,y=O；當Fr時，X=0.41,y=0.87,另計算中可

取力=1.5"=1。)

12

2L

2.圖示為一安裝著兩個斜齒圓柱齒輪的轉軸，由一對30307E

的軸承支承，軸承的轉速為960r/min,所受的徑向載荷為：

吊=8000M%=5000",大斜齒輪的軸向力乙L3000N方向向左，小

斜齒輪的軸向力工“二4000%方向向右，常溫下工作，載荷系數(shù)為

力二L2,試問：該軸承的類型是什么？內(nèi)徑是多少？兩軸承是正裝

還是反裝？兩軸承的壽命分別是多少小時？

注：軸承的基本額定動載荷C=712(XW,判別系數(shù)e=0.3；

F上工e

軸承的派生軸向力當匕,X=l?=0；當

芻■>e,X=0.4,/=1.9

Fr

L-19L(f￡y

軸承的壽命計算公式為"私〃P

3.斜齒圓柱齒輪軸系由一對角接觸球軸承7306AC（舊

46306）支承，軸轉速n=196r/min,軸上受力為軸向力FA=560N,

徑向力FR=1070N,圓周力FT=2890N,齒輪節(jié)圓直徑d=188mm,

軸承跨距為200mlli,求兩軸承的當量動載荷（fd=1.3）o

eFJFWeFs

0.7x=i,y=oX=0.41,y=0.850.7Fr

4.軸系由一對深溝球軸承6208（舊208）支承，軸上受徑向

力FR=5000N,現(xiàn)若改用一對角接觸球軸承7208c（舊