机械设计习题

机械设计习题集

目录

第一章 绪论

一、 分析与思考题

第二章 机械零件的工作能力和设计准则

一、 分析与思考题 二、 选择与填空题 第三章 机械零件的疲劳强度

一、 分析与思考题 二、 设计计算题

第四章 摩擦、磨损及润滑概述

一、 分析与思考题

第五章 螺纹联接和螺旋传动

一、 分析与思考题 二、 选择与填空题 三、 设计计算题 四、 结构分析题

第六章 键、花键、无键联接和销联接

一、 分析与思考题 二、 选择与填空题 三、 设计计算题

四、 结构设计与分析题 第七章 带 传 动

一、 分析与思考题 二、 选择与填空题 三、 设计计算题 第八章 齿轮传动

一、 分析与思考题 二、 选择与填空题 三、 计算题(一) 五、 计算题(二) 第九章 蜗杆传动

一、 分析与思考题 二、 选择题与填空题 三、 设计计算题 第十章 链传动

一、 分析与思考题 二、 选择题 三、 计算题 第十一章 轴

一、 分析与思考题 二、 选择题与填空题 三、 设计计算题 第十二章 滑动轴承

一、 分析与思考题 二、 选择与填空题 三、 设计计算题 第十三章 滚动轴承

一、 分析与思考题 二、 选择与填空题 三、 设计计算题

第十四章 联轴器和离合器

一、 分析与思考题 二、 选择与填空题 三、 设计计算题 第十五章 弹 簧

一、 分析与思考题 二、 选择与填空题 三、 设计计算题 自测题（一） 自测题（二）

第一章 绪 论

一、 分析与思考题

1–1 机械设计的内容和一般程序是什么？其各阶段大致需要完成哪些任务？ 1-2 什么是零件?什么是构件?什么是部件?

1-3 为什么说机械零件是组成机器的基本要素？根据什么原则把机械零件划分为通用零件和专用零件？什么叫做一般尺寸和参数的通用零件？ 1-4 试述机械零件设计的一般步骤。

1–5 机械零件的主要失效形式有哪些？什么是机械零件的工作能力？工作能力准则有哪些？

1-6 何谓工作载荷、名义载荷和计算载荷？名义载荷与计算载荷有何关系？ 1-7 降低机器成本主要有哪些措施？

1-8 何谓机械零件的失效？何谓机械零件的工作能力？

第二章 机械零件的工作能力和设计准则

一、 分析与思考题

2-1 什么是机械零件的失效？机械零件的主要失效形式有那些？试结合日常接触的机械举出其中几种零件的失效形式并分析其原因。

2-2 安全系数选择时应该考虑那些方面的因素？

2-3 什么是静载荷、变载荷，静应力和变应力？试举出两个机械零部件在工作时受静载荷作用而产生变应力的例子。

2-4稳定循环变应力的σmin，σmax，σa，σm，γ五个参数分别代表什么？试列出根据已知零件的σmin，σmax计算σa，σm及γ的公式。

2-5 怎样区分表面挤压应力和表面接触应力？试说明两圆柱体接触应力计算公式σHmin=

Fn1/?1?1/?2?中各符号的意义。 22?L(1??1)/E1?(1??2)/E2二、 选择与填空题

2-6 安全系数选择时，应考虑_______、_______、和_______三方面因素。

2-7 材料的无限寿命是指_______下的寿命，其有限寿命是指在_______下的寿命。 2-8 机械零件的应力集中系数仅对_______有影响，对_______没有影响。

2-9 一般说，机械零件的表面精读越_______，应力集中越严重；表面硬度越_______，疲劳强度越低。

2-10 图示某旋转轴直径d=80mm，受径向力F=2Kn,跨距L=2m。试计算A点的最大、最小弯曲正应力max、?min，应力幅力图谱。

???，平均应力?m和循环特征系数r，并画出其变应

第三章 机械零件的疲劳强度

一、 分析与思考题

3-1 试述金属材料的疲劳断裂过程。

3-2 试根据材料的疲劳曲线（σ-N曲线），说明什么叫循环基数N0，条件疲劳极限σrN和疲劳极限σr，并根据疲劳曲线方程导出σrN的计算式。

3-3 影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？原因是什么？为什么影响因素中的Kσ、εσ、β只对变应力的应力幅部分有影响？

3-4如何绘制考虑Kσ、εσ和β影响的极限应力图？它有何用途？ 二、设计计算题

3-5 某合金钢材制成的零件，其材料性能为：$

?s?800MPa,??1?450MPa,???0.3。已知工作应力为?min??80MPa，

?max?280MPa，应力变化规律为r=常数，弯曲疲劳极限的综合影响系数K??1.62。

若设计安全系数是 S=1.3，并按无限寿命考虑，试用解析法校核该零件是否安全。 3-8 某试件材料的应力循环基数N0＝5?10次，σ-1＝170Mpa，m＝9。试问：当工作应力σN＝300Mpa时，试件寿命为多少？绘制试件的lgσ—lgN图。

3-9 某零件材料在N0＝5?10次时，σ-1＝300Mpa，m＝9。若零件在σ1＝500Mpa下工作n1＝10次，在σ2＝400Mpa下工作n2＝4?10次。试问：若又在σ3＝350Mpa下工作，允许工作多少次？$

第四章 摩擦、磨损及润滑概述

一、 分析与思考题

4-1 试述摩擦，磨损，润滑对现代机器设计有何意义？

4-2 各种磨擦（润滑）状态与摩擦系数及摩擦特性曲线有何关系？ 4-3 在工程中，常用金属材料副的摩擦系数是如何得来的? 4-4 零件的正常磨损分为几个阶段？每阶段各有何特点？

4-5 润滑油，润滑脂各有何主要性能指标？如何理解粘度的概念？

4-6 润滑油常用的粘度单位有几种？彼此之间如何换算？压力，温度对粘度有何影响？

第五章 螺纹联接和螺旋传动

一、分析思考题

5-1 螺母材料选择与螺栓有何不同？为什么？

5-2 为什么螺纹联接常需要防松？防松的实质是什么？有哪几类防松措施？

5-3 在螺栓联接中，螺纹牙间载荷分布为什么会出现不均匀现象？常用哪些结构形式可

使螺纹牙间载荷分布趋于均匀？

44665-4 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? 5-5 简述提高螺纹联接强度的四种措施：

5-6 试述螺纹升角ψ和牙型角α与联接的自锁性和传动的效率之间的关系。 5-7 螺纹联接中摩擦防松、机械防松装置各有哪几种？（各举出二例）。

5-8 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?

5-9 滚动螺旋传动与滑动螺旋传动相比较，有何优缺点?

二、 选择与填空题

5-10 普通螺纹的公称直径指的是螺纹的__________，计算螺纹的摩擦力矩时使用的是螺纹的_______，计算螺纹危险截面时使用的是螺纹的_______ 。

5-11 若螺纹的直径和螺纹副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的__________和__________。

5-12 紧螺栓联接受轴向外载荷。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_______________。

(1)被联接件分离，联接失效 (2)被联接件即将分离，联接不可靠 (3)联接可靠，但不能继续再加载 (4)联接可靠，只要螺栓强度足够，还可以继续加大外载荷F 5-13 螺栓的材料性能等级标成6.8级，其数字6.8代表_______ 。

(1)对螺栓材料的强度要求； (2)对螺栓的制造精度要求； (3)对螺栓材料的刚度要求； (4)对螺栓材料的耐蚀性要求。

三、设计计算题

5-14 图示螺栓连接中采用2个M20的螺栓，其许用拉应力为[?]=160Mpa，被连接件结合面的摩擦系数?=0.2，若考虑摩擦传力的可靠系数kf=1.2，试计算该连接允许传递的静载荷FQ。

图5—3—1

5-15 如图所示支承杆用三个M12铰制孔螺栓联接在机架上，（铰孔直径d0=13mm）若螺杆与孔壁的挤压强度足够，试求作用于该悬壁梁的最大作用力F。（不考虑构件本身的强度，螺栓材料的屈服极限σs=600MPa，取剪切安全系数nτ=2.5）。

图5—3—2

5-16 图示一圆盘锯片用一个M20的螺纹联接夹紧，锯片和锯盘的摩擦系数us?0.15，性系数kf?1.2，d1?17.294mm）

螺纹轴的许用拉应力????144MPa，若切削力F?1280N，螺栓强度是否足够？（可靠

图5—3—3

5-17 如图凸缘联轴器，用六个普通螺栓联接，螺栓分布在D=100mm的圆周上，接合面摩擦系数f=0.16，防滑系数KS=1.2，若联轴器传递扭矩为150N·m，试求螺栓螺纹小径。（螺栓[σ]=120MPa）

图5—3—4

5-18 如图所示的气缸盖连接中，已知：气缸中的压力在0到1.5MPa间变化，气缸内径D=250mm，螺栓分布圆直径D0=346mm，凸缘与垫片厚度之和为50mm。为保证气密性要求，螺栓间距不得大于120mm。试选择螺栓材料，并确定螺栓数目和尺寸。

图5—3—5 四 结构分析题

5-19 请指出图5—4—1所示结构错误或设计不合理的地方，并改正。

图5—4—1

第六章 键、花键、无键联接和销联接

一、分析与思考题

6-1 如何选取普通平键的尺寸b×h×L？它的公称长度L与工作长度l之间有什么关系？ 6-2 平键和楔键在结构和使用性能上有何异同？为何平键使用较广？ 6-3 花键联接和平键联接相比有哪些优缺点？

6-4 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? 6-5 花键联接的主要失效形式是什么?如何进行强度计算?

6-6 销有哪几种类型?各用于何种场合?销联接有哪些失效形式? 6-7 铆钉联接的破坏形式有哪些?怎样校核铆缝的强度? 6-8 过盈联接的承载能力是由哪些因素决定的? 二、 选择与填空题

6-9 当轴作单向回转时，平键的工作面为 ；花键的工作面为 ；半圆键的工作面为 ；楔键的工作面为 ；切向键的工作面为 。（a . 上、下两面； b . 上表面或下表面； c . 一侧面； d . 两侧面）

6-10下列各种键的失效形式：普通平键为 ；导向平键为 ；滑键为 ；钩头楔键为 ；切向键为 。（a . 剪断； b . 压溃 ； c . 磨损； d . 胶合）

三、设计计算题

6-11 有一公称尺寸Z?D?d?b为8?40?36?7的45钢矩形花键，齿长l?80 mm，经调质处理，使用和制造条件中等，能否用来传递1的转矩？

6-12 某减速器输出轴上装有连轴器，用图6-3-1所示A型平键联接。已知输出轴直径为60 mm，输出转矩为1200 N·m，键的需用挤压应力为150 MPa,，试求所需销钉的直径d。

T?1600 N?m

图6-3-1

四、结构设计与分析题

6-13 改正下列错误结构并说明理由。

6-4-1图示普通平键联接 6-4-2图示楔键联接

6-4-3图示双键联接 题图6-4-1 题图6-4-2 题图6-4-3 第七章 带 传 动 一、分析与思考题 7-1 带传动常用的类型有哪几种?各应用在什么场合? 7-2 带传动的弹性滑动与打滑有何区别？设计V带传动时，为什么要限制小带轮的dmin？ 7-3 试说明带传动中的紧边拉力F1、松边拉力F2和圆周力F及张紧力F0之间的关系。 7-4 V带传动的主要失效形式是什么？单根V带所能传递的效率是根据什么准则确定的？ 7-5 在V带传动设计中，为什么要限制带的根数？限制条件如何？ 7-6 为了避免带打滑，将带轮和带接触的工作表面加工粗糙些，以增大摩擦，这样解决是否合理？为什么？

7-7 带传动为什么必须安装张紧装置？常用的张紧装置有哪些？ 二、选择与填空题

7-8 V带传动的中心距和小带轮的直径一定时，若增大传动比，则带在小带轮上的包角将_______，带在大带轮上的弯曲应力将________。

(1)增大 (2)不变 (3)减小

7-9 带速较高时，带传动传递的功率较大，是由于________。 （a. D1较大； b. 要求ΣFf较小； c. ?较大； d. F0较大）

7-10 实验研究表明，带传动工作时，带的弹性滑动发生在________。（a. 带由主、从动轮上离开以前的那一部分接触弧上； b. 带进入主、从动轮上的那一部分接触弧上； c. 全部拉触弧上）

7-11 在设计V带传动时，V带的型号是根据________和________选取的。 三、设计计算题

7-12 一V带能传递的最大功率Pmax=4.7 kW，主动轮直径D1=200 mm，主动轮转速

n1=1800 r/min，小带轮包角α1=1350，带与带轮之间的当量摩擦系数fv=0.25，求紧边拉力F1及有效拉力Fe。

7-13 带传动中小带轮直径D1=160mm ，大带轮直径D2=300mm ，小带轮转速n1=960r/min，V带传动滑动系数ε=2%，试问，计入滑动系数和不计入滑动系数相比，大带轮的转速相差多少？

7-14 一V带传动传递的功率P=7.5kW，带速v=10m/s，测得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。

7-15 一离心水泵采用3根B型V带传动，主动轮直径

dd2?280mmdd1?140mm，从动轮直径

，中心距??800mm，若要求输出转速n2?480r/min，工况系数

KA?1.1，试问：（1）允许传递的最大功率是多少？（2）带传动作用在轴上的压轴力有

第八章 齿轮传动

多大？

一、分析与思考题

8-1-1 轮齿折断通常发生在什么部位？在不改变齿轮的材料和尺寸的情况下，如何提高轮齿的抗折断能力? 2

8-1-2 为什么齿面点蚀一般首先发生在靠近节线的齿根面上?在开式齿轮传动中，为什么一般不出现点蚀破坏?如何提高齿面抗点蚀的能力?

8-1-3 在什么工况下工作的齿轮易出现胶合破坏?胶合破坏通常出现在轮齿的什么部位?如何提高齿面抗胶合的能力?

8-1-4 为提高齿面的抗点蚀能力，试至少举出三种办法。

8-1-5 通常所谓软齿面与硬齿面的硬度界限是如何划分的?软齿面齿轮和硬齿面齿轮在加工方法上有何区别?为什么?

8-1-6 导致载荷沿轮齿接触线分布不均的原因有哪些?如何减轻载荷分布不均的程度? 8-1-7 在进行齿轮强度计算时，为什么要引入载荷系数K?载荷系数K由哪几部分组成?各考虑了什么因素的影响?

8-1-8 齿面接触疲劳强度计算公式是如何建立的?为什么要选择节点作为齿面接触应力的计算点?

8-1-9 在齿轮传动设计中，若不满足足

?H???H?的要求，请指出两种改进措施；若满

?H???H?的要求，而不满足?F???F?的要求，将如何改进设计？。

8-1-10 一对圆柱齿轮传动，大齿轮和小齿轮的接触应力是否相等?如大、小齿轮的材料及热处理情况相同，则其许用接触应力是否相等?

8-1-11一对直齿圆柱齿轮的齿面接触应力的大小与齿轮的哪几个几何参数有关？在哪一点啮合的接触应力最大？通常接触强度计算时算的是哪一点的接触应力？为什呢？

8-1-12 一对斜齿圆柱齿轮若其分度圆直径、尺宽、法向模数及许用应力与另一对直尺圆柱齿轮分别相等，问接触疲劳强度计算公式中哪几个参数与系数有变化？问哪一对齿轮的接触应力大？那一对齿轮基础强度高?由此可以得出什么结论？

8-1-13 在直齿、斜齿圆柱齿轮传动中，为什么常将小齿轮设计得比大齿轮宽一些?在人字齿轮传动和圆锥齿轮传动中是否也应将小齿轮设计得宽一些?

8-1-14 在下列各齿轮受力图中标注各力的符号(齿轮1主动)。

a) b) c)

题8-1-14图

8-1-15 两级展开式齿轮减速器如图所示。已知主动轮1为左旋，转向nl如图示，为使中间轴上两齿轮所受的轴向力相互抵消一部分，试在图中标出各齿轮的螺旋线方向，并在各齿轮分离体的啮合点处标出齿轮的轴向力Fa、径向力Fr，和圆周力Ft，的方向(圆周力的方向分别用符号⑧或①表示向内或向外)。

题8-1-15图

8-1-16 图示定轴轮系中，已知齿数z1=z3=25，z2=20，齿轮，转速nl=450r/min，工作寿命Lh=2000h。若齿轮1为主动且转向不变，试问：

题8-1-16图

(1)齿轮2在工作过程中轮齿的接触应力和弯曲应力的应力比r各为多少? (2)齿轮2的接触应力和弯曲应力的循环次数N2各为多少?

8-1-17目：有两对闭式直齿圆柱齿轮传动，其尺寸如下表所示，其材料及热处理硬度、载荷、工况及制造精度均相同。试分析比较哪对齿轮的接触应力大？哪对齿轮的接触强度高？

8-1-18齿轮材料的选择原则是什么？什么是硬齿面、软齿面、中硬齿面齿轮？ 8-1-19软齿面和硬齿面的界限是如何划分的？设计中如何达到和选择软硬齿面？ 8-1-20齿轮传动中为何两轮齿面应有硬度差？

8-1-21什么是计算载荷？载荷系数由几部分组成？各考虑什么因素的影响？ 8-1-22齿面接触疲劳强度计算针对何种失效形式？其基本理论依据是什么？ 8-1-23齿根弯曲疲劳强度计算针对何种失效形式？其基本理论依据是什么？

8-1-24 一般闭式软齿面齿轮需进行哪些强度计算？开式齿轮传动需进行哪些强度计算？

8-1-25 什么是齿形系数？它与哪些因素有关？同齿数的标准直齿圆柱齿轮、标准斜齿圆柱齿轮和标准直齿锥齿轮的齿形系数是否相同？

8-1-26如何选择圆柱齿轮的齿数z1和齿宽系数Ψd？

8-1-27变位齿轮传动的强度计算有什么特点？变位能否提高齿轮的强度？ 二、选择与填空题

8-2-1 在齿轮传动的设计计算中，对下列参数和尺寸应标准化的有__________；应圆整的有_______；没有标准化也不应圆整的有___________。

(1)斜齿轮的法面模数mn (2)斜齿轮的端面模数mt (3)直齿轮中心距a (4)斜齿轮中心距a (5)齿宽B (6)齿厚s (7)分度圆压力角α (8)螺旋角β (9)锥距R (10)齿顶圆直径da 8-2-2 一对齿轮啮合传动时，大、小齿轮上齿面的接触应力 。 ①ζH1=ζH2；②ζH1>ζH2；③ζH1<ζH2；④不能判明大小关系。

8-2-3 将材料为45钢的齿轮毛坯加工成为6级精度的硬齿面直齿圆柱外齿轮，该齿轮制造工艺顺序应是_______________为宜。

(1)滚齿、表面淬火、磨齿 (2)滚齿、磨齿、表面淬火 (3)表面淬火、滚齿、磨齿

(4)滚齿、调质、磨齿

8-2-4 在齿轮传动中，仅将齿轮分度圆的压力角α增大，则齿面接触应力将_____________。

(1)增大 (2)不变 (3)减小

8-2-5 在齿轮传动中，提高其抗点蚀能力的措施之一是 。

①提高齿面硬度；②降低润滑油粘度；③减小分度圆直径；④减少齿数。

8-2-6 影响齿轮传动动载系数Kv大小的两个主要因素是_________________________________。

8-2-7 一对正确啮合的渐开线标准齿轮作减速传动时，如两轮的材料、热处理及齿面硬度均相同，则齿根弯曲应力_______________。

(1) ζF1>ζF2 (2) ζF1=ζF2 (3) ζF1<ζF2

四、计算题(二)

8-4-1 设计直齿锥齿轮传动，传递功率P?4.2kW，主动轮转速n1?820r/min，传动比i?2.4，有轻微冲击，寿命10年

8-4-2 设计一斜齿圆柱齿轮传动，已知功率Pl=40kW，转速n1=2800r/min，传动比i=3.2，工作寿命Lh=1000h，小齿轮作悬臂布置，工作情况系数KA=1.25。

8-4-3 设计由电动机驱动的闭式圆锥齿轮传动。已知功率P1=9.2kW，转速n1=970r/min，传动比i=3，小齿轮悬臂布置，单向转动，载荷平稳，每日工作8小时，工作寿命为5年(每年250个工作日)。

8-4-4设计一用于带式运输机传动装置的闭式单级斜齿圆柱齿轮传动。已知：

P1=10kW，n1=970r/min，i=4.2，由电动机直接驱动，单向回转，载荷有中等振动，齿轮在轴上对轴承作对称布置，工作寿命为15年，两班制工作。

8-4-5设计一直齿圆柱齿轮传动，原用材料的许用接触应力为[σH]1=700MPa，[σH]2 =600MPa，求得中心距a=100mm；现改用[σH]1=600MPa，[σH]2=400MPa的材料，若齿宽和其它条件不变，为保证接触疲劳强度不变，试计算改用材料后的中心距

第九章 蜗杆传动

一、分析与思考题

9-1-1 蜗杆传动与齿轮传动相比有何特点?常用于什么场合?

9-1-2与齿轮传动相比，蜗杆传动的失效形式有何特点？为什么？

9-1-3 普通圆柱蜗杆传动的标准模数和标准压力角在什么面内?蜗杆传动的正确啮合条件是什么？

9-1-4 闭式蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？

9-1-5 采用变位蜗杆传动的目的是什么?变位蜗杆传动与变位齿轮传动相比有何特点? 9-1-6 影响蜗杆传动效率的主要因素有哪些?为什么传递大功率时很少用普通圆柱蜗杆传动?

9-1-7蜗轮材料的许用接触应力，有的与相对滑动速度大小有关，而与应力循环次数无关，有的则相反，试说明其原因。

9-1-8 与普通圆柱蜗杆传动相比，圆弧圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动各有何特点?各适用于什么场合?

9-1-9 在车床上用直线刀刃加工蜗杆，什么情况下用单刀?什么情况下用双刀?为什么?? 9-1-10 在动力蜗杆传动中，蜗轮的齿数在什么范围内选取?齿数过多或过少有何不利? 9-1-11 蜗杆传动的主要失效形式是什么？它对材料的选择有何影响？并说明蜗杆传动的设计计算准则。

9-1-12采用变位蜗杆传动的目的是什么?变位蜗杆传动与变位齿轮传动相比有何特点 9-1-13 蜗杆传动设计中为何特别重视发热问题?如何进行热平衡计算?常用的散热措施有哪些?

9-1-14 为什么普通圆柱蜗杆传动的承载能力主要取决于蜗轮轮齿的强度，用碳钢或合金钢制造蜗轮有何不利?

9-1-15蜗轮材料的许用接触应力，有的与相对滑动速度大小有关，而与应力循环次数无关，有的则相反，试说明其原因 二、 选择题与填空题

9-2-1 磨削时没有理论误差精度较高的普通圆柱蜗杆是

A延伸渐开线蜗杆；B渐开线蜗杆；C阿基米德蜗杆；D圆弧面蜗杆

9-2-2 与齿轮传动相比，＿＿不能作为蜗杆传动的优点。

A 传动平稳，噪声小 B 传动比可以较大 C,可产生自锁

9-2-3 标准蜗杆传动的中心距计算公式应力

Aa?1m(z1?z2)； Ba?1m(q?z2)；

22Ca?1mt(q?z2)； Da?1mn(q?z2)

229-2-4 在蜗杆传动中，当其他条件相同时，增加蜗杆头数 z1 ，则传动效率＿＿。 A降低 B提高 C不变 D或提高也可能降低

9-2-5蜗杆蜗轮啮合面间的滑动速度Va与蜗杆的圆周速度V1之间有如下关系 AVa=V1；B；Va>V1；CVa

9-2-6 起吊重物用的手动蜗杆传动，宜采用＿＿的蜗杆。 A 单头、小导程角 B 单头、大导程角 C 多头、小导程角 D 多头、大导程角

9-2-7 在其他条件相同时，若增加蜗杆头数，则滑动速度＿＿。 A 增加 B 不变 C 减小 D 可能增加也可能减小 9-2-8 在蜗杆传动设计中，蜗杆头数 z1 选多--些，则＿＿ A 有利于蜗杆加工 B 有利于提高蜗杆刚度 C 有利于提高传动的承载能力 D 有利于提高传动效率 9-2-9 将蜗杆分度圆直径 d1 定为标准值，是为了＿＿。

A 保证蜗杆有足够的刚度 B 蜗轮刀具规定尺寸的标准化、系列化 C 提高蜗杆传动的效率

9-2-10蜗杆传动的油温最高不应超过 A30℃；B50℃；C80℃；D120℃ 9-2-11 采用变位蜗杆传动时＿＿。

A 仅对蜗秆进行变位 B 仅对蜗轮变位 C 必须同时对蜗杆与蜗轮进行变位

9-2-12 提高蜗杆传动效率的主要措施是＿＿。

A 增大模数 m B 增加蜗轮齿数 z2 C 增加蜗杆头数 z1 D 增大蜗杆的直径系数 q 9-2-13 其他条件相同时，若增加蜗杆头数，则滑动速度 A增加；B减小；C保持不变；D不一定 9-2-14 闭式蜗杆传动的主要失效形式是＿＿。

A 蜗杆断裂 B 蜗轮轮齿折断 C 胶合、疲劳点蚀 D 磨粒磨损

9-2-15 对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是为了防止温升过高导致_________。

A 材料的力学性能下降 B 润滑油变质 C 蜗杆热变形过大 D 润滑条件恶化

9-2-16 对传递动力的蜗杆传动，为了提高效率，在一定限度内可以采用——。 A 较大的蜗杆直径系数 B 较大模数

C 较大的导程角 D 较少的蜗杆头数 9-2-17 蜗杆传动的主要失效形式是

A齿面疲劳点蚀；B齿根的弯曲折断；C齿面的胶合和磨损；D齿面的塑性变形 9-2-18 在蜗杆传动中，蜗杆头数越少，则传动效率越________，自锁性越_________。一般蜗杆头数常取________。

9-2-19 对滑动速度相对≥ 12m/s 的重要蜗杆传动，蜗杆的材料可选用__________进行___________处理；蜗轮的材料可选用_____________。

9-2-20 蜗杆传动的相对滑动速度相对<5m/s 时采用_________润滑；相对>10m/s 时应采用________润滑。

9-2-21 两轴线成——时，可采用蜗杆传动。

9-2-22 蜗杆传动中，当蜗杆为右旋时，与之相配的蜗轮旋向为—— 三、设计计算题

9-3-1如图所示蜗杆-齿轮传动，已知蜗杆为右旋，顺时针转动，试在图上标出： （ 1 ）蜗轮的旋向及转向；

（ 2 ）为使轴所受轴向力最小，斜齿轮 3 、 4 的螺旋线方向； （ 3 ）分别标出啮合点处各轮所受的作用力（用三个分力表示）。

9-3-2 如图9-1（a）所示，蜗杆主动，T1=20 N·m，m=4 mm， z1=2，d1=50 mm，蜗轮齿数z2=50，传动的啮合效率η=0.75。（1）试确定蜗轮的转向；（2）若不考虑轴承及搅油损失，试确定蜗杆与蜗轮上作用力的大小和方向。

图9-1

9-3-3 在图示提升机构中,卷筒D=200mm，与蜗轮联为一体，转动手柄可提升重物。已知手柄长 L=200mm ， z1=19 ， z2=60 ， mn12=2 mm，β12=9 ° 4 ′ 7 ″，α

n=20 °； z3=1 ， z4=57 ， q=11 ， m34=4mm，α=20 °，蜗轮右旋； W=2 kN ，总效率η=0.35 ，其中蜗杆蜗轮副效率η2=0.4 。试求：

（ 1 ）匀速提升重物时，加在手柄上的圆周力 F 至少需多大？手柄转向如何？ （ 2 ）若蜗杆副的当量摩擦系数 fv=0.13 ，试判断蜗杆传动是否自锁？

（ 3 ）若蜗杆自锁，分析重物悬空停住时（手柄无推力），蜗杆蜗轮所受力的大小及方向；

（ 4 ）欲使Ⅱ轴上所受轴向力最小，试确定斜齿圆柱齿轮 2 、 1 的螺旋线方向，并标在图上。

9-3-4图13-2为一蜗杆传动装置，蜗杆分度圆直径

d1?40 mm，头数

z1?2，模数

m?4 mm，蜗轮齿数z2?48，蜗杆主动，转速n1?960 r/min，蜗杆功率

，当量摩擦系数v，压力角??20。（1）标出蜗轮转动方向；

（2）计算蜗杆传动效率（轴承损失及搅油损失忽略不计）；（3）标出蜗轮所受各力的方向，计算蜗轮所受各力的大小。

P1?10 kWf?0.08

9-3-5图中所示为手动绞车。已知：m=8，q=8，z1=1，z2=40，D=200mm。问：

（1）欲使重物W上升1m，手柄应转多少转？转向如何？

（2）若当量摩擦系数fv=0.2，该传动啮合效率η1是多少？该机构能否自锁？

9-3-6试设计轻纺机械中的一单级蜗杆减速器，传递功率P1=8.5kW，主动轴转速，nl=1460r/min，传动比i=20，载荷平稳，单向工作，长期连续运转，润滑情况良好，工作寿命Lh=15000h。

第十章 链传动

一、分析与思考题

10-1 试分析链传动中动载荷产生的原因。影响它的主要因素有哪些？

10-2 链传动的极限功率曲线是在什么条件下得到的？在实际使用中要进行哪些项目的修正？

10-3影响链传动不平稳的因素有哪些？ 10-4链传动有哪几种主要的失效形式?

10-5链传动为什么要适当张紧？常见哪些张紧方法？如何适当控制松边的下垂度？ 二、选择题

10-6链传动中合理的链条长 。

(a.应等于奇数倍链节距；b.应等于偶数倍链节距；c.可以为任意值；d.按链轮齿数来决定)

10-7 传动链中 可以实现比较平稳和无噪音的传动。（a.套筒滚子链；b.齿形链；c.套筒链；d.各类均可）

10-8 链传动中当其它条件不变的情况下，传动的平稳性随链条节距P的 。

a.减小而提高；b.减小而降低；c.增大而提高；d.增大而不变。

10-9 链传动设计中，一般推荐大链轮齿数不超过120，这是为了 。 （a.保证链轮轮齿的强度；b.保证链传动的平稳性；c.当链的磨损引起的相对伸长量不超过3%时仍可保证链和链轮的啮合;d.限制传动比的选择）

10-10 链传动中，小链轮齿数过少将会导致 。（a. 链传动的运动不均匀性增加；b.链节磨损后更易发生脱链现象；c. 润滑不良从而更易发生链节的胶合；d. 小链轮的转速过高）

10-11 链磨损后将会导致 。（a. 销轴的破坏；b. 套筒的破坏；c. 链板的破坏；d. 破坏链条和链轮的啮合（脱链））

10-12下列链传动的传动比公式中， 式是错误的。 （a. i?n1n2； b.

i?z2z1； c. i?T2T1/?； d. i?d2d1

10-13 链传动中链条的平均速度υ= 。（a. ?d1n1 ；b. ?d2n2； c. z1n1p； d. z1n1pd1）

10-14 链传动中铰链零件（销轴、套筒、衬套等，通常采用 材料。 （a. 渗碳钢；b. 中碳钢； c. 低碳钢； d. 钢——青铜组合） 三、 计算题

10-15 一链式运输机驱动装置采用套筒滚子链传动，链节距P=25.4mm，主动链轮齿数z1=17，从动链轮齿数z2=69，主动链轮转速n1=960r/min。试求：1）链条的平均速度υ；2）链条的最大速度υmax和最小速度υmin；3）链条的最大加速度αmax。 10-16 已知一单外套同滚子链传动，链条的型号为16A，链轮齿数链轮转速

z1?19，

z2?67，小

n1?550 r/minQ?50 kN，中心距??850 mm，链条的破坏载荷B，工作情

况系数A，水平传动。试求该链条允许传递的最大功率。

10-17 已知一套筒滚子链传动的链节距P= 12.7mm，大链轮齿数z2 = 74，磨损后链节距的允许增量为?p?0.32mm，试求大链轮节圆直径的允许增量?d。 10-18 某滚子链传动，小链轮齿数z1?15，链节距P=25.4mm，小链轮转速

K?1n1?500r/min，求平均链速vm，最大水平分速度vmaz和最小水平分速度vmin及链速变化率?之值。

10-19 一输送装置用套筒滚子链传动，已知输送功率P=7.5kW，主动轮转速

n1?960r/min，从动轮转速n2?320r/min，中心距??650mm，试设计该链传动。

第十一章 轴

一、分析与思考题

11-1-1 轴的功用是什么？根据所受载不同，轴可分为哪几类？自行车的前轴、中轴、后轴及脚踏板轴分别是什么轴?

11-1-2 直轴分哪几种？各承受什么载荷？试各举一例说明

11-1-3 在其它条件不变的情况，用合金钢代替碳素钢对提高轴的强度和刚度的效果如何？

11-1-4 轴的结构设计应考虑哪些问题？轴上零件为什么需要轴向固定和周向固定？

11-1-5 图15-1所示起重机卷筒的两种传动方案，试分析卷筒轴Ⅱ的受力情况，并比较两种方案的优劣。

11-1-6按当量弯矩计算轴径时，对转矩 T 为什么要乘以α？α的含义是什么？其大小如何确定？

11-1-7 按弯扭合成强度和按疲劳强度校核轴时，危险截面应如何确定?确定危险截面时考虑的因素有何区别?

11-1-8 轴按弯扭合成强度条件计算时，其当量弯矩计算式

Mca?M2???T?2中为什么

要考虑系数?？当转矩T产生的扭转剪应力T的循环特征r??1时，???

11-1-9 当旋转轴上作用恒定的径向载荷时，轴上某定点所受的弯曲应力是对称循环应力、脉动循环应力还是恒应力？为什么？

11-1-10 经校核发现轴的疲劳强度不符合要求时，在不增大轴径的条件下，可采取哪些措施来提高轴的疲劳强度?

11-1-11 按弯扭合成强度和按疲劳强度校核轴时，危险截面应如何确定?确定危险截面时考虑的因素有何区别? 二、选择题与填空题

11-2-1 轴上安装有过盈联接零件时，应力集中将发生在轴上_____________。 A轮毂中间部位 B沿轮毂两端部位 C 距离轮毂端部为1/3轮毂长度处 11-2-2 某 45 钢轴的刚度不足，可采取____________措施来提高其刚度。 A改用 40Cr钢 B 淬火处理 C 增大轴径 D 增大圆角半径

11-2-3 按弯扭合成强度条件计算轴的应力时，公式中折合系数α是考虑__________。

A材料抗弯与抗扭的性能不同 B弯曲应力和扭转切应力的循环性质不同 C强度理论的要求

?11-2-4 对轴进行表面强化处理，可以提高轴的 。 A静强度 B 刚度 C 疲劳强度 D 耐冲击性能

11-2-5 心轴所受载荷是——，传动轴所受载荷是——，转轴所受载荷是——。 A只承受弯矩不承受转矩 B 只承受转矩不承受弯矩 C 既承受弯矩又承受转矩 D 承受较大的轴向载荷

11-2-6若不改变轴的结构和尺寸，仅将轴的材料由碳素钢改为合金钢，轴的刚度 。

A不变；B降低了；C增加了；D不定 11-2-7自行车的前轴是 。

A心轴；B转轴；C传动轴；D光轴

11-2-8 优质碳素钢经调质处理制造的轴，验算刚度时发现不足，正确的改进方法是＿＿。

A加大直径 B改用合金钢 C改变热处理方法 D降低表面粗糙度值 11-2-9 采用＿＿的措施不能有效地改善轴的刚度。 A改用高强度合金钢 B改变轴的直径 C改变轴的支承位置 D改变轴的结构

11-2-10 转动的轴，受不变的载荷，其所受的弯曲应力的性质为＿＿。 A脉动循环 B 对称循环 C静应力 D非对称循环

11-2-11 设计减速器中的轴，其一般设计步骤为＿＿。 A先进行结构设计，再按转矩、弯曲应力和安全系数校核

B按弯曲应力初算轴径，再进行结构设计，最后校核转矩和安全系数 C根据安全系数定出轴径和长度，再校核转矩和弯曲应力

D按转矩初估轴径，再进行结构设计，最后校核弯曲应力和安全系数 三、设计计算题

11-3-1 直径d=75mm的实心轴与外径d0=85mm的空心轴的扭转强度相等，设两轴的材料相同，试求该空心轴的内径d1和减轻重量的百分率。

11-3-2 如图所示为某减速器输出轴的结构图，试指出其设计错误，并画出其改正图。

11-3-3 试设计图示一级斜齿圆柱齿轮减速器中的从动轴。已知：传递功率P=9kW，从动轴转速n2=216r/min，从动轴上斜齿轮的分度圆直径d2=269.81mm，螺旋角β=15°29′55″（右旋），压力角αn=20°，轮毂宽度为60mm。

主动轴从动轴一级减速器11-3-4指出下图11-3-4结构中的错误5处，并提出改正措施。（在图上修改线，用文字说明）

图11-3-4

11-3-5. 指出下图所示圆锥齿轮减速器中输入轴系（即小圆锥齿轮轴）结构上的错误。

第十二章 滑动轴承

一、分析与思考题

12-1 试分别从摩擦状态、油膜形成的原理以及润滑介质几方面对滑动轴承进行分类。

12-2 根据液体摩擦滑动轴承的承载机理，试述形成动压油膜的必要条件。 12-3 滑动轴承常见的失效形式有哪些?

12-4雷诺方程是根据哪些假定条件推导出来的？试根据该方程来分析液体动压油膜形成的条件。

12-5滑动轴承计算中，计算p、pv、v时各考虑什么问题？ 二、选择与填空题

12-6 宽径比B/d是设计滑动轴承时首先要确定的重要参数之一，通常取B/d=___________。

(1)1～10 (2)0.1～1 (3)0.3～1.5 (4)3～5

12-7 在不完全液体润滑滑动轴承设计中，限制p值的主要目的是

___________________； 限制pv值的主要目的是___________________ 。 12-8 径向滑动轴承的偏心距e随着载荷增大而_________；随着转速增高而__________。

12-9 液体摩擦动压滑动轴承的轴瓦上的油孔，油沟位置应开在_________。

12-10 滑动轴承轴瓦上浇注轴衬的目的是_________，写出一种常用轴衬材料的名称：_________。 三、设计计算题

12-11 起重机卷筒轴采用两个不完全液体润滑径向滑动轴承支承，已知每个轴承上的径向载荷F=100kN，轴颈直径d=90mm，转速v=90r/min。拟采用整体式轴瓦，试设计此轴承，并选择润滑剂牌号。

12-12 已知一起重机卷筒的滑动轴承所承受的径向载荷Fr?10N,轴颈直径d=90mm,转径转速n=9r/min。试按混合润滑状态设计此轴承。

12-13 设某蜗杆减速器的蜗轮轴两端采用混合摩擦润滑向心滑动轴承支持。已知：蜗轮轴转速n=60 r/min，轴材料为45号钢，轴颈直径d=80 mm，轴承宽度B=80 mm，轴承载荷F=80000 N；轴瓦材料为ZCuSn10P1（即10-1锡青铜：[p]=15 Mpa，[v]=10 m/s，[pv]=15 Mpa·m/s）。试校核此向心滑动轴承。

12-14 图12-1为稳定工作时的液体动压润滑滑动轴承示意图，试判断轴颈1的转动方向并大致在图上画出其压力分布图。

5

图12-1

第十三章 滚动轴承

一、分析与思考题

13-1 滚动轴承共分几大类型?写出它们的类型代号及名称，并说明各类轴承能承受何种载荷(径向或轴向)

13-2 滚动轴承公差与配合有何特点？

13-3 滚动轴承有哪些类型？试比较60000、N0000、70000、30000这四种类型轴承的主要特点和适用场合？

13-4 试述滚动轴承的寿命与基本额定寿命的区别？某轴承实际使用寿命低于其计算的基本额定寿命，试解释其原因。

13-5 滚动轴承常用哪几种润滑方式？适用范围如何？

13-6 滚动轴承的失效形式油哪些？选择轴承时进行的寿命计算、静负荷计算及极限转速校核是针对哪种失效？

二、选择与填空题

13-7 说明下列型号滚动轴承的类型、内径、公差等级、直径系列和结构特点：6306、51316、N316/P6、30306、6306/P5、30206，并指出其中具有下列特征的轴承：

(1)径向承载能力最高和最低的轴承分别是__________和__________；

(2)轴向承载能力最高和最低的轴承分别是__________和__________；

(3)极限转速最高和最低的轴承分别是__________和__________；

(4)公差等级最高的轴承是________________；

(5)承受轴向径向联合载荷的能力最高的轴承是__________。

13-8 采用滚动轴承轴向预紧措施的主要目的是__________。

(1)提高轴承的旋转精度 (2)提高轴承的承载能力 (3)降低轴承的运转噪声

(4)提高轴承的使用寿命。

13-9 滚动轴承根据受载的不同，可分为推力轴承，主要承受__________负荷；向心轴承，主要承受__________负荷；向心推力轴承，主要承受__________负荷。

13-10 滚动轴承的基本额定动负荷C，是指在该负荷的作用下__________寿命恰好为__________转。

13-11 30207轴承的类型名称是__________轴承，内径是____mm，它承受的基本额定动负荷时的基本额定寿命是__________转时的可靠度为__________。这种轴承以承受__________力为主。 三、设计计算题

13-12 某一深沟球轴承，在径向载荷Fr=7150N作用下，能以n=1800rpm的转速工作3000小时，试求此轴承的额定动载荷C值。

13-13 图13-1为斜齿轮采用一对7207AC轴承支承，已知斜齿轮的圆周力

Ft?3500 N承载荷系数

，径向力

Fr?1200 N，轴向力

Fa?900 N，轴的转速n?1450 r/min，轴

fp?1.2，温度系数

ft?1，额定动载荷C?25400 N，试计算：（1）轴承

，Ⅰ和Ⅱ的支反力？（2）如果轴承类型 70000AC

Fr1?1400 NFr2?2300 N，试计算轴承寿命Lh。 X 1 AR?e Y 0 0.41 X AR?e 0.85 Y e 0.70 S 0.70

图13－3－1

13-14 6215轴承受径向载荷Fr=45.6kN，轴向载荷Fa=6.3kN，载荷平稳，试计算其当量动载荷P。若在此当量动载荷作用下要求该轴承能正常旋转106转，其可靠度约为多少? 13-15 有一传动装置选用圆锥滚子轴承，如图所示，已知：滚动轴承的型号为30212，两轴承所受的径向载荷Fr1=3400N，Fr2=8500N，载荷平稳，常温下工作，若取当量动载荷P=（1/5）C（额定动载荷），轴承寿命Lh=4000小时。试求：1） 滚动轴承所能承受的轴向载荷FA；2）滚动轴承允许的工作转速。

图13－3－2

第十四章 联轴器和离合器

一、分析与思考题

14-1 联轴器、离合器、安全联轴器和安全离合器有何区别?各用于什么场合?

14-2 试比较刚性联轴器、无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器各有何优缺点?各适用于什么场合?

14-3 万向联轴器有何特点？双万向联轴器安装时应注意什么问题？

14-4 由交流电动机直接带动一台直流发电机。若已知所需最大功率为18~20 kW，转速为3000 r/min，外伸轴颈d?45 mm。试选择电动机与发电机之间的联轴器。 二、选择与填空题

14-5 弹性联轴器的弹性元件有定刚度与变刚度之分，非金属材料的弹性元件是_____________，其刚度多随载荷增大而__________。

14-6 可移式联轴器能补偿被联接两轴的偏移，这种偏移有四种，即________,__________,__________和__________。 14-7 在下述联接中，__________不能使用联轴器。

（1）同心轴联接；（2）平行轴联接；（3）轴与装在其上的空转的零件的联接； (4) 在一根轴上处于自由状态的零件的相互联接。 三、设计计算题

14-8 有一链式输送机用联轴器与电动机相联接。已知传递功率P=15kW，电动机转速n=1460r/min，电动机轴伸直径d=42mm。两轴同轴度好，输送机工作时起动频繁并有轻微冲击。试选择联轴器的类型和型号。

14-9 试选择一皮带运输机中减速器的输入轴和输出轴处的联轴器。与减速器输入轴相联的电动机型号为Y160L-6；减速器的输入轴直径d1=42mm，轴头长度E1=80mm；输出轴的直径d2=70mm，轴头长E2=105mm；与输出轴相联的工作机轴径d3=70mm，轴头长E3=105mm；减速器的实际输出功率P2=9kW，减速器的传动比i=13.5，减速器效率η=0.9，带载起动，载荷平稳。

14-10 某卷扬机的驱动电机型号为YBZS-4，额定功率P=5.5kW，转速n=1440r/min，电动机出轴直径dc=20mm，轴长Ec=50mm；减速器输入轴直径d=20mm，轴头长

E=36mm。工作类型JC=25%，载荷有中等冲击。在电动机前后分别装联轴器和制动器，试选择此联轴器和制动器。

第十五章 弹 簧

一、分析与思考题

15-1 试述弹簧中径D2和工作圈数n对弹簧强度、刚度的影响。

15-2 圆柱螺旋弹簧的主要参数有哪些？这些参数对弹簧的性能有什么影响？16-3 对弹簧材料的要求是什么？弹簧的常用材料有哪些？ 15-4 在弹簧强度计算中为什么要引入补偿系数？ 二、选择与填空题

15-5 按照所承受的载荷不同，弹簧可分为__________、____________、__________和__________四种；而按照形状不同，弹簧可分为_________、___________、___________、___________和_________。

15-6 在弹簧设计计算中，由强度条件确定弹簧的________，由变形条件确定弹簧的________。

15-7 其他条件相同时，弹簧指数（D2/d）越大，则弹簧越________。 （1）越软； （2）越硬；（3）软硬程度不变。

15-8 螺旋弹簧制造时的工艺过程包括：a）卷绕；b）镀层；c）热处理；d）工艺试验或强压处理；e)制作端部挂钩或加工端面支撑圈。上述各项工艺进行的顺序为________。 （1）a,b,c,d,e; (2) a,e,c,d,b; (3) a,c,e,b,d; (4) a,e,b,d,c. 三、设计计算题

15-9试设计一个在常温下工作的圆柱螺旋压缩弹簧，两端固定，使用条件一般。已知：最大工作载荷为230N，最小工作载荷为160N，工作行程为6mm，要求弹簧外径

D?18mm，工作介质为空气。

15-10 设计一具有初拉力的圆柱螺旋拉伸弹簧。已知：弹簧中径D2?10mm，弹簧外径

D?16mm。要求：当弹簧变形量为5mm时，拉力为150N；当变形量为12mm时，拉力

为300N。

15-11 一承受静载荷的圆柱螺旋拉伸弹簧，已知弹簧钢丝直径d=4mm，弹簧中径

D=20mm，有效圈数n=22圈，弹簧材料为C级碳素弹簧钢丝，无预应力，求弹簧允许的最大工作载荷Fmax和对应的变形量λmax。

15-12 要求一弹簧工作时能承受最大工作载荷F2?500N，最小工作载荷F1?200N，工作行程h?10mm，属Ⅱ类弹簧，一般工作环境，两端为固定支座，要求弹簧外径D?28mm。试设计此圆柱形压缩螺旋弹簧。

单元设计作业题及设计指导 作业一 螺纹联接设计

任务书

题目：1．普通螺栓联接

用M16六角头螺栓(GB/T 5782-2000)联接两块厚度各为25mm的钢板，采用弹簧垫圈(GB/T93-1987)防松。

2．铰制孔用螺栓联接

用M16六角头铰制孔用螺栓(GB/T27-1988)联接两块厚度各为25mm的钢板。

3．双头螺柱联接

用M16双头螺柱(GB/T898-1988)联接厚25mm的钢板和一个很厚的铸铁零件。

4．螺钉联接

用M16六角头螺栓(GB/T 5782-2000)联接厚25mm的铸铁凸缘和另一个很厚的铸铁零件，螺栓头与铸铁凸缘间加装平垫圈(GB/T 97.1-1985)；

要求：

(1)按题中给出的条件查手册确定标准联接零件的尺寸；

(2)按1:1比例与制图规范画出上述各种螺纹联接结构图，图1为参考图。 图1

作业二 带传动和齿轮传动设计

一、任务书

题目：V带传动和齿轮传动的设计(图2)

1．原始数据

题 号

参 数 1 2 3 4

减速器输出轴转矩T/N·m 154 160 228 249

减速器输出轴转速n/(r/min) 155 150 104 96

注：载荷平稳，单向运转，工作年限5年，每年250个工作日，每日工作16小时。

2．工作量

(1)小带轮零件图一张或(和)大齿轮零件图一张；

(2)设计计算说明书一份，内容包括电动机的选择，传动参数的计算，V带传动的设计计算或(和)齿轮传动的设计计算。

二、设计指导

1---V带传动；2---减速器；3---输出轴；

4---电动机

图2 V带传动和齿轮传动简图

1．电动机的选择

电动机有各种类型，对于无特殊要求的机械装置，多选用Y系列三相异步电动机。Y系列三相异步电动机有四种常用的同步转速，即3000r/min、1500r/min、1000r/min、

750r/min。同一功率的电动机，转速高则重量轻，价格便宜，但传动装置的总传动比和总体尺寸将加大，一般多选用同步转速为1500r/min和1000r/min的电动机。

减速器的输出轴通过联轴器与工作机相联，因此工作机所需功率Pw(kW)(略去联轴器效率的影响)为

Pw=Tn/9550

式中：T--减速器输出轴的转矩，N·m；

n--减速器输出轴的转速，r/min。

电动机所需功率P0为

P0=Pw/η

式中：η--电动机至工作机之间的传动总效率。

对于本作业的两级传动，η=η1η2。其中η1为V带传动的效率(包括一对轴承效率在内)，η2为齿轮传动的效率(包括一对轴承效率在内)。其数值可参看机械设计手册或教材。

由于电动机的额定功率Pm应等于或略大于电动机所需功率P0，因此选择电动机时通常取Pm=(1～1.3)P0。

2．各级传动比的分配

传动装置的总传动比为

i=nm/nw

式中：nm--电动机的满载转速，r/min；

nw--电动机的转速，即减速器输出轴转速，r/min。

本作业的传动装置为二级传动，总传动比i=i1i2。其中i1和i2分别为V带传动和齿轮传动的传动比。为了使传动装置尺寸较小，结构紧凑，应使i1

由于受到齿轮齿数、标准带轮直径等因素的影响，传动装置的实际传动比与所要求的传动比会略有差别。通常机器总传动比的误差应限制在±3％～±5％范围内。

3．传动参数的计算

机器传动装置的传动参数指的是各轴的转速、功率和转矩。对于本作业的二级传动系统，按电动机轴至工作机主轴的传动方向进行推算，各轴的转速为

n1 =nm/ i1

n2 =nm/( i1i2)

各轴的功率为

P1=Pwη1

P2=Pwη1η2

各轴的转矩(N·m)为

T1 = 9550 P1/n1

T2 = 9550 P2/n2

4．V带传动的设计计算

V带传动的设计计算、带轮结构尺寸的确定可参考教材和机械设计手册。小带轮的孔径和轮毂部分尺寸应根据电动机的轴伸直径和长度确定，小带轮的半径应小于电动机的机座中心高。图3是供参考的V带轮零件图。

图3 V带轮零件图

5．齿轮传动的设计计算

齿轮传动的设计计算、齿轮结构尺寸的确定可参考主教材和机械设计手册。大齿轮的孔径是根据与其相配合的轴径来确定的，本作业将大齿轮的孔径定为d=60mm：图4是供参考的齿轮零件图。

图4 齿轮零件图

6．对零件图的要求

零件图是零件制造和检验的依据，工艺人员根据零件图制定工艺规程，检验人员按照零件图进行成品的检验和验收。因此，一张完整的零件图应满足以下要求：

(1)清楚而正确地表达出零件各部分的结构形状；

(2)标出零件各部位的尺寸及其精度；

(3)标出零件各部位必要的形状位置公差；

(4)标出零件各表面的粗糙度；

(5)注明对零件的其它技术要求，例如圆角半径、倒角尺寸及传动件的主要参数等，对于齿轮还应列出其主要几何参数、精度等级及检验项目等；

(6)填写清楚零件图标题栏。

三、设计计算步骤

1．选择电动机，分配传动比，计算传动参数。

2．V带传动设计计算或(和)齿轮传动设计计算。

3．画小带轮零件图或(和)大齿轮零件图。

作业三 轴系组件设计

一、任务书

题目1 斜齿圆柱齿轮传动输出轴的轴系组件设计(图5)

1．原始数据

题 号

参 数 1 2 3 4

输出轴转速n2/(r/min) 137 145 153 165

输出轴功率P/kW 2.5 2.7 3.0 3.2

齿轮齿数z 101 107 113 120

齿轮模数mn/mm 3 3 3 3

齿轮齿宽b/mm

80 80 80 80

齿轮螺旋角β(右旋)/(°) 14.25 14.25 14.25 14.25

a/mm(见图5) 80 80 80 80

c/mm(见图5) 100 100 100 100

注：滚动轴承寿命为10000h，工作温度小于120℃，有轻微冲击。

图5 斜齿圆柱齿轮轴系结构

2．工作量

(1)输出轴的轴系组件装配图一张。

(2)设计计算说明书一份，主要内容包括：输出轴的设计计算，轴承类型选择和寿命计算，以及其它必要的计算。

题目2 圆锥齿轮传动输入轴的轴系组件设计(图6)

1．原始数据

题 号

参 数 1 2 3 4

输入轴转速n1/(r/min) 960 960

960 960

输入轴功率P/kW 2.5 3.0 3.5 4.0

小圆锥齿轮齿数z1 23 25 27 28

齿轮模数 m/mm 3 3 3 3

小圆锥齿轮分度圆锥角δl/(°) 18.43 18.43 18.43 18.43

a/mm(见图6) 100 100 100 100

b/mm(见图6) 50 50 50 50

c/mm(见图6) 80 80 80 80

注：滚动轴承寿命为10 000h，工作温度小于120℃，有轻微冲击。

图6 圆锥齿轮轴系结构

2．工作量

(1)输入轴的轴系组件装配图一张。

(2)设计计算说明书一份，主要内容包括：输入轴的设计计算，轴承类型选择和寿命计算，以及其它必要的计算。

二、设计指导

1．轴和齿轮的结构

轴和齿轮的结构设计参考主教材中的有关章节。对于小圆锥齿轮，当齿根圆与轴径接近时，可将齿轮与轴制成一体，但要注意齿轮轴的装拆问题。轴承正装的小圆锥齿轮轴系结构如图7所示。

图a是齿轮轴结构。这种结构当齿轮外径比套杯孔大时，轴承和套筒是在套杯内进行安装，很不方便。因此，如果用正装结构，只有当小圆锥齿轮外径比套杯孔小时，才能采用齿轮轴结构，这时可在套杯外先将轴承和套筒装在齿轮轴上后，一起装入套杯。图b是齿轮与轴分开的结构。这种结构轴承安装方便。轴承反装的小圆锥齿轮轴系结构由于装配和调整都比较麻烦，因此本作业要求采用正装结构。

图7 小圆锥齿轮轴系结构

2．滚动轴承的组合、固定和调整

对于斜齿圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动，轴上受到径向力和轴向力，因此，需采用向心推力轴承，支承方式通常为两支承各单向固定结构。

滚动轴承支承的结构形式参考主教材。滚动轴承的外圈以及轴系的轴向固定采用轴承端盖。轴承端盖有凸缘式和嵌入式两种，本作业要求采用凸缘式端盖，其结构尺寸参考机械设计手册。

向心推力轴承是可调间隙轴承，在安装时，其间隙可通过在轴承端盖与箱体间加装调整垫片组进行调整(参看图5)。调整垫片由多片厚度不同(例如0.1mm、0.2mm和0.5mm)的软钢(08F)片或黄铜片组成，使用时可根据需要组成合适的厚度。

为了保证圆锥齿轮的正确啮合，装配时两齿轮的锥顶必须重合，因此要调整大、小齿轮的轴向位置。对于悬臂安装的小圆锥齿轮轴系，为了便于调整，小圆锥齿轮轴通常放在套杯里，在套杯凸缘端面与箱体之间，用加减调整垫片(参看图6)的办法来调整小圆锥齿轮的轴向位置。

3．滚动轴承的润滑和密封

减速器中的滚动轴承可以采用脂润滑，也可以采用油润滑，这与齿轮的圆周速度和箱体结构有关。本作业要求采用脂润滑。为了防止箱内的润滑油溅人轴承室而稀释或带走润滑脂，需在轴承室内侧加装封油环(图8)。轴伸出端的密封是为了防止滚动轴承内的润滑油(脂)漏出或外界杂质侵入轴承室。常用的密封形式如图9。设计时可参考机械设计手册。

图8 封油环密封装置

a)毡圈密封 b)旋转轴唇形密封圈密封 c)油沟槽密封

图9 常用密封形式

三、设计步骤

1．根据设计的原始数据，计算作用在齿轮上的力。

2．按扭转强度条件初步估算轴径。

3．根据轴上零件的安装、定位和调整要求进行轴的结构设计。

4．画轴的受力分析图，进行轴的强度校核。

5．计算轴承所受的力，并验算轴承的寿命。

6．完成轴系组件装配图，标注主要尺寸和配合尺寸，引出零件号，填写标题栏和零件明细栏。

机械设计自测试题（一） 机械设计自测试题（二）

图8 封油环密封装置

a)毡圈密封 b)旋转轴唇形密封圈密封 c)油沟槽密封

图9 常用密封形式

三、设计步骤

1．根据设计的原始数据，计算作用在齿轮上的力。

2．按扭转强度条件初步估算轴径。

3．根据轴上零件的安装、定位和调整要求进行轴的结构设计。

4．画轴的受力分析图，进行轴的强度校核。

5．计算轴承所受的力，并验算轴承的寿命。

6．完成轴系组件装配图，标注主要尺寸和配合尺寸，引出零件号，填写标题栏和零件明细栏。

机械设计自测试题（一） 机械设计自测试题（二）

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