机械设计 作业集答案

机械设计 作业集答案

1绪论1、机器的基本组成要素是什么？机械系统总是由一些机构组成，每个机构又是由许多零件组成。所以，机器的基本组成要素就是机械零件。2、什么是通用零件？什么是专用零件？试各举三个实例。在各种机器中经常能用到的零件称为通用零件。如螺钉、齿轮、弹簧、链轮等。在特定类型的机器中才能用到的零件称为专用零件。如汽轮机的叶片、内燃机的活塞、曲轴等。3、在机械零件设计过程中，如何把握零件与机器的关系？在相互联接方面，机器与零件有着相互制约的关系；在相对运动方面，机器中各个零件的运动需要满足整个机器运动规律的要求；在机器的性能方面，机器的整体性能依赖于各个零件的性能，而每个零件的设计或选择又和机器整机的性能要求分不开。2机械设计概论1、简述传动装置的功用。传动装置介于机器的原动机和执行部分之间，改变原动机提供的运动和动力参数，以满足执行部分的要求。2、什么叫机械零件的失效？机械零件的主要失效形式有哪些？机械零件由于某种原因丧失工作能力或达不到设计要求的性能称为失效。机械零件的主要失效形式有1）整体断裂；2）过大的残余变形（塑性变形）；3）零件的表面破坏，主要是腐蚀、磨损和接触疲劳；4）破坏正常工作条件引起的失效：有些零件只有在一定的工作条件下才能正常工作，如果破坏了这些必要的条件，则将发生不同类型的失效，如带传动的打滑，高速转子由于共振而引起断裂，滑动轴承由于过热而引起的胶合等。3、设计机械零件时应满足哪些基本要求？机械零件的基本设计要求有：避免在预定寿命期内失效的要求；结构工艺性要求；经济性要求；质量小要求；可靠性要求。4、简述机械零件的一般设计步骤？机械零件的一般设计步骤是：（1）选择零件的类型和结构；（2）计算作用载荷；（3）选择材料；（4）确定基本尺寸；（5）结构设计；（6）校核计算；（7）绘图和编写技术文件。5、机械零件的常规设计方法有哪些？（1）理论设计：根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计称为理论设计。理论设计中常采用的处理方法有设计计算和校核计算两种。前者是指由公式直接算出所需的零件尺寸，后者是指对初步选定的零件尺寸进行校核计算；n（2）经验设计：根据从某类零件已有的设计与使用实践中归纳出的经验关系式，或根据设计者本人的工作经验用类比的办法所进行的设计；（3）模型实验设计：对于一些尺寸巨大而且结构又很复杂的重要零件件，尤其是一些重型整体机械零件，为了提高设计质量，可采用模型实验设计的方法。6、什么是机械零件的标准化？实行标准化有何重要意义？零件的标准化就是对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、制图要求等制定出各种各样大家共同遵守的标准。标准化的意义主要表现为：1）能以最先进的方法在专门化工厂中对那些用途最广的零件进行大量、集中的制造，以提高质量、降低成本；2）统一了材料和零件的性能指标，使其能够进行比较，提高了零件性能的可靠性；3）采用了标准结构及零、部件，可以简化设计工作，缩短设计周期，提高设计质量，同时也简化了机器的维修工作。3机械零件的强度1、影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？在设计中可以采用哪些措施提高机械零件的疲劳强度？影响机械零件疲劳强度的主要因素有零件几何形状、尺寸大小、加工质量及强化因素。零件设计时，可以采用如下的措施来提高机械零件的疲劳强度：1）尽可能降低零件上应力集中的影响是提高零件疲劳强度的首要措施。应尽量减少零件结构形状和尺寸的突变或使其变化尽可能地平滑和均匀。在不可避免地要产生较大的应力集中的结构处，可采用减荷槽来降低应力集中的作用；2）选用疲劳强度大的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺；3）提高零件的表面质量；4）尽可能地减小或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用。2、已知某材料的MPa，循环基数取，m=9，试求循环次数N分别为7000，25000，620000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。由公式得N1=7000时N2=25000时nN3=620000时3、已知一材料的力学性能MPa，MPa，，试按比例绘制该材料的简化极限应力线图。【解】由公式3-6得简化极限应力线图上各点的坐标分别为按比例绘制的简化极限应力线图如图所示。4、如在题3中取零件的，零件危险截面上的平均应力，应力幅，1）按比例绘制该零件的简化极限应力线图，并在图上标出工作点M；2）分别按和在零件的简化极限应力线图上标出极限应力点S1和S2；3）分别按和求出该截面的计算安全系数。1）绘制零件的简化极限应力线图零件极限应力线图上各点的坐标分别为：工作点M坐标为2）标出极限应力点S1和S2和时在零件的简化极限应力线图上的极限应力点S1和S2如图所示。3）按和求该截面的计算安全系数显然，两种情况可能的失效形式均为疲劳失效。故安全系数分别为：时n时4摩擦、磨损及润滑概述1、如何用膜厚比衡量两滑动表面间的摩擦状态？膜厚比（）用来大致估计两滑动表面所处的摩擦（润滑）状态。式中，为两滑动粗糙表面间的最小公称油膜厚度，、分别为两表面轮廓的均方根偏差。膜厚比时，为边界摩擦（润滑）状态；当时，为混合摩擦（润滑）状态；当时为流体摩擦（润滑）状态。2、机件磨损的过程大致可分为几个阶段？每个阶段的特征如何？试验结果表明，机械零件的一般磨损过程大致分为三个阶段，即磨合阶段、稳定磨损阶段及剧烈磨损阶段。1）磨合阶段：新的摩擦副表面较粗糙，在一定载荷的作用下，摩擦表面逐渐被磨平，实际接触面积逐渐增大，磨损速度开始很快，然后减慢；2）稳定磨损阶段：经过磨合，摩擦表面加工硬化，微观几何形状改变，从而建立了弹性接触的条件，磨损速度缓慢，处于稳定状态；3）剧烈磨损阶段：经过较长时间的稳定磨损后，因零件表面遭到破化，湿摩擦条件发生加大的变化（如温度的急剧升高，金属组织的变化等），磨损速度急剧增加，这时机械效率下降，精度降低，出现异常的噪声及振动，最后导致零件失效。3、何谓油性与极压性？油性（润滑性）是指润滑油中极性分子湿润或吸附于摩擦表面形成边界油膜的性能，是影响边界油膜性能好坏的重要指标。油性越好，吸附能力越强。对于那些低速、重载或润滑不充分的场合，润滑性具有特别重要的意义。极压性是润滑油中加入含硫、氯、磷的有机极性化合物后，油中极性分子在金属表面生成抗磨、耐高压的化学反应边界膜的性能。它在重载、高速、高温条件下，可改善边界润滑性能。4、润滑油和润滑脂的主要质量指标有哪几项？n润滑油的主要质量指标有：粘度、润滑性（油性）、极压性、闪点、凝点和氧化稳定性。润滑脂的主要质量指标有：锥（针）入度（或稠度）和滴点。5、什么是粘度？粘度的常用单位有哪些？粘度是指润滑油抵抗剪切变形的能力，标志着油液内部产生相对运动运动时内摩擦阻力的大小，可定性地定义为它的流动阻力。粘度越大，内摩擦阻力越大，流动性越差。粘度是润滑油最重要的性能指标，也是选用润滑油的主要依据。粘度的常用单位有（国际单位制），(P泊，cP厘泊)，St(斯)，cSt（厘斯），（恩氏度），（赛氏通用秒），（雷氏秒）等。6、流体动力润滑和流体静力润滑的油膜形成原理在本质上有何不同？流体动力润滑是借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷，具有一定粘性的流体流入楔形收敛间隙产生压力效应而形成。流体静力润滑是靠液压泵（或其它压力流体源），将加压后的流体送入两摩擦表面之间，利用流体静压力来平衡外载荷。6键、花键、无键联接和销联接1、分析比较平键和楔键的工作特点和应用场合。平键联接的工作面是两侧面，上表面与轮毂槽底之间留有间隙，工作时，靠键与键槽的互压传递转矩，但不能实现轴上零件的轴向定位，所以也不能承受轴向力。具有制造简单、装拆方便、定心性较好等优点，应用广泛。楔键联接的工作面是上下面，其上表面和轮毂键槽底面均有1:100的斜度，装配时需打紧，靠楔紧后上下面产生的摩擦力传递转矩，并能实现轴上零件的轴向固定和承受单向轴向力。由于楔紧后使轴和轮毂产生偏心，故多用于定心精度要求不高、载荷平稳和低速的场合。2、平键联接有哪些失效形式？普通平键的截面尺寸和长度如何确定？平键联接的主要失效形式是较弱零件（通常为轮毂）的工作面被压溃（静联接）或磨损（动联接，特别是在载荷作用下移动时），除非有严重过载，一般不会出现键的剪断。键的截面尺寸应根据轴径d从键的标准中选取。键的长度L可参照轮毂长度从标准中选取，L值应略短于轮毂长度。3、为什么采用两个平键时，一般布置在沿周向相隔180°的位置，采用两个楔键时，则应沿周向相隔90°～120°，而采用两个半圆键时，却布置在轴的同一母线上？D两个平键联接，一般沿周向相隔布置，对轴的削弱均匀，并且两键的挤压力对轴平衡，对轴不产生附加弯矩，受力状态好。n采用两个楔键时，相隔布置。若夹角过小，则对轴的局部削弱过大。若夹角过大，则两个楔键的总承载能力下降。当夹角为时，两个楔键的承载能力大体上只相当于一个楔键盘的承载能力。采用两个半圆键时，在轴的同一母线上布置。半圆键对轴的削弱较大，两个半圆键不能放在同一横截面上。只能放在同一母线上。4、如图所示的凸缘半联轴器及圆柱齿轮，分别用键与减速器的低速轴相联接。试选择两处键的类型及尺寸，并校核其强度。已知：轴的材料为45钢，传递的转矩为N.m，齿轮用锻钢制造，半联轴器用灰铸铁制成，工作时有轻微冲击。【解】（1）确定联轴器段的键根据结构特点，选A型平键。由轴径，查手册得键的截面尺寸为，，取键的公称长度。键的标记：键键的工作长度为，键与轮毂键槽接触高度为，根据联轴器材料铸铁，载荷有轻微冲击，查教材表6-1，取许用挤压应力，则其挤压强度满足强度要求。（注：该键也可以选择长度mm。）（2）确定齿轮段的键根据结构特点，选A型平键。由轴径，查手册得键的截面尺寸为，，取键的公称长度。键的标记：键键的工作长度为，键与轮毂键槽接触高度为，根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，查教材表6-1，取许用挤压应力，则其挤压强度n满足强度要求。8带传动1、影响带传动工作能力的因素有哪些？【答】由公式（8-7）影响带传动工作能力的因素有：（1）预紧力：预紧力越大，工作能力越强，但应适度，以避免过大拉应力；（2）包角：包角越大越好，一般不小于120度；（3）摩擦系数：摩擦系数越大越好。2、带传动的带速为什么不宜太高也不宜太低？【答】1）由公式（8-10）可知，为避免过大的离心应力，带速不宜太高；2）由公式（8-3）和（8-4）可知，紧边拉力因此，为避免紧边过大的拉应力，带速不宜太低。3、带传动中的弹性滑动和打滑是怎样产生的？对带传动有何影响？【答】带传动中的弹性滑动是由于带松边和紧边拉力不同，导致带的弹性变形并引起带与带轮之间发生相对微小滑动产生的，是带传动固有的物理现象。带传动中由于工作载荷超过临界值并进一步增大时，带与带轮间将产生显著的相对滑动，这种现象称为打滑。打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急剧降低，甚至使传动失效，这种情况应当避免。4、带传动的主要失效形式和设计准则是什么？【答】带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏。带传动的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。n5、V带传动的，带与带轮的当量摩擦系数，包角，预紧力。试问：1）该传动所能传递的最大有效拉力为多少；2）若，其传递的最大转矩为多少；3）若传动效率为0.95，弹性滑动忽略不计，求从动轮的输出功率。【解】(1)(2)传递的最大扭矩.mm(3)输出功率6、V带传动传递的功率kW，带速，紧边拉力是松边拉力的两倍，即，试求紧边拉力、有效拉力和预紧力。【解】由，得由，又，得由，得n7、有一带式输送装置，其异步电动机与齿轮减速器之间用普通V带传动，电动机功率，转速，减速器输入轴的转速，允许误差为，运输装置工作时有轻微冲击，两班制工作，试设计此带传动。【解】（1）计算功率。由教材表8-6得。计算功率（2）选取V带型号。根据，查图8-8确定为B型。（3）确定带轮计算直径。由表教材8-5a取主动轮计算直径，从动轮直径查教材表8-7取。从动轮实际转速合适。验算带的速度带速合理。（4）确定带的长度和中心矩。根据，初步确定中心距，由教材表8-2选节线长度，实际中心距a为n（5）验算主动轮上的包角包角合适。（6）计算胶带的根数z取z=4根。（7）计算初拉力（8）计算轴上的压力Q（9）结构设计（略）9链传动1、与带传动相比，链传动有哪些优缺点？【答】与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保证准确的平均传动比，传动效率较高；又因链条不需要像带那样张得很，所以作用于轴上的径向压力较小；在同样的条件下，链传动结构较为紧凑。同时链传动能在高温和低温的情况下工作。2、何谓链传动的多边形效应？如何减轻多边形效应的影响？【答】链传动运动中由于链条围绕在链轮上形成了正多边形，造成了运动的不均匀性，称为链传动的多边形效应。这是链传动固有的特性。减轻链传动多边形效应的主要措施有：1）减小链条节距；2）增加链轮齿数;3）降低链速。n3、简述滚子链传动的主要失效形式和原因。【答】滚子链传动的主要失效形式和原因如下：1）链的疲劳破坏：链在工作时，周而复始地由松边到紧边不断运动着，因而它的各个元件都是在变应力作用下工作，经过一定循环次数后，链板将会出现疲劳断裂，或者套筒、滚子表面将会出现疲劳点蚀（多边形效应引起的冲击疲劳）。2）链条铰链的磨损：链条在工作过程中，由于铰链的销轴与套筒间承受较大的压力，传动时彼此又产生相对转动,导致铰链磨损,使链条总长伸长,从而使链的松边垂度变化,增大动载荷,发生振动,引起跳齿,加大噪声以及其它破坏,如销轴因磨损削弱而断裂等。3）链条铰链的胶合：当链轮转速高达一定数值时，链节啮入时受到的冲击能量增大，销轴和套筒间润滑油被破坏，使两者的工作表面在很高的温度和压力下直接接触，从而导致胶合。因此，胶合在一定程度上限制了链的传动的极限转速。4）链条静力拉断：低速（m/s）的链条过载，并超过了链条静力强度的情况下，链条就会被拉断。a4、在如图所示链传动中，小链轮为主动轮，中心距。问在图a、b所示布置中应按哪个方向转动才合理？两轮轴线布置在同一铅垂面内（图c）有什么缺点？应采取什么措施？a）　　　　　　　　　　　b）　　　　　　　　　c）题4图【答】a）和b）按逆时针方向旋转合理。c）两轮轴线布置在同一铅垂面内下垂量增大，下链轮的有效啮合齿数减少，降低了传动能力，应采取（1）调整中心距（2）加张紧轮（3）两轮偏置等措施。5、选择并验算一输送装置用的传动链。已知链传动传递的功率n，主动链轮转速，传动比，工作情况系数，中心距（可以调节）。【解】（1）选择链轮齿数。假定链速，由教材表9-8取主动链轮齿数，则从动链轮齿数。（2）确定链节距p。计算功率由教材图9-13按小链轮转速估计链工作在额定功率曲线顶点的左侧。查教材表9-10得初选中心距则取，根据教材表9-10得选取单排链，由教材表9-11得，所需传递的功率为根据和，由教材图9-13选链号为10A的单排链。同时也证实原估计链工作在额定功率曲线顶点的左侧是正确的。由教材表9-1查得链节距。（3）确定链长L及中心距。n中心距减小量实际中心距取，接近，符合题目要求。（4）验算链速。与原假设相符。根据教材图9-14采用油浴或飞溅润滑。（5）压轴力计算。有效圆周力按水平传动，取压轴力系数，则压轴力10齿轮传动1、齿轮传动常见的失效形式有哪些？简要说明闭式硬齿面、闭式软齿面和开式齿轮传动的设计准则。【答】齿轮传动常见的失效形式有以下几种：（1）轮齿折断；（2）齿面点蚀；（3）齿面磨损；（4）齿面胶合；（5）塑性变形。闭式硬齿面的设计以保证齿根弯曲疲劳强度为主；闭式软齿面的设计通常以保证齿面接触疲劳强度为主；开式齿轮传动的设计目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。2、简要分析说明齿轮轮齿修缘和做成鼓形齿的目的。n【答】齿轮轮齿修缘是为了减小齿轮传动过程中由于各种原因引起的动载荷。做成鼓形是为了改善载荷沿接触线分布不均的程度。3、软齿面齿轮传动设计时，为何小齿轮的齿面硬度应比大齿轮的齿面硬度大30～50HBS？【答】金属制的软齿面齿轮配对的两轮齿中，小齿轮齿根强度较弱，且小齿轮的应力循环次数较多，当大小齿轮有较大硬度差时，较硬的小齿轮会对较软的大齿轮齿面产生冷作硬化的作用，可提高大齿轮的接触疲劳强度。所以要求小齿轮齿面硬度比大齿轮大30~50HBS。4、齿轮传动设计时，为何小齿轮的齿宽应比大齿轮的齿宽大5～10mm？【答】将小齿轮的齿宽在圆整值的基础上人为地加宽5~10mm，以防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的工作载荷。5、试分析图示斜齿圆柱齿轮所受的力（用受力图表示出各力的作用位置和方向）。Fr1Fr2Fr3Fr4Ft1Ft3Ft4Fa2Fa1Fa3Fa4Ft2【解】题5图6、设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，问：1）低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反；2）低速级螺旋角应取多大数值才能使中间轴上两个轴向力互相抵消。【解】n（1）由于中间轴上两齿轮分别为主动和从动轮，且旋转方向相同，因此为使轴向力方向相反，必须使齿轮3的螺旋方向与齿轮2的相同。齿轮2为左旋，故齿轮3必须左旋，齿轮4右旋。（2）使中间轴上轮2和轮3的轴向力互相完全抵消，需要满足。因齿轮2和齿轮3传递的转矩相同，且整理后可得因此7、如图所示的齿轮传动，齿轮A、B和C的材料都是中碳钢调质，其硬度：齿轮A为240HBS，齿轮B为260HBS，齿轮C为220HBS，试确定齿轮B的许用接触应力和许用弯曲应力。假定：1）齿轮B为惰轮（中间轮），齿轮A为主动轮，齿轮C为从动轮，设；2）齿轮B为主动，齿轮A和齿轮C均为从动，设。【解】1）齿轮A为主动轮时，齿轮B为惰轮。当齿轮B与主动轮A啮合时，工作齿面是一侧，当与从动轮C啮合时，工作齿面是另一侧。对于一个轮齿来讲，工作时双齿面受载，故弯曲应力是对称循环，而接触应力则仍然是脉动循环。取查教材图10-21（d）得接触疲劳强度极限应力为n查教材图10-20（c）得则弯曲疲劳极限应力接触疲劳强度许用应力为弯曲疲劳强度许用应力为2）齿轮B为主动轮时，A和C同为从动轮，齿轮B推动齿轮A和C的工作齿面为同一侧齿面，故弯曲应力和接触应力均为脉动循环。仍取接触疲劳强度极限；弯曲疲劳极限应力则许用应力分别为：8、对于做双向传动的齿轮来说，它的齿面接触应力和齿根弯曲应力各属于什么循环特性？在做强度计算时应怎样考虑？齿面接触应力是脉动循环，齿根弯曲应力是对称循环。在作弯曲强度计算时应将图中查出的极限应力值乘以0.7。9、设计小型航空发动机中的一对斜齿圆柱齿轮传动。已知，，，，寿命，小齿轮作悬臂布置，使用系数。【解】1）选择齿轮的材料和精度等级根据教材表10-1选大小齿轮材料均为20CrMnTi渗碳淬火。小齿轮齿面硬度取62HRC,大齿轮齿面硬度取走8HRC，芯部达300HBS。选精度等级为6级。2）按齿根弯曲疲劳强度设计①小齿轮传递的转矩②初选载荷系数：n③确定齿宽系数：小齿轮作悬臂布置，据教材表10-7选取④初选螺旋角：⑤计算斜齿轮的当量齿数：⑥确定齿形系数和应力集中系数：查教材表10-5得⑦确定斜齿轮端面重合度：查教材图10-26得⑧确定弯曲强度许用应力：循环次数由教材图10-18查得取安全系数由教材图10-20（d）得按对称循环变应力确定许用弯曲应力为⑨由弯曲强度计算齿轮的模数：因，将齿轮1的参数代入设计公式中得取标准值。⑩验算载荷系数：小齿轮的分度圆直径n齿轮的圆周速度由教材图10-8查得：假设，由教材图10-3查得齿宽齿宽与齿高比由教材表10-4查得，由教材图10-13查得弯曲强度载荷系数修正模数：因此取标准值合适。确定螺旋角：中心距圆整中心距后，螺旋角斜齿轮的相关参数对齿宽圆整：3）齿面接触强度校核①确定接触强度载荷系数n②确定接触强度许用应力：查教材图10-21（e）得查教材图10-19中曲线2得取安全系数③确定弹性影响系数：据教材表10-6查得④确定区域载荷系数：据教材图10-30查得⑤校核接触强度满足接触强度要求，以上所选参数合适。11蜗杆传动1、简述蜗杆传动的特点和应用场合？【答】蜗杆传动的主要特点有：（1）传动比大，零件数目少，结构紧凑；（2）冲击载荷小、传动平稳，噪声低；（3）当蜗杆的螺旋升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动具有自锁性；（4）摩擦损失较大，效率低；当传动具有自锁性时，效率仅为0。4左右；（5）由于摩擦与磨损严重，常需耗用有色金属制造蜗轮（或轮圈），以便与钢制蜗杆配对组成减摩性良好的滑动摩擦副。蜗杆传动通常用于空间两轴线交错，要求结构紧凑，传动比大的减速装置，也有少数机器用作增速装置。2、蜗杆直径系数的含义是什么？为什么要引入蜗杆直径系数？【答】蜗杆直径系数是蜗杆分度圆直径和模数的比值。n引入蜗杆直径系数是为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的标准化。3、为什么蜗轮的端面模数是标准值？蜗杆传动的正确啮合条件是什么？【答】1）在中间平面上，普通圆柱蜗杆传动就相当于齿条与齿轮的啮合传动。所以在设计蜗杆传动时，均取中间平面上的参数（如模数、压力角等）和尺寸（如齿顶圆、分度圆等）为基准，并沿用齿轮传动的计算关系。对于蜗轮来说，端面模数等于中间平面上的模数。2）蜗杆传动的正确啮合条件是：蜗杆的轴向模数等于蜗轮的端面模数，蜗杆的轴向压力角等于蜗轮的端面压力角，蜗杆中圆柱上螺旋线的导程角等于蜗轮分度圆上的螺旋角，且螺旋线方向相同。即；；4、蜗杆传动的主要失效形式是什么？相应的设计准则是什么？【答】蜗杆传动的失效形式主要有齿面点蚀、齿根折断、齿面胶合及过度磨损等。在开式传动中多发生齿面磨损和轮齿折断，因此应以保证齿根弯曲疲劳强度作为开式传动的主要设计准则。在闭式传动中，蜗杆副多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，通常是按齿面接触疲劳强度进行设计，而按齿根弯曲疲劳强度进行校核。对于闭式传动，由于散热较为困难，还应作热平衡核算。5、试分析画出图5所示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置和方向。【解】1）各轴的回转方向如图所示；2）蜗轮轮齿的螺旋方向：由于两个蜗杆均为右旋，因此两个蜗轮也必为右旋。3）蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置和方向如图所示n6、设计一起重设备用的蜗杆传动，载荷有中等冲击，蜗杆轴由电动机驱动，传递的额定功率，，，间歇工作，平均约为每日2h，要求工作寿命为10年（每年按300工作日计）。12滑动轴承1、滑动轴承的失效形式有哪些？滑动轴承的失效形式有：磨粒磨损、刮伤、咬合（胶合）、疲劳剥落和腐蚀，还可能出现气蚀、流体侵蚀、电侵蚀和微动磨损等损伤。2、滑动轴承材料应具备哪些性能？是否存在着能同时满足这些性能的材料？滑动轴承材料性能应具有以下性能：（1）良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性。（2）良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性。（3）足够的强度和抗腐蚀能力。（4）良好的导热性、工艺性、经济性等。不存在一种轴承材料能够同时满足以上这些性能。3、非液体润滑轴承的设计依据是什么？限制和的目的是什么？非液体润滑轴承常以维持边界油膜不遭破坏作为设计的最低要求。限制p的目的是保证润滑油不被过大的压力挤出，间接保证轴瓦不致过度磨损。轴承的发热量与其单位面积上的摩擦功耗成正比，限制的目的就是限制轴承的温升，防止吸附在金属表面的油膜发生破裂。4、液体动压润滑的必要条件是什么？简述向心滑动轴承形成动压油膜的过程？【答】形成流体动力润滑（即形成动压油膜）的必要条件是：1）相对滑动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙；2）被油膜分开的两表面必须有足够的相对滑动速度（亦即滑动表面带油时要有足够的油层最大速度），其运动方向必须使润滑油由大口流进，从小口流出；3）润滑油必须有一定的粘度，供油要充分。向心滑动轴承形成动压油膜的基本过程为：1）轴颈静止时，轴颈处于轴承孔的最低位置，并与轴瓦接触，两表面间自然形成一收敛的楔形空间；2）轴颈开始转动时，速度极低，带入轴承间隙中的油量较少，这时轴瓦对轴颈摩擦力的方向与轴颈表面圆周速度方向相反，迫使轴颈在摩擦力的作用下沿孔壁爬升；n3）随着转速的增大，轴颈表面的圆周速度增大，带入楔形空间的油量也逐渐增多。这时楔形油膜产生了一定的动压力，将轴颈浮起。当轴颈达到稳定运转时，轴颈便稳定在一定的偏心位置上。这时，轴承处于流体动力润滑状态，油膜产生的动压力与外载荷相平衡。由于轴承内的摩擦阻力仅为液体的内阻力，故摩擦系数达到最小值。5、某不完全液体润滑径向液体滑动轴承，已知：轴颈直径mm，轴承宽度mm，轴颈转速r/min，轴瓦材料为ZCuAl10Fe3，试问它可以承受的最大径向载荷是多少？【解】轴瓦的材料为ZCuAl10Fe3，查其许用应力，许用1）轴承的平均压力应满足式（12-1），据此可得2）轴承的应满足式12-2，据此可得综合考虑（1）和（2），可知最大径向载荷为。6、某对开式径向滑动轴承，已知径向载荷N，轴颈直径mm，轴承宽度mm，轴颈转速r/min。选用L-AN32全损耗系统用油，设平均温度℃，轴承的相对间隙，轴颈、轴瓦表面粗造度分别为，，试校验此轴承能否实现液体动压润滑。【解】按查L-AN32的运动粘度，查得，换算出L-AN32时的动力粘度：轴径转速承受最大载荷时，考虑到表面几何形状误差和轴径挠曲变形。选安全系数为，据式12-9和12-10得：所以n由及，查教材表12-8得有限宽轴承的承载量系数由于所以，可以实现液体动压润滑。13滚动轴承1、滚动轴承的主要失效形式是什么？【答】滚动轴承的正常失效形式是滚动体或内外圈滚道上的点蚀破坏。对于慢慢摆动及转速极低的轴承，主要失效形式是滚动轴承接触面上由于接触应力过大而产生的永久性过大的凹坑。除点蚀和永久性变形外，还可能发生其它多种形式的失效，如：润滑油不足使轴承烧伤，润滑油不清洁使轴承接触部位磨损，装配不当使轴承卡死、内圈涨破、挤碎内外圈和保持架等。这些失效形式都是可以避免的。2、什么是滚动轴承的基本额定寿命？什么是滚动轴承的基本额定动载荷？【答】一组轴承中，10%的轴承发生点蚀破坏，90%的轴承不发生点蚀破坏前的转数（以106为单位）或工作小时数称为滚动轴承的基本额定寿命，以L10表示。滚动轴承的基本额定动载荷就是使轴承的基本额定寿命恰好为106转时，轴承所能承受的载荷值，用字母C表示。3、何时需要进行滚动轴承的静载荷计算？【答】对于在工作载荷下基本上不旋转的轴承（例如起重机吊钩上用的推力轴承），或者慢慢地摆动以及转速极低的轴承，需要进行滚动轴承的静载荷计算。4、试说明下面各轴承的类型和内径，并说明哪个轴承的公差等级最高？哪个允许的极限转速最高？哪个承受径向载荷的能力最大？哪个不能承受径向载荷？N307/P46207/P23020751307/P6【答】各轴承的内径均为35mm；n6207/P2为深沟球轴承，公差等级最高；允许的极限转速最高；N307/P4为圆柱滚子轴承，承受径向载荷能力最高；30207为圆锥滚子轴承；51307/P6为双列推力球轴承，不能承受径向载荷。5、欲对一批同型号滚动轴承做寿命试验。若同时投入50个轴承进行试验，按其基本额定动载荷值加载，试验机主轴转速为r/min。若预计该批轴承为正品，则试验进行8小时20分时，应约有几个轴承已失效。【解】8小时20分时转动的转数为此寿命刚好为，且轴承在基本额定载荷下试验，所以其失效率应为10%，应约有个轴承已失效。6、某深沟球轴承需在径向载荷N作用下，以r/min的转速工作3800h。试求此轴承应有的基本额定动载荷。【解】根据式13-3有kN7、如图所示，根据工作条件，决定在轴的两端选用两个70000AC角接触球轴承。工作中有中等冲击，转速r/min，轴颈mm已知两轴承的径向载荷分别为N，N，外加轴向载荷为N，作用方向指向轴承1，试确定其工作寿命。【解】1）确定轴承型号根据题目要求，可以选用的轴承型号为7xx07AC，在此选用7207AC轴承，其基本参数为：基本额定动载荷kN基本额定静载荷kN题7图nFa/Fr≤eFa/Fr＞e派生轴向力Fd判断系数eXYXY0.68100.410.872）计算派生轴向力N；N3）计算两个轴承的轴向力如图，由于故轴承1被放松，轴承2被压紧，所受轴向力分别为；4）计算两个轴承的当量动载荷由题意，在表13-6中取载荷系数，对于轴承1，由于故轴承1的X=1，Y=0，其当量动载荷为N对于轴承2，由于，故轴承2的X=0.41，Y=0.87其当量动载荷为5）计算两个轴承的寿命由题意，温度系数。由公式13-5a，轴承1、2的寿命分别为14联轴器和离合器1、简述联轴器与离合器的功用和区别。联轴器和离合器主要用来联接轴与轴（或轴与其它回转零件），以传递运动与转矩，有时也可用作安全装置。n联轴器和离合器的区别是：在机器运转时，联轴器联接的两轴不能分离，只有在机器停车并将联接器拆开后，两轴才能分离。而离合器在机器运转过程中不需停车便可使两轴随时接合或分离2、什么是刚性联轴器？什么是挠性联轴器？哪类联轴器有缓冲吸振的能力？【答】根据对各种相对位移有无补偿能力，联轴器可以分为刚性联轴器和挠性联轴器两种。刚性联轴器无位移补偿能力，挠性联轴器有位移补偿能力。挠性联轴器有无弹性元件和有弹性元件的挠性联轴器两种，后者具有缓冲吸振的能力。3、某电动机与油泵之间用弹性套柱销联轴器联接，功率kW，转速r/min，轴伸直径mm，试确定该联轴器的型号（只要求与电动机轴伸联接的半联轴器满足要求即可）。1）计算名义转矩TN.m2）确定计算转矩，由表17.1查得，故由式14-1得N.m3）选择联轴器型号。从GB/T4323-1984中查得TL5型弹性套柱销联接器许用转矩N.m，铁制的r/min，钢制的r/min，轴径在25~35mm之间，故选用TL5型弹性套柱销联轴器。15轴1、何谓传动轴、心轴和转轴？自行车的前轴、中轴和后轴各属于什么轴？【答】工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。只承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）的轴称为传动轴。自行车的前轴和后轴属于心轴，中轴属于转轴。2、轴的常用周向和轴向定位方式有哪些？【答】轴的常用周向定位方式有：键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。轴的常用轴向定位方式有：轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等。3、若轴的强度不足或刚度不足时，可分别采取哪些措施？轴的强度不足时，可采取：增大轴的直径；改变材料类型；增大过渡圆角半径；对轴的表面进行热处理和表面硬化加工处理；提高表面加工质量；用开卸载槽等方法降低过盈配合处的应力集中程度；改进轴的结构形状等措施。刚度不足时只能采取增大轴径，改变轴外形等措施。4、为什么要进行轴的静强度校核计算？校核计算时为什么不考虑应力集中等因素的影响？n静强度校核的目的在于评定轴抵抗塑性变形的能力。这对那些瞬时载荷很大或应力循环不对称较为严重时的轴是很必要的。校核计算时不考虑应力集中等因素的影响，因为应力集中不影响静应力的大小，只影响轴的疲劳强度。5、图5是某减速器输出轴的结构图，试指出其设计错误，并画出改正图。【答】该轴结构设计中的主要错误有：①——轴上零件左侧无法轴向固定；②——键槽过长；③——轴承端盖与轴应有间隙，并且要有密封装置；④——角接触轴承应正装；⑤——套筒外径应小于轴承内圈外径尺寸；⑥——轴段长度应小于齿轮轮毂宽度；⑦——轴承内圈无法定位；⑧——角接触轴承应成对使用（此设计中应正装）；⑨——轴承端盖两处均应加轴承间隙调整垫片；⑩——装轴承处的轴段外径应区别开来，以保证加工精度。正确的结构如下图所示：6、有一台离心式水泵，由电动机驱动，传递的功率kW，轴的转速r/min，轴的材料为45钢，试按强度要求计算轴所需的最小直径。【解】轴的材料为号钢，查表15-3，得n取。7、设计某搅拌机用的单级斜齿圆柱齿轮减速器中的低速轴（题7图）。已知：电动机额定功率kW，转速r/min，低速轴转速r/min，大齿轮节圆直径mm，宽度mm，轮齿螺旋角，法向压力角。要求：1）选择两端的轴承和外伸端的联轴器；完成轴的全部结构设计；2）根据弯扭合成校核轴的强度；精确校核轴的危险截面是否安全。题7图单级减速器简图