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地大北京机械设计基础课后答案第十二章12-1解从例12-1已知的数据有,,,,,,中心距,因此可以求得有关的几何尺寸如下蜗轮的分度圆直径蜗轮和蜗杆的齿顶高 蜗轮和蜗杆的齿根高 蜗杆齿顶圆直径 蜗轮喉圆直径 蜗杆齿根圆直径 蜗轮齿根圆直径 蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距 径向间隙 12-2 图
12.3解
(1)从图示看,这是一个左旋蜗杆,因此用右手握杆,四指,大拇指,可以得到从主视图上看,蜗轮顺时针旋转(见图
12.3)
(2)由题意,根据已知条件,可以得到蜗轮上的转矩为蜗杆的圆周力与蜗轮的轴向力大小相等,方向相反,即蜗杆的轴向力与蜗轮的圆周力大小相等,方向相反,即蜗杆的径向力与蜗轮的径向力大小相等,方向相反,即各力的方向如图12-3所示12-3 图
12.4 解
(1)先用箭头法标志出各轮的转向,如图
12.5所示由于锥齿轮轴向力指向大端,因此可以判断出蜗轮轴向力水平向右,从而判断出蜗杆的转向为顺时针,如图
12.5所示因此根据蜗轮和蜗杆的转向,用手握法可以判定蜗杆螺旋线为右旋
(2)各轮轴轴向力方向如图
12.5所示12-4解
(1)根据材料确定许用应力由于蜗杆选用,表面淬火,可估计蜗杆表面硬度根据表12-4,
(2)选择蜗杆头数传动比,查表12-2,选取,则
(3)确定蜗轮轴的转矩取,传动效率
(4)确定模数和蜗杆分度圆直径按齿面接触强度计算由表12-1查得,,,,
(5)确定中心距
(6)确定几何尺寸蜗轮的分度圆直径蜗轮和蜗杆的齿顶高蜗轮和蜗杆的齿根高 蜗杆齿顶圆直径 蜗轮喉圆直径 蜗杆齿根圆直径 蜗轮齿根圆直径 蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距 径向间隙
(7)计算滑动速度符合表12-4给出的使用滑动速度(说明此题答案不唯一,只要是按基本设计步骤,满足设计条件的答案,均算正确)12-5解一年按照300天计算,设每千瓦小时电价为元依题意损耗效率为,因此用于损耗的费用为12-6解
(1)重物上升,卷筒转的圈数为转;由于卷筒和蜗轮相联,也即蜗轮转的圈数为圈;因此蜗杆转的转数为转
(2)该蜗杆传动的蜗杆的导程角为而当量摩擦角为 比较可见,因此该机构能自锁
(3)手摇转臂做了输入功,等于输出功和摩擦损耗功二者之和输出功 焦耳;依题意本题摩擦损耗就是蜗轮蜗杆啮合损耗,因此啮合时的传动效率则输入功应为 焦耳由于蜗杆转了转,因此应有 即 可得 图
12.612-7解蜗轮的分度圆直径 蜗轮和蜗杆的齿顶高 蜗轮和蜗杆的齿根高 蜗杆齿顶圆直径 蜗轮喉圆直径 蜗杆齿根圆直径 蜗轮齿根圆直径 蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距 径向间隙 图
12.712-8解,取,,则则油温,小于,满足使用要求第十三章13-1解
(1)
(2) = =
2879.13mm
(3)不考虑带的弹性滑动时,
(4)滑动率时,13-2解
(1)
(2) =
(3) ==13-3解由图可知= 图
13.6题13-3解图13-4解
(1) =
(2)由教材表13-2得 =1400mm
(3) 13-5解 由教材表13-6得由教材表13-4得△=
0.17kW由教材表13-3得=
1.92kW由教材表13-2得由教材表13-5得取z=313-6解由教材表13-6得由图13-15得选用A型带由教材表13-3得选初选取==
1979.03mm由教材表13-2得=2000mm由教材表13-3得=
1.92kW,由教材表13-4得△=
0.17kW由教材表13-2得,由教材表13-5得取z=413-7解选用A型带时,由教材表13-7得,依据例13-2可知,=2240mm,a=757mm,i=
2.3,由教材表13-3得=
2.28kW,由教材表13-4得△=
0.17kW,由教材表13-2得取z=5由此可见,选用截面小的A型带较截面大的B型带,单根带的承载能力减小,所需带的根数增多13-8解略13-9解由教材表13-9得p=
15.875mm,滚子外径
15.
8750.54+cot=
113.90mm
15.
8750.54+cot=
276.08mm=
493.43mm13-10解
(1)由图13-33得查教材表13-11,得取由式(13-18)得P≤
(2)由图13-33得可能出现链板疲劳破坏
(3) 由图13-34查得可用滴油润滑13-11解
(1)链轮齿数假定,由教材表13-10,取,,选实际传动比 链轮节数初选中心距=取由教材表13-13查得取估计此链传动工作位于图13-33所示曲线的左侧,由教材表13-11得采用单排链,≤由教材图13-33得当=960r/min时,08A链条能传递的功率满足要求,节距p=
12.7mm
(4)实际中心距
(5)验算链速由式13-19得,符合原来假定13-12解
(1)链速v由教材表13-9得,10A型滚子链,其链节距p=
15.875mm,每米质量q=1kg/m,极限拉伸载荷(单排)Q=21800N速度,故应验算静强度
(2)紧边拉力离心拉力由于是水平传动,Ky=7,则悬垂拉力紧边拉力根据式(13-19)可得所需极限拉伸载荷所以选用10A型链不合适第十四章14-1解I为传动轴,II、IV为转轴,III为心轴14-2解 圆整后取d=37mm14-3解 14-4解 按弯扭合成强度计算,即代入数值计算得14-5解这两个轴都是心轴,只承受弯矩两种设计的简化图如下图
14.5题14-5解图图
14.6(a)中,因为是心轴,故,查相关手册得,则考虑到键槽对轴的削弱,直径再扩大4%得图
14.6(b)中,14-6解 故14-7解由题可知,,若不计齿轮啮合及轴承摩擦的功率损失,则(i=ⅠⅡⅢ)设,则,,14-8解
1.计算中间轴上的齿轮受力中间轴所受转矩为图
14.8题14-8解图
2.轴的空间受力情况如图
14.8(a)所示
3.垂直面受力简图如图
14.8(b)所示垂直面的弯矩图如图
14.8(c)所示
4.水平面受力简图如图
14.8(d)所示水平面的弯矩图如图
14.8(e)所示B点左边的弯矩为B点右边的弯矩为C点右边的弯矩为C点左边的弯矩为
5.B点和C点处的合成最大弯矩为
6.转矩图如图
14.8(f)所示,其中7.可看出,B截面为危险截面,取,则危险截面的当量弯矩为查表得,则按弯扭合成强度计算轴II的直径为考虑键槽对轴的削弱,对轴直径加粗4%后为14-9解该题求解过程类似于题14-8在此略14-10解 钢的切变模量,按扭转刚度要求计算,应使即14-11解
1.求该空心轴的内径空心轴的抗扭截面模量实心轴的抗扭截面模量令,即解得圆整后取2.计算减轻重量的百分率实心轴质量=密度×体积空心轴质量空心轴减轻重量的百分率为
42.12%第十五章15-1答滑动轴承按摩擦状态分为两种液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承 液体摩擦滑动轴承两摩擦表面完全被液体层隔开,摩擦性质取决于液体分子间的粘性阻力根据油膜形成机理的不同可分为液体动压轴承和液体静压轴承 非液体摩擦滑动轴承两摩擦表面处于边界摩擦或混合摩擦状态,两表面间有润滑油,但不足以将两表面完全隔离,其微观凸峰之间仍相互搓削而产生磨损15-2解
(1)求滑动轴承上的径向载荷
(2)求轴瓦宽度
(3)查许用值查教材表15-1,锡青铜的,
(4)验算压强
(5)验算值15-3解
(1)查许用值查教材表15-1,铸锡青铜ZCuSn10P1的,
(2)由压强确定的径向载荷由得
(3)由值确定的径向载荷得轴承的主要承载能力由值确定,其最大径向载荷为15-4解
(1)求压强
(5)求值查表15-1,可选用铸铝青铜ZCuAl10Fe3,15-5证明液体内部摩擦切应力、液体动力粘度、和速度梯度之间有如下关系轴颈的线速度为,半径间隙为,则速度梯度为 磨擦阻力 摩擦阻力矩 将、代入上式第十六章16-1解由手册查得6005深沟球轴承,窄宽度,特轻系列,内径,普通精度等级(0级)主要承受径向载荷,也可承受一定的轴向载荷;可用于高速传动 N209/P6圆柱滚子轴承,窄宽度,轻系列,内径,6级精度只能承受径向载荷,适用于支承刚度大而轴承孔又能保证严格对中的场合,其径向尺寸轻紧凑 7207CJ角接触球轴承,窄宽度,轻系列,内径,接触角钢板冲压保持架,普通精度等级既可承受径向载荷,又可承受轴向载荷,适用于高速无冲击一般成对使用,对称布置 30209/P5圆锥滚子轴承,窄宽度,轻系列,内径,5级精度能同时承受径向载荷和轴向载荷适用于刚性大和轴承孔能严格对中之处,成对使用,对称布置16-2解室温下工作;载荷平稳,球轴承查教材附表1,
(1)当量动载荷时在此载荷上,该轴承能达到或超过此寿命的概率是90%
(2)当量动载荷时16-3解室温下工作;载荷平稳,球轴承当量动载荷查教材附表1,可选用轴承6207(基本额定动载荷)16-4解
(1)计算当量动载荷 查手册,6313的, ,查教材表16-12,并插值可得 ,所以, 当量动载荷
(2)计算所需基本额定动载荷查教材表16-9,室温下工作;查教材表16-10有轻微冲击,球轴承因所需的,所以该轴承合适16-5解选择轴承型号 查教材表16-9,工作温度125℃时,;载荷平稳, 选用球轴承时, 查教材附表1,根据和轴颈,可选用球轴承6408(基本额定动载荷). 选用滚子轴承时, 查教材附表1,根据和轴颈,可选用圆柱滚子轴承N208(基本额定动载荷)
(2)滚子轴承的载承能力较大,并查手册可知其径向尺寸小16-6解
(1)按题意,外加轴向力已接近,暂选的角接触轴承类型70000AC
(2)计算轴承的轴向载荷解图见
16.4b由教材表16-13查得,轴承的内部派生轴向力,方向向左,方向向右 因, 轴承1被压紧 轴承2被放松
(3)计算当量动载荷 查教材表16-12, ,查表16-12得, 查表16-12得,
(3)计算所需的基本额定动载荷 查教材表16-9,常温下工作,;查教材表16-10,有中等冲击,取;球轴承时,;并取轴承1的当量动载荷为计算依据 查手册,根据和轴颈,选用角接触球轴承7308AC合适(基本额定动载荷)16-7根据工作要求,选用内径的圆柱滚子轴承轴承的径向载荷,轴的转速,运转条件正常,预期寿命,试选择轴承型号解正常条件下,;;滚子轴承 当量动载荷查手册,根据和轴颈,选用圆柱滚子轴承N310(基本额定动载荷)16-8解1求斜齿轮上的作用力 齿轮传递的转矩 齿轮的分度圆直径 齿轮的圆周力 齿轮的径向力 齿轮的轴向力 由图可知斜齿轮为右旋主动小齿轮顺时针方向旋转时其轴向力指向右
(2)求轴承径向载荷 假设小齿轮与大齿轮的啮合点位于小齿轮的上端图
16.12题16-8解图1 垂直方向 水平方向 左端轴承1的径向载荷 右端轴承2的径向载荷
(3)求轴承的派生轴向力 现已知 、、(向右) 查教材附表3,圆锥滚子轴承30206的接触角(向右)(向左)
(4)求轴承的轴向力 因 向右、向右、向左图
16.13题16-8解图2 左端轴承1被放松 右端轴承2被压紧
(5)求当量动载荷 查教材表16-12圆锥滚子轴承 ,查表16-12得, 查表16-12得,
(6)求轴承的基本额定寿命 正常条件下,;;滚子轴承,查教材附表3,圆锥滚子轴承30206的当量动载荷取第十七章17-1解1)选择型号因此类机组一般为中小型,所需传递的功率中等,直流发电机载荷平稳,轴的弯曲变形较小,联接之后不再拆动,故选用传递转矩大、结构简单的固定式刚性联轴器,如凸缘联轴器2)按传递最大功率求计算转矩 转矩 由教材表17-1查得,当工作机为发电机时的工作情况系数则计算转矩 根据计算转矩、轴的转速、外伸轴直径d=45mm查手册,可用标准GB5843-1986铰制孔型凸缘联轴器YL9其许用转矩为,许用最大转速其他主要尺寸螺栓孔中心所在圆直径,6只M10螺栓17-2解
(1)选择型号因汽轮发电机组的转子较重,传递的转矩特大,轴有一定的弯曲变形,工作环境为高温高压蒸汽,轴有伸长,故选用耐温的齿式联轴器
(2)求计算转矩转矩 由教材表17-1当工作机为发电机原动机为汽轮机时的工作情况系数仍可取则计算转矩 根据计算转矩、轴的转速、外伸轴直径d=120mm查手册,可用标准ZB19012-1989GCLD型鼓型齿式联轴器GCLD7其许用转矩为,许用最大转速17-3 图
17.2题17-3图 图
17.3题17-3解图解可选用一超越离合器,如图
17.3所示电动机1和电动机2的转速是相同的,但电动机1经过蜗杆蜗轮传动后,转速降至,并有当两电机同时开动时,因,超越离合器松开,传不到轴上,轴由电机2带动若电动机1开动后,再停止电动机2,那么当电动机2停止转动时,,,超越离合器被滚珠楔紧带动轴旋转所以任何时间都不会卡死17-4图
17.4题17-4图解
(1)求计算转矩 转矩 由教材表17-1查得,当工作机为车床时的工作情况系数则计算转矩
(2)求摩擦面数目 由教材式(17-7) 得由教材表17-2查得,并将、、、代入上式得摩擦面数应为10主动摩擦片为6片,从动摩擦片为5片时,摩擦面数即可实现
(3)验算压强 查教材表17-2,取合适17-5答自行车从动链轮与内棘轮3相固联,棘爪4通过弹簧始终与棘齿啮合当脚蹬踏板顺时转动时,经主动链轮
1、链条2带动从动链轮3顺时针转动,再通过棘爪4使后轮轴5顺时转动,驱动自行车前行自行车前进时,如果脚踏板不动,从动链轮(内棘轮)不转,后轮轴5便超越内棘轮3而转动,棘爪4在棘轮齿背上滑过,从而实现图
17.5题17-5解图不蹬脚踏板的自行滑行17-6图
17.6题17-6图解自动离心离合器的工作原理是活动瓦块在离心惯性力的作用下克服弹簧拉力压紧鼓轮内壁,当输入轴转速达到一定值时,压紧力所产生的摩擦力矩克服外力矩后,离合器处于接合状态故离合器所能传递的转矩与轴的转速之间的关系是则当输入轴的角速度为时,传递转矩第十八章18-1解1)弹簧丝最大剪应力取时对应着最大工作载荷由弹簧的材料、载荷性质查教材表18-1得;由弹簧丝直径查教材表18-2得故由式(18-2)可解得最大工作载荷将,及由教材图18-6查得代入上式,得在作用下的变形量即为最大变形量,由式(18-4)得2)采用端部磨平结构时,设两端各有3/4圈并紧,其有效圈数为圈则其并紧高度将代入自由高度计算式,得其自由高度3)验算稳定性符合稳定性要求18-2解
(1)初选弹簧丝直径根据对结构尺寸的限制条件,此弹簧的内径应,弹簧外径应,故弹簧丝直径,初选
(2)确定许用应力 弹簧用碳素钢丝组制造,承受冲击载荷,由教材表18-
1、表18-2查得
(3)确定弹簧丝直径 由式(18-2)可解得 因,取,则,查教材图18-6得,将各值代入上式,得说明取的碳素钢丝满足强度要求
(4)确定弹簧有效圈数 由式(18-5)得 将弹簧的刚度代入上式,得圈,取圈
(5)计算弹簧的其他尺寸 弹簧内径 弹簧外径 弹簧间距 , 弹簧节距 螺旋升角 弹簧总圈数 两端各并紧3/4圈磨平,则圈 弹簧丝的展开长度 自由高度 安装高度
(6)验算弹簧的稳定性符合稳定性要求18-3解1)弹簧储存的变形能为由题意可知,,,代入上式可得则弹簧刚度2)由,查教材表18-1得代入式(18-2)得说明此弹簧的强度足够3)弹簧的有效圈数圈18-4解1)由弹簧的材料、载荷性质查教材表18-1得,且 弹簧中径 由旋绕比,查教材表18-1得 则极限载荷 由于,所以在最大工作载荷作用时弹簧不会拉断2)由式(18-5)得弹簧刚度则弹簧的工作行程18-5解1)计算初拉力由弹簧的刚度公式可得将已知数据代入上式得2)因两根弹簧的尺寸完全相同,故其刚度也完全相同没有初拉力的弹簧在时的伸长量故此时弹簧高度18-6解
(1)初选弹簧丝直径
(2)确定材料的许用应力 由题意知弹簧材料为碳素弹簧,载荷性质为静载,按Ⅲ类载荷计算,查教材表18-1及表18-2得
(3)初估弹簧中径,由弹簧中径标准系列可取
(4)根据弹簧强度确定弹簧丝直径由式(18-2)可解得由,查教材图18-6得,将各值代入上式得说明取的碳素钢丝满足强度要求
(5)确定弹簧有效圈数由式(18-5)得将弹簧的刚度代入上式,得圈
(5)计算弹簧的其他尺寸 弹簧内径 弹簧外径 弹簧间距 ,取 弹簧节距 螺旋升角 (在5°~9°之间) 弹簧总圈数 两端各并紧3/4圈磨平则圈 弹簧丝的展开长度 自由高度
(6)验算弹簧的稳定性在弹簧内部有导向杆的条件下虽高径比略高出许用值也可满足稳定性7讨论本解选用的材料是Ⅲ组碳素弹簧钢丝其许用应力较小在此条件下设计出的弹簧体积可能不是最优的若选用强度好的Ⅰ或Ⅱ组碳素弹簧钢丝,尺寸会更小,更符合本题意18-7解1)选取弹簧旋绕比,则 当门转到180°时,弹簧承受最大转矩,由式(18-8)得 将及代入上式,得 取弹簧丝直径,则 弹簧中径,符合弹簧中径标准系列2)计算弹簧的有效圈数 因初始转矩,则 由式(18-9)可得,取圈3)所需初始扭转角。