机械设计例题.ppt
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1、例例 题题1.第第3章章2.3例题1:某零件材料 试用作图法判断:当时,可能发生 疲劳失效还是屈服失效,并求极限应力点的平均应力和应力幅。1AsCGAG1r=02r=0.6MN1首先画出材料的极限应力线图 2绘制零件的极限应力线图 345求极限应力点的坐标 ma(略)故为疲劳失效故为屈服失效3.4例题2:一优质碳素结构钢零件:承受工作变应力:零件的有效应力集中系数:尺寸系数:表面状态系数:强化系数:许用安全系数:试校核此零件的强度是否足够。解:1)2)3)所以零件的强度足够。4.5例题3:一曲柄受脉动循环载荷作用,在AA剖面处有最大弯 曲应力工作循环次数 试校核AA剖面处的疲劳强度是否足够。解
2、:1)2)寿命系数:3)所以疲劳强度足够。5.6例题4:一转轴受规律性非稳定非对称循环变应力的作用,其各级变应力如下表所示。材料为45钢调质,校核强度。序号amni11202031032110207104390204106解:1)对称化:等效转化的当量应力为:所以不计入公式计算 2)稳定化:所以强度足够。6.7例题5:已知某钢制零件在应力循环基数 次疲劳极限应力为,它承受非稳定对称循环变应力作用,的大小为 数的比值为 试估计零件能够工作的总寿命。解:所以零件能够工作的总寿命为 各级应力统计得各级循环次7.第第5章章8.例1.指出错误并改正9.10改正后的结构图如下:10.例2.内径为D的气缸,
3、已知缸内气压为p,通过强度计算,连接 缸盖与缸体需用16个M16或10个M20的螺栓,若要求单个螺栓 的预紧力 F0=1.5F(F为单个螺栓的工作拉力),试画出单个 螺栓的受力变形图,并比较:(1)两个方案中螺栓所受拉力 的变化幅度;(2)两个方案气密性的比较。解:16个M16的螺栓的受力:10个M20的螺栓的受力:方案1好方案2好11.例3.方形盖板用4个M16的螺钉(d1=13.835mm)与箱体连接,盖板中心O点装有吊环,已知R=20KN,螺栓的许用应力=120MPa,F1=0.6F(F为工作拉力)。要求:(1)校核M16的螺钉的强度;(2)若由于制造误差,吊环O点移至对角线上的O点,哪
4、个螺钉的受力最大?并校核其强度。解:(1)(2)螺钉3受力最大:12.13例4.如图一圆桶形压力容器的顶盖用M16(d1=13.835mm)螺栓连接。已知螺栓的许用应力=120MPa,顶盖所承受的工作压强p=2N/mm2,容器内径D=180mm。螺栓的相对刚度Cb/(Cb+Cm)=0.3,残余预紧力F1=1.6F(F为轴向工作载荷)。试求:(1)所需螺栓个数z;(2)预紧力F0。解:1)单个螺栓受的轴向载荷2)13.14例5.如图所示的机座,受到一旋转力矩T=400Nm的作用,机座底部用6个普通螺栓与地基连接,螺栓组有图(a)和(b)两种布置方案。若接合面间的摩擦系数f=0.15,防滑系数Ks
5、=1.2,螺栓材料的许用应力=200Mpa。试确定这两种方案所需螺栓的小径d1。解:方案a:方案b:14.15例6.一支架用四个螺栓固定于铅垂的墙上,已知如图,支架底与墙之间的摩擦系数 f=0.15;防滑系数 Ks=1.2;螺栓的相对刚度Cb/(Cb+Cm)=0.3。求受力最大螺栓所受的总拉力。解:螺栓组所受的载荷:横向力PH=P=20000N 倾覆力矩M=PH0.4=8000(Nm)1、2螺栓受力最大,所受总拉力为:15.16例7.已知一支架用一组螺栓与机座连接,如图,所受外载荷分解为一轴向工作载荷F=16000N和一横向工作载荷R=5000N,螺栓的相对刚度Cb/(Cb+Cm)=0.25,
6、许用应力=427MPa,防滑系数Ks=1.2,接合面摩擦系数f=0.15,试求螺栓危险剖面的直径d1。解:螺栓组所受的载荷:横向力 R=5000 N 轴向力 F=16000(Nm)单个螺栓受的轴向工作拉力F=F/4=4000N 螺栓组受横向载荷不滑移的条件:单个螺栓所受总拉力F2 16.17例8.如图所示为受轴向工作载荷的紧螺栓连接工作时力和变形的关系,试问:(1)螺栓刚度Cb和被连接件刚度Cm的大小对螺栓受力F2有何影响?(2)若预紧力F0=800N,工作载荷F=1000N,Cm=4Cb,试计算螺栓所受的总拉力F2和残余预紧力F1。解:1)Cm F2Cb F2 2)17.第第10章章18.例
7、1.一对标准直齿圆柱齿轮传动,材料均相同,Z1=19,Z2=88,问:哪个齿轮的接触应力大,哪个齿轮的弯曲强度高,为什么?解:所以两轮的接触应力相等。所以齿轮2的弯曲强度高。zYFaYSa192.851.54882.201.7819.例2:如图所示,A)为标准直齿圆柱齿轮外啮合传动,B)为内 啮合传动,C)为标准直齿圆柱齿轮齿条传动。已知:1)各齿轮及齿条的材料、热处理方法、许用应力均相同;2)各传动中,小齿轮的参数、尺寸均相同,所传递的扭矩 及工作条件也相同。试比较三种传动的接触疲劳强度的高低(用关系式表示)。(A)(B)(C)20.解:所以在许用应力相同的情况下,(B)的疲劳强度最高 (A
8、)的疲劳强度最低。21.例3:在如图所示的三个圆柱齿轮传动中,若1、3两轮的齿数相 同,忽略摩擦损失,问:1)在1轮主动或2轮主动这两种情 况下,2轮齿面所受接触应力的性质分别是什么?齿根弯曲 应力的性质分别是什么?2)如按有限寿命考虑,哪种情况 下2轮的接触强度高,为什么?如按无限寿命考虑,哪种情 况下2轮的弯曲疲劳强度高,为什么?123 22.123123tHtFtFtH2)1为主动时轮2的接触强度高3)2为主动时轮2的弯曲强度高1)23.例4:有两对闭式直齿圆柱齿轮外啮合传动,其参数为,Z1=20,Z2=40,m=2mm,d1=40mm;Z3=20,Z4=60,m=3mm,d3=60mm
9、;齿轮的制造精度相同,齿轮所受载荷T1、材料及热处理也相 同(HB350),按无限寿命考虑,载荷稳定,忽略载荷系数 K的影响,试问:1)若第一对齿轮的齿宽b=36mm,则第二对齿轮的齿宽b=?时,这两对齿轮的齿面接触疲劳强度相等?2)试判断哪个齿轮的弯曲强度最弱?附:z204060YFa2.802.402.28YSa1.551.671.7324.解:令则b=只比较1,3两齿轮即可故3弱1225.例5:如图示,因工作需要,拟加一过轮3,来增大输入轴与输 出轴的中心距。已知,Z1=Z3=20,Z2=80,模数为m,各齿 轮材料与热处理均相同,长期工作,1为主动轮,单向回转。问:加过轮后,承载能力与
10、原传动相比有无变化?按齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度列式表达加 过轮后的承载能力的变化。12132解:未加介轮时:加介轮后:加介轮后小齿轮的接触强度下降。26.未加介轮时:齿轮1的弯曲应力为脉动循环加介轮后:故加介轮后,使齿轮3的弯曲强度下降。齿轮3的弯曲应力为对称循环27.例6.设有一对标准直齿圆柱齿轮,已知齿轮的模数为m=5mm,并求得 F1=306MPa。试问:(1)哪一个齿轮的弯曲疲劳强度较大?(2)两齿轮的弯曲疲劳强度是否均满足要求?解:(1)故齿轮1的弯曲强度大(2)F1=306MPa H2所以齿轮2易点蚀因为所以齿轮1易弯曲疲劳折断2)齿宽系数d=b/d1=55/(317)=
11、1.083)按齿轮1计算弯曲强度所以 T1max=279605.3(Nmm)=279.6(Nm)29.例8.图为展开式标准直齿圆柱齿轮减速传动,高速级与低速级的齿数比相等u=u=3,低速级的齿宽系数为高速级的1.3倍,齿轮材料均为45钢,小齿轮均调质处理,大齿轮均正火处理,其许用应力为:z1轮:H1=590MPa;z2轮:H2=490MPa;z3轮:H3=580MPa;z4轮:H4=480MPa。其中高速级根据接触强度计算d1=65mm(系数K、ZE、ZH均相同)。若使两对齿轮等强度时,问低速级小齿轮直径d3=?附:解:根据等强度条件又30.例9:一内啮合标准直齿圆柱齿轮传动,大齿轮2为主动轮
12、,升速传动,Z1=20,Z2=60,模数m=3mm,b1=50mm,b2=45mm,主动轮输入功率P2=9KW,转速n2=750rpm,H1=380MPa,H2=300MPa,取K=1.5,ZE=189.8 ,不计齿轮传动摩擦,试验算齿轮齿面接触强度。解:u=z2/z1=3n1=un2=2250rpmT1=9.55106P1/n1=9.55106P2/n1=38200Nmm所以齿轮1的接触强度足够,齿轮2的接触强度不够。31.例10:如图所示为两级标准斜齿圆柱齿轮传动的减速器。已知齿 轮2的参数mn=3mm,Z2=51,2=150,左旋;齿轮3的参数 mn=3mm,Z3=17。试问:1)低速级
13、斜齿圆柱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)低速级齿轮的螺旋角3应取多大值才能使中间轴的轴向 力相互抵消?1234Fa2Fa332.234Fa2Fa333.例11:如图示为标准正交直齿圆锥齿轮传动。m=3mm,Z1=24,Z2=55,b=30mm,1轴的输入功率P1=2KW,n1=160rpm。试确定齿轮啮合处作用力的大小和方向。1212Ft1Ft2Fr1Fa2Fa1Fr2解:34.计算各力的大小:35.例12:两级圆柱齿轮传动中,若有一级为斜齿另一级为直齿,试问斜齿应放在高速级还是低速级,为什么?若为直齿锥齿轮和圆柱齿轮所组成的两级传动中,锥齿轮应置于高速级
14、还是低速级,为什么?解:(1)斜齿轮应置于高速级。A)斜齿轮传动平稳;B)高速级的转矩小,故轴向力也小(2)锥齿轮应放在高速级。低速级的转矩大,则齿轮的尺寸和模数也大,此时加工锥齿轮较困难,加工成本也高。36.例13.有两对闭式直齿圆柱齿轮传动,其尺寸列于下表,齿轮的制造精度和工作情况相同,材料均为锻钢,许用接触应力H1=H3=500MPa,H2=H4=430MPa,许用弯曲应力F1=F3=340MPa,F2=F4=280MPa。试分别按齿面接触疲劳强度及齿根弯曲疲劳强度求此两对齿轮所能传递的转矩的比值。齿对1、2Z1=20Z2=60m=4mmb=50mm齿对3、4Z3=40Z4=120m=2
15、mmb=50mm附:z204060YFa2.802.402.28YSa1.551.671.731202.161.8137.解:(1)将代入则:同理:所以38.(2)将代入则:故齿轮4的强度低,应按4计算故齿轮2的强度低,应按2计算所以39.例14.已知如图,Z1=Z3=20,i12=3,n1=1450rpm,模数均为m=3mm,齿宽均为b=30mm,材料均为钢,许用应力为:H1=H3=518MPa,H2=H4=391MPa,F1=F3=257MPa,F2=F4=147MPa。载荷系数分别为:接触强度K12=1.38,K34=1.24,弯曲强度K12=1.56,K34=1.4,求该装置能克服作用
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