机械系统设计计算题
机械设计计算题
机械设计计算题1、如图所⽰，某轴由⼀对7209 AC 轴承⽀承，轴承采⽤⾯对⾯安装形式。
已知两轴承径向载荷分别为F r1=3000N ，Fr2=4000N ，轴上作⽤有轴向外载荷A=1800N 。
载荷平稳，在室温下⼯作，转速n=1000r/min 。
该轴承额定动载荷C=29800N ，内部轴向⼒S=0.4Fr ，e=0.68，当量动载荷系数如下表所⽰。
试计算此对轴承的使⽤寿命。
（9分）答：内部轴向⼒⽅向如图所⽰（2分），S 1=0.4F r1=1200N (0.5分) S 2=0.4F r2=1600N (0.5分) 因为A+S 1>S 2 故 F a1=S 1=1200N (1分)F a2=S 1+A=3000N (1分)⽐较两轴承受⼒，只需校核轴承2。
F a2/F r2=0.75>e (1分) P=XF r2+YF a2=0.41*4000+0.87*3000=4250N (1分)5.5240)(601036==P C nL h (2分)2．图c 所⽰为⼀托架，20kN 的载荷作⽤在托架宽度⽅向的对称线上，⽤四个螺栓将托架连接在⼀钢制横梁上，螺栓的相对刚度为0.3，螺栓组连接采⽤普通螺栓连接形式，假设被连接件都不会被压溃，试计算: 1) 该螺栓组连接的接合⾯不出现间隙所需的螺栓预紧⼒F′⾄少应⼤于多少？（接合⾯的抗弯剖⾯模量W=12.71×106mm 3）（7分）2）若受⼒最⼤螺栓处接合⾯间的残余预紧⼒F′′要保证6956N ，计算该螺栓所需预紧⼒F ′、所受的总拉⼒F0。
（3分）1）（1）、螺栓组联接受⼒分析：将托架受⼒情况分解成下图所⽰的受轴向载荷Q 和受倾覆⼒矩M 的两种基本螺栓组连接情况分别考虑。
（2分）（2）计算受⼒最⼤螺栓的⼯作载荷F ：（1分） Q 使每个螺栓所受的轴向载荷均等，为)(50004200001N Z Q F ===倾覆⼒矩M 使左侧两个螺栓⼯作拉⼒减⼩；使右侧两个螺栓⼯作拉⼒增加，其值为：)(41.65935.22745.22710626412max2N l Ml F i i ===∑=显然，轴线右侧两个螺栓所受轴向⼯作载荷最⼤，均为： )(41.1159321N F F F=+=（3）根据接合⾯间不出现间隙条件确定螺栓所需的预紧⼒F ’：（4分）预紧⼒F ’的⼤⼩应保证接合⾯在轴线右侧不能出现间隙，即： 2）若F ’’ =6956N ，则：（3分）3、简述蜗杆传动的正确啮合条件。
机械设计计算题及答案
机械设计计算题及答案【篇一：机械设计试题及答案】xt>一、选择题：本题共10个小题，每小题2分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
把所选项前的字母填在题后的括号内。
1．一般工作条件下，齿面硬度hb≤350的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为【 b 】a．轮齿疲劳折断 b. 齿面疲劳点蚀c．齿面胶合 d. 齿面塑性变形2．带传动在工作时产生弹性滑动，是由于c．紧边与松边拉力不等 d. 传动过载3．下列四种型号的滚动轴承，只能承受径向载荷的是a．6208b. n208 c. 3208 d. 52084．下列四种螺纹，自锁性能最好的是a．粗牙普通螺纹b.细牙普通螺纹c．梯形螺纹 d.锯齿形螺纹5．在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，可采用的方法为c．增加蜗杆头数z1d. 增大蜗杆直径系数q6．在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数c是指a．弹簧外径与簧丝直径之比值b．弹簧内径与簧丝直径之比值c．弹簧自由高度与簧丝直径之比值d．弹簧中径与簧丝直径之比值7．普通平键接联采用两个键时，一般两键间的布置角度为8．v带在减速传动过程中，带的最大应力发生在a．v带离开大带轮处 b. v带绕上大带轮处c． v带离开小带轮处 d. v带绕上小带轮处9．对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是a．拉力 b.扭矩c．压力 d.拉力和扭矩10．滚子链传动中，链节数应尽量避免采用奇数，这主要是因为采用过渡链节后a．制造困难 b.要使用较长的销轴c．不便于装配 d.链板要产生附加的弯曲应力c 】 b 】d】c】d 】【b 】【d 】【d 】【d 】【【【【【二、填空题：本大题共10个小题，每空1分，共20分。
把答案填在题中横线上。
1．轴如按受载性质区分，主要受弯矩的轴为心轴，主要受2．代号62203的滚动轴承，为深沟球轴承轴承，其内径为mm。
3．在一般机械中的圆柱齿轮传动，往往使小齿轮齿宽b1大于大齿轮齿宽b2；在计算齿轮强度时，工作齿宽b 应取大齿轮齿宽b2。
机械系统设计试题
《机械系统设计》习题选集机械设计教研室第一章1．系统的概念。
2．系统的特点。
3．机械系统的特性。
4．从流的观点出发，机械系统的组成。
5．机械系统设计的特点。
6．机械系统设计的基本思想。
7．机械系统设计的一般过程。
第二章1．总体设计过程中应形成的基本技术文件。
2．设计任务的类型。
3．设计任务的来源。
4．试拟定播种、施肥机的设计任务书。
5．画出播种、施肥机的功能构成图。
6．试建立播种、施肥机的功能树。
7．形态学矩阵的概念。
8．试建立挖掘机的形态学矩阵，并根据总体方案确定的基本原则，确定几种合理的方案，并作简要说明。
9．机械系统方案评价的基本原则。
常用的评价方法。
10．在某机器设计中，有两种备选方案，为了确定选择哪个方案，组织了一个由20位专家组成的评价小组用模糊综合评价法对两个方案进行评价。
已知：1)评价指标：产品性能（B1）、可靠性（B2）、使用方便性（B3）、制造成本（B4）、使用成本（B5）；每个评价指标划分为优、良、中等、较差、很差5个等级：0.9，0.7，0.5，0.3，0.1；2)评价指标B1、B2、B3、B4、B5的权分别为：0.25、0.2、0.2、0.2、0.15；3)投票结果如下表所示：评价指标评价等级（A方案）评价等级（B方案）优良中等较差很差优良中等较差很差B110 4 4 2 0 8 6 4 2 0B210 4 2 4 0 8 4 4 2 2B38 4 4 2 2 8 4 4 2 2B48 4 4 4 0 6 4 4 4 2B58 6 4 2 0 6 4 4 6 011．总体布置的基本原则。
12．总体布置的基本形式。
13．试分析手扶拖拉机的总体布置方案。
14．机械系统常用技术参数及指标的类型。
第三章1．物料流系统的基本概念。
2．物料流设计在机械系统设计中的重要地位。
3．物料流系统的组成。
4．简述常用存储子系统。
5．简述常用输送、搬运子系统。
6．简述六点定位规则。
7．夹紧装置的组成。
机械设计基础-计算题
如图所示的行星 轮机构，为了受 力均衡，采用了 两个对称布置的 行星轮2及2’，
例题1 计算机构的自由度 复合铰链有几处？ 1处
5
4 3
② ④
①
局部自由度有几处？ 虚约束有几处？ 2处
机构由几个构件组成 5个 活动构件有 4个
2③
低副有
4个
高副有
2个
1
F = 3n–2PL–PH
= 3× 4 – 2×4 – 2 =2
机车驱动轮
A
M
B
N
O1
O3
若计入虚约束，则机构
自由度数就会：减少
（4）构件中对传递运动不起独立作用的对称部分的 约束称为虚约束。
虚约束对运动虽不起作用但
可以增加构件的刚性或使构件受 力均衡，因此在实际机械中并不 少见。但虚约束要求制造精度较 高，若误差太大，不能满足某些 特殊几何要求会变成真约束.
① 1m法
式中，m表示外啮合次数
i15
1 5
(1)3
z2 z3z4 z5 z1z2 z3 z4
z3z4 z5 z1z3 z4
“－”表示首、末两轮转向相反
②画箭头法
具体步骤如下：在图上 用箭头依传动顺序逐一标出 各轮转向，若首、末两轮方 向相反，则在传动比计算结 果中加上“－”号。
2．轮系中所有各齿轮的几何轴线不是都平行， 但首、末两轮的轴线互相平行
用标注箭头法确定
i14
1 4
z2 z3 z4 z1z2 z3
3. 轮系中首、末两轮几何轴线不平行 ②
如下图所示为一空
n8
间定轴轮系，当各轮齿数
及首轮的转向已知时，可
求出其传动比大小和标出
各轮的转向，即：
机械设计基础常见计算题及详细答案
结论：方案二合理
11
12
13
14
15
链传动习题解答
16
9-18 有一链传动，小链轮主动，转速n1=900r/min，齿数 z1=25，z2=75。现因工作需要，拟将大链轮的转速降低到 n2≈250r/min，链条长度不变，试问：
(1)若从动轮齿数不变，应将主动轮齿数减小到多少?此时链 条所能传递的功率有何变化?
机械设计基础常见计算题及详细答案
包括材料力学计算、带传动、齿轮传动、 蜗轮蜗杆传动、轴系等计算分析典型习 题集附详细答案
2010年5月26日整理
3-18 某材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=350MPa， 屈服极限 σs=550MPa，强度极限σB=750MPa，循 环基数N0=5×106，m=9，试求对称循环次数N分别为 5×104、5×105、5×107次时的极限应力。
(1)将大带轮基准直径dd2减小到280mm；
(2)将小带轮基准直径ddl增大到200mm；
(3)将鼓轮直径D增大到350mm。
dd 02dd1D40 2 00 3 05 10 .4
dd2 dd 0 1 D 0 281 042 050
10
解：
仅从运动学的角度来看三种方案都可以提高生产率，而且 提高的幅度是相同的。
34
11-22 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?
35
螺纹联接习题解答
36
37
5-22 受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用 橡胶垫片。已知预紧力F0=1500N，当轴向工作载荷 F=1000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的 残余预紧力。
3
解:
机械优化设计题目
机械优化设计题目1、一直园杆，用锻铝制造，其强度极限δB=490Mpa，屈服极限δS=380Mpa，杆的直径d=25mm，承受轴向载荷P=45000N，弯矩M=17.5N.m，扭矩T=46.1N.m。
试用第三强度、第四强度理论计算杆的安全系数的最大值。
2、某一设备中的非变位普通圆柱蜗杆传动，蜗杆由电动机驱动，n1=1440r/min，传动比i=21。
由于结构限制，应使蜗杆传动的中心距a≤200mm。
蜗杆用45号钢淬火(HRC>45)，蜗轮采用ZQ19-4砂模铸造，滚刀加工，Z2<80。
折合一班制工作，使用寿命7年，单向传动，工作稳定。
试按传递最大功率的要求确定主要参数。
3、某一设备中的非变位普通圆柱蜗杆传动，蜗杆由电动机驱动，n1=1440r/min，传动比i=21。
由于结构限制，应使蜗杆传动的中心距a≤200mm。
蜗杆用45号钢淬火(HRC>45)，蜗轮采用ZQ19-4砂模铸造，滚刀加工，Z2<80。
折合一班制工作，使用寿命7年，单向传动，工作稳定。
试按具有最大啮合效率的要求确定主要参数。
4、设计一压缩圆柱螺旋弹簧，要求其质量最小。
最大工作载荷P max=450(N)，最小工作载荷P min=200(N)，弹簧工作行程要求不少于10(mm)，弹簧材料为65Mn，III类载荷弹簧，弹簧端部结构为YIII型，疲劳强度设计安全系数S F=1.2。
(三维14约束)5、已知直齿圆柱齿轮传动的参数如下：法面压力角αn=20º，法面齿顶高系数h an*=1.0，法面径向间隙系数c n*=0.25，齿数Z1=50，Z2=80，许用齿顶厚系数[S a*]=0.25，重合度许用值[ε]=1.2，节点进入双齿啮合区深度系数δ=0.6，求该齿轮副的最优法面变位系数X n1、X n2的和。
(参考机械原理课本，二维七个不等式一个等式约束)6、一受静载荷圆柱螺旋压缩弹簧，已知工作压力F=700N，弹簧材料选用50C r V A，其密度ρ=7.8g/cm3，切变模量G=8.1Χ10-4Mpa，许用剪应力[τ]=444Mpa，设弹簧中径为D，弹簧丝直径为d，弹簧总圈数为n，有效圈数为n1(n1=n-n2，n2为弹簧支承圈数)，要求最大变形量10mm，压并高度不大于50mm，弹簧内径不小于16mm，以重量最轻为目标函数优化设计该弹簧。
机械系统设计习题(有答案版)
第一章绪论1、系统：具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。
2、机械系统的组成：1、动力系统。
2、执行系统。
3、传动系统。
4、操纵、控制系统。
5、支承系统。
6、润滑、冷却与密封系统。
3、产品设计类型：完全创新设计、适应性设计、变异性设计。
4、机械系统的设计要求：功能、适应性、可靠性、生产能力、使用经济性、成本六方面的要求。
5、产品的产生过程分哪几个阶段？产品策划---产品设计---产品生产---产品运转---产品报废或回收。
6、产品的设计过程分哪几个阶段？功能原理方案设计阶段---结构总体设计阶段---技术设计阶段第二章机械系统总体设计1、功能原理方案设计步骤设计任务-求总功能-总共能分解-寻求子功能解-原理解功能-评价与决策-最佳原理方案2、什么是“黑箱法”：根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入-输出之间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。
3、功能元、功能结构功能元：在一个系统中，总功能可以分解为一些分功能，其中可以分解到最低层次的分功能，并且分解到最后不能再分解的基本功能单位叫做功能元。
功能结构：将总功能分解为分功能，并相应找出实现各分功能的原理方案，从而简化了实现总功能的原理构思。
反之，同一层次的功能单位组合起来，应能满足上一层次功能的要求，最后组合成的整体应能满足总功能的要求。
这种功能的分解和组合关系称为功能结构。
4、机械系统总体参数包括哪些性能参数、结构参数、尺寸参数、运动参数、动力参数。
5、七个标准公比为：1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78和2。
6、公比φ、变速范围R n与级数Z间的关系。
Z=lgRn/lgφ+1第三章执行系统设计1、执行系统的组成：由执行末端和与之相连的执行机构。
哈尔滨理工大学机械系统设计试题及答案
考试科目：机械系统设计考试时间：110分钟试卷总分100分考试班级：机械05级一、选择填空（本大题共10小题，每小题1分，总计10分）1．机械工程学科由（）和机械制造两部分组成。
A.机械原理B.机械零件C.机械学D.机械加工2．人们对机械系统进行功能原理设计时常采用的一种“抽象化”方法是（）。
A.黑箱法B.白箱法C.类比法D.头脑风暴法3．机械系统结构总体设计的任务是（）。
A.进行原理设计的构思B.进行功能原理设计C.将原理设计结构化D.确定总体参数4．在传动系统中，基本组的级比指数（）。
A.小于1B.等于1C.大于1D.任意数5．双联滑移齿轮占用的最小轴向尺寸应不小于（）。
A.3倍齿宽B.4倍齿宽C.5倍齿宽D.6倍齿宽6．执行系统是由执行末端件和与之相连的（）组成。
A.运动机构B.导向机构C.定位机构D.执行机构7．预紧可以有效提高滚动轴承的（）。
A.承载能力B.工作转速C.精度D.刚度8．我们可以用镶条来调整（）的间隙。
A.三角形导轨B.燕尾形导轨C.车床主轴D.铣床主轴9．支承系统是机械系统中具有支承和（）作用的子系统。
A.连接B.导向C.定位D.夹紧10.隔板的布置方向应与载荷的方向（）。
A.平行B.垂直C.倾斜D.任意二、名词解释（本大题共5小题，每小题2分，总计10分）1．机械系统2．功能原理设计3．级比4．执行系统5．自身刚度三、简答题（本大题共6小题，每小题4分，总计24分）1．机械系统设计有哪些基本原则？2．什么是功能元？有那些种基本功能元？3．扩大传动系统变速范围有哪些方法？4．导轨有何功用？滑动导轨按其运动性质可分为哪几种类型？5．什么是支承件的接触刚度？提高接触刚度有哪些有效措施？6．常用的典型控制系统有哪几种类型？四、填空题（本大题含2小题共8个空，每空2分，总计16分）1．某台数控机床，主轴最高转速为4000r/min，最低转速为30r/min，计算转速为145r/min。
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计算题
1.设计一台车床的主传动系统。
已知条件：主轴最高转速n max＝1800r/min，最低转速n min＝40r/min，电动机转速n电＝1500r/min。
主轴转速公比φ＝1.41。
φ＝1.06的标准数列为：
完成内容：
1、求出主轴的变速范围R n；
2、用公式计算出主轴转速级数Z；
3、由给定的φ＝1.06的标准数列值表确定主轴各级标准转速；
4、写出至少4个不同的结构式；
5、画出所列结构式中至少2个相应的结构网；
6、确定一个合理的结构式，并说明其合理性；
解：
1、主轴的变速范围：R n＝n max/n min＝1800/40＝45；
2、主轴转速级数：Z＝lg R n/lgφ＋1＝lg45/lg1.41＋1≈12.08，取Z＝12；
3、主轴各级标准转速为：
40，56，80，112，160，224，315，450，630，900，1250，1800。
4、4个不同的结构式为：12＝31×23×26；
12＝32×21×26；
12＝32×26×21；
12＝31×26×23。
共有18种，可写出任意4种。
5、2个相应的结构网如下图：（共有18个，可画出任意2个）。
12＝32×21×26
6、合理的结构式：12＝31×23×26
合理性：① 符合变速级数、级比规律；② 传动件“前多后少”；③ 结
构网“前密后疏”；④ 第二扩大组的变速范围r ＝1.416＝8，满足极限变速范围要求。
2.已知某机床的主轴转速为n=100-1120r/min ，转速级数Z=8，电动机转速 nm=1440r/min 。
试根据机床主传动系统的设计原则，完成：
1. 拟定传动系统的结构式；
2. 设计转速图；
解：
1. 计算公比φ 已知：1001120=
R ，Z=8 . 根据 1-=Z R ϕ, 则7
19
.11lg 1lg lg =-=Z R ϕ, 即：
φ=1.41
2．确定传动组、传动副和扩大顺序
根据传动组和传动副拟定原则，可选方案有：① Z=4ⅹ2； ② Z=2ⅹ4；③ Z=2ⅹ2ⅹ2
在方案①，②中，可减少一根轴，但有一个传动组内有四个传动副，增加传动轴轴向长度，所以选择方案③：Z=2ⅹ2ⅹ2
根据前疏后密原则，选择结构式为： 8=21ⅹ22ⅹ24 3. 转速图绘制设计
① 主轴各级转速为：100，140，200，280，400，560，800，1120 r/min ② 确定定比传动比：取轴Ⅰ的转速值为800r/min ，则电机轴与轴 的传动比为：
8
.11
14408000==
i ③ 确定各变速组最小传动比
从转速点800 r/min 到100r/min 共有6格，三个变速组的最小传动线平均下降两格，按照前缓
后急的原则，第二变速组最小传动线下降2格；第一变速组最小传动线下降2-1=1格；第三变速组最小传动线下降2+1=3格。
4. 绘制转速图
具有尾绳和摩擦轮的矿井提升机示意图
3、每个罐笼（内有一空矿车）重N 771503=G
4、主绳与尾绳每米重
N/m
1064=G 5、摩擦轮直径m
44.61=d 6、摩擦轮飞轮惯量2
21m
N 2730000⋅=GD 7、导轮直径
m
52=d 8、导轮飞轮惯量222
m N 584000⋅=GD 9、额定提升速度m/s 16=N v 10、提升加速度
2
1m/s 89.0=a 11、提升减速度23m/s 1=a 12、周期长
s
2.89=z t 13、摩擦用增加负载重的20%考虑
m
N 259386m N 15
5.01675.02.16368862.4022720322⋅=⋅⨯+⨯+⨯+⨯253.1259386
396374<=kW
12909550
N ==n
T dx kW
1400=<N dx P P 电动机发热及过载能力的校验均可通过。
矿井提升的负载图。