1、10-1 证明 当升角 与当量摩擦角 符合 时，螺纹副具有自锁性。 当 时，螺纹副的效率 所以具有自锁性的螺纹副用于螺旋传动时，其效率必小于 50%。 10-2 解 由教材表 10-1、表 10-2 查得 ，粗牙，螺距 ，中径 螺纹升角 ，细牙，螺距 ， 中径 螺纹升角 对于相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹中，细牙螺纹的升角较小，更易实现自锁。 10-3 解 查教材表 10-1 得 粗牙 螺距 中径 小径 螺纹升角 普通螺纹的牙侧角 ，螺纹间的摩擦系数 当量摩擦角 拧紧力矩 由公式 可得预紧力 拉应力 查教材表 9-1 得 35 钢的屈服极限 拧紧所产生的拉应力已远远超过了材料的屈服极限，螺栓
2、将损坏。 10-4 解 （1）升角 当量摩擦角 工作台稳定上升时的效率： （ 2）稳定上升时加于螺杆上的力矩 （ 3）螺杆的转速 螺杆的功率 （ 4）因 ，该梯形螺旋副不具有自锁性，欲使工作台在载荷 作用下等速下降，需制动装置。其制动力矩为 10-5 解 查教材表 9-1 得 Q235 的屈服极限 ， 查教材表 10-6 得，当控制预紧力时，取安全系数 由许用应力 查教材表 10-1 得 的小径 由公式 得 预紧力 由题图可知 ，螺钉个数 ，取可靠性系数 牵曳力 10-6 解 此联接是利用旋转中间零件使两端螺杆受到拉伸 ,故螺杆受到拉扭组合变形。 查教材表 9-1 得，拉杆材料 Q275 的屈
3、服极限 ， 取安全系数 ，拉杆材料的许用应力 所需拉杆最小直径 查教材表 10-1，选用螺纹 （ ）。 10-7 解 查教材表 9-1 得，螺栓 35 钢的屈服极限 ， 查教材表 10-6、10-7 得螺栓的许用应力 查教材表 10-1 得， 的小径 螺栓所能承受的最大预紧力 所需的螺栓预紧拉力 则施加于杠杆端部作用力 的最大值 10-8 解 在横向工作载荷 作用下，螺栓杆与孔壁之间无间隙，螺栓杆和被联接件接触表面受到挤压；在联接接合面处螺栓杆则受剪切。 假设螺栓杆与孔壁表面上的压力分布是均匀的，且这种联接的预紧力很小，可不考虑预紧力和螺纹摩擦力矩的影响。 挤压强度验算公式为：其中 ； 为螺栓
4、杆直径。 螺栓杆的剪切强度验算公式 其中 表示接合面数，本图中接合面数 。 10-9 解 （ 1）确定螺栓的长度 由教材图 10-9 a）得：螺栓螺纹伸出长度 螺栓螺纹预留长度 查手册选取六角薄螺母 GB6172-86 ，厚度为 垫圈 GB93-87 16，厚度为 则所需螺栓长度 查手册中螺栓系列长度，可取螺栓长度 螺栓所需螺纹长度 ， 取螺栓螺纹长度 （ 2）单个螺栓所受横向载荷 （ 3）螺栓材料的许用应力 由表 9-1 查得 被联接件 HT250 的强度极限 查表 10-6 取安全系数 被联接件许用挤压应力 查教材表 9-1 得 螺栓 35 钢的屈服极限 ， 查表 10-6 得螺栓的许用剪
5、切应力 螺栓的许用挤压应力 （ 4）校核强度 查手册，六角头铰制孔用螺栓 GB28-88 ，其光杆直径 螺栓的剪切强度 最小接触长度： 挤压强度 所用螺栓合适。 10-10 解 （ 1）每个螺栓所允许的预紧力 查教材表 9-1 得 45 钢的屈服极限 ， 查教材表 10-6、10-7 得，当不能严格控制预紧力时，碳素钢取安全系数 由许用应力 查教材表 10-1 得 的小径 由公式 得 预紧力 （ 2）每个螺栓所能承担的横向力 由题图可知 ，取可靠性系数 横向力 （ 4）螺栓所需承担的横向力 （ 5）螺栓的个数 取偶数 。 在直径为 155 的圆周上布局 14 个 的普通螺栓，结构位置不允许。1
6、0-11 解 （ 1）初选螺柱个数 （ 2）每个螺柱的工作载荷 （ 3）螺柱联接有紧密性要求，取残余预紧力 （ 4）螺柱总拉力 （ 5）确定螺柱直径 选取螺柱材料为 45 钢，查表 9-1 得 屈服极限 ， 查教材表 10-6 得，当不能严格控制预紧力时，暂时取安全系数 许用应力 螺栓小径 查教材表 10-1，取 螺栓（ ），由教材表 10-7 可知取安全系数 是合适的。（ 6）确定螺柱分布圆直径 由题 10-11 图可得 取 。 （ 7）验证螺柱间距 所选螺柱的个数和螺柱的直径均合适。 10-12 解 （ 1）在力 作用下，托架不应滑移，设可靠性系数 ，接合面数 ，此时每个螺栓所需的预紧力
7、（ 2）在翻转力矩 作用下，此时结合面不应出现缝隙。托架有绕螺栓组形心轴线 O-O 翻转的趋势，上边两个螺栓被拉伸，每个螺栓的轴向拉力增大了 ，下边两个螺栓被放松，每个螺栓的轴向力减小了，则有力的平衡关系 ，故可得 为使上边两个螺栓处结合面间不出现缝隙，也即残余预紧力刚为零，则所需预紧力（ 3）每个螺栓所需总的预紧力 （ 4）确定螺栓直径 选取螺栓材料为 35 钢，查教材表 9-1 屈服极限 ，查教材表 10-6 得，当不能严格控制预紧力时，暂时取安全系数 许用应力 螺栓小径 查教材表 10-1，取 螺栓（ ），由教材表 10-7 可知取安全系数 也是合适的。10-13 解 (1)计算手柄长度
8、 查手册 ,梯形螺纹 GB5796-86，公称直径 ，初选螺距 ,则中径 ，小径 螺纹升角 当量摩擦角 所需的转矩 则 ,手柄的长度 (2)确定螺母的高度 初取螺纹圈数 ,则 螺母的高度 这时 处于 1.22.5 的许可范围内。 10-14 解 选用梯形螺纹。 （ 1）根据耐磨性初选参数 初选 查表 10-8 螺旋副的许用压强 ，取 查手册，选取梯形螺纹 GB5796-86，选取公称直径 ，中径 ，小径 ，螺距 。（ 2）初选螺母 初步计算螺母的高度 则螺栓与螺母接触的螺纹圈数 ，取 螺母的高度 系数 （ 3）校核耐磨性 螺纹的工作高度 则螺纹接触处的压强 合适。 （ 4）校核螺杆的稳定性 起
9、重器的螺母端为固定端，另一端为自由端，故取 ，螺杆危险截面的惯性半径 ，螺杆的最大工作长度 ，则 螺杆的长细比 临界载荷 取 安全系数 ，不会失稳 （ 5）校核螺纹牙强度 对于梯形螺纹 对于青铜螺母 ，合适。 10-15 解 （ 1）初选螺纹直径 查手册，选取梯形螺纹 GB5796-86，选取公称直径 ，中径 ，小径 ，螺距 。（ 2）验证其自锁性 螺纹升角 当量摩擦角 ，所以满足自锁条件。 （ 3）校核其耐磨性 设 螺栓与螺母参加接触的螺纹圈数 ， 则 螺母的高度 ， ，处于 1.22.5 的许可范围内。 螺纹的工作高度 则螺纹接触处的压强 查教材表 10-8，钢对青铜许用压强 ，合适。 （
10、 4）校核螺杆强度 取 ，则所需扭矩 则危险截面处的强度 对于 45 钢正火，其许用应力 ，故合适。 （ 5）校核螺杆的稳定性 压力机的螺母端为固定端，另一端为铰支端，故取 ，螺杆危险截面的惯性半径 ，螺杆的最大工作长度 ，则螺杆的长细比 ，不会失稳。 （ 6）校核螺纹牙强度 对于梯形螺纹 对于青铜螺母 ，合适。 （ 7 ）确定手轮的直径 由 得 10-16 解 （ 1）选用 A 型平键，查教材表 10-9，由轴的直径 可得平键的截面尺寸 ， ；由联轴器及平键长度系列，取键的长度 。其标记为：键 GB1096-79 （ 2）验算平键的挤压强度 由材料表 10-10 查得，铸铁联轴器的许用挤压应
11、力 A 型键的工作长度 ，使用平键挤压强度不够，铸铁轴壳键槽将被压溃。这时可使轴与联轴器孔之间采用过盈配合，以便承担一部分转矩，但其缺点是装拆不便。也可改用花键联接。 10-17 解 （ 1）选择花键 根据联轴器孔径 ，查手册可知花键小径 最接近，故选择矩形花键的规格为 花键 GB1144-87 花键的齿数 、小径 ，大径 ，键宽 ，键长取 ，倒角 .（ 2）验算挤压强度 取载荷不均匀系数 齿面工作高度 平均半径 查教材表 10-11，在中等工作条件、键的齿面未经热处理时，其许用挤压应力 ，故合适。 11-1 解 1）由公式可知： 轮齿的工作应力不变，则 则，若 ，该齿轮传动能传递的功率 11
12、-2 解 由公式可知，由抗疲劳点蚀允许的最大扭矩有关系： 设提高后的转矩和许用应力分别为 、 当转速不变时，转矩和功率可提高 69%。 11-3 解 软齿面闭式齿轮传动应分别验算其接触强度和弯曲强度。 （ 1）许用应力 查教材表 11-1 小齿轮 45 钢调质硬度：210 230HBS 取 220HBS；大齿轮 ZG270-500 正火硬度：140170HBS，取 155HBS。 查教材图 11-7 ， 查教材图 11-10 , 查教材表 11-4 取 ， 故： （ 2）验算接触强度，验算公式为： 其中：小齿轮转矩 载荷系数 查教材表 11-3 得 齿宽 中心距 齿数比 则： 、 ，能满足接触
13、强度。 （ 3）验算弯曲强度，验算公式： 其中：齿形系数：查教材图 11-9 得 、 则 ： 满足弯曲强度。 11-4 解 开式齿轮传动的主要失效形式是磨损，目前的设计方法是按弯曲强度设计，并将许用应力降低以弥补磨损对齿轮的影响。 （ 1）许用弯曲应力 查教材表 11-1 小齿轮 45 钢调质硬度：210230HBS 取 220HBS；大齿轮45 钢正火硬度：170210HBS，取 190HBS。查教材图 11-10 得, 查教材表 11-4 ，并将许用应用降低 30% 故 （ 2）其弯曲强度设计公式： 其中：小齿轮转矩 载荷系数 查教材表 11-3 得 取齿宽系数 齿数 ，取 齿数比 齿形系
14、数 查教材图 11-9 得 、 因 故将 代入设计公式 因此 取模数 中心距 齿宽 11-5 解 硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是折断，设计方法是按弯曲强度设计，并验算其齿面接触强度。 （ 1）许用弯曲应力 查教材表 11-1，大小齿轮材料 40Cr 表面淬火硬度：5256HRC，取 54HRC。查教材图 11-10得 ，查材料图 11-7 得 。查教材表 11-4 ， 因齿轮传动是双向工作，弯曲应力为对称循环，应将极限值乘 70%。 故 （ 2）按弯曲强度设计，设计公式： 其中：小齿轮转矩 载荷系数 查教材表 11-3 得 取齿宽系数 齿数 ，取 齿数比 齿形系数 应将齿形系数较大值代入公
15、式，而齿形系数值与齿数成反比，将小齿轮的齿形系数代入设计公式，查教材图 11-9 得 因此 取模数 （ 3）验算接触强度，验算公式： 其中：中心距 齿宽 ，取 满足接触强度。 11-6 解 斜齿圆柱齿轮的齿数 与其当量齿数 之间的关系： （ 1）计算传动的角速比用齿数 。 （ 2）用成型法切制斜齿轮时用当量齿数 选盘形铣刀刀号。 （ 3）计算斜齿轮分度圆直径用齿数。 （ 4）计算弯曲强度时用当量齿数 查取齿形系数。 11-7 解 见题 11-7 解图。从题图中可看出，齿轮 1 为左旋，齿轮 2 为右旋。当齿轮 1 为主动时按左手定则判断其轴向力 ；当齿轮 2 为主动时按右手定则判断其轴向力 。
16、 轮 1 为主动 轮 2 为主动时 图 11.2 题 11-7 解图 11-8 解 见题 11-8 解图。齿轮 2 为右旋，当其为主动时，按右手定则判断其轴向力方向 ；径向力总是指向其转动中心；圆向力 的方向与其运动方向相反。 图 11.3 题 11-8 解图 11-9 解 （ 1）要使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反，则低速级斜齿轮 3 的螺旋经方向应与齿轮2 的旋向同为左旋，斜齿轮 4 的旋向应与齿轮 3 的旋向相反，为右旋。 （ 2）由题图可知： 、 、 、 、 分度圆直径 轴向力 要使轴向力互相抵消，则： 即 11-10 解 软齿面闭式齿轮传动应分别校核其接触强度和弯曲强度。 （ 1）许
17、用应力 查教材表 11-1 小齿轮 40MnB 调质硬度：240280HBS 取 260HBS；大齿轮 35SiMn 调质硬度：200260HBS，取 230HBS。 查教材图 11-7： ； 查教材图 11-10： ； 查教材表 11-4 取 ， 故： （ 2）验算接触强度，其校核公式： 其中：小齿轮转矩 载荷系数 查教材表 11-3 得 齿宽 中心距 齿数比 则： 满足接触强度。 （3）验算弯曲强度，校核公式： 小齿轮当量齿数 大齿轮当量齿数 齿形系数 查教材图 11-9 得 、 满足弯曲强度。 11-11 解 软齿面闭式齿轮传动应按接触强度设计，然后验算其弯曲强度： （ 1）许用应力 查
18、教材表 11-1 小齿轮 40MnB 调质硬度：240280HBS 取 260HBS；大齿轮 45 钢调质硬度：210230HBS，取 220HBS。 查教材图 11-7： ； 查教材图 11-10： ； 查教材表 11-4 取 ， 故： （ 2）按接触强度设计，其设计公式： 其中：小齿轮转矩 载荷系数 查教材表 11-3 得 齿宽系数 取 中心距 齿数比 将许用应力较小者 代入设计公式 则： 取中心距 初选螺旋角 大齿轮齿数 ，取 齿数比： 模数 ，取 螺旋角 （ 3）验算其弯曲强度，校核公式： 小齿轮当量齿数 大齿轮当量齿数 齿形系数 查教材图 11-9 得 、 满足弯曲强度。 11-12 解 由题图可知： ， 高速级传动比 低速级传动比 输入轴的转矩 中间轴转矩 输出轴转矩 11-13 解 硬齿面闭式齿轮传动应按弯曲强度设计，然后验算其接触强度。 （ 1）许用应力 查教材表 11-1 齿轮 40Cr 表面淬火硬度：5256HRC 取 54HRC。 查教材图 11-7： 查教材图 11-10： 查教材表 11-4 取 ， 故： （ 2）按弯曲强度设计，其设计公式： 其中：小齿轮转矩 载荷系数 查教材表 11-3 得 齿宽系数 取 大齿轮齿数 ，取 齿数比： 分度圆锥角 小齿轮当量齿数
