题15-20图
15-21 一蜗杆轴的局部装配关系如图所示，采用HL型弹性柱销联轴器，轴孔直径d=32mm，轴伸出端的密封采用旋转轴唇形密封圈，采用中系列深沟球轴承。试确定图中各结构尺寸、尺寸公差和表面粗糙度，并将所选轴端挡圈、密封圈、轴用弹性挡圈和滚动轴承的标记标在图中。
题15-21图
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第十六章 弹 簧
一、选择与填空题
16-1 按照所承受的载荷不同，弹簧可分为__________、____________、__________和__________四种；而按照形状不同，弹簧可分为_________、___________、___________、___________和_________。
16-2 下列材料中不能用来作弹簧的是_________________。 (1)70 (2)65Mn (3)HTl50 (4)50CrVA
16-3 弹簧材料的Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类是按____________________来分的，同一材料的Ⅱ类弹簧的许用切应力值高于________________类弹簧的许用值。
16-4 碳素弹簧钢丝的拉伸强度极限随弹簧钢丝直径的增大而___________________。 (1)增大 (2)不变 (3)减小
二、分析与思考题
16-5 弹簧主要有哪些功能?试分别举出几个应用实例。
16-6 弹簧制造时采用冷卷或热卷与弹簧丝直径有何关系?冷卷或热卷后的热处理方法有何区别?
16-7 什么是弹簧的特性曲线?它与弹簧的刚度有什么关系?定刚度弹簧和变刚度弹簧的特性曲线有何区别?
16-8 圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧受载时，弹簧丝截面上的应力最大点在什么地方?最大应力值如何确定?为什么要引入曲度系数K?
16-9 弹簧的旋绕比C是如何定义的?设计弹簧时，C值的取值范围是多少?C值过大或过小有何不利?
16-10 弹簧强度计算和刚度计算的目的是什么?影响圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧强度和刚度的主要因素有哪些?
16-11 在设计承受变载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧时，按什么载荷进行设计计算，并需要做哪几方面的验算?
16-12 圆柱螺旋扭转弹簧受载时，弹簧钢丝内产生什么应力?其应力最大值的位置如何确定?
16-13 已知圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的外载荷为F，试分析只增大弹簧钢丝直径d、有效圈数n、中径D三者之一时，弹簧变形是增大还是减小。
16-14 现有两个圆柱螺旋拉伸弹簧，若它们的材料、弹簧钢丝直径、弹簧中径、端部结构等完全相同，仅有效圈数不同，试分析它们的强度、刚度大小有何不同。
16-15 当圆柱螺旋压缩弹簧有可能失稳时，可采用哪些措施防止失稳? 16-16 在什么情况下要对弹簧进行振动验算?为了使弹簧正常工作，弹簧的工作频率与弹簧基本自振频率间有何关系?若振动验算不合格时应如何修改设计?
三、设计计算题
16-17 有一圆柱螺旋压缩弹簧的外径D2=42mm，弹簧钢丝直径d=7mm，有效圈数n=12，材料为B级碳素弹簧钢丝，进行喷丸处理，求：
(1)当承受的静载荷F=950N时，弹簧的压缩变形量；
(2)当弹簧受Ⅱ类载荷时，其允许的最大工作载荷及变形量。
16-18 两个圆柱螺旋压缩弹簧，刚度是kF1=10N/mm，是kF2=20N/mm。求： (1)串联时的综合刚度是kF和两个弹簧的变形比λ1/λ2； (2)并联时的综合刚度是kF和两个弹簧的载荷比F1/F2。
16-19 一承受静载荷的圆柱螺旋拉伸弹簧，已知弹簧钢丝直径d=4mm，弹簧中径D=20mm，有效圈数n=22圈，弹簧材料为C级碳素弹簧钢丝，无预应力，求弹簧允许的最
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大工作载荷Fmax和对应的变形量λmax。
16-20 设计一普通安全阀中的圆柱螺旋压缩弹簧。已知预调压力F1=480N，变形量λ=14mm，工作行程h=1.9mm，弹簧中径D=20mm，两端固定支承。
第十八章 减速器和变速器
分析与思考题
18-1 分流式两级圆柱齿轮减速器有哪两种分流方式?哪种分流方式性能较好?
18-2 在圆锥齿轮和圆柱齿轮组成的减速器中，哪种齿轮传动应位于高速级?为什么? 18-3 在单级蜗杆减速器中，在什么情况下应选用上蜗杆结构?在什么情况下应选用下蜗杆结构?为什么?
18-4 在蜗杆传动和齿轮传动组成的减速器中，通常什么传动应位于高速级?为什么? 18-5 机械式有级变速器有哪几种类型?
18-6 机械式无级变速器是如何实现无级变速的?能否保证传动比为定值?
18-7 什么是摩擦轮传动的几何滑动?举例说明哪种摩擦轮传动无几何滑动，哪种有几何滑动。摩擦轮传动的主要失效形式是什么?
单元设计作业题及设计指导
作业一 螺纹联接设计
任务书
题目：1．普通螺栓联接
用M16六角头螺栓(GB/T 5782-2000)联接两块厚度各为25mm的钢板，采用弹簧垫圈(GB/T93-1987)防松。
2．铰制孔用螺栓联接
用M16六角头铰制孔用螺栓(GB/T27-1988)联接两块厚度各为25mm的钢板。 3．双头螺柱联接
用M16双头螺柱(GB/T898-1988)联接厚25mm的钢板和一个很厚的铸铁零件。 4．螺钉联接
用M16六角头螺栓(GB/T 5782-2000)联接厚25mm的铸铁凸缘和另一个很厚的铸铁零件，螺栓头与铸铁凸缘间加装平垫圈(GB/T 97.1-1985)；
要求：
(1)按题中给出的条件查手册确定标准联接零件的尺寸；
(2)按1:1比例与制图规范画出上述各种螺纹联接结构图，图1为参考图。
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图1
作业二 带传动和齿轮传动设计
一、任务书
题目：V带传动和齿轮传动的设计(图2) 1．原始数据 题 1 2 号 参 数 减速器输出轴转矩T/N2m 减速器输出轴转速n/(r/min) 154 155 160 150 3 228 104 4 249 96 注：载荷平稳，单向运转，工作年限5年，每年250个工作日，每日工作16小时。
2．工作量
(1)小带轮零件图一张或(和)大齿轮零件图一张； (2)设计计算说明书一份，内容包括电动机的选择，传动参数的计算，V带传动的设计计算或(和)齿轮传动的设计计算。
二、设计指导
1．电动机的选择 1---V带传动；2---减速器；3---输出轴； 电动机有各种类型，对于无特殊要求的机
4---电动机
械装置，多选用Y系列三相异步电动机。Y系
图2 V带传动和齿轮传动简图 列三相异步电动机有四种常用的同步转速，即
3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min。同一功率的电动机，转速高则重量轻，价格便宜，但传动装置的总传动比和总体尺寸将加大，一般多选用同步转速为1500r/min和1000r/min的电动机。
减速器的输出轴通过联轴器与工作机相联，因此工作机所需功率Pw(kW)(略去联轴器效率的影响)为
Pw=Tn/9550
式中：T--减速器输出轴的转矩，N2m；
n--减速器输出轴的转速，r/min。 电动机所需功率P0为
P0=Pw/η
式中：η--电动机至工作机之间的传动总效率。
对于本作业的两级传动，η=η1η2。其中η1为V带传动的效率(包括一对轴承效率在内)，η2为齿轮传动的效率(包括一对轴承效率在内)。其数值可参看机械设计手册或教材。
由于电动机的额定功率Pm应等于或略大于电动机所需功率P0，因此选择电动机时通常取Pm=(1～1.3)P0。
2．各级传动比的分配 传动装置的总传动比为
i=nm/nw
式中：nm--电动机的满载转速，r/min；
nw--电动机的转速，即减速器输出轴转速，r/min。
本作业的传动装置为二级传动，总传动比i=i1i2。其中i1和i2分别为V带传动和齿轮传动的传动比。为了使传动装置尺寸较小，结构紧凑，应使i1 由于受到齿轮齿数、标准带轮直径等因素的影响，传动装置的实际传动比与所要求的传动比会略有差别。通常机器总传动比的误差应限制在±3％～±5％范围内。 3．传动参数的计算 机器传动装置的传动参数指的是各轴的转速、功率和转矩。对于本作业的二级传动系统，按电动机轴至工作机主轴的传动方向进行推算，各轴的转速为 - 29 - n1 =nm/ i1 n2 =nm/( i1i2) 各轴的功率为 P1=Pwη1 P2=Pwη1η2 各轴的转矩(N2m)为 T1 = 9550 P1/n1 T2 = 9550 P2/n2 4．V带传动的设计计算 V带传动的设计计算、带轮结构尺寸的确定可参考教材和机械设计手册。小带轮的孔径和轮毂部分尺寸应根据电动机的轴伸直径和长度确定，小带轮的半径应小于电动机的机座中心高。图3是供参考的V带轮零件图。 图3 V带轮零件图 5．齿轮传动的设计计算 齿轮传动的设计计算、齿轮结构尺寸的确定可参考主教材和机械设计手册。大齿轮的孔径是根据与其相配合的轴径来确定的，本作业将大齿轮的孔径定为d=60mm：图4是供参考的齿轮零件图。 图4 齿轮零件图 6．对零件图的要求 零件图是零件制造和检验的依据，工艺人员根据零件图制定工艺规程，检验人员按照零 - 30 -