机械设计作业题Word文档格式.docx

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（3）

在极限应力线图中标出点和的位置。

所以

∴

3-20一零件由45钢制成，材料的力学性能为：

，，材料常数。

已知零件上的最大工作应力为，最小工作应力为，应力变化规律为，弯曲疲劳极限的综合影响系数，试画出零件的极限应力线图，在图上找出零件的工作应力点和极限应力点，并用图解法确定该零件的计算安全系数。

，∵，∴

零件极限应力线图上的特殊点A（0，）、、D（，0）为A（0，150）、C（250，125）、D（360，0），据此作出零件的极限应力线图

在图上找出零件的工作应力点和极限应力点，

由图中量得，

5-25铰制孔用螺栓组连接的三种方案如图所示。

已知L=300mm，a=60mm，试求螺栓连接的三个方案中，受力最大的螺栓所受的力各为多少？

哪个方案最好？

三个方案中都是把工作载荷F移动至螺栓组连接的形心上，这样将工作载荷转变为过形心的横向载荷F和绕形心的转矩T。

在横向力F作用下，单个螺栓所受力为。

在转矩T作用下，单个螺栓所受力大小与三个方案螺栓布置方式有关。

因此单个螺栓所受总载荷与各自的布置方式有关，现分别讨论。

方案1：

在转矩T作用下，1、3螺栓（2螺栓不受转矩影响）所受力大小：

3螺栓受力最大，为

方案2：

1、3螺栓受力相同为

方案3：

在转矩T作用下，单个螺栓所受力大小：

2螺栓受力最大，为

对3个方案进行比较，发现，，，很明显，方案3较好。

考虑：

如果换成普通螺栓，结果会怎样？

5-4如题5-4所示的底板螺栓组连接受外力的作用。

外力作用在包含x轴并垂直于底板接合面的平面内。

试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大？

保证连接安全工作的必要条件有哪些？

题5-4

1.联接的受力分析：

根据力的平移定理，将平移至结合面中心，作用于接合面的载荷为：

轴向力（使接合面分离）

横向力（使接合面滑移）

倾覆力矩（使接合面绕轴旋转）

2.螺栓的受力分析:

每个螺栓拧紧后都受有预紧力的作用。

在载荷作用后，每个螺栓都受到轴向力的作用；

同时横向力则由接合面间产生的摩擦力来平衡,为残余预紧力。

假设倾覆力矩沿顺时针方向，在的作用下，轴左侧螺栓被进一步拉伸，轴右侧螺栓被放松，并且距离轴越远影响越大，因此可以判断轴左侧行的螺栓受力最大，应对它进行强度计算。

3.保证联接安全工作的必要条件有：

（1）接合面右端的最大挤压应力不超过许用值，以避免接合面压碎；

（2）为避免接合面产生缝隙，接合面左端的最小挤压应力应大于零；

（3）在横向载荷的作用下，接合面不能产生相对滑动；

（4）螺栓所需的预紧力应小于屈服极限的限定值。

拓展知识：

若，，，，，，支架及底板的材料为，，，，，，，螺栓性能等级为4.8级，试选择螺栓。

解:

1．螺栓组承受的轴向力

螺栓组承受的横向力

螺栓组承受的倾覆力矩

。

2．在轴向力的作用下，各螺栓所受的工作拉力为

在倾覆力矩的作用下，左边两个螺栓受加载作用，而右边两个螺栓受减载作用，故左边两个螺栓受力较大，按式（5-31）确定其载荷

故左边两个螺栓所受的轴向工作载荷为

在横向力的作用下，底板接合面可能产生滑移。

注意，底板接合面的摩擦力是由接合面的残余预紧力产生的。

根据底板接合面不滑移的条件

各螺栓所需的预紧力为

左边每个螺栓所受的总拉力按式（5-18）求得为

3．螺栓材料的屈服极限为，装配时不控制预紧力，安全系数，故螺栓材料的许用应力为。

根据式（5-20）求得螺栓小径为

选用M20普通粗牙螺纹（CB196-81），其小径。

4．校核螺栓组联接接合面的工作能力

1）接合面右端的最大挤压应力不超过许用值，以避免接合面压碎

2）联接接合面左端应保持一定的预紧力，以避免接合面产生缝隙，即接合面左端的最小挤压应力应不小于零，

3）校核螺栓所需的预紧力是否合适

应满足

取预紧力的下限

要求的预紧力小于上值。

校核通过。

5-5题5-5中是由两块边板和一块承重板焊成的龙门起重机导轨托架。

两块边板各用4个螺栓与立柱相连接。

托架所承受的最大载荷为20KN，载荷有较大的变动。

试问：

此螺栓连接采用普通螺栓连接还是铰制孔用螺栓连接为宜？

为什么？

题5-5

这是受横向载荷和转矩的螺栓组联接。

如果采用普通螺栓联接，螺栓受到的总拉力较大，螺栓的直径较大。

如果采用铰制孔用螺栓联接，螺栓受到的横向力（剪力）较小，螺栓的直径较小。

因此，此螺栓组联接宜采用铰制孔用螺栓联接。

若螺栓性能等级4.8级，螺栓材料取45钢，，则采用普通螺栓联接和采用铰制孔用螺栓联接的计算结果如下。

1．分析受力最大的螺栓及其所受的力

将托架的载荷向每一边接合面的形心点简化，则得

横向载荷

转矩

在横向载荷的作用下，各螺栓受的横向载荷大小相等，方向同，即

在转矩的作用下，因各螺栓的中心到形心点的距离相等，各螺栓受的横向载荷大小也相等，方向各垂直于螺栓中心与形心点的连线。

螺栓中心到形心点的距离为

故

各螺栓受的横向载荷和的方向如图所示。

由图中知，螺栓1、2所受两力夹角最小，故螺栓1、2受力最大。

所受总的横向力为

2．按普通螺栓联接计算螺栓的小径

螺栓的屈服极限,装配时控制预紧力，按式（5-39）和表5-10

按式（5-39）

按式（5-14）

3．按铰制孔用螺栓联接计算螺栓受剪面的直径

因未知被联接件的厚度，只按剪切强度计算。

按式（5-39）和表5-10

按式（5-22）

5-8两块金属板用2个M12的普通螺栓连接，若接合面的摩擦系数f=0.3，螺栓预紧力控制在其屈服极限的70%。

螺栓用性能等级为4.8的中碳钢制造，求此连接所能传递的横向载荷。

∵螺栓性能等级为4.8级

∴其屈服极限为，螺栓材料取45钢。

普通粗牙螺纹的小径。

由式（5-24）

5-10题5-10所示为一气缸盖螺栓组连接。

已知气缸内的工作压力P=0～1MPa，缸盖与缸体均为钢制，直径D1=350mm，D2=250mm，上、下凸缘厚均为25mm，试设计此连接。

取连接的许用应力幅，螺栓相对刚度系数为0.85。

题5-10

（1）确定单个螺栓的总拉力

取螺栓个数

∵压力容器∴

（2）根据静强度进行设计

螺栓性能等级4.8级,取螺栓材料45钢，，装配时控制预紧力，按式（5-39）和表5-10

（3）根据许用应力幅进行设计

螺栓应力幅：

由已知条件可知，所以又有

取两个中较大值，所以有螺栓直径。

用普通粗牙螺纹，其小径

螺栓间距。

螺栓长度的确定

①②③④

①凸缘厚度

②螺母厚度，

③垫圈厚度，

④螺纹预留长度，

因此选用螺栓型号为。

8-1解：

，

∴，。

8-2解：

∵，；

∴，

8-4解：

1．确定计算功率

查表8-6，，∴

2．选取V带带型

由图8-9，选取B型V带

3．确定带轮基准直径

；

查表8-3，取，∴

查表8-7，取

从动轮转速

从动轮转速误差

带速

4．确定V带基准长度和传动中心距

根据，初取

由表8-2，V带基准长度取为

由式（8-21）计算传动中心距

5．计算主动轮包角

6．计算V带根数

查表8-5a、b得，，；

查表8-8、表8-2得，，；

由式（8-22）得，

∴V带根数。

7．计算预紧力

查表8-4，B型V带，由式（8-23）得

8．计算压轴力

10-1解：

强度计算：

应力≤许用应力

和越接近，强度越低，越远离，强度越高。

上课讲例题10-1、2：

今有两对标准直齿圆柱齿轮，传递功率相同，其齿轮材料热处理方法、精度等级和齿宽均对应相等，已知齿轮的模数和齿数分别为：

第一对m=4mm，Z1=20，Z2=40；

第二对m=2mm，Z1=40，Z2=80。

在同样工况条件下工作时，求两对齿轮弯曲应力的比值σF/σF`和接触应力的比值σH/σH`，比较两对齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。

提示：

（1）弯曲应力比和弯曲疲劳强度

由表10-5查得：

Z=20，YFa=2.80，Ysa=1.55。

Z=40，YFa=2.40,Ysa=1.67。

Z=80，YFa=2.22,Ysa=1.77。

计算各齿轮的弯曲应力

第一对齿轮：

第二对齿轮：

，

两对齿轮的应力比

，。

第二对齿轮比第一对齿轮的弯曲应力大，因为许用弯曲应力相等，则第二对齿轮的弯曲疲劳强度低。

（2）接触应力比和接触疲劳强度

，，

补充1：

一对标准直齿圆柱齿轮传动参数见表，试问：

1）比较哪个齿轮容易疲劳点蚀，哪个齿轮易弯曲疲劳折断？

2）齿宽系数等于多少？

3）若载荷系数K=1.3，按齿根弯曲疲劳强度计算，齿轮允许传递的最大转矩等于多少？

齿轮

模数/mm

齿数

齿宽/mm

1

3

17

60

2.97

1.52

390

500

2

45

55

2.35

1.68

370

470

1），，2齿轮容易疲劳点蚀。

→。

1齿轮易弯曲疲劳折断。

2）齿宽系数

3）传递的最大转矩应由齿轮1的弯曲疲劳强度决定，

补充2：

一对标准直齿圆柱齿轮，模数m=5mm，大小齿轮的齿数z2=60，z1=25，查得大小齿轮的应力校正系数YSa2=1.76，YSa1=1.58，大小齿轮的齿形系数YFa2=2.32，YFa2=2.72，而大小齿轮的许用弯曲应力=300Mpa，=320Mpa，并且算得大齿轮的齿根弯曲应力=280Mpa，试问：

1）哪个齿轮的弯曲疲劳强度高？

2）两个齿轮的弯曲疲劳强度是否足够？

1）

小齿轮的弯曲疲劳强度高。

2），。

两个齿轮的弯曲疲劳强度足够。

补充3：

某闭式标准直齿圆柱齿轮传动，已知模数m=5mm，齿宽系数=0.8，齿宽b1=90mm，b2=80mm，=46，=51，K=1.5。

试求：

1）该齿轮能传递的最大转矩T1（N·

mm）

2）现有一对模数m=5.5mm的半成品齿轮，齿数、材料、硬度和载荷系数均与上述条件一致，为保证与上述齿轮具有相同的弯曲疲劳强度，这对齿轮的齿宽应如何确定?

1），<

，1轮的弯曲强度低，按1轮的弯曲强度来计算该对齿轮所能传递的最大转矩。

2），，

已知齿数、材质不变，则不变，载荷系数也不变，仍取1.5

所以，取齿廓。

作业题

13-1答：

N307/P4、6207、30207的内径为35mm，51301的内径为12mm。

N307/P4公差等级最高