机械设计第九版课后习题答案（参考）.doc

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第三章机械零件的强度p45

习题答案

3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限，取循环基数，，试求循环次数N分别为7000、25000、620000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。

[解]

3-2已知材料的力学性能为，，，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。

[解]

得，即

根据点，，按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示

3-4圆轴轴肩处的尺寸为：

D=72mm，d=62mm，r=3mm。

如用题3-2中的材料，设其强度极限σB=420MPa，精车，弯曲，βq=1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。

[解]因，，查附表3-2，插值得，查附图3-1得，将所查值代入公式，即

查附图3-2，得；按精车加工工艺，查附图3-4，得，已知，则

根据按比例绘出该零件的极限应力线图如下图

3-5如题3-4中危险截面上的平均应力，应力幅，试分别按①②，求出该截面的计算安全系数。

[解]由题3-4可知

（1）

工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的循环特性不变公式，其计算安全系数

（2）

工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的平均应力不变公式，其计算安全系数

第五章螺纹连接和螺旋传动习题答案

5-1分析比较普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，各举一例说明它们的应用

螺纹类型

特点

应用

普通螺纹

牙形为等力三角形，牙型角60o，内外螺纹旋合后留有径向间隙，外螺纹牙根允许有较大的圆角，以减少应力留集中。

同一公称直径按螺距大小，分为粗牙和细牙。

细牙螺纹升角小，自锁性较好，搞剪强度高，但因牙细在耐磨，容易滑扣

一般联接多用粗牙螺纹，细牙螺纹常用于细小零件、薄壁管件或受冲击、振动和变载荷的连接中，也可作为微调机构的调整螺纹用

管螺纹

牙型为等腰三角形，牙型角55o，内外螺纹旋合后无径向间隙，牙顶有较大的圆角

管联接用细牙普通螺纹

薄壁管件

非螺纹密封的55o圆柱管螺纹

管接关、旋塞、阀门及其他附件

用螺纹密封的55o圆锥管螺纹

管子、管接关、旋塞、阀门及其他螺纹连接的附件

米制锥螺纹

气体或液体管路系统依靠螺纹密封的联接螺纹

梯形螺纹

牙型为等腰梯形，牙侧角3o，内外螺纹以锥面巾紧不易松动，工艺较好，牙根强度高，对中性好

最常用的传动螺纹

锯齿形螺纹

牙型不为等腰梯形，工作面的牙侧角3o，非工作面的牙侧角30o。

外螺纹牙根有较大的圆角，以减少应力集中。

内外螺纹旋合后，大径处无间隙，便于对中。

兼有矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙根旨度高的特点

只能用于单向受力的螺纹联接或螺旋传动，如螺旋压力机

5-2将承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆部分做得细些有什么好处？

答：

可以减小螺栓的刚度，从而提高螺栓联接的强度。

5-3分析活塞式空气压缩气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力，最小应力如何得出？

当气缸内的最高压 力提高时，它的最大应力，最小应力将如何变化？

解：

最大应力出现在压缩到最小体积时，最小应力出现在膨胀到最大体积时。

当汽缸内的最高压力提高时，它的最大应力增大，最小应力不变。

5-4图5-49所示的底板螺栓组联接受外力FΣ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？

堡证联接安全工作的必要条件有哪些？

5-5图5-49是由两块边板和一块承重板焊接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？

Q215，若用M6×40铰孔用螺栓连接，已知螺栓机械性能等级为8.8，校核螺栓连接强度。

[解]采用铰制孔用螺栓连接为宜

因为托架所受的载荷有较大变动，铰制孔用螺栓连接能精确固定被连接件的相对位置，并能承受横向载荷，增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移，而普通螺栓连接靠结合面产生的摩擦力矩来抵抗转矩，连接不牢靠。

（1）确定M6×40的许用切应力[]

由螺栓材料Q215，性能等级8.8，查表5-8，可知，查表5-10，可知

（2）螺栓组受到剪力F和力矩（），设剪力F分在各个螺栓上的力为，转矩T分在各个螺栓上的分力为，各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离为r,即

由图可知，螺栓最大受力

故M6×40的剪切强度不满足要求，不可靠。

5-6已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相连接。

托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为250mm、大小为60kN的载荷作用。

现有如图5-50所示的两种螺栓布置形式，设采用铰制孔用螺栓连接，试问哪一种布置形式所用的螺栓直径最小？

为什么？

[解]螺栓组受到剪力F和转矩，设剪力F分在各个螺栓上的力为，转矩T分在各个螺栓上的分力为

（a）中各螺栓轴线到螺栓组中心的距离为r，即r=125mm

由（a）图可知，最左的螺栓受力最大

（b）方案中

由（b）图可知，螺栓受力最大为

5-7图5-52所示为一拉杆螺纹联接。

已知拉丁所受的载荷F=56KN,载荷稳定，拉丁材料为Q235钢，试设计此联接。

5-8两块金属板用两个M12的普通螺栓联接。

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，求此联接所能传递的横向载荷。

5-9受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。

已知螺栓预紧力Fo=15000N,当受轴向工作载荷F＝10000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。

5-10图5-24所示为一汽缸盖螺栓组联接。

已知汽缸内的工作压力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.试设计此联接。

5-11设计简单千斤顶（参见图5-41）的螺杆和螺母的主要尺寸。

起重量为40000N，起重高度为200mm,材料自选。

（1）选作材料。

螺栓材料等选用45号钢。

螺母材料选用ZCuA19Mn2,查表确定需用压强[P]=15MPa.

（2）确定螺纹牙型。

梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好，本题采用梯形螺纹。

（3）按耐磨性计算初选螺纹的中径。

因选用梯形螺纹且螺母兼作支承，故取，根据教材式（5-45）得

按螺杆抗压强度初选螺纹的内径。

根据第四强度理论，其强度条件为

但对中小尺寸的螺杆，可认为，所以上式可简化为

式中，A为螺杆螺纹段的危险截面面积，;S为螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋，S=3.5-5.0;对于传导螺旋，S=2.5-4.0;对于精密螺杆或水平螺杆，S>4.本题取值为5.故

（5）综合考虑，确定螺杆直径。

比较耐磨性计算和抗压强度计算的结果，可知本题螺杆直径的选定应以抗压强度计算的结果为准，按国家标准GB/T5796-1986选定螺杆尺寸参数：

螺纹外径d=44mm,螺纹内径d1=36mm,螺纹中径d2=40.5mm,螺纹线数n=1,螺距P=7mm.

（6）校核螺旋的自锁能力。

对传力螺旋传动来说，一般应确保自锁性要求，以避免事故。

本题螺杆的材料为钢，螺母的材料为青铜，钢对青铜的摩擦系数f=0.09（查《机械设计手册》）。

因梯形螺纹牙型角,所以

因,可以满足自锁要求。

注意：

若自锁性不足，可增大螺杆直径或减沾上螺距进行调整。

（7）计算螺母高度H.因选所以H=,取为102mm.螺纹圈数计算：

z=H/P=14.5

螺纹圈数最好不要超过10圈，因此宜作调整。

一般手段是在不影响自锁性要求的前提下，可适当增大螺距P,而本题螺杆直径的选定以抗压强度计算的结果为准，耐磨性已相当富裕，所以可适当减低螺母高度。

现取螺母高度H=70mm,则螺纹圈数z=10,满足要求。

（8）螺纹牙的强度计算。

由于螺杆材料强度一般远大于螺母材料强度，因此只需校核螺母螺纹的牙根强度。

根据教材表5-13，对于青铜螺母,这里取30MPa,由教材式（5-50）得螺纹牙危险截面的剪切应力为

满足要求

螺母螺纹根部一般不会弯曲折断，通常可以不进行弯曲强度校核。

（9）螺杆的稳定性计算。

当轴向压力大于某一临界值时，螺杆会发生侧向弯曲，丧失稳定性。

好图所示，取B=70mm.则螺杆的工作长度

l=L+B+H/2=305mm

螺杆危险面的惯性半径i=d1/4=9mm

螺杆的长度：

按一端自由，一段固定考虑，取

螺杆的柔度：

因此本题螺杆,为中柔度压杆。

棋失稳时的临界载荷按欧拉公式计算得

所以满足稳定性要求。

第六章键、花键、无键连接和销连接p115

习题答案

6-1

6-2

6-3在一直径的轴端，安装一钢制直齿圆柱齿轮（如下图），轮毂宽度，工作时有轻微冲击。

试确定平键的尺寸，并计算其允许传递的最大扭矩。

[解]根据轴径，查表得所用键的剖面尺寸为，

根据轮毂长度

取键的公称长度

键的标记键

键的工作长度为

键与轮毂键槽接触高度为

根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，取许用挤压应力

根据普通平键连接的强度条件公式

变形求得键连接传递的最大转矩为

6-4

6-5

6-6

第八章带传动p164

习题答案

8-1V带传动的，带与带轮的当量摩擦系数，包角，初拉力。

试问：

（1）该传动所能传递的最大有效拉力为多少？

（2）若，其传递的最大转矩为多少？

（3）若传动效率为0.95，弹性滑动忽略不计，从动轮输出效率为多少？

[解]

8-2V带传动传递效率，带速，紧边拉力是松边拉力的两倍，即，试求紧边拉力、有效拉力和初拉力。

[解]

8-3

8-4有一带式输送装置，其异步电动机与齿轮减速器之间用普通V带传动，电动机功率P=7kW，转速，减速器输入轴的转速，允许误差为，运输装置工作时有轻度冲击，两班制工作，试设计此带传动。

[解]

（1）确定计算功率

由表8-7查得工作情况系数，故

（2）选择V带的带型

根据、，由图8-11选用B型。

（3）确定带轮的基准直径，并验算带速

①由表8-6和8-8，取主动轮的基准直径

②验算带速

③计算从动轮的基准直径

（4）确定V带的中心距和基准长度

①由式，初定中心距。

②计算带所需的基准长度

由表8-2选带的基准长度

③实际中心距

中心距的变化范围为。

（5）验算小带轮上的包角

故包角合适。

（6）计算带的根数