机械零件部分课后习题答案Word下载.docx

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点、线接触时应按表面接触强度进行计算；

面接触应按挤压强度计算。

12.问：

零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将如何变化

降低。

13.问：

两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力是否相同

两零件的接触应力始终相同（与材料和几何尺寸无关）。

第10章螺纹联接

常用螺纹的类型主要有哪些？

　　答：

普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹。

2.问：

哪些螺纹主要用于联接哪些螺纹主要用于传动？

普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹主要用于联接。

梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹主要用于传动。

3.问：

螺纹联接的基本类型有哪些？

螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接、紧定螺钉联接。

其它还有地脚螺栓联接、吊环螺钉联接和T型槽螺栓联接等。

4.问：

螺纹联接预紧的目的是什么？

预紧的目的在于增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对滑移。

5.问：

螺纹联接防松的方法按工作原理可分为哪几种？

摩擦防松、机械防松（正接锁住）和铆冲防松（破坏螺纹副关系）等。

6.问：

受拉螺栓的主要破坏形式是什么？

静载荷下受拉螺栓的损坏多为螺纹部分的塑性变形和断裂。

变载荷下多为栓杆部分的疲劳断裂。

7.问：

受剪螺栓的主要破坏形式是什么？

螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断。

为了提高螺栓的疲劳强度，在螺栓的最大应力一定时，可采取哪些措施来降低应力幅并举出三个结构例子。

可采取减小螺栓刚度或增大被联接件刚度的方法来降低应力幅。

1）适当增加螺栓的长度；

2）采用减小螺栓杆直径的腰状杆螺栓或空心螺栓；

3）在螺母下面安装弹性元件。

螺纹联接设计时均已满足自锁条件，为什么设计时还必须采取有效的防松措施？

在静载荷及工作温度变化不大时，联接一般不会自动松脱。

但在冲击、振动、载荷变化、温度变化较大或高温下均造成联接间摩擦力减小或瞬时消失或应力松驰而发生联接松脱。

横向载荷作用下的普通螺栓联接与铰制孔用螺栓联接两者承受横向载荷的机理有何不同当横向载荷相同时，两种

前者靠预紧力作用，在接合面间产生的摩擦力来承受横向力；

后者靠螺栓和被联接件的剪切和挤压来承载。

前者由于靠摩擦传力，所需的预紧力很大，为横向载荷的很多倍，螺栓直径也较大。

承受预紧力Qp和工作拉力F的紧螺栓联接，螺栓所受的总拉力Q是否等于Qp+F为什么？

不等于。

因为当承受工作拉力F后，该联接中的预紧力Qp减为剩余预紧力

，故Q=

+F

对于紧螺栓联接，其螺栓的拉伸强度条件式中的系数的含义是什么？

系数是考虑到紧联接时螺栓在总拉力F2的作用下可能补充拧紧，故将总拉力增加30%以考虑此时扭转切应力的影响。

选择题

1、采用普通螺栓联接的凸缘联轴器，在传递转矩时，＿＿。

　　A、螺栓的横截面受剪切　　B、螺栓与螺栓孔配合面受挤压

　　C、螺栓同时受剪切与挤压　D、螺栓受拉伸与扭转作用

2、当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁

性能＿＿。

　　A、好　　B、差　　C、相同　　D、不一定

3、用于联接的螺纹牙型为三角形，这是因为三角形螺纹＿＿。

　　A牙根强度高，自锁性能好　　B、传动效率高

　　C、防振性能好　　　　　　　　D、自锁性能差

4、若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的＿＿。

　　A、螺距和牙型角　　B、升角和头数　C、导程和牙形斜角　D、螺距和升角

5、对于联接用螺纹，主要要求联接可靠，自锁性能好，故常选用＿＿。

　　A、升角小，单线三角形螺纹　　B、升角大，双线三角形螺纹

　　C、开角小，单线梯形螺纹　　　D、升角大，双线矩形螺纹

6、用于薄壁零件联接的螺纹，应采用＿＿。

　　A、三角形细牙螺纹　　B、梯形螺纹　　C、锯齿形螺纹　D、多线的三角形粗牙螺纹

7、当铰制孔用螺栓组联接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓＿＿。

　　A、必受剪切力作用　　B、必受拉力作用

　　C、同时受到剪切与拉伸　　D、既可能受剪切，也可能受挤压作用

8、计算紧螺栓联接的拉伸强度时，考虑到拉伸与扭转的复合作用，应将拉伸载荷增加

到原来的＿＿倍。

　　A、　　B、l.3　　C、　　D、

9、在螺栓联接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是＿＿。

　　A、提高强度　　B、提高刚度　　C、防松　　D、减小每圈螺纹牙上的受力

10、在同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同，这是为了＿＿。

　　A、提高强度　B、提高刚度　C、外形美观　D、降低成本

11、紧螺栓联接在按拉伸强度计算时，应将拉伸载荷增加到原来的倍，这是考虑＿＿。

　　A、螺纹的应力集中　B、扭转切应力作用　C、安全因素　D、载荷变化与冲击

12、预紧力为F'

的单个紧螺栓联接，受到轴向工作载荷F作用后，螺栓受到的总拉力F0＿＿F'

+F。

　　A、大于　　B、等于　　C、小于　　D、大于或等于

13、在螺栓联接设计中，若被联接件为铸件，则有时在螺栓孔处制做沉头座孔或凸台，其目的是＿＿。

　　A、避免螺栓受附加弯曲应力作用　　B、便于安装

　　C、为安置防松装置　　　　　　　　D、为避免螺栓受拉力过大

14、若要提高轴向变载荷作用的紧螺栓的疲劳强度，则可：

。

　　A、在被联接件间加橡胶垫片　　　　B、增大螺栓长度

　　C、采用精制螺栓　　　　　　　　　D、加防松装置

答案：

D、A、A、B、A、A、D、B、C、B、B、C、A、B

分析计算题

1．如图所示为某受轴向工作载荷的紧螺栓联接的载荷变形图：

（1）当工作载荷为2000N时，求螺栓所受总拉力及被联接件间剩余预紧力。

（2）若被联接件间不出现缝隙，最大工作载荷是多少

题1：

解题过程

，

＝4732N

2.图示用普通螺栓联接机座承受旋转力矩T=400Nm，轴向力FQ=104N,螺栓布置如图示，已知a=200mm，b=80mm，c=20mm，L1=300mm，L2=150mm，接合面摩擦系数f=，防滑系数Ks=，螺栓相对刚度Cb/（Cb+Cm）=，螺栓许用拉应力[σ]=120Mpa，接合面许用挤压应力[σp]=90Mpa。

试求联接螺栓组小径必须的最小直径d1。

题2：

1、由

作用下，各螺栓所受的工作拉力

2、由

是残余预紧力

螺栓工作时，

≥

3、由

，则预紧力

满足。

3.图示支架用4个普通螺栓联接在立柱上，已知载荷P=12400N，联接的尺寸参数如图示，接合面摩擦系数f=，螺栓材料的屈服极限σs=270N/mm2，安全系数S=，螺栓的相对刚度

，防滑系数Ks=。

试求所需螺栓小径d1。

题3：

在力P的作用下

（1）螺栓组联接承受的倾覆力矩（顺时针方向）

（2）在倾覆力矩M的作用下，左边两螺栓受力较大，所以载荷

（3）在横向载荷P作用下，支架与立柱接合面可能产生滑移，根据不滑移条件

可得：

（4）左边螺栓所受的总拉力

（5）螺栓的许用应力

（6）螺栓危险截面的直径（螺纹小径d1）

（7）为避免右半部分被压溃，应校核接合面右部的压强。

4.如图所示，一支架用四个螺栓固定于铅垂的墙上，螺栓为上、下两个。

螺栓距轴线O－O的距离为200mm、，载荷P＝20000N，铅垂向下。

离墙壁距离为400mm，为使支架在P作用下不相对滑动，也不产生分离．求受轴向载荷最大螺栓上所受的总拉力。

设：

（1）支架底与墙之间的摩擦系数f=；

（2）取可靠系数Ks＝1．2；

（3）受轴向载荷最大的螺栓在外载荷作用下应保持的剩余预紧力

；

（4）相对刚度系数

。

题4：

（1）螺栓所受的工作载荷

在P作用下，螺栓受到横向载荷P和倾覆载荷M的作用

M=P×

＝20000×

＝8000N

（2）在M作用下，螺栓所受的最大载荷

（3）保证支架不产生滑移所需的预紧力Qp，

（4）按需保持0.4F的剩余预紧力来确定Qp，

Qp=1.1F=11000N

（5）螺栓所受的总拉力Q

5.一厚度δ＝12mm的钢板用4个螺栓固连在厚度δ1=30mm的铸铁支架上，螺栓的布置有（a）、（b）两种方案，如例图所示。

已知：

螺栓材料为Q235，[σ]＝95MPa、[τ]＝96MPa、钢板[σ]p=320Mpa、铸铁[σ]p1=180MPa，接合面间摩擦系数f=，可靠性系数Ks=，载荷F∑＝12000N，尺寸l=400mm，a=100mm。

（1）试比较哪种螺栓布置方案合理

（2）按照螺栓布置合理方案，分别确定采用普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接时的螺栓直径。

题5：

1.螺栓组联接受力分析

（1）将载荷简化

将载荷F∑向螺栓组联接的接合面形心O点简化，得一横向载荷F∑＝＝12000N和一旋转力矩T=F∑l=12000N×

400mm=×

106（图解一）

（2）确定各螺栓所受的横向载荷

在横向载荷F∑作用下，各个螺栓所受的横向载荷Fs1大小相同，与F∑同向。

而在旋转力矩T作用下，由于各个螺栓中心至形心O点距离相等，所以各个螺栓所受的横向载荷Fs2大小也相同，但方向各垂直螺栓中心与形心O的联线（图解二）。

对于方案（a），个螺栓中心至形心O点的距离为

所以：

由图解二（a）可知，螺栓1和2所受两力的夹角最小，故螺栓1和2所受横向载荷最大，即

对于方案（b），各螺栓中心至形心O点的距离为

所以

由图解二b可知，螺栓1所手横向载荷最大，即

（3）两种方案比较

由于

，因此方案（a）比较合理4

2.按螺栓布置方案（a）确定螺栓直径

（1）采用铰制孔用螺栓联接

1）因为铰制孔用螺栓联接是靠螺栓光杆受剪切和光杆配合面间受挤压来传递横向载荷，因此按剪切强度设计螺栓光杆部分的直径ds:

查GB27-88，取M12×

60（ds=13mm>

11.98mm）

2）校核配合面的挤压强度；

按图解三所示的配合面尺寸，有：

螺栓光杆与钢板孔间

螺栓光杆与铸铁支架孔间

故配合面挤压强度足够。

（2）采用普通螺栓联接

因为普通螺栓联接，是靠预紧螺栓在被联接件的结合面间产生的摩擦力来传递横向载荷，因此首先要求出螺栓所需的预紧力Qp。

由

，得

根据强度条件式可得螺栓小径d1，即

查GB196-81，取M45（d1=40.129mm>

38.84mm）

6.铸铁托架紧固在钢立柱上，托架材料为铸铁，螺栓强度级别为。

载荷Fw=6400N,托架与立柱间摩擦系数f=，尺寸如图所示，设计此螺栓联接。

题6：

1.螺栓组结构设计螺栓采用对称布置，取Z＝4；

因螺栓组受翻转力矩作用，螺栓布置尽量远离对称轴，根据底板尺寸，间距如图取340mm×

140mm。

2.螺栓组受力分析、失效分析

将载荷向中心简化，可得螺栓组受横向载荷Fw和翻转力矩M，翻转力矩M为

根据载荷的情况，此螺栓组有可能产生以下失效：

（1）上端受力最大的螺栓被拉断；

（2）在力矩M作用下接合面上端可能分离，下端托架或立柱可能被压坏；

（3）在横向载荷Fw的作用下，托架会产生滑移。

3.螺栓组工作能力计算

（1）确定预紧力

为保证托架不滑移取Ks=,则

（a）

由接合面不分离应满足

接合面面积

接合面抗弯截面系数

则：

（b）

由式（a）、（b）取Qp=12800N，可保证托架不会滑移，接合面上端不分离。

（2）确定螺栓直径

在M作用下上端螺栓所受的工作载荷为

查P107，

，则螺栓总拉力为

螺栓强度等级级，材料Q235，查表并计算得（控制预紧力）

则螺栓小径

由国家标准GB/196-1981查表，选取四个M16（d1=13.835mm）的螺栓。

（3）校核托架下端不压溃

由表，托架底座选铸铁HT200，

钢立柱选Q235，

，满足强度条件，不会压溃。

7.图中所示为一固定在钢制立柱上的铸铁托架，已知总载荷F∑＝4800N，其作用线与垂直线的夹角α＝50°

，底板高h=340mm，宽b=150mm，试设计此螺栓组联接。

题7：

1.螺栓组结构设计

采用如图所示的结构，螺栓数z=4，对称布置。

2.螺栓受力分析

1）在总载荷

的作用下，螺栓组联接承受以下各力和倾覆力矩的作用：

轴向力（

的水平分力

，作用于螺栓组中心，水平向右）

横向力（

的垂直分力

，作用于接合面，垂直向下）

倾覆力矩（顺时针方向）

2）在轴向力

的作用下，各螺栓所受的工作拉力为

3）在倾覆力矩M的作用下，上面两螺栓受到加载作用，而下面两螺栓受到减载作用，故上面的螺栓受力较大，所受的载荷

故上面的螺栓所受的轴向工作载荷为

4）在横向载荷

的作用下，底板联接接合面可能产生滑移，根据底板接合面不滑移的条件

（a）

（b）

联立两式可得：

Qp=6520N

5）上面每个螺栓所受的总拉力F2

3.确定螺栓直径

选择螺栓材料为Q235、性能等级为的螺栓，则σs=240MPa，查得安全系数S=，故螺栓材料的许用应力

求得螺栓危险截面的小径d1，

按粗牙普通螺纹标准，选用螺纹公称直径d=12mm（螺纹小径d1=10.106mm>

8.6mm）。

4.校核螺栓组联接接合面的工作能力

1）联接接合面下端的挤压应力不超过许用值，以防止接合面压碎

2）联接接合面上端应保持一定的残余预紧力，以防止托架受力时接合面间产生间隙，即

，由

故接合面上端受压最小处不会产生间隙。

5.校核螺栓所需的预紧力是否合适

对于碳素钢螺栓，要求

由计算比较，满足要求。

根处

第11章齿轮传动

常见的齿轮传动失效有哪些形式？

齿轮的常见失效为：

轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变形等。

在不改变材料和尺寸的情况下，如何提高轮齿的抗折断能力？

可采取如下措施：

1）减小齿根应力集中;

2）增大轴及支承刚度;

3）采用适当的热处理方法提高齿芯的韧性;

4）对齿根表层进行强化处理。

为什么齿面点蚀一般首先发生在靠近节线的齿根面上？

　　答:

齿轮在啮合过程中，因轮齿在啮合的齿对数少，接触应力大，且在节点处齿廓相对滑动速度小，油膜不易形成，摩擦力大，故点蚀首先出先在节线附近的齿根表面上，然后向其他部位扩展。

在开式齿轮传动中，为什么一般不出现点蚀破坏？

开式齿轮传动，由于齿面磨损较快，很少出现点蚀。

如何提高齿面抗点蚀的能力？

1）提高齿面硬度和降低表面粗糙度;

2）在许用范围内采用大的变位系数和,以增大综合曲率半径;

3）采用粘度高的润滑油;

4）减小动载荷。

什么情况下工作的齿轮易出现胶合破坏如何提高齿面抗胶合能力？

高速重载或低速重载的齿轮传动易发生胶合失效。

措施为：

1）采用角度变位以降低啮合开始和终了时的滑动系数;

2）减小模数和齿高以降低滑动速度;

3）采用极压润滑油;

4）采用抗校核性能好的齿轮副材料;

5）使大小齿轮保持硬度差;

6）提高齿面硬度降低表面粗糙度。

闭式齿轮传动与开式齿轮传动的失效形式和设计准则有何不同？

闭式齿轮传动：

主要失效形式为齿面点蚀、轮齿折断和胶合。

目前一般只进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算。

开式齿轮传动：

主要失效形式为轮齿折断和齿面磨损，磨损尚无完善的计算方法，故目前只进行弯曲疲劳强度计算，用适当增大模数的办法考虑磨损的影响。

硬齿面与软齿面如何划分其热处理方式有何不同？

软齿面：

HB≤350，硬齿面：

HB>

350。

软齿面热处理一般为调质（小齿轮）或正火（大齿轮），而硬齿面则是正火或调质后切齿，再经表面硬化处理。

在进行齿轮强度计算时，为什么要引入载荷系数K？

是为了考虑齿轮传动在工作中实际承受的载荷大小。

其中使用系数是考虑到受到原动机和工作机运转不平稳等外部因素的影响；

动载荷系数是考虑齿轮啮合本身啮合振动产生的内部附加动载荷影响的系数；

齿间载荷分配系数用以考虑同时啮合的各对轮齿间载荷分配不均匀的影响；

齿向载荷分布系数是由于齿轮、轴、轴承和箱体的变形及制造误差等因素的影响，使得作用在齿面上的载荷沿接触线呈不均匀分布，因此用齿向载荷分布不均匀系数表征其影响。

齿面接触疲劳强度计算公式是如何建立的为什么选择节点作为齿面接触应力的计算点？

齿面接触疲劳强度公式是按照两圆柱体接触的赫兹公式建立的；

因齿面接触疲劳首先发生在节点附近的齿根部分，所以应控制节点处接触应力。

一对圆柱齿轮传动，大齿轮和小齿轮的接触应力是否相等如大、小齿轮的材料及热处理情况相同，则其许用接触应力是否相等

一对齿轮传动，其大小齿轮的接触应力一定相等。

两齿轮材料和热处理相同时，其许用应力不一定相等。

因为许用应力还与寿命系数有关，大小齿轮的应力循环次数不等，故许用应力不一定相等。

配对齿轮的齿面有较大的硬度差时，对较软齿面会产生什么影响？

当小齿轮与大齿轮有较大的硬度差，且速度又较高时，较硬的齿面对较软的齿面会起较显着的冷作硬化效应，从而提高其疲劳极限。

在直齿轮和斜齿轮传动中，为什么常将小齿轮设计得比大齿轮宽一些？

其目的是防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合宽度减小而增大轮齿的工作载荷。

14.问：

齿轮传动的常用润滑方式有哪些润滑方式的选择主要取决于什么因素？

齿轮的常用润滑方式有：

人工定期加油、浸油润滑和喷油润滑。

润滑方式的选择主要取决于齿轮圆周速度的大小。

15.问：

齿形系数与模数有关吗有哪些因素影响齿形系数的大小？

齿形系数与模数无关，齿形系数的大小取决于齿数。

16.问：

为什么设计齿轮时，齿宽系数既不能太大，又不能太小？

齿宽系数过大将导致载荷沿齿宽方向分布不均匀性严重；

相反若齿宽系数过小，轮齿承载能力减小，将使分度圆直径增大。

17.问：

选择齿轮传动第Ⅱ公差组精度等级时，除了考虑传动用途和工作条件以外，主要依据是什么？

圆周速度。

18.问：

选择齿轮毛坯的成型方法时（铸造，锻造，轧制圆钢等），除了考虑材料等因素外，主要依据是什么？

齿轮的几何尺寸和批量大小。

19.问：

斜齿轮传动的接触强度计算中的重合度系数Zε考虑了重合度对单位齿宽载荷的影响，它与哪些因素有关？

它与斜齿传动的端面重合度和纵向重合度有关。

20.问：

有一标准直齿圆柱齿轮传动，齿轮1和齿轮2的齿数分别为Z1和Z2,且Z1<

Z2。

若两齿轮的许用接触应力相同，问两　　答：

两齿轮接触强度相等。

因齿轮1和齿轮2的接触应力相等，许用接触应力相同，所以两齿轮的接触强度相等。

21.问：

设计齿轮传动时，若大小齿轮的疲劳极限值相同，这时它们的许用应力是否相同为什么？

许用应力不一定相同。

因许用应力与疲劳极限值有关外，还与齿轮的循环次数（即寿命系数ZN,YN）有关。

当大小齿轮的循环次数都达到或超过无限循环的次数时，大小齿轮的许用应力相同；

否则，大小齿轮的许用应力不相同。

22.问：

斜齿圆住齿轮传动中螺旋角β太小或太大会怎样，应怎样取值？

螺旋角太小，没发挥斜齿圆柱齿轮传动与直齿圆住齿轮传动相对优越性，即传动平稳和承载能力大。

螺旋角β越大，齿轮传动的平稳性和承载能力越高。

但β值太大，会引起轴向力太大，大了轴和轴承的载荷。

故β值选取要适当。

通常β要求在8°

～25°

范围内选取。

23.问。

一对齿轮传动，若按无限寿命设计，如何判断其大、小齿轮中哪个不易出现齿面点蚀哪个不易出现齿根弯曲疲劳折断理由如何

答：

许用接触应力[σH]1、[σH]2与齿轮的材料、热处理及齿面工作循环次数有关，一般HBS1=HBS2+（30~50）HBS，即试验齿轮的接触疲劳极限σHlim1>

σHlim2,故[σH]1>

[σH]2。

况且σH1>

σH2，而按按无限寿命设计，寿命系数ZN=1,故小齿轮不易出现点蚀。

比较两齿轮的

与

，比值小的其弯曲疲劳强度大，不易出现齿根弯曲疲劳折断。

24.问：

两级圆柱齿轮传动中，若一级为斜齿，另一级为直齿，试问斜齿圆柱齿轮应置于高速级还是低速级为什么若为直齿锥齿轮和圆柱齿轮所组成的两级传动，锥齿轮应置于高速级还是低速级为什么

（1）在两级圆柱齿轮传动中，斜齿轮应置于高速级，主要因为高速级的转速高，用斜齿圆柱齿轮传动工作平稳，在精度等级相同时，允许传动的圆周速度较高；

在忽略摩擦阻力影响时，高速级小齿轮的转矩是低速级小齿轮转矩的1/i（i是高速级的传动比），其轴向力小。

（2）由锥齿轮和圆柱齿轮组成的两级传动中，锥齿轮一般应置于高速级，主要因为当传递功率一定时，低速级的转矩大，则齿轮的尺寸和模数也大，而锥齿轮的锥距R和模数m大时，则加工困难，或者加工成本大为提高。

25.问：

试分析，采用增大齿轮压力角（25度）的办法，可以提高圆柱齿轮齿根弯