机械设计习题卡及答案Word格式文档下载.docx
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对Jr=rffji/i川•应力昱沿射线变化的
当射跌与极限应力线图的上面直线相交时.按照疲劳
尿度条件计管
ill対钱b极限应力线国的仃侧折线郴交味贝做照静强度条件计H
3.—零件由45钢制成,材料的机械性能为：
s=360MPa,-i=250MPa,=0.2。
已知零件
上最大工作应力max=200MPa,最小工作应力min=100MPa,应力变化规律为m=常数,弯曲疲劳极限的综合影响系数K=1.5。
试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。
Qa——00.2,1250MPa
0416.7MPa
max
50
150,
对（150,50）,为屈服失效，所以安全系数
360/200=1.8
一、选择与填空题
1普通螺纹的公称直径指的是螺纹的_A_，计算螺纹的摩擦力矩时使用的是螺纹的
_B_，计算螺纹危险截面时使用的是螺纹的C___。
A.大径B.中径C.小径
2•螺纹升角书增大，则联接的自锁性__C传动的效率_A__;
牙型角a增大，则
联接的自锁性__A，传动的效率__C__0
A.提高B.不变C.降低
3.在铰制孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为___B___o
A.间隙配合B.过渡配合C.过盈配合
4.在螺栓联接的破坏形式中，约有_20__%的螺栓属于疲劳破坏，疲劳断裂常发生在_螺纹根部0
5.在承受横向载荷或旋转力矩的普通紧螺栓组联接中，螺栓杆__B_作用。
A.受切应力B.受扭转切应力和拉应力
C.受拉应力D.既可能只受切应力又可能只受拉应力
6.紧螺栓联接受轴向外载荷作用。
假定螺栓的刚度Cb与被联接件的刚度Cm相等，联接的预紧力为Fo,要求受载后接合面不分离，当外载荷F等于预紧力Fo时，则__D___o
A.被联接件分离，联接失效
B.被联接件即将分离，联接不可靠
C.联接可靠，但不能继续再加载
D.联接可靠，只要螺栓强度足够，还可以继续加大外载荷F
二、分析与思考题
1.常用螺纹有哪几种类型？
各用于什么场合？
对联接螺纹和传动螺纹的要求有何不
同？
普通螺纹、管螺纹、米制锥螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹。
见P62页表5-1
联接螺纹要求自锁性较好，强度高；
传动螺纹要求传动效率高。
2.联接螺纹都具有良好的自锁性，为什么有时还需要防松装置？
试各举出两个机械防松
和摩擦防松的例子
螺纹联接在冲击、振动或变载作用下，或当温度变化较大时，螺旋副间的摩擦力可能减小或瞬时消失，在高温时由于螺纹联接件和被联接件的材料发生蠕变和应力松驰等，会使联接中的预紧力和摩擦力逐渐减小，导致联接松动，甚至松开。
为保证连接安全可靠，设计时必须采取防松措施。
机械：
止动垫圈、串联钢丝摩擦：
对顶螺母、弹簧垫圈
3•普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接的主要失效形式是什么？
计算准则是什么？
普通螺栓：
对受拉螺栓，其主要破坏形式是螺栓杆螺纹部分发生断裂，因而其设计准则是保证螺栓的静力或疲劳
拉伸强度；
对于受剪螺栓［铰制孔螺栓］,其主要破坏形式是螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断，其
设计准则是保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度，其中联接的挤压强度对联接的可靠性起决定性作用。
4•普通紧螺栓联接所受到的轴向工作载荷或横向工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载
荷是什么类型的循环?
非对称循环变应力
5•螺栓的性能等级为8.8级，与它相配的螺母的性能等级应为多少？
性能等级数字代号的含义是什么？
根据螺母的性能等级不应低于与之相配螺栓的性能等级这一要求，螺母可选用9级。
B800MPa,s640MPa
6•在什么情况下，螺栓联接的安全系数大小与螺栓直径有关？
试说明其原因。
P87表5-10不控制预紧力的普通螺栓联接，其安全系数大小与螺栓直径有关，其安全系数S随螺纹直径增大而减小，因为尺寸小的螺栓在拧紧时容易产生过载，故采用加大安全系数的方法来弥补可能产生的过载。
7•紧螺栓联接所受轴向变载荷在0〜F间变化，当预紧力F0一定时，改变螺栓或被联接
件的刚度，对螺栓联接的疲劳强度和联接的紧密性有何影响?
F2F。
FF。
CbCm
C
F1FoCmF
减小螺栓刚度
Cb或增大被联接件刚度Cm都可以减小总拉力F2的变动范围，从而提高了螺栓联
接的疲劳强度。
但在此种情况下引起残余预紧力F1减小，从而降低了联接的紧密性。
8.在保证螺栓联接紧密性要求和静强度要求的前提下，要提高螺栓联接的疲劳强度,应如何改变螺栓和被联接件的刚度及预紧力大小？
试通过受力变形线图来说明。
为了减小螺栓的刚度，可适当增加螺栓的长度，或采用腰状杆螺栓和空心螺栓。
为了增大被联接件的刚度，可以不用垫片或采用刚度较大的垫片。
P89图5-28
9•为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10?
通常采用哪些结构形式可使各圈螺纹牙的载
荷分布趋于均匀？
实验证明，约有1/3的载荷集中在第一圈上，第八圈以后的螺纹牙几乎不承受载荷。
因此，采用螺纹牙圈数过多的加厚螺母，并不能提高联接的强度。
为了改善螺纹牙上的载荷分布，常采用悬置螺母，减小螺栓旋合段本来受力较大的几圈螺纹牙的受力面或采用钢丝螺套。
10.如何识别螺纹是左旋还是右旋？
砂轮机轴的两端固定砂轮用的螺纹为何种旋向，为
什么？
两端固定砂轮用的螺纹为左边左旋，右边右旋。
砂轮主轴螺纹的旋向：
紧固砂轮或砂轮卡盘的砂轮主轴端部螺纹的旋向必须与砂轮工作时旋转方向相反。
右旋螺纹顺时针拧紧；
左旋螺纹，逆时针拧紧。
正对砂轮，砂轮转向为，所以要求砂轮机两侧的
螺纹是左边左旋，右边右旋。
11.升角的大小对自锁和效率有何影响？
为什么联接螺栓采用三角螺纹，而螺旋传动却
采用矩形或梯形螺纹？
tg
tg（v）
自锁：
。
两者数值越接近，自锁性能越差；
数值相差越大，自锁性能越好。
牙型角与当量摩擦系数f间的关系是：
fcos（f/2）。
当增大，f增大,
三角螺纹牙型角大（一般为60°
矩形螺纹（=0°
和梯形螺纹牙型角较小。
12.滑动螺旋的主要失效形式是什么？
其基本尺寸（即螺杆直径及螺母高度）通常是根据
什么条件确定的?
P96。
滑动螺旋的主要失效形式是螺纹磨损。
其基本尺寸是根据耐磨性条件确定的。
13.滚动螺旋传动与滑动螺旋传动相比较，有何优缺点？
滚动螺旋传动具有传动效率高、起动力矩小、传动灵敏平稳、工作寿命长等优点，缺点是制造工艺比较复杂，特别是长螺杆更难保证热处理及磨削工艺质量，刚性及抗振动性能较
差。
14.计算普通螺栓联接时，为什么只考虑螺栓危险截面的拉伸强度，而不考虑螺栓头、螺母和螺纹牙的强度？
螺栓的其他部分是根据等强度条件及使用经验规定的，通常都不需要进行强度计算，可按螺栓的公称直径由标准中选定
三、计算题：
1
2020
—■1
“「―vH
•图示凸缘联轴器（GB/T5843-1986）的型号为YLDI0允许传递的最大转矩T=630Nm，两半联轴器采用4M12的铰制孔用螺栓联接，螺栓规格为M12~60（GB/T
27-1988），螺栓的性能等级为8.8级，联轴器材料为
HT200,试校核其联接强度。
⑴找出承受最大工作剪力的螺栓。
4个螺栓在园周上均匀分布，故承受工作剪力相等，设为F。
则有,
Q4FrT，
FT/4rT/2D630/（2130103）2423N
⑵求出螺栓性能参数
螺栓的性能等级为8.8，所以B800MPa，S640MPa
查P87表5-10，取S2.5，SP2.5，所以
S640[]—256MPa
S2.5
[p]
B800
—320MPa
SP2.5
⑶校核螺栓的挤压强度
F2423
3厂10.35MPa
d°
gLmin（1310）（1810）
[说明，d。
不能取12mm，因为铰制孔螺栓螺纹部分比光孔略小。
Lmin也不能取20mm，见P85图5-27]
因为p[p]，所以螺栓的挤压强度合格
424233218.26MPa
3.14（13103）2
⑷校核螺栓的剪切强度
F
因为[
综上所述，该螺栓组合用。
]，所以螺栓的剪切强度合格。
方案一
片家二
2•铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示。
已知
L=300mm，a=60mm，试求螺栓组联接的三个方案中,
受力最大的螺栓所受的力各为多少？
哪个方案较好？
将力F平移到各结合面中心，得扭转力矩MFL0.3F（Nm）
设各方案中在力F作用产生的剪切力为F1，扭转力矩M作用下产生的剪切力为F2。
对方案1
F1F/3
2F2aMF22.5F
很显
FMAX
对方案
然，
F/3
2F2aM
2.833F
大，最大力
第
2.5F
F22.5F
2.522F
Fmax
对方案3
FiF/3
很显然，1、3两个螺栓所受力相等，均为最大值，其最大值
Fi2
屮
5
3F2aMF2F
3
很显然，第2个螺栓受力最大、p
血=J巧U呼-Z•巧七'
COWL二1恥卅"
综上所述，方案3较好。
3.图示一厚度为15mm的钢板，用两个铰制孔用螺
机架材料许用拉应力[]=120MPa，许用剪应力
系数f=0.2
（1）确定合理的螺纹直径。
Ks=1.2）
M12。
栓固定在机架上。
巳知载荷P=4000N,螺栓、板和
[]=95MPa，许用挤压应力[p]=150MPa,板间摩擦
（2）若改用普通螺栓，螺栓小径应为多大？
（防滑系数
⑴
a）将力P向结合面形心简化得到集中载荷P及转矩
TP（200100/2）4000250101000Nm
b）在集中载荷P的作用下，各螺栓承受的横向载荷
F1P/24000/22000N
c）在转矩T的作用下，各螺栓承受的横向载荷
2F2rT
33
F2T/2rT/100101000/1001010000N
d）找出螺栓组中承受最大工作剪力的螺栓，如图所示：
很显然，螺栓2承受的工作剪切力比较大,最大工作剪力
F1F220001000012000N
按剪切强度确定螺纹小径旦[]4d0
_4<
—4一12000一
:
;
612.69mm
[]3.1495106
按挤压强度确定螺纹小径
12000…
65.33mm
1510150106
综上所述，取光孔直径为13mm，螺纹为
F,
⑵若改用普通螺栓，螺栓2受力最大，此时是依靠结合面间产生的摩擦力来抵抗外载荷
fFo
KsF
1.3Fo
di
5.272103
3.14120106
F0KsF/f1.212000/0.272KN
31.52mm
即，如果选用普通螺栓，其小径必须大于31.52mm。
4.在图示螺栓联接中采用两个M20的普通螺栓，其许用拉应力160MPa,联接件接合面间摩擦系数f0.20，防滑系数Ks1.2。
请计算该联接允许传递的静载荷F。
（M20螺
栓的小径d117.294mm）。
F。
1.2F
0.222
1.5F
⑴求螺栓预紧力F0
⑵螺栓承受的拉应力
1.3F。
综合以上两式得
1.31.5F
d；
d；
44
19.26KN
di2[]3.14（17.29103）2160106
41.31.541.31.5
四、结构设计与分析题
试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图
略
、填空题
1.键联接的主要类型有平键联接、半圆键联接、楔键联接、切向键联接。
2.普通平键按构造分，圆头、（A型）、平型、（_B_型）、单圆头、（C_型）三种。
3.平键联接的工作面是两侧面，依靠键和键槽侧面的挤压来传递转矩：
楔键联接的工作面是上下两面，依靠键的楔紧作用来传递转矩。
4.普通平键联接的主要失效形式是工作面被压溃，导向平键联接的主要失效形式是工作面的过度磨损。
5.在设计中进行键的选择时，键的截面尺寸根据轴的直径d由标准中选定而定，而键的长度则根据轮毂的长度而定。
6.采用双键联接时，两个平键应布置在沿圆周方向相隔180。
的位置，两个半圆键应布置在轴的同一条母线上，两个楔键应布置在沿圆周方向上相隔90。
〜120。
的位置。
7.矩形花键采用小径定心方式定心，渐开线花键采用齿形定心方式定心。
二、单项选择题
1.键联接的主要用途是使轴和轮毂之间C。
A.沿轴向固定并传递轴向力B.沿轴向可作相对滑动并具有导向作用
C.沿周向固定并传递扭矩D.安装与拆卸方便
2.设计键联接时键的截面尺寸通常根据_D_按标准选择。
A.所传递转矩的大小B.所传递功率的大小
C.轮毂的长度D.轴的直径
3•在载荷性质相同时，导向平键联接的许用压力取得比普通平键联接的许用挤压应力小，
这是为了A。
P106表6-2
A.减轻磨损B.减轻轮毂滑移时的阻力
C.补偿键磨损后强度的减弱D.增加导向的精度
4.设计键联接的几项主要内容是：
a按使用要求选择键的适当类型；
b、按轮毂长度选
择键的长度；
C、按轴的直径选择键的剖面尺寸；
d、对联接进行必要的强度校核。
在具体设计时，一般顺序是：
C。
A.b—a—c—dB.b—c—a—dC.a—c—b—dD.c—d—b—a
5•平键联接能传递的最大扭矩为T,现要传递的扭矩为1.5T，则应D。
A.把键长L增大到1.5倍B.把键宽b增大到1.5倍
C.把键高h增大到1.5倍D.安装一对平键
6.普通平键联接的承载能力一般取决于_D。
A.轮毂的挤压强度B.键工作表面的挤压强度
C.轴工作面的挤压强度D.上述三种零件中较弱材料的挤压强度
7.C型普通平键与轴联接，键的尺寸为b>
h>
L=14>
9>
65,则键的工作长度为A
A.58mmB.61mmC.65mmD.51mm
8.下面是几种普通平键联接的剖视面，其中B在结构上正确。
ABC
9•楔键联接的主要缺点是D
A.键的斜面加工困难B.键安装时易损坏
C.键楔紧后在轮毂中产生初应力D.轴和轴上零件对中性差
10.半圆键和切向键的应用场合是B。
A.前者多用来传递较大扭矩，后者多用来传递较小扭矩
B.前者多用来传递较小扭矩，后者多用来传递较大扭矩
C.各种大小扭矩均可传递
三、简答题
1根据用途不同，平键分为哪几种类型？
指出其中哪些用于静联接，哪些用于动联接。
根据用途的不同，平键分为普通平键、薄型平键、导向平键和滑键四种。
其中，普通平键和薄型平键用于静联接，导向平键和滑键用于动联接。
2.薄型平键联接与普通平键联接相比，在使用场合、结构尺寸和承载能力上有何区别？
薄型平键与普通平键的主要区别是键的高度为普通平键的60%〜70%，也分圆头、平头和单圆头三
种型式，但传递转距的能力较低，常用于薄壁结构、空心轴及一些径向尺寸受限的场合。
3.采用双键联接时，两个平键应布置在沿圆周方向相隔180o的位置，两个半圆键应布置在轴的同一条母线上，两个楔键应布置在沿圆周方向上相隔90（〜120o的位置。
分别是为什么？
同时，在强度计算中，为什么双键只能按1.5个键计算？
平键：
对轴的削弱均匀，挤压力对轴平衡，不产生附加力矩，受力状态好，对中性好。
半圆键：
半圆键对轴强度削弱大，双键放在同一截面上对轴的强度削弱太大，所以只能放在同一母线上。
楔键：
夹角为180o双键相当于一个楔键的承载能力，夹角过小，对做轴的局部削弱过大;
夹角过大，则两个楔键的总承载能力下降。
考虑到两个键上载荷分配的不均匀性，在强度较核中只按1.5个键计算。
四、计算分析题
1.图示牙嵌离合器的左右两半分别用键与轴1、2相联接，在空载下，通过操纵可使右半离合器沿导向平键在轴1上作轴向移动。
该轴传递的转矩T=1200N?
m轴径d1=80mm，右半离合器的轮毂长度L1=130mm，行程11=60mm，工作中有轻微冲击，离合器及轴的材料均为钢材。
试选择右半离合器的导向平键尺寸，并较核其联接强度。
—ny
f{——:
f
1
s
sr
1—*1
选择导向平键
选A型导向平键，对于轴径di=80mm，查教材P106表6-1得平键的截面尺寸b=22mm,h=
14mm,取键长L=180<
Li+li=130+60=190。
2.强度校核
材料均为钢，工作时有轻微冲击，查教材P106表6-2，取[p]=40MPa。
k=0.5h=0.5M4=7mm,
l=L1-b/2=130-22/2=119mm
则p2000T2000120036.01MPap40MPa
kld711980
故此键联接能满足强度要求。
2•图示凸缘联轴器，允许传递的最大转矩T为1500N?
m（静载荷），材料为HT250。
联接处轴及轮毂尺寸如图示（单位：
mm）。
试：
1）考虑在轴端采用何种类型的平键较为合适，选择键的类型及尺寸，并较核键联接的强度。
2）若键联接强度不够，请列举两种以上解决方案。
1•选择普通平键
因在轴端，可选C型普通平键，对于轴径d=55mm，查教材P106表6-1得平键的截面尺寸为
16XI0，即b=16mm，h=10mm，取键长L=90<
100。
因联轴器材料为HT250,静载荷，查教材P106表6-2,取[（rr]75MPa。
k=0.5h=0.5M0=5mm，l=L
2000T
pkid
不能满足强度要求。
20001500
133.0MPa
58255
75MPa
—b/2=90—16/2=82mm。
键联接强度不够，列举解决方案：
1）还可适当增加键的长度，满足LW100
2）采用双键联接，承载能力为单键的1.5倍；
以上两种方案组合使用，以提高键联接的承载能力。
若仍不满足，可:
3）采用花键联接；
4）提高联轴器的材料性能，如改为钢材。
1带传动主要是依靠带和带轮之间的摩擦（或啮合）来传递运动和动力的
力_，最大应力
—5+创+匹发生在紧边绕进小带轮一处。
2.小带轮主动的V带传动在工作过程中，带内应力有—拉应力、弯曲应力、离心应
3.带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏。
设计准则是在保证带传动不打滑的条件下，
具有一定的疲劳强度和寿命。
4.带传动不发生打滑的受力条件是—带的有效拉力小于极限拉力即Fe<
Fec,为保证带传动具
有一定的疲劳寿命，应将最大应力限制为max[5]。
5.在平带和V带传动中，影响最大有效圆周力Fee的因素是—初拉力Fo_、摩擦系数f、小带轮上的包角a。
1.带传动正常工作时，紧边拉力F1和松边拉力F2满足关系B。
A.F1=F2B.F1-F2=FeC.F1/F2=JaD.Fi+F2=Fo
2.若将传动比不为1的V带传动的中心距减少1/3,带长做相应调整，而其它条件不变，则带传动的最大有效拉力FeeC。
A.增大B.不变C.降低
3.—定型号的V带传动，若小带轮直径d1保持一定，而减小其传动比i，则绕在大带轮上的弯曲应力5A。
A.增大B.减小C.不变
4.V带传动的小带轮最小直径d1取决于一d。
A.带的型号B.带的线速度C.高速轴的转速D.传动比
5.带传动在工作时，设小带轮为主动，则带内拉应力的最大值是发生在—C—o
A.进入大带轮处B.离开大带轮处
C.进入小带轮处D.离开小带轮处
6.带传动在工作时，设大带轮为主动，则带内拉应力的最大值是发生在—D—o
7.某工作机械
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