机械零件部分课后习题答案.docx

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机械零件部分课后习题答案

机械设计习题

第3章疲劳强度

问答题

1.问：

试述零件的静应力与变应力是在何种载荷作用下产生的？

答：

静应力只能在静载荷作用下产生，变应力可能由变载荷产生，也可能由静载荷产生。

2、稳定循环变应力的种类有哪些？

画出其应力变化曲线，并分别写出最大应力σmax、最小应力σmin、平均应力σm、应力幅σa与应力循环特性γ的表达式。

答：

对称循环变应力、脉动循环变应力、非对称循环变应力

3、机械零件疲劳破坏的特征有哪些？

机械零件疲劳强度与哪些因素有关？

特征：

（1）疲劳失效过程：

裂纹萌生、裂纹扩展和突然发生脆性断裂三个阶段

（2）断裂面：

疲劳源、光滑的疲劳区、粗糙的断裂区（3）无明显塑性变形的脆性突然断裂（4）破坏时的应力（疲劳极限）远小于材料的屈服极限

影响因素：

不仅与材料性能有关，变应力的循环特性，应力循环次数，应力幅都对疲劳极限有很大影响。

4、如何由σ-1、σ0和σs三个试验数据作出材料的简化极限应力图？

5、相对于材料，影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？

综合影响因素（Kσ）D的表达式为何？

如何作零件的简化极限应力图？

应力集中、零件尺寸、表面状态

6、应力集中、零件尺寸和表面状态是否对零件的平均应力σm和应力幅均有影响？

只对应力幅有影响，对平均应力没有明显影响

7、按Hertz公式，两球体和圆柱体接触时的接触强度与哪些因素有关？

外载荷F、ρΣ、弹性模量E、泊松比u以及b

8.问：

零件的等寿命疲劳曲线与材料试件的等寿命疲劳曲线是否相同？

　答：

两者不同，零件的等寿命疲劳曲线需考虑零件上应力集中对材料疲劳极限的影响。

9.问：

疲劳损伤线性累积假说的含义是什么？

　答：

该假说是：

在每一次应力作用下，零件寿命就要受到一定损伤率，当损伤率累积达到100%时（即达到疲劳寿命极限）便发生疲劳破坏。

通过该假说可将非稳定变应力下零件的疲劳强度计算折算成等效的稳定变应力疲劳强度。

10.问：

机械零件上的哪些位置易产生应力集中？

举例说明。

如果零件一个截面有多种产生应力集中的结构，有效应力集中系数如何求取？

答：

零件几何尺寸突变（如：

沟槽、孔、圆角、轴肩、键槽等）及配合零件边缘处易产生应力集中。

当一个截面有多处应力源时，则分别求出其有效应力集中系数，从中取最大值。

11.问：

两个零件以点、线接触时应按何种强度进行计算？

若为面接触时（如平键联接），又应按何种强度进行计算？

答：

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？

答：

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？

答：

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

问答题

1.问：

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？

　　答：

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？

　　答：

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？

　　答：

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？

　　答：

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？

　　答：

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？

　　答：

螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断。

8.问：

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。

　　答：

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。

9.问：

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？

　　答：

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。

10.问：

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

　　答：

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。

11.问：

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？

　　答：

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

12.问：

对于紧螺栓联接，其螺栓的拉伸强度条件式中的系数1.3的含义是什么？

　　答：

系数1.3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、l.l　　B、l.3　　C、1.25　　D、0.3

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1.3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

0

2. 图示用普通螺栓联接机座承受旋转力矩T=400N•m，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=0.15，防滑系数Ks=1.2，螺栓相对刚度Cb/（Cb+Cm）=0.3，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：

解题过程

1、由

作用下，各螺栓所受的工作拉力

2、由

作用下，各螺栓所受的工作拉力

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=0.2，螺栓材料的屈服极限σs=270N/mm2，安全系数S=1.5，螺栓的相对刚度

，防滑系数Ks=1.2。

试求所需螺栓小径d1。

题3：

解题过程

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=0.15；

（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：

解题过程

（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×0.4＝20000×0.4＝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=0.15，可靠性系数Ks=1.2，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：

解题过程

1.螺栓组联接受力