机械零件的强度精选.docx
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机械零件的强度精选
第一篇总论
第三章机械零件的强度
3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=180，取循环基数N0=5´106，9，试求循环次数N分别为7000，2500，620000次是时的有限寿命弯曲疲劳极限。
3-2已知材料的力学性能为σ260，σ-1=170，yσ=0.2,试绘制此材料的简化极限应力线图（参看图3-3中的A’D’G’C）。
3-3一圆轴的轴肩尺寸为：
72，62，3。
材料为40，其强度极限σ900，屈服极限σ750，试计算轴肩的弯曲有效应力集中系数kσ。
3-4圆轴轴肩处的尺寸为：
54，45，3。
如用题3-2中的材料，设其强度极限σ420，试绘制此零件的简化极限应力线图。
3-5如题3-4中危险截面上的平均应力σ20，应力幅σ900，试分别按：
a）；b）σ，求出该截面的计算安全系数。
第二篇联接
第五章螺纹联接和螺旋传动
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。
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？
5-3分析活塞式空气压缩机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？
5-4图5-49所示的底板螺栓组联接受外力F的作用。
外力F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？
保证联接安全工作的必要条件有哪些？
5-5图5-50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个螺栓与立柱相联接，托架所承受的最大载荷为20，载荷有较大的变动。
试问：
此螺栓联接采用普通螺栓联接还是铰制孔用螺栓联接为宜？
为什么？
5-6已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相联接。
托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为250、大小为60的载荷作用。
现有如图5-51所示的两种螺栓布置型式，设采用铰制孔用螺栓联接，试问哪一种布置型式所用的螺栓直径较小？
为什么？
5-7图5-52所示为一拉杆螺栓联接。
已知拉杆所受的载荷56，载荷稳定，拉杆材料为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。
若结合面的摩擦系数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F0=15000N，当受轴向工作载荷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0~1，缸盖与缸体均为钢制，直径D1=350，D2=250，上下凸缘厚均为25，试设计此联接。
5-11设计简单千斤顶（参见图5-41）的螺栓和螺母的主要尺寸。
起重量为40000N，起重高度为200，材料自选。
第六章键、花键、无键联接和销联接
6-1为什么采用两个平键时，一般布置在沿周向相隔180°的位置；采用两个楔键时，相隔90°~120°；而采用两个半圆键时，却布置在轴的同一母线上？
6-2胀套串联使用时，为何要引入额定载荷系数m？
为什么Z1型胀套和Z2型胀套的额定载荷系有明显的差别？
6-3在一直径80的轴端，安装一钢制直齿圆柱齿轮（图6-26），轮毂宽度L’=1.5d，工作时有轻微冲击。
试确定平键联接的尺寸，并计算其允许传递的最大转矩。
6-4图6-27所示的凸缘半联轴器及圆柱齿轮，分别用键与联轴器的低速轴相联接。
试选择两处键的类型及尺寸，并校核其联接强度。
已知：
轴的材料为45钢，传递的转矩1000N×m，齿轮用锻钢制成，半联轴器用灰铸铁制成，工作时有轻微冲击。
6-5图6-28所示的灰铸铁V带轮，安装在直径45，带轮的基准直径250，工作时的有效拉力2，轮毂宽度L’=65，工作时有轻微振动。
设采用钩头楔键联接，试选择该楔键的尺寸，并校核联接的强度。
6-6图6-29所示为变速箱中的双联滑移齿轮，传递的额定功率4，转速250。
齿轮在空载下移动，工作情况良好。
试选择花键类型和尺寸，并校核联接的强度。
6-7图6-30所示为套筒式联轴器，分别用平键及半圆键与两轴相联接。
已知：
轴径38，联轴器材料为灰铸铁，外径D1=90。
试分别计算两种联接允许传递的转矩，并比较其优缺点。
第七章铆接、焊接、铰接和过盈联接
7-1现有图7-26所示的焊接接头，被焊件材料均为Q235钢，170，b1=80，d=12，承受静载荷0.4，设采用E4303号焊条手工焊接，试校核该接头的强度。
7-2上题的接头如承受变载荷0.4，0.2，其它条件不变，接头强度能否满足要求？
7-3试设计图7-10所示的不对称侧面角焊缝，已知被焊件材料均为Q235钢，角钢尺寸为100´100´10（单位为），截面形心c到两边外侧的距离z028.4，用E4303号焊条手工焊接，焊缝腰长d=10，静载荷0.35。
7-4现有45钢制的实心轴与套筒采用过盈联接，轴径80，套筒外径d2=120，配合长度80，材料的屈服极限σ360，配合面上的摩擦系数0.085，轴与孔配合表面的粗糙度分别为1.6及3.2，传递的转矩1600N×m，试设计此过盈联接。
7-5图7-27所示的铸锡磷青铜蜗轮轮圈与铸铁轮芯采用过盈联接，所选用的标准配合为H87，配合表面粗糙度均为3.2，设联接零件本身的强度足够，试求此联接允许传递的最大转矩（摩擦系数0.10）。
第三篇机械传动
第八章带传动
8-1V带传动的n1=1450，带与带轮的当量摩擦系数0.51，包角a1=180°，预紧力F0=360N。
试问：
（1）该传动所能传递的最大有效拉力为多少？
（2）若1=100，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，从动轮输出功率为若干？
8-2V带传动传递的功率7.5，带速10，紧边拉力是松边拉力的两倍，即F1=2F2，试求紧边拉力F1、有效拉力和预紧力F0。
8-3已知一窄V带传动的n1=1450，n2=400，1=180，中心距1600，窄V带为型，根数2，工作时有振动，一天运转16h（即两班制），试求带能传递的功率。
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7，转速n1=960，减速器输入轴的转速n2=330，允许误差为±5%，运输装置工作时有轻度冲击，两班制工作，试设计此带传动。
第九章链传动
9-1如图9-17所示链传动的布置形式，小链轮为主动轮，中心距（30~50）p。
它在图a、b所示布置中应按哪个方向回转才算合理？
两轮轴线布置在同一铅垂面内（图c）有什么缺点？
应采取什么措施？
a
a）
b）
c）
图9-17
9-2某链传动传递的功率1，主动链轮转速n1=48，从动链轮转速n2=14，载荷平稳，定期人工润滑，试设计此链传动。
9-3已知主动链轮转速n1=850，齿数z1=21，从动链轮齿数z2=99，中心距900，滚子链极限拉伸载荷为55.6，工作情况系数1，试求链条所能传递的功率。
9-4选择并验算一输送装置用的传动链。
已知链传动传递的功率7.5，主动链轮的转速n1=960，传动比3，工作情况系数1.5，中心距a≤650（可以调节）。
第一十章齿轮传动
10-1试分析图10-47所示的齿轮传动各齿轮所受的力（用受力图表示出各力的作用位置及方向）。
10-2如图10-48所示的齿轮传动，齿轮A、B和C的材料都是中碳钢调质，其硬度：
齿轮A为240，齿轮B为260，齿轮C为220，试确定齿轮B的许用接触应力[σH]和许用弯曲应力[σF]。
假定：
（1）齿轮B为“惰轮”（中间轮），齿轮A为主动轮，齿轮C为从动轮，设1；
（2）齿轮B为主动轮，齿轮A和齿轮C均为从动轮，设1；
10-3对于作双向传动的齿轮来说，它的齿面接触应力和齿根弯曲应力各属于什么循环特性？
在作强度计算时应怎样考虑？
10-4齿轮的精度等级与齿轮的选材及热处理方法有什么关系？
10-5要提高齿轮的抗弯疲劳强度和齿面抗点蚀能力有哪些可能的措施
10-6设计铣床中的一对圆柱齿轮传动，已知P1=7.5，n1=1450，z1=26，z2=54，寿命12000h，小齿轮相对其轴的支承为不对称布置，并画出大齿轮的结构图。
10-7某齿轮减速器的斜齿圆柱齿轮传动，已知n1=750，两轮的齿数为z1=24，z2=108，β=9º22′，6，160，8级精度，小齿轮材料为38（调质），大齿轮材料为45钢（调质），寿命20年（设每年300工作日），每日两班制，小齿轮相对其轴的支承为对称布置，试计算该齿轮传动所能传递的功率。
10-8设计小型航空发动机中的一对斜齿圆柱齿轮传动，已知P1=130，n1=11640，z1=23，z2=73，寿命100h，小齿轮作悬臂布置，使用系数1.25。
10-9设计用于螺旋输送机的闭式直齿锥齿轮传动，轴夹角∑=90º，传递功率P1=1.8，转速n1=250，齿数比2.3，两班制工作，寿命10年（每年按300天计算），小齿轮作悬臂布置。
第一十一章蜗杆传动
11-1试分析图11-26所示蜗杆传动中各轴的回转方向\蜗轮轮齿的螺旋方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向。
11-2图11-27所示为热处理车间所用的可控气氛加热炉拉料机传动简图。
已知：
蜗轮传递的转矩T2=405N×m，蜗杆减速器的传动比i12=20，蜗杆转速n1=480，传动较平稳，冲击不大。
工作时间为每天8h，要求工作寿命为5年（每年按300工作日计），试设计该蜗杆传动。
11-3设计用于带式输送机的普通圆柱蜗杆传动，传递功率P1=5.0，n1=960，传动比23，由电动机驱动，载荷平稳。
蜗杆材料为20，渗碳淬火，硬度≥58。
蜗轮材料为10P1，金属模铸造。
蜗杆减速器每日工作8h，要求工作寿命为7年（每年按300工作日计）。
11-4设计一起重设备用的蜗杆传动，载荷有中等冲击，蜗杆轴由电动机驱动，传递的额定功率P1=10.3，n1=1460，n2=120间歇工作,平均约为每日2h，要求工作寿命为10年（每年按300工作日计）。
11-5试设计轻纺机械中的一单级蜗杆减速器,传递功率8.5，主动轴转速n1=1460，传动比20，工作载荷稳定，单向工作，长期连续运转，润滑情况良好，要求工作寿命为15000h。
11-6试设计某钻机用的单级圆弧圆柱蜗杆减速器。
已知蜗轮轴上的转矩T2=10600N×m，蜗杆转速n1=910，蜗轮转速n2=18，断续工作，有轻微振动，有效工作时数为3000h。
第四篇轴系零、部件
第一十二章滑动轴承
12-1某不完全液体润滑径向滑动轴承，已知：
轴径直径200，轴承宽度200，轴颈转速300，轴瓦材料为103，试问它可以承受的最大径向载荷是多少？
12-2已知一起重机卷筒的径向滑动轴承所承受的载荷100000N，轴颈直径90，轴的转速9，轴承材料采用铸造青铜，试设计此轴承（采用不完全液体润滑）。
12-3某对开式径向滑动轴承，已知径向载荷35000N，轴颈直径100，轴承宽度100，轴颈转速1000。
选用32全损耗系统用油，设平均温度50℃，轴承的相对间隙ψ=0.001，轴颈、轴瓦表面粗糙度分别为1=1.6，2=3.2，试校验此轴承能实现液体动压润滑。
12-4设计一发电机转子的液体动压径向滑动轴承。
已知：
载荷50000N，轴颈直径150，转速1000，工作情况稳定。
第一十三章滚动轴承
13-1试说明下列各轴承的内径有多大？
哪个轴承公差等级最高？
哪个允许的极限转速最高？
哪个承受径向载荷能力最高？
哪个不能承受径向载荷？
N30746207230207513076
13-2欲对一批同型号滚动轴承作寿命实验。
若同时投入50个轴承进行试验，按其基本额定动载荷值加载，试验机主轴转速2000。
若预计该批轴承为正品，则试验进行8小时20分钟，应约有几个轴承已失效。
13-3某深沟球轴承需在径向载荷7150N作用下，以1800的转速工作3800h。
试求此轴承应有的基本额定动载荷C。
13-4一农用水泵，决定选用深沟球轴承，轴颈直径35，转速2900，已知径向载荷1810N，轴向载荷740N，预期计算寿命′=6000h，试选择轴承的型号。
13-5根据工作条件，决定在轴的两端选用a=25°的两个角接触球轴承，如图13-13b所示正装。
轴颈直径35，工作中有中等冲击，转速1800，已知两轴承的径向载荷分别为1=3390N，2=1040N，外加轴向载荷870N，作用方向指向轴承1，试确定其工作寿命。
13-6若将图13-34a中的两轴承换为圆锥滚子轴承，代号为30207。
其它条件同例题13-2，试验算轴承的寿命。
13-7某轴的一端支点上原采用6308轴承，其工作可靠度为90%，现需将该支点轴承在寿命不降低的条件下将工作可靠度提高到99%，试确定可能用来替换的轴承型号。
第十四章联轴器和离合器
14-1某电动机与油泵之间用弹性套柱销联轴器联接，功率4，转速960，轴伸直径32，试决定该联轴器的型号（只要求与电动机轴伸联接的半联轴器满足直径要求）。
14-2某离心式水泵采用弹性柱销联轴器联接，原动机为电动机，传递功率38，转速为300，联轴器两端联接轴径均为50，试选择该联轴器的型号。
若原动机改为活塞式内燃机时，又应如何选择其联轴器？
14-3一机床主传动换向机构中采用如图14-20所示的多盘摩擦离合器，已知主动摩擦盘5片，从动摩擦盘4片，结合面内径D1=60，外径D2=110，功率4.4，转速1214，摩擦盘材料为淬火钢对淬火钢，试求需要多大的轴向力F？
14-4图14-23a所示的剪切销安全联轴器，传递转矩650N×m，销钉直径6，销钉材料用45钢正火，销钉中心所在圆的直径100，销钉数2。
若取[τ]=0.7σB，试求此联轴器在载荷超过多大时方能体现其安全作用。
第十五章轴
15-1若轴的强度不足或刚度不足时，可分别采取哪些措施？
15-2在进行轴的疲劳强度计算时，如果同一截面上有几个应力集中源，应如何取定应力集中系数？
15-3为什么要进行轴的静强度校核计算？
校核计算时为什么不考虑应力集中等因素的影响？
15-4图15-28所示为某减速器输出轴的结构图，试指出其设计错误，并画出改正图。
15-5有一台离心式水泵，由电动机带动，传递的功率3，轴的转速960，轴的材料为45钢，试按强度要求计算轴所需的最小直径。
15-6设计某搅拌机用的单级斜齿圆柱齿轮减速器中的低速轴（包括选择两端的轴承及外伸端的联轴器），见图15-29。
已知：
电动机额定功率4，转速n1=750，低速轴转速n2=130，大齿轮节圆直径d2ˊ=300，宽度B2=90，轮齿螺旋角β=12º，法向压力角a20°。
要求：
（1）完成轴的全部结构设计；
（2）根据弯扭合成理论验算轴的强度；（3）精确校核轴的危险截面是否安全。
15-7两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器的中间轴（见图15-30a），尺寸和结构如图15-30b所示。
已知：
中间轴转速n2=180，传递功率5.5，有关的齿轮参数见下表：
αn
z
β
旋向
齿轮2
3
20︒
112
10º44′
右
齿轮3
4
20︒
23
9º22′
右
图中A、D为圆锥滚子轴承的载荷作用中心。
轴的材料为45钢（正火）。
要求按弯扭合成理论验算轴的截面Ⅰ和Ⅱ的强度，并精确校核轴的危险截面是否安全。
15-8一蜗杆轴的结构如图15-31所示，试计算其当量直径。
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