机械设计基础第10章答案.docx

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机械设计基础第10章答案

10-1证明当升角

与当量摩擦角

符合

时，螺纹副具有自锁性。

当

时，螺纹副的效率

所以具有自锁性的螺纹副用于螺旋传动时，其效率必小于50%。

10-2解由教材表10-1、表10-2查得

，粗牙，螺距

，中径

　　　螺纹升角　　

，细牙，螺距

，

　　中径　

　　螺纹升角　　

对于相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹中，细牙螺纹的升角较小，更易实现自锁。

10-3解查教材表10-1得

粗牙螺距

中径

小径

　　螺纹升角　

　　普通螺纹的牙侧角　

，螺纹间的摩擦系数　

　　当量摩擦角　

　　拧紧力矩　

　　由公式　　

　　可得预紧力

　　拉应力　

查教材表9-1得35钢的屈服极限

拧紧所产生的拉应力已远远超过了材料的屈服极限，螺栓将损坏。

10-4解

（1）升角　　

　　当量摩擦角　　

　　工作台稳定上升时的效率：

（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩

（3）螺杆的转速　　

　　螺杆的功率　　

（4）因

，该梯形螺旋副不具有自锁性，欲使工作台在载荷

作用下等速下降，

需制动装置。

其制动力矩为

10-5解查教材表9-1得Q235的屈服极限　　

，

查教材表10-6得，当控制预紧力时，取安全系数

由许用应力　　

查教材表10-1得

的小径

由公式　

　得

预紧力　　

由题图可知

，螺钉个数

，取可靠性系数

牵曳力　　

10-6解此联接是利用旋转中间零件使两端螺杆受到拉伸,故螺杆受到拉扭组合变形。

查教材表9-1得，拉杆材料Q275的屈服极限　　

，

取安全系数

，拉杆材料的许用应力　　

所需拉杆最小直径　　

查教材表10-1，选用螺纹

（

）。

10-7解查教材表9-1得，螺栓35钢的屈服极限　

，

查教材表10-6、10-7得螺栓的许用应力　

查教材表10-1得，

的小径　

螺栓所能承受的最大预紧力

所需的螺栓预紧拉力　

则施加于杠杆端部作用力

的最大值

10-8解在横向工作载荷

作用下，螺栓杆与孔壁之间无间隙，螺栓杆和被联接件接触表面受到

挤压；在联接接合面处螺栓杆则受剪切。

　　假设螺栓杆与孔壁表面上的压力分布是均匀的，且这种联接的预紧力很小，可不考虑预

紧力和螺纹摩擦力矩的影响。

　　挤压强度验算公式为：

其中

；

为螺栓杆直径。

　　螺栓杆的剪切强度验算公式

其中

表示接合面数，本图中接合面数

。

10-9解

（1）确定螺栓的长度

　　由教材图10-9a）得：

螺栓螺纹伸出长度　

　　螺栓螺纹预留长度　

　　查手册选取六角薄螺母GB6172-86

，厚度为

　　垫圈GB93-8716，厚度为

　　则所需螺栓长度　

　　查手册中螺栓系列长度，可取螺栓长度

　　螺栓所需螺纹长度　

，

　　取螺栓螺纹长度

（2）单个螺栓所受横向载荷

（3）螺栓材料的许用应力

　　由表9-1查得被联接件HT250的强度极限　

　　查表10-6取安全系数　

　　被联接件许用挤压应力　

　　查教材表9-1得螺栓35钢的屈服极限　

，

　　查表10-6得螺栓的许用剪切应力　

　　螺栓的许用挤压应力　

（4）校核强度

　　查手册，六角头铰制孔用螺栓GB28-88

，其光杆直径

　　螺栓的剪切强度　

　　最小接触长度：

　　挤压强度　

所用螺栓合适。

10-10解

（1）每个螺栓所允许的预紧力

查教材表9-1得45钢的屈服极限

，

查教材表10-6、10-7得，当不能严格控制预紧力时，碳素钢取安全系数

由许用应力　

查教材表10-1得

的小径

由公式　

得

预紧力　　

（2）每个螺栓所能承担的横向力

由题图可知

，取可靠性系数

横向力　

（4）螺栓所需承担的横向力

（5）螺栓的个数

取偶数

。

在直径为155的圆周上布局14个

的普通螺栓，结构位置不允许。

10-11解

（1）初选螺柱个数　　

（2）每个螺柱的工作载荷

（3）螺柱联接有紧密性要求，取残余预紧力

（4）螺柱总拉力

（5）确定螺柱直径

　　选取螺柱材料为45钢，查表9-1得屈服极限　

，

　　查教材表10-6得，当不能严格控制预紧力时，暂时取安全系数　

　　许用应力　　　　　　　　　

　　螺栓小径　　　　　　　　

　　查教材表10-1，取

螺栓（

），由教材表10-7可知取安全系数

是合

适的。

（6）确定螺柱分布圆直径

　　由题10-11图可得　　　　

　取

。

（7）验证螺柱间距

　所选螺柱的个数和螺柱的直径均合适。

10-12解

（1）在力

作用下，托架不应滑移，设可靠性系数

，接合面数

，此时每个

螺栓所需的预紧力

（2）在翻转力矩

作用下，此时结合面不应出现缝隙。

托架有绕螺栓组形心轴线O-O翻转的趋势，上

边两个螺栓被拉伸，每个螺栓的轴向拉力增大了

，下边两个螺栓被放松，每个螺栓的轴向力减小了

，则有力的平衡关系

，故可得

为使上边两个螺栓处结合面间不出现缝隙，也即残余预紧力刚为零，则所需预紧力

（3）每个螺栓所需总的预紧力

（4）确定螺栓直径

　选取螺栓材料为35钢，查教材表9-1屈服极限

，

　查教材表10-6得，当不能严格控制预紧力时，暂时取安全系数

　许用应力　　　　　　　　

　螺栓小径　　　　　　　

查教材表10-1，取

螺栓（

），由教材表10-7可知取安全系数

也是合适

的。

10-13解

（1）计算手柄长度

查手册,梯形螺纹GB5796-86，公称直径

，初选螺距

则中径

，

小径　

螺纹升角　　

当量摩擦角　　

所需的转矩

则,手柄的长度　

（2）确定螺母的高度

　初取螺纹圈数

则

　螺母的高度

　这时

处于1.2～2.5的许可范围内。

10-14解选用梯形螺纹。

（1）根据耐磨性初选参数

初选

查表10-8螺旋副的许用压强

，取

查手册，选取梯形螺纹GB5796-86，选取公称直径

，中径

，小径

，

螺距

。

（2）初选螺母

初步计算螺母的高度　

则螺栓与螺母接触的螺纹圈数　

，取

螺母的高度　

系数　

（3）校核耐磨性

螺纹的工作高度　

则螺纹接触处的压强

合适。

（4）校核螺杆的稳定性

起重器的螺母端为固定端，另一端为自由端，故取

，螺杆危险截面的惯性半径

，螺杆的最大工作长度

，则

螺杆的长细比　

临界载荷　

取安全系数

，不会失稳

（5）校核螺纹牙强度

对于梯形螺纹　

对于青铜螺母

，合适。

10-15解

（1）初选螺纹直径

查手册，选取梯形螺纹GB5796-86，选取公称直径

，中径

，小径

，

螺距

。

（2）验证其自锁性

　螺纹升角　

　当量摩擦角　

，所以满足自锁条件。

（3）校核其耐磨性

设螺栓与螺母参加接触的螺纹圈数

，

则螺母的高度

，

，处于1.2～2.5的许可范围内。

螺纹的工作高度

则螺纹接触处的压强

查教材表10-8，钢对青铜许用压强

，合适。

（4）校核螺杆强度

取

，则所需扭矩

则危险截面处的强度

对于45钢正火，其许用应力

，故合适。

（5）校核螺杆的稳定性

压力机的螺母端为固定端，另一端为铰支端，故取

，螺杆危险截面的惯性半径

，螺杆的最大工作长度

，则螺杆的长细比

，

不会失稳。

（6）校核螺纹牙强度

对于梯形螺纹

对于青铜螺母

，合适。

（7）确定手轮的直径

由

得

10-16解

（1）选用A型平键，查教材表10-9，由轴的直径

可得平键的截面尺寸

，

；由联轴器及平键长度系列，取键的长度

。

其标记为：

键

GB1096-79

（2）验算平键的挤压强度

由材料表10-10查得，铸铁联轴器的许用挤压应力

A型键的工作长度

，使用平键挤压强度不够，铸铁轴壳键槽将被压溃。

这时可使轴与联轴器孔之间采用过盈配

合，以便承担一部分转矩，但其缺点是装拆不便。

也可改用花键联接。

10-17解

（1）选择花键

根据联轴器孔径

，查手册可知花键小径

最接近，故选择矩形花键的规格为花键

GB1144-87

花键的齿数

、小径

，大径

，键宽

，键长取

，倒角

.

（2）验算挤压强度

取载荷不均匀系数

齿面工作高度　

平均半径　

查教材表10-11，在中等工作条件Ⅱ、键的齿面未经热处理时，其许用挤压应力

，

故合适。

二、平面连杆机构

2-1判断题

（1）×

（2）×（3）√（4）×（5）√（6）×（7）√

（8）√（9）√（10）×（11）×（12）√（13）×（14）×

（15）√（16）×（17）×（18）√（19）×（20）√（21）×

（22）×（23）×（24）×（25）√

2-2填空题

（1）低

（2）转动（3）3（4）连杆，连架杆（5）曲柄，摇杆

（6）最短（7）曲柄摇杆（8）摇杆，连杆（9）2（10）＞

（11）运动不确定（12）非工作时间（13）惯性（14）大

（15）中的摆动导杆机构有，中的转动导杆机构无（16）机架（17）曲柄

（18）曲柄滑块（19）双摇杆（20）双曲柄机构（21）无，有

2-3选择题

（1）A

（2）C（3）B（4）A（5）B（6）B（7）A

（8）C（9）A（10）A（11）A（12）C（13）C（14）A

（15）A（16）A（17）A（18）A（19）A（20）A（21）A

2-4解：

a）双曲柄机构，因为40+110<70+90，满足杆长条件，并以最短杆为机架

b）曲柄摇杆机构，因为30+130<110+120，满足杆长条件，并以最短杆的邻边为机架

c）双摇杆机构，因为50+100>60+70，不满足杆长条件，无论以哪杆为机架都是双摇杆机构

d）双摇杆机构，因为50+120=80+90，满足杆长条件，并以最短杆的对边为机架

2-5解：

（1）由该机构各杆长度可得lAB+lBC＜lCD+lAD，由此可知满足杆长条件，当以AB杆或AB杆的邻边为机架时该机构有曲柄存在

（2）以lBC或lAD杆成为机架即为曲柄摇杆机构，以lAB杆成为机架即为双曲柄机构，以lCD杆成为机架即为双摇杆机构

2-6解：

（1）曲柄摇杆机构

由题意知连架杆CD杆不是最短杆，要为曲柄摇杆机构，连架杆AB杆应为最短杆（0

（2）双摇杆机构

由题意知机架AD杆不是最短杆的对边，要为双摇杆机构应不满足杆长条件

①AB杆为最短杆（0lCD+lAD，由此可得150mm

②AB杆为中间杆（300mm≤lAB≤500mm）时，lAD+lBC>lCD+lAB，由此可得300mm≤lAB<450mm

③AB杆为最长杆（500mm≤lAB<1150mm）时，lAB+lAD>lCD+lBC，由此可得550mm

由此可知：

150mm

（3）双曲柄机构

要为双曲柄机构，AD杆必须为最短杆且应满足杆长条件

①AB杆为中间杆（300mm≤lAB≤500mm）时，lAD+lBC≤lCD+lAB，由此可得450mm≤lAB≤500mm

②AB杆为最长杆（500mm≤lAB<1150mm）时，lAB+lAD≤lCD+lBC，由此可得500mm≤lAB≤550mm

由此可知：

450mm≤lAB≤550mm

2-7解：

a）b）

c）d）e）

各机构压力角和传动角如图所示，图a）、d）机构无死点位置，图b）、c）、e）机构有死点位置

2-8解：

用作图法求解，主要步骤：

（1）计算极位夹角：

（2）取比例尺μ=/mm

（3）根据比例尺和已知条件定出A、D、C三点，如图所示

（4）连接AC，以AC为边作θ角的另一角边线，与以D为圆心、摇杆DC为半径的圆弧相交于C1和C2点，连接DC1和DC2得摇杆的另一极限位置（两个）

（5）从图中量得AC=71mm，AC1=26mm，AC2=170mm

（6）当摇杆的另一极限位置位于DC1时：

，

（7）当摇杆的另一极限位置位于DC1时：

，

答：

曲柄和连杆的长度分别为、和、。

2-9解：

用作图法求解，主要步骤：

（1）计算极位夹角：

（2）取比例尺μ=/mm

（3）根据比例尺和已知条件定出滑块的两极限位置C1、C2两点，如图所示

（4）连接C1C2，以C1C2为直角边作直角三角形C1C2P，使∠C1C2P=90°－θ°

（5）以C2P为直径作圆O

（6）将C1C2偏移e值，与圆O交于A点，连接AC1和AC2，

（7）从图中量得AC1=34mm，AC2=82mm，则：

，

答：

曲柄和连杆的长度分别为24mm和58mm。

2-10解：

用作图法求解，主要步骤：

（1）计算极位夹角：

（2）取比例尺μ=/mm

（3）根据比例尺和已知条件定出机架AC，如图所示

（4）根据摇杆的摆角等于极为夹角作出摇杆的两极限位置

（5）过A点作摇杆两极限位置的垂线，得垂足点B1、B2

（6）从图中量得AB1=23mm，则

答：

曲柄的长度为26mm。

2-11解：

用作图法求解，主要步骤：

（1）计算极位夹角：

（2）取比例尺μ=/mm

（3）根据比例尺和已知条件定出D、C1、C2三点，如图所示

（4）过D点作C1D的垂线，并与C1C2的连线交于A点

（5）从图中量得AD=220mm，AC1=234mm，AC2=180mm，则：

，

，

答：

曲柄的长度为27mm，连杆的长度为207mm，机架的长度为220mm。