机械设计作业集答案-第四版-西北工大版.doc

1、机械设计作业集（第四版）解题指南西北工业大学机电学院2012.7前言本书是高等教育出版社出版、西北工业大学濮良贵、纪名刚主编机械设计（第八版）和李育锡主编机械设计作业集（第三版）的配套教学参考书，其编写目的是为了帮助青年教师使用好上述两本教材，并为教师批改作业提供方便。本书是机械设计课程教师的教学参考书，也可供自学机械设计课程的读者和考研学生参考。机械设计作业集已经使用多年，希望广大教师将使用中发现的问题和错误、希望增加或删去的作业题、以及对机械设计作业集的改进建议告知编者（电子信箱：liyuxi05），我们会认真参考，努力改进。本书由李育锡编写，由于编者水平所限，误漏之处在所难免，敬请广大使

2、用者批评指正。编者2012.7目录第三章机械零件的强度（1）第四章摩擦、磨损及润滑概述（5）第五章螺纹连接和螺旋传动（6）第六章键、花键、无键连接和销连接（9）第七章铆接、焊接、胶接和过盈连接（11）第八章带传动（15）第九章链传动（18）第十章齿轮传动（19）第十一章蜗杆传动（24）第十二章滑动轴承（28）第十三章滚动轴承（30）第十四章联轴器和离合器（34）第十五章轴（36）第十六章弹簧（41）机械设计自测试题（43）第三章机械零件的强度31表面化学热处理；高频表面淬火；表面硬化加工；32（3）；33截面形状突变；增大； 34 （1）；（1）； 35 （1）；36 答：零件上的应力接近屈服

3、极限，疲劳破坏发生在应力循环次数在103104范围内，零件破坏断口处有塑性变形的特征，这种疲劳破坏称为低周疲劳破坏，例如飞机起落架、火箭发射架中的零件。零件上的应力远低于屈服极限，疲劳破坏发生在应力循环次数大于 104时，零件破坏断口处无塑性变形的特征，这种疲劳破坏称为高周疲劳破坏，例如一般机械上的齿轮、轴承、螺栓等通用零件。37 答：材料的持久疲劳极限 r 所对应的循环次数为 ND，不同的材料有不同的 ND值，有时 ND很大。为了便于材料的疲劳试验，人为地规定一个循环次数 N0，称为循环基数，所对应的极限应力r称为材料的疲劳极限。 r 和 ND为材料所固有的性质，通常是不知道的，在设计计算时

4、，当 N N0时，则取rN= r。38 答：图 a 中 A 点为静应力， r = 1 。图 b 中 A 点为对称循环变应力， r = 1。图 c 中 A 点为不对称循环变应力， 1 r 103时，在一定的应力变化规律下，如果极限应力点落在极限应力线图中的屈服曲线 GC 上时，也应按静强度条件计算；如果极限应力点落在极限应力线图中的疲劳曲线 AG 上时，则应按疲劳强度条件计算；312 答：在单向稳定变应力下工作的零件，应当在零件的极限应力线图中，根据零件的应力变化规律，由计算的方法或由作图的方法确定其极限应力。313 答：该假说认为零件在每次循环变应力作用下，造成的损伤程度是可以累加的。应力循环

5、次数增加，损伤程度也增加，两者满足线性关系。当损伤达到 100时，零件发生疲劳破坏。疲劳损伤线性累积假说的数学表达式为ni/Ni1。314 答：首先求出在单向应力状态下的计算安全系数，即求出只承受法向应力时的计算安全系数S和只承受切向应力时的计算安全系数S，然后由公式（335）求出在双向应力状态下的计算安全系数Sca，要求 ScaS（设计安全系数）。315 答：影响机械零件疲劳强度的主要因素有零件的应力集中大小，零件的尺寸，零件的表面质量以及零件的强化方式。提高的措施是：1）降低零件应力集中的影响；2）提高零件的表面质量；3）对零件进行热处理和强化处理；4）选用疲劳强度高的材料；5）尽可能地减

6、少或消除零件表面的初始裂纹等。316 答：结构内部裂纹和缺陷的存在是导致低应力断裂的内在原因。317 答：应力强度因子 KI表征裂纹顶端附近应力场的强弱，平面应变断裂韧度 KIC表征材料阻止裂纹失稳扩展的能力。若 KI KIC，则裂纹不会失稳扩散；若 KI KIC，则裂纹将失稳扩展。318 解：已知 B= 750MPa ，s= 550MPa ， 1=350MPa ，由公式（3-3），各对应循环次数下的疲劳极限分别为 1N 1= mN09= 350 5106=583 .8 MPa因此，取 1N1=550MPa = s1N1510946s1N 2=m1mNN02=35051051095= 452

7、MPa= N0=3505106= 271 MPa 因此，取N13N13= 350MPa = 1 。1N351071319 解：1确定有效应力集中系数、尺寸系数和表面质量系数查附表 32，由 D / d = 48 / 40 = 1.2 ， r / d = 3/ 40 = 0.075 ，用线性插值法计算 和 。(0.075 0.04 ) (1.62 2.09 ) =2.09 + =1 .66 +0 .10 0 .04(0 .075 0 .04 ) (1.33 1 .66 )0 .10 0 .04= 1.82= 1 .47查附图 31，由B= 650MPa ， r = 3mm ，查得 q= 0.84

8、 ， q= 0.86，由公式（附 34），有效应力集中系数k= 1+ q(1) = 1+ 0.84 (1.82 1) = 1.69k= 1 +(q1) = 1 + 0.86 (1.47 1) = 1.40查附图 32，取 =0.77 。查附图 33，取 =0.86 。查附图 34，取 =0.86 。零件不强化处理，则 q= 1 。2计算综合影响系数由公式（3-12）和（3-14b），综合影响系数K= (k+1 1)1= (1.69+11)1=2.36 q0.770.861K= (k+11)1= (1.40+111) =1.79320 解：1计算法q0.860.861已知 max= 190MPa

9、 ， min= 110MPa ， m和 a分别为+190110m=maxmin=+=150MPa22 190110a=由公式（3-21），计算安全系数maxmin=40MPa22Sca=+1()Km=300 + (2.0 0.2)150=1.52图解法K(+ma)2.0 (150 + 40)由公式（3-6）知，脉动循环的疲劳极限0为2123000=1+ =1+ 0.2=500MPa5001=300=K2.0150MPa；2 K0=2 2 . 0=125MPa根据点 A （0，150）、点 D （250，125）和点 C （360，0）绘出零件的极限应力线图。过工作应力点 M （150，40），作垂线交 AG 线于 M 点，则计算安全系数+=MM=+150135=Scam+a+1.5MM15040ma321 解：1求计算安全系数 Sca题解 320 图由公式（3-31），由于 3 1 ，对材料的寿命无影响，故略去。计算应力=m1Z919=caN0i=1m=nii5106(104 5009+ 105 400 )3275.5MPa