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1、第三章第三章 机械零件的强度机械零件的强度 习题答案习题答案 3-1 某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa180 1 ，取循环基数 6 0 105N，9m，试求循环次数 N 分别为 7 000、25 000、620 000 次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 解解 MPa6 .373 107 105 180 9 3 6 9 1 0 11 1 N N N M P a3 .324 105 . 2 105 180 9 4 6 9 2 0 11 2 N N N M P a0 .227 102 . 6 105 180 9 5 6 9 3 0 11 3 N N N 3-2 已知材料的力学性能为MPa260 s ，
2、MPa170 1 ，2 . 0 ，试绘制此材料的简化的等寿命寿 命曲线。 解解 )170, 0( A )0 ,260(C 0 01 2 1 2 1 0 M P a33.283 2 . 01 1702 1 2 1 0 得) 2 33.283 , 2 33.283 (D，即)67.141,67.141(D 根据点)170, 0( A，)0 ,260(C，)67.141,67.141(D按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示 3-4 圆轴轴肩处的尺寸为： D=72mm， d=62mm， r=3mm。 如用题 3-2 中的材料， 设其强度极限B=420MPa， 精车，弯曲，q=1，试绘制此零件的简化等
3、寿命疲劳曲线。 解解 因2 . 1 45 54 d D ，067. 0 45 3 d r ，查附表 3-2，插值得88. 1，查附图 3-1 得78. 0 q，将 所查值代入公式，即 69. 1188. 178. 0111k q 查附图 3-2，得75. 0 ；按精车加工工艺，查附图 3-4，得91. 0 ，已知1 q ，则 35. 2 1 1 1 91. 0 1 75. 0 69. 11 1 1k q K 35. 2 67.141 ,67.141,0 ,260, 35. 2 170 , 0DCA 根据29.60,67.141,0 ,260,34.72, 0DCA按比例绘出该零件的极限应力线图
4、如下图 3-5 如题 3-4 中危险截面上的平均应力MPa20 m ， 应力幅MPa20 a ， 试分别按Cr C m ， 求出该截面的计算安全系数 ca S。 解解 由题 3-4 可知35. 2, 2 . 0MPa,260MPa,170 s1 - K （1）Cr 工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的循环特性不变公式，其计算安全系数 28. 2 202 . 03035. 2 170 ma 1 - K S ca （2）C m 工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的平均应力不变公式，其计算安全系数 81. 1 203035. 2 202 . 035. 2170 ma m1 - ca K K S 第五
5、章第五章 螺纹连接和螺旋传动螺纹连接和螺旋传动 习题答案习题答案 5-5 图5-49是由两块边板和一块承重板焊接的龙门起重机导轨托架。 两块边板各用4个螺栓与立柱相连接， 托架所承受的最大载荷为 20kN，载荷有较大的变动。试问：此螺栓连接采用普通螺栓连接还是铰制孔用 螺栓连接为宜？为什么？Q215，若用 M640 铰孔用螺栓连接，已知螺栓机械性能等级为 8.8，校核螺栓 连接强度。 解解 采用铰制孔用螺栓连接为宜 因为托架所受的载荷有较大变动，铰制孔用螺栓连接能精确固定被连接件的相对位置，并能承受横 向载荷，增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移，而普通螺栓连
6、 接靠结合面产生的摩擦力矩来抵抗转矩，连接不牢靠。 （1）确定 M640 的许用切应力 由螺栓材料 Q215，性能等级 8.8，查表 5-8，可知MPa640 s ，查表 5-10，可知0 . 55 . 3 S MPa12886.182 0 . 55 . 3 640 s S M P a67.426 5 . 1 640 s p p S （2）螺栓组受到剪力 F 和力矩（FLT ） ，设剪力 F 分在各个螺栓上的力为 i F，转矩 T 分在各个螺 栓上的分力为 j F，各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离为 r,即mm275 45cos2 150 r kN25 102758 1030020 8 kN5
7、 . 220 8 1 8 1 3 3 r FL F FF j i 由图可知，螺栓最大受力 kN015. 945cos255 . 22)25(5 . 2cos2 22 22 max FFFFF jiji 319 106 4 10015. 9 4 2 3 3 2 0 max d F 8 .131 104 .11106 10015. 9 33 3 min0 max pp Ld F 故 M640 的剪切强度不满足要求，不可靠。 5-6 已知一个托架的边板用 6 个螺栓与相邻的机架相连接。 托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、 距离为 250mm、大小为 60kN 的载荷作用。现有如图 5-50
8、所示的两种螺栓布置形式，设采用铰制孔用螺栓 连接，试问哪一种布置形式所用的螺栓直径最小？为什么？ 解解 螺栓组受到剪力 F 和转矩， 设剪力 F 分在各个螺栓上的力为 i F， 转矩 T 分在各个螺栓上的分力为 j F （a）中各螺栓轴线到螺栓组中心的距离为 r，即 r=125mm kN20 101256 1025060 6 kN1060 6 1 6 1 3 3 r FL F FF j i 由（a）图可知，最左的螺栓受力最大kN302010 max ji FFF （b）方案中 kN1060 6 1 6 1 FFi kN39.24 10125 2 125 4 2 125 2 10125 2 12
9、5 1025060 62 22 32 2 3 6 1 2 max 6 1 2 max max i i i i j r FLr r Mr F 由（b）图可知，螺栓受力最大为 kN63.33 5 2 39.24102)39.24(10cos2 22 22 max FFFFF jiji 直径较小）布置形式所用的螺栓可知采用（由a F d max 0 4 5-10 第六章第六章 键、键、花键、无键连接和销连接花键、无键连接和销连接 习题答案习题答案 6-3 在一直径mm80d的轴端，安装一钢制直齿圆柱齿轮（如下图） ，轮毂宽度1.5dL ，工作时有轻 微冲击。试确定平键的尺寸，并计算其允许传递的最大扭
10、矩。 解解 根据轴径mm80d，查表得所用键的剖面尺寸为mm22b，mm14h 根据轮毂长度mm120805 . 11.5dL 取键的公称长度 mm90L 键的标记 键79-90GB109622 键的工作长度为 68mm2290bLl 键与轮毂键槽接触高度为 mm7 2 h k 根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，取许用挤压应力 110M P a p 根据普通平键连接的强度条件公式 102 3 pp kld T 变形求得键连接传递的最大转矩为 mN2094 2000 11080687 2000 p max kld T 第八章第八章 带传动带传动 习题答案习题答案 8-1 V 带传动的min145
11、0 1 rn ，带与带轮的当量摩擦系数51. 0 v f，包角180 1 ，初拉力 N360 0 F。试问： （1）该传动所能传递的最大有效拉力为多少？（2）若mm100dd1，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，从动轮输出效率为多少？ 解解 N4 .478 1 1 1 1 3602 1 1 1 1 21 51. 0 1 1 51. 0 0 e e e e FF v v f f ec mmN92.23 2 10100 4 .478 2 d 2 -3 d1 ec FT kW45. 3 95. 0 1000601000 10014. 314504 .478 1
12、000601000 d 1000 3 d11 nF F P ecec 8-2 V 带传动传递效率7.5kWP，带速sm10，紧边拉力是松边拉力的两倍，即 21 FF ，试求紧 边拉力 1 F、有效拉力 e F和初拉力 0 F。 解解 1000 F P e N750 10 5 . 710001000 P Fe 2121 2FFFFFe且 1500N75022 1 e FF 2 01 e F FF 1125N 2 750 1500 2 10 e F FF 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 P=7kW，转速 min960 1 rn ，减速器输入轴的
13、转速min330 2 rn ，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。 解解 （1）确定计算功率 ca P 由表 8-7 查得工作情况系数2 . 1 A K，故 4kW. 872 . 1 Aca PKP （2）选择 V 带的带型 根据 ca P、 1 n，由图 8-11 选用 B 型。 （3）确定带轮的基准直径 d d，并验算带速 由表 8-6 和 8-8，取主动轮的基准直径mm180 1d d 验算带速 sm0432. 9 100060 960180 100060 11 nd d 带速合适 sm30sm5 计算从动轮的基准直径 mm45.497 330 05. 019601801 2 11 2 n nd d d d （4）确定 V 带的中心距a和基准长度 d L 由式 21021 27 . 0 dddd ddadd，初定中心距mm550 0 a。 计算带所需的基准长度 mm2214 5504 180500 500180 2 5502 42 2 2 0 2 12 2100 a dd ddaL dd ddd 由表 8-2 选带的基准长度mm2240 d L
