机械设计习题解答1

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1、机械设计习题解答机械设计（西北工大第八版）3-1 某材料的对称弯曲循环疲劳极限，取循环基数，试求循环次数分别为7000、25000、62000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。解 由公式 （教科书式3-3）3-2已知材料的力学性能为，试绘制此材料的简化等寿命疲劳曲线。解 根据所给的条件，和由试件受循环弯曲应力材料常数，可得由上式可得。由三点、和，可绘制此材料的简化等寿命疲劳曲线如下。3-3 一圆轴的轴肩尺寸为：，。材料为，其强度极限，屈服极限，试计算轴肩的弯曲有效应力集中系数。解 ，所以，查教科书附表3-2得，查教科书附图3-1得，故有5-4 图5-48所示的底板螺栓组连接受外力的作用，外力作用在包

2、含轴并垂直于底板接合面的平面。试分析螺栓组的受力情况，判断哪个螺栓受力最大？保证连接安全工作的必要条件有哪些？解 将底板螺栓组连接受外力力等效转化到底板面上，可知底板受轴向力，横向力和绕的倾斜力矩。从图可看出。（1） 底板最左侧的两个螺栓受拉力最大，应验算该螺栓的拉伸强度（螺栓拉断），要求拉应力。（2） 底板最右侧边缘的最大挤压力（底板左侧压溃），要求挤压应力。（3） 底板最左侧边缘的最小挤压力（底板右侧出现间隙），要求最小挤压应力。（4） 应验算底板在横向力作用下不发生滑移，要求摩擦力。（注：为螺栓组总的预紧力）。5-6 已知一托架的边板用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

3、直对称轴线相平行、距离为，大小为的载荷作用。现有如图5-50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较小？为什么？解 将螺栓组受力向螺栓组对称中心等效，受剪力，转矩。设剪力分在各螺栓上的力为，转矩分在各螺栓上的力为。（1）螺栓组按图5-50（a）布置，有（受力方向为向下）（受力方向为螺栓所在圆的切线方向）由图可知，最右边的螺栓受力最大，且为（2）螺栓组按图5-50（b）布置，有（受力方向为向下）由教科书式（5-13），可得由图可知，右边两个螺栓受力最大，且为由以上数值可以得出：采用图5-50(a)的布置形式所用的螺栓直径较小。5-10 图5-18所示为一

4、气缸盖螺栓组连接。已知气缸的工作压力，缸盖与缸体均为钢制，直径，上、下凸缘均为，试设计此连接。解 （1） 确定螺栓数和直径查教科书表5-4得螺栓间距，取，则螺栓间距螺栓直径为：，按照系列标准取（2）选择螺栓性能等级按表5-8选取螺栓性能等级为8.8，则螺栓材料的屈服极限。（3）计算螺栓上的载荷作用在气缸上的最大压力和单个螺栓上的工作载荷按教科书P83，对于有密封要求的连接，残余预紧力，取。根据公式计算螺栓的总载荷为：（4）材料的许用应力按不控制预紧力的情况确定安全系数，查教科书表5-10，取安全系数，许用应力（5）验算螺栓的强度查手册，螺栓的大径，小径，取螺栓的长度，根据公式螺栓的计算应力为：

5、满足强度条件。螺栓的标记为 GB/T5782-86 M1670，螺栓数量12个。6-2胀套串联使用时，为何要引入额定载荷系数？为什么型胀套和型胀套的额定载荷系数有明显的差别？解 （1） 胀套串联使用时，由于各胀套的胀紧程度不同，致使各胀套的承载能力不同，所以，计算时引入额定载荷系数。（2）型胀套串联使用时，右边胀套轴向夹紧力受左边胀套的摩擦力的影响，使得左边胀套和右边胀套的胀紧程度有明显的差别，型胀套串联的额定载荷系数较小。型胀套串联使用时，右边胀套和左边胀套分别自行胀紧，使得左边胀套和右边胀套的胀紧程度只有较小的差别，因此，型胀套串联的额定载荷系数较大。6-4图6-27所示的凸缘半联轴器及圆

6、柱齿轮，分别用键与减速器的低速轴相连接。试选择两处键的类型及尺寸，并校核其连接强度。已知：轴的材料为45钢，传递的转矩，齿轮用锻钢制成，半联轴器用灰口铸铁制成，工作时有轻微冲击。解 （1） 确定联轴器段的键由图6-27，凸缘半联轴器与减速器的低速轴相连接，选型平键。由轴径，查教科书表6-1得所用键的剖面尺寸为，。轮毂的长度确定键的长度，可取（P105轮毂的长度可取），教科书表6-1取键的长度，键的标记：。键的工作长度为：键与轮毂的接触高度为：。根据联轴器材料为灰口铸铁，载荷有轻微的冲击，查教科书表6-2，去许用挤压应力注：键、轴、轮毂材料最弱的许用挤压应力，根据普通平键连接的强度计算公式，其挤

7、压强度为满足挤压强度。（2） 确定齿轮段的键由图6-27，圆柱齿轮与减速器的低速轴相连接，选型平键。由轴径，查教科书表6-1得所用键的剖面尺寸为，。轮毂的长度确定键的长度，教科书表6-1取键的长度，键的标记：。键的工作长度为：键与轮毂的接触高度为：。根据齿轮材料为钢，载荷有轻微的冲击，查教科书表6-2，去许用挤压应力注：键、轴、轮毂材料最弱的许用挤压应力，根据普通平键连接的强度计算公式，其挤压强度为满足挤压强度。7-1 图7-27所示的焊接接头，被焊材料均为钢，承受静载荷，设采用焊条手工焊接，试校核该接头的强度。解 从图7-27中可以看出，有对接和搭接两种焊缝。（1） 确定许用应力被焊件的材料

8、，查教科书表7-3得：许用拉应力，许用切应力。（2） 校核焊缝的强度根据对接焊缝的受拉强度条件公式，可得对接焊缝所能承受的载荷为：根据搭接焊缝的受剪切强度条件公式，可得搭接焊缝所能承受的载荷为：在对接缝中间剖开，焊缝所能承受的总载荷为所以满足强度条件。7-5 图7-28所示的铸锡磷青铜蜗轮圈与铸铁轮芯采用过盈连接，所选用的标准配合为，配合表面粗糙度均为，设连接零件本身的强度足够，试求此连接允许传递的最大转矩(摩擦系数)。解 （1） 计算最小过盈量查表可得：蜗轮圈与轮芯的配合为的轴的公差和孔的公差。最小有效过盈量。查教科书表7-6可得：，最小过盈量为：压入法：胀缩法：（2） 计算配合面间的最小径

9、向压力取，。刚度系数分别为：根据过盈连接传递载荷所需的最小过盈量公式：，分别采用两种方法装配，配合面间的最小径向压力分别为：压入法： 胀缩法： （3） 计算允许传递的最大转矩根据连接传递转矩公式，配合面间传递的最大转矩分别为：压入法： 胀缩法：8-1 V带传动的，带与带轮的当量摩擦系数，包角，初始拉力。试问（1）所传动所能传递的最大有效拉力为多少？（2）若，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，从动轮输出功率为多少？解 （1）临界有效拉力根据临界有效拉力公式（式8-6），可得临界有效拉力为 （2）确定最大传递扭矩（3）计算输出功率根据带传动功率公式8-4 有一

10、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，转速，减速器输入轴的转速，允许误差，运输装置工作时有轻度冲击，两班制工作，试设计此传动。解 （1）确定计算功率查教科书表8-7得工作情况系数，计算功率（2）选取V带型号根据，查教科书图8-11选用B型。（3）确定带轮的基准直径，并验算带速度由教科书表8-4a取主动轮基准直径，从动轮直径查教科书表8-8取。从动轮实际转速验算转速误差：转速误差在允许误差围。验算带的速度带速适合。（4）确定带的长度和中心距根据，则，初步取中心距。根据带长公式，带的长度为 查教科书表8-2选带的基准长度，。实际中心距为（5）验算主动轮上的包角 包角

11、适合。（6）计算带的根数 由和查表8-4a得由、和B型带，查表8-4b得由，查教科书表8-5得；由，查教科书表8-2得。根据带数公式（式8-26），得带数为取。（7）计算初拉力 查教科书表8-3得B型带的单位长度质量，由式（8-27）（8）计算轴压力 （式8-28）（9）带轮结构设计（略）。9-1 如图9-16所示链传动的布置形式，小链轮为主动轮，中心距。它在所示布置中应按哪个方向回转才算合理？两轮轴线在同一铅垂面（图c）有什么缺点？应采取什么措施？解 图a、b所示布置中链轮按逆时针方向旋转合理（紧边在上面，松边在下面）。两轮轴线布置在同一铅垂面，下垂量增大，下轮的有效啮合齿数减少，降低了传动

12、能力。应采取的措施是：（1）增大中心距；（2）加紧轮；（3）两轮偏置等措施。9-2 某链传动传递的功率，主动链轮转速，从动链轮转速，载荷平稳，定期人工润滑，试设计此链传动。解 （1） 选择链轮齿数取小齿轮齿数，大齿轮齿数为（2） 确定计算功率由教科书表9-6得，由教科书图9-13查得，单排链，则计算功率为：（3） 选择链条型号和节距根据及，查教科书图9-11得：可选12A，由表9-1链条节距为。（4） 计算链节数和中心距初选中心距取，相应的计算链节数 取链节数(应取整数、且为偶数)。查教科书表9-7得到中心距计算系数，则链条传动的最大中心距 （清华大学） （5） 计算链速度，确定润滑方式由和链号12A，查教科书图9-14得润滑方式为人工定期润滑。（6） 计算压轴力 有效圆周力为：假设链轮水平布置，压轴力系数，则压轴力为