机械设计课后练习

3-2 已知材料的力学性能为 ， ， ，试绘制此材料的简化的等寿命MPa260sPa1702.0寿命曲线。解 )170,(A),(C0210MPa3.28.0720得 ，即),3.8(D )67.14,.(D根据点 ， ， 按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示17,A,26(C.,.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寿命疲劳曲线。解 因 ， ，查附表 3-2，插值得 ，查附图 3-1 得 ，2.145d067.453dr 8.1 78.0q将所查值代入公式，即 9.18kq查附图 3-2，得 ；按精车加工工艺，查附图 3-4，得 ，已知 ，则750 91.0q35.219.075.61kqK.4,2,35.170,DCA根据 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图26.1643-5 如题 3-4 中危险截面上的平均应力 ，应力幅 ，试分别按 MPa20mPa20aCr，求出该截面的计算安全系数 。CmcaS解 由题 3-4 可知 35.,.,6MP,170s-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28.0.35.217ma1- KSca（2） 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81.2035170ma1- caKS5-5 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 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 ，查表 5-10，可知MPa640s0.53SPa128664sM7.25.10spS（2）螺栓组受到剪力 F 和力矩（ ） ，设剪力 F 分在各个螺栓上的力为 ，转矩 T 分在各个LTiF螺栓上的分力为 ，各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离为 r,即j m2754cos210kN251027583 .13rFLji由图可知，螺栓最大受力 kN015.94cos25.)(.cos222max jiji31906415.9220 dF8.14.33min0ax pp L 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 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 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 ，转矩 T 分在各个螺栓上的分力为iFjF（a）中各螺栓轴线到螺栓组中心的距离为 r，即 r=125mmkN201256013rFLji由（a）图可知，最左的螺栓受力最大 kN3021maxjiF（b）方案中kN1061FikN39.2410251421506323612max612axmax iij rLM由（b）图可知，螺栓受力最大为k63.5239.4102)39.4(10cos22max FFjiji 且且且且 adax045-8 两块金属板用两个 M12 的普通螺栓联接。若接合面的摩擦系数 f=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 Fo=15000N,当受轴向工作载荷 F10 000N 时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。8-2 V 带传动传递效率 ，带速 ，紧边拉力是松边拉力的两倍，即 ，试求7.5kWPsm10 21F紧边拉力 、有效拉力 和初拉力 。1Fe0F解 0PeN7501.0PFe221F且e201F125N705e8-310-1 试分析图 10-47 所示的齿轮传动各齿轮所受的力（用受力图表示各力的作用位置及方向） 。解 受力图如下图：10-6 设计铣床中的一对圆柱齿轮传动，已知 ，54,26min,r1450,kW.711 znP寿命 ，小齿轮相对其轴的支承为不对称布置，并画出大齿轮的机构图。h120hL解 (1) 选择齿轮类型、精度等级、材料选用直齿圆柱齿轮传动。铣床为一般机器，速度不高，故选用 7 级精度（GB10095-88） 。材料选择。由表 10-1 选择小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 刚（调质） ，硬度为 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS。（2）按齿面接触强度设计3211t2. HEdZuKTd1）确定公式中的各计算值试选载荷系数 .5t计算小齿轮传递的力矩mN49371090.95511 nPT小齿轮作不对称布置，查表 10-7，选取 0.1d由表 10-6 查得材料的弹性影响系数 21MPa8.9EZ由图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿Pa601limH轮的接触疲劳强度极限 。a502limH齿数比 8.6412zu计算应力循环次数91 104.120506hjLnN992 .8.4u由图 10-19 取接触疲劳寿命系数 0.1,8.021HNHNK计算接触疲劳许用应力取失效概率为 ，安全系数1%SMPa5698.0lim1SKHNH.132li22）计算计算小齿轮分度圆直径 ，代入 中较小值1tdH m57.3.568190.249375.232. 3 211t HEdZuKTd计算圆周速度 sm6.1067.4.106tn计算尺宽 b5.3.1t d计算尺宽与齿高之比 hm061.27.51tzmt3.4.2. th56.13.47hb计算载荷系数根据 ，7 级精度，查图 10-8 得动载荷系数sm0. 2.1vK直齿轮， 1FHK由表 10-2 查得使用系数 25.A由表 10-4 用插值法查得 40H由 ， ，查图 10-13 得56.1hb.1K37.1FK故载荷系数 .2402.51HvA按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径.605.1327.31t tKd计算模数 m2.6.01z取 5.2几何尺寸计算分度圆直径： m652.1zd1342中心距： 01a确定尺宽：m74.51.6895208.16549371.2. 22HEZudKTb圆整后取 。m,12b（3）按齿根弯曲疲劳强度校核由图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮的弯曲疲MPa501FE劳强度极限 。MPa3802FE由图 10-18 取弯曲疲劳寿命 。93.0,8.21FNFNK计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 4.SMPa6.37150891KFENF2.22计算载荷系数05.37.1.51FA查取齿形系数及应力校正系数由表 10-5 查得 6.21aFY4.2aFY591aS712aS校核弯曲强度根据弯曲强度条件公式 进行校核FSFYmbdKTa111 MPa64.95.162.65249370.211 FSFF YmbdKTa 21 22 FSFFa所以满足弯曲强度，所选参数合适。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？N307/P4 6207 30207 51301解 N307/P4、6207、30207 的内径均为 35mm，51301 的内径为 5mm；N307/P4 的公差等级最高；6207 承受径向载荷能力最高；N307/P4 不能承受径向载荷。13-5 根据工作条件，决定在轴的两端用 的两个角接触球轴承，如图 13-13b 所示正25装。轴颈直径 ，工作中有中等冲击，转速 ，已知两轴承的m35d minr180n径向载荷分别为 ， ，外加轴向载荷 ，作用方N901rF3902r N7aeF向指向轴承 1，试确定其工作寿命。解 （1）求两轴承的计算轴向力 和1a2F对于 的角接触球轴承，按表 13-7，轴承派生轴向力 ，25 rd68.068.0eN2.305968.0.11 rdF7422r两轴计算轴向力N2.305.780,2.35max,max211 daed1422 FF（2）求轴承当量动载荷 和1P2eFra68.03951ra.422由表 13-5 查得径向动载荷系数和轴向动载荷系数为对轴承 1 1X01Y对轴承 2 4.287.2因轴承运转中有中等冲击载荷，按表 13-6，取 ，则5.1pfN08230915.111 arpFYXfP 536.12.47.4.222r（3）确定轴承寿命由于题目中没给出在轴承的具体代号，这里假设选用 7207AC，查轴承手册得基本额定载荷 ，因