1机械设计(第八版)课后习题答案(最新)

第三章 机械零件的强度 题答案 3材料的对称循环弯曲疲劳极限 ，取循环基数 60 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 M P 36910111 46920112 56930113 知材料的力学 性能为 ， ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。 解 )170,0(A )0,260(C 0012 12 10M P 7021 2 10 得 ) ，即 ) 根据点 )170,0(A ， )0,260(C ， ) 按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示 3轴轴肩处的尺寸为： D=72d=62r=3如用题 3的材料，设其强度极限 B=420车，弯曲， q=1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。 解 因 附表 3值得 ，查附图 3 q，将所查值代入公式，即 q 查附图 3 ；按精车加工工艺，查附图 3 ，已知 1 K ,260, 根据 1,0,2 6 0, 比例绘出该零件的极限应力线图如下图 3题 3危险截面上的平均应力 ，应力幅 ，试分别按 m ，求出该截面的计算安全系数 解 由题 3知 a ,2 6 0M P a ,1 7 0 1） 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 7 0- K S 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 K 五章 螺纹连接和螺旋传动 题答案 5析比较普通螺纹、管螺 纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，各举一例说明它们的应用 螺纹类型 特点 应用 普通螺纹 牙形为等力三角形，牙型角 60o，内外螺纹旋合后留有径向间隙，外螺纹牙根允许有较大的圆角，以减少应力留集中。同一公称直径按螺距大小，分为粗牙和细牙。细牙螺纹升角小，自锁性较好，搞剪强度高，但因牙细在耐磨，容易滑扣 一般联接多用粗牙螺纹，细牙螺纹常用于细小零件、薄壁管件或受冲击、振动和变载荷的连接中，也可作为微调机构的调整螺纹用 管螺纹 牙型为等腰三角形，牙型角 55o，内外螺纹旋合后无径向间隙，牙顶有较大的圆角 管联接用 细牙普通螺纹 薄壁管件 非螺纹密封的 55o 圆柱管螺纹 管接关、旋塞、阀门及其他附件 用螺纹密封的 55o 圆锥管螺纹 管子、管接关、旋塞、阀门及其他螺纹连接的附件 米制锥螺纹 气体或液体管路系统依靠螺纹密封的联接螺纹 梯形螺纹 牙型为等腰梯形，牙侧角 3o，内外螺纹以锥面巾紧不易松动，工艺较好，牙根强度高，对中性好 最常用的传动螺纹 锯齿形螺纹 牙型不为等腰梯形，工作面的牙侧角 3o，非工作面的牙侧角 30o。外螺纹牙根有较大的圆角，以减少应力集中。内外螺纹旋合后，大径处无间隙，便于对中。兼有矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙根旨度高的特点 只能用于单向受力的螺纹联接或螺旋传动，如螺旋压力机 5承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆部分做得细些有什么好处？ 答：可以减小螺栓的刚度，从而提高螺栓联接的强度。 5析活塞式空气压缩气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力，最小应力如何得出？当气缸内的最高压 力提高时，它的最大应力，最小应力将如何变化？ 解： 最大应力出现在压缩到最小体积时，最小应力出现在膨胀到最大体积时。当汽缸内的最高压力提高时，它的最大应力增大，最小应力不变。 5 5示的底板螺栓组联接受外力 用在包含 x 轴并垂直于底板接合面的平面内。试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大？堡证联接安全工作的必要条件有哪些？ 5 5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 20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？ 用 40 铰孔用螺栓连接，已知螺栓机械性能等级为 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 40 的许用切应力 由螺栓材料 能等级 表 5知 s ，查表 5知 S M P 8 4 0 s MP 0 s （ 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矩 T 分在各个螺栓上的分力为螺栓轴线到 螺栓组对称中心的距离为 r,即 o 5 0 由图可知，螺栓 最大 受力 o 5(o 222m a x a x i a x 故 40 的剪切强度不满足要求， 不可靠。 5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 250小为 60载荷作用。现有如图 5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矩 T 分在各个螺栓上的分力为a）中各螺栓轴线到螺栓组中心的距离为 r，即 r=125mm a）图可知，最左的螺栓受力最大 a x b）方案中 FF 521 2 5421 2 52101 2 521 2 5102 5 06062223223612m a a xm a x 由（ b）图可知，螺栓受力最大为 0c 222m a x 直径较小）布置形式所用的螺栓可知采用（由 m a 5 5示为一拉杆螺纹联接。已知拉丁所受的载荷 F=56荷稳定，拉丁材料为 ，试设计此联接。 5块金属板用两个 普通螺栓联接。若接合面的摩擦系数 f=栓预紧力控制在其屈服极限的 70%。螺栓用性能等级为 中碳钢制造，求此联接所能传递的横向载荷。 5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 5000N,当受轴向工作载荷 F 10 000N 时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。 5 5示为一汽缸盖螺栓组联接。已知汽缸内的工作压力 P=01盖与缸体均为钢制，直径 502= 5计简单千斤顶（参见图 5螺杆和螺母的主要尺寸。起重量为 40000N，起重高度为 200料自选。 (1) 选作材料。螺栓材料等选用 45 号钢 。螺母材料选用 表确定需用压强 P=15(2)确定螺纹牙型。梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好，本题采用梯形螺纹。 （ 3）按耐磨性计算初选螺纹的中径。因选用梯形螺纹且螺母兼作支承，故取 ，根据教材式（ 5 按螺杆抗压强度初选螺纹的内径。根据第四强度理论，其强度条件为 但对中小尺寸的螺杆，可认为 ，所以上式可简化为 式中， A 为螺杆螺纹段的危险截面面积， ;S 为螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋， S=于传导螺旋， S=于精密螺杆或水平螺杆， S （ 5）综合考虑，确定螺杆直径。比较耐磨性计算和抗压强度计算的结果，可知本题螺杆直径的选定 应以抗压强度计算的结果为准，按国家标准5796定螺杆尺寸参数：螺纹外径 d=44纹内径 6纹中径 纹线数 n=1,螺距 P=7(6)校核螺旋的自锁能力。对传力螺旋传动来说，一般应确保自锁性要求，以避免事故。本题螺杆的材料为钢，螺母的材料为青铜，钢对青铜的摩擦系数 f=机械设计手册 )。因梯形螺纹牙型角 ,所以 因 ,可以满足自锁要求。 注意：若自锁性不足，可增大螺杆直径或减沾上螺距进行调整。 （ 7）计算螺母高度 以 H= ,取为 z=H/P=纹圈数最好不要超过 10 圈，因此宜作调整。 一般手段是在不影响自锁性要求的前提下，可适当增大螺距 P,而本题螺杆直径的选定以抗压强度计算的结果为准，耐磨性已相当富裕，所以可适当减低螺母高度。现取螺母高度 H=70螺纹圈数 z=10,满足要求。 （ 8）螺纹牙的强度计算。由于螺杆材料强度一般远大于螺母材料强度，因此只需校核螺母螺纹的牙根强度。根据教材表 5于青铜螺母,这里取 30教材式（ 5螺纹牙危险截面的剪切应力为 满足要求 螺母螺纹根部一般不会弯曲折断，通常可以不进行弯曲强度校核。 （ 9）螺杆的稳定性计算。当轴向压力大于某一临界值时，螺 杆会发生侧向弯曲，丧失稳定性。好图所示，取 B=l=L+B+H/2=305杆危险面的惯性半径 i=9杆的长度：按一端自由，一段固定考虑，取 螺杆的柔度： ,因此本题螺杆 ,为中柔度压杆。棋失稳时的临界载荷按欧拉公式计算得 所以满足稳定性要求。 第六章 键、花键、无键连接和销连接 题答案 6一直径 d 的轴端，安装一钢制直齿圆柱齿轮（如下图），轮毂宽度 ，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矩。 解 根据轴径 d ，查表得所用键的剖面尺寸为 b ， h 根据轮毂长度 1 .5 取键的公称长度 键的标记 键 79109622 键的工作长度为 6 8 m 键与轮毂键槽接触高度为 2荷有轻微冲击，取许用挤压应力 110 接的强度条件公式 102 3 变形求得键连接传递的最大转矩为 10806872000 pm a x k 6第八章 带传动 题答案 8V 带传动的 ，带与带轮的当量摩擦系数 51.0角 1801 ，初拉力 F。试问：（ 1）该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 性滑动忽略不计，从动轮输出效率为多少？ 解 01 0 82 V 带传动传递效率 ，带速 ，紧边拉力是松边拉力的两倍，即 21 ，试求紧边拉力 1F 、有效拉力 解 1000FP e010 0 01 00 0 PF e 且1 5 0 0 0221 1 1 25 00210 8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=7速 ，减速器输入轴的转速 ，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 （ 1）确定计算功率得工作情况系数 K ，故 2）选择 V 带的带型 根据1n ，由图 8用 B 型。 （ 3）确定带轮的基准直径d，并验算带速 由表 8 8主动轮的基准直径 算带速 60180100060 11 计算从动轮的基准直径 n 4）确定 V 带的中心距 a 和基准长度式 21021 27.0 ，初定中心距 a。 计算带所需的基准长度 带的基准长度 际中心距 a 21422405502 00 50 。 （ 5）验算小带 轮上的包角 1 90147563 21 （ 6）计算带的根数 z 计算单根 V 带的额定功率 由 nd d 和，查表 8 1 带，查表得和查表 8 ，表 8 1k L ，于是 0 ( 算 V 带的根数 z 根。 （ 7）计算单根 V 带的初拉 力的最小值 B 型带的单位长度质量 q ，所以 30 4 3 3 0k 0 22m i q z 8）计算压轴力 i i m i p（ 9）带轮结构设计（略） 第九章 链传动 题答案 9链传动传递的功率 ，主动链轮转速 n ，从动链轮转速 n ，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 取小链轮齿数 191 z ，大链轮的齿数 6519144812112 2）确定计算功率 由表 9得 K ，由图 9得 52.1单排链，则计算功率为 3）选择链条型号和节距 根据 m nP ，查图 9选 16A，查表 9条节距 p （ 4）计算链节数和中心距 初选中心距 7 07 6 030()5030(0 a，相应的链长节数为 114 查表 9中心距计算系数 f ，则链传动的最大中心距为 565191 1 4 5 p（ 5）计算链速 ，确定润滑方式 1 和链号 16A，查图 9知应采用定期人工润滑。 （ 6）计算压轴力 10001000 pF e 链轮水平布置时的压轴力系数 15.1压轴力为 KF 知主动链轮转速 n ，齿数 211 z ，从动链齿数 992 z ，中心距 a ，滚子链极限拉伸载荷为 作情 况系数 1AK ，试求链条所能传递的功率。 解 由 F ，查表 9 p ，链型号 16A 根据 m ，查图 9额定功率 11 z 查图 9 45.1且 15 zA P 第十章 齿轮传动 题答案 10分析图 10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： 补充题： 如图（ b），已知标准锥齿轮 0,20,5 521 ，标准斜齿轮 24,6 3 zm n ，若中间轴上两齿轮所受轴向力互相抵消， 应为多少？并计算 2、 3 齿轮各分力大小。 解 （ 1）齿轮 2 的轴向力 ： 222222222 s i nt s i nt i nt 齿轮 3 的轴向力： s i a nc o a a 3232 ,20, nR s 33222 即 2 23 s in n 由 22 2 2 8 2 s i nt i n 2 23 （ 2）齿轮 2 所受各力 ： 3 . 7 6 5 2 3522222 5 0 8 k st 3222 FF i nt 3222 FF ta o s 107 6 o FF 所受各力： o o o 53232333 st 333 FF o s 20t a a a n 33333 333 计铣床中的一对圆柱齿轮传动，已知 54,26m in, 5 0,111 寿命 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。 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（ 材料选择。由表 10择小齿轮材料为 40质），硬度为 280齿轮材料为 45 刚（调质）， 硬度为 240者材料硬度差为 40 （ 2）按齿面接触强度设计 3211t 1）确定公式中的各计算值 试选载荷系数 K计算小齿轮传递的力矩 1151 n 小齿轮作不对称布置，查表 10取 0.1由表 10得材料的弹性影响系数 Z 由图 10 齿 面 硬 度 查 得 小 齿 轮 的 接 触 疲 劳 强 度 极 限 大 齿 轮 的 接 触 疲 劳 强 度 极 限 齿数比 计算应力循环次数 911 0 0 011 4 5 06060 由图 10接触疲劳寿命系数 K 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1% ，安全系数 1S M P i M P i 算 计算小齿轮分度圆直径1入 较小值 23211t 计算圆周速度 1t 计算尺宽 b d 计算尺宽与齿高之比 7 计算载荷系数 根据 ， 7 级精度，查 图 10动载荷系数 2.11 0得使用系数 K 由表 10插值法查得 K 由 K，查图 10 按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径 31计算模数 m .2m 几何尺寸计算 分度圆直径： 中心距： 35652 21 3 9 2 12 （ 3）按齿根弯曲疲劳强度校核 由图 10得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 由图 10弯曲疲劳寿命 K。 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 M P S M P S 算载荷系数 查取齿形系数及应力校正系数 由表 10得 校核弯曲强度 根据弯曲强度条件公式 112进行校核 11 1 M P 3 9 70 5 21 1 M P 3 9 所以满足弯曲强度，所选参数合适。 10 齿 轮 减 速 器 的 斜 齿 轮 圆 柱 齿 轮 传 动 ， 已 知 n ， 两 齿 轮 的 齿 数 为m ,6,229,1 0 8,24 21 160n ， 8 级精度，小齿轮材料为 38调质），大齿轮材料为 45钢（调质），寿命 20 年（设每年 300 工作日），每日两班制，小齿轮相对其轴的支承为对称布置，试计算该齿轮传动所能传递的功率。 解 （ 1）齿轮材料硬 度 查表 10据小齿轮材料为 38调质），小齿轮硬度 217269齿轮材料为 45 钢（调质），大齿轮硬度 217255 2）按齿面接触疲劳硬度计算 2311 12 d 计算 小齿轮的分度圆直径 5229co s 624co n 计算 齿 宽系数 0 9 51 6 01 d 由表 10得材料的弹 性影响系数 21M Z ，由图 10取区域系数 Z 由图 10 齿 面 硬 度 查 得 小 齿 轮 的 接 触 疲 劳 强 度 极 限 大 齿轮的接触疲劳强度极限M 齿数比 计算应力循环次数 811 由图 10接触疲劳寿命系数 K 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1% ，安全系数 1S M P i M P i 由图 10得 则 计算齿轮的圆周速度 1 229co 5co z dm 根据 ， 8 级精度，查 图 10动载荷系数 22.10查得 由表 10得使用系数 K 由表 10得 K按 查得 由 K，查图 10 9 4 8 4 4 6 ,m i 3）按弯曲强度计 算 Y KY 2 211计算载荷系数 计算纵向重合度 3 8 29t 由图 10得螺旋角影响系数 Y 计算当量齿数 29co s 24co s 3311 zz v 2229co s 1 0 8co s 3321 zz v 查取齿形系数0得 由图 10得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 由图 10弯曲疲劳寿命 K。 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 M P S M P S 计算大、小齿轮的 加以比较 5111 5 822 2 取 m Y 由弯曲强度确定的最大转矩 Y KY 4）齿轮传动的功率 取由接触强度和弯曲强度确定的最大转矩中的最小值 即 T 611 第十一章 蜗杆传动 题答案 11分析图 11示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向。 解 各轴的回转方向如下图所示，蜗轮 2、 4 的轮齿螺旋线方向均为右旋。蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方 向如下图 11计用于带式输送机的普通圆柱蜗杆传动，传递效率 m 0,1 传动比 23i ，由电动机驱动，载荷平稳。蜗杆材料为 20渗碳淬火，硬度 。蜗轮材料为 金属模铸造。蜗杆减速器每日工作 8h，要求工作寿命为 7 年（每年按 300 工作日计）。 解 （ 1）选择蜗杆传动类型 根据 10085推荐，采用渐开线蜗杆（ （ 2）按齿面接触疲劳强度进行设计 322 确定作用蜗轮上的转矩 21z ，估取效率 ，则 5 2 0 2162262 确定载荷系数 K 因工作载荷平稳，故取载荷分布不均匀系数 1K；由表 11取使用系数 1由于转速不高，无冲击，K ，则 确定弹性影响系数 蜗轮为铸锡磷青铜与钢蜗杆相配，故 21Z 确定接触系数图 11可查得 9.2确定许用接触应 力 由表 11查得蜗轮的基本许用应力 应力循环系数 72 命系数 8 35 M P N 计算中心距 5 2 0 a 取中心距 a ，因 23i ，故从表 11取 模数 8mmm ，蜗杆分度圆直径 d 。 ，从图 11查取接触系数 因为 Z ，因此以上计算结果可用。 （ 3）蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 蜗杆 蜗 杆 头 数 21z ， 轴 向 齿 距 直 径 系 数 10q ； 齿 顶 圆 直 径11 齿根圆直径 11 分度圆导程角 361811 ；蜗杆轴向齿厚 蜗轮 蜗轮齿数 472 z ；变位系数 x 验算传动比 时传动 比误差 %，是允许的。 蜗轮分度圆直径 蜗轮喉圆直径 2 6222 2 ag 4）校核齿根弯曲疲劳强度 当量齿数 61511c o s 47c o s 3322 zz 图 11可查得齿形系数 螺旋角系数 9 19 0 01 Y 许用弯曲应力 从表 11查得由 造的蜗轮的基本许用弯曲应力 寿命系数 M P 校核齿根弯曲疲劳强度 （ 5）验算效率 t an t f a rc t a n;361811 ；61811c o 6080c o 1 1用插值法查得 0238.048v，代入式得 ，大于原估计值，因此不用 重算。 第十三章 滚动轴承 题答案 13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？ 4 6207 30207 5