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机械设计作业集解答 第三章第三章 机械零件的强度机械零件的强度 一 选择题一 选择题 3 1 零件的截面形状一定 当截面尺寸增大时 其疲劳极限值将随之 C A 增加 B 不变 C 降低 D 规律不定 3 2 在图中所示的极限应力图中 工作应力有 C1 C2所示的两点 若加载规律为 r 常数 在进 行安全系数校核时 对应 C1点的极限应力点应取为 A 对应 C2点的极限应力点应取为 B A B1 B B2 C D1 D D2 3 3 同上题 若加载规律为 m 常数 则对应 C1点 的极限应力点应取为 C 对应 C2点的极限应力点 应取为 D A B1 B B2 C D1 D D2 题 3 2 图 3 4 在图中所示的极限应力图中 工作应力点为 C OC 线与横坐标轴的交角 60 0 则该零件所 受的应力为 D A 对称循环变应力 B 脉动循环变应力 C max min符号 正负 相同的不对称循环变应力 D max min符号 正负 不同的不对称循环变应力 题 3 4 图 3 5 某四个结构及性能相同的零件甲 乙 丙 丁 若承受最大应力的值相等 而应力循环特性 r 分别为 1 1 0 0 5 则其中最易发生失效的零件是 B B A 甲 B 乙 C 丙 D 丁 3 6 某钢制零件材料的对称循环弯曲疲劳极限 1 300MPa 若疲劳曲线指数 m 9 应力循环基数 N0 10 7 当该零件工作的实际应力循环次数 N 10 5时 则按有限寿命计算 对应于 N的疲劳极限 1N为 C C MPa A 300 B 420 C 500 4 D 430 5 3 7 某结构尺寸相同的零件 当采用 C C 材料制造时 其有效应力集中系数最大 A HT200 B 35 号钢 C 40CrNi D 45 号钢 3 8 某个 40Cr 钢制成的零件 已知 B 750MPa s 550MPa 1 350MPa 0 25 零件危 险截面处的最大工作应力量 max 185MPa 最小工作应力 min 75MPa 疲劳强度的综合影响系数 K 1 44 则当循环特性 r 常数时 该零件的疲劳强度安全系数 S a为 B B A 2 97 B 1 74 C 1 90 D 1 45 3 9 对于循环基数N0 10 7的金属材料 下列公式中 A 是正确的 A r mN C B Nm C C 寿命系数 m N NNk 0 D 寿命系数 kN 1 0 3 10 已知某转轴在弯 扭复合应力状态下工作 其弯曲与扭转作用下的计算安全系数分别为 S 6 0 S 18 0 则该轴的实际计算安全系数为 C A 12 0 B 6 0 C 5 69 D 18 0 3 11 在载荷和几何尺寸相同的情况下 钢制零件间的接触应力 A 铸铁零件间的接触应力 A 大于 B 等于 C 小于 D 小于等于 3 12 两零件的材料和几何尺寸都不相同 以曲面接触受载时 两者的接触应力值 A A 相等 B 不相等 C 是否相等与材料和几何尺寸有关 D 材料软的接触应力值大 3 13 两等宽的圆柱体接触 其直径d1 2d2 弹性模量E1 2E2 则其接触应力为 A D1 D2 S m a B1 B2 C1 C2 O a m C o 1 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 机械设计作业集解答 A H1 H2 B H1 2 H2 C H1 4 H2 D H1 8 H2 3 14 在图中示出圆柱形表面接触的情况下 各零件间的材料 宽度均相同 受力均为正压力F 则 A 的接触应力最大 A B C D 题 3 14 图 3 15 在上题 A 图中 d2 2d1 小圆柱的弹性模量为E1 大圆柱的弹性模量为E2 E为一定值 大小圆柱的尺寸及外载荷 F 一定 则在以下四种情况中 D 的接触应力最大 A 的接触应 力最小 A E1 E2 E 2 B E1 E E2 E 2 C E1 E 2 E2 E D E1 E2 E 二 填空题二 填空题 3 16 判断机械零件强度的两种方法是 最大应力法 及 安全系数法 其相应的强度 条件式分别为 及 Sca S 3 17 在静载荷作用下的机械零件 不仅可以产生 静 应力 也可能产生 变 应力 3 18 在变应力工况下 机械零件的强度失效是 疲劳失效 这种损坏的断面包括 光滑 区 及 粗糙区 两部分 3 19 钢制零件的 N曲线上 当疲劳极限几乎与应力循环次数N无关时 称为 无限寿命 循环疲劳 而当 N N0时 疲劳极限随循环次数 N 的增加而降低的称为 有限寿命 疲劳 3 20 公式 22 SS SS S 表示 复合 双向 应力状态下 疲劳或静 强度的安全系数 而 2 max 2 max 4 s S表示 复合 双向 应力状态下的 静 强度的安全系数 3 21 零件表面的强化处理方法有 化学热处理 高频表面淬火 表面硬化加工 等 3 22 机械零件受载荷时 在 截面形状突变处 产生应力集中 应力集中的程度通常随材料强 度的增大而 增大 三 分析与思考题三 分析与思考题 3 23 图示各零件均受静载荷作用 试判断零件上 A 点的应力是静应力还是变应力 并确定应力 比 r 的大小或范围 题 3 23 图 静应力 r 1 F F d1 d2 d3 d1 d1 d1 d3 d2 F F A A A Fr Fr Fr n n Fa 对称 循环应力 r 1 非对称 循环应力 1 r 1 2 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 机械设计作业集解答 3 24 零件的等寿命疲劳曲线与材料试件的等寿命疲劳曲线有何区别 在相同的应力变化规律下 零件和材料试件的失效形式是否总是相同的 为什么 用疲劳极限应力图说明 3 25 试说明承受循环变应力的机械零件 在什么情况下可按静强度条件计算 什么情况下可按 疲劳强度条件计算 答 N W M A ZF minP PmaxP W M A ZF 0 4 31 2 1 2 d F 5 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 机械设计作业集 四四 设计设计计算计算题题 5 55 一牵曳钩用 2 个 M10 d1 8 376mm 的普通螺栓固定于机体上 已知接合面间摩擦系数 f 0 15 防滑系数 Ks 1 2 螺栓材料强度级别为 4 6 级 装配时控制预紧力 试计算该螺栓组联 接允许的最大牵曳力 Fmax 解 s 240MPa 查表 5 10 S 1 2 1 5 5 56 有一受预紧力 F0 1000N 和轴向工作载荷 F 1000N 作用的普通紧螺栓联接 已知螺栓 的刚度 C b与被联接件的刚度 C m相等 试计算该螺栓联接所受的总拉力 F2和残余预紧力错误 链错误 链 接无效 接无效 在预紧力 F0不变的条件下 若保证被联接件不出现缝隙 该螺栓的最大轴向工作载荷 Fmax为多少 解 牵曳力 F 题 5 55 图 MPa S S 160200 5121 240 由承载条件 由强度条件 N N K fz f FK F N d F d F 571694212118max 571694212118 21 2150 286778858472 z 286778858472 431 160 2007638143 431 4 1 3 S S 0 22 1 0 2 1 0 NF CC C FF NF CC C FF mb m mb b 5001000 2 1 1000 15001000 2 1 1000 01 02 残余预紧力 总拉力 N C CC FF F CC C FFF m mb mb m 200021000 0 max 0max max01 被联接件不离缝时的 6 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 机械设计作业集 5 57 如图所示 一气缸盖与缸体凸缘采用普通螺栓联接 已知气缸中的压力 p 在 0 2MPa 之间变化 气缸内径 D 500mm 螺栓分布直径 D0 650mm 为保证气密性要求 残余预紧力 F 1 1 8 F 螺栓间距 t 4 5 d d 为螺栓的大径 螺栓材料的许用拉伸应力 120MPa 许用应力幅 a 20MPa 选用铜皮石棉垫片 螺栓相对刚度 C b C b Cm 0 8 试确定螺栓的数目和尺寸 解 设取螺栓数目 Z 16 或 24 则单个螺栓所受的轴向工作载荷 F 为 单个螺栓所受的总拉力 F2为 所需的螺栓直径 d1 查表 校核螺栓间距 t 校核应力幅 a 确定螺栓的数目和尺寸 查表 题 5 57 图 25 25 D 0 D p N Z D p F N Z D p F 1716354 244 5001432 4 2524531 164 5001432 4 2 2 24 2 2 16 N F FF FFF N F FF FFF 67457911716354828281 5686872524531828281 1 24 2 12 16 mm F d mm F d d F 138525 120 6745791314314 78830 120 568687314314 4 31 2 24 1 2 16 1 2 1 2 mm d mm Z D t mm d mm Z D t 1353054540485 24 650 1623654545625127 16 650 0 24 0 16 MPaMPa d F CC C MPaMPa d F CC C a mb b a a mb b a 201312 26 211 17635412 0 8 2 20318 31 670 17635412 0 8 2 22 1 24 22 1 16 14 165mm 或取第二系列 M18 d1 15 294mm 14 165mm 与假设基本 相符 不必修改安全系数 S 螺栓的长度 l 22 2 m S 44 18 5 67 取 l 70 80mm 螺栓标记 螺栓 GB57882 86 M20 70 或 80 题 5 58 图 22 38 13 0 N r Tr F Z i i max 082423 101304 6302 3 1 2 安全 P 0 P 6511 1613 082423 Ld F min 安全 MPa d F 2618 13 4 082423 4 22 0 由强度条件 由承载条件 mm F d d F N rf TK F Z i i 16514 160 6219384314314 4 1 3 6219384 101304150 263021 0 1 2 1 0 3 1 S 0 或 螺栓 或 标记 螺栓 取 取 若按控制预紧力 取 80 70 M12 86GB5882 80 70 M10 86GB5882 8 67410610M12 758673768M10 8 674 67587 67 42633 533 6219384314314 6742633533 5121 640 S 1 51 2 1 1 0 1 S mmmm d mm mmd mm F d MPa 8 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 机械设计作业集 5 59如图所示 为一支架与机座用4个普通螺栓联接 所受外载荷分别为横向载荷FR 5000N 轴向载荷 FQ 16000N 已知螺栓的相对刚度 Cb Cb Cm 0 25 接合面间摩擦系数 f 0 15 Ks 1 2 螺栓的性能等级为 8 8 级 试确定螺栓的直径及预紧力 F0 解 s 640MPa 查表 5 10 按不控制预紧力 设 d 16mm 取 S 4 s S 640 4 160MPa 按控制预紧力取 S 1 2 1 5 s S 640 1 2 1 5 533 33 426 67 MPa 单个螺栓的轴向工作载荷 F 在横向载荷 FR作用下 支架不下滑的条件 单个螺栓所受的总拉力 F2 确定螺栓的直径 取 M16 d1 13 835mm 12 04mm 与假设相符 控制预紧力时 取 M8 d1 6 647mm 6 593mm 或 M10 d1 8 376mm 7 371mm 题 5 59 图 R F Q F N Z F F Q 4000 4 16000 N Zf FK F FKZfF Rs Rs 10000 4150 500021 1 1 残余预紧力 NFFF14000400010000 12 控制预紧力时 7 371 6 593 0412 1602 1 mmmm F d NFFF0003140000 25 110000 CC C 1 mb b 10 预紧力 9 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 机械设计作业集 5 60 如图所示 方形盖板用四个螺钉与箱体联接 盖板中心 O 点的吊环受拉力 F 10kN 要求残余预紧力为工作拉力的 0 6 倍 螺钉的许用拉应力 120MPa 1 求螺钉的总拉力 F2 2 如因制造误差 吊环由 O 点移到 O 点mmOO25 求受力最大螺钉的总拉力 F2max 及螺钉的直径 解 1 螺钉的总拉力 F2 2 受力最大螺钉的总拉力 Fmax 因制造误差 吊环移位产生的力矩 在 M 作用下 左下角螺栓受加载作用 受到的载荷 受力最大螺钉所受的工作载荷 Fmax 受力最大螺钉所受的总拉力 螺钉的直径 取 M10 d1 8 376mm 7 792mm 题 5 60 图 F 200 200 o o kN4 4 10 160 12 Z F FF N250 21002 10250 2 3 r M FM N2750 4 10000 250 Z F FF Mmax N4400275061 160 max2 F F max mm F d7927 120 4400314314 2max 1 10 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 机械设计作业集 5 61 如图所示 有两块边板和一块承重板焊成的龙门起重机导轨托架 两块边板各用 4 个 螺栓与立柱 工字钢 相联接 托架所承受的最大载荷为 20000 N 问 1 此联接采用普通螺栓还是铰制孔用螺栓为宜 2 若用铰制孔用螺栓 已知螺栓材料为 45 号钢性能等级为 6 8 级 试确定螺栓的直径 解 每一边的载荷为 10000 N 1 因载荷较大 若采用普通螺栓 则需要的预紧力很大 螺栓的直径很大 所以此联接采用铰制孔用螺栓为宜 2 s 480MPa 查表 5 10 钢 S 2 5 SP 1 25 s S 480 2 5 192 MPa P s SP 480 1 25 384MPa 将力F向形心简化 F 10000N T F L 10000 300 3 106Nmm F 作用在每个螺栓中心处的横向力为 FF T 作用在每个螺栓中心处的横向力为 FT 由图可知 右边两个螺栓受力最大 按剪切强度计算直径 s 480MPa 查表 5 10 钢 S 2 5 SP 1 25 s S 480 2 5 192 MPa P s SP 480 1 25 384MPa 取 M8 d0 9mm 7 7335mm 按挤压强度计算 只要 即满足强度要求 题 5 61 图 F 300 150 150 立柱 N2500 4 10000 F Z F F N zr T r Tr F z i i max T 077071 2754 103 6 1 2 N cosFFFFF TFTFmax 8890131352 22 F F T T F max F max F mm F d max 73347 192 88901344 0 4 2 0 d Fmax P 0 P min max Ld F mm d F L max min 62 3849 889013 P0 11 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 机械设计作业集 5 62 铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示 已知 L 300mm a 60mm 试求螺栓组联 接的三种方案中 受力最大的螺栓所受的力各为多少 那个方案较好 解 将力 F 向形心简化 横向载荷 F 旋转力矩 T F L 300 F 方案一 横向载荷 F 在每个螺栓中心处的横向力为 FF T 在每个螺栓中心处的横向力为 FT 如图示可知 螺栓 3 受力最大 方案二 横向载荷 F 在每个螺栓中心处的横向力为 FF T 在每个螺栓中心处的横向力为 FT 图示知螺栓 1 3 受力最大 方案三 横向载荷 F 在每个螺栓中心处的横向力为 FF T 在每个螺栓中心处的横向力为 FT 螺栓 2 受力最大 由上述计算可知 方案三螺栓的 Fmax 较小 方案二 F L a a 题 5 62 图 方案一 F L aa 方案三 F L ar 1231 2 3 1 2 3 a a 3 F F Z F F 3 5 603 300 3 1 2 321 FF a T r Tr F z i i max T F F a T r Tr F z i i max T 52 602 300 2 1 2 31 0 2 T F 3 F F Z F F 3 F F Z F F F FFF FFF Tmax 832 6 17 2 5 3 F 1 F F F F F F T F T F 2 3 max F max F F FF FFF TFmax 522 2 5 3 22 22 F F F F F F T F T F 123 max F F F a T r Tr F z i i max T 52 602 300 2 1 2 31 0 2 T F F cosFFFFF TFTFmax 961150 22 1 F F F F F F max F T F T F T F 1 2 3 12 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 机械设计作业集 所以该方案较好 5 63 如图所示 支座用 4 个普通螺栓固定在基座上 结构尺寸如图示 静载荷 F 6KN 接 合面间摩擦系数 f 0 6 Ks 1 2 螺栓的性能等级为 6 8 级 已知螺栓的相对刚度 Cb Cb Cm 0 2 试计算此联接所需的螺栓直径和每个螺栓的预紧力 解 s 480MPa 查表 5 10 按不控制预紧力 设 d 12mm 取 S 4 4 s S 480 4 4 109 09MPa 查表 5 7 设基座为混凝土 或其他材料 P 3 0MPa 1 螺栓受力分析 将 F 向接合面形心简化 横向力 轴向力 倾覆力矩 M Fx l 5196 15 200 1039230Nmm 单个螺栓轴向工作载荷分析 在 Fy作用下 在 M 作用下 左侧的两个螺栓受的轴向力最大 2 确定单个螺栓的预紧力 F0 按在 Fx作用下不滑移确定 F0 要求 按接合面左侧不离缝确定 F0 要求 Pmin 0 按不压溃确定 F0 要求 Pmax P 综合 预紧力取 F0 6370N 3 确定螺栓直径 螺栓的总拉力 取 M16 d1 13 835mm 10 3876mm 或 M14 d1 11 835mm 10 3876mm 题 5 63 图 200 30 F 100 250 O 330 O 支座 N cosFF155196 2 3 600030 x NsinFF3000 2 1 600030 y N Z F F y Fy 750 4 3000 N sin sinZ M r Mr F z i i max maxM 392939 452502 1039230 45 2 250 1 2 N FFF maxMFy 393689392939750 max xsF KZfF 1 xsFy mb m FK F CC C F fZ 0 N F CC C fZ FK F Fy mb mxs 0753198750 2 0 1 460 15519621 0 W M A ZF minP 1 0 0 W M F CC C F A Z Fy mb m N Z A W M F CC C F Fy mb m 636368 41963496592 577636481039230 7500 2 1 0 222 577636 2 100 2 330 mm A 34 3 1963496592 330 100 1 32 330 mm W PFy mb m maxP W M F CC C F A Z W M A ZF 0 1 N F CC C Z A W M Z A F Fy mb m P 75530587500 2 1 41963496592 5776361039230 4 577636 03 0 N F CC C FF max mb b 8787107393689206370 02 mm F d387610 314 2 1 13 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 机械设计作业集 大于假设的直径 S 不必修改 五五 结构设计与分析结构设计与分析题题 5 64 试指出下列图中的错误结构 并画出正确结构图 a 螺钉联接 b 双头螺柱联接 c 铰制孔用螺栓联接 d 紧定螺钉联接 e 吊环螺钉联接 f 螺钉联接 题 5 64 图 改正结构与图 a 相同 a 螺钉联接 d 紧定螺钉联接 b 双头螺柱联接 c 铰制孔用螺栓联接 被联接件上与螺栓头和螺母相接触 的支承面处应有凸台或沉头座 14 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 机械设计作业集 第第六六章章 键 花键 无键联接和销联接键 花键 无键联接和销联接 一 选择题一 选择题 6 1 普通平键联接的主要用途是使轴与轮毂之间 C A 沿轴向固定并传递轴向力 B 沿轴向可作相对滑动并具有导向作用 C 沿周向固定并传递周向力 D 安装与拆卸方便 6 2 设计键联接时 键的截面尺寸 b h 通常根据 D 按标准选择 键的长度通常根据 C 按标准选择 A 所传递转矩的大小 B 所传递功率的大小 C 轮毂的长度 D 轴的直径 6 3 当键联接强度不足时可采用双键 使用两个平键时要求两键 C 布置 使用两个半圆 键时要求两键 A 布置 使用两个楔键时要求两键 B 布置 A 在同一直线上 B 相隔 90 120 C 相隔 180 D 相隔 120 130 6 4 普通平键的承载能力通常取决于 C A 键的剪切强度 B 键的弯曲强度 C 键联接工作表面挤压强度 D 轮毂的挤压强度 6 5 当轴作单向回转时 平键的工作面在 D 楔键的工作面在键的 A A 上 下两面 B 上表面或下表面 C 一侧面 D 两侧面 6 6 能构成紧联接的两种键是 C A 楔键和半圆键 B 半圆键和切向键 C 楔键和切向键 6 7 一般采用 B 加工 B 型普通平键的键槽 A 指状铣刀 B 盘形铣刀 C 插刀 6 8 平键联接能传递的最大转矩 T 现要传递的转矩为 1 5T 时 则应 A A 安装一对平键 B 键宽 b 增大到 1 5 倍 C 键长 L 增大到 1 5 倍 6 9 花键联接的主要缺点是 B A 应力集中 B 成本高 C 对中性及导向性差 6 10 型面曲线为摆线或等距曲线的型面联接与平键联接相比较 D 不是型面联接的优点 A 对中性好 B 轮毂孔的应力集中小 C 装拆方便 D 切削加工方便 二二 填空题 填空题 6 11 按用途平键分为 普通平键 薄型平键 导向平键 滑键 其中 普通平 键 薄型平键 用于静联接 导向平键 滑键 用于动联接 6 12 平键标记 键 B20 80GB T1096 1979 中 B 表示 B 型 方头 键 20 80 表示 键 宽 20mm 键长 公称长度 80mm 6 13 普通平键联接的主要失效形式是 工作面压溃 导向平键联接的主要失效形式是 工 作面的过度磨损 6 14 普通平键联接中 工作面是 两侧面 依靠 键与键槽侧面的挤压 传递转矩 键的 上表面和轮毂上键槽的底面之间应有 间隙 楔键联接中 工作面是 上下两面 依靠 键的楔 紧作用 摩擦力 传递转矩 6 15 普通平键联接 不 能承受轴向力 6 16 切向键联接中 单向传动采用 一 个切向键 双向传动采用 两 个切向键 在圆周上 相隔 120 130 分布 6 17 矩形花键联接采用 小径 定心 渐开线花键联接采用 齿形 定心 6 18 花键联接中 小径定心比侧面定心精度 高 三三 分析与思考分析与思考题题 6 19 薄形平键联接与普通平键联接相比 在使用场合 结构尺寸和承载能力上有何区 别 答 薄形平键与普通平键的主要区别是 高度为 普通平键的60 70 传递转矩的能力较低 1 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 机械设计作业集 常用于薄壁结构 空心轴及一些径向尺寸受限制的场合 6 20 按构造分普通平键有 A B C 三种型式 他们的使用特点各是什么 与之相配的轴槽 是如何加工的 其工作长度和公称长度之间各有什么关系 答 A 型 轴槽由指状铣刀铣出 圆头键在键槽中固定牢固 键槽应力集中较大 圆头部两侧面 不工作 工作长度与公称长度之间的关系 l L b B 型 轴槽由盘状铣刀铣出 方头键在键槽中常用螺钉紧固 键槽应力集中较小 工作长度 l L C 型 轴槽由指状铣刀铣出 一头圆一头方用于轴端与毂类零件联接 安装方便 工作长度 l L b 2 6 21 半圆键联接与普通平键联接相比 有什么优缺点 它适用于什么场合 答 轴槽用尺寸与半圆键相同的半圆键槽铣刀铣出 键在槽中能绕几何中心摆动以适应轮毂中键 槽的斜度 优点 工艺性较好 装配方便 尤其适用于锥形轴端与轮毂的联接 缺点 轴槽较深 对轴的强度削弱较大 一般只用于轻载静联接中 6 22 为什么采用两个平键时 通常在轴的圆周上相隔 180 位置布置 采用两个楔键时 常 相隔 90 120 而采用两个半圆键时 则布置在轴的同一母线上 答 两平键相隔 180 布置 对轴的削弱均匀 并且两键的挤压力对轴平衡 对轴不产生附加弯矩 受力状态好 两楔键相隔 90 120 布置 若夹角过小 则对轴的局部削弱过大 若夹角过大 则两个 楔键的总承载能力下降 当夹角为 180 时 两个楔键的承载能力大体上只相当于一个楔键的承载 能力 因此 两个楔键间的夹角既不能过大 也不能过小 两个半圆键布置在轴的同一母线上 半圆键在轴上的键槽较深 对轴的削弱较大 不宜将两 个半圆键布置在轴的同一横截面上 6 23 在材料和载荷性质相同的情况下 动联接的许用压力比静联接的许用挤压力小 试说 明原因 答 因为动联接的失效形式为过度磨损 而磨损的速度快慢主要与压力有关 压力的大小首先应 满足静强度条件 即小于许用挤压应力 然后 为了使动联接具有一定的使用寿命 特意将许用 压力值定得较低 若动联接的相对滑动表面经过淬火处理 其耐磨性得到很大的提高 可相应地 提高其许用压力值 6 24 花键联接的主要失效形式是什么 如何进行强度计算 答 静联接 工作面被压溃 按工作面上的挤压应力进行强度计算 动联接 工作面过度磨损 按工作面上的压力条件性地进行强度计算 6 25 销有哪几种类型 各用于何种场合 销联接有哪些失效形式 答 定位销 用于固定零件的相互位置 是组合加工和装配时的重要辅助零件 联接销 传递不大的载荷 失效形式为剪断和压溃 安全销 作安全装置中的过载剪断元件 6 26 一般联接用销 定位用销及安全保护用销在设计计算上有何不同 答 联接销 根据联接的结构特点按经验或规范确定 必要时再按剪切和挤压强度条件校核计算 定位销 通常不受或只受很小的载荷 故不作 强度校核计算 其直径按结构确定 数目一般不少于两个 安全销 直径应按过载时被剪断的条件确定 p m 3 p 102 zhld T p zhld T p m 3 102 2 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 机械设计作业集 四四 计算计算分析题分析题 6 27 图示减速器的低速轴与凸缘联轴器及圆柱齿轮之间采用键连接 已知轴传递的转矩 T 1000 N m 齿轮的材料为锻钢 凸缘联轴器的材料为 HT200 工作时有轻微冲击 联接处轴及 轮毂尺寸如图所示 试选择键的类型和尺寸 并校核联接的强度 解 1 联轴器处 键的类型和尺寸 选 A 或 C 型普通平键 根据轴径 d 70mm 查表 6 1 得键的截面尺寸为 b 20 mm h 12 mm 根据轮毂的长度 130mm 取键长 L 110 mm 键的标记 键 20 110GB T1096 1979 键 C20 110GB T1096 1979 校核联接强度 联轴器的材料为铸铁 查表 6 2 取 P 55MPa k 0 5h 6 mm l L b 90 mm 或 l L b 2 100 mm 满足强度条件 2 齿轮处 键的类型和尺寸 选 A 型平键 根据轴径 d 90mm 查表 6 1 得键的截面尺寸为 b 25mm h 14 mm 根据轮毂的宽度 90mm 取键长 L 80 mm 键的标记 键 25 80GB T1096 1979 校核联接强度 齿轮和轴的材料均为钢 查表 6 2 取 P 110MPa k 0 5h 7 mm l L 25 55 mm 6 28 轴与轮毂分别采用 B 型普通平键联接和中系列矩形花键联接 已知轴的直径 花键的 大径 d 102mm 轮毂宽度 L 150mm 轴和轮毂的材料均为碳钢 取许用挤压应力 p 100MPa 试计算两种联接各允许传递的转矩 解 1 B 型普通平键联接 键的尺寸 B 型普通平键联接 根据轴径 d 102mm 查表 6 1 得键的截面尺寸为 b 28mm h 16 mm 根据轮毂的宽度 150mm 取键长 L 125 mm 键的标记 键 B28 125GB T1096 79 联接允许传递的转矩 2 花键联接 键的尺寸 查手册 中系列矩形花键的尺寸为 z d D B 10 92 102 14 C 0 6 mm 0 75 l 150 mm dm D d 2 102 92 2 97 mm h D d 2 2 C 102 92 2 2 0 6 3 8 mm 联接允许传递的转矩 题 6 27 图 130 90 70 pap MP kld T 9152 70906 1010002102 33 pap MP kld T 7257 90557 1010002102 33 满足强度条件 mN kld T p 5100 102 1001021258 102 33 Nm 102 zhld T 3 pm 7520733 102 100971508310750 3 3 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 机械设计作业集 五五 结构设计与分析结构设计与分析题题 6 29 试指出下列途中的错误结构 并画出正确的结构图 在原图上改正 6 30 已知图示的轴伸长度为 72 mm 直径 d 40 mm 配合共查为 H7 k6 采用 A 型普通平键 联接 试确定图中各结构尺寸 尺寸公差 表面粗糙度和形位公差 一般键联接 a 轴伸 b 毂孔 题 6 30 图 5 63 72 1 6 0 02 0 02 6 3 0 20 35 20 0 343 0180 0020 40 0 0430 12 021012 3 2 3 2 6 3 0250 0 40 1 6 题 6 29 图 a 平键联接 b 双楔键联接 c 传递双向转矩的切向键联接 e 半圆键联接 f 圆锥销定位 d 楔键联接 4 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 机械设计作业集 第八章第八章 带传动带传动 一 选择题一 选择题 8 8 1 1 带传动正常工作时 紧边拉力 F1和松边拉力 F2满足关系 B A F1 F2 B F1 F2 F C F1 F2 ef D F1 F2 F0 8 8 2 2 V 带传动的中心距和小带轮的直径一定时 若增大传动比 则带在小带轮上的包角将 C 带在大带轮上的弯曲应力将 C A 增大 B 不变 C 减小 D 无法确定 8 8 3 3 带传动中 主动轮圆周速度 v1 从动轮圆周速度 v2 带速 v 它们之间的关系是 B A v1 v2 v B v1 v v2 C v1 v v1 v2 8 8 4 4 标准 V 带型号的选定取决于 C A 带的线速度 B 带的有效拉力 C 带传递的功率和小轮转速 8 8 5 5 带传动中 若产生打滑现象 是沿 A A 小轮先发生 B 大轮先发生 C 两轮同时发生 8 8 6 6 带传动正常工作时 小带轮上的滑动角 B 小带轮的包角 A 大于 B 小于 C 小于或等于 D 大于或等于 8 8 7 7 设计 V 带传动 限制小带轮的直径 D1 Dmin 是为了 A A 限制带的弯曲应力 B 限制相对滑移量 C 保证带与轮面间的摩擦力 D 带轮在轴 上安装需要 8 8 8 8 带传动的设计准则是 D A 保证带具有一定寿命 B 保证带不被拉断 C 保证不发生滑动情况下 带又不被 拉断 D 保证传动不打滑条件下 带具有一定的疲劳强度 8 8 9 9 采用张紧轮张紧 V 带传动时 通常应安装在 C A 紧边内侧靠近小轮 B 松边内侧靠近小轮 C 松边内侧靠近大轮 8 8 10 10 用 C 提高带传动的传递功率是不合适的 A 适当增大初拉力 F0 B 增大中心距 a C 增加带轮表面粗糙度 D 增大小带轮直径 8 8 11 11 带传动正常工作时 不能保证准确的传动比是因为 D A 带的材料不符和胡克定律 B 带容易变形和磨损 C 带在带轮上打滑 D 带的 弹性滑动 8 8 12 12 带传动中 若小带轮为主动轮 则带的最大应力发生在带 A 处 A 刚进入主动轮 B 刚进入从动轮 C 刚退出主动轮 D 刚退出从动轮 二 填空题二 填空题 8 8 1313 在平带或 V 带传动中 影响最大有效圆周力 Fec的因素是 初拉力 F0 摩擦系数 当量摩擦系数 V 和 小轮包角 1 8 8 1414 V 带传动在工作过程中 带内应力有 紧边 松边拉应力 1 2 离心拉应力 c 弯曲应力 b1 b2 最大应力 max 1 c b1 发生在 紧边刚绕上小带轮处 8 8 1515 带传动的主要失效形式为 疲劳破坏 和 打滑 其设计准则为 在不打滑的条件下 使带具有一定的疲劳强度和寿命 8 8 1616 某普通 V 带传动 传递功率 P 7 5KW 带速 v 10m s 紧边拉力是松边拉力的两倍 F1 2F2 则 F1 1500 N 和 F2 750 N 班 级 成 绩 姓 名 任课教师 学 号 批改日期 机械设计作业集 8 8 1717 带传动中 带的张紧方法有 安装张紧轮 和 调整中心距 两类 8 8 1818 带传动过载打滑时 打滑现象首先发生在 小 带轮上 其原因是 小轮包角小于大 轮包角 8 8 1919 在带 链和齿轮组成的多级传动中 带传动应布置在 高速 级 8 8 2020 V 带传动中 带的型号应根据 计算功率 和 小轮转速 选择 三 分析与思考题三 分析与思考题 8 8 21 21 相同的条件下 为什么 V 带比平带的传动能力大 答 平带的工作面是和带轮接触的内周面 而 V 带的工作面是 V 带的两侧面 由于楔形增压 作用 在同样的张紧力下 V 带传动比平带传动能产生更大的摩擦力 因此 V 带比平带的传动 能力大 8 8 22 22 在普通 V 带传动中 为什么一般推荐使用的带速为 5 v 25m s 答 一般 v 25 m s 若带速过大 v 25m s 则会因离心力过大而降低带和带轮间的正 压力 从而降低摩擦力和传动的工作能力 同时离心力过大又降低了带的疲劳强度 带速 v 也不能过小 一般不应小于 5 m s 带速太小说明所选的 ddl太小 这将使所需 的圆周力过大 从而使所需的胶带根数过多 8 8 2 23 3 带传动的主要失效形式是什么 带传动的设计准则是什么 答 带传动的主要失效形式是 打滑和疲劳破坏 带传动的设计准则是 在保证带传动不打滑的条件下 具有一定的疲劳强度和寿命 8 8 2 24 4 带传动中的弹性滑动和打滑是怎样产生的 对带传动有何影响 答 在带传动中 带的弹性滑动是因为带的弹性变形以及传递动力时松 紧边的拉力差造成的 是带在轮上的局部滑动 弹性滑动是带传动所固有的 是不可避免的 弹性滑动使带传动的传 动比增大 当带传动的负载过大 超过带与轮间的最大摩擦力 将发生打滑 带在轮上全面滑 动 打滑是带传动的一种失效形式 是可以避免的 打滑首先发生在小带轮上 因为小带轮上 的带的包角小 带与轮间所能产生的最大摩擦力较小 8 8 2 25 5 为什么带传动通常布置在机器的高速级 答 1 带传动工作平稳性好 具有过载保护作用 2 带传动布置在机器的高速级 带速高 带中的有效拉力小 不易打滑 且带的疲劳寿 命长 8 27 图示带式输送机装置 小带轮直径140mm 大带轮直径为400mm 鼓轮直径250mm 为提高生产率 在载荷不变条件下 提高带速度 设电机功率和减速器的强度足够 忽略中 心距变化 下列哪种方案更为合理 1 大轮直径减小到 280mm 2 小轮直径增大到 200mm 3 鼓轮直径增大到 350mm 答 采用第 3 方案不合理 因为转速 n 不变 D 增大 v 加大 F 不变 则工作转矩加大 V 带承载能力不够 采用 1 2 方案时 由于 D 不变 作用于带上有效圆周力 F 不变 故较方案 3 好 但在方案 2 中 由于小带轮直径加大 应力减小 提高了带的承载能力 方案 1 中小带轮直径 较小 应力较大 故不如方案 2 好 班 级 成 绩 姓 名 任课教师 学 号 批改日期 机械设计作业集 题 8 27 图 四 设计计算题四 设计计算题 8 8 2 28 8 有一 A 型普通 V 带传动 主动轴转速 n1 1480r min 从动轴转速 n2 600r min 传递的最大功率 P 1 5kW 假设带速 v 7 75m s 中心距 a 800mm 当量摩擦系数 fv 0 5 求带轮基准直径 d1 d2 带基准度度 Ld和初拉力 F0 解 1 mm mm n n dd mm mmd n Vnd V 250d 78 66 246 600 1480 100 100d 78 06 100 1480 10006075 7 100060 d 100060 2 2 1 12 1 1 1 1 11 取 查表 取 查表 2 班 级 成 绩 姓 名 任课教师 学 号 批改日期 机械设计作业集 五 结构设计与分析题五 结构设计与分析题 8 8 3131 图中所示为带传动的张紧方案 试指出其不合理之处 并改正 题 8 31 图 提示 a 平带传动 张紧轮宜装于松边外侧靠近小轮 主要用以增大平带传动包角 b V 带传动 张紧轮不宜装在紧边 应装于松边内侧 使带只受单向弯曲 且靠近大轮 防止小 带轮包角减小 8 8 3 32 2 图中所示为 B 型普通 V 带的轮槽结构 试填写有关结构尺寸 尺寸公差及表面粗糙 度值 题 8 32 图 提示 有关结构尺寸 尺寸公差参见西北工业大学教材 机械设计 表 8 10 157 页 表面粗糙度值 轮槽面 3 2 其余 12 5 班 级 成 绩 姓 名 任课教师 学 号 批改日期 机械设计作业集 第九章第九章 链传动链传动 一 选择题一 选择题 9 9 1 1 链条的基本参数是 C A 销轴直径 B 销轴长度 C 节距 9 9 2 2 链传动中 当其它条件不变的情况下 传动的平稳性随链条节距 P 的 A A 减小而提高 B 减小而降低 C 增大而提高 D 增大而不变 9 9 3 3 链传动中 链节数和齿数常分别取 B A 偶数与偶数 B 偶数与奇数 C 奇数与偶数 9 9 4 4 为了限制链传动的动载荷 在节距 p 和小链轮的齿数 z1一定时 应该限制 A A 小链轮的转速 n1 B 传递的功率 P C 链条的速度 v 9 9 5 5 链传动设计中 限制小链轮齿数 z1 9 是为了 C A 防止脱链现象 B 防止小链轮转速过高 C 提高传动平稳性 D 保证链轮轮齿的 强度 9 9 6 6 滚子链传动中 应尽量避免使用过渡链节 这主要是因为 C A 制造困难 B 装配困难 C 过渡链节的链板要承受附加弯曲载荷 9 9 7 7 若大链轮齿数超过极限值 zmax 120 则 B A 链条的磨损快 B 易发生脱链现象 C 链传动的噪音大 9 9 8 8 对于高速重载的链传动 应选取 C 的链条 A 大节距单排 B 小节距单排 C 小节距多排 9 9 9 9 两轮轴线在同一水平面的链传动 布置时应使链条的紧边在上 松边在下 这样 A A 松边下垂后不致与紧边相碰 B 可减小链条的磨损 C 可使链传动达到张紧的目的 9 9 10 10 链条由于静强度不够而被拉断的现象 多发生在 A 情况下 A 低速重载 B 高速重载 C 高速轻载 D 低速轻载 9 9 11 11 代号为 08A 2 60 GB1243 1 1983 的链 其节距为 C A 8mm B 25 4mm C 12 7mm 9 9 1212 与齿轮传动相比较 链传动的主要特点之一是 C A 适合于高速 B 制造成本高 C 安装精度要求低 D 有过载保护 9 9 13 13 链传动只能用于轴线 D 的传动 A 相交 90 B 相交或任意交角 C 空间 90 交错 D 平行 9 9 14 14 链传动张紧的目的是 B A 提高链的工作能力 B 避免松边垂度过大 C 增加小链轮包角 D 保证链条的初拉力 9 9 15 15 链传动压轴力要比带传动小 这主要是因为 B A 链的质量大 离心力大 B 啮合传动不需要很大的初拉力 C 在传递同样功率时 圆 周力小 D 这种传动只用来传递小功率 二 填空题二 填空题 9 9 1616 滚子链是由滚子 套筒 销轴 内链板和外链板所组成 其中 内链板和套筒 之间 外链板和销轴 之间分别为过盈配合 而 滚子和套筒 之间 套筒和销轴 之间分别为间 隙配合 9 9 1717 在链传动中 链轮的转速 越高 节距 越大 齿数 越少 则传动的动载荷越 大 班 级 成 绩 姓 名 任课教师 学 号 批改日期 机械设计作业集 9 9 1818 链传动的主要失效形式有链的疲劳破坏 链条铰链的磨损 胶合 链条静力拉 断 四种 在润滑良好 中等速度的链传动中 其承载能力主要取决于 链板的疲劳强度 9 9 1919 链传动的 平均 传动比是不变的 而 瞬时 传动比是变化的 9 9 2020 在设计图纸上注明某链条的标记为 16A 2 60 GB1243 1 1983 其中 16A 表示 A 系列 链节距为 25 4mm 9 9 2121 链传动的润滑方式可根据 链节距 和 链速 来选择 三 分析与思考题三 分析与思考题 9 9 22 22 链传动为何小链轮齿数 Z1不宜过少 而大链轮齿数 Z2又不宜过多 答 小链轮齿数传动的平稳性和使用寿命有较大的影响 齿数少可减小外廓尺寸 但齿数过少 将会导致 1 传动的不均匀性和动载荷增大 2 链条进入和退出啮合时 链节间的相对转 角增大 使铰链的磨损加剧 3 链传动的圆周力增大 从而加速了链条和链轮的损坏 大链轮齿数 Z2过多 增大了传动的尺寸和质量 易于因链条节距的伸长而发生跳齿和脱 链现象 缩短链条的使用寿命 9 9 23 23 链传动有哪几种主要的失效形式 答 1 链节板由于疲劳强度不足而破坏 2 因铰链销轴磨损使链节距过度伸长 从而破坏 正确啮合和造成脱链现象 3 润滑不当或转速过高时 销轴和套筒表面发生胶合破坏 4 经常起动 反转 制动的链传动 由于过载造成冲击破断 5