机械设计练习册答案

机械设计练习册答案第三章机械零件的强度一、选择题、1、B2、B3、BC4B二、分析计算题1、已知R0125，225MPA，求，和，画出应力变化图。应力变化图2、下述四种零件均作用一稳定外载荷（A）转轴的弯曲应力；（B）单向回转且启动频繁的传动轴的扭转应力；（C）正反转的齿轮齿根弯曲应力；（D）有一定预紧力的压缩圆柱螺旋弹簧丝剖面上的扭转剪应力。试求（1）画出它们的应力随时间变化的曲线；（2）说明它们的循环特性R，并算出R值；（3）写出应力幅、平均应力、最大应力、最小应力之间的关系式。解（1）3、在如图示的零件极限应力图上，工作点C和D为斜齿轮轴上两种应力工作点。试在下图中标出对应的极限应力点，并说明分别会出现什么形式的破坏。解现屈服失效（塑第四章螺纹联接和螺旋传动一、选择题与填空题15；A、A、B、C、B、6、分度和画线；材料、直径、长度7、应力幅8、不承受；加厚螺母9、变动范围（应力幅）10、边缘二、问答题1、原因当出现冲击、振动、变载荷、温度升高、摩擦力减小等情况时均会松脱。防松方法可分为摩擦防松、机械防松、破坏螺旋副运动关系防松。具体防松方法和防松装置有对顶螺母、弹簧垫圈、自锁螺母、止动垫圈、串联钢丝、铆合、冲点、涂胶粘剂等。2、目的是为了避免螺栓受附加的弯曲载荷。防止措施有除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被连接件、螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。3、螺栓组连接受力分析的目的是求得联接中各螺栓受力的大小，特别是其中受力最大的螺栓所受的力，依此作为螺栓连接中螺栓强度计算的基础。4、承受横向载荷的普通螺栓，是由拧紧螺栓使被连接件的接合面相互压紧而产生足够的压紧力，由此产生一定的摩擦力，以用来传递横向外力。利用力平衡的条件可获得产生一定压紧力所需在螺栓上施加的预紧力。此时螺栓将承受轴向的预紧拉力。5、若减小螺栓刚度、增大被连接件刚度，螺栓的相对刚度会很小，则螺栓所受的总拉力可减小；反之，若增大螺栓刚度、减小被连接件刚度，螺栓的相对刚度会很大，则螺栓所受的总拉力会有较大增加。三、分析计算题1解由表58查得吊钩材料则由强度条件知取吊钩螺纹部分的直径为2解（一）按疲劳强度求（1）求工作载荷因为所以由标准查得螺栓，故（2）汽缸盖所能承受的最大力（3）汽缸所受的最大压力（二）按静强度求（1）求螺栓总拉力（2）求工作载荷（3）汽缸盖所受最大力（4）静载汽缸所受最大压力结论该汽缸能承受最大压力为3解（一）求每个螺栓应施加的预紧力由力平衡可知其中故图表1（二）求工作应力4解力向接合面中心平移，根据力的平移原理得横向力扭转力矩由引起的剪力由引起的剪力其中由合成剪力图可知，、螺栓受力最大。利用余弦定理得因受静载荷作用，由表58查得，表510查得，则许用剪切应力和挤压应力为先按剪切强度条件计算螺栓直径，得再按挤压强度条件计算螺栓直径，得故选的螺栓5解根据得，由表查得按装配时不控制预紧力，取由强度条件式得由得6解按夹紧面受集中压力考虑，如题图所示。（一）求螺栓所需的预紧力根据平衡条件，则所以（二）确定螺栓直径选取螺栓材料为钢，性能等级为，则由表58得屈服强度级限，由表510取安全系数，螺栓材料的许用应力为螺栓最小直径查手册，选用的螺栓，其小径。第五章轴毂联接一、选择题1、D2、C3、B4、D5、D6、C7、B二、填空题1、两侧面；上下面。导向平键；滑键。2、被压溃；过度磨损。3、挤压；耐磨性。4、单。第六章带传动一、选择与填空题116、D；A；A；C；D；D；D；A；B；A；B；C；C；C；D；B17、小于；接触；减小18、增大；增大；增大；减小19、单位长度的带质量；带的线速度；带的截面积20、较大21、定期张紧装置；自动张紧装置；采用张紧轮的张紧装置22、不可以；可以23、非对称循环24、V1V；V2V25、计算功率；小带轮的转速26、松边；单向；小；大27、弹性滑动28、打滑；疲劳破坏29、避免V过大，使离心力过大，而V过小，使受力增大，造成带根数过多；增大摩擦力30、增大；可提高31、防止弯曲应力过大；导致整体结构尺寸过大32、整个全33、带因制造与安装误差而造成的受力不均的情况不至于太严重二、分析计算题1、答传动能力最小，即表明输出功率P最小。设轴转速为N1，则N2N1/ID1N1/D2。因为，其中N1、T2一定，而，所以，当轮D1与轮D2组合时，传动能力最小。2、答1两个传动装置传递的圆周力一样大。当带在轮上有打滑趋势时，摩擦力达到极限值，此时能传递的圆周力为根据题意，D1D4，D2D3，并且传动中心距A，皮带材料及带轮材料，尺寸及张紧力均相同，故得出这两种传动装置的初拉力F0，摩擦系数及包角均相同。因此它们传递的圆周力是相同的。2图B的传动装置传递的功率大。传递的功率PFTV，而VDN，则PFTDN。其中两种传动装置的N及FT均相同，而D3D1，由此可知图B的传动装置传递的功率大。3图A传动装置的皮带寿命长。因为在有打滑的趋势下，它们所传递的有效圆周力是相等的，即带所受的拉力是相同的。但是，图A的传动装置的速度低，那未，该装置的带受的离心拉力就小，磨损也小，并且带的绕转次数少，即在相同的时间内，带的应力循环次数少。另一方面，该传动的传动功率低，因此功率损耗也小，这样带的温升也小，从而使带的材料强度降低的也小。综上所述可知，图A传动装置的皮带寿命长。第七章链传动一、选择题与填空题1、抗拉静力强度2、小；多3、奇；偶4、多边形5、铅垂；水平或倾斜610；B、A、C、D、B二、问答题1、链传动的主要运动特性是链速具有不均匀性，并由此导致产生附加动载荷和振动。产生原因是由于传动链的链节是刚性的，绕在链轮上后组成多边形的一部分，故当主动链轮等角速度转动时，链速和从动链轮角速度产生周期性变化。2、影响链传动动载荷的主要参数是链轮齿数、链节距和链轮转速。设计中采用较多的齿数、较小的链节距，并限制链轮转速不要过高，对降低动载荷都是有利的。3、不正确。因，故分度圆直径与齿数不成正比关系，即。4、链的疲劳破坏、链条铰链的磨擦、链条铰链的胶合、链条静力破坏。5、合理布置为带传动（高速级）、齿轮传动、链传动（低速级）。原因带传动工作平稳、噪音低，具有过载保护功能，宜放在高速级；当链速升高时，链传动运动不均匀性及冲击、振动、噪音严重，宜放在低速级。三、分析计算题1、解由公式可导出根据链号及查额定功率曲线图911，得额定功率。2、解（1）选择链节距链的工作拉力为初步选用链，其链节距离心拉力悬垂拉力紧边总拉力按链的静强度校核公式可得链的抗拉载荷（单列链条）而故选用链是合适的。（2）求大、小链轮的齿数由公式得小链轮取大链轮链速链的工作拉力紧边工作拉力静强度安全系数故选用链是合理的。（3）求大、小链轮的节圆直径小链轮大链轮（4）计算链节数取3、解（1）确定从动链轮转速降低后主动链轮齿数由传动比得最初设计时链传递的功率额定功率式中（按25齿查），主动链轮齿数减少后，设链传递的功率为则式中（按19齿查），同一种链号的链传动，主动链轮速度没有变化，当然额定功率就不会变化，则有所以（2）确定从动链轮转速降低后从动链轮齿数由传动得最初设计时链传递的功率则式中参数的确定同前从动链轮齿数增加后，设链传递的功率为则式中（按25齿查），则有所以（传递功率无变化）（3）比较上述两种方案，第二种方案更为合适。其原因链条的强度与寿命不仅不受影响，而链传递的功率却比第一方案大。第二种方案中，主动链轮齿数25比第一种方案中齿数19多，所以链传动工作平稳性好。第八章齿轮机构一、选择题1、A2、B3、4、5、A6、A7、D8、A9、C10、C11、C12、B13、A14、A15、C231二、问答题1齿轮常见的失效形式有哪些各种失效形式常在何种情况下发生如何防止或减轻答1、齿轮常见的失效形式有轮齿折断，工作齿面磨损、点蚀、胶合及塑性变形；（2）、A轮齿折断常在应力集中作用、轮齿受到突然过载，轮齿经过严重磨损后齿厚过分减薄，轮齿局部受载过大的情况过易发生。防止或减轻措施为（A）用增大齿根过渡圆角半径及消除加工刀痕的方法来减小齿根应力集中；（B）增大轴及支承的刚度性，使轮齿接触线上受载较为均匀；（C）采用合适的热处理方法使齿芯材料具有足够的韧性；（D）采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理；B工作齿面磨损常在啮合齿面间落入磨料性物质时，齿面逐渐磨损而致报废。防止或减轻措施为改用闭式齿轮传动；C点蚀常在润滑良好的闭式齿轮传动中发生，且多发生在靠近节线处的齿根面上。防止或减轻措施为提高齿轮材料的硬度，在合理限度内向啮合齿轮间加法高粘度润滑油；D齿面胶合多在高速重载齿轮传动中发生，多由齿面间压力大，瞬时温度高，润滑效果差等原因导致；防止或减轻措施为采用抗胶合能力强的润滑油，在润滑油中添加极压添加剂等。E塑性变形，常在齿轮处于过大应力作用下，齿轮材料处于屈服状态的情况下发生。防止或减轻措施为提高齿轮齿面硬度，采用高粘度的或加有极压添加剂的润滑油。2、传动设计计算的准则根据什么来确定的目前通用的计算方法有哪些，它们分别针对何种失效形式针对其余失效和开式齿轮的设计计算准则是什么答传动设计计算的准则主要根据出轮在整个工作寿命期间不失效来确定。目前通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。齿根弯曲疲劳强度常用于轮齿折断失效形式，齿面接触疲劳强度常用于点蚀和胶合的失效形式。对齿面磨损，塑性变形由于尚未建立于为工程实际使用而且行之有效的计算方法及设计数据，所以目前设计通常只按保证齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度两准则进行计算，对开式（半开式）齿轮传动，仅以保证齿根弯曲疲劳强度为设计准则。3、一闭式齿轮传动，漏载几个月后，发现在硬度为200240HBS的齿面上出现小的凹坑，问（A）这是什么现象（B）应采取什么措施答这一现象应为点蚀现象，由于材料齿面硬度为200240HBS故应提高齿轮材料的硬度，如已出现点蚀现象，应在合理限度内增大润滑油粘度。三、分析计算题1解标准斜齿圆柱齿轮传动应满足由，并将已知数据代入上式可得满足该关系式可有多种方案，现列举三种方案如下方案模数（MM）齿数螺旋角134424333526现对不同方案的利弊分析入下螺旋角越大，齿轮传动的平稳性和承载能力越高。但值太大，会引起轴向力太大，加大了轴和轴承的载荷。故值要选取适当。通常在范围内选取。对于模数和齿数，在中心距A，齿数比U和螺旋角一定的情况下，模数取值大，齿数就小，反之，齿数越多，模数就小。模数越小，齿数较多的有利方面是（1）增大重合度，提高传动平稳性。（2）降低齿高，减小滑动系数，有利于提高齿轮抗磨损、抗胶合能力。（3）减轻毛胚外径，减轻齿轮重量。（4）减小轮齿切削量，延长刀具使用寿命，减少加工工时。模数较少，齿数较多的不利方面主要是齿轮抗弯强度较低。对于闭式软齿面齿轮传动，其主要失效形式是齿面点蚀，故齿数的选择原则是在传动尺寸不变和保证抗弯强度的前提下，齿数取多些。对于闭式硬齿面齿轮传动，其主要失效形式是齿面磨损和轮齿折断，故当中心距和齿数比一定时，闭式硬齿面和开式齿轮传动，应适当选择较少齿数，以增大模数，提高抗弯强度。2解（1）比较齿轮的抗弯强度由于根据题意可知A对齿轮中小齿轮与B对中小齿轮K与T值相等故由于故由齿形系数及应力校正系数表可分别查出A对中40时，24，167同理可查出B对中28，155故又由于故故可知A对中齿轮小齿轮1的弯曲应力大于B对中小齿轮1的的弯曲应力。同理可得故可知A对中齿轮大齿轮2的弯曲应力大于B对中大齿轮2的的弯曲应力。（2）比较齿轮的接触强度分别对A对小齿轮和B对小齿轮中进行比较由于由题意可知K,T,相等故故由此可知A对中小齿轮与B对中小齿轮接触强度相等同理可得故由此可知A对中大齿轮与B对中大齿轮接触强度相等3解A根据题意要求，使II轴上齿轮2和齿轮3的轴向力互相抵消一部分以减轻所受载荷可知齿轮2和齿轮3的旋丙相同，故可知齿轮2位左旋，齿轮4位右旋。B为了使轴上齿轮的轴向力完全抵消，应使（大小相等，方向相反）即C轴的转向与轴方向相反，轴与轴方向相同。各轴转矩为轴D各齿轮所受力方向如下图所示，各力大小分别如下4解（1）涡轮的转向从左向右看为顺时针方向转动（2）齿轮3为右旋，齿轮4为左旋。（3）轴上各传动件的受力情况如下图所示第九章蜗杆传动一、选择与填空题1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、蜗轮、齿面点蚀和齿根弯曲疲劳14、相同15、M、Z1、Z2、及磨削与否16、Z1和DA117、刚度、变形会影响啮合与载荷集中18、1）加大散热片的面积2）加风扇3）用水冷却管二、分析计算题1、螺旋方向、转向及受力方向分析，如图示。标出未注明的蜗杆或蜗轮的旋向及转向（均为蜗杆主动），画出蜗杆和蜗轮受力的作用点分力的方向。2、如图示为一斜齿圆柱齿轮蜗杆传动。小斜齿轮由电动机驱动。已知蜗杆为右旋，转向如图示，试在图上标注（1）蜗杆螺旋线方向及转向。（2）大齿轮的螺旋方向，可使大斜齿轮所产生的轴向力，能与蜗杆的轴向力抵消一部分。（3）小齿轮的螺旋线方向及轴的转向。（4）画出蜗杆轴（包括大斜齿轮）上诸作用力的方向的空间受力图。3、如图示为蜗标杆圆锥齿轮组合传动装置。已知蜗杆为右旋，转向N1如图示。中间轴上的轴向力是否能够抵消一部分确定输出轴的转向；画出蜗杆、蜗轮及两个锥齿上各分力FA、FR、FT。第十章摩擦、磨损及润滑概论一、选择题17；D、D、C、A、C、A、B814；A、B、D、B、A、B、B15、剧烈16、相对滑动的表面能在稳定磨损阶段工作17、形成吸附膜、形成反应膜18、低、高19、68CST、00612KG/MS20、牛顿粘性定律21、耐热、抗水二、简答题1、机件磨损过程大致可分为三个阶段磨合阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段。（1）磨合阶段。新的摩擦副表面较粗糙，在一定的载荷作用下，摩擦表面逐渐被磨平，实际接触面积逐渐增大，磨损速度开始很快，然后减慢。（2）稳定磨损阶段。经过磨合，摩擦表面加工硬化，微观几何形状改变，从而建立了弹性接触的条件，磨损速度缓慢，处于稳定状态。（3）剧烈磨损阶段。经过较长时间的稳定磨损后，因零件表面遭到破坏，使摩擦条件发生较大的变化（如温度的急剧增高，金属组织的变化等），磨损速度急剧增加。这时机械效率下降，精度降低，出现异常的噪声及振动，最后导致零件失效。2、减少磨损的主要方法（1）选用合适的润滑剂和润滑方法；（2）按零部件的主要磨损类型选择材料，如易发生粘着磨损时，不要选同种材料；易发生磨粒磨损时，要选用硬度高的材料；（3）合理选择热处理和表面处理方法，如表面淬火、表面化学处理，均可提高耐磨性；（4）适当降低表面粗糙度值；（5）用滚动摩擦代替滑动摩擦。3、粘度的主要影响因素（1）温度。粘度随温度的升高而降低，常用粘度指数表示影响程度，粘度指数越高，温度对粘度的影响越小。（2）压力。压力在100MPA以上时，粘度随压力的升高而明显增加。4、润滑油的主要性能指标有（1）粘度（2）润滑油（油性）（3）极压性（4）闪点（5）凝点（6）氧化稳定性润滑脂的主要性能指标有（1）锥（针）入度（或稠度）（2）滴点形成动力润滑的必要条件（1）两相对运动的表面间必须具有收敛的楔形间隙（2）被油膜分开的两表面须有一定的相对滑动速度（方向应保证润滑油由大口进，从小口出）（3）润滑油应有一定的粘度，供油要充分。第十一章滑动轴承一选择题A、B、B、D、B、A、B、C、D、B二填空题1相对（），偏心率（）。2减小。3非承载区。4P，PV。5越小，越大。6径向滑动轴承，止推滑动轴承；液体润滑轴承，不完全液体润滑轴承。液体动力润滑轴承，液体静压润滑轴承。7减摩性和耐磨性。8变大；提高；变大。9调心式轴承10混合摩擦，液体摩擦三简答题1磨粒磨损、刮伤、胶合、疲劳剥落和腐蚀等。2良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性，良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性，足够的强度和抗腐蚀能力，良好的导热性、工艺性、经济性等。3轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。常用的轴承材料可分为三大类1）金属材料，如轴承合金、铜合金、铝基合金和铸铁等；2）多孔质金属材料；3）非金属材料，如工程塑料、碳石墨等。41）决定轴承的结构型式；2）选择轴瓦和轴承衬的材料；3）决定轴承结构参数；4）选择润滑剂和润滑方法；5）计算轴承工作能力。5一般轴承的宽径比B/D在0315范围内。6应考虑轴承压力、滑动速度、摩擦表面状况、润滑方式等条件。可以通过计算和参考同类轴承的使用经验初步确定。8相对滑动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙；被油膜分开的两表面必须有足够的相对滑动速度，其运动方向必须使润滑油由大口流进，从小口流出；润滑油必须有一定的粘度，供油要充分。9应保证最小油膜厚度处的表面不平度高峰不直接接触。10相对间隙主要根据载荷和速度选取。速度越高，值应越大；载荷越大，值应越小。此外，直径大、宽径比小，调心性能好，加工精度高时，值取小值，反之取大值。第十二章滚动轴承一、选择与填空题1、3）2、N0000；50000；10000；增加轴