机械设计(第八版)课后习题答案(最新)讲解

1、第三章 机械零件的强度p45习题答案3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限(T丄=180MPa，取循环基数 N0 =5 106, m = 9，试求循环次数 N别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。(Tj9碍恥悴灯3.6沁5 1064珂貯80US= 324.3MPa心3叮 N。七0951065N3 6.2 105= 227.0MPa3-2已知材料的力学性能为碣=260MPa ,占=170MPa ,厂0.2，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。解A(0,170)C(2 6 00)(Toq2 (Tj2 (Tjl1T2 170 =283.33MPa1 0.2得 D(283

2、.3%,283.3%)，即 D(141.67,141.67)根据点A(0,170)，C(260,0)，D(141.67,141.67)按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示3-3解 由于D/d=72/62=L 16. r/d=3/62=Q+ C4S,所叽 壹教林附表3*砌I静碍和24心丧我林附图乳I,播值fS0 90Bl+4b（-D231*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e=420MPa，精车，弯曲，冃=1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。D54r3解因匕=兰=2，丄=2 =0.067，查附表3-2，插值得口。= 1

3、.88，查附图3-1得q严0.78，将所 d45d45查值代入公式，即k。二 1 q。-1 =1 0.781.88-1 =1.69查附图3-2，得.=0.75 ;按精车加工工艺，查附图3-4，得 侏=0.91，已知 爲=1，则1.6910.75 0.91-1】=2.351二 A0，1702 35，C260,0 )D(141.67,141.6% 35)根据A 0,72.34 ,C 260,0 ,D 141.67,60.29按比例绘岀该零件的极限应力线图如下图A (0, 72. 34) , 一_D (111.67,60, 29)0C（260, 0）处3-5如题3-4中危险截面上的平均应力陌=20M

4、Pa，应力幅 毎=20MPa，试分别按r = Com = C，求岀该截面的计算安全系数Sca解由题3-4可知G(260, 0)6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1702.35 30 0.2 20= 2.28(2) Cm 二 C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S _ C +(K。Jom _170 +(2.350.2 显 20 一 凸 ca - K oa om一 2.35 30 20一 .第五章 螺纹连接和螺旋传动p101习题答案5-1分析比较普通螺纹、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

5、普通螺纹牙形为等力三角形，牙型角600，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550，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550圆柱管螺纹管接关、旋塞、阀门及其他附件用螺纹密封的550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

6、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30,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 30,非工作面的牙侧角 300。 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5-2将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。5-3分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

7、如何得岀？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: -最大应力岀现在压缩到最小体积时，最小应力岀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。5-4图5-49所示的底板螺栓组联接受外力F艺作用在包含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?ir*0 0今J* nX V坞 iIS 5-49底板联接I K K解將尺力竽效转化到底板面上.可知底板受到轴问力耳横向力行和倾覆力矩1U A(1) 底板最左側的蝮栓受力锻大，应验算该蛭栓的拉伸强度*要求拉应力crS(a.

8、 Q(2) 应验算底板右側边缘的最大挤应力要求最大挤压应力巧并(3) 应验算底板右侧边缘的最水挤应力要求最小挤压应力0*(4) 应验算底板在横向力作用下是否会滑移，要求摩撩力FfA.5-5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8.8，校核螺栓连接强度。匚厂1iILiPL20（a）中各螺栓轴线到螺栓组中心的距离为r，即r=125mm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

9、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M6 X 40的许用切应力.由螺栓材料Q215,性能等级8.8，查表5-8，可知$ =640MPa，查表5-10，可知S =3.55.0osl640. s182.86 128 MPaSJ 3.5 5.0ol = O 工640 =426.67M PaP Sp 1.5150lr,即 r75、2mm2cos45 （2）螺栓组受到剪力 F和力矩（T =FL ），设剪力F分在各个螺栓上的力为 Fi，转矩T分在各个螺栓上的分力

10、为Fj ,各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离为1 1FiF 20 = 2.5kN88= 5 2kN_FL20 汉 3000j8r875、210由图可知，螺栓最大受力Fmax 二.F, Fj2 2FjFj cos 9 = 2.52 (5 2)2 2 2.5 5. 2 cos45 = 9.015kNmaxdLmin9.015 1036 10” 11.4 10”= 131.8 ： opF max d 24d03=9.15 10=319上 x(6 氷 10, 24故M6 X 40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

11、、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？3060kN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Fi，转矩T分在各个螺栓上的分力为FjL1L1-F = _ Fi 660 二 10kN6LFL60 250 10-“Fjj6r20kN612510-由（a）图可知，最左的螺栓受力最大Fmax = Fi Fj =10 2 30kN(b)方案中1 1FiF 60 =10kN66F j maxMr max6r2i 4FLr max6i 460 250 10逻)+1252 x10

12、.X10-6二 24.39kN由（b）图可知,螺栓受力最大为5-7图5-52所示为一拉杆螺纹联接。已知拉丁所受的载荷F=56KN,载荷稳定，拉丁材料为Q235钢，试设计此联接。Fmax 二，FiFj2Fi Fj COS 0 二102 +(24.39)2 +2S0X 24.39汉鴉=33.63kN.由d。_ , 4卩可知采用（a）布置形式所用的螺栓 直径较小ffiS-52解 该题属于松螺栓联按的题目。拉伸强度条件为拉杆材料为Q235,其6二95MF&：56x10s7x95x1所以取燥栓选用的直径d=30mm.5-8两块金属板用两个 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

13、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。解 螺栓数目为2.接台面数为取防滑系数为K沪1乙性能等级为丄8的碳裁jp钢今如P螺栓所需预紧力F。如 y很岀F 0.8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，可认为可，所以上式可简化为 = V3a=l3QIAA= mm式中，A为螺杆螺纹段的危险截面面积,S=3.5-5.0;4；s为螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋,（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GB/T5796-1986选定

14、螺杆尺寸参数：螺纹外径d=44mm,螺纹内径d1=36mm,螺纹中径d2=40.5mm,螺纹线数 n=1,螺距 P=7mm.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，a, p 螺母的材料为青铜，钢对青铜的摩擦系数f=0.09（查机械设计手册）。因梯形螺纹牙型角J：所以串=arctan= 39f .、= arctan fy = arctan= 519cos 0，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 H.因选 卩=25、 所以H= 宀加,取为 102mm.螺纹圈数计算：z=H/P=14.5螺

15、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=70mm,则螺纹圈数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5-13，对于青铜螺母一J丄-,这里取30MPa,由教材式（5-50）得螺纹牙危险截面的剪切应力为T = - = 6.3eMPaT丄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

16、发生侧向弯曲，丧失稳定性。好图所示，取B=70mm.则螺杆的工作长度l=L+B+H/2=305mm螺杆危险面的惯性半径i=d1/4=9mm螺杆的长度：按一端自由，一段固定考虑，取11 - = = 67.74（14 2（螺杆的柔度：，因此本题螺杆:一，为中柔度压杆。 棋失稳时的临界载荷按欧拉公式计 算得Qc =二 449 &W c （谢所以满足稳定性要求。第六章键、花键、无键连接和销连接p115习题答案6-1两平键相隔180*布負对轴的削弱均已并且两键的挤压力对轴平幽对轴不产生附加弯畑受 打状态好.两楔键相隔阿“峦布宣 若夹角过小 则对碱局醐扇过大；若夹幫过大，则两个楔键的总 承载能力下降.当夬

17、角次时，两个楔键的承栽能力大体上只相当于一个楔键的承载能力口因此， 苗个楔團司的夬角既不能过大，也不能过屮.半圆键在轴上的键槽较深，对轴的削弱較大.不宜将两个半H1键布直在轴的同一橫裁面上-故可将 恸个半圆键布直在轴的同一母线上.通常半圆键只用于特谨载荷不大的场合，一般不采用两个半圆键.6-2胀套串联便用时，由于各胀碁的胀霜程度有所不同，因此，承受载荷时各个胀春的寧載量是有区别的所以，计算时引入甑走载荷系数战来考虑这一因畫的影响.6-3在一直径d =80mm的轴端，安装一钢制直齿圆柱齿轮（如下图），轮毂宽度L =1.5d，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

18、径d =80mm，查表得所用键的剖面尺寸为b = 22mm， h =14mm根据轮毂长度 L = 1.5d=1.5 80 =120mm取键的公称长度L = 90mm键的标记键22 90GB1096 - 79键的工作长度为I二L-b=90-22 = 68mm键与轮毂键槽接触高度为k二一 =7mm2根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，取许用挤压应力勺=110M Pa根据普通平键连接的强度条件公式32T 103kid变形求得键连接传递的最大转矩为T max2000=叫=7 68 80 110 ,094N 20006-41. 确定联轴器处键的卿和尺寸选A型平議 根据轴径d = 70mm（查表6-1得键的

19、截面尺寸为b= 20mm h = L2inci *取键长 L = 110mm ,键的标记为：键 20X 110 GB T 1096-2003a2. 校核连接强度匿轴器的材料为铸铁，查表$2,取% =列MPs fr = o.5ft = 0.5xl2 = tam, / = Z-i =110-20由公式（6-1）,挤压应力2000T2000x1000、T =p也=5x90x70幻5叵满足强度条件.3. 确宦齿轮处键的类型和尺寸选A型平路根据轴径i/=90mm 查表6-1得確的截面尺寸为；b- 25mm）-14m m ,取薩长 = S0mm（德的标记为；键 25X 80 GB/T 1096-2003.

20、4. 校核连接强度皆轮和轴的材料均为钢，查表金去 取a llOMPa kO_5AO_5 xt4 7nini（ lL-b-SO-25 = 55mm由公式（6-1），挤压应力=j-.TXPK ffT 2nwn迓教材83（2）璃定犍节距P计鼻功率Pca=KAP=11 25KW “由教材图9J3按小樋轮转透工作在额圧功率曲集顶点的左隊 査教材養弘10券y （訓 =i 2M初述中心距Atg则.耳坨空+込+（4尸司2734f p 2 N a取S-128複据敕村轻910得选取单排樋.由数材袁矢口鲁Kp=1斯料传递的功率为R -乜-8 55册詁根据PO8 55KW和M沖咅Orfnun.由教材图9-13选链号为

21、10A的单推同吋也 证实廉估计功率曲线的顶点的左MAX*的.由数材亵9-1晝得椎 节距p=15 875mm八（3）醐定樋长L及中心距=203w8 = （0 002 0 004） a = 1 29 2 58wn “实际中心距a a-aa 644 32- 643.03ww取a=644mm接近650 ft9 符合题目要求，（3）验鼻樋速.*v = ? = 5 842m/ w 260*1000与原假设相符.根据教材图914采用油浴敦飞溅涓滑 （4）压轴力计算有效圆周力/7= 1000- = 1283.810v按水平传动，取压轴力系数=1 15JSU压轴力“巧 T476 38N2第十章齿轮传动p236习

22、题答案（用受力图表示各力的作用位置及方向）10- 1试分析图10-47所示的齿轮传动各齿轮所受的力解受力图如下图:Fi主动、Ft210 2解(I)齿轮A为主动轮,齿轮B为“惰轮”,也獄是说齿轮B既是主动轮 乂是从动轮。呷齿轮B与主动轮八啮合咏工作齿面是王侧，卅齿轮B与从动轮 C啮合时，工作齿面是另侧。对于-个轮齿来讲，是双齿而工作双齿面受载, 弯曲应力是对称循环，接触力是脉动循环，取SF 1.5.S” !査教材图10-21 (d)得接慰痰劳强度极限应力 叽 =6WMPa 査釵材图10-20 (c)得a =45QMPa则其習曲疲劳极限应力及许用应力分别为“CTy O.lCTjry a 315M&

23、5* 乞已丄二 6lOMPa3S/r讣滋竺= 210Was*(2)齿轮B为主动轮.A和C同为从勃轮时.齿轮B推动齿轮A和C的工作齿面 为同一世廉面.故理曲应力和接融应力均为脉动循坏仍取接慰展劳强度极限仍为叽60MFa 理曲枝劳极限应力=450MPa，则其许用应力分别为耳卜尺吧g = CWMPa九*a =w3l = 300i ri S.W 3答：齿而接触应力足脉动循环齿根弯1111应力足对称循环。/|：作弯1111强度 计算时应将图屮査出的极限应力值乘以0.7.10-4答：般齿轮材料4浚选川锻钢(礎钢或介金钢)。对十桔度尖求佼低的 齿轮,将齿轮毛坯经iE火或调质处理后切齿即为成,这时精度可达8级

24、,精切合 金钢主要是港碳后淬火，最后进行滚齿等精加丁，工精反可达76级战或5级。 对尺寸较大的齿轮，刊适用铸钢或球軀铸铁，止火后切齿也町达R级粕度。10-5捉岛轮歯啦弯疲劳强度的蜡施Th壇大齿根过湫圆角半廉消除加工刀痕可降 低齿根应力集屮；增人轴和支承的则度*可减小齿面同部受载,釆取合适的热处 理方法使轮世部具有足够的韧性*在齿根部进厅喷丸、滚比箸衣而强度，降低齿 轮衣曲粗糙度，齿轮采用1E变位咎。摄高齿面抗点蚀能力的措桶有：摄高齿面硬度：降低表面祖糙度；增人润滑油 粘度；提高加工,发装精度以减小动载荷:在许可范憎内采用较人变位系数疋 传动M增大閔轮传动的综介曲率半牲补充题：如图(b),已知标

25、准锥齿轮 m =5, z1 = 20, z2 = 50,R = 0.3, t2 = 4x 105 N .mm，标准斜齿轮卩应为多少？并计算 2、3齿轮各分力大小。mn =6,z3 =24，若中间轴上两齿轮所受轴向力互相抵消,解(1)齿轮2的轴向力:2T2Fa2 二 Ft2tan asin $2 tan osin $ 匸dm22T2tan asin $m 1 - 0.5r Z2齿轮3的轴向力:Fa3 =耳 t a np-1 a np = d3mnZ3icosp 丿-tarp si npmnZ3Fa2 二 Fa3, “ 20 忑二 T3a3)2T2tan asin $ m 1 -0.5R z2 2

26、T3mnZ3sin p即 sin p = mnZ3tan sin $ m(1 -0.5R Z2由 tan $ =互=502.5N 20.sin $ =0.928 cos $ =0.371门mnZ3 tan asin $sin pm 1 -0.5r Z26 24 tan200.92851 -0.5 0.350= 0.2289即 p 二 13.231(2)齿轮2所受各力:Ft22T22T22 4 105dm2 m 1 -0.5滋 z25 1 -0.5 0.350= 3.765 103N =3. 76 5 kNFr2-F12tan acos $=3.765 103 tan20 0.371 =0.50

27、8 103N =0. 508kNFa2二Ft2tan asin $=3.765 103 tan20 0.928 =1.272 103N=1.272kNFn2豆765 10l4kNcos a cos20齿轮3所受各力:Ftada2 4 1053、- cos B=cos13.231-5.408如03N =5.408kNmnZ3 j mnZ3 (cos B 丿2T22T26 24Fr3Ft3 tan a08 10 tan20 =2.022 103N =2.022kN cos12.321Fa33二Ft3tan B = 5.408 1 03 tan=1.272 103N=1.272kNcos12.321

28、Fn3Ft33.765 1035.889 103N =5.889kNcos a cos B cos20 cos12.32110-6设计铣床中的一对圆柱齿轮传动，已知R二7.5kW, m二1450 r min,乙=26乙=54 ,寿命Lh =12000h，小齿轮相对其轴的支承为不对称布置，并画岀大齿轮的机构图解（1）选择齿轮类型、精度等级、材料 选用直齿圆柱齿轮传动。7 级精度(GB10095-88) 铣床为一般机器，速度不高，故选用 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（

29、2）按齿面接触强度设计1）确定公式中的各计算值试选载荷系数 Kt =1.5 计算小齿轮传递的力矩95.505RT1 :怦5 1 05 75=49397N mm1450 小齿轮作不对称布置，查表10-7，选取d =1.01 由表10-6查得材料的弹性影响系数Ze =189.8MPa2由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限0Hlim1 =600MPa ；大齿轮的接触疲劳强度极限OH lim 2= 550MPaz 54 齿数比u 22.08z126 计算应力循环次数叫=6 On 小厂60 1450 1 12000 =1.044 1099N11.044 109N2-0.502 10u

30、2.08由图10-19取接触疲劳寿命系数KhN 1 = 098, K HN2 =计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S = 11 Km讪1 = 0.98江600 =588MPaS1讪2 J.。3 550 =566.5M Pa2）计算计算小齿轮分度圆直径d1t，代入 1中较小值计算圆周速度 V：；.d1t mv =60 10001.549397 2.08十 1二2.323 :V 12.082广189.8、. 566.5 丿53.577mm3.14 53.577 145060 0 00 0=4.0 6 6n s 计算尺宽bb =dd1t =1 53.577 = 53.577 mm 计算尺宽与齿高之比-hd1t 53.577 cczmt一2.061mmz126h =2.25mt =2.25 2.061 = 4.636mmb 53.577h 4.636= 11.56 计算载荷系数根据 v 4.066 m s, 7级精度，查图10-8得动载荷系数 kv =1.2直齿轮，Kh 二 Kf 二1由表10-2查得使用系数 K a =1.25由表10-4用插值法查得Kh B二1.420b由 b =11.56 , Kh 厂 1.420，查图 10-13