机械设计习题解答09420

1、总论练习题1. 某轴受弯曲稳定变应力作用。最大工作应力，最小工作应力。已知轴的材料为合金调质钢，其对称循环疲劳极限。脉动循环疲劳极限，屈服极限。试求： 绘制材料的简化极限应力图（每1mm代表） 按简单加载在图上表示出零件的工作应力点和材料的强度极限点 计算材料强度极限的平均应力和应力幅 指出零件可能发生的主要失效形式，并计算零件的安全系数。解： 材料的简化极限应力线图如下： 零件的工作应力点和材料的强度极限点见图示 求点的坐标 线的方程： 线的方程： 联立和方程 解得：，。 处于的区域内，故零件的主要失效形式为屈服失效 2. 某试件材料应力循环基数次，。试问：当工作应力，试件寿命为多少？ 解：

2、 次 次第五章 螺纹连接例1一个厚度为25mm的薄板用8个的配合螺栓连接在较厚的机架上，螺栓分布在直径为的圆圈上，其它尺寸如图所示（单位：mm）。已知：薄板受外力载荷，螺栓的许用剪力应力，螺栓及板孔表面的许用挤压应力，螺栓受剪面直径。试求： 判断螺栓组中哪个螺栓受力最大？并计算受力的大小； 校核螺栓组联接的强度。解： 判断受力最大的螺栓，并计算其受力大小 5号螺栓受力最大，其值大小为： 校核螺栓组连接的强度 螺栓所受的最大剪应力为： 螺栓及板孔表面所受的最大挤压应力为： 结论：该螺栓组连接强度安全。例2两个薄板由的普通螺栓连接，钢板受力情况和尺寸（单位：mm）如图所示。已知钢板间的摩擦系数为f

3、0.15。连接面间的防滑系数=1.2。螺栓的许用拉应力。试确定螺栓的直径大小。公称直径d14 16 18 20 24 30螺纹小径d1 11.83513.835 15.294 17.294 20.73526.211解： 螺栓组的受力分析向形心O简化横向力和转矩分别为： 由横向力R产生的每个螺栓的横向载荷F1方向垂直向下，由转矩T产生的每个螺栓的横向载荷相同，且其数值F2大小为： F2作用的方向应垂直于各螺栓中心与形心O的连线，通过分析，得知1号螺栓受力最大，其大小为： 确定螺栓所需预紧力QP, 确定螺栓直径大小 查表，确定选用M20的螺栓（其小径，满足要求）。例3已知某气缸，缸中压力在之间变化

4、，气缸内径，螺栓分布圆直径，为保证紧密性，要求螺栓间距。若所选螺栓的屈服极限，安全系数。剩余预紧力，为单个螺栓的工作载荷。试确定螺栓的数目和直径大小： 公称直径d14 16 18 20 24 30螺纹小径d1 11.83513.835 15.294 17.294 20.73526.211解： 确定螺栓数目Z，取螺栓间距t = 100mm，则有： 气缸盖最大工作载荷F 单个螺栓工作载荷F为 螺栓总拉力Q为 螺栓许用拉应力为 螺栓小径 M18螺栓，其小径d115.29414.54，满足使用要求。例4一铸铁支架由4个M16（其小径）的普通螺栓安装于混凝土立柱上，尺寸如图示。已知载荷,接面间摩擦系数，

5、防滑系数，螺栓材料的屈服极限，安全系数,取螺栓的预紧力。试求： 所取螺栓的预紧力是否满足支架不滑移条件； 校核螺栓强度（不考虑支架和螺栓刚性的影响）； 若取混凝土的许用挤压应力，接合面支撑面积，抗弯截面模量，校验连接的接合面能否保证不出现间隙和不压溃。解： 螺栓组受力分析 向形心简化，得： 横向载荷 倾覆力矩 螺栓最大工作拉力为： 校验预紧力支架不滑移时，应有 ，现取,故满足要求。 校核螺栓强度当不考虑支架和螺栓刚度的影响，螺栓受的总拉力为： 许用应力 故螺栓强度满足要求。 校验连接的工作能力 贴合面间最小压应力为 故支架上端不会出现间隙。 贴合面间最大压应力为 因 故支架下段不会被压溃。练习

6、题：1. 如图所示的螺栓连接，所受工作载荷=,其螺栓个数=2,被连接件接合面间摩擦系数=0.2,螺栓材料的许用应力=130 ,可靠性系数（防滑系数）=1.3，试求所需要的螺栓直径。公称直径d10 12 14 16 18小径 d1 8.376 10.106 11835 13.835 15.294解：为保证预紧后，接后面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷。设所需预紧力为(两个一杆） =. 查表,用的螺栓()2. 上图中,若螺栓个数,用的螺栓连接,螺栓小径。螺栓材料的许用应力,钢板间的摩擦系数 ,为使连接可靠,要求摩擦力比外载荷大20%,试确定此连接所能承受的最大横向载荷.解: 由得 代入得

7、答:所能传递的最大横向载荷。3. 刚性凸缘联轴器传递最大转矩,主要尺寸如图所示:。联轴器用6个的普通螺栓连接,联轴器与轴之间采用型普通平键连接,要求: 若校核材料许用应力,连接表面间摩擦系数,连接的可靠性系数（防滑系数）,试校核连接强度.(已知螺栓的小径 ) 若普通平键的键宽,键高,连接的许用挤压应力,试校核该键连接的强度。 指出螺栓连接和键连接哪个强度不足，并指出两种改进措施（注：不允许改变联轴器和键连接的尺寸）。解: 单个螺栓所需预紧力 校核螺栓连接强度故连接的强度不足。 校核键连接强度 键连接强度不足 综上所述，螺栓连接及键连接强度均不足，为此可采取如下方法：提高螺栓材料的强度级别 采用

8、配合螺栓连接 采用减荷装置或减载销钉 增大被连接面的摩擦系数 采用双键结构第六章 键、花键和销连接1. 某齿轮分别用A型普通平键或B型普通平键与轴连接，设轴径，轮毂长,所选键为：键A 836 GB1096-79与键B 1636 GB1096-79,轮毂许用应力，试确定这两种联接所能传递的扭（转）矩。解： 对于A键：； 对于B键: ； 答：A型和B型键分别能传递和的扭（转）矩。机械传动练习题1. 如图所示传动，试分析： 两斜齿轮轮齿的旋向如何方可使轴所受的轴向力为最小？ 蜗轮4轮齿的旋向； 蜗轮的转动方向； 蜗轮轮齿所受、。（画图示出）解： 左旋，右旋 右旋 顺时针 蜗轮轮齿所受、：2. 一闭式

9、齿轮减速器，要求轴所受轴向力为最小时，两斜齿轮轮齿的旋向应如何？并画出斜齿轮4受的圆周力、径向力及轴向力的方向。解： 右（左！）旋，左（右！）旋 斜齿轮4的受力：3. 图示为单级斜齿轮减速器，传递功率（不计摩擦损失），轴为主动轴，转速，转动方向如图示。已知中心距，齿数，法面模数，法面压力角。试： 作图表示齿轮2受各分力的方向； 齿轮2所受各力（、）的大小； 齿轮2所受法向力的大小；解： 求齿轮2所受的各力、 计算齿轮的转矩： 计算螺旋角和 由 有 又 由于为主动轮，为从动轮，所以 各力的受力方向如图。 齿轮2所受的法向力 4. 一对直齿锥齿轮传动如图所示：已知模数，分度圆压力角，点数，齿宽，输

10、入轴转速，传递功率为，试求从动轮2受力的大小和方向（用分力表示）。解： 锥距： 由 又 ， ,， 5. 设两级斜齿轮传动如图所示：已知齿轮2：，；齿轮3：，；试问： 低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反？ 低速级螺旋角应取多大数值才能使中间轴的轴向力互相抵消。解： 的旋向为右旋，如图所示： 由 ， ， 6. 如图所示蜗杆传动和圆锥齿轮传动的组合，已知输出轴上的锥齿轮的转向。 试确定蜗杆传动的螺旋线方向和蜗杆的转向，并使中间轴上的轴向力能抵消一部分。 在图中标出各齿轮（蜗杆、蜗轮）在啮合点各分力的方向。解： 7. 手动铰车采用蜗杆传动。已知，卷筒直径。试问： 欲

11、使重物上升1，蜗杆应转多少转？蜗杆的转向？ 蜗杆与蜗轮间的当量摩擦系数，该机构能否自锁？ 若重物，手摇时施加的力，手柄转臂的长度L是多少？解： 转向如图所示 自锁 轴系零部件练习题1、 一非液体摩擦向心滑动轴承，已知轴的轴速，轴的直径，轴承宽度，轴承的径向载荷，轴承材料为，其许用值，试校核此轴承。解： 结论：该轴承合格。2、 有一非液体润滑的向心滑动轴承，最大许用值为1.5，轴的直径，已知轴承材料的许用值为，。试求轴的转速分别为以下三种数值时，轴的最大允许载荷各为多少？（1） （2） （3） 解：求轴的最大允许载荷 已知：，即， 当时 当时 当时， 无解。3有一单列向心球轴承，型号为310，其

12、额定动载荷，额定静载荷，轴的转速，工作温度小于（即）动载荷系数此轴承受径向载荷，轴向载荷。试计算此轴承的寿命。 e X Y X Y0.0280.22 1 00.561.990.0560.261.710.0840.281.550.110.301.450.170.341.310.280.381.15 解： 查表： （近似值，时，） 当量动载荷 寿命 4、有一轴用一对46306轴承支撑，轴的转速，轴上外载荷，尺寸如图所示。载荷系数，温度系数。试计算轴承的寿命。46306轴承额定动载荷，内部派生轴向力。 XYXY0.7100.410.85解：已知：， ，。 求轴承的径向载荷， 或 求轴承的内部派生轴向

13、力， 方向如图所示。 求轴承1、2的轴向载荷， 轴往左窜 左端放松，对松端： 右端压紧，对紧端： 求轴承1、2的当量动载荷 轴承1： ， 轴承2： 查表：， 由于 ，故取 计算轴承寿命（轴承1寿命最低） 5、某轴用一对36310轴承支承，轴承所受径向载荷，。轴上轴向载荷。轴承的额定动载荷，额定静载荷，内部派生轴向力，载荷系数，温度系数。轴的转速，轴承预期寿命，试校核轴承是否合用。 XYXY0.0290.40100.441.400.0580.431.300.0870.461.230.120.471.190.170.501.120.290.551.020.440.561.000.580.561.00已知：， 。求轴承是否合用？ 解： 轴承1、2的内部派生轴向力， 方向如图所示。 求轴承1、2的轴向力， 轴右窜，故左端放松，右端压紧 松端： 紧端： 求轴承1、2的当量动载荷， 轴承1： 用外插法