机械设计课后习题答案

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第1章机械设计概论

1－2设计机器时应满足哪些基本要求？答：1、功能要求

满足机器预定的工作要求，如机器工作部分的运动形式、速度、运动精度和平稳性、需要传递的功率，以及某些使用上的特别要求（如高温、防潮等）。

2、安全可靠性要求

（1）使整个技术系统和零件在规定的外载荷和规定的工作时间内，能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、不丧失稳定性。

（2）能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体健康。

（3）对于技术系统的周边环境和人不致造成危害和污染，同时要保证机器对环境的适应性。

3、经济性

在产品整个设计周期中，必需把产品设计、销售及制造三方面作为一个系统工程来考虑，用价值工程理论指导产品设计，正确使用材料，采用合理的结构尺寸和工艺，以降低产品的成本。设计机械系统和零部件时，应尽可能标准化、通用化、系列化，以提高设计质量、降低制造成本。

4、其他要求

机械系统外形美观，便于操作和维修。此外还必需考虑有些机械由于工作环境和要求不同，而对设计提出某些特别要求，如食品卫生条件、耐腐蚀、高精度要求等。

1－4机械零件的计算准则与失效形式有什么关系？常用的设计准则有哪些？它们各针对什么失效形式？

答：在设计中，应保证所设计的机械零件在正常工作中不发生任何失效。为此对于每种失效形式都制定了防止这种失效应满足的条件，这样的条件就是所谓的工作能力计算准则。它是设计机械零件的理论依据。常用的设计准则有：

1、强度准则：确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基本的设计准则。2、刚度准则：确保零件不发生过大的弹性变形。3、寿命准则：寻常与零件的疲乏、磨损、腐蚀相关。4、振动稳定性准则：高速运转机械的设计应重视此项准则。5、可靠性准则：当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。

1－7机械零件设计的一般步骤有哪些？其中哪个步骤对零件尺寸的确定起决定性的作用？

答：机械零件设计的一般步骤有：

1、选择零件类型、结构；2、计算零件上的载荷；3、选择零件的材料；4、确定计算准则；5、理论设计计算；6、结构设计；7、校核计算；8、绘制零件工作图；9、编写计算说明书及有关技术文件

其中步骤4对零件尺寸的确定起决定性的作用。

第2章机械零件的强度

2－3静应力计算的强度准则是什么？计算中选取材料极限应力和安全系数的原则是什么？

答：静应力时零件的主要失效形式：塑性变形、断裂，脆性材料的极限应力为?B（强度极限）；塑性材料的极限应力为

?s（屈服极限）

2－5机械零件设计中确定许用应力时，极限应力要根据零件工作状况及零件材料而定，试指出金属材料的几种极限应力各适用于什么工作状况？

答：强度极限?B和?B适用于脆性材料在静应力作用下使用；塑性材料极限应力为?s（屈服

极限）；

??——持久极限，对称循环为??1、??1，脉动循环时为?0、?0。

2－12某材料的对称循环弯曲疲乏极限??1?180MPa，取循环基数N0?5?106,m?9,试求循环次数N分别为7000、25000、620000次时的有限寿命弯曲疲乏极限。

m解：???mN?N????N0?C

∴??N?mN0??N6N05?10???9?180?373.57MPaN70006N05?10???9?180?324.30MPaN250006N05?10???9?180?226.99MPaN620000∴当N＝7000，??N?m当N＝25000，??N?m当N＝620000，??N?m2.13已知某材料的?s?260MPa，??1?170MPa，???0.2，试绘制该材料的简化极限应力线图。

解:根据

???(2??1??0)/?0

?0?283.34

σaσ-1=170AB(141.67,141.67)EσmOSσS=260

第3章摩擦、磨损及润滑

3.3试描述磨损的一般过程，为什么要认真对待机件的磨合阶段?答：

磨损过程的三个阶段：

磨合（跑合）阶段新的零件在开始使用时一般处于这一阶段，磨损率较高。稳定磨损阶段属于零件正常工作阶段，磨损率稳定且较低。猛烈磨损阶段属于零件即将报废的阶段，磨损率急剧升高。

在磨合阶段，假使压力过大，速度过高，则磨合期很短，并马上进入猛烈磨损阶段。所以要认真对待机件的磨合阶段。

3.5润滑剂的作用是什么？常用的润滑剂有哪几类？

答：润滑的作用：降低摩擦副的摩擦、减少磨损，以及冷却、密封、防锈和减振等。常用的润滑剂有：

液体润滑剂：有机油、矿物油、合成油等润滑脂：皂基脂、无机脂、烃基脂和有机脂固体润滑剂：软金属，如铅、金、银等；无机化合物：石墨、二硫化钼等；

有机化合物：聚四氟乙烯、尼龙等。

气体润滑剂：空气等。

第4章带传动

4－1已知一普通V带传动传递的功率P＝8KW，带速v＝15m/s，紧边与松边拉力之比为3：1，求该带传动的有效拉力Fe和紧边拉力F1。

Fe?V1000P8000解：∵P?∴Fe???533.33N

1000V153∵Fe?Ff?F1?F2??F∴F1?Fe?800N

2

4－2有一电动机驱动的普通V带传动，单班制工作，主动轮转速n1=1460r/min，中心距a约为370mm，dd1=140mm，dd2=400mm，中等冲击，微弱振动，用三根B型普通V带传动，初拉力按规定给定，试求该传动所能传递的功率。

解题要点：（1）根据题意可知

传动比i?dd2/dd1?400/140?2.857

带长Ld?2a0?0.5?(dd2?dd1)?0.25(dd2?dd1)2/a0

?2?370?0.5???400?140??0.25??400?140?/370?1633.9mm

2??实际选用标准长度`Ld=1600mm

小带轮包角?1?180???dd2?dd1??180?/????

?180???400?140??180?/?3.14?370??139.74?

根据带传动工作条件，查表可得工作状况系数KA=1.1;查表可得单根普通B型V带的基本额定功率P0=2.83kW;查表可得单根普通B型V带的基本额定功率△P0=0.46kW;查表可得包角系数Ka?0.89；查表可得长度系数KL?0.92。

（2）根据z?KAP/[(P0??P0)KaKL]，可得该带传动所能传递的功率为

??3?(2.83?0.46)?0.89?0.92/1.1??7.347P?z(P0??P0)KaKL/KAkW

4－3设计一普通V带传动。已知所需传递的功率P＝5kW，电动机驱动，转速n1=1440r/min,从动轮转速n2=340r/min，载荷平稳，两班制工作。

解题要点：

（1）确定计算功率Pca

根据V带传动工作条件，查表可得工作状况系数KA=1.1，所以

Pca=KAP=1.1×5=5.5kW

（2）选取V带的型号

根据Pca、n1，由图4.11确定选用A型V带。（3）确定带轮基准直径d1、d2取主动轮基准直径为

d1=90mm。d2=id1=1440/340*90=381mm取从动轮基准直径为400mm。验算带的速度：

???d1n1/(60?1000)

????90?1440(60?1000)??6.79m/s?25m/s

故带的速度适合。

（4）确定V带的基准长度和传动中心距

根据0.7(d1+d2)??2a0?0.5?(d2?d1)?0.25(d2?d1)2/a0Ld?2?500?0.