机械设计(第八版)课后习题答案(最新)

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？若采用铰制孔螺栓，许用剪应力28MPa，则螺栓的直经为多大？[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）螺栓组受到剪力F和力矩（FLT），设剪力F分在各个螺栓上的力为iF，转矩T分在各个螺栓上的分力为jF，各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离为r,即mm27545cos2150rkN2510275810300208kN5.220818133rFLFFFji则螺栓最大受力kN015.945cos255.22)25(5.2cos22222maxθFFFFFjiji19010420.25284Fdmm查表得：24dmm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、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？[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iF，转矩T分在各个螺栓上的分力为jF（a）中各螺栓轴线到螺栓组中心的距离为r，即r=125mmkN2010125610250606kN1060616133rFLFFFji由（a）图可知，最左的螺栓受力最大kN302010maxjiFFF（b）方案中kN10606161FFikN39.24101252125421252101252125102506062223223612max612maxmaxiiiijrFLrrMrF由（b）图可知，螺栓受力最大为kN63.335239.24102)39.24(10cos22222maxθFFFFFjiji直径较小）布置形式所用的螺栓可知采用（由aFdmax045-8两块金属板用两个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。5-9受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已知螺栓预紧力Fo=15000N,当受轴向工作载荷F＝10000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。解：用橡胶垫片密封，螺栓的相对刚度：0.9bbmCCC；螺栓总拉力：20bbmCFFFCC=15000+0.9x10000=24000N残余预紧力为：12240001000014000FFFN5-10图5-24所示为一汽缸盖螺栓组联接。已知汽缸内的工作压力P=0~1MPa，缸盖与缸体均为钢制，直径D1=350mm,D2=250mm.上、下凸缘厚均为25mm.试设计此联接。5-11设计简单千斤顶（参见图5-41）的螺杆和螺母的主要尺寸。起重量为40000N，起重高度为200mm,材料自选。(1)选作材料。螺栓材料等选用45号钢。螺母材料选用ZCuA19Mn2,查表确定需用压强[P]=15MPa.(2)确定螺纹牙型。梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好，本题采用梯形螺纹。（3）按耐磨性计算初选螺纹的中径。因选用梯形螺纹且螺母兼作支承，故取，根据教材式（5-45）得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，所以上式可简化为式中，A为螺杆螺纹段的危险截面面积，;S为螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋，S=3.5-5.0;对于传导螺旋，S=2.5-4.0;对于精密螺杆或水平螺杆，S4.本题取值为5.故（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.(6)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，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,所以因,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.因选所以H=,取为102mm.螺纹圈数计算：z=H/P=14.5螺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,这里取30MPa,由教材式（5-50）得螺纹牙危险截面的剪切应力为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，取螺杆的柔度：,因此本题螺杆,为中柔度压杆。棋失稳时的临界载荷按欧拉公式计算得所以满足稳定性要求。第六章键、花键、无键连接和销连接作业答案6-16-3在一直径mm80d的轴端，安装一钢制直齿圆柱齿轮（如下图），轮毂宽度1.5dL，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]根据轴径mm80d，查表得所用键的剖面尺寸为mm22b，mm14h根据轮毂长度mm120805.1'1.5dL取键的公称长度mm90L键的标记键79-90GB109622键的工作长度为68mm2290bLl键与轮毂键槽接触高度为mm72hk根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，取许用挤压应力110MPa][pσ根据普通平键连接的强度条件公式][1023ppσkldTσ变形求得键连接传递的最大转矩为mN20942000110806872000][pmaxσkldT6-46-56-6第八章带传动p164习题答案8-1V带传动的min14501rn，带与带轮的当量摩擦系数51.0vf，包角1801，初拉力N3600F。试问：（1）该传动所能传递的最大有效拉力为多少？（2）若mm100dd1，其传递的最大转矩为多少？（3）若传动效率为0.95，弹性滑动忽略不计，从动轮输出效率为多少？[解]N4.4781111360211112151.01151.00eeeeFFvvffecmmN92.232101004.4782d2-3d1ecFTkW45.395.0100060100010014.314504.4781000601000d10003d11ηnFηνFPecec8-2V带传动传递效率7.5kWP，带速sm10ν，紧边拉力是松边拉力的两倍，即21FF，试求紧边拉力1F、有效拉力eF和初拉力0F。[解]1000νFPeN750105.710001000νPFe21212FFFFFe且1500N750221eFF201eFFF1125N27501500210eFFF8-38-4有一带式输送装置，其异步电动机与齿轮减速器之间用普通V带传动，电动机功率P=7kW，转速min9601rn，减速器输入轴的转速min3302rn，允许误差为%5，运输装置工作时有轻度冲击，两班制工作，试设计此带传动。[解]（1）确定计算功率caP由表8-7查得工作情况系数2.1AK，故4kW.872.1AcaPKP（2）选择V带的带型根据caP、1n，由图8-11选用B型。（3）确定带轮的基准直径dd，并验算带速ν①由表8-6和8-8，取主动轮的基准直径mm1801dd②验算带速νsm0432.910006096018010006011ndνd带速合适sm30sm5ν③计算从动轮的基准直径mm45.49733005.0196018012112nεndddd（4）确定V带的中心距a和基准长度dL①由式2102127.0ddddddadd，初定中心距mm5500a。②计算带所需的基准长度mm2214550418050050018025502422202122100addddaLddddd由表8-2选带的基准长度mm2240dL③实际中心距amm563222142240550200ddLLaa中心距的变化范围为mm630~550。（5）验算小带轮上的包角1α901475633.571805001803.57180121addαdd故包角合适。（6）计算带的根数z①计算单根V带的额定功率rP由sm960mm18011ndd和，查表8-4a得25kW.30P根据303kW.0B9.2330960s,m96001Pin型带，查表得和查表8-5得914.0kα，表8-2得1kL，于是kW25.31914.0)303.025.3(kk00LαrPPP②计算V带的根数z58.225.34.8carPPz取3根。（7）计算单根V带的初拉力的最小值min0F由表8-3得B型带的单位长度质量mkg018q，所以N2830432.918.00432.93914.04.8914.05.2500kk5.250022min0qνzνPFαcaα（8）计算压轴力N16282147sin283322sin21min0αFzFp（9）带轮结构设计（略）第九章链传动p184习题答案9-2某链传动传递的功率kW1P，主动链轮转速minr481n，从动链轮转速minr142n，载荷平稳，定期人工润滑，试设计此链传动。[解]（1）选择链轮齿数取小链轮齿数191z，大链轮的齿数6519144812112znnizz（2）确定计算功率由表9-6查得0.1AK，由图9-13查得52.1zK，单排链，则计算功率为kW52.1152.10.1PKKPzAca（3）选择链条型号和节距根据minr48kW52.11nPca及，查图9-11，可选16A，查表9-1，链条节距mm4.25p（4）计算链节数和中心距初选中心距mm1270~7624.25)50~30()50~30(0pa。取mm9000a，相应的链长节数为3.1149004.2521965265194.259002222202122100apzzzzpaLp取链长节数节114pL。查表9-7得中心距计算系数24457.01f，则链传动的最大中心距为mm895651911424.2524457.02211