机械设计课后习题答案

1精选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MPa1801σ，取循环基数60105N，9m，试求循环次数N分别为7000、25000、620000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。[解]MPa6.373107105180936910111NNσσNMPa3.324105.2105180946920112NNσσNMPa0.227102.6105180956930113NNσσN3-2已知材料的力学性能为MPa260sσ，MPa1701σ，2.0σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。[解])170,0('A)0,260(C0012σσσΦσσΦσσ1210MPa33.2832.0117021210σΦσσ得)233.283,233.283(D'，即)67.141,67.141(D'根据点)170,0('A，)0,260(C，)67.141,67.141(D'按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示2精选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σB=420MPa，精车，弯曲，βq=1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。[解]因2.14554dD，067.0453dr，查附表3-2，插值得88.1σ，查附图3-1得78.0σq，将所查值代入公式，即69.1188.178.0111kσσσq查附图3-2，得75.0σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0σβ，已知1qβ，则35.211191.0175.069.1111kqσσσσββεK35.267.141,67.141,0,260,35.2170,0DCA根据29.60,67.141,0,260,34.72,0DCA按比例绘出该零件的极限应力线图如下图3-5如题3-4中危险截面上的平均应力MPa20mσ，应力幅MPa20aσ，试分别按①Cr②Cσm，求出该截面的计算安全系数caS。[解]由题3-4可知35.2,2.0MPa,260MPa,170s1-σσKΦσσ3精选（1）Cr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28.2202.03035.2170ma1-σΦσKσSσσca（2）Cσm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81.1203035.2202.035.2170mam1-σσσσcaσσKσΦKσS4精选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普通螺纹牙形为等力三角形，牙型角60o，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55o，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55o圆柱管螺纹管接关、旋塞、阀门及其他附件用螺纹密封的55o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3o，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3o，非工作面的牙侧角30o。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，最小应力如何得出？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：最大应力出现在压缩到最小体积时，最小应力出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FΣ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？5精选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M6×40铰孔用螺栓连接，已知螺栓机械性能等级为8.8，校核螺栓连接强度。6精选[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）确定M6×40的许用切应力[]由螺栓材料Q215，性能等级8.8，查表5-8，可知MPa640][sσ，查表5-10，可知0.5~5.3][SMPa128~86.1820.5~5.3640][][][sSσMPa67.4265.1640][sppSσσ（2）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由图可知，螺栓最大受力kN015.945cos255.22)25(5.2cos22222maxθFFFFFjiji][319106410015.9423320maxdF7精选][8.131104.1110610015.9333min0maxppσLdFσ故M6×40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、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max045-7图5-52所示为一拉杆螺纹联接。已知拉杆所受的载荷F=56KN,载荷稳定，拉杆材料为Q235钢，试设计此联接。8精选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。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。9精选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。10精选(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11精选（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12精选所以满足稳定性要求。13精选第六章键、花键、无键连接和销连接p115习题答案6-16-26-3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，