機械設計習題解答1

1、機械設計習題解答機械設計（西北工大第八版）3-1 某材料的對稱彎曲循環(huán)疲勞極限，取循環(huán)基數(shù)，試求循環(huán)次數(shù)分別為7000、25000、62000次時的有限壽命彎曲疲勞極限。解 由公式 （教科書式3-3）3-2已知材料的力學性能為，試繪制此材料的簡化等壽命疲勞曲線。解 根據(jù)所給的條件，和由試件受循環(huán)彎曲應力材料常數(shù)，可得由上式可得。由三點、和，可繪制此材料的簡化等壽命疲勞曲線如下。3-3 一圓軸的軸肩尺寸為：，。材料為，其強度極限，屈服極限，試計算軸肩的彎曲有效應力集中系數(shù)。解 ，所以，查教科書附表3-2得，查教科書附圖3-1得，故有5-4 圖5-48所示的底板螺栓組連接受外力的作用，外力作用在包

2、含軸并垂直于底板接合面的平面內(nèi)。試分析螺栓組的受力情況，判斷哪個螺栓受力最大？保證連接安全工作的必要條件有哪些？解 將底板螺栓組連接受外力力等效轉化到底板面上，可知底板受軸向力，橫向力和繞的傾斜力矩。從圖可看出。（1） 底板最左側的兩個螺栓受拉力最大，應驗算該螺栓的拉伸強度（螺栓拉斷），要求拉應力。（2） 底板最右側邊緣的最大擠壓力（底板左側壓潰），要求擠壓應力。（3） 底板最左側邊緣的最小擠壓力（底板右側出現(xiàn)間隙），要求最小擠壓應力。（4） 應驗算底板在橫向力作用下不發(fā)生滑移，要求摩擦力。（注：為螺栓組總的預緊力）。5-6 已知一托架的邊板用6個螺栓與相鄰的機架相連接。托架受一與邊板螺栓組的

3、垂直對稱軸線相平行、距離為，大小為的載荷作用。現(xiàn)有如圖5-50所示的兩種螺栓布置形式，設采用鉸制孔用螺栓連接，試問哪一種布置形式所用的螺栓直徑較小？為什么？解 將螺栓組受力向螺栓組對稱中心等效，受剪力，轉矩。設剪力分在各螺栓上的力為，轉矩分在各螺栓上的力為。（1）螺栓組按圖5-50（a）布置，有（受力方向為向下）（受力方向為螺栓所在圓的切線方向）由圖可知，最右邊的螺栓受力最大，且為（2）螺栓組按圖5-50（b）布置，有（受力方向為向下）由教科書式（5-13），可得由圖可知，右邊兩個螺栓受力最大，且為由以上數(shù)值可以得出：采用圖5-50(a)的布置形式所用的螺栓直徑較小。5-10 圖5-18所示為

4、一氣缸蓋螺栓組連接。已知氣缸內(nèi)的工作壓力，缸蓋與缸體均為鋼制，直徑，上、下凸緣均為，試設計此連接。解 （1） 確定螺栓數(shù)和直徑查教科書表5-4得螺栓間距，取，則螺栓間距螺栓直徑為：，按照系列標準取（2）選擇螺栓性能等級按表5-8選取螺栓性能等級為8.8，則螺栓材料的屈服極限。（3）計算螺栓上的載荷作用在氣缸上的最大壓力和單個螺栓上的工作載荷按教科書p83，對于有密封要求的連接，殘余預緊力，取。根據(jù)公式計算螺栓的總載荷為：（4）材料的許用應力按不控制預緊力的情況確定安全系數(shù)，查教科書表5-10，取安全系數(shù)，許用應力（5）驗算螺栓的強度查手冊，螺栓的大徑，小徑，取螺栓的長度，根據(jù)公式螺栓的計算應力

5、為：滿足強度條件。螺栓的標記為 gb/t5782-86 m16×70，螺栓數(shù)量12個。6-2脹套串聯(lián)使用時，為何要引入額定載荷系數(shù)？為什么型脹套和型脹套的額定載荷系數(shù)有明顯的差別？解 （1） 脹套串聯(lián)使用時，由于各脹套的脹緊程度不同，致使各脹套的承載能力不同，所以，計算時引入額定載荷系數(shù)。（2）型脹套串聯(lián)使用時，右邊脹套軸向夾緊力受左邊脹套的摩擦力的影響，使得左邊脹套和右邊脹套的脹緊程度有明顯的差別，型脹套串聯(lián)的額定載荷系數(shù)較小。型脹套串聯(lián)使用時，右邊脹套和左邊脹套分別自行脹緊，使得左邊脹套和右邊脹套的脹緊程度只有較小的差別，因此，型脹套串聯(lián)的額定載荷系數(shù)較大。6-4圖6-27所示的

6、凸緣半聯(lián)軸器及圓柱齒輪，分別用鍵與減速器的低速軸相連接。試選擇兩處鍵的類型及尺寸，并校核其連接強度。已知：軸的材料為45鋼，傳遞的轉矩，齒輪用鍛鋼制成，半聯(lián)軸器用灰口鑄鐵制成，工作時有輕微沖擊。解 （1） 確定聯(lián)軸器段的鍵由圖6-27，凸緣半聯(lián)軸器與減速器的低速軸相連接，選型平鍵。由軸徑，查教科書表6-1得所用鍵的剖面尺寸為，。輪轂的長度確定鍵的長度，可?。╬105輪轂的長度可?。?，教科書表6-1取鍵的長度，鍵的標記：。鍵的工作長度為：鍵與輪轂的接觸高度為：。根據(jù)聯(lián)軸器材料為灰口鑄鐵，載荷有輕微的沖擊，查教科書表6-2，去許用擠壓應力注：鍵、軸、輪轂材料最弱的許用擠壓應力，根據(jù)普通平鍵連接的強

7、度計算公式，其擠壓強度為滿足擠壓強度。（2） 確定齒輪段的鍵由圖6-27，圓柱齒輪與減速器的低速軸相連接，選型平鍵。由軸徑，查教科書表6-1得所用鍵的剖面尺寸為，。輪轂的長度確定鍵的長度，教科書表6-1取鍵的長度，鍵的標記：。鍵的工作長度為：鍵與輪轂的接觸高度為：。根據(jù)齒輪材料為鋼，載荷有輕微的沖擊，查教科書表6-2，去許用擠壓應力注：鍵、軸、輪轂材料最弱的許用擠壓應力，根據(jù)普通平鍵連接的強度計算公式，其擠壓強度為滿足擠壓強度。7-1 圖7-27所示的焊接接頭，被焊材料均為鋼，承受靜載荷，設采用焊條手工焊接，試校核該接頭的強度。解 從圖7-27中可以看出，有對接和搭接兩種焊縫。（1） 確定許用

8、應力被焊件的材料，查教科書表7-3得：許用拉應力，許用切應力。（2） 校核焊縫的強度根據(jù)對接焊縫的受拉強度條件公式，可得對接焊縫所能承受的載荷為：根據(jù)搭接焊縫的受剪切強度條件公式，可得搭接焊縫所能承受的載荷為：在對接縫中間剖開，焊縫所能承受的總載荷為所以滿足強度條件。7-5 圖7-28所示的鑄錫磷青銅蝸輪圈與鑄鐵輪芯采用過盈連接，所選用的標準配合為，配合表面粗糙度均為，設連接零件本身的強度足夠，試求此連接允許傳遞的最大轉矩(摩擦系數(shù))。解 （1） 計算最小過盈量查表可得：蝸輪圈與輪芯的配合為的軸的公差和孔的公差。最小有效過盈量。查教科書表7-6可得：，最小過盈量為：壓入法：脹縮法：（2） 計算

9、配合面間的最小徑向壓力取，。剛度系數(shù)分別為：根據(jù)過盈連接傳遞載荷所需的最小過盈量公式：，分別采用兩種方法裝配，配合面間的最小徑向壓力分別為：壓入法： 脹縮法： （3） 計算允許傳遞的最大轉矩根據(jù)連接傳遞轉矩公式，配合面間傳遞的最大轉矩分別為：壓入法： 脹縮法：8-1 v帶傳動的，帶與帶輪的當量摩擦系數(shù)，包角，初始拉力。試問（1）所傳動所能傳遞的最大有效拉力為多少？（2）若，其傳遞的最大轉矩為多少？（3） 若傳動效率為0.95，彈性滑動忽略不計，從動輪輸出功率為多少？解 （1）臨界有效拉力根據(jù)臨界有效拉力公式（式8-6），可得臨界有效拉力為 （2）確定最大傳遞扭矩（3）計算輸出功率根據(jù)帶傳動功率

10、公式8-4 有一帶式輸送裝置，其異步電動機與齒輪減速器之間用普通v帶傳動，電動機功率，轉速，減速器輸入軸的轉速，允許誤差，運輸裝置工作時有輕度沖擊，兩班制工作，試設計此傳動。解 （1）確定計算功率查教科書表8-7得工作情況系數(shù)，計算功率（2）選取v帶型號根據(jù)，查教科書圖8-11選用b型。（3）確定帶輪的基準直徑，并驗算帶速度由教科書表8-4a取主動輪基準直徑，從動輪直徑查教科書表8-8取。從動輪實際轉速驗算轉速誤差：轉速誤差在允許誤差范圍內(nèi)。驗算帶的速度帶速適合。（4）確定帶的長度和中心距根據(jù)，則，初步取中心距。根據(jù)帶長公式，帶的長度為 查教科書表8-2選帶的基準長度，。實際中心距為（5）驗算

11、主動輪上的包角 包角適合。（6）計算帶的根數(shù) 由和查表8-4a得由、和b型帶，查表8-4b得由，查教科書表8-5得；由，查教科書表8-2得。根據(jù)帶數(shù)公式（式8-26），得帶數(shù)為取。（7）計算初拉力 查教科書表8-3得b型帶的單位長度質(zhì)量，由式（8-27）（8）計算軸壓力 （式8-28）（9）帶輪結構設計（略）。9-1 如圖9-16所示鏈傳動的布置形式，小鏈輪為主動輪，中心距。它在所示布置中應按哪個方向回轉才算合理？兩輪軸線在同一鉛垂面內(nèi)（圖c）有什么缺點？應采取什么措施？解 圖a、b所示布置中鏈輪按逆時針方向旋轉合理（緊邊在上面，松邊在下面）。兩輪軸線布置在同一鉛垂面內(nèi)，下垂量增大，下輪的有效嚙合齒數(shù)減少，降低了傳動能力。應采取的措施是：（1）增大中心距；（2）加張緊輪；（3）兩輪偏置等措施。9-2 某鏈傳動傳遞的功率，主動鏈輪轉速，從動鏈輪轉速，載荷平穩(wěn)，定期人工潤滑，試設計此鏈傳動。解 （1） 選擇鏈輪齒數(shù)取小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)為（2） 確定計算功率由教科書表9-6得，由教科書圖9-13查得，單排鏈，則計算功率為：（3） 選擇鏈條型號和節(jié)距根據(jù)及，查教科書圖9-11得：可