機(jī)械設(shè)計(jì)習(xí)題解答1

1、機(jī)械設(shè)計(jì)習(xí)題解答機(jī)械設(shè)計(jì)（西北工大第八版）3-1 某材料的對(duì)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(shí)的有限壽命彎曲疲勞極限。解 由公式 （教科書(shū)式3-3）3-2已知材料的力學(xué)性能為，試?yán)L制此材料的簡(jiǎn)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(yīng)力材料常數(shù)，可得由上式可得。由三點(diǎn)、和，可繪制此材料的簡(jiǎn)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(qiáng)度極限，屈服極限，試計(jì)算軸肩的彎曲有效應(yīng)力集中系數(shù)。解 ，所以，查教科書(shū)附表3-2得，查教科書(shū)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(gè)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(zhuǎn)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(cè)的兩個(gè)螺栓受拉力最大，應(yīng)驗(yàn)算該螺栓的拉伸強(qiáng)度（螺栓拉斷），要求拉應(yīng)力。（2） 底板最右側(cè)邊緣的最大擠壓力（底板左側(cè)壓潰），要求擠壓應(yīng)力。（3） 底板最左側(cè)邊緣的最小擠壓力（底板右側(cè)出現(xiàn)間隙），要求最小擠壓應(yīng)力。（4） 應(yīng)驗(yàn)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(yù)緊力）。5-6 已知一托架的邊板用6個(gè)螺栓與相鄰的機(jī)架相連接。托架受一與邊板螺栓組的

3、垂直對(duì)稱軸線相平行、距離為，大小為的載荷作用?，F(xiàn)有如圖5-50所示的兩種螺栓布置形式，設(shè)采用鉸制孔用螺栓連接，試問(wèn)哪一種布置形式所用的螺栓直徑較??？為什么？解 將螺栓組受力向螺栓組對(duì)稱中心等效，受剪力，轉(zhuǎn)矩。設(shè)剪力分在各螺栓上的力為，轉(zhuǎn)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?yàn)橄蛳拢ㄊ芰Ψ较驗(yàn)槁菟ㄋ趫A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?yàn)橄蛳拢┯山炭茣?shū)式（5-13），可得由圖可知，右邊兩個(gè)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?dú)飧變?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(shè)計(jì)此連接。解 （1） 確定螺栓數(shù)和直徑查教科書(shū)表5-4得螺栓間距，取，則螺栓間距螺栓直徑為：，按照系列標(biāo)準(zhǔn)?。?）選擇螺栓性能等級(jí)按表5-8選取螺栓性能等級(jí)為8.8，則螺栓材料的屈服極限。（3）計(jì)算螺栓上的載荷作用在氣缸上的最大壓力和單個(gè)螺栓上的工作載荷按教科書(shū)P83，對(duì)于有密封要求的連接，殘余預(yù)緊力，取。根據(jù)公式計(jì)算螺栓的總載荷為：（4）材料的許用應(yīng)力按不控制預(yù)緊力的情況確定安全系數(shù)，查教科書(shū)表5-10，取安全系數(shù)，許用應(yīng)力（5）驗(yàn)算螺栓的強(qiáng)度查手冊(cè)，螺栓的大徑，小徑，取螺栓的長(zhǎng)度，根據(jù)公式螺栓的計(jì)算應(yīng)力

5、為：滿足強(qiáng)度條件。螺栓的標(biāo)記為 GB/T5782-86 M16×70，螺栓數(shù)量12個(gè)。6-2脹套串聯(lián)使用時(shí)，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(shí)，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(jì)算時(shí)引入額定載荷系數(shù)。（2）型脹套串聯(lián)使用時(shí)，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(shí)，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(qiáng)度。已知：軸的材料為45鋼，傳遞的轉(zhuǎn)矩，齒輪用鍛鋼制成，半聯(lián)軸器用灰口鑄鐵制成，工作時(shí)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(shū)表6-1得所用鍵的剖面尺寸為，。輪轂的長(zhǎng)度確定鍵的長(zhǎng)度，可?。≒105輪轂的長(zhǎng)度可?。?，教科書(shū)表6-1取鍵的長(zhǎng)度，鍵的標(biāo)記：。鍵的工作長(zhǎng)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(shū)表6-2，去許用擠壓應(yīng)力注：鍵、軸、輪轂材料最弱的許用擠壓應(yīng)力，根據(jù)普通平鍵連接的強(qiáng)

7、度計(jì)算公式，其擠壓強(qiáng)度為滿足擠壓強(qiáng)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(shū)表6-1得所用鍵的剖面尺寸為，。輪轂的長(zhǎng)度確定鍵的長(zhǎng)度，教科書(shū)表6-1取鍵的長(zhǎng)度，鍵的標(biāo)記：。鍵的工作長(zhǎng)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(shū)表6-2，去許用擠壓應(yīng)力注：鍵、軸、輪轂材料最弱的許用擠壓應(yīng)力，根據(jù)普通平鍵連接的強(qiáng)度計(jì)算公式，其擠壓強(qiáng)度為滿足擠壓強(qiáng)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(shè)采用焊條手工焊接，試校核該接頭的強(qiáng)度。解 從圖7-27中可以看出，有對(duì)接和搭接兩種焊縫。（1） 確定許用

8、應(yīng)力被焊件的材料，查教科書(shū)表7-3得：許用拉應(yīng)力，許用切應(yīng)力。（2） 校核焊縫的強(qiáng)度根據(jù)對(duì)接焊縫的受拉強(qiáng)度條件公式，可得對(duì)接焊縫所能承受的載荷為：根據(jù)搭接焊縫的受剪切強(qiáng)度條件公式，可得搭接焊縫所能承受的載荷為：在對(duì)接縫中間剖開(kāi)，焊縫所能承受的總載荷為所以滿足強(qiáng)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(guò)盈連接，所選用的標(biāo)準(zhǔn)配合為，配合表面粗糙度均為，設(shè)連接零件本身的強(qiáng)度足夠，試求此連接允許傳遞的最大轉(zhuǎn)矩(摩擦系數(shù))。解 （1） 計(jì)算最小過(guò)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(guò)盈量。查教科書(shū)表7-6可得：，最小過(guò)盈量為：壓入法：脹縮法：（2） 計(jì)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(guò)盈連接傳遞載荷所需的最小過(guò)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(jì)算允許傳遞的最大轉(zhuǎn)矩根據(jù)連接傳遞轉(zhuǎn)矩公式，配合面間傳遞的最大轉(zhuǎn)矩分別為：壓入法： 脹縮法：8-1 V帶傳動(dòng)的，帶與帶輪的當(dāng)量摩擦系數(shù)，包角，初始拉力。試問(wèn)（1）所傳動(dòng)所能傳遞的最大有效拉力為多少？（2）若，其傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為多少？（3） 若傳動(dòng)效率為0.95，彈性滑動(dòng)忽略不計(jì)，從動(dòng)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(jì)算輸出功率根據(jù)帶傳動(dòng)功率

10、公式8-4 有一帶式輸送裝置，其異步電動(dòng)機(jī)與齒輪減速器之間用普通V帶傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)功率，轉(zhuǎn)速，減速器輸入軸的轉(zhuǎn)速，允許誤差，運(yùn)輸裝置工作時(shí)有輕度沖擊，兩班制工作，試設(shè)計(jì)此傳動(dòng)。解 （1）確定計(jì)算功率查教科書(shū)表8-7得工作情況系數(shù)，計(jì)算功率（2）選取V帶型號(hào)根據(jù)，查教科書(shū)圖8-11選用B型。（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑，并驗(yàn)算帶速度由教科書(shū)表8-4a取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑，從動(dòng)輪直徑查教科書(shū)表8-8取。從動(dòng)輪實(shí)際轉(zhuǎn)速驗(yàn)算轉(zhuǎn)速誤差：轉(zhuǎn)速誤差在允許誤差范圍內(nèi)。驗(yàn)算帶的速度帶速適合。（4）確定帶的長(zhǎng)度和中心距根據(jù)，則，初步取中心距。根據(jù)帶長(zhǎng)公式，帶的長(zhǎng)度為 查教科書(shū)表8-2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，。實(shí)際中心距為（5）驗(yàn)算

11、主動(dòng)輪上的包角 包角適合。（6）計(jì)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(shū)表8-5得；由，查教科書(shū)表8-2得。根據(jù)帶數(shù)公式（式8-26），得帶數(shù)為取。（7）計(jì)算初拉力 查教科書(shū)表8-3得B型帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量，由式（8-27）（8）計(jì)算軸壓力 （式8-28）（9）帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（略）。9-1 如圖9-16所示鏈傳動(dòng)的布置形式，小鏈輪為主動(dòng)輪，中心距。它在所示布置中應(yīng)按哪個(gè)方向回轉(zhuǎn)才算合理？?jī)奢嗇S線在同一鉛垂面內(nèi)（圖c）有什么缺點(diǎn)？應(yīng)采取什么措施？解 圖a、b所示布置中鏈輪按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)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(dòng)能力。應(yīng)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(dòng)傳遞的功率，主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速，從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速，載荷平穩(wěn)，定期人工潤(rùn)滑，試設(shè)計(jì)此鏈傳動(dòng)。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(jì)算功率由教科書(shū)表9-6得，由教科書(shū)圖9-13查得，單排鏈，則計(jì)算功率為：（3） 選擇鏈條型號(hào)和節(jié)距根據(jù)及，查教科書(shū)圖9-11得：可選12A，由表9-1鏈條節(jié)距為。（4） 計(jì)