機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課后習(xí)題答案

1、第九章9-2.寫出下列材料的名稱，并按小尺寸試件查出該材料的抗拉強(qiáng)度B（Mpa）、屈服極限S（Mpa）、延伸率(%):Q235 ,45,40MnB, ZG270-500, HT200, QT500-7, ZCuSn10P1, ZAlSi12.解：如圖所示牌號(hào)名稱抗拉強(qiáng)度屈服極限延伸率Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼3752352645優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼6003551640MnB合金結(jié)構(gòu)鋼98078510ZG270-500鑄鋼50027018HT200灰鑄鐵195-QT500-7球墨鑄鐵5003207ZCuSn10P1鑄造錫青銅3301703ZAlSi12鑄造鋁合金145-4ZCuSn10Pb1砂型鑄造時(shí)抗拉強(qiáng)度

2、為200MPa,屈服強(qiáng)度為100MPa,伸長(zhǎng)率為3%,布氏硬度為HBS 785; 金屬型鑄造時(shí)抗拉強(qiáng)度為310MPa,屈服強(qiáng)度為170MPa,伸長(zhǎng)率為2%,布氏硬度為HBS 885; 離心鑄造時(shí)抗拉強(qiáng)度為330MPa,屈服強(qiáng)度為170MPa,伸長(zhǎng)率為4%,布氏硬度為HBS 785; 連續(xù)鑄造時(shí)抗拉強(qiáng)度為360MPa,屈服強(qiáng)度為170MPa,伸長(zhǎng)率為6%,布氏硬度為HBS 885;9-4.如題9-4圖所示夾鉗弓架的材料為45鋼，已知尺寸a=65mm,b=16mm,h=50mm,試按弓架強(qiáng)度計(jì)算夾鉗所能承受的最大夾緊力F(計(jì)算時(shí)取安全系數(shù)S=2)并繪出應(yīng)力分布圖。題9-4圖解： 查教材表9-1，4

3、5鋼的屈服極限 S=355Mpa許用應(yīng)力 =SS=3552=177.5Mpa把夾緊力F向截面中心轉(zhuǎn)化，則有拉力F和彎距 M=F(a+h/2)=Fx(65+50/2)=90F截面面積 A=bh=16x50=800mm2抗彎截面模量 W=bh26=16x5026=6666.67mm3=FA+MW=(F800+90F6666.67)177.5則最大夾緊力 F=12034N應(yīng)力分布圖如圖所示 圖 9.3 題9-4解圖 9-16如題9-16圖所示，活塞銷兩端與活塞孔為過渡配合，活塞銷中段與連桿孔為間隙配合。（1）繪制軸與孔的公差帶圖；（2）說(shuō)明它們是哪一種基準(zhǔn)制，為什么要采用這種基準(zhǔn)制。題9-16圖解：

4、（1）公差帶圖見題9-16解圖，查表得25G7的極限偏差為25+0.007+0.028，25h7的極限偏差為25-0.009, 025M7極限偏差為25-0.0210（ 2） 25G7h5 25M7h5均采用的是基軸制，當(dāng)同一尺寸的軸段要與多個(gè)有不同配合要求的孔相結(jié)合而形成不同的配合性質(zhì)時(shí)，則宜采用基軸制，圖中所示的活塞銷，它與活塞孔的配合為過渡配合，而與連桿襯套的配合為間隙配合，如要采用基孔制，則要把活塞銷加工成兩頭大中間小的階梯軸，顯然不利于加工及裝配 題9-16解圖第十章10-12.試計(jì)算一起重器的螺桿和螺母的主要尺寸。已知起重量Fa=30KN,最大舉起高度=550mm,螺栓桿用45號(hào)鋼

5、，螺母用鋁青銅ZCuAl10Fe3.解：選用梯形螺紋（1） 根據(jù)耐磨性初選參數(shù)：=1.5，查表10-8，螺旋副的許用壓強(qiáng)p=1525Mpa,取p=20Mpa，則螺紋中徑的設(shè)計(jì)公式為： d20.8Fapmm=0.8x30x1031.5x20mm=25.29mm查手冊(cè)，選取梯形螺紋GB/5796.1-1986，選取公稱直徑d=28mm,中徑d2=25.5mm,小徑d1=23mm,螺距p=5mm.(2)初選螺母，初步計(jì)算螺母的高度H=d2=1.5x25.5=38.25mm則螺栓與螺母接觸的螺紋圈數(shù)為:z=HP=38.255=7.65 取z=8螺母高度為H=zp=8x5=40mm, 系數(shù)=Hd2=40

6、25.5=1.57(3)校核耐磨性，螺紋的工作高度為：h=0.5p=0.5x5=2.5mm則螺紋接觸處的壓強(qiáng)為：p=Fahzd2=30x1033.14x25.5x2.5x8=18.7Mpap合適(4)校核螺桿穩(wěn)定性，起重器的螺母端為固定端，另一端為自由端，故取=2，螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑i=d14=234=5.75,螺桿的最大工作長(zhǎng)度為L(zhǎng)=550mm,則螺桿的長(zhǎng)細(xì)比為： =i=2x5505.75=191.3100所以臨界載荷為FC=EI2()2=3.142X2.06X105X3.14X234(2X550)2=1475KN取安全系數(shù)S=4，則:FCS=368.7Fa=30KN不會(huì)失穩(wěn)（5）校核螺

7、紋牙強(qiáng)度，對(duì)于梯形螺紋，則有：B=0.65p=0.65x5=3.25=FaDbz=30x1033.14x23x3.25x8=15.9Mpa對(duì)于青銅螺母，取=3040Mpa, ,合適。第十一章11-3單級(jí)閉式直齒圓柱齒輪傳動(dòng)中，小齒輪的材料為45鋼調(diào)質(zhì)處理，大齒輪的材料為ZG310-570正火，P=4kW,n1=720r/min,m=4mm,z1=25,z2=73,b1=84mm,b2=78mm,單向轉(zhuǎn)動(dòng)，載荷有中等沖擊，用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，試驗(yàn)算此單級(jí)傳動(dòng)強(qiáng)度。解： 軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)應(yīng)分別驗(yàn)算其接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。 （ 1）許用應(yīng)力查教材表 11-1,取小齒輪45鋼調(diào)質(zhì)的接觸疲勞極限Hlim1=6

8、00Mpa,彎曲疲勞極限為FE1=450Mpa； 取大齒輪ZG270-500正火, 接觸疲勞極限Hlim2=300Mpa,彎曲疲勞極限為FE2=240Mpa；由表11-5，取SH=1.1; SF=1.25;則：H1=Hlim1SH=6001.1Mpa=545 MpaH2= Hlim2SH=3001.1Mpa=273 MpaF1=FE1SF=4501.25 Mpa=360 MpaF2= FE2SF=4502401.25 Mpa=192 Mpa（ 2）按齒面接觸強(qiáng)度驗(yàn)算，取載荷系數(shù)K=1.5(表11-3) ，小齒輪上的轉(zhuǎn)矩：T1=9.55X106XPn1=9.55X106X 4720N.mm=5.

9、3x104 N.mm取ZE=188(表11-4)，標(biāo)準(zhǔn)齒輪ZH=2.5，d1=mz=4x25=100mm,u=Z2Z1=7325=2.92因此：H1=ZEZH32KT1bd12u+1u=188x2.532x5.3x10484x10022.92+12.92=260Mpa545MpaH1因此，接觸強(qiáng)度滿足要求（3）驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度：查表11-8得出齒形系數(shù)YFa1=2.73 YSa1 =1.58 YFa2=2.27 YSa2=1.75因此：F1=2KT1YFa1YSa1bm2z1=2x1.5x5.3x104x2.73x1.5884x4x4x25=20.4MpaF1F2=F1YFa2YSa2YFa1

10、YSa1=20.4x2.27x1.751.58x2.73=18.8 MpaF2彎曲強(qiáng)度滿足要求綜上所述，該齒輪傳動(dòng)滿足強(qiáng)度要求。11-16在題11-15圖中，試畫出作用在斜齒輪3和錐齒輪2上的圓周力Ft、軸向力Fa、徑向力Fr的作用線和方向。題11-15圖解： 見下圖：對(duì)于錐齒輪2，為從動(dòng)輪，徑向力總是從作用點(diǎn)指向其轉(zhuǎn)動(dòng)中心，水平向右；圓周力與其轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，從紙面向外；錐齒輪軸向力從小端指向大端，垂直向下；對(duì)于斜齒輪3，為主動(dòng)輪，圓周力與其轉(zhuǎn)向方向相反，轉(zhuǎn)向向里，圓周力向外；徑向力指向轉(zhuǎn)動(dòng)中心?？紤]II軸的受力，軸向力應(yīng)向上。題11-16解圖第12章12-1.計(jì)算例12-1的蝸桿和蝸輪的幾何

11、尺寸。（例12-1.在帶傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)組成的傳動(dòng)系統(tǒng)中，初步計(jì)算后取蝸桿模數(shù)，m=4mm,頭數(shù)z1=2,分度圓直徑d1=40mm,蝸輪齒數(shù)z2=39,試計(jì)算蝸桿直徑系數(shù)q,導(dǎo)程角及蝸桿傳動(dòng)的中心距）解：有例12-1可得：蝸桿的直徑系數(shù) q=10 導(dǎo)程角 =11.3099 中心距 a=98mm 且 m=4mm z1=2 d1=40mm z2=39 因此可以求得有關(guān)的幾何尺寸如下：蝸輪的分度圓直徑：d2=mz2=4x39mm=156mm蝸桿的分度圓直徑：d1=mq=4x10mm=40mm蝸輪和蝸桿的齒頂高：ha=m=4mm蝸輪和蝸桿的齒根高: hf=1.2m=1.2x4mm=4.8mm蝸桿齒頂圓直

12、徑：da1=m(q+2)=4x(10+2)mm=48mm蝸輪喉圓直徑：da2=m(z2+2)=4x(39+2)mm=164mm蝸桿齒根圓直徑: df1=m(q-2.4)=4x(10-2.4)mm=30.4mm蝸輪齒根圓直徑：df2=m(z2-2.4)=4x(39-2.4)mm=146.4mm蝸桿軸向齒距和蝸輪端面齒距:pa1=pt2= px=m=4x3.14mm=12.56mm徑向間隙: c=0.20m=0.20x4mm=0.8mm12-2.如題12-2圖所示，蝸桿主動(dòng)，T1=20N m , m=4mm, z1=2 ,d1=50mm,蝸輪齒數(shù)z2=50,傳動(dòng)的嚙合效率=0.75。試確定：（1）

13、蝸輪的轉(zhuǎn)向（2）蝸桿與蝸輪上作用力的大小和方向。題12-2圖解 ：（ 1）從圖示看，這是一個(gè)左旋蝸桿，蝸桿主動(dòng)，因此用左手握桿，四指指向n1方向，大拇指指向?yàn)槲仐U軸向力方向Fa1（垂直紙面向里），F(xiàn)a1與蝸輪圓周力平衡，因此蝸輪方向垂直紙面向外，作為蝸輪旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力，因此蝸輪旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針。蝸輪蝸桿受力如圖：題12-2解圖（ 2）由題意，根據(jù)已知條件，可以得到蝸輪上的轉(zhuǎn)矩為 T2=T1i= T1z2z1=20x0.75x502=375 N m蝸桿的圓周力與蝸輪的軸向力大小相等，方向相反，即：Ft 1=Fa2=2T1d1=2x2050x10-3=800N蝸桿的軸向力與蝸輪的圓周力大小相等，方向

14、相反，即：d2=mz2=4x50mm=200mmFa 1=Ft2=2T2d2=2x375200x10-3=3750N蝸桿的徑向力與蝸輪的徑向力大小相等，方向相反，即 Fr 1=Fr2= Fr2tana=3750Xtan20=1364.89N第13章13-1.一平帶傳動(dòng)，已知兩帶輪直徑分別為150mm和400mm，中心距為1000mm,小輪主動(dòng)、轉(zhuǎn)速為1460r/min。試求：（1）小輪包角；（2）帶的幾何長(zhǎng)度；（3）不考慮帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)時(shí)大輪的轉(zhuǎn)速；（4）滑動(dòng)率=0.015時(shí)大輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速。解：（1）小輪的包角：d1=150mm,d2=400mm 1=180d2-d1ax57.3=180400-1501000x57.3=165.675(2)帶的幾何長(zhǎng)度: L=2a+2(d2+d1)+