機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課后習(xí)題答案（第五版）

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課后習(xí)題答案（第五版）（完整版）

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第五版）課后習(xí)題答案（完整版）

高等教育出版社

楊可竺、程光蘊(yùn)、李仲生主編

9-1答退火：將鋼加熱到一定溫度，并保溫到一定時(shí)間后，隨爐緩

慢冷卻的熱處理方法。主要用來消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度，便于切削。

正火：將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間后，空冷或風(fēng)冷的熱

處理方法。可消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，便于切削加工；對一般零件，

也可作為最終熱處理，提高材料的機(jī)械性能。

淬火：將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間后，浸入到淬火介質(zhì)

中快速冷卻的熱處理方法?？商岣卟牧系挠捕群湍湍バ?，但存在很大

的內(nèi)應(yīng)力，脆性也相應(yīng)增加。淬火后一般需回火。淬火還可提高其抗

腐蝕性。調(diào)質(zhì)：淬火后加高溫回火的熱處理方法?？色@得強(qiáng)度、硬度、

塑性、韌性等均較好的綜合力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于較為重要的零件設(shè)

計(jì)中。

表面淬火：迅速將零件表面加熱到淬火溫度后立即噴水冷卻，使

工件表層淬火的熱處理方法。主要用于中碳鋼或中碳合金鋼，以提高

表層硬度和耐磨性，同時(shí)疲勞強(qiáng)度和沖擊韌性都有所提高。

滲碳淬火：將工件放入滲碳介質(zhì)中加熱，并保溫一定時(shí)間，使介

質(zhì)中的碳滲入到鋼件中的熱處理方法。適合于低碳鋼或低碳合金鋼，

可提高表層硬度和耐磨性，而仍保留芯部的韌性和高塑性。

9-2

解見下表

%?235MPa

9-3解查教材表9-1,Q235的屈服極限

一■21516mm7

查手冊GB706-88標(biāo)準(zhǔn)，14號(hào)熱軋工字鋼的截面面積則拉斷E寸所

所的最小拉力為

F-ff.X-235x21516-5.05xl0sX

af-355MPa

9-4解查教材表9-1,45鋼的屈服極限

許用應(yīng)力

M=F(fl+M2)=Fx(65+50/2)=907

把夾緊力向截面中心轉(zhuǎn)化，則有拉力和彎距

16x50?梵Oei

截面面積

斯=史?回絲?66&嫡狀相

抗彎截面模量

￡占（二.&1）皿5

a.

AW'snnA的67

則最大夾緊力

應(yīng)力分布圖如圖所示

圖9.3題9-4解圖

4?t/-44-24-44-19

9-5解直手冊，直手冊退刀槽寬度，溝槽直徑，過渡圓角

半徑，尾部倒角設(shè)所用螺栓為標(biāo)準(zhǔn)六角頭螺栓，對于的螺栓，最

4=

小中心距，螺栓軸線與箱壁的最小距離。

9-6解查手冊，當(dāng)圓軸時(shí)，平鍵的斷面尺寸為且軸上鍵槽尺寸、輪

轂鍵槽尺寸。

圖9.5題9-6解圖

9-7解（1）取橫梁作為示力體，當(dāng)位于支承右側(cè)處時(shí)

F「竽?筆生…刖

由得

尸/卬2+。_20-03網(wǎng)

EM「=0

由得

見=%=1467"

ER=0

由得

用■即-外-20-11S3

圖9.9題9-8解圖根據(jù)力的合成可知，挪釘1的載荷最大

&-#一+?（號(hào)3%$班4行’

-芯47?123385450）’?（2羽+12.2345③-16.87JW

9-9解抑釘所受最大載荷

校核剪切強(qiáng)度

r-—-恬幻出，-332MPfl<[r]-115MPa

校核擠壓強(qiáng)度

P1657x10’,.....

b.=一——?10n4MPa<r=240MPa

'MQvlS'〃

均合適。

解支承可用鑄鐵或鑄鋼其結(jié)構(gòu)立體圖

9-10HT200ZG270-500e

見圖。

圖9.10題9-10解圖

支承的可能失效是回轉(zhuǎn)副的磨損失效，或回轉(zhuǎn)副孔所在橫截面處

拉斷失效。

9-11解(1)輪齒彎曲應(yīng)力可看成是脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力。

(2)大齒輪循環(huán)次數(shù)

X-5O0x60?i.-500x60x200x--1425xlO4

z,80

(3)對應(yīng)于循環(huán)總次數(shù)的疲勞極限能提高

為.再■口二■⑶

提高了1.24倍。

9-12答由圖5-1可見，惰輪4的輪齒是雙側(cè)受載。當(dāng)惰輪轉(zhuǎn)一周

時(shí)，輪齒任一側(cè)齒根處的彎曲應(yīng)力的變化

規(guī)律：未進(jìn)入嚙合，應(yīng)力為零，這一側(cè)進(jìn)入嚙合時(shí)，該側(cè)齒根受

拉，并逐漸達(dá)到最大拉應(yīng)力，然后退出嚙

合，應(yīng)力又變?yōu)榱恪＝又硪粋?cè)進(jìn)入嚙合，該側(cè)齒根受壓，并逐

漸達(dá)到最大壓應(yīng)力，當(dāng)退出嚙合時(shí)，應(yīng)力

又變?yōu)榱?。所以，惰?輪齒根部的彎曲應(yīng)力是對稱循環(huán)變應(yīng)力。

9-13答在齒輪傳動(dòng)中，輪齒工作面上任一點(diǎn)所產(chǎn)生的接觸應(yīng)力都

是由零（該點(diǎn)未進(jìn)入嚙合）增加到一最

大值（該點(diǎn)嚙合），然后又降低到零（該點(diǎn)退出嚙合），故齒面

表面接觸應(yīng)力是脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力。

9-14解（1）若支承可以自由移動(dòng)時(shí)，軸的伸長量

A/?aArl-11xlO**?0165mm

（2）兩支承都固定時(shí)，因軸的溫升而加在支承上的壓力

7-oA?tEA竽畤■嘴心所以邛

空

sl

_翳

露

-品

fnf

坦

第

居

前

等

9-15基孔制優(yōu)先配合為....................

H7

76

K7

不

H1

—

、，試以基木尺寸為繪制其公差帶圖。

圖9.13題9-15解圖

9-16答(1)公差帶圖見題9-16解圖。

(2)、均采用的是基軸制，主要是為了制造中減少加工孔用的刀

具品種。

圖9.15題9-16解圖

0

3s0

10-1證明當(dāng)升角與當(dāng)量摩擦角符合時(shí),螺紋副具有自鎖性。

當(dāng)時(shí)，螺紋副的效率

廣一^3-------SJL-.05-^<0J5

建砂力MUYS2

所以具有自鎖性的螺紋副用于螺旋傳動(dòng)時(shí)，其效率必小于50%。

10-2解由教材表10-1、表10-2查得

4=18376M加

,粗牙，螺距，中徑

p2J

w.—.arcrg_.2.48。

F14x18376

螺紋升角

，細(xì)牙，螺距，

4f,=d-l+0026=20-l+0026=19Q26mm

中徑

w?a^ctg—■arcle---】'_.1.44°

6禮*3.14x19026

螺紋升角

對于相同公稱直徑的粗牙螺紋和細(xì)牙螺紋中，細(xì)牙螺紋的升角較

小，更易實(shí)現(xiàn)自鎖。10-3解查教材表10-1得

粗牙螺距中徑小徑

螺紋升角

普通螺紋的牙側(cè)角，螺紋間的摩擦系數(shù)

當(dāng)量摩擦角

擰緊力矩

由公式可得預(yù)緊力

拉應(yīng)力

查教材表9-1得35鋼的屈服極限

擰緊所產(chǎn)生的拉應(yīng)力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了材料的屈服極限，螺栓將損壞。

10-4解（1）升角

當(dāng)量摩擦角

工作臺(tái)穩(wěn)定上升時(shí)的效率:

(2)穩(wěn)定上升時(shí)加于螺桿上的力矩

(3)螺桿的轉(zhuǎn)速

螺桿的功率

(4)因，該梯形螺旋副不具有自鎖性，欲使工作臺(tái)在載荷作用下

等速下降，需制動(dòng)裝置。其制動(dòng)力矩為

10-5解查教材表9-1得Q235的屈服極限，

查教材表10-6得，當(dāng)控制預(yù)緊力時(shí),取安全系數(shù)

由許用應(yīng)力

查教材表10-1得的小徑

由公式得

預(yù)緊力

由題圖可知，噱釘個(gè)數(shù)，取可靠性系數(shù)

牽曳力

10-6解此聯(lián)接是利用旋轉(zhuǎn)中間零件使兩端螺桿受到拉伸，故螺桿受

到拉扭組合變形。

道教材表9-1得,拉桿材料Q275的屈服極限,

取安全系數(shù)，拉桿材料的許用應(yīng)力

所需拉桿最小直徑

查教材表10-1,選用螺紋（）。

10-7解查教材表9-1得，螺栓35鋼的屈服極限,

查教材表10-6、10-7得螺栓的許用應(yīng)力

查教材表10-1得，的小徑

螺栓所能承受的最大預(yù)緊力

所需的螺栓預(yù)緊拉力

則施加于杠桿端部作用力的最大值

10-8解在橫向工作載荷作用下，螺栓桿與孔壁之間無間隙，螺栓

桿和被聯(lián)接件接觸表面受到擠壓；在聯(lián)接接合面處螺栓桿則受剪切。

假設(shè)螺栓桿與孔壁表面上的壓力分布是均勻的，且這種聯(lián)接的預(yù)

緊力很小，可不考慮預(yù)

緊力和螺紋摩擦力矩的影響。

擠壓強(qiáng)度驗(yàn)算公式為：

其中；為螺栓桿直徑。

螺栓桿的剪切強(qiáng)度驗(yàn)算公式

其中表示接合面數(shù)，本圖中接合面數(shù)。

10-9解（1）確定螺栓的長度

由教材圖10-9a）得：螺栓螺紋伸出長度

螺栓螺紋預(yù)留長度

查手冊選取六角薄螺母GB6172-86，厚度為

墊圈GB93-8716,厚度為

則所需螺栓長度

查手冊中螺栓系列長度，可取螺栓長度

螺栓所需螺紋長度，取螺栓螺紋長度

(2)單個(gè)螺栓所受橫向載荷

(3)螺栓材料的許用應(yīng)力

由表9-1查得被聯(lián)接件HT250的強(qiáng)度吸限

查表10-6取安全系數(shù)

被聯(lián)接件許用擠壓應(yīng)力

查教材表9-1得螺栓35鋼的屈服極限,

查表10-6得螺栓的許用剪切應(yīng)力

螺栓的許用擠壓應(yīng)力

(4)校核強(qiáng)度

查手冊，六角頭較制孔用螺栓GB28-88，其光桿直徑

螺栓的剪切強(qiáng)度

最小接觸長度：

擠壓強(qiáng)度

所用螺栓合適。

10-10解(1)每個(gè)螺栓所允許的預(yù)緊力

查教材表9-1得45鋼的屈服極限,

查教材表10-6、10?7得，當(dāng)不能嚴(yán)格控制預(yù)緊力時(shí)，碳素鋼取安

全系數(shù)

由許用應(yīng)力

查教材表10-1得的小徑

由公式得

預(yù)緊力

(2)每個(gè)螺栓所能承擔(dān)的橫向力

由題圖可知，取可靠性系數(shù)

橫向力

(4)螺栓所需承擔(dān)的橫向力

(5)螺栓的個(gè)數(shù)

取偶數(shù)。在直徑為155的圓周上布局14個(gè)的普通螺栓，結(jié)構(gòu)位置

不允許。10-11解(1)初選螺柱個(gè)數(shù)

(2)每個(gè)螺柱的工作載荷

(3)螺柱聯(lián)接有緊密性要求，取殘余預(yù)緊力

(4)螺柱總拉力

(5)確定螺柱直徑

選取螺柱材料為45鋼,查表9-1得屈報(bào)極限,

查教材表10-6得，當(dāng)不能嚴(yán)格控制預(yù)緊力時(shí)，暫時(shí)取安全系數(shù)

許用應(yīng)力

螺栓小徑

查教材表10-1,取螺栓()，由教材表10-7可知取安全系數(shù)是

合適的。

(6)確定螺柱分布圓直徑

由題10-11圖可得

取。

(7)驗(yàn)證螺柱間距

所選螺柱的個(gè)數(shù)和螺柱的直徑均合適。

10-12解(1)在力作用下，托架不應(yīng)滑移，設(shè)可靠性系數(shù)，接合

面數(shù)，此時(shí)每個(gè)螺栓所需的預(yù)緊力

(2)在翻轉(zhuǎn)力矩作用下，此時(shí)結(jié)合面不應(yīng)出現(xiàn)縫隙。托架有繞螺

栓組形心軸線0-0翻轉(zhuǎn)的趨勢，上

邊兩個(gè)螺栓被拉伸，每個(gè)螺栓的軸向拉力增大了，下邊兩個(gè)螺栓

被放松，每個(gè)螺栓的軸向力減小了

,則有力的平衡關(guān)系，故可得

為使上邊兩個(gè)螺栓處結(jié)合面間不出現(xiàn)縫隙，也即殘余預(yù)緊力剛為

零，則所需預(yù)緊