机械设计-习题集答案

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1、第一章 绪论1-1机器的基本组成要素是什么？答：机械零件1-2什么是零件？什么是构件？什么是部件？试各举三个实例。答：零件是组成机器的不可拆的基本单元，即制造的基本单元。如齿轮、轴、螺钉等。构件是组成机器的运动的单元，可以是单一整体也可以是由几个零件组成的刚性结构，这些零件之间无相对运动。如内燃机的连杆、凸缘式联轴器、机械手的某一关节等。部件是由一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合体，如减速器、离合器、联轴器。1-3什么是通用零件？什么是专用零件？答：通用零件在各种机器中经常都能用到的零件，如：齿轮、螺钉、轴等。在特定类型的机器中才能用到的零件，如：涡轮机的叶片、内燃机曲轴、减速

2、器的箱体等。 1-4机械设计课程研究的内容是什么？答：机械系统设计的基础知识和一般尺寸和参数的通用零件设计方法。第二章 机械设计总论2-1答：一台完整的机器通常由原动机、执行部分和传动部分三个基本部分组成。原动机是驱动整部机器以完成预定功能的动力源；执行部分用来完成机器的预定功能；传动部分是将原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。2-2答：设计机器应满足使用功能要求、经济性要求、劳动保护要求、可靠性要求及其它专用要求。设计机械零件应满足避免在预定寿命期内失效的要求、结构工艺性要求、经济性要求、质量小的要求和可靠性要求。2-3答：机械零件常见的失效形式：整

3、体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。常用的计算准则主要有强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则和可靠性准则。2-4答：强度要求为确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形。强度条件为。提高机械零件的强度，可以采取：a、采用强度高的材料，使零件具有足够的截面尺寸；b、合理地设计零件的截面形状，增大截面的惯性矩；c、采用热处理和化学处理方法，提高材料的力学性能；d、提高运动零件的制造精度，降低工作时的动载荷；e、合理配置零件的位置，降低作用于零件上的载荷等。2-9答：HT150：灰铸铁，抗拉强度为150MPaZG230-450：铸钢，屈服强度为230 MPa,

4、抗拉强度为450 MPa65Mn：优质碳素结构钢，含碳量为0.65%，含锰量1.5% 45：优质碳素结构钢，含碳量为0.45%Q235：普通碳素结构钢，屈服强度为235 MPa40Cr：中碳合金钢，含碳量为0.40%，含铬量1.5%20CrMnTi：低碳合金钢，含碳量为0.20%，含铬、锰、钛量1.5%ZCuSn10Pb5：铸造锡青铜，含锡量为10%，含铅量为5%第三章 机械零件的强度3-1 表面化学热处理、表面淬火、表面硬化加工3-2 （3）3-3 截面形状突变 增大3-4 （1） （1）3-5 （1）3-7答：当应力循环次数大于N0时，不管应力循环多少次，材料破坏的极限应力变化不大，视为恒

5、定，所以将应力循环次数大于N0以后的寿命段称为无限寿命区。所以只要施加在材料上的应力不超过循环基数所对应的极限应力，那么不管应力循环多少次，材料都不会发生破坏，因此称循环基数对应的极限应力称为材料的疲劳极限。3-8答：图（a）中，为静应力，r=1；图（b）中，为对称循环变应力，r=-1；图（c）中，为非对称循环变应力，0r1。3-9答：弯曲疲劳极限的综合影响系数是材料对称循环弯曲疲劳极限与零件对称循环弯曲疲劳极限的比值，不对称循环时，为材料与零件的极限应力幅的比值。它与零件的尺寸及几何形状变化、加工质量及强化因素有关。它使得零件的疲劳极限相对于材料的疲劳极限有所降低，对于静强度则没有影响。3-

6、10答：零件等寿命疲劳曲线的疲劳极限线是材料试件等寿命疲劳曲线的疲劳极限线按比例下移，而静强度极限线与材料试件等寿命疲劳曲线的静强度极限线相同。作业：3-1 已知：，。求N1、N2、N3的有限寿命弯曲疲劳极限。解：，P2,所以按轴承1的受力大小验算eFa/FreFa/Fr e0.35XYXY100.41.7故所选轴承满足寿命要求。补充：某转轴两端各用一个30204轴承支撑，轴上载荷Fre=1000N，Fae=300N，轴转速为1000r/min，载荷系数fp=1.2，常温下工作。求：1）两支点反力；2）两轴承的当量动载荷；3）危险轴承的寿命。已知：30204轴承基本额定动载荷C=28.2KN，

7、且有Fd=Fr/（2Y），Y=1.7。有关数据如下：解：正装，派生轴向力如图所示，左轴承为1轴承，右轴承为2轴承。（1）两支点反力 因为所以2被压紧，1被放松。，（2）两轴承的当量动载荷因为，所以X1=1，Y1=0；X2=0.4，Y2=1.7即有3）危险轴承的寿命P1e时，X =0.41且Y=0.87）解：（1）求支点反力 因为，所以1轴承压紧，2轴承被放松。所以，（2）求额定动载荷因为，所以X1=0.41，Y1=0.87；X2=1，Y2=0即有按P1计算C13-3 （4） (2)13-4 单向制 0 负值13-5 （1）13-6 （4）13-15答：两端固定支承需要调整轴承游隙。可采用如下方

8、式：（1）调整端盖端面与外壳之间垫片的厚度；（2）调整轴承内圈或外圈的轴向位置。13-19 答：装配时，可通过增减套杯端面与外壳之间垫片的厚度，调整锥齿轮的轴向距离。13-27答（a）或 （b）或（c） （d）（e）或 （f）第15章 轴作业题：15-4答：1、无定位轴肩，作为轴左端所装配零件的右侧定位方式；2、轴承端盖孔和伸出轴间无间隙；3、轴承端盖孔和伸出轴间无毛毡圈；4、键太长；5、轴承端盖和箱体间无调整垫片；6、无非定位轴肩，区分与轴承装配轴段和与端盖装配轴段；7、角接触球轴承应正装；8、定位套筒高度超过了轴承内圈高度；9、轴段长度与所配合齿轮的宽度相等，应小于23mm；10、轴承无左

9、端定位方式；补充作业 1 图示为起重机绞车的齿轮1、卷筒2和轴3的三种连接方案。l 图(a)为齿轮1与卷筒2分别用键固定在轴上，轴的两端通过轴承支承在机架上；l 图(b)为齿轮1与卷筒2用螺栓连接成一体空套在轴上，轴的两端固定在机架上；l 图(c)为齿轮1与卷筒2用螺栓连接成一体，并用键固定在轴上，轴的两端通过轴承支承在机架上。若外载恒定，试分析确定三种方案中：(1)轴上载荷的种类及轴的类型；(2)轴上所受应力及性质；(3)若三种方案中轴的直径、材料及热处理方法相同，试比较三种方案中轴的强度。 15-7两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器的中间轴，尺寸和结构如图所示。已知：中间轴转速n2=180r/m

10、in，传递功率P=5.5KW。有关的齿轮参数为：齿轮2：mn=3mm，z2=112，右旋齿轮3：mn=4mm，z3=23，右旋 解：1) 2)求各齿轮的受力齿轮2：，,齿轮3：，,3)两支点的反力在垂直平面内：在水平平面内：4）求弯矩、扭矩及当量弯矩图48.6105.6153.76.6263.2469.111151.36+220054.81=231206.17=480.8Nm23623.69+220054.81=243678.5=493.6Nm43.56+69274.24=69317.8=263.32361.96+69274.24=267.6493.6263.3480.8267.6291.85

11、23.7316.2267.615-18 试指出图示小圆锥齿轮轴系中的错误结构，并画出正确结构图。15-19 试指出图示斜齿圆柱齿轮轴系中的错误结构，并画出正确结构图。强度计算：应力许用应力和越接近，强度越低，越远离，强度越高。上课讲例题10-1、2： 今有两对标准直齿圆柱齿轮，传递功率相同，其齿轮材料热处理方法、精度等级和齿宽均对应相等，已知齿轮的模数和齿数分别为：第一对m=4mm，Z1=20，Z2=40；第二对m=2mm，Z1=40，Z2=80。在同样工况条件下工作时，求两对齿轮弯曲应力的比值F/F和接触应力的比值H/H，比较两对齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。提示：，解：（1）弯曲应力比

12、和弯曲疲劳强度由表10-5查得：Z=20，YFa=2.80，Ysa=1.55。Z=40，YFa=2.40, Ysa=1.67。Z=80，YFa=2.22, Ysa=1.77。计算各齿轮的弯曲应力第一对齿轮：，。第二对齿轮： ， 两对齿轮的应力比，。第二对齿轮比第一对齿轮的弯曲应力大，因为许用弯曲应力相等，则第二对齿轮的弯曲疲劳强度低。（2）接触应力比和接触疲劳强度，补充1：一对标准直齿圆柱齿轮传动参数见表，试问：1)比较哪个齿轮容易疲劳点蚀，哪个齿轮易弯曲疲劳折断？2)齿宽系数等于多少？3)若载荷系数K=1.3，按齿根弯曲疲劳强度计算，齿轮允许传递的最大转矩等于多少？齿轮模数/mm齿数齿宽/m

13、m1317602.971.523905002345552.351.68370470解：1) ， 2齿轮容易疲劳点蚀。，1齿轮易弯曲疲劳折断。2)齿宽系数3) 传递的最大转矩应由齿轮1的弯曲疲劳强度决定，补充2：一对标准直齿圆柱齿轮，模数m=5mm，大小齿轮的齿数z2=60，z1=25，查得大小齿轮的应力校正系数YSa2=1.76，YSa1=1.58，大小齿轮的齿形系数YFa2=2.32，YFa2=2.72，而大小齿轮的许用弯曲应力=300Mpa，=320Mpa，并且算得大齿轮的齿根弯曲应力=280Mpa，试问：1)哪个齿轮的弯曲疲劳强度高？2)两个齿轮的弯曲疲劳强度是否足够？解: 1) ，小齿

14、轮的弯曲疲劳强度高。2)， 。两个齿轮的弯曲疲劳强度足够。补充3：某闭式标准直齿圆柱齿轮传动，已知模数m=5mm，齿宽系数=0.8，齿宽b1=90mm，b2=80mm，=46，=51，K=1.5。试求：1)该齿轮能传递的最大转矩T1（Nmm）2)现有一对模数m=5.5mm的半成品齿轮，齿数、材料、硬度和载荷系数均与上述条件一致，为保证与上述齿轮具有相同的弯曲疲劳强度，这对齿轮的齿宽应如何确定?解：1)，P1,轴承1的寿命高。题. 件1、5为蜗杆，件2、6为蜗轮，件3、4为斜齿圆柱齿轮，件7、8为直齿锥齿轮。蜗杆1主动，要求齿轮8的回转方向如图示。 试标出：1）各轴的回转方向。2）考虑三根轴上所受轴向力能抵消一部分，定出各轮的螺旋线方向。3）各轮的轴向分力的方向。蜗杆蜗杆15-77前的那个图123123123