机械设计第八版经典题答案

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1、3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限，取循环基数，试求循环次数N分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。解 3-2已知材料的力学性能为，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。解 得，即 根据点，按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示5-5 图5-49是由两块边板和一块承重板焊接的龙门起重机导轨托架。两块边板各用4个螺栓与立柱相连接，托架所承受的最大载荷为20kN，载荷有较大的变动。试问：此螺栓连接采用普通螺栓连接还是铰制孔用螺栓连接为宜？为什么？Q215，若用M640铰孔用螺栓连接，已知螺栓机械性能等级为8.8，校核螺栓连接强度。解 采用铰制孔用螺栓连接为宜 因为

2、托架所受的载荷有较大变动，铰制孔用螺栓连接能精确固定被连接件的相对位置，并能承受横向载荷，增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移，而普通螺栓连接靠结合面产生的摩擦力矩来抵抗转矩，连接不牢靠。（1）确定M640的许用切应力由螺栓材料Q215，性能等级8.8，查表5-8，可知，查表5-10，可知 （2）螺栓组受到剪力F和力矩（），设剪力F分在各个螺栓上的力为，转矩T分在各个螺栓上的分力为，各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离为r,即由图可知，螺栓最大受力 故M640的剪切强度不满足要求，不可靠。5-6 已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相连接。托架受一与边板螺栓组

3、的垂直对称轴线相平行、距离为250mm、大小为60kN的载荷作用。现有如图5-50所示的两种螺栓布置形式，设采用铰制孔用螺栓连接，试问哪一种布置形式所用的螺栓直径最小？为什么？解 螺栓组受到剪力F和转矩，设剪力F分在各个螺栓上的力为，转矩T分在各个螺栓上的分力为 （a）中各螺栓轴线到螺栓组中心的距离为r，即r=125mm 由（a）图可知，最左的螺栓受力最大 （b）方案中 由（b）图可知，螺栓受力最大为 5-7 图5-52所示为一拉杆螺纹联接。已知拉丁所受的载荷F=56KN,载荷稳定，拉丁材料为Q235钢，试设计此联接。5-8 两块金属板用两个M12的普通螺栓联接。若接合面的摩擦系数f=0.3,

4、螺栓预紧力控制在其屈服极限的70%。螺栓用性能等级为4.8的中碳钢制造，求此联接所能传递的横向载荷。5-9受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已知螺栓预紧力Fo=15000N,当受轴向工作载荷F10 000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。5-10图5-24所示为一汽缸盖螺栓组联接。已知汽缸内的工作压力P=01MPa，缸盖与缸体均为钢制，直径D1=350mm,D2=250mm.上、下凸缘厚均为25mm.试设计此联接。6-3 在一直径的轴端，安装一钢制直齿圆柱齿轮（如下图），轮毂宽度，工作时有轻微冲击。试确定平键的尺寸，并计算其允许传递的最大扭矩。解 根据轴径，查

5、表得所用键的剖面尺寸为，根据轮毂长度取键的公称长度 键的标记 键键的工作长度为 键与轮毂键槽接触高度为 根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，取许用挤压应力 根据普通平键连接的强度条件公式 变形求得键连接传递的最大转矩为6-48-2 V带传动传递效率，带速，紧边拉力是松边拉力的两倍，即，试求紧边拉力、有效拉力和初拉力。解 8-38-4 有一带式输送装置，其异步电动机与齿轮减速器之间用普通V带传动，电动机功率P=7kW，转速，减速器输入轴的转速，允许误差为，运输装置工作时有轻度冲击，两班制工作，试设计此带传动。解 （1）确定计算功率 由表8-7查得工作情况系数，故 （2）选择V带的带型 根据、，由图

6、8-11选用B型。 （3）确定带轮的基准直径，并验算带速 由表8-6和8-8，取主动轮的基准直径验算带速 计算从动轮的基准直径 （4）确定V带的中心距和基准长度 由式，初定中心距。 计算带所需的基准长度 由表8-2选带的基准长度 实际中心距 中心距的变化范围为。 （5）验算小带轮上的包角 故包角合适。 （6）计算带的根数 计算单根V带的额定功率 由，查表8-4a得 根据 查表8-5得，表8-2得，于是 计算V带的根数 取3根。 （7）计算单根V带的初拉力的最小值 由表8-3得B型带的单位长度质量，所以 （8）计算压轴力 （9）带轮结构设计（略）10-1 试分析图10-47所示的齿轮传动各齿轮所

7、受的力（用受力图表示各力的作用位置及方向）。 解 受力图如下图：10-6 设计铣床中的一对圆柱齿轮传动，已知，寿命，小齿轮相对其轴的支承为不对称布置，并画出大齿轮的机构图。解 (1) 选择齿轮类型、精度等级、材料 选用直齿圆柱齿轮传动。铣床为一般机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45刚（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。 （2）按齿面接触强度设计 1）确定公式中的各计算值试选载荷系数 计算小齿轮传递的力矩 小齿轮作不对称布置，查表10-7，选取由表10-6查得材料

8、的弹性影响系数由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。齿数比 计算应力循环次数 由图10-19取接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为，安全系数 2）计算 计算小齿轮分度圆直径，代入中较小值 计算圆周速度 计算尺宽 计算尺宽与齿高之比 计算载荷系数 根据，7级精度，查图10-8得动载荷系数 直齿轮， 由表10-2查得使用系数 由表10-4用插值法查得 由，查图10-13得 故载荷系数 按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径 计算模数 取几何尺寸计算 分度圆直径： 中心距： 确定尺宽： 圆整后取。 （3）按齿根弯曲疲劳强度校核 由图10-20

9、c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限。由图10-18取弯曲疲劳寿命。计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 计算载荷系数 查取齿形系数及应力校正系数 由表10-5查得 校核弯曲强度 根据弯曲强度条件公式 进行校核 所以满足弯曲强度，所选参数合适。11-1 试分析图11-26所示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向。解 各轴的回转方向如下图所示，蜗轮2、4的轮齿螺旋线方向均为右旋。蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向如下图13-5 根据工作条件，决定在轴的两端用的两个角接触球轴承，如图13-13b所示正装。轴颈直径，工作中有中等冲击

10、，转速，已知两轴承的径向载荷分别为，外加轴向载荷，作用方向指向轴承1，试确定其工作寿命。解 （1）求两轴承的计算轴向力和 对于的角接触球轴承，按表13-7，轴承派生轴向力， 两轴计算轴向力 （2）求轴承当量动载荷和 由表13-5查得径向动载荷系数和轴向动载荷系数为 对轴承1 对轴承2 因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13-6，取，则 （3）确定轴承寿命 由于题目中没给出在轴承的具体代号，这里假设选用7207AC，查轴承手册得基本额定载荷，因为，所以按轴承1的受力大小验算 13-6 若将图13-34a中的两轴承换为圆锥滚子轴承，代号为30207。其他条件同例题13-2，试验算轴承的寿命。解 （1

11、）求两轴承受到的径向载荷和 将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面（下图b）和水平面（下图a）两个平面力系。其中：图c中的为通过另加转矩而平移到指向轴线；图a中的亦应通过另加弯矩而平移到作用于轴线上（上诉转化仔图中均未画出）。由力分析可知： （2）求两轴承的计算轴向力和 查手册的30207的， 两轴计算轴向力 （3）求轴承当量动载荷和 由表13-5查得径向动载荷系数和轴向动载荷系数为 对轴承1 对轴承2 因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13-6，取，则 （4）确定轴承寿命 因为，所以按轴承1的受力大小验算 故所选轴承满足寿命要求。习题答案15-4 图15-28所示为某减速器输出轴的结构图，试指出其设计错误，并画出改正图。解 （1）处两轴承应当正装。 （2）处应有间隙并加密封圈。 （3）处应有轴间定位。 （4）处键不能伸入端盖，轴的伸出部分应加长。 （5）处齿轮不能保证轴向固定。 （6）处应有轴间定位。 （7）处应加调整垫片。 改正图见轴线下半部分。