机械设计第八版课后习题标准答案2012最新版呢
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第三章机械零件的强度p45 习题答案
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
3-4 圆轴轴肩处的尺寸为:D=72mm,d=62mm,r=3mm。如用题3-2中的材料,设其强度极限σB=420MPa,精车,弯曲,βq=1,试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。 [解] 因,,查附表3-2,插值得,查附图3-1得,将所查值代入公式,即
查附图3-2,得;按精车加工工艺,查附图3-4,得,已知,则
根据按比例绘出该零件的极限应力线图如下图
3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力,应力幅,试分别按①②,求出该截面的计算安全系数。
[解] 由题3-4可知
(1)
工作应力点在疲劳强度区,根据变应力的循环特性不变公式,其计算安全系数
(2)
工作应力点在疲劳强度区,根据变应力的平均应力不变公式,其计算安全系数
第五章螺纹连接和螺旋传动p101 习题答案
5-1 分析比较普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点,各举一例说明它们的应用 螺纹类型 特点 应用 普通螺纹 牙形为等力三角形,牙型角60o,内外螺纹旋合后留有径向间隙,外螺纹牙根允许有较大的圆角,以减少应力留集中。同一公称直径按螺距大小,分为粗牙和细牙。细牙螺纹升角小,自锁性较好,搞剪强度高,但因牙细在耐磨,容易滑扣 一般联接多用粗
牙螺纹,细牙螺纹常用于细小零件、薄壁管件或受冲击、振动和变载荷的连接中,也可作为微调机构的调整螺纹用
管螺纹 牙型为等腰三角形,牙型角55o,内外螺纹旋合后无径向间隙,牙顶有较大的圆角 管联接用细牙普通螺纹 薄壁管件 非螺纹密封的55o圆柱管螺纹 管接关、旋塞、阀门及其他附件 用螺纹密封的55o圆锥管螺纹 管子、管接关、旋塞、阀门及其他螺纹连接的附件 米制锥螺纹 气体或液体管路系统依靠螺纹密封的联接螺纹 梯形螺纹 牙型为等腰梯形,牙侧角3o,内外螺纹以锥面巾紧不易松动,工艺较好,牙根强度高,对中性好 最常用的传动螺纹
锯齿形螺纹 牙型不为等腰梯形,工作面的牙侧角3o,非工作面的牙侧角30o。外螺纹牙根有较大的圆角,以减少应力集中。内外螺纹旋合后,大径处无间隙,便于对中。兼有矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙根旨度高的特点 只能用于单向受力的螺纹联接或螺旋传动,如螺旋压力机
5-2 将承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆部分做得细些有什么好处? 答:可以减小螺栓的刚度,从而提高螺栓联接的强度。
5-3 分析活塞式空气压缩气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况,它的最大应力,最小应力如何得出?当气缸内的最高压力提高时,它的最大应力,最小应力将如何变化? 解:
最大应力出现在压缩到最小体积时,最小应力出现在膨胀到最大体积时。当汽缸内的最高压力提高时,它的最大应力增大,最小应力不变。
5-4 图5-49所示的底板螺栓组联接受外力FΣ作用在包含x轴并垂直于底板接合面的平面内。试分析底板螺栓组的受力情况,并判断哪个螺栓受力最大?堡证联接安全工作的必要条件有哪些?
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M6×40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M6×40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M6×40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,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F=10 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=0~1MPa,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。
5-11 设计简单千斤顶(参见图5-41)的螺杆和螺母的主要尺寸。起重量为40000N,起重高度为200mm,材料自选。
(1) 选作材料。螺栓材料等选用45号钢。螺母材料选用ZCuA19Mn2,查表确定需用压强[P]=15MPa.
(2)确定螺纹牙型。梯形螺纹的工艺性好,牙根强度高,对中性好,本题采用梯形螺纹。 (3)按耐磨性计算初选螺纹的中径。因选用梯形螺纹且螺母兼作支承,故取,根据教材式(5-45)得
按螺杆抗压强度初选螺纹的内径。根据第四强度理论,其强度条件为
但对中小尺寸的螺杆,可认为,所以上式可简化为
式中,A为螺杆螺纹段的危险截面面积, ;S为螺杆稳定性安全系数,对于传力螺旋,S=3.5-5.0;对于传导螺旋,S=2.5-4.0;对于精密螺杆或水平螺杆,S>4.本题取值为5.故
(5)综合考虑,确定螺杆直径。比较耐磨性计算和抗压强度计算的结果,可知本题螺杆直径的选定应以抗压强度计算的结果为准,按国家标准GB/T5796-1986选定螺杆尺寸参数:螺纹外径d=44mm,螺纹内径d1=36mm,螺纹中径d2=40.5mm,螺纹线数n=1,螺距P=7mm.
(6)校核螺旋的自锁能力。对传力螺旋传动来说,一般应确保自锁性要求,以避免事故。本题螺杆的材料为钢,螺母的材料为青铜,钢对青铜的摩擦系数f=0.09(查《机械设计手册》)。因梯形螺纹牙型角 ,所以
因 ,可以满足自锁要求。
注意:若自锁性不足,可增大螺杆直径或减沾上螺距进行调整。
(7)计算螺母高度H.因选所以H= ,取为102mm.螺纹圈数计算:z=H/P=14.5 螺纹圈数最好不要超过10圈,因此宜作调整。 一般手段是在不影响自锁性要求的前提下,可适当增大螺距P,而本题螺杆直径的选定以抗压强度计算的结果为准,耐磨性已相当富裕,所以可适当减低螺母高度。现取螺母高度H=70mm,则螺纹圈数z=10,满足要求。
(8)螺纹牙的强度计算。由于螺杆材料强度一般远大于螺母材料强度,因此只需校核螺母螺纹的牙根强度。根据教材表5-13,对于青铜螺母 ,这里取30MPa,由教材式(5-50)得螺纹牙危险截面的剪切应力为
满足要求
螺母螺纹根部一般不会弯曲折断,通常可以不进行弯曲强度校核。
(9)螺杆的稳定性计算。当轴向压力大于某一临界值时,螺杆会发生侧向弯曲,丧失稳定性。好图所示,取B=70mm.则螺杆的工作长度 l=L+B+H/2=305mm
螺杆危险面的惯性半径i=d1/4=9mm
螺杆的长度:按一端自由,一段固定考虑,取
螺杆的柔度: ,因此本题螺杆 ,为中柔度压杆。棋失稳时的临界载荷按欧拉公式计算得
所以满足稳定性要求。
第六章键、花键、无键连接和销连接p115 习题答案 6-1 6-2
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 6-4 6-5 6-6
第八章带传动p164 习题答案
8-1 V带传动的,带与带轮的当量摩擦系数,包角,初拉力。试问:(1)该传动所能传递的最大有效拉力为多少?(2)若,其传递的最大转矩为多少?(3)若传动效率为0.95,弹性滑动忽略不计,从动轮输出效率为多少? [解]
8-2 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] 8-3
8-4 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8-11选用B型。
(3)确定带轮的基准直径,并验算带速 ①由表8-6和8-8,取主动轮的基准直径 ②验算带速
③计算从动轮的基准直径
(4)确定V带的中心距和基准长度 ①由式,初定中心距。 ②计算带所需的基准长度
由表8-2选带的基准长度 ③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
①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
②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) 第九章链传动p184 习题答案
9-2 某链传动传递的功率,主动链轮转速,从动链轮转速,载荷平稳,定期人工润滑,试设计此链传动。
[解] (1)选择链轮齿数
取小链轮齿数,大链轮的齿数 (2)确定计算功率
由表9-6查得,由图9-13查得,单排链,则计算功率为
(3)选择链条型号和节距
根据,查图9-11,可选16A,查表9-1,链条节距 (4)计算链节数和中心距
初选中心距。取,相应的链长节数为
取链长节数。
查表9-7得中心距计算系数,则链传动的最大中心距为
(5)计算链速,确定润滑方式
由和链号16A,查图9-14可知应采用定期人工润滑。 (6)计算压轴力 有效圆周力为
链轮水平布置时的压轴力系数,则压轴力为
9-3 已知主动链轮转速,齿数,从动链齿数,中心距,滚子链极限拉伸载荷为55.6kN,工作情况系数,试求链条所能传递的功率。 [解] 由,查表9-1得,链型号16A 根据,查图9-11得额定功率 由查图9-13得 且
第十章齿轮传动p236 习题答案
10-1 试分析图10-47所示的齿轮传动各齿轮所受的力(用受力图表示各力的作用位置及方向)。
[解] 受力图如下图:
补充题:如图(b),已知标准锥齿轮,标准斜齿轮
,若中间轴上两齿轮所受轴向力互相抵消,应为多少?并计算2、3齿轮各分力大小。
[解] (1)齿轮2的轴向力:
齿轮3的轴向力: 即 由
即
(2)齿轮2所受各力:
齿轮3所受各力:
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 ①选用直齿圆柱齿轮传动。
②铣床为一般机器,速度不高,故选用7级精度(GB10095-88)。 ③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 ①试选载荷系数
②计算小齿轮传递的力矩
③小齿轮作不对称布置,查表10-7,选取 ④由表10-6查得材料的弹性影响系数
⑤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。 ⑥齿数比
⑦计算应力循环次数
⑧由图10-19取接触疲劳寿命系数 ⑨计算接触疲劳许用应力 取失效概率为,安全系数
2)计算
①计算小齿轮分度圆直径,代入中较小值
②计算圆周速度
③计算尺宽
④计算尺宽与齿高之比
⑤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
⑥按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径
⑦计算模数
取
⑧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
①由图10-20c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。 ②由图10-18取弯曲疲劳寿命。 ③计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数
④计算载荷系数
⑤查取齿形系数及应力校正系数 由表10-5查得
⑥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。
10-7 某齿轮减速器的斜齿轮圆柱齿轮传动,已知,两齿轮的齿数为,8级精度,小齿轮材料为(调质),大齿轮材料为45钢(调质),寿命20年(设每年300工作日),每日两班制,小齿轮相对其轴的支承为对称布置,试计算该齿轮传动所能传递的功率。 [解] (1)齿轮材料硬度
查表10-1,根据小齿轮材料为(调质),小齿轮硬度217~269HBS,大齿轮材料为45钢(调质),大齿轮硬度217~255 HBS (2)按齿面接触疲劳硬度计算
①计算小齿轮的分度圆直径
②计算齿宽系数
③由表10-6查得材料的弹性影响系数,由图10-30选取区域系数
④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。 ⑤齿数比
⑥计算应力循环次数
⑦由图10-19取接触疲劳寿命系数 ⑧计算接触疲劳许用应力 取失效概率为,安全系数
⑨由图10-26查得
⑩计算齿轮的圆周速度
计算尺宽与齿高之比
计算载荷系数
根据,8级精度,查图10-8得动载荷系数 由表10-3,查得
按轻微冲击,由表10-2查得使用系数 由表10-4查得 {按 =1查得} 由,,查图10-13得 故载荷系数
由接触强度确定的最大转矩
作水平受力图、弯矩图,如图(c)。
作合成弯矩图,如图(d)
作扭矩图,如图(e)。
作当量弯矩力,如图(f)。
转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑,取。
(4)按弯矩合成应力校核轴的强度,校核截面B、C B截面
C截面
轴的材料为45号钢正火, ,故安全。
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