机械设计作业集答案第8版
机械设计第八版 答案
第三章
3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-ζ，取循环基数60105?=N ，9=m ，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] MPa 6.37310
71051809
3
69
10111
=???==--N N ζζN
M P a 3.324105.210
51809
4
69
20112
=???==--N N ζζN
M P a 0.22710
2.610
51809
5
6
9
3
0113
=???==--N N ζζN
3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s ζ，MPa 1701=-ζ，2.0=ζΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。
[解] )170,0('A )0,260(C 00
12ζζζΦζ-=
-
ζΦζζ+=
∴-1210
M P a 33.2832
.0117021210=+?=
+=
∴-ζ
Φζζ
得)2
33.283,233
.283(D '
，即)67.141,67.141(D '
根据点)170,0('
A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '
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
2.145
54==
d
D ，
067.045
3==
d
r ，查附表3-2，插值得88.1=αζ，查附图3-1得78.0≈ζq ，将
所查值代入公式，即
()()69.1188.178.0111k =-?+=-α+=ζζζq
查附图3-2，得75.0=ζε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=ζβ，已知1=q β，则 35.211
191.0175.069.1111k =???? ?
?-+=???? ??-+=q ζζζζββεK (
)()()35
.267
.141,67.141,0,260,35.2170
,0D C A ∴ 根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 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MPa 20m =ζ，应力幅MPa 20a =ζ，试分别按①C r =②C ζ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。
-------------------------------------------------------我是分界线---------------------------------------------- [解] 由题3-4可知35.2,2.0MPa,260MPa,170s 1-====ζζK Φζζ
（1）C r =
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 28.220
2.03035.2170
m
a 1
-=?+?=
+=
ζΦζK ζS ζζca
（2）C ζ=m
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
()()
()()
81
.1203035.220
2.035.2170m a m
1-=+??-+=
+-+=
ζζζζca ζζK ζΦK ζS
第五章
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M 6×40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M 6×40的许用切应力[τ]
由螺栓材料Q215，性能等级8.8，查表5-8，可知MPa 640][s =ζ，查表5-10，可知0.5~5.3][=τS
()MPa 128~86.1820
.5~5.3640]
[][][s ==
=
τ∴τS ζ
M P a 67.4265
.1640][s ==
=
p
p S ζζ
（2）螺栓组受到剪力F 和力矩（FL T =），设剪力F 分在各个螺栓上的力为i F ，转矩T 分在各个螺栓上的分力为j F ，各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离为r ,即mm 27545cos 2150=?
=
r
kN
2510
275810
300208 kN
5.2208
1
813
3
=????==
=?==∴--r
FL F F F j i
由图可知，螺栓最大受力
kN 015.945cos 255.22)25(5.2cos 22
22
2
max =????++=
++=
θF F F F F j i j i
(
)
][31910
64
10015.942
33
2
max τ>=??π?=
π=
τ∴-d F
][8.13110
4.1110
610015.93
3
3
min
0max p p ζL d F ζ<=????=
=
∴--
故M 6×40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i F ，转矩T 分在各个螺栓上的分力为j F （a ）中各螺栓轴线到螺栓组中心的距离为r ，即r =125mm
kN
2010
125610250606 kN
10606
16
13
3
=????=
=
=?==
∴--r
FL F F F j i
由（a ）图可知，最左的螺栓受力最大kN 302010max =+=+=j i F F F （b ）方案中 kN 10606
161=?=
=
F F i
kN 39.2410125
212542125210
1252125102506062
2
2
3
2
2
3
6
1
2
max
6
1
2
max
max =????
????????? ??+??? ???+??? ????+??
?
???
??=
=
=
---==∑∑i i
i i
j r
FLr r
Mr F
由（b ）图可知，螺栓受力最大为 kN 63.335
239.24102)39.24(10cos 22
22
2
max =?
??++=
++=
θF F F F F j i j i
[]
直径较小）布置形式所用的螺栓可知采用（由a F d τπ≥
∴m a x
04
5-10
6-3 在一直径mm 80=d 的轴端，安装一钢制直齿圆柱齿轮（如下图），轮毂宽度 1.5d L =，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mm 80=d ，查表得所用键的剖面尺寸为mm 22=b ，mm 14=h
根据轮毂长度mm 120805.1'=?==1.5d L 取键的公称长度 mm 90=L
键的标记 键79-90GB109622?
键的工作长度为 68m m 2290=-=-=b L l 键与轮毂键槽接触高度为 mm 7==
2
h k
根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，取许用挤压应力 110M P a ][=p ζ
根据普通平键连接的强度条件公式 ][1023
p p ζkld
T ζ≤?=
变形求得键连接传递的最大转矩为
m N 20942000
110
806872000
][?=???=
=
p max ζkld T
第八章 带传动
8-1 V 带传动的min 14501r n =，带与带轮的当量摩擦系数51.0=v f ，包角?=α1801，初拉力N 3600=F 。试问：
（1）该传动所能传递的最大有效拉力为多少？（2）若mm 100d d1=，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] ()N 4.478111136021
1112151.01
1
51.00
=+
-
?
?=+
-
=π
π
ααe
e
e
e F F v v
f f ec
()mm N 92.232
10
1004.4782
d 2-3
d1?=??
==ec
F T
()kW
45.395.0100060100010014.314504.4781000601000d 10003d1
1=??????=???π=
?=
η
n F ην
F P
ec ec
8-2 V 带传动传递效率7.5kW =P ，带速m 10=ν，紧边拉力是松边拉力的两倍，即21F F =，试求紧边拉力1F 、有效拉力e F 和初拉力0F 。 [解] 1000
νF P e =
N 75010
5
.710001000=?=
=
∴ν
P
F e
21212F F F F F e =-=且 1500N 750221=?==∴e F F 201e F F F +=
1125N 2
75015002
10=-
=-
=∴e F F F
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min 9601r n =，减速器输入轴的转速min 3302r n =，允许误差为%5±，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ca P
由表8-7查得工作情况系数2.1A =K ，故 4k W .872.1A ca =?==P K P （2）选择V 带的带型
根据ca P 、1n ，由图8-11选用B 型。
（3）确定带轮的基准直径d d ，并验算带速ν
①由表8-6和8-8，取主动轮的基准直径mm 1801=d d
②验算带速ν s m 0432.91000
609601801000
6011=???π=
?π=
n d νd
带速合适
∴< ③计算从动轮的基准直径 () () mm 45.497330 05.0196018012 112=-??= -= n εn d d d d （4）确定V 带的中心距a 和基准长度d L ①由式()()2102127.0d d d d d d a d d +≤≤+，初定中心距mm 5500=a 。 ②计算带所需的基准长度 ()()()()mm 2214550 41805005001802 550242 22 2 122100≈?-+ +π+?=-+ +π+ ≈a d d d d a L d d d d d 由表8-2选带的基准长度mm 2240=d L ③实际中心距a mm 5632 2214 22405502 0=-+ =-+ ≈d d L L a a 中心距的变化范围为mm 630~550。 （5）验算小带轮上的包角1α ()() ?≥?≈?--?=?--?=90147563 3.57180 5001803.57180121a d d αd d 故包角合适。 （6）计算带的根数z ①计算单根V 带的额定功率r P 由s m 960 mm 18011==n d d 和，查表8-4a 得25kW .30≈P 根据303kW .0B 9.2330 960s,m 960 01=?== =P i n 型带，查表得 和 查表8-5得914.0k =α，表8-2得1k =L ，于是 ()kW 25.31914.0)303.025.3(k k 00=??+=???+=L αr P P P ②计算V 带的根数z 58.225 .34.8ca == = r P P z 取3根。 （7）计算单根V 带的初拉力的最小值()min 0F 由表8-3得B 型带的单位长度质量m kg 018=q ，所以 ()()()N 2830432 .918.00432 .93914.04 .8914.05.2500k k 5.25002 2 min 0=?+???-? =+-=q νz ν P F αca α （8）计算压轴力 ()N 16282 147sin 283322 sin 21min 0=????==αF z F p （9）带轮结构设计（略） 第九章 链传动 习题答案 9-2 某链传动传递的功率kW 1=P ，主动链轮转速min r 481=n ，从动链轮转速min r 142=n ，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191=z ，大链轮的齿数651914 4812 112=?= = =z n n iz z （2）确定计算功率 由表9-6查得0.1=A K ，由图9-13查得52.1=z K ，单排链，则计算功率为 kW 52.1152.10.1=??==P K K P z A ca （3）选择链条型号和节距 根据min r 48kW 52.11==n P ca 及，查图9-11，可选16A ，查表9-1，链条节距mm 4.25=p （4）计算链节数和中心距 初选中心距mm 1270~7624.25)50~30()50~30(0=?==p a 。取mm 9000=a ，相应的链 长节数为 3.114900 4.2521965265194.2590022222 2 122 10 ≈? ?? ? ??π-+++?=? ?? ??π-+++=a p z z z z p a L p 取链长节数节114=p L 。 查表9-7得中心距计算系数24457.01=f ，则链传动的最大中心距为 ()[]()[]mm 895651911424.2524457.02211≈+-???=+-=z z L p f a p （5）计算链速ν，确定润滑方式 s m 386.01000 604.2519481000 6011≈???= ?= p z n ν 由s m 386.0=ν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p F 有效圆周力为 N 2591386 .011000 1000≈?==νp F e 链轮水平布置时的压轴力系数15.1=p F K ，则压轴力为N 2980259115.1≈?=≈e F p F K F p 9-3 已知主动链轮转速min r 8501=n ，齿数211=z ，从动链齿数992=z ，中心距mm 900=a ，滚子链极限拉伸载荷为55.6kN ，工作情况系数1A =K ，试求链条所能传递的功率。 [解] 由kW 6.55lim =F ，查表9-1得mm 4.25=p ，链型号16A 根据min r 850mm 4.251==n p ，，查图9-11得额定功率kW 35=ca P 由211=z 查图9-13得45.1=z K 且1=A K kW 14.2445 .1135=?= ≤ ∴z A ca K K P P 第十章 齿轮传动 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mm N 1042,3.0,50,20,55 21??=====T Φz z m R ，标准斜齿轮 24,63==z m n ，若中间轴上两齿轮所受轴向力互相抵消，β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： ()22 2 22 2222s i n t a n 5.012s i n t a n 2s i n t a n δαz Φm T δαdm T δαF F R t a -= == 齿轮3的轴向力： βz m T ββ z m T βd T βF F n n t a s i n 2t a n c o s 2t a n 2t a n 3 3333 333= ??? ? ??= = = 3232,20,T T αF F a a =?== ()βz m T δαz Φm T n R sin 2sin tan 5.0123 322 2 = -∴ 即()2 235.01sin tan sin z Φm δαz m βR n -= 由5.220 50tan 1 22===z z δ 928.0sin 2=∴δ 371.0c o s 2=δ ()()2289.050 3.05.015928.020tan 2465.01sin tan sin 2 23=??-?????= -= ∴z Φm δαz m βR n 即?=231.13β （2）齿轮2所受各力： ()()3.765k N N 10765.350 3.05.01510 425.01223 5 2 2 2 22=?=??-???= -= = z Φm T dm T F R t 0.508k N N 10508.0371.020tan 10765.3cos tan 3 3222=?=????==δαF F t r kN 272.1N 10272.1928.020tan 10765.3sin tan 3 3222=?=????==δαF F t a kN 420cos 10765.3cos 3 22=? ?= = α F F t n 齿轮3所受各力： kN 408.5N 10408.5231.13cos 24 61042cos 2cos 223 5 3 2323 33=?=????= = ??? ? ? ?= = βz m T βz m T d T F n n t kN 022.2N 10022.2321.12cos 20tan 10408.5cos tan 3 3 33=?=? ? ??= = β αF F n t r kN 272.1N 10272.1321.12cos 20tan 10408.5tan 10408.5tan 3 3 3 33=?=? ? ????==βF F t a kN 889.5N 10889.5321.12cos 20cos 10 765.3cos cos 3 3 3 3=?=? ??= =β αF F n t n 10-6 设计铣床中的一对圆柱齿轮传动，已知54,26min,r 1450,kW 5.72111====z z n P ，寿命 h 12000=h L ，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 []3 2 11t 132.2??? ? ???+?≥H E d ζZ u u ΦKT d 1）确定公式中的各计算值 ①试选载荷系数.51t =K ②计算小齿轮传递的力矩 mm N 493971450 5 .7105.95105.955 1 1 5 1?=??= ?= n P T ③小齿轮作不对称布置，查表10-7，选取0.1=d Φ ④由表10-6查得材料的弹性影响系数2 1 MPa 8.189=E Z ⑤由图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPa 6001lim =H ζ；大齿轮的接触疲劳强度极限MPa 5502lim =H ζ。 ⑥齿数比 08.226 541 2=== z z u ⑦计算应力循环次数 9 1110044.112000114506060?=???==h jL n N 9 9 1210502.008 .210 044.1?=?= = u N N ⑧由图10-19取接触疲劳寿命系数 0.1,98.021==HN HN K K ⑨计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数1=S []MPa 5881600 98.01 lim 11=?==S ζK ζH HN H []M P a 5.5661 550 03.12 lim 22 =?= = S ζK ζH HN H 2）计算 ①计算小齿轮分度圆直径1t d ，代入[]H ζ中较小值 []mm 577.535.5668.18908.2108.21493975.132.2132.232 3 2 11t =?? ? ???+??=???? ???+?≥H E d ζZ u u ΦKT d ②计算圆周速度ν m 066.41000 601450 577.5314.31000 6011t =???= ?π= n d ν ③计算尺宽b mm 577.53577.5311t =?==d Φb d ④计算尺宽与齿高之比 h b mm 061.226 577.531 1t === z d m t mm 636.4061.225.225.2=?==t m h 56.11636 .4577.53==h b ⑤计算载荷系数 根据s m 066.4=ν，7级精度，查图10-8得动载荷系数2.1=v K 直齿轮，1==ααF H K K 由表10-2查得使用系数25.1=A K 由表10-4用插值法查得420.1=H βK 由 56.11=h b ，420.1=H βK ，查图10-13得37.1=F βK 故载荷系数 13.2420.112.125.1=???==βαH H v A K K K K K ⑥按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径 22.605 .113.2577.533 3 1t 1=?==t K K d d ⑦计算模数m mm 32.226 22.601 1=== z d m 取5.2=m ⑧几何尺寸计算 分度圆直径：mm 65265.211=?==mz d mm 135545.222=?==mz d 中心距： mm 1002 135 652 2 1=+= +=d d a 确定尺宽： []mm 74.515.5668.1895.208.2108.2654939713.225.2122 2 2 211=?? ? ????+???=???? ???+?≥H E ζZ u u d KT b 圆整后取mm 57mm,5212==b b 。 （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MPa 5001=FE ζ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa 3802=FE ζ。 ②由图10-18取弯曲疲劳寿命93.0,89.021==FN FN K K 。 ③计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数4.1=S []M P a 86.3174 .1500 89.01 11=?= =S ζK ζFE FN F []M P a 43.2524.150093.02 22=?== S ζK ζFE FN F ④计算载荷系数 055.237.112.125.1=???==βανF F A K K K K K ⑤查取齿形系数及应力校正系数 由表10-5查得 6.21 =a F Y 304.22=a F Y 595.11 =a S Y 712.12=a S Y ⑥校核弯曲强度 根据弯曲强度条件公式 []F S F F ζY Y m bd KT ζa a ≤= 112进行校核 []111M P a 64.99595.16.25.2655249397055.222111 F S F F ζY Y m bd KT ζa a ≤=??????= = []211M P a 61.94712.13.25 .2655249397055.222222F S F F ζY Y m bd KT ζa a ≤=??????= = 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min r 7501=n ，两齿轮的齿数为 mm mm,6,'229,108,2421160b m βz z n ==?===，8级精度，小齿轮材料为38SiMnMo （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38SiMnMo （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 [] 2 3 1 112??? ? ???+?≤ αE H H d Z Z ζu u K d εΦT ①计算小齿轮的分度圆直径 mm 95.145' 229cos 624cos 11=??= = β m z d n ②计算齿宽系数 096.195 .1451601 == = d b Φd ③由表10-6查得材料的弹性影响系数 2 1 MPa 8.189=E Z ，由图10-30选取区域系数47.2=H Z ④由图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPa 7301lim =H ζ；大齿轮的接触疲劳强度极限MPa 5502lim =H ζ。 ⑤齿数比 5.424 1081 2=== z z u ⑥计算应力循环次数 8 11104.522030017506060?=?????==h jL n N 8 8 12102.15 .4104.5?=?= = u N N ⑦由图10-19取接触疲劳寿命系数 1.1,04.121==HN HN K K ⑧计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数1=S []MPa 2.7591730 04.11 lim 11=?= =S ζK ζH HN H []M P a 6051 550 1.12 l i m 22 =?= = S ζK ζH HN H ⑨由图10-26查得63.1,88.0,75.02121=+===αααααεεεεε则 ⑩计算齿轮的圆周速度 s m 729.51000 60750 95.14514.31000 6011=???= ?π= n d ν 计算尺宽与齿高之比 h b mm 626 ' 229cos 95.145cos 1 1=??= = z βd m nt mm 5.13625.225.2=?==nt m h 85.115 .13160==h b 计算载荷系数 根据s m 729.5=ν，8级精度，查图10-8得动载荷系数22.1=v K 由表10-3，查得4.1==ααF H K K 按轻微冲击，由表10-2查得使用系数25.1=A K 由表10-4查得380.1=H βK {按d Φ=1查得} 由 85.11=h b ，380.1=H βK ，查图10-13得33.1=F βK 故载荷系数 946.2380.14.122.125.1=???==βαH H v A K K K K K 由接触强度确定的最大转矩 [][]}{N 096.12844648.18947.260515.45.4946.2295.14563.1096.1,min 1223 2 213 1 1=?? ? ????+????=??? ? ???+? ≤ αE H H H d Z Z ζζu u K d εΦT （3）按弯曲强度计算 [] Sa Fa F β n d Y Y ζKY m d εΦT ? ≤ α22 11 ①计算载荷系数 840.233.14.122.125.1=???==βανF F A K K K K K ②计算纵向重合度 380.1'229tan 24096.1318.0tan 318.01=????==βz Φεd β ③由图10-28查得螺旋角影响系数 92.0=βY ④计算当量齿数 ()99.24'229cos 24 cos 3 3 11=?= = βz z v () 3.112'229cos 108 cos 3 321=?= = β z z v ⑤查取齿形系数Fa Y 及应力校正系数Sa Y 由表10-5查得 62.21=Fa Y 17.22=Fa Y 59.11=Sa Y 80.12=Sa Y ⑥由图10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa 5201=FE ζ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa 4302=FE ζ。 ⑦由图10-18取弯曲疲劳寿命90.0,88.021==FN FN K K 。 ⑧计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数4.1=S []M P a 07.3055 .152088.01 11=?==S ζK ζFE FN F []M P a 2585 .1430 90.02 22=?= = S ζK ζFE FN F ⑨计算大、小齿轮的 [] Sa Fa F Y Y ζ，并加以比较 []23.7359 .162.207.3051 11 =?= Sa Fa F Y Y ζ []05.6680 .117.22582 22 =?=Sa Fa F Y Y ζ 取 [] [][]05.66,min 222111 =???? ??=Sa Fa F Sa Fa F Sa Fa F Y Y ζY Y ζY Y ζ ⑩由弯曲强度确定的最大转矩 [] mm N 309.288598605.6692 .0840.226 95.14563.1096.122 2 11?=??????= ? ≤ αSa Fa F β n d Y Y ζKY m d εΦT （4）齿轮传动的功率 取由接触强度和弯曲强度确定的最大转矩中的最小值 即N 096.12844641=T kW 87.10010 55.9750 096.128446410 55.96 6 11=??= ?= ∴n T P 第三章 机械零件的强度 一、选择题 3—1 零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之 C 。 A 增加 B 不变 C 降低 D 规律不定 3—2 在图中所示的极限应力图中，工作应力有C 1、C 2所示的两点，若加载规律为r=常数。在进行安全系数校核时，对应C 1点的极限应力点应取为 A ，对应C 2点的极限应力点应取为 B 。 A B 1 B B 2 C D 1 D D 2 3—3 同上题，若加载规律为σm =常数，则对应C 1点 的极限应力点应取为 C ，对应C 2点的极限应力点 应取为 D 。 A B 1 B B 2 C D 1 D D 2 题3—2图 3—4 在图中所示的极限应力图中，工作应力点为C ，OC 线与横坐标轴的交角θ=600 ，则该零件 所受的应力为 D 。 A 对称循环变应力 B 脉动循环变应力 C σmax 、σmin 符号（正负）相同的不对称循环变应力 D σmax 、σmin 符号（正负）不同的不对称循环变应力 3—5 某四个结构及性能相同的零件甲、乙、丙、丁，若承受最大应力的值相等，而应力循环特性r 分别为+1、-1、0、，则其中最易发生失效的零件是 B 。 A 甲 B 乙 C 丙 D 丁 3—6 某钢制零件材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=300MPa ，若疲劳曲线指数m=9，应力循环基 数N 0=107，当该零件工作的实际应力循环次数N=105 时，则按有限寿命计算，对应于N 的疲劳极限σ-1N 为 C MPa 。 A 300 B 420 C D 3—7 某结构尺寸相同的零件,当采用 C 材料制造时,其有效应力集中系数最大。 A HT200 B 35号钢 C 40CrNi D 45号钢 3—8 某个40Cr 钢制成的零件，已知σB =750MPa ，σs =550MPa ，σ-1=350MPa ，ψσ=，零件危险截面处的最大工作应力量σmax =185MPa ，最小工作应力σmin =-75MPa ，疲劳强度的综合影响系数K σ=，则当循环特性r=常数时，该零件的疲劳强度安全系数S σa 为 B 。 A B 1.74 C D 3—9 对于循环基数N 0=107 的金属材料,下列公式中, A 是正确的。 A σr m N=C B σN m =C C 寿命系数m N N N k 0/ D 寿命系数k N < 3—10 已知某转轴在弯-扭复合应力状态下工作，其弯曲与扭转作用下的计算安全系数分别为 S σ=、S τ=，则该轴的实际计算安全系数为 C 。 A B 6.0 C D 3—11 在载荷和几何尺寸相同的情况下,钢制零件间的接触应力 A 铸铁零件间的接触应力。 A 大于 B 等于 C 小于 D 小于等于 3—12 两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值 A 。 A 相等 B 不相等 C 是否相等与材料和几何尺寸有关 D 材料软的接触应力值大 3—13 两等宽的圆柱体接触，其直径d 1=2d 2，弹性模量E 1=2E 2，则其接触应力为 A 。 A σH1=σH2 B σH1=2σH2 C σH1=4σH2 D σH1=8σH2 S m σa O σ 第五章螺纹联接和螺旋传动 一、选择题 5—1 螺纹升角ψ增大，则联接的自锁性C，传动的效率A；牙型角增大，则联接的自锁性A，传动的效率C。 A、提高 B、不变 C、降低 5—2在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是 D 。 A、三角形螺纹 B、梯形螺纹 C、锯齿形螺纹 D、矩形螺纹 5—3 当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常装拆时，往往采用A 。 A、双头螺柱联接 B、螺栓联接 C、螺钉联接 D、紧定螺钉联接 5—4螺纹联接防松的根本问题在于C。 A、增加螺纹联接的轴向力 B、增加螺纹联接的横向力 C、防止螺纹副的相对转动 D、增加螺纹联接的刚度 5—5对顶螺母为A防松，开口销为B防松，串联钢丝为B防松。 A、摩擦 B、机械 C、不可拆 5—6在铰制孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为B。 A、间隙配合 B、过渡配合 C、过盈配合 5—7在承受横向工作载荷或旋转力矩的普通紧螺栓联接中，螺栓杆C作用。 A、受剪切应力 B、受拉应力 C、受扭转切应力和拉应力 D、既可能只受切应力又可能只受拉应力 5—8受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，依靠A来承载。 A、接合面间的摩擦力 B、螺栓的剪切和挤压 C、螺栓的剪切和被联接件的挤压 5—9受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓所受的载荷为B；受横向工 作载荷的铰制孔螺栓联接中，螺栓所受的载荷为A；受轴向工作载荷的普通松螺 栓联接中，螺栓所受的载荷是A；受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓所 受的载荷是D。 A、工作载荷 B、预紧力 C、工作载荷+ 预紧力 D、工作载荷+残余预紧力 E、残余预紧力 5—10受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接。假设螺栓的刚度C b与被联接件的刚度C 相等，联接的预紧力为F0，要求受载后接合面不分离，当工作载荷F等于预紧力F0 m 时，则D。 A、联接件分离，联接失效 B、被联接件即将分离，联接不 可靠 C、联接可靠，但不能再继续加载 D、联接可靠，只要螺栓强度足够，工作载荷F还可增加到接近预紧力的两 倍 5—11重要的螺栓联接直径不宜小于M12，这是因为C。 A、要求精度高 B、减少应力集中 C、防止拧紧时过载拧断 D、 便于装配 5—12紧螺栓联接强度计算时将螺栓所受的轴向拉力乘以，是由于D。 A、安全可靠 B、保证足够的预紧力 C、防止松脱 D、计入 扭转剪应力 5—13对于工作载荷是轴向变载荷的重要联接，螺栓所受总拉力在F0与F2之间变 化，则螺栓的应力变化规律按C。 A、r = 常数 B、 =常数C、min=常数 m 5—14对承受轴向变载荷的普通紧螺栓联接，在限定螺栓总拉力的情况下，提高 螺栓疲劳强度的有效措施是B。 A、增大螺栓的刚度C ，减小被联接件的刚度C m B、减小C b，增大C b m 1．在一般工作条件下，齿面硬度HB≤350的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为【】 A．轮齿疲劳折断 B. 齿面疲劳点蚀 C．齿面胶合 D. 齿面塑性变形 2．带传动在工作时产生弹性滑动，是由于【】A．包角α太小 B. 初拉力F0太小 C．紧边与松边拉力不等 D. 传动过载 3．在下列四种型号的滚动轴承中，只能承受径向载荷的是【】A．6208 B. N208 C. 3208 D. 5208 4．下列四种螺纹中，自锁性能最好的是【】 A．粗牙普通螺纹 B.细牙普通螺纹 C．梯形螺纹 D.锯齿形螺纹 5．在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，可采用的方法为【】 A．减小齿面滑动速度υs B. 减少蜗杆头数Z1 C．增加蜗杆头数Z1 D. 增大蜗杆直径系数q 6．在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指【】 A．弹簧外径与簧丝直径之比值 B．弹簧内径与簧丝直径之比值 C．弹簧自由高度与簧丝直径之比值 D．弹簧中径与簧丝直径之比值 7．普通平键接联采用两个键时，一般两键间的布置角度为【】A．90° B. 120°°° 8．V带在减速传动过程中，带的最大应力发生在【】A．V带离开大带轮处 B. V带绕上大带轮处 C． V带离开小带轮处 D. V带绕上小带轮处 9．对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是【】 A．拉力 B.扭矩 C．压力 D.拉力和扭矩 10．滚子链传动中，链节数应尽量避免采用奇数，这主要是因为采用过渡链节后【】 A．制造困难 B.要使用较长的销轴 C．不便于装配 D.链板要产生附加的弯曲应力 二、 1．轴如按受载性质区分，主要受的轴为心轴，主要受的轴为传动轴。 2．代号62203的滚动轴承，为轴承，其内径为 mm。 3．在一般机械中的圆柱齿轮传动，往往使小齿轮齿宽b1大齿轮齿宽b2；在计算齿轮强度时，工作齿宽b应取。 4．普通平键联接的工作面是键的；楔键联接的工作面是键的。 5．为了便于互换及适应大量生产，轴承内圈孔与轴的配合采用制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用制。 6．不随时间变化的应力称为，随时间变化的应力称为，具有周期性的变应力称为。7．按照平面图形的形状，螺纹分为、和等。 8．按照工作条件，齿轮传动可分为和两种。 9．齿轮传动设计时，软齿面闭式传动通常先按设计公式确定传动尺寸，然后验算轮齿弯曲强度。 1．在疲劳曲线上，以循环基数N0为界分为两个区：当N≥N0时，为（无限寿命区）区；当N ＜N0时，为（有限寿命区）区。 2．刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗（弹性变形）的能力。零件材料的弹性模量越小，其刚度就越（小）。 3．润滑油的（油）性越好，则其产生边界膜的能力就越强；（粘度）越大，则其内摩擦阻力就越大。 4．为改善润滑油在某些方面的性能，在润滑油中加入的各种具有独特性能的化学合成物即为（添加剂）。 5．正是由于（弹性滑动）现象，使带传动的传动比不准确。带传动的主要失效形式为（打滑）和（带的疲劳破坏）。 6．蜗杆传动的主要缺点是齿面间的（相对滑动速度）很大，因此导致传动的（效率）较低、温升较高。 7．链传动水平布置时，最好（紧边）边在上，（松边）在下。 8．设计中，应根据被联接轴的转速、（转矩）和（直径）选择联轴器的型号。 9．径向滑动轴承的半径间隙与轴颈半径之比称为（相对间隙）；而（偏心距）与（半径间隙）之比称为偏心率 。 10．对于普通平键，考虑到载荷分布的不均匀性，双键联接的强度按（1.5 ）个键计算。 1．当所受轴向载荷通过（螺栓组形心）时，螺栓组中各螺栓承受的（轴向工作拉力）相等。2．从结构上看，带轮由（轮毂）、轮辐和（轮缘）三部分组成。 3．在直齿圆柱齿轮传动的接触疲劳强度计算中，以（节点）为计算点，把一对轮齿的啮合简化为两个（圆柱体）相接触的模型。 4．按键齿齿廓曲线的不同，花键分为（矩形）花键和（渐开线）花键。 5．请写出两种螺纹联接中常用的防松方法：（双螺母等）和（防松垫圈等）。 6．疲劳曲线是在（应力比）一定时，表示疲劳极限 与（循环次数）之间关系的曲线。 γN 7．理论上为（点）接触或（线）接触的零件，在载荷作用下，接触处局部产生的应力称为接触应力。 8．开式齿轮传动的主要失效形式是：（齿面的磨粒磨损）和（断齿）。 9．径向滑动轴承的条件性计算主要是限制压强、（速度）和（pv值）不超过许用值。10．在类型上，万向联轴器属于（无弹性元件的挠性）联轴器，凸缘联轴器属于（刚性）联轴器。 二、选择填空（每空1分，共10分） 1．下列磨损中，不属于磨损基本类型的是（ 3 ）；只在齿轮、滚动轴承等高副零件上经常出现的是（ 2 ）。 （1）粘着磨损；（2）表面疲劳磨损； （3）磨合磨损；（4）磨粒磨损。 2．在通过轴线的截面内，（1 ）的齿廓为直边梯形；在与基圆柱相切的截面内，（3 ）的齿廓一侧为直线，另一侧为曲线。 （1）阿基米德蜗杆；（2）法向直廓蜗杆； （3）渐开线蜗杆；（4）锥蜗杆。 3、对于直齿圆柱齿轮传动，其齿根弯曲疲劳强度主要取决于（4 ）；其表面接触疲劳强度主要 取决于（ 1 ）。 （1）中心距和齿宽；（2）中心距和模数； （3）中心距和齿数；（4）模数和齿宽。 4、对于径向滑动轴承，（1 ）轴承具有结构简单，成本低廉的特点；（ 3 ）轴承必须成对使 用。 （1）整体式；（2）剖分式； （3）调心式；（4）调隙式。 5．在滚子链传动的设计中，为了减小附加动载荷，应（4 ）。 （1）增大链节距和链轮齿数；（2）增大链节距并减小链轮齿数； （3）减小链节距和链轮齿数；（4）减小链节距并增加链轮齿数。 6．对中性高且对轴的削弱又不大的键联接是（ 1 ）联接。 《机械设计基础》作业答案 第一章平面机构的自由度和速度分析1－1 1－2 1－3 1－4 1－5 自由度为： 1 1 19 21 1 )0 1 9 2( 7 3 ' )' 2( 3 = -- = - - + ? - ? = - - + - =F P P P n F H L 或： 1 1 8 2 6 3 2 3 = - ? - ? = - - = H L P P n F 1－6 自由度为 1 1 )0 1 12 2( 9 3 ' )' 2( 3 = - - + ? - ? = - - + - =F P P P n F H L 或： 1 1 22 24 1 11 2 8 3 2 3 = -- = - ? - ? = - - = H L P P n F 1－10 自由度为： 1 128301)221142(103')'2(3=--=--?+?-?=--+-=F P P P n F H L 或： 1 22427211229323=--=?-?-?=--=H L P P n F 1－11 2 2424323=-?-?=--=H L P P n F 1－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。 1334313141P P P P ?=?ωω 1 1314133431==P P ω 1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设s rad /101=ω，求构件3的速度3v 。 s mm P P v v P /20002001013141133=?===ω 1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比21/ωω。 构件1、2的瞬心为P 12 P 24、P 14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心 1224212141P P P P ?=?ωω 机械设计作业集(答案) 第五章螺纹 一、简答题 1.相同公称直径的细牙螺纹和粗牙螺纹有何区别? 答普通三角螺纹的牙型角为60 0,又分为粗牙螺纹和细牙螺纹，粗牙螺纹用于—般连接，细牙螺纹在相同公称直径时，螺距小、螺纹深度浅、导程和升角也小，自锁性能好，适合用于薄壁零件和微调装置。细牙螺纹的自锁性能好，抗振动防松的能力强，但由于螺纹牙深度浅，承受较大拉力的能力比粗牙螺纹差。 2.螺栓、双头螺柱、紧定螺钉连接在应用上有何不同? 答 (1)普通螺栓连接：被连接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。 (2)精密螺栓(铰制孔螺栓)连接：装配间无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制扎螺栓连接。 (3)双头螺柱连接：螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被连接件，另一端配以螺母，适于常拆卸而被连接件之一较厚时。装拆时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被连接件中拧出。 (4)螺钉连接：适于被连接件之一较厚( 上带螺纹孔) 、不需经常装拆、受载较小的情况。一端有螺钉头、不需螺母。 (5)紧定螺钉连接：拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零 件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。 3.为什么多数螺纹连接都要求拧紧?预紧的目的是什么？ 答绝大多数螺纹连接在装配前都必须拧紧，使连接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用。这个预先加的作蝴用力称为顶紧JJ 力。预紧的目的在于增强连接的紧密性和可靠性，以防止被连接件在受力后出现松动、缝隙或发生滑移。 4.连接用螺纹已经满足自锁条件，为什么在很多连接中还要采取防松措施? 答; 对于一般单线螺纹，螺旋升角小于螺旋副的当量摩擦角，本身能满足自锁条件，但是在冲击、振动或变载荷作用下，螺旋副摩擦力可能减小或瞬时消失，多次反复作用后，就可能松脱。另外，在温度大幅度变化的情况下，反复的热胀冷缩，也会造成松脱。 5.防松原理和防松装置有哪些? 答防松的根本在于防止螺旋副在受载荷时发生相对转动，防松的方法分为：摩擦防松、机械防松和破坏螺旋副关系的永久防松。具体装置如下； (1)摩擦防松：对顶螺母，弹簧垫图，自锁螺毋。 (2)机械防松：开口销与六角开槽螺母，止动垫圈，串联钢丝。 (3)破坏螺旋副关系的永久防松：铆合，冲点，涂胶粘剂。 6.为什么只受预紧力的紧螺栓连接，对螺栓的强度计算要将预紧力增大到它的1．3 倍按纯拉伸计算? 答受顶紧力的紧螺栓连接在拧紧力矩的作用下，螺栓除了要受到顶 《机械设计》试题A 一填空（每空1分,共20分） 1．在疲劳曲线上,以循环基数N0为界分为两个区：当N≥N0时,为（）区；当N＜N0时,为（）区. 2．刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗（）地能力.零件材料地弹性模量越小,其刚度就越（）. 3．润滑油地（）性越好,则其产生边界膜地能力就越强；（）越大,则其内摩擦阻力就越大. 4．为改善润滑油在某些方面地性能,在润滑油中加入地各种具有独特性能地化学合成物即为（）. 5．正是由于（）现象,使带传动地传动比不准确.带传动地主要失效形式为（）和（）. 6．蜗杆传动地主要缺点是齿面间地（）很大,因此导致传动地（）较低温升较高. 7．链传动水平布置时,最好（）边在上,（）在下. 8．设计中,应根据被联接轴地转速（）和（）选择联轴器地型号. 9．径向滑动轴承地半径间隙与轴颈半径之比称为（）；而（）与（）之比称为偏心率ε. 10．对于普通平键,考虑到载荷分布地不均匀性,双键联接地强度按（）个键计算. 二判断题（每小题1分,共10分）（正确地划“√”,错误地划“×”） 1．十字滑块联轴器中地所有元件都是刚性元件,因此属于刚性联轴器. （） 2．两摩擦表面地粗糙度值越小,则越容易实现液体动力润滑.（） 3．在计算转轴地强度时,安全系数法比当量弯矩法更精确. （） 4．相啮合地蜗杆和蜗轮地螺旋角必须大小相等,旋向相反. （） 5．闭式齿轮传动皆须首先按齿面接触强度进行设计计算,确定传动地几何尺寸,然后校核齿根弯曲疲劳强度. （） 6．由于链传动不需要张紧力,故作用在轴上地载荷较小. （） 7．正是由于过载时产生“弹性滑动”,故带传动对传动系统具有保护作用. （） 8．楔键只能用于单向传动,双向传动时,必须采用两个楔键. （） σ＝600MPa. （） 9．性能等级为6.6级地螺栓,其屈服点s 10．机械零件地计算分为设计计算和校核计算,两种计算地目地都是为了防止机械零件在正常使用期限内发生失效. （） 三简答题（每小题5分,共20分） 1．简述为什么开式齿轮传动一般不会出现点蚀现象？ 2．对于滚动轴承地轴系固定方式,请解释什么叫“两端固定支承”？ 《机械设计作业集》（第四版）解题指南 西北工业大学机电学院 2012.7 前言 本书是高等教育出版社出版、西北工业大学濮良贵、纪名刚主编《机械设计》（第八版）和李育锡主编《机械设计作业集》（第三版）的配套教学参考书，其编写目的是为了帮助青年教师使用好上述两本教材，并为教师批改作业提供 方便。 本书是机械设计课程教师的教学参考书，也可供自学机械设计课程的读者和 考研学生参考。 《机械设计作业集》已经使用多年，希望广大教师将使用中发现的问题和错误、希望增加或删去的作业题、以及对《机械设计作业集》的改进建议告知编 者（电子信箱：liyuxi05@https://www.wendangku.net/doc/ec3510526.html,），我们会认真参考，努力改进。 本书由李育锡编写，由于编者水平所限，误漏之处在所难免，敬请广大使用 者批评指正。 编者 2012.7 目录 第三章机械零件的强度 (1) 第四章摩擦、磨损及润滑概述 (5) 第五章螺纹连接和螺旋传动 (6) 第六章键、花键、无键连接和销连接 (9) 第七章铆接、焊接、胶接和过盈连接 (11) 第八章带传动 (15) 第九章链传动 (18) 第十章齿轮传动 (19) 第十一章蜗杆传动 (24) 第十二章滑动轴承 (28) 第十三章滚动轴承 (30) 第十四章联轴器和离合器 (34) 第十五章轴 (36) 第十六章弹簧 (41) 机械设计自测试题 (43) 第三章机械零件的强度 3—1 表面化学热处理；高频表面淬火；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）； 3－6 答： 零件上的应力接近屈服极限，疲劳破坏发生在应力循环次数在 103～104范围内，零件破坏断口处 有塑性变形的特征，这种疲劳破坏称为低周疲劳破坏，例如飞机起落架、火箭发射架中的零件。 零件上的应力远低于屈服极限，疲劳破坏发生在应力循环次数大于104时，零件破坏断口处无塑性 变形的特征，这种疲劳破坏称为高周疲劳破坏，例如一般机械上的齿轮、轴承、螺栓等通用零件。 3－7 答： 材料的持久疲劳极限σr∞ 所对应的循环次数为N D，不同的材料有不同的N D值，有时N D很大。为 了便于材料的疲劳试验，人为地规定一个循环次数N0，称为循环基数，所对应的极限应力σr称为材料 的疲劳极限。σr∞ 和N D为材料所固有的性质，通常是不知道的，在设计计算时，当N > N0时，则取 σrN= σr。 3—8 答： 图a 中A点为静应力，r = 1 。图b 中A点为对称循环变应力，r= ?1。图c 中A点为不对称循环变 应力，?1 < r < 1。 3—9 答： 在对称循环时，Kσ是试件的与零件的疲劳极限的比值；在不对称循环时，Kσ是试件的与零件的 极限应力幅的比值。Kσ与零件的有效应力集中系数kσ、尺寸系数εσ、表面质量系数βσ和强化系数βq 有关。Kσ对零件的疲劳强度有影响，对零件的静强度没有影响。 3—10 答： 区别在于零件的等寿命疲劳曲线相对于试件的等寿命疲劳曲线下移了一段距离（不是平行下移）。 在相同的应力变化规律下，两者的失效形式通常是相同的，如图中m1′和m2′。但两者的失效形式也有可 能不同，如图中n1′和n2′。这是由于Kσ的影响，使得在极限应力线图中零件发生疲劳破坏的范围增大。 题解3—10 图 3—11 答： 承受循环变应力的机械零件，当应力循环次数N≤ 103时，应按静强度条件计算；当应力循环次数 N > 103时，在一定的应力变化规律下，如果极限应力点落在极限应力线图中的屈服曲线GC上时，也 应按静强度条件计算；如果极限应力点落在极限应力线图中的疲劳曲线AG上时，则应按疲劳强度条件 机械设计作业及解答 第3章 强度 1.某零件的材料σB MPa =1000，σS MPa =800，σ-=1400MPa ，ψσ=025.，试画出其 2）K ：σσσmax =+=m a 300，σσσmin =-=-m a 100 σm MPa =100，σa MPa =200 所以K ()100200， 3）位于安全区 2. 已知塑性材料的极限应力图如下：试在图上标出：1)对称循环疲劳极限σ-1；2)屈服极限 σS ；3)脉动循环疲劳极限σ0；4)arctan φσ 。 解：如图 3. 某钢制零件，已知其许用极限应力图，且工作应力的循环特性r=0.268。 (2)自原点0作?=30α 射线交S E A ''折线于C '点(极限应力点) (3)安全系数为1.5时,即C C C 02 3 05.10==' C C '=03 2 0,直接在直线上可量得工作应力点C (4)对应于C 点的 MPa 320000max m a =''=''+=+==+C C H H HC H σ σσ 2)可能失效形式:静强度失效(塑性变形) 第5章 螺栓连接 1. 图示一铸铁吊架用两只普通螺栓固定在梁上。吊架承受的载荷F Q ＝10000N ，螺栓材料为5.8级，Q235，σS =400 MPa ，安装时不控制预紧力，取安全系数[]S S =4，取剩余预紧力为工作拉力的0.4倍，试确定螺栓所需最小直径。 许用拉应力[][] σσ= = =S S MPa S 400 4 100 2个螺栓，z ＝2，每个螺栓的工作载荷F F z = = =Q 5000 N 10000 2 剩余预紧力F 1=0.4F=0.4×5000=2000N 故得螺钉中总拉力F 2=F +F 1=5000+2000=7000N 按强度条件，螺栓小径[] mm 764.10100 7000 3.143.14)(2 c 1=???= ?πσπF d d ≥ 或 2. 如图所示的螺栓组联接，已知外载荷F ＝5KN ，各有关几何尺寸如图所示。试计算受力最大螺栓所受的横向工作载荷F smax 。 解：（1）将F 向螺栓组形心平移，同时得转矩T 。 T=500×F ＝5×103×500＝2.5×106（Nmm ） 在F 作用下，各螺栓所受横向力为 F s1＝12504 1053 =?= z F （N ） 在T 作用下，各螺栓所受横向力也相等，为 226 2280804105.244F +??===r T r rT s ＝3.5524（N ） 显然，1、2两螺栓所受的横向力最大，为 αc o s 2212221m a x s s s s s F F F F F -+= 135c o s 3.5524125023 .5524125022???-+= 6469=（ N ） 3. 气缸盖联接结构如图所示，气缸内径D =250mm ，为保证气密性要求采用12个M18的螺栓，螺纹内径15.294mm 、中径16.376mm ，许用拉应力[]σ=120MPa ，取剩余预紧力为工作拉力的1.5倍，求气缸所能承受的最大压强（取计算直径d c =d 1）。 第十章齿轮传动 一、选择题 10—1 在齿轮传动的设计计算中，对下列参数和尺寸应标准化的有__A、G__；应圆整的有D、E__；没有标准化也不应圆整的有B、C、F、H、I、J。 A斜齿轮的法面模数m n B斜齿轮的端面模数m t C直齿轮中心距a D斜齿轮中心距a E齿宽B F齿厚s G分度圆压力角α H螺旋角βI锥距R J齿顶圆直径d a 10—2 材料为20Cr钢的硬齿面齿轮，适宜的热处理方法是______B____。 A整体淬火B渗碳淬火C调质D表面淬火 10—3 将材料为45钢的齿轮毛坯加工成为6级精度的硬齿面直齿圆柱齿轮，该齿轮制造工艺顺序应是_______A______为宜。 A滚齿、表面淬火、磨齿B滚齿、磨齿、表面淬火 C表面淬火、滚齿、磨齿D滚齿、调质、磨齿 10—4为了提高齿轮传动的齿面接触强度应__B__。 A分度圆直径不变增大模数B增大分度圆直径 C分度圆直径不变增加齿数D减小齿宽 10—5为了提高齿轮齿根弯曲强度应___A_____。 A 增大模数B增大分度圆直径C增加齿数 D 减小齿宽10—6一减速齿轮传动，主动轮1和从动轮2的材料、热处理及齿面硬度均相同，则两轮齿根的弯曲应力_A_。 A σF1>σF2 B σF1<σF2 C σF1=σF2 10—7一减速齿轮传动，小齿轮1选用45钢调质，大齿轮2选用45钢正火，它们的齿面接触应力__C__。 A σH1>σH2 B σH1<σH2 C σH1=σH2 10—8 一对标准圆柱齿轮传动，若大、小齿轮的材料或热处理方法不同，则工作时，两齿轮间的应力关系属于下列第 C 种。 A σH1≠σH2，σF1≠σF2，[σH]1＝[σH]2，[σF]1＝[σF]2 B σH1＝σH2，σF1＝σF2，[σH]1≠[σH]2，[σF]1≠[σF]2 C σH1＝σH2，σF1≠σF2，[σH]1≠[σH]2，[σF]1≠[σF]2 D σH1≠σH2，σF1＝σF2，[σH]1≠[σH]2，[σF]1≠[σF]2 （σH、σF、[σH]、[σF]分别为齿轮的接触应力、弯曲应力、许用接触应力、许用弯曲应力） 10—9一对正确啮合的标准渐开线齿轮作减速传动时，若两轮的材料、热处理及齿面硬度均相同且寿命系数K N1=K N2，则两轮的弯曲强度为___A_____。 A大齿轮较高B小齿轮较高C相同 10—10一对正确啮合的标准渐开线齿轮作减速传动，若两轮的许用接触应力[σH1]= [σH2]，则两轮的接触强度___C_____。 A大齿轮较高B小齿轮较高C相同 10—11有两个标准直齿圆柱齿轮，齿轮1模数m1=5mm，z1=25；齿轮2模数m2=3mm，z2=25，它们的齿形系数___ C___。 AY Fa1>Y Fa2 B Y Fa1 第十一章蜗杆传动 一、选择题 11—1与齿轮传动相比，___D____不能作为蜗杆传动的优点。 A 传动平稳、噪声小 B 传动比可以较大 C 可产生自锁 D 传动效率高 11—2阿基米德蜗杆和蜗轮在中间平面上相当与直齿条与_B_齿轮的啮合。 A 摆线 B 渐开线 C 圆弧曲线 D、变态摆线 11—3 在蜗杆传动中，如果模数和蜗杆头数一定，增加蜗杆分度圆直径，将使___B___。 A 传动效率提高，蜗杆刚度降低 B 传动效率降低，蜗杆刚度提高 C 传动效率和蜗杆刚度都提高 D 传动效率和蜗杆刚度都降低 11—4大多数蜗杆传动，其传动尺寸主要由齿面接触疲劳强度决定，该强度计算的目的是为防止___D___。 A 蜗杆齿面的疲劳点蚀和胶合 B 蜗杆齿的弯曲疲劳折断 C 蜗轮齿的弯曲疲劳折断 D 蜗轮齿面的疲劳点蚀和胶合 11—5在蜗杆传动中，增加蜗杆头数z1，有利于___D___。 A 提高传动的承载能力 B 提高蜗杆刚度 C 蜗杆加工 D 提高传动效率 11—6为了提高蜗杆的刚度，应___A___。 A 增大蜗杆的直径 B 采用高强度合金钢作蜗杆材料 C 蜗杆硬度，减小表面粗糙度值 11—7 为了提高蜗杆传动的啮合效率ηl，在良好润滑的条件下，可采用___B___。 A 单头蜗杆 B 多头蜗杆 C 较高的转速n1 D 大直径系数蜗杆 11—8对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是__B__。 A 防止润滑油受热后外溢，造成环境污染 B 防止润滑油油温过高使润滑条件恶化 C 防止蜗轮材料在高温下机械性能下降 D 蜗杆蜗轮发生热变形后正确啮合受到破坏 11—9对于一般传递动力的闭式蜗杆传动，其选择蜗轮材料的主要依据是__A__。 A 齿面滑动速度 B 蜗杆传动效率 C 配对蜗杆的齿面硬度 D 蜗杆传动的载荷大小 11—10对于普通圆柱蜗杆传动，下列说法错误的是__B__。 A 传动比不等于蜗轮与蜗杆分度圆直径比 B 蜗杆直径系数越小，则蜗杆刚度越大 C 在蜗轮端面内模数和压力角为标准值 D 蜗杆头数z 1多时，传动效率提高 11—11蜗杆传动的当量摩擦系数f v 随齿面相对滑动速度的增大而___C____。 A 增大 B 不变 C 减小 11—12在蜗杆传动中，轮齿承载能力计算，主要是针对__D__来进行的。 A 蜗杆齿面接触强度和蜗轮齿根弯曲强度 B 蜗杆齿根弯曲强度和蜗轮齿面接触强度 C 蜗杆齿面接触强度和蜗杆齿根弯曲强度 D 蜗轮齿面接触强度和蜗轮齿根弯曲强度 11—13蜗杆常选用的材料是__C__。 A HT150 B ZCuSn10P1 C 45号钢 D GCr15 11—14 蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相类似，其中__B__为最易发生。 A 点蚀与磨损 B 胶合与磨损 C 轮齿折断与塑性变形 D 胶合与塑性变形 11—15蜗轮蜗杆传动中，蜗杆1和蜗轮2受到的转矩的关系为_____C_____。 A 12T T = B 12iT T = C 12T i T η= D η =1 2iT T 二、填空题 11—16蜗杆直径系数 q =d 1/m _。 11—17 蜗杆传动发生自锁的条件是____ v ___。 第十三章滚动轴承 一、选择题 — 各类滚动轴承中，除承受径向载荷外，还能承受不大的双向轴向载荷的是 ，还能承受一定单向轴向载荷的是 、 。 深沟球轴承 角接触球轴承 圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 — 选择滚动轴承类型时为方便拆卸常用 ，需有一定调心性能时选 ，作为游动轴承时适宜选 、 。 深沟球轴承 圆锥滚子轴承 圆柱滚子轴承 调心球轴承 — 转速 ，一端固定一端游动的蜗杆轴其固定端轴承应选用 。 推力球轴承 深沟球轴承 一对角接触球轴承 一对圆锥滚子轴承 — 适用多支点、弯曲刚度小的轴及难于精确对中的支承。 深沟球轴承 圆锥滚子轴承 角接触球轴承 调心球轴承 — 载荷一定的深沟球轴承，当工作转速由 变为 时，其寿命变化为 。 增大为 （ ） 下降为 （ ） 增大为 （ ） 下降为 （ ） — 若一滚动轴承的基本额定寿命为 转，则该轴承所受的当量动载荷 基本 额定动载荷。 大于 小于 等于 大于等于 — 某滚动轴承按寿命公式计算得寿命 ，其可靠度 ；若要求工作寿命达 可靠度 。 为 为 — 直齿圆柱齿轮轴系由一对圆锥滚子轴承支承，轴承径向反力 ，则作用在轴承上的轴向力 。 — 滚动轴承内圈与轴颈配合的正确标注为 。 6 7 50 k H φ 750H φ 650k φ 7 650 H k φ — 滚动轴承内圈与轴颈、外圈与座孔的配合 。 均为基轴制 前者为基轴制，后者为基孔制 均为基孔制 前者为基孔制，后者为基轴制 — 为保证轴承内圈与轴肩端面接触良好，轴承的圆角半径 与轴肩处圆角半径 应满足 的关系。 — 不是滚动轴承预紧的目的。 机械设计考试试题及其答案 1．在一般工作条件下，齿面硬度HB≤350的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为【B】A．轮齿疲劳折断 B. 齿面疲劳点蚀 C．齿面胶合 D. 齿面塑性变形 2．带传动在工作时产生弹性滑动，是由于【C 】A．包角α太小 B. 初拉力F0太小 C．紧边与松边拉力不等 D. 传动过载 3．在下列四种型号的滚动轴承中，只能承受径向载荷的是【B 】A．6208 B. N208 C. 3208 D. 5208 4．下列四种螺纹中，自锁性能最好的是【D 】A．粗牙普通螺纹 B.细牙普通螺纹 C．梯形螺纹 D.锯齿形螺纹 5．在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，可采用的方法为【C】A．减小齿面滑动速度υs B. 减少蜗杆头数Z1 C．增加蜗杆头数Z1 D. 增大蜗杆直径系数q 6．在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指【D 】A．弹簧外径与簧丝直径之比值 B．弹簧内径与簧丝直径之比值 C．弹簧自由高度与簧丝直径之比值 D．弹簧中径与簧丝直径之比值 7．普通平键接联采用两个键时，一般两键间的布置角度为【B】A．90° B. 120° C.135° D.180° 8．V带在减速传动过程中，带的最大应力发生在【D】A．V带离开大带轮处 B. V带绕上大带轮处 C．V带离开小带轮处 D. V带绕上小带轮处 9．对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是【D 】A．拉力 B.扭矩 C．压力 D.拉力和扭矩 10．滚子链传动中，链节数应尽量避免采用奇数，这主要是因为采用过渡链节后【D 】A．制造困难 B.要使用较长的销轴 C．不便于装配 D.链板要产生附加的弯曲应力 填空题 1. 由两构件直接接触而又能产生一定形式的相对运动的连接称为。 2. 根据两构件接触情况，可将运动副分为______和______。两构件之间以点线接触所组成的运动副，称为________副。面接触形成的运动副称为________。 3. 一个平面高副产生______个约束，而保留______个自由度。 4. 在平面机构中，若引入一个低副将引入_____个约束。 5. 按凸轮的形状分，凸轮机构可分为_________，_________和_________。 6. 以凸轮轮廓的最小向径rb为半径所作的圆称为___________。 7. 凸轮机构的压力角越小，机构的传力特性越_______ 。 8. 凸轮机构中__________运动规律有刚性冲击。 9. 根据各齿轮轴线是否平行可以把齿轮系分为__________和空间齿轮系。 10. 齿轮系包括_____________ 、_____________ 和_____________ 。 11. 周转轮系又可分为差动轮系和。行星轮系和差动轮系都是____________齿轮系。 12. 差动轮系自由度为______，行星轮系的自由度为______。 13. 滚动轴承的派生轴向力是由轴承外圈的______指向______边。 14. 滚动轴承的外圈与轴承座孔的配合采用________________。滚动轴承的内圈与轴颈的配合采用________。 15. 滑动轴承按其所承载方向的不同，可分为___________、止推滑动轴承和径向止推滑动轴承。 16. 根据受载情况不同，可将轴分为心轴、__________和转轴。______轴在工作中同时受弯矩和扭矩。工作中只受弯矩的轴叫做_____轴。_______轴在工作中只受扭矩。 17. 机器的速度波动可分为周期性速度波动和____________。 18. 机器中安装飞轮的作用是____________________。 19. 静平衡的条件为________________________________________。 一、填空题〔每空1分，计25分〕 1、一减速齿轮传动，主动轮1用45号钢调质，从动轮用45号钢正火，则它们齿面接触应力的关系是 b 。 a 、2H 1H σσ>； b 、2H 1H σσ=； c 、2H 1H σσ<。 2、带传动中紧边拉力为1F ，松边拉力为2F ，则其传递的有效圆周力F 为 c 。 a 、21F F +；b 、2/)(21F F -；c 、21F F -；d 、2/)(21F F +。 3、对于硬齿面闭式齿轮传动，其齿面接触承载能力较高，故通常先按 齿根弯曲疲劳 强度进行设计，然后校核 齿面接触疲劳 强度。 4、蜗杆的 c 模数为标准模数，蜗轮的 b 压力角为标准压力角。 a 、法面； b 、端面； c 、轴面。 5、带在带轮上即将打滑而尚未打滑的临界状态时，1F 与2F 的关系可用著名的欧拉公式表示为 1 21αf e F F = 。 6、在蜗杆传动中，当需要自锁时，应使当量摩擦角 b 蜗杆导程角。 a 、小于； b 、大于； c 、等于。 7、计算蜗杆传动的传动比时，公式 c 是错误的。 a 、21/ωω=i ；b 、21/n n i =；c 、12/d d i =；d 、12/z z i =。 8、蜗杆传动的失效通常是发生在 蜗轮轮齿 上。 9、设计圆柱螺旋弹簧时，其弹簧直径d 按 强度 条件确定，其工作圈数n 按 刚度 条件确定。 10、弹簧指数C ＝ D 2/d ，C 值越大，刚度越 小 。 11、楔键联接靠 摩擦力 传递转矩，用于对中性要求不高的联接。 12、按国家标准GB/292-93规定，代号为7210C 的滚动轴承类型为 角接触球轴承 轴承，其内径为 50 mm ，宽度系列为 窄、系列，直径系列为 轻 系列，C 代表 公称接触角15o，其精度为 P0 级。 13、下列各种联轴器中，能减缓振动和冲击的是 f ；可实现两轴线角位移最大的是 c ；常用于两轴线对中性不好、低速情况下的是 d 和 e 。 a 套筒联轴器；b. 凸缘联轴器；c. 万向联轴器；d. 十字滑块联轴器；e. 齿轮联轴器；f. 弹性柱销联轴器。 二、问答题〔每题5分、计30分〕 1、试分析影响带传动所能传递最大有效圆周力F max 的主要因素。（5分） 1 1 0max 111 12ααf f e e F F +- = m ax F 与初拉力0F 、包角1α和摩擦系数f 有关。（3’） 0F 大、1α大、f 大，则产生的摩擦力大，传递的最大有效圆周力也大。（2’） 第十五章 轴 一、选择题 15—1按所受载荷的性质分类，车床的主轴是 A ，自行车的前轴是 B ，连接汽车变速箱与后桥，以传递动力的轴是 C 。 A 转动心轴 B 固定心轴 C 传动轴 D 转轴 15—2 为了提高轴的刚度，措施 B 是无效的。 A 加大阶梯轴个部分直径 B 碳钢改为合金钢 C 改变轴承之间的距离 D 改变轴上零件位置 15—3 轴上安装有过盈联接零件时，应力集中将发生在 B 。 A 轮毂中间部位 B 沿轮毂两端部位 C 距离轮毂端部为1/3轮毂长度处 15—4 轴直径计算公式3n P C d ≥， C 。 A 只考虑了轴的弯曲疲劳强度 B 考虑了弯曲、扭转应力的合成 C 只考虑了扭转应力 D 考虑了轴的扭转刚度 15—5 轴的强度计算公式22)(T M M e α+=中，α是 C 。 A 弯矩化为当量转矩的转化系数 B 转矩转化成当量弯矩的转化系数 C 考虑弯曲应力和扭转切应力的循环性质不同的校正系数 D 强度理论的要求 15—6 轴的安全系数校核计算，应按 D 计算。 A 弯矩最大的一个截面 B 弯矩和扭矩都是最大的一个截面 C 应力集中最大的一个截面 D 设计者认为可能不安全的一个或几个截面 15—7 轴的安全系数校核计算中，在确定许用安全系数S 时,不必考虑 A 。 A 轴的应力集中 B 材料质地是否均匀 C 载荷计算的精确度 D 轴的重要性 15—8 对轴上零件作轴向固定，当双向轴向力都很大时，宜采用 C 。 A 过盈配合 B 用紧定螺钉固定的挡圈 C 轴肩—套筒 D 轴肩—弹性挡圈 15—9 对轴进行表面强化处理，可以提高轴的 C 。 A 静强度 B 刚度 C 疲劳强度 D 耐冲击性能 15—10 如阶梯轴的过渡圆角半径为r ，轴肩高度为h,上面安装一个齿轮，齿轮孔倒角为C 45°,则要求 A 。 A r 《机械设计》课程试题（一） 一、选择题：本题共10个小题，每小题2分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。把所选项前的字母填在题后的括号内。1．一般工作条件下，齿面硬度HB≤350的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为【B 】A．轮齿疲劳折断 B. 齿面疲劳点蚀 C．齿面胶合 D. 齿面塑性变形 2．带传动在工作时产生弹性滑动，是由于【 C 】 A．包角α太小 B. 初拉力F0太小 C．紧边与松边拉力不等 D. 传动过载 3．下列四种型号的滚动轴承，只能承受径向载荷的是【B 】A．6208 B. N208 C. 3208 D. 5208 4．下列四种螺纹，自锁性能最好的是【D】A．粗牙普通螺纹 B.细牙普通螺纹 C．梯形螺纹 D.锯齿形螺纹 5．在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，可采用的方法为【C】A．减小齿面滑动速度υs B. 减少蜗杆头数Z1 C．增加蜗杆头数Z1 D. 增大蜗杆直径系数q 6．在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指【D 】A．弹簧外径与簧丝直径之比值 B．弹簧内径与簧丝直径之比值 C．弹簧自由高度与簧丝直径之比值 D．弹簧中径与簧丝直径之比值 7．普通平键接联采用两个键时，一般两键间的布置角度为【B 】 A．90° B. 120°°° 8．V带在减速传动过程中，带的最大应力发生在【D 】A．V带离开大带轮处 B. V带绕上大带轮处 C．V带离开小带轮处 D. V带绕上小带轮处 9．对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是【D 】A．拉力 B.扭矩 C．压力 D.拉力和扭矩 10．滚子链传动中，链节数应尽量避免采用奇数，这主要是因为采用过渡链节后【D 】A．制造困难 B.要使用较长的销轴 C．不便于装配 D.链板要产生附加的弯曲应力 二、填空题：本大题共10个小题，每空1分，共20分。把答案填在题中横线上。1．轴如按受载性质区分，主要受弯矩的轴为心轴，主要受转矩的轴为传动轴。2．代号62203的滚动轴承，为深沟球轴承轴承，其内径为17 mm。3．在一般机械中的圆柱齿轮传动，往往使小齿轮齿宽b1大于大齿轮齿宽b2；在计算齿轮强度时，工作齿宽b应取大齿轮齿宽b2。 4．普通平键联接的工作面是键的两侧面；楔键联接的工作面是键的上下面。5．为了便于互换及适应大量生产，轴承内圈孔与轴的配合采用基孔制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。 6．不随时间变化的应力称为静应力，随时间变化的应力称为变应力，机械设计作业集第3章答案解析
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