机械设计习题解答 - 图文

《教学日历上规定的作业》

注：1、蓝色字体表示已用word文档制出；

2、黑色字体是图片，请改为word文档（分给学生做）；

3、没有答案的部分，请将答案做出（写了“答案略”的题不做答案）

一章

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最小单元，可以分为通用零件和专用零件，例如：螺栓、齿轮、轴、弹

簧。构件是机器中每一个独立的运动单元体，例如：连杆、曲轴。

部件是机械的一部分，由若干装配在一起的零件所组成，例如：发动机底盘、车身、电气设备。

1—4 机械设计课程研究的内容是什么？ 答：主要是介绍整台机器机械部分设计的基本知识，重点讨论一般尺寸和常用工作参数下的通用零件下

的设计，包括它们的基本设计理论和方法以及技术资料、标准的应用等。 具体内容包括：

1）总论部分——机器及零件设计的基本原则，设计计算理论，材料选择，结构要求，以及摩擦、磨损、润滑等方面的基本知识；

2）联接部分——螺纹联接，键、花键及无键联接，销联接，铆接，焊接，胶接与过盈联接等； 3）传动部分——螺旋传动，带传动，链传动，齿轮传动，蜗杆传动以及摩擦轮传动等； 4）轴系传动——滑动轴承、滚动轴承，联轴器与离合器以及轴等； 5）其它部分——弹簧，机座和箱体，减速机和变速器等。

二章

2—3 机械零件主要有哪些失效形式？常用的计算准则主要有哪些？ 答： 机械零件主要失效形式有：

1） 整体断裂——过载、疲劳；

2） 过大的残余应变——应力超过屈服极限； 3） 零件的表面破坏——腐蚀磨损点蚀；

4） 破坏正常的工作条件而引起的失效——带传动的打滑，共振，螺纹的松弛。 常用的计算准则主要有： 1）强度准则； 2) 刚度准则； 3) 寿命准则；

4) 振动稳定性准则； 5）可靠性准则。

2—8 机械零件设计中选择材料的原则是什么？ 答： 机械零件设计中选择材料的原则有：

一，载荷及应力的大小和性质； 二，零件的工作情况； 三，零件的尺寸及重量；

1

四，零件的结构复杂程度及工艺性； 五，材料的经济性； 六，材料的供应状况。

2—9 指出下列材料的种类，并说明代号中符号及数字的含义：HT150，ZG230—450，65Mn,45,Q235,40Cr,20CrMnTi,ZCuSn10Pb5。

答： HT150为黑色金属，“HT”代表灰铸铁，“150”代表最小抗拉强度为150MPa。

ZG230—450为黑色金属，“ZG”代表铸钢，“230—450”中“230”代表最小屈服强度为230 MPa，“450”代表最小抗拉强度为450 MPa。 65Mn为黑色金属（合金弹簧钢），“65”代表含碳量为 0.65％，“Mn”为加入合金元素。 45为黑色金属（优质碳素结构钢），“45”代表含碳量为 0.45％。 Q235为黑色金属（低合金高强度钢），“Q”代表低合金高强度钢，“235”代表屈服强度为235 MPa。 40Cr为黑色金属（合金调质钢）,“40”代表含碳量为 0.40％，“Cr”代表加入的合金元素。 20CrMnTi为黑色金属（合金渗碳钢），“20”代表含碳量为0.20％，“Cr”“Mn”“Ti”为加入的合金元素。

ZCuSn10Pb5为有色金属（铸造锡青铜），“ZCuSn”代表铸造锡青铜，“Sn”“Pb”为合金元素，“10”“5”为合金元素“Sn”“Pb”的含量分别为0.10％、0.05％。

三章

3—18 某材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=350MPa，屈服极限σs=550MPa，强度极限σв=750MPa，循环基数Nо=5×106,m=9,试求对称循环次数N分别为5×104、5×105、5×107次时的极限应力。 解：由公式??1N???19N0得： NN0?583Mpa﹥σs=550MPa，已发生塑性变形，因此认为该点处于N当N=5×104时，??1N???19应变疲劳区，所以取σ-1N =σs=550MPa；

N=5×105时，??1N???19N0?452Mpa，所以取σ-1N =452MPa； NN0?271Mpa<σ-1N=350MPa，所以取σ-1N =350MPa（或N﹥Nо,处于无NN=5×107时，??1N???19限寿命阶段）

五章

题5－20 如图所示，两根梁用8个4.6级普通螺栓与两块钢盖板相联接，梁受到的拉力F=28KN，摩擦系数f=0.2，控制预紧力，试确定所需螺栓的直径。

2

（解答见PPT习题，移植成word文档）

题5－22

受轴向载荷的紧螺栓联接，被连接件间采用橡胶垫片。已知预紧力F0=1500N，当工作载荷F=1000N时，求螺栓受到的总拉力及被连接件之间的残余预紧力。 （解答见PPT习题，移植成word文档）

题5－23

图示凸缘联轴器（GB/T5843—1986）的型号为YLD10，允许传递的最大转矩T=630N·m，两半联轴器采用4个M12的铰制孔螺栓联接，螺栓规格为M12×60（GB/T27—1988），螺栓的性能等级为8.8级，联轴器材料为HT200，试校核其联接强度。

3

01.3?4F?1.3?4F0fzi9872?0.2?2?1??3291Ks1.25—22（略） 5—23 解： 1．计算单个螺栓的工作剪力 2T2?630?103F???2423N zD4?1302．确定许用应力 联轴器的材料为铸铁HT200，?B?200MPa，设联轴器工作时受变载荷，查表5-10，取Sp?3。螺栓的性能等级为8.8级，?s?640MPa，查表5-10，取S??5，许用应力 ??200640[?p]?B??66.7MPa ； [?]?s??128MPa Sp3S?53．验算连接强度 查手册，铰制孔用螺栓GB/T 27-88 M12×60，光杆部分的直径d0?13mm，光杆部分的长度为60－22＝38mm，因此连接处的最小挤压高度Lmin?18mm，由公式（5-35），接合面的挤压应力 F2423?p???10.35MPa?[?p] d0Lmin13?18由公式（5-36），螺栓杆的剪切应力 4F4?2423??2??18.25MPa?[?] ?d0??132满足强度条件。 5—24 解： 题5－24

Cb

?0.9L=300mm，a=60mm，试求三个方案中，受力最大铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示，已知

Cb?Cm的螺栓所受的力各为多少？哪个方案较好？

（解答见PPT习题，移植成word文档）

六章

题6－16

图示减速器的低速轴与凸缘联轴器及圆柱齿轮之间分别用键联接。已知：轴传递的转矩T＝1000N·m，齿轮材料为锻钢，凸缘联轴器的材料为HT200，工作时有轻微冲击，联接处轴及轮毂的尺寸如图示。试选择键的类型和尺寸，并校核其联接强度。

4

l?180?22?158mml?130?22/2?5?114mm2． 许用挤压应力[?p]?110MPa错误，应当为[P]?40MPa。 6—16 解： 1．确定联轴器处键的类型和尺寸 选A型平键，根据轴径d?70mm，查表6-1得键的截面尺寸为：b?20mm，h?12mm，取键长L?110mm，键的标记为：键20×110 GB/T 1096-2003。 2．校核连接强度 联轴器的材料为铸铁，查表6-2，取[?p]?55MPa，k?0.5h?0.5?12?6mm，l?L?b? ，挤压应力 110?20?90mm，由公式（6-1）?p?满足强度条件。 2000T2000?1000??52.9MPa?[?p] kld6?90?703．确定齿轮处键的类型和尺寸。 选A型平键，根据轴径d?90mm，查表6-1得键的截面尺寸为：b?25mm，h?14mm，取键长L?80mm，键的标记为：键25×80 GB/T 1096-2003。 (dd2?dd1)2?Ld0?2a0?(dd1?dd2)?24a04．校核连接强度 ?[?p]?110MPa，(250?.590)20.5?14?7mm，l?L?b 齿轮和轴的材料均为钢，查表6-2，取k?0h? ?2?530?(90?250)??160624?530，挤压应力 ?80?25?55mm，由公式（6-1）Ld?1600mma?a02000T2000?1000?p???57.7MPa?[?p] d?dkld7?55?90250?90d1?1?180??d2?57.5??180???57.5??162.6?a530满足强度条件。

K??0.955

KL?0.99P0?1.07kW八章 0.17kW?P0?题8-22 4.32caFd/2?1500?250/2?187TP?.5N?mz???3.68ed(P0??P，带速)KK(1.07?0.17)?0.955?0.99一V带传动传递的功率p=7.5KW v=10m/s，测得紧边拉力是松边拉力的两倍，即F1=2F2，试0?L求紧边拉力F1、有效拉力取z?4，型号为A型。 Fe和预紧力F0。

8—22 解： d?45mmb?14mmh?9mmL?70mm由公式（8-4），带传动的有效拉力 P7.5[?pF]e??55MPa?10001000?750Nf??0.15l?L ?h?70?9?61mmv10由公式（8-3），有效拉力Fe?F1?F2?2F2?F2?F2。因此，带的松边拉力和紧边拉力分别为 12000T12000?187.5?p???48.3MPa?[?p]；Ffd?F14F1?.152F??)1500N bl(b?6?75061?N(14?6?02)e?245由公式（8-1），带的初拉力 F0?11(F1?F2)?(1500?750)?1125N22

题8-23

现设计一带式输送机的传动部分，该传动部分由普通V带传动和齿轮传动组成。齿轮传动采用标准齿轮减速器。原动机为电动机，额定功率P=11kW，转速n1=1460r/min，减速器输入轴转速为400r/min，允许传动比误差为±5%，该输送机每天工作16小时，试设计此普通V带传动，并选定带轮结构形式与材料。

（答案略）

8—23（略）

九章

5

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