浙江工业大学机械设计习题卡答案

Γ0CT：前苏联国家标准 DIN：德国工业标准 JIS：日本工业标准 BS：英国国家标准

(17)目前常用的现代机械设计新方法有哪几种?

计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、并行设计、参数化设计等

第三章 机械零件的强度

(1)零件的名义载荷与计算载荷，两者之间的区别及其关系如何？ 名义载荷：根据额定功率，按力学公式计算出的载荷。

计算载荷：考虑载荷的时间不均匀性、分布的不均匀性以及其它影响因素对名义载荷进行修正得到的载荷，即载荷系数K×名义载荷。

(2)何谓机械零件的强度?它可以分成哪两类?各举两个实例。

材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。

机械零件的强度分为静应力强度和变应力强度两个范畴。

静应力强度：机械零件在整个工作寿命期内应力变化次数少于103，如松螺栓连接、键连接等的强度计算。

变应力强度：轴向变载荷的紧螺栓连接的强度计算、齿轮的弯曲疲劳强度强度计算等。 (3)强度条件的一般形式有哪些？并说明式中各符号代表的意义。

根据许用应力建立的计算准则，通过判断危险截面的最大许用应力是否小于或等于许用应力：

????? ?????

根据安全系数建立的计算准则，通过判断危险截面上实际的安全系数是否大于或等于许用安全系数：

s??s??

?lim??s???

?lim??s???

(4)机械设计中常用的强度理论有哪几个?各适用于何种场合？ 静强度理论：静应力

脆性断裂的强度理论：最大拉应力理论和最大伸长线应变理论 屈服的强度理论：最大切应力理论和形状改变比能理论 疲劳强度理论：变应力下的疲劳强度理论

低应力下的脆断(断裂强度理论)：低应力脆断(工作应力远小于许用应力) 接触强度理论：齿轮接触疲劳强度计算、滚动轴承寿命计算。

(5)对零件的工作应力应如何进行分类？承受拉伸载荷的零件就一定产生拉伸应力吗？如果不是，试举例说明。

只要设定一个分类标准，就可以对任何集合进行分类，因此，不存在“对零件的工作应力如何进行分类”的问题。

承受拉伸载荷的零件不一定产生拉应力。比如零件在做拉伸实验时，当零件达到屈服极限时，当载荷继续增加，零件中的拉应力并不增长(或增长不明显)，此时增加的拉伸载荷在零件并未产生拉伸应力。

(6)稳定循环交应力的主要参数有哪些，它们的相互关系怎样? 五个参数：

(7)变载荷下一定产生变应力，那么静载荷下也一定产生静应力吗?举例说明之。 不一定产，如旋转的轴上作用一集中力，而轴表面上任意一点的应力则是变应力。

、

?min、?m、?a、r，其中只有两个是独立的。

(8)下列零件均受静载荷作用(见图)，试判断零件上A点的应力性质(拉、压、弯、扭或接触应力)，是静应力还是变应力?应力变化的规律(即应力变化循环特性系数r的大小或范围)及应力变化图(即σ-τ图)是怎样的？

(a) 静应力，扭转剪切应力，r?1。 (b) 对称循环变应力，拉、压应力，r??1。 (c) 不对称循环变应力，拉、压应力，?1?r?1 (d) 滚动体与套圈间的接触应力为脉动循环变应力，r?0

(9)什么是材料的疲劳曲线？试用图线描述碳钢材料的疲劳曲线形状，说明应力循环次数N与疲劳极限?r的关系。有色金属及高硬度合金钢的疲劳曲线又是怎样?

金属材料的疲劳曲线(??N曲线)是取同一r值、不同N值时做试验得到的，它表示在给定应力比r的条件下，应力循环次数N与疲劳极限?r的关系曲线。

曲线AB使材料试件发生破坏的最大应力基本不变，或者说下降很小，此阶段是静应力强度的状况。

曲线BC段，随着循环次数的增加，使材料发生疲劳破坏的最大应力不断下降，这一阶段的疲劳破坏伴随着材料的塑性变形，此阶段称为低周疲劳。

曲线CD段代表有限寿命阶段，在此范围内，试件经过一定次数的交变应力作用后总会发生疲劳破坏。CD段的曲线方程为

m?rNN?C?NC?N?ND?。

D点以后的线段代表了试件无限寿命阶段，即作用在试件上的变应力的最大应力小于D点的应力，则应力无论变化多少次，材料都不会发生破坏。

有色金属和高硬度合金钢属于塑性材料，其疲劳曲线应与碳钢类似，其上的具体数值应该有所不同。

机械设计习题卡

第一章 绪论

(1)组成机械的基本单元是什么?

机械零件是组成机械的基本制造单元。 (2)何谓零件？何谓部件?

零件是组成机器的不可拆的基本单元，即制造的基本单元。

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称为“部件”。

(3)机械零件可归纳为哪两种类型?试各举两个典型实例说明，本课程的研究对象是什么? 通用零件：各种机械中经常用到的一般参数的零件，如螺钉，齿轮等

专用零件：在特定类型的机器中才能用到的零件，如涡轮机的叶片、飞机的螺旋桨等 本课程的研究对象：普通条件下工作，且具有一般参数的通用零件

(4)什么叫在普通条件下工作，且具有一般参数的通用零件？试从你所学专业的机械设备中，对联接零件，传动零件、轴系零件和其他零件各举两例。 普通工作条件无严格定义，通常指常温、常压、低速等。

一般参数也无严格定义。国家标准《一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差》 (GB/T1804-2000)中基本尺寸定义为0.5-4000mm，可以认为一般参数的零件的尺寸在0.5-4000mm之间。 连接零件：键、螺栓 传动零件：带、齿轮

轴系零件：滚动轴承、滑动轴承 其他零件：弹簧、机座

(5)为什么说本课程起着基础课与专业课之间的承前启后的作用？

(6)在了解本课程的性质、内容和任务以后，总结本课程的特点和你所采取的学习方法。

第二章 机械设计总论

(1)对机器提出的主要要求包括什么？

使用功能要求；经济性要求；劳动保护和环境保护要求；寿命与可靠性要求；其他专用要求等。

(2)机器设计应满足哪些基本要求?机械零件设汁应满足哪些基本要求?分析下列机械零件应满足的基本要求是什么：电动机轴，普通减速器中的齿轮轴，起重机吊钩，精密机床主轴．汽门弹簧。农业机械中的拉曳链，联合收割机中的V带。

避免在预定寿命期内失效；结构工艺性要求；经济性要求；质量小要求；可靠性要求。

(3)设计机械的经济性要求包括哪些方面? a.零件本身的生产成本；

b.尽可能采用标准化的零、部件以取代特殊加工的零、部件。

(4)何谓机械的可靠度?机械中零件之间组成的模式不同，其可靠度如何计算？ 在规定的使用时间(寿命)内和预定的环境条件下，机械能正常地完成其功能的概率。 机械零件的可靠度通过概率统计的方法计算。

(5)机械设计的一般程序怎样?

计划阶段；方案设计阶段；技术设计阶段；技术文件的编制。

(6)机械零件的失效形式有哪些？针对这些失效形式相应建立的设计准则是什么?

主要失效形式：整体断裂；过大的残余变形；零件的表面破坏；破坏正常工作条件引起的失效。

断裂断裂?强度准则 过大的残余变形?刚度准则 零件表面破坏?寿命准则

破坏正常工作条件引起的失效?振动稳定性准则 [与零件的工作条件相关，这只是一个例子]

(7)机械零件设计的一般步骤有哪些？

1.根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构。 2.根据机器的工作要求，计算在零件上的载荷。 3.分析零件的可能失效形式，确定相应的设计准则。

4.根据零件的工作要求及对零件的特殊要求，选择适当的材料。 5.根据设计准则，确定零件的基本尺寸。

6.根据工艺性及标准化等原则进行零件的结构设计。 7.进行校核计算。

8.画出零件的工作图，并写出设计说明书。

(8)机械零件的常用材料有哪些？这些材料各有何特点，适用在何种场合? 金属材料：较好的力学性能、价格便宜、容易获得。

高分子材料：原料丰富、密度小，在适当的温度范围内有很好的弹性，耐腐蚀性好等，缺点：容易老化，阻燃性差，耐热性不好等。

陶瓷材料：硬度极高、耐磨、耐腐蚀性、熔点高、刚度大以及密度比钢铁低；缺点：断裂韧度低、价格昂贵、加工工艺性差等。

复合材料：较高的强度和弹性模量，而质量又特别小；缺点：价格贵，耐热性、导电性较差等。

(9)铸铁和钢的区别是什么?普通碳钢与优质碳钢的区别是什么?

铸铁和钢的区别是含碳量不同，钢是含碳量为0.03%～2%；含碳量2%～4.3%的铁碳合金为铸铁。

普通碳素结构钢又称普通碳素钢，对含碳量、性能范围以及磷、硫和其他残余元素含量的限制较宽。普通碳钢分为三类：甲类钢（A类钢）是保证力学性能的钢。乙类钢（B类钢）是保证化学成分的钢。特类钢(C类钢）是既保证力学性能又保证化学成分的钢，常用于制造较重要的结构件。

优质碳素结构钢和普通碳素结构钢相比，硫、磷及其他非金属夹杂物的含量较低。根据含碳量和用途的不同，这类钢大致又分为三类：①小于0.25%C为低碳钢。②0.25～0.60%C为中碳钢。③大于0.6%C为高碳钢。

(10)什么叫做合金钢，与碳钢相比有何优缺点？

合金钢除含有普通碳钢的铁、碳外，根据性能需求还添加有其它合金元素，比如常见的铬、镍、钼、锰、硅等，以提高其机械性能，通常价格较普通碳钢高。

(11)选择机械零件材料时，通常考虑的机械性能、物理化学性能和工艺性能有哪些？ ? 机械性能

强度，硬度，耐磨性，冲击韧性，塑性 ? 物理化学性能

密度，导热性，导电性，导磁性，耐热性，耐酸性，耐腐蚀性性等 ? 工艺性能

易熔性，液态流动性，可塑性，可焊性，可加工性，可热处理性等

(12)为节约原材料，尤其是节约贵重材料而选用廉价材料，可采取哪些具体措施?举例说明

1.对材料进行热处理和表面处理，如为提高齿轮表面硬度，常对齿轮零件进行调质处理。 2.采用型材，如型钢焊接而成的机架。

3.采用组合结构，如蜗轮采用齿圈式组合结构(由青铜齿圈与铸铁轮芯组成)。 (13)选用机械零件材料时，应考虑的基本要求有哪些? 1.使用性能要求 2.工艺性能要求 3.经济性

(14)机械零件在进行结构没计时，主要应从哪些方面去考虑和改善它的结构工艺性? 零件的结构工艺性应从毛坯制造、机械加工过程及装配等几个生产环节加以综合考虑，工艺性是和机器生产批量大小及具体生产条件相关。

(15)机械设计中，为什么要实行零件和部件的标准化、系列化与通用化?你能举出一些标准化、系列化与通用化的零部件吗？

1.能以最先进的方法在专门化工厂中对那些用途最广泛的零件进行大量、集中的制造，以提高质量，降低成本；

2.统一了材料和零件的性能指标，使其能够进行比较，并提高了零件性能的可靠性。 3.采用了标准化结构及零、部件，可以简化设计工作、缩短设计周期，提高设计质量。另外，也同时简化了机器的维修工作。

例如对同一结构、同一内径的滚动轴承，制造出不同外径及宽度的产品。

(16)我国现行的标准化有哪些?GB、JB、YB、QB、ISO和Γ0CT、DIN、JIS、BS各代表什么标准?

我国目前实行四级标准体制：国家标准、行业标准、地方标准、企业标准。 GB: 中国国家强制性标准

JB: 中国机械行业（含机械、电工、仪器仪表等）强制性行业标准 YB: 中国黑色冶金行业标准 QB：中国轻工行业标准 ISO：国际标准化组织标准

(10)影响零件疲劳强度的因素有哪些，如何影响？零件疲劳强度的综合影响系数

K?和

K?如何定义，计算公式怎样?

影响零件疲劳强度的主要因素有：材料的性能、应力循环特征r、应力循环次数N，应力集中、绝对尺寸和零件表面质量等。

零件疲劳强度的综合影响系数

K?的定义为

K????1??1e，即材料对称循环弯曲疲劳极限

?k??11K?????1?????1与零件对称循环弯曲疲劳极限??1e的比值。其计算公式为?????q，式

中：

k?零件的有效应力集中系数；??零件的尺寸系数；??零件的表面质量系数；?q零件

的强化系数。

(11)某旋转轴受径向力F＝10kN作用如图，已知跨距L＝2m，直径d＝50mm，轴的角速度为ω．求中间剖面上A点的应力随时间变化的表达式，并求A点的

?max、?min、?a和?m

W?轴的抗弯截面系数

?d332?3.14??50?10?3?323? 1.2266?10-5m3

FLFL10?103?2M?????5000N?m2244作用在剖面A处的弯矩

轴在不变弯矩下旋转，其表面A点的应力为对称循环，所以有：

?max?M?4.0764?108?407.64MPaW

?min???max??407.64MPa

?m??max??min2?0

?a??max??min2?407.64MPa

A点应力随时间变化规律：

??407.64sin??t?MPa

计算出的应力太大，本题原始数据有问题？

22??NmmNmms?1(12)已知试件的对称循环疲劳极限 =240，屈服极限＝360，平

均应力折合成应力幅的等效系数

??＝0．2，试按比例画出该试件的极限应力简化线图，并?m＝200Nmm2，r＝1／3时，按r=cr?c ; ?m=c;

在图上量出该试件在受到应力为：

?min=c三种情况下的极限应力值。

?a?根据公式

2??1??0?0?0?得，

2??12?240??400MPa1??a1?0.2

A'点坐标是?0,??1?，即?0,240?；

??0?0??,?D'点坐标是?22?，即?200,200?；

C点坐标是??s,0?，即?360,0?。

11?r3?0.5tan???1?r1?13由得，??26.57?

1?

D’与G’点位置不对，本题原始数据有问题? 若以题目中给出的数据(如上图所示)，

r?c时，?max'??s?360MPa

?m?c时，?max'??s?360MPa

?min?c时，?max'??s?360MPa

2?Nmmmax(13)一铬镍合金钢制成的零件，在危险剖面上的最大工作应力为＝280，

k?最小工作应力为?min＝-80Nmm，该剖面处的有效应力集小系数?＝1.32，尺寸系数?22???Nmm?B＝0.85、表面状态系数＝0.90，该合金钢的机械性能为：＝900，s＝222??NmmNmmNmm0?1800，＝440及＝800，试：

⑴按比例绘制零件的极限应力简化线图；

?k?11.3211K??????1????1?1.66???????q0.850.9零件弯曲疲劳强度综合影响系数

???1??0,?0,265.06?K??，即?A点坐标是?； ??0?0?,22K?D点坐标是?C点坐标是

??? ，即?400,240.96?；

??s,0? ，即?800,0?。

②按r＝C情况，求对应的极限应力幅

?ae?，极限平均应力?me?和极限应力?max?;

?m??max??min2280???80???100MPa2 ?280???80??180MPa2

?a??max??min2所以工作点M处应力坐标

??m,?a?即是?100,180?

从图中可测量出，

?me'?142.49MPa，?ae'?256.48MPa，

?max'??ae'??me'?398.97MPa

③按r＝C情况，计算此零件在该危险剖面上的安全系数

S?。

S???max'398.97??1.42?max280

按教材中的公式计算：(说明：教材中所有公式都是通过直线方程推导出来的，没有必要强迫自己记住那些复杂的公式。理解了等寿命简化曲线图的意义，在图上直接标出有关数

值更方便一些。)

??e?12??1??012?440?800????0.06K??01.66800

??1e???1K??440?265.06MPa1.66

'?ae???1e?a265.06?180??256.51MPa?a??m?σe180?100?0.06 ??1e?m256.06?100??137.67MPa?a??m?σe180?100?0.06

'?me?''??????394.18MPa max'aeme此时，

S??或

?max'394.18??1.41?max280

???2??1??0?0?2?440?800?0.1800

S??

??1440??1.42K??a????m1.66?180?0.1?100

第四章 摩擦、磨损及润滑概述

(1)何谓摩擦、磨损和润滑，它们之间的相互关系如何?

互相接触的两个物体在外力的作用发生相对滑动或有相对滑动的趋势时，在两物体的接触表面就会产生抵抗滑动的阻力，这种现象称为“摩擦”。

物体在摩擦过程中必然有能量损耗和摩擦表面物质的丧失或迁移，这种现象称为“磨损”。

改善摩擦副的摩擦状态以降低摩擦阻力减缓磨损的技术措施称为“润滑”。

(2)摩擦对哪些机械零件的工作性能、寿命是不利的?哪些机械零件是靠摩擦来工作的?试举例说明。

摩擦对大多数零件的工作性能、寿命是不利的，如链传动、齿轮传动等。 带传动、汽车及拖拉机的制动器等靠摩擦来工作。

(3)按摩擦副的运动状态或按摩擦副表面的润滑情况，摩擦可分为哪几种? 干摩擦、边界摩擦、流体摩擦、混合摩擦

(4)机械零件的典型磨损过程分为哪几个阶段(试以磨损量与工作时间的关系曲线说明之)?作为机械设计各应如何对待?

(5)磨损可分为哪几种类型？你能各举一、二例来说明吗？ 粘附磨损：齿轮胶合 磨粒磨损：开式齿轮 疲劳磨损：齿轮的点蚀 冲蚀磨损：涡轮机的叶片

腐蚀磨损：泵、阀等过流部件管道内壁面 微动磨损：铆钉的工作面磨损

(6)减少磨损的一般方法有哪些? 1） 合理选择配对使用摩擦副的材料； 2） 确定零件表面合理的粗糙度和硬度值； 3） 使用润滑剂，实现液体润滑或混合润滑； 4） 以滚动接触代替滑动接触；

5） 通过零件表面强化、表面涂层提高其耐磨性。

(7)润滑的目的和功用是什么? 1.降低摩擦，减小磨损 2.保护零件不被锈蚀 3.散热降温

(8)按照润滑剂的物理状态和按照润滑将二个摩擦表面而隔开的情况，润滑可分成哪几种类型，各有何特点？

油润滑 脂润滑

第五章 螺纹连接和螺旋传动

一、选择与填空题 1． A _B_ C__ 2．_ C _A___A _ C 说明：自锁：???。两者数值越接近，自锁性能越差；数值相差越大，自锁性能越好。

??螺纹传动效率：??tg?/tg(???)。增大，增大；

牙型角?与当量摩擦系数大。

增大，减小。

?f?间的关系是：

ff??cos(?/2)。当?增大，

f?增大，

?增

3．__B__。 4．_ 90_％ _螺纹根部_ 5．_C_ 6． D 7. C 8. B 9. A 10. A

11. B 12. A 二、分析与思考题

1．[见P60页表5-1。联接螺纹要求自锁性较好，强度高；传动螺纹要求传动效率高。] 2．[螺纹联接在冲击、振动或变载作用下，或当温度变化较大时，螺旋副间的摩擦力可能减小或瞬时消失，或由于螺纹联接件和被联接件的材料发生蠕变和应力松驰等，会使联接中的预紧力和摩擦力逐渐减小，导致联接松动，甚至松开。防松例子见P68表5-3]

3．[P70。普通螺栓联接：对受拉螺栓，其主要破坏形式是螺栓杆螺纹部分发生断裂，因而其设计准则是保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度；对于受剪螺栓，其主要破坏形式是螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断，其设计准则是保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度，其中联接的挤压强度对联接的可靠性起决定性作用。铰制孔用螺栓用抗剪切来承受外载荷，螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压；在联接接合面处，螺栓杆则受剪切。因此，应分别按挤压及剪切强度条件来计算。]

4．紧螺栓靠预紧力产生的摩擦力来抵抗横向载荷，在抵抗横向载荷过程中，外载荷可能发生变化，但预紧力不会发生变化，因此螺栓上的应力为静应力。[P85降低螺栓疲劳强度的应力幅。非对称循环变应力]

5．[P83。根据螺母的性能等级不应低于与之相配螺栓的性能等级这一要求，螺母可选用9级。小数点前的数字代表材料的抗拉强度极限的1/100(

?B/100)，小数点后的数字代表

材料的屈服极限（

?S或?0.2）与抗拉强度极限（?B）之比值的10倍（10?S/?B）

。]

6．[P84。不控制预紧力的普通螺栓联接，其安全系数大小与螺栓直径有关，其安全系数S随螺纹直径增大而减小，因为尺寸小的螺栓在拧紧时容易产生过载，故采用加大安全系数的方法来弥补可能产生的过载。]

7．[P85-86。紧螺栓所受工作拉力在0～F间变化，则螺栓所受总拉力将在变动。在保持预紧力小总拉力力

F0?F2之间

F0不变的情况下，减小螺栓刚度Cb或增大被联接件刚度Cm都可以减

F2的变动范围，从而提高了螺栓联接的疲劳强度。但在此种情况下引起残余预紧

F1减小，从而降低了联接的紧密性。]

8．[P86。为了减小螺栓的刚度，可适当增加螺栓的长度，或采用腰状杆螺栓和空心螺

栓。为了增大被联接件的刚度，可以不用垫片或采用刚度较大的垫片。

对于需要保持紧密性的联接，从增大被联接件的刚度来看，可以采用刚度较大的金属垫片或密封环较好。]

9．[P86。实验证明，约有1/3的载荷集中在第一圈上，第八圈以后的螺纹牙几乎不承受载荷。因此，采用螺纹牙圈数过多的加厚螺母，并不能提高联接的强度。

为了改善螺纹牙上的载荷分布，常采用悬置螺母，减小螺栓旋合段本来受力较大的几圈螺纹牙的受力面或采用钢丝螺套。]

10．[伸出一只手，竖起大拇指，另外四指握拳，指尖指向旋转的方向，而拇指要指向螺旋的前进方向。如果与伸出的左手可以相符，称为左旋，与右手相符则称为右旋。另一个方法是，在旋转体生长或运动的一端，从垂直轴向看，顺时针旋转的为左旋；反之，逆时针旋转的为右旋。

砂轮主轴螺纹的旋向：紧固砂轮或砂轮卡盘的砂轮主轴端部螺纹的旋向必须与砂轮工作时旋转方向相反[这样可以保证在螺母在旋转的过程中所产生的轴向力是将螺母旋紧]。砂轮机轴转动一般为右旋，所以两端固定砂轮用的螺纹为左旋。]

11．[自锁：???。两者数值越接近，自锁性能越差；数值相差越大，自锁性能越好。

????螺纹传动效率：??tg?/tg(???)。增大，增大；增大，减小。

牙型角?与当量摩擦系数

f?间的关系是：

ff??cos(?/2)。当?增大，

f?增大，

三角螺纹牙型角大（一般为60°），矩形螺纹（=0°）和梯形螺纹牙型角较小。] 12．[P92。滑动螺旋的主要失效形式是螺纹磨损。其基本尺寸是根据耐磨性条件确定的。] 13．[P91。滑动螺旋结构简单，便于制造，易于自锁，但其主要缺点是摩擦阻力大，传动效率低，磨损快，传动精度低等。滚动螺旋摩擦阻力小，传动效率高，但结构复杂。]

14．[P70。螺栓的其他部分是根据等强度条件及使用经验规定的，通常都不需要进行强度计算。]

15.

16. 螺栓应进行耐磨性计算和强度计算，同时还要进行自锁验算与稳定性校核。对于螺母的螺纹牙要进行剪切强度校核，对其凸缘要进行挤压和弯曲强度的校核。

17. 螺旋传动中，设计螺纹直径一般按抗拉、扭强度来进行初步设计。实际上，螺纹副的磨损是比较主要的失效形式。帮要进行螺母（比螺杆的材料要弱）螺纹的压强校核。限制p≤[p]主要是利用此耐磨条件性计算未考虑磨损的影响。

三、计算题：

1．解：⑴找出承受最大工作剪力的螺栓。

4个螺栓在园周上均匀分布，故承受工作剪力相等，设为F。则有，

?3?3F?T/2r?T/100?10?1000/100?10?10000N， 2 F?T/4r?T/2D?630/2?130?10 ⑵求出螺栓性能参数 螺栓的性能等级为8.8，所以

?3?2423N

?B?800MPa，?S/?B?0.8，?S?640MPa

查P84表5-10，取

S??2.5，SP?2.5，所以

[?]?

?SS??640?256MPa2.5 ?800?320MPa2.5

[?P]?

?BSP ⑶校核螺栓的挤压强度

?P? [说明,

F2423??10.35MPad0?Lmin(13?10?3)?(18?10?3)

d0不能取12mm，因为铰制孔用螺栓螺纹部分比光孔略小。

Lmin也不能取20mm，见P76图5-18]

因为

?P?[?P]，所以螺栓的挤压强度合格

⑷校核螺栓的剪切强度

??F?4?2d04?2423?18.26MPa?323.14?(13?10)

因为??[?]，所以螺栓的剪切强度合格。 综上所述，该螺栓组合用。

2．解：将力F平移到各结合面中心，得扭转力矩M?F?L?0.3F(N?m)

设各方案中在力F作用产生的剪切力为对方案1

F1，扭转力矩M作用下产生的剪切力为F2。

F1?F/3

2?F2?a?M?F2?2.5F

很显然，第3个螺栓受力最大，最大力

FMAX?F/3?2.5F?2.833F

对方案2

F1?F/3

2?F2?a?M?F2?2.5F

很显然，1、3两个螺栓所受力相等，均为最大值，其最大值对方案3

FMAX?F12?F22?2.522F

F1?F/3

3?F2?a?M?F2?

5F3

综上所述，方案3较好。

3．解：⑴

A将力P向结合面形心简化得到集中载荷P及转矩

T?P?(200?100/2)?4000?250?10?3?1000N?m。

B在集中载荷P的作用下，各螺栓承受的横向载荷

F1?P/2?4000/2?2000N

C在转矩T的作用下，各螺栓承受的横向载荷

2F2?r?T，

F2?T/2r?T/100?10?3?1000/100?10?3?10000N

D找出螺栓组中承受最大工作剪力的螺栓，如图所示：

很显然，螺栓2承受的工作剪切力比较大，最大工作剪力

F?F1?F2?2000?10000?12000N

E按剪切强度确定螺纹小径

??F?4?[?]20?d，

d0?4F4?12000??12.69mm?[?]3.14?95?106

F按挤压强度确定螺纹小径

?P?F?[?P]L?d0，

d0?F12000??5.33mm?36L[?P]15?10?150?10

综上所述，取光孔直径为13mm，螺纹为M12。

⑵若改用普通螺栓，螺栓2受力最大，此时是依靠结合面间产生的摩擦力来抵抗外载荷F，

f?F0?Ks?F

F0?Ks?F/f?1.2?12000/0.2?72KN

??1.3F0??[?]

4d125.2F05.2?72?103d1???31.52mm??[?]3.14?120?106

即，如果选用普通螺栓，其小径必须大于31.52mm。

4．解：⑴求螺栓预紧力

F0

fF0iz?KsF，

F0?Ks?F1.2?F??1.5Ff?i?z0.2?2?2

⑵螺栓承受的拉应力

???1.3F04?d12?[?]，

综合以上两式得

[?]??1.3F04?d12?1.3?1.5F?4?d12

tan?3?Ft2d3?22/cos?3tan?1?3tan?1??tan?1Ft3d22?53/cos?1

3?2266sin?1??sin12?50?19???0.138352?53106

得 即当

sin?3??3?7?57?9??时，轴II上所受的轴向力相互抵

消。

54．某输送带由电机通过三级减速传动系统来驱动，减速装置有：二级斜齿圆柱齿轮传动、滚子链传动、V带传动。试分析如题7-67图所示传动布置方案的不合理之处，简单说明错误原因，画出正确的传动方案布置图。

1）V带传动比较适合高速传动，而不适合低速传动，应布置在高速级；

2）链传动不适合高速传动，而适合低速传动，应布置在低速级；

3）齿轮减速器的输入和输出端设计不合理，应在齿轮远离轴承的一侧输入、输出。

4）减速器中斜齿轮的旋向选择不合理，中间轴的两个齿轮的旋向应该相同，使其所受轴向力方向相反。

5）链传动的松紧边布置不合理。应紧边在上，松边在下。

55．锥齿轮接触疲劳强度按当量圆柱齿轮公式计算，当量齿轮的齿数、模数是锥齿轮的 B 。

A．实际齿数，大端模数 C．当量齿数，大端模数

B．当量齿数，平均模数 D．实际齿数，平均模数

56．锥齿轮的弯曲疲劳强度计算是按 D 上齿形相同的当量圆柱齿轮进行的。 A．大端分度圆锥

B．大端背锥 D．齿宽中点处背锥

C．齿宽中点处分度圆锥

57. 图示一圆锥——圆柱齿轮减速器，功率由I轴输出，不计摩擦损失。已知直齿锥齿轮 Z1?20,Z2?50,m?5mm,齿宽b?40mm;斜齿轮圆柱齿轮传动Z3?23,Z4?92,mn?6mm。

试求Ⅱ轴上轴承所受轴向力为零时斜齿轮的螺旋角β，并作出齿轮各啮合点处作用力的方向

解：由题意当Fa3?Fa2时，此时?轴上轴承所受轴向力为零。 Fa3?Ft3tan???2?2?Tcos?T?sin??tan??m?z33?23

tan

Z2?2.5则?2?68.2?,?1?90???2?21.8?Z1

?R?bR1(5?20)2?(5?50)2?134.62R?r12?r22??R?40?0.297134.6

Fa2?Ft2?tan??sin?2?2T?tan20??sin21.8?5?20?1?0.5??R?

令Fa2?Fa3则有

T?sin?2T??tan20??sin21.8?3?235?20?1?0.5?0.297?,则??12.7? sin??0.21909

58. 在进行齿轮的结构设计中，当圆柱齿轮的键槽底部到齿根圆的距离e满足 当锥齿轮满足

时，均应将齿轮和轴做成齿轮轴。

时；

59. 齿轮传动的润滑方式主要根据齿轮的 圆周速度 选择。

1?7.5kW,n1?1450rmin,z1?26,z2?54，60. 设计铣床中的一对圆柱齿轮传动，已知Ph，小齿轮相对其轴的支承为不对称布置。 寿命Lh?12000[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

KT1u?1?ZE??d1t?2.323????Φdu??σH???2

Kt?1.5

②计算小齿轮传递的力矩

595.5?105P95.5?10?7.51T1???49397N?mmn11450

③小齿轮作不对称布置，查表10-7，选取

Φd?1.0

12④由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE?189.8MPa

⑤由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1?600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限σHlim2?550MPa。

u?⑥齿数比

z254??2.08z126

⑦计算应力循环次数

9N?60njL?60?1450?1?12000?1.044?1011h

N11.044?109N2???0.502?109u2.08

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1%，安全系数S?1

KHN1?0.98,KHN2?1.0

?σH?1?KHN1σHlim1?0.98?600?588MPa?σH?2

2）计算

S1 Kσ1.03?550?HN2Hlim2??566.5MPaS1

①计算小齿轮分度圆直径

d1t，代入?σH?中较小值

KT1u?1?ZE?1.5?493972.08?1?189.8?3?d1t?2.323????2.32?????53.577mm??Φdu??σH??12.08?566.5?22

②计算圆周速度ν

ν?

?d1tn13.14?53.577?1450??4.066ms60?100060?1000

③计算尺宽b

b?Φdd1t?1?53.577?53.577mm

b④计算尺宽与齿高之比h

mt?

d1t53.577??2.061mmz126

h?2.25mt?2.25?2.061?4.636mm

b53.577??11.56h4.636

⑤计算载荷系数

K?1.2 根据ν?4.066ms，7级精度，查图10-8得动载荷系数v 直齿轮，

KH??KF??1

由表10-2查得使用系数KA?1.25 由表10-4用插值法查得

KHβ?1.420

b?11.56K?1.420K?1.37h 由，Hβ，查图10-13得Fβ

故载荷系数

K?KAKvKH?KH??1.25?1.2?1?1.420?2.13

⑥按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径

d1?d1t3

K2.13?53.577?3?60.22Kt1.5

⑦计算模数m

m?

d160.22??2.32mmz126

取m?2.5 ⑧几何尺寸计算

1?2.5?26?65mm 分度圆直径：d1?mz d2?mz2?2.5?54?135mm

a? 中心距： 确定尺宽：

d1?d265?135??100mm22

2KTu?1?2.5ZE??b?21????u??σH??d1?22?2.13?493972.08?1?2.5?189.8???????51.74mm22.08566.565??

圆整后取b2?52mm,b1?57mm。 （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σFE1?500MPa；大齿轮的弯曲疲劳强度极限σFE2?380MPa。 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S?1.4

2KFN1?0.89,KFN2?0.93。

?σF?1?KFN1σFE1?0.89?500?317.86MPaSS

④计算载荷系数

?σF?2?KFN2σFE21.4 0.93?500??252.43MPa1.4

K?KAK?KF?KF??1.25?1.2?1?1.37?2.055

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

YFa1?2.6

YFa2?2.304

YSa1?1.595YSa2?1.712σF? 根据弯曲强度条件公式

2KT1YFYS??σF?bd1maa进行校核

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