发布时间 : 星期一 文章机械设计课后习习题答案 - 图文更新完毕开始阅读4adec7e0e97101f69e3143323968011ca200f7d2
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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σ?1?180MPa，取循环基数N0?5?106，m?9，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] σ?1N1?σ?196N05?10?180?9?373.6MPa N17?1033-2已知材料的力学性能为σs?260MPa，σ?1?170MPa，Φσ?0.2，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。 [解] A'(0,170) C(26,00) 得D'(283.33,283.33)，即D'(141.67,141.67) 22 根据点A'(0,170)，C(260,0)，D'(141.67,141.67)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。 r3D54??1.2，??0.067，查附表3-2，插值得?σ?1.88，查附图3-1得qσ?0.78，d45d45将所查值代入公式，即 [解] 因查附图3-2，得εσ?0.75；按精车加工工艺，查附图3-4，得βσ?0.91，已知βq?1，则 根据A?0,72.34?,C?260,0?,D?141.67,60.29?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σm?20MPa，应力幅σa?20MPa，试分别按①r?C②
σm?C，求出该截面的计算安全系数Sca。 [解] 由题3-4可知σ-1?170MPa,σs?260MPa,Φσ?0.2,Kσ?2.35 （1）r?C 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）σm?C
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
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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 螺纹类特点 应用 型 普通螺牙形为等力三角形，牙型角60o，内外螺纹旋合后留一般联接多用粗牙螺纹，细牙螺纹 有径向间隙，外螺纹牙根允许有较大的圆角，以减少纹常用于细小零件、薄壁管件或应力留集中。同一公称直径按螺距大小，分为粗牙和受冲击、振动和变载荷的连接中，细牙。细牙螺纹升角小，自锁性较好，搞剪强度高，也可作为微调机构的调整螺纹用 但因牙细在耐磨，容易滑扣 管螺纹 牙型为等腰三角形，牙型管联接用细牙普通螺纹 薄壁管件 角55o，内外螺纹旋合后无非螺纹密封的55o圆柱管管接关、旋塞、阀门及其他附件 径向间隙，牙顶有较大的螺纹 圆角 用螺纹密封的55o圆锥管管子、管接关、旋塞、阀门及其螺纹 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 梯形螺牙型为等腰梯形，牙侧角3o，内外螺纹以锥面巾紧最常用的传动螺纹 纹 不易松动，工艺较好，牙根强度高，对中性好 锯齿形牙型不为等腰梯形，工作面的牙侧角3o，非工作面只能用于单向受力的螺纹联接或螺纹 的牙侧角30o。外螺纹牙根有较大的圆角，以减少应螺旋传动，如螺旋压力机 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 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[?] 欢迎阅读
由螺栓材料Q215，性能等级8.8，查表5-8，可知[σs]?640MPa，查表5-10，可知
[S?]?3.5~5.0
（2）螺栓组受到剪力F和力矩（T?FL），设剪力F分在各个螺栓上的力为Fi，转矩T分在各个螺栓上的分力为Fj，各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离为r,即
150?752mm
2cos45?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？ r?[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Fi，转矩T分在各个螺栓上的分力为Fj （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Fmax?Fi?Fj?10?20?30kN （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。已知拉杆所受的载荷F=56KN,载荷稳定，拉杆材料为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，故取教材式（5-45）得
，根据
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 欢迎阅读
?
，所以上式可简化为
但对中小尺寸的螺杆，可认为
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（5-50）得螺纹牙危险截面的剪切应力为
满足要求
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,这里取30MPa,由教材式