机械设计习题解答.docx

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机械设计习题解答

《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；

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230MPa，“450”代表最小抗拉强度为450MPa。

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235MPa。

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

得：

当N=5×104时，

﹥σs=550MPa，已发生塑性变形，因此认为该点处于应变疲劳区，所以取σ-1N=σs=550MPa；

N=5×105时，

，所以取σ-1N=452MPa；

N=5×107时，

<σ-1N=350MPa，所以取σ-1N=350MPa（或N﹥Nо,处于无限寿命阶段）

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。

（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。

题5－24

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

八章

题8-22

一V带传动传递的功率p=7.5KW，带速v=10m/s，测得紧边拉力是松边拉力的两倍，即F1=2F2，试求紧边拉力F1、有效拉力Fe和预紧力F0。

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）

九章

题9－18

有一链传动，小链轮主动，转速n1=900r/min，齿数z1=25，z2=75。

现因工作要求，拟将大齿轮的转速降低到n2≈250r/min，链条长度不变，试问：

⑴若从动轮齿数不变，应将主动轮齿数减小到多少？

此时链条所能传递的功率有何变化？

⑵若主动轮齿数不变，应将从动轮齿数增大到多少？

此时链条所能传递的功率有何变化？

题9－21

设计一输送装置用的链传动。

已知传动的功率P=16.8KW，主动轮转速n1=960r/min，传动比i=3.5，原动机为电动机，工作载荷冲击较大，中心距a≤800mm，水平布置。

（答案略）

十章

题10－7

一对正确啮合的渐开线标准齿轮作减速传动时，如两齿轮的材料、热处理及齿面硬度相同，则齿根弯曲应力___。

（1）σF1>σF2

（2）σF1=σF2（3）σF1<σF2

答：

（1）

题10－20

一对圆柱齿轮传动,大、小齿轮齿面接触应力是否相等?

如大、小齿轮的材料及热处理情况相同，则其许用接触应力是否相等?

题10－25

两级展开式齿轮减速器如图所示。

已知主动轮1为左旋，转向n1如图所示，为使中间轴上两齿轮所受轴向力互相抵消一部分，试在图中标出各齿轮的螺旋线方向，并在各齿轮分离体的啮合点处标出齿轮的轴向力Fa、径向力Fr和圆周力Ft的方向。

题10－34

一直齿圆柱齿轮传动，已知Z1=20，Z2=60，m=4mm，B1=45mm，B2=40mm，齿轮材料为锻钢，许用接触应力[σH]1=500Mpa,[σH]2=430Mpa，许用弯曲应力

[σF]1=340Mpa,[σF]2=280Mpa,弯曲载荷系数K=1.85，接触载荷系数K=1.4，求大齿轮所能传递的扭矩T2（不计功率损失）

十一章

题11-17

图示为简单手动起重装置。

若按图示方向转动蜗杆，提升重物G，试确定：

　　1）蜗杆和蜗轮齿的旋向；

　　2）蜗轮所受作用力的方向（画出）；

　　3）当提升重物或降下重物时,蜗轮齿面是单侧受载还是双侧受载。

题11-25

试设计轻纺机械中的一单级蜗杆减速器，传递功率P1=8.5kW,主动轴转速n1=1460r/min,传动比i=20,载荷平稳,单向工作,长期连续运转,润滑情况良好,工作寿命Lh=15000h。

（答案略）

十二章

题12－21

对已设计好的液体动力润滑径向滑动轴承，试分析在仅改动下列参数之一时，将如何影响该轴承的承载能力。

（1）转速由n=500r/min改为n=700r/min；

（2）宽径比B/d由1.0改为0.8；

（3）润滑油由采用46号全损耗系统用油改为68号全损耗系统用油；

（4）轴承孔表面粗糙度由Rz=6.3µm改为Rz=3.2µm。

12-21答

（1）由公式：

，转速增加，角速度增加，故承载能力提高；

（2）由公式：

，B/d下降，Cp下降，承载能力下降。

（3）由公式：

上升，承载能力上升。

（4）粗糙度增加，会导致轴承温升增加，粘度下降，承载能力下降。

题12－22

在设计液体润滑轴承时，当出现下列情况之一后，可考虑采取什么改进措施（对每种情况提出两种改进措施）?

（1）当hmin<[h]时；

（2）当条件p<[p]，v<[v],pv<[pv]不满足时；

（3）当计算入口温度ti偏低时。

12-22答：

（1）

方案1：

设法增加hmin，增加

，

，故可以加大D，或减少d；

方案2：

设法减少[h],即减少表面粗糙度

（2）方案1：

从结构着手，增加B（增加d虽可以使p降低，但却引起v增加）

方案2：

从材料着手，采用需用值大的材料

（3）主要是控制温升

方案1：

加大间隙；

方案2：

降低粗糙度

题12－26

起重机卷筒轴采用两个不完全液体润滑径向滑动轴承支承，已知每个轴承上的径向载荷F=100kN，轴径d=90mm，转速n=90r/min。

拟采用整体式轴瓦，试设计此轴承，并选择润滑剂牌号。

12-26答

解：

1.选取轴承宽径比

选取宽径比为1。

2.计算轴承宽度

B=（B/d）*d=90mm

3.计算轴颈圆周速度

4.计算轴承工作压力

5.选择轴瓦材料

查表12-2，在保证

的条件下，选材为ZCuSn10P1

6.初估润滑油动力粘度

-1/3/107/6

0.06Pa·s

7.计算相应得运动粘度

取润滑油密度

=900Kg/m3由式4-4得

=

106=66.6cSt

8.选定平均温度

现取平均温度tm=50oC

9.选牌号

参定表4-1，选牌号为L-An68

十三章

题13-2

若一滚动轴承的基本额定寿命为537000转，则该轴承所受的当量动载荷基本额定动载荷。

（1）大于

（2）等于（3）小于

13-2答：

（1）大于

题13-23

如图所示，轴上装有一斜齿元柱齿轮，轴支承在一对装的7209AC轴承上。

齿轮轮齿上受到圆周力Fte=8100N，径向力Fre=3052N,轴向力Fae=2170N,转速n=300r/min，载荷系数ƒp=1.2。

试计算两轴承的基本寿命（以小时计）。

（想一想：

若两轴承反装，轴承的基本额定寿命将有何变化？

）

（答案略）

十五章

题15－15

图示为一台二级圆锥－圆柱齿轮减速器简图输入轴由左端看为逆时针转动。

已知

，

，

，

，

，

，

，

，

，

，

，

。

试画出输入轴的计算简图，计算轴的支承反力，画出轴的弯矩图和扭矩图，并将计算结果标在图中。

题15－15图

题15－19

试指出图示斜齿圆柱齿轮轴系中的错误结构，并画出正确结构图。

题15－19图