濮良贵机械设计第九版课后习题答案

1、第三章机械零件的强度习题答案31某材料的对称循环弯曲疲劳极限7=180MPa,取循环基数N=5xK)6,加=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。解如=可知采用（d）布置形式所用的螺腕径较小5-10解 （1）确定螺栓数2和直径d,查教材5-5,螺栓间距珀Y 7化取丸二时取2二12,则螺栓闾距Q4Q =42嫁栓：E径 d=-t 0/6=92/6=15. 33盹 瑕 d=16iran. Q（2选择螺栓性能等级。选择螺栓性能等级为3 B级，查软材表5T提-% = SOOJfh.q, = MQMfa 卩 计算螺栓上的载荷，作用在气览上的最大压力巧

2、和单个螺栓上的工作载荷F分别为己F = = 7363127匚4“FF二二= 6136z取残余预紧力Fl=l. 5F,由教材公式Z（5-15）,螺栓的总载荷JF2=F1+F=2. 5F=2. 5呦 32153402许用应力。按不扌空制预紧力确定安全系数.査教材表5-1Q.取S现许用拉应力 er=玺=16D 廊“（5验算螺栓的鱼度。查手册，螺栓的大径dFirarM径dE3.235阿.取螺栓公稼长度1-70. 由教材公式579）,螺柱的计算应力血二二 = 1?2.7际Ya“4 1满足强度条件。蝮栓的标记为GB/T 5782-86M16x?0,数量旷12门第六章键、花键、无键连接和销连接习题答案6-3

3、在一直径t/ = 80mm的轴端，安装一钢制直齿圆柱齿轮（如下图），轮毂宽度L=1.5d,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。L解根据轴径d = 80mm,查表得所用键的剖面尺寸为b = 22mm h = 14mm 根据轮毂长度 L = 1.5x80=120mm取键的公称长度 L = 90mm键的标记键22 x 90GB1096 - 79键的工作长度为 / = L-Z? = 90-22 = 68mm键与轮毂键槽接触高度为k = = 7mm2根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，取许用挤压应力 = 110MPa根据普通平键连接的强度条件公式ap=-.a = ArAP =

4、 1.2x7 = 8.4kW（2）选择V带的带型根据&、由图8-11选用B型。（3）确定带轮的基准直径和 并验算带速v由表8-6和8-8,取主动轮的基准直径刃=180mni 验算带速卩V-叫 =60x1000= kx180x960_9Q43260x1000.5m/sv30m/；带速合适 计算从动轮的基准直径心(1-)= 180x960x(1-0.05)=彳5 讪（4）确定V带的中心距和基准长度厶孑由式07（右 + dd2）aQ 2（ddl +dd2）,初定中心距 a0 = 550mm o 计算带所需的基准长度厶do 2d。+ 弓（创 + 90故包角合适。（6）计算带的根数z 计算单根V带的额定

5、功率由（ldx = 180mm和 n, = 960 m/s ,查表 8-4a 得人严 3.25kW根据卩=960m/s,f = 2律= 2.9和B型带，查表得W=0.303kW 查表8-5得匕=0.914,表8-2得匕=1,于是片=（）+化）-k/k/ =（3.25+0.303）x0.914xl = 3.25kW 计算V带的根数zp 8.4Z = _=125 =258取3根。（7）计算单根V带的初拉力的最小值（凡）丽由表匕3得B型带的单位长度质量t7 = O18kg/m,所以X 船黑曙 2 20432 3N（8）计算压轴力F”, = 2z（佗）“曲 sin 虫=2 x 3 x 283x sin

6、 = 1628N 2 2（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P = lkW,主动链轮转速n1=48r/n1in ,从动链轮转速/iUr/nin ,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 =19 ,大链轮的齿数乙，=iz = Zi = xl9 =65n2 14（2）确定计算功率由表9-6查得心=1.0,由图9-13查得K：=1.52,单排链，则计算功率为8a = K.KP = 1.0xl.52xl = 1.52kW（3）选择链条型号和节距根据y = 1.52kW及耳=48r/min ,查图9-11,可选16A,查表9-1,链条节

7、足巨 p = 25.4mm（4）计算链节数和中心距初选中心讹巨勺=（3050） = （3050）x25.4 = 762 1270mm。取5=900mm,木日应的链长节数为厶2呱宁+P 290019 + 65=2x+25.42Z2Z2k )65 192k25.4x900114.3取链长节数5=114节。查表9-7得中心距计算系数/. =0.24457 ,则链传动的最大中心距为a =拆2厶 一（石 + z2）= 0.24457 x25.4x2xl 14 一（19 +65）卜895mm（5）计算链速I确定润滑方式心 0.386m/snxzp _ 48x19x25.4 亠60x1000一 60x100

8、0 由v = 0.386 m/s和链号16A,查图9-14可知应采用定期人工润滑。（6）计算压轴力巧有效圆周力为 F（. = 1000- = 1000x 259 INv0.386链轮水平布置时的压轴力系数 =1.15 ,则压轴力为 巧,a Kf,打=1.15 x 259 g 2980N9-3已知主动链轮转速=850r/nin ,齿数勺=21,从动链齿数=99,中心距 d = 900mm,滚子链极限拉伸载荷为55.6kN,工作情况系数心=1,试求链条所 能传递的功率。解由 =55.6kW,查表 9-1 得 p = 25.4mm ,链型号 16A根据 /? = 25.4mm, = 850 r/ n

9、in ,杳图 9-11 得额定功率 Pea = 35 kW由 =21 查图 9-13 得K: = 1.45且心P35 P = = 24.14kWKaKz 1x1.45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:主动补充题:如图(b),己知标准锥齿轮加=5,石=20, =50,欧=0.3,72 = 4x 105N-mm ,标准斜齿轮心=6，e = 24,若中间轴上两齿轮所受轴向力互相抵消，0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：27；27；FaJ = Ft2 tan a sin N

10、=-tan tzsin = =-tan a sin Ndm2-/（I -0.50 ）z2齿轮3的轴向力：F 严 F八 tan0 = tan0 = 込 tan0 = 2ZLsin/3忆3（cos厂丿巧2 =巧3心=20。込=7；一巧 tan a sin人=旦-sin 0 7(1-05棘)乙2-叫G即sin沁叱 加(1一0502. sin2 = 0 928 cos 2.323= 2.32 扌1.5x49397 2.08 + 1xx2.08189.8 566.5)=53.577mm 计算圆周速度V60x10003.14x53.577x145060x1000=4.066 m/s 计算尺宽方b =勺几=

11、1X 53.577 = 53.577 nun 计算尺宽与齿高之比匕hdt 53.577= = 2.061 nunZ 26h = 225勺=2.25 x 2.061 = 4.636 inmh _ 53.577A 4.636=11.56 计算载荷系数根据V = 4.066 m/s , 7级精度，查图10-8得动载荷系数Kv = 1.2直齿轮，Klla = KFa = 1由表10-2查得使用系数心=1.25由表10-4用插值法查得KHp = 1.420由 = 11.56, K0 = 1.42O,查图 10-13 得 K 少= 1.37故载荷系数K = K，K KaKp =1.25x1.2x1x1.4

12、20 =2.13 按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径计算模数川cL60.22rn =Z|=2.32 mm26取 m = 2.5几何尺寸计算分度圆直径：4 =陀=2.5 x 26 = 65 nm中心距：确定尺宽:厶= 2.5x54 = 135 nun+d?65 +135a = -!-=100mm2 2壮诰字引= 2x2.13x49397x2281x6522.08r 2.5 x189.8 Vi 566.5=51.74mm圆整后取 E = 52nm hx = 57nun o（3）按齿根弯曲疲劳强度校核 由图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限=500MPa ；大齿轮的 弯曲疲劳强度极限尬2 =

13、380MPa。 由图10-18取弯曲疲劳寿命心川=0.89,K刖2 =0.93。 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数5 = 1.4Kfn0fe = Oa x 500 = 3 7.86MPal S1.4=KfEfe2 =（）叱（）0 = 252.43MPaL L S1.4 计算载荷系数K = KK、KfuK 璋=1.25x1.2x1x1.37 = 2.055 查取齿形系数及应力校正系数由表 10-5 查得 K. =2.6 K =2.304rarel匕595 匚712 校核弯曲强度根据弯曲强度条件公式 亠半上引唧进行校核bdxni_ 2x2.055 x49397 x2 6xl 595 -99.

14、64MPa aF 52x65x2.5L 1x2.3x1.712 = 94.61 MPa 4.5(X 一605、24.5 + 1 12.47x189.8 丿（3）按弯曲强度计算2KY 计算载荷系数 K = KAKvKFaK = 1.25 x 1.22 x 1.4x 1.33 = 2.840 计算纵向重合度P = 0.3180忆 tan0 = 0.318 x 1.096 x 24 x tan922= 1.380 由图10-28查得螺旋角影响系数 勺=0.92 计算当量齿数_24cos0 (C0S9O22 丁= 24.99知一砂一(込9。22厂也3 查取齿形系数及应力校正系数,由表 10-5 查得

15、丫如=2.62YFa2 = 2.17心=1.591.80由图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限aFEl =520MPa :大齿轮的弯曲疲劳强度极限2 =430MPa o 由图10-18取弯曲疲劳寿命K加=0.88,K刖2 = 0.90。 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数5 = 1.4=K fn fe = 怒八2() = 305.o7MPa , S1.5=gg =()9)W = 258MPaL h S1.5305.07= 73.23 计算大、小齿轮的晃l,并加以比较k-L .= 2.17xl.80 = 66-052.62x1.59 由弯曲强度确定的最大转矩mm5 空如 电=1.09&

16、xl.63xl45.95r6 x 66 Q5 = 2885986.309N1 2KY YFYSa2x2.840x0.92（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 7； =1284464 .096 N9.55 xlO61284464.096x7509.55xl06= 100.87kW第十一章蜗杆传动习题答案11-1试分析图11-26所示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋方向及 蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向。解各轴的回转方向如下图所示，蜗轮2、4的轮齿螺旋线方向均为右旋。蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向如下图11-3设计用于带式输送机的普通圆柱蜗杆传动，传

17、递效率 =5.0kW,=960r/nin，传动比,=23 ,由电动机驱动，载荷平稳。蜗杆材料为20Cr, 渗碳淬火，硬度n58HRC。蜗轮材料为ZCuSnlOPl,金属模铸造。蜗杆减速器每 日工作8h,要求工作寿命为7年（每年按300工作日计）。解（1）选择蜗杆传动类型根据GB/T 10085-1988的推荐,釆用渐开线蜗杆(ZI)。(2) 按齿而接触疲劳强度进行设计 确定作用蜗轮上的转矩T2按勺=2，估取效率 =08,则7； = 9.55xl06 = 9.55xl06- = 9.55xI06x5x8 = 915208 N mn一牛 确定载荷系数K因工作载荷平稳，故取载荷分布不均匀系数Kp =

18、 ；由表115选取使用系数心=1；由于转速不高，无冲击，可取动载系数心=1.05,则K = KxKpKv =1x1x1.05 = 1.05 确定弹性影响系数乙蜗轮为铸锡磷青铜与钢蜗杆相配，故1Z=160MPa 确定接触系数Zp假设如= 0.35,从图11-18中可查得Zp = 2.9a 确定许用接触应力b由表11-7中查得蜗轮的基本许用应力加=268MPa应力循环系数N -60/1,jLh -60x96xlx（7x300x8）-4.21xl072 3寿命系数| IO7K”n；7 0.83554.21xl0?则an= KiWan = 0.8355 x 268 = 223.914MPa计算中心距1

19、.05x915208x160x2.9 丫223.914 丿=160.396nnn取中心距200mm,因, = 23,故从表11-2中取模数m = 8mm 蜗杆分度圆直径=80nm o此时牛=篇=0.4,从图11-18中查取接触系数 Z；=2.74,因为ZpZ因此以上计算结果可用。（3）蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 蜗杆蜗杆头数Z=2,轴向齿距化=切=8冗=25.133 ;直径系数彳= 10;齿顶 圆直径 da =+ 2h；ni = 96nun ;齿根圆直径 d八= 2（/?；加 + c）= 60.8mm ;分度圆导程角y = ll1836;蜗杆轴向齿厚S. =0.5神= 12.567mn。

20、蜗轮蜗轮齿数z2=47;变位系数x2 = -0.5验算传动比2至=学=23.5,此时传动比误差 = 2.17%,是允 石 223许的。蜗轮分度圆直径2 = 忆2 =8x47 = 376nin蜗轮喉圆直径 da2 =妁 + 2m（h： + 七）=376 + 2 x 8 x （1 - 0.5）= 384 m 蜗轮齿根圆直径= d2 - 2切2 =376-2x8x（1-0.5 + 0.2）= 364.8mm蜗轮咽喉母圆直径 僅=眾2 = 200-丄x 376 = 12mm2 2（4）校核齿根弯曲疲劳强度1.53K7； v1当量齿数scos3 y47cos3ll1536-= 49.85根据吃=-0.5

21、,02 =49.85，从图11-19中可查得齿形系数牟门=2.75 螺旋角系数岭=1-斋=1-罟二0.9192 许用弯曲应力=阳从表11-8中查得由ZCuSnlOPl制造的蜗轮的基木许用弯曲应力af=56MPa寿命系数g匸需66 = ppKfn =56x 0.66 = 36.958 MPa 校核齿根弯曲疲劳强度x 2.75 x 0.9192=15.445 1.53xl05x91520880x376x8弯曲强度是满足的。（5）验算效率=(095 096)tanytanb + cpj己知y = ll18*36n;由表13-5查得径向动载荷系数和轴向动载荷系数为对轴承1X, =1Yx =0对轴承 2

22、X2=0.41Y2 = 0.87因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13-6,取几=1.5,则R = jp(X片 + K巧J = 1.5X(1X3390 + 0 x 2305 .2)= 5085 NP2 = fp(X2Fr2 + 乙你2)= 15x(041 x 1040 + 0.87 x 1435 .2)=2512.536N（3）确定轴承寿命由于题目中没给岀在轴承的具体代号，这里假设选用7207AC,查轴承手册得基本额定载荷C = 29000N,因为片4，所以按轴承1的受力大小验算x60 x 1800(29000?= 1717.5h13-6若将图13-34a中的两轴承换为圆锥滚子轴承，代号为302

23、07。其他条件同例题13-2,试验算轴承的寿命。解（1）求两轴承受到的径向载荷巴和為将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂而（下图b）和水平面（下图a） 两个平而力系。其中：图c中的你为通过另加转矩而平移到指向轴线; 图a中的厲亦应通过另加弯矩而平移到作用于轴线上（上诉转化仔图 中均未画出）。由力分析可知:900 x 200-400 X L = 225.38N520F,x200-F x-F小=200 + 320g = F/e _ FrV =900-225.38 = 674.62N_F.=|22x2200 = 846.15NFr2li =你一耳H = 2200 -846.15 = 1353.85NF

24、rX= 7iv2 + Fr = a/225.382 + 846.152 = 875.65NFrl = J FjJ + 坊2=/674.622 + 1353.822 =1512.62N（2）求两轴承的计算轴向力心和巧2查手册的 30207 的0 = 0.37, 7 = 1.6, C = 54200N. Fdx=- =逻竺=273.64N2Y 2x1.6匕= 1 12.62 = 472.69N2Y 2x1.6两轴计算轴向力FaX = max 為，巧+ 巧2 = max 273.64,400 + 472.69 = 872.69 NFq = max Fd，巧】一巧 e= 0.3125 s由表13-5查

25、得径向动载荷系数和轴向动载荷系数为对轴承 1X. =0.4y, =1.6对轴承2 X2 = lK=o因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13-6,取几=1.5,则R+K巧 J=l.5x（0.4 x 875.65+ 1.6 x 872.69）=2619.846 NP2 =力（乂2行2 + 丫2巧2）=1 5x（1x1512 .62 + 0 x 472.69）= 2268.93N（4）确定轴承寿命因为片出，所以按轴承1的受力大小验算Lh =60/11 片X60x52054200 、2619.846 丿=283802342h 故所选轴承满足寿命要求。13-7某轴的一端支点上原采用6308轴承，其工作可靠

26、性为90%,现需将该支点轴承在寿命不降低的条件下将工作可靠性提高到99%,试确定可能用来替换的轴承型号。解查手册得6308轴承的基本额定动载荷C = 40800No查表139 得可靠性为90%时，少=1,可靠性为99%时,=0.210可靠性为90%时可靠性为99%时io%/, rcV60/? 7）10、160/z（40800）60/? P106x0.21f莎*7；106xl(40800、?_106x0.2160/7、P丿6033x23cos922= 9324inm2T_ 2x291805.56= 1706 57N厂2T2x291805 .56_、丫=-6259 .24N6心93.24341.9

27、8COS05 胆 3N5%COS 03Eg焙 “308.96NFa2 = F亡 tan 02 = 1706.57 x tan 1044= 323.49 N耳 3 =你 tan A = 6259.24 x tan922= 1032 47N（3）求轴上载荷作轴的空间受力分析，如图（a）o作垂直受力图、弯矩图，如图（b）oFnhaFSQCD = 6259240706.57砒=468054NAD310Fnhd = F2 + Fl3 + Fnha = 1706.57 + 6259.24 一 4680.54 = 3285 .27 N“朋=Fnha AB = 4680.54x100 = 468054 N nun = 468.05N mMlic =CD = 3285 .27x80 = 262821 .6N nm = 262.822N m作水平受力图.弯矩图，如图（Oo-略占+耳2学=AD93 24341 99一 2308.96 x 210 + 632.2 x 80 +1032.47 x 上二-+ 323.49 x =-1067