机械零件的强度

1、机械零件的强度第一篇总论第三章机械零件的强度3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限b -i=180MPa 取循环基数 N)=5 106, m=9 试 求循环次数N分别为7000, 2500, 620000 次是时的有限寿命弯曲疲劳极限。3-2已知材料的力学性能为b s=260MPa b -i=170MPaw b =0.2，试绘制此材料的简化极 限应力线图(参看图3-3中的A D' G C)。3-3 一圆轴的轴肩尺寸为： D=72mm d=62mm r=3mm材料为 40CrNi，其强度极限 b B=900MPa屈服极限b S=750MPa试计算轴 肩的弯曲有效应力集中系数k。3-4圆轴轴肩

2、处的尺寸为：D=54mm d=45mrpr=3mm如用题3-2中的材料，设其强度极 限b B=420MPa试绘制此零件的简化极限应 力线图。3-5如题3-4中危险截面上的平均应力b n=20MPa应力幅b a=900MPa试分别按：a) r=C; b) b n=C,求出该截面的计算安全系 数Sa。第五章螺纹联接和螺旋传动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。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？5-3分析活塞式空气压缩机气缸盖联接螺栓在 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

3、高时，它的最大应力、最小应力将如何 变化？5-4图5-49所示的底板螺栓组联接受外力 F的 作用。外力F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？保 证联接安全工作的必要条件有哪些？5-5图5-50是由两块边板和一块承重板焊成的 龙门起重机导轨托架。两块边板各用4个螺栓与立柱相联接，托架所承受的最大载 荷为20kN，载荷有较大的变动。试问：此 螺栓联接采用普通螺栓联接还是铰制孔用 螺栓联接为宜？为什么？5-6已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机 架相联接。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

4、荷作用。现有如图5-51所示的 两种螺栓布置型式，设采用铰制孔用螺栓 联接，试问哪一种布置型式所用的螺栓直 径较小？为什么？»)b)图5-51螺栓前两冲布賈型武5-7图5-52所示为一拉杆螺栓联接。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。IS 5-52牠杆磔纹联接5-8两块金属板用两个M12的普通螺栓联接。 若结合面的摩擦系数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

5、向工作载荷 F=10000N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=01Mpa，缸盖与缸 体均为钢制，直径Di=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 ）的螺栓和螺母的主要尺寸。起重量为4O00ON，起重 高度为200mm，材料自选。第六章键、花键、无键联接和销联接6- 1为什么采用两个平键时，一般布置在沿周向相隔180啲位置；采用两个楔键时，相隔 90120 ;而采用两个半圆键时，却布置 在轴的同一母线上？6- 2胀套串联使用时，为何

6、要引入额定载荷系数 m?为什么Z1型胀套和Z2型胀套的额定 载荷系有明显的差别？6-3在一直径d=80mm的轴端，安装一钢制直齿 圆柱齿轮（图6-26）,轮毂宽度L' =1.5d, 工作时有轻微冲击。试确定平键联接的尺 寸，并计算其允许传递的最大转矩。轴端璨联捲设计圈6-27锥联接设计6-4图6-27所示的凸缘半联轴器及圆柱齿轮，分 别用键与联轴器的低速轴相联接。试选择 两处键的类型及尺寸，并校核其联接强度。 已知：轴的材料为45钢，传递的转矩T=1000N m，齿轮用锻钢制成，半联轴器 用灰铸铁制成，工作时有轻微冲击。6-5图6-28所示的灰铸铁V带轮，安装在直径 d=45mm,带轮

7、的基准直径 dd=250mm，工 作时的有效拉力F=2 kN，轮毂宽度L' =65mm，工作时有轻微振动。设采用钩头 楔键联接，试选择该楔键的尺寸，并校核 联接的强度6-29花龍麻播设计图6-2S楔掘联播设悴6-6图6-29所示为变速箱中的双联滑移齿轮，传 递的额定功率P=4kW，转速n=250r/min。 齿轮在空载下移动，工作情况良好。试选 择花键类型和尺寸，并校核联接的强度。图6-30平键联接与半圖犍联接对比6-7图6-30所示为套筒式联轴器，分别用平键及 半圆键与两轴相联接。已知：轴径 d=38mm，联轴器材料为灰铸铁，外径 Di=90mm。试分别计算两种联接允许传递 的转矩，

8、并比较其优缺点。第七章铆接、焊接、铰接和过盈联接7- 1现有图7-26所示的焊接接头，被焊件材料均为 Q235 钢，b=170mm， bi=80mm，=12mm，承受静载荷F=0.4MN，设采用E4303号焊条手工焊接，试校核该接头的 强度。图7-26单盖板对接悍接接头图7-27组合媾轮7-27-37-4上题的接头如承受变载荷Fmax=0.4MN ,Fmin=0.2MN，其它条件不变，接头强度能 否满足要求？试设计图7-10所示的不对称侧面角焊缝，已知被焊件材料均为Q235钢，角钢尺寸为100 100 10 （单位为mm，截面形心c到 两边外侧的距离zo=a=28.4mm用E4303号 焊条手

9、工焊接，焊缝腰长k= =10mm静载 荷 F=0.35MN现有45钢制的实心轴与套筒采用过盈联 接，轴径d=80mm套筒外径d2=120mm配 合长度l=80mm，材料的屈服极限（T s=360MPa配合面上的摩擦系数f=0.085，轴与孔配合表面的粗糙度分别为1.6及3.2，传递的转矩T=1600Nm试设计此过 盈联接。7- 5图7-27所示的铸锡磷青铜蜗轮轮圈与铸铁轮芯采用过盈联接，所选用的标准配合为 H8/t7，配合表面粗糙度均为3.2，设联接 零件本身的强度足够，试求此联接允许传 递的最大转矩（摩擦系数f=0.10 ）。第三篇机械传动第八章 带传动8- 1 V带传动的ni=1450r/

10、MIN，带与带轮的当量摩擦系数fv=0.51，包角1=180，预紧力 Fo=360N。试问：（1）该传动所能传递的最 大有效拉力为多少？ （ 2）若dd1=100mm， 其传递的最大转矩为多少？ （ 3）若传动效 率为0.95，弹性滑动忽略不计，从动轮输 出功率为若干？8-2 V 带传 动传递 的功率 P=7.5kW，带速 v=10m/s,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Fo。8-3已知一窄 V 带传动的n1=1450r/min，n2=400r/min , ddi=180mm , 中心距 a=1600mm,窄V带为SPA型，根数z=2, 工作

11、时有振动，一天运转16h（即两班制）， 试求带能传递的功率。8- 4有一带式输送装置，其异步电动机与齿轮减速器之间用普通V带传动，电动机功率P=7kW，转速ni=960r/min，减速器输入轴的 转速n2=330r/min，允许误差为-5%，运输装置工作时有轻度冲击，两班制工作，试 设计此带传动。第九章 链传动9- 1如图9-17所示链传动的布置形式，小链轮为主动轮，中心距a=（ 3050） p。它在图a、 b所示布置中应按哪个方向回转才算合 理？两轮轴线布置在同一铅垂面内（图 c） 有什么缺点？应采取什么措施？ . ba厂I、图 9-179-2某链传动传递的功率P=1 kW，主动链轮转 速

12、ni=48r/min ,从动链轮转速 n2=14r/min , 载荷平稳，定期人工润滑，试设计此链传 动。9-3已知 主动链轮转速ni=850r/min，齿数 zi=21，从动链轮齿数Z2=99，中心距 a=900mm，滚子链极限拉伸载荷为 55.6kN，工作情况系数Ka=1，试求链条所 能传递的功率。9- 4选择并验算一输送装置用的传动链。已知链传动传递的功率P=7.5kW，主动链轮的转 速ni=960r/min，传动比i=3，工作情况系 数Ka=1.5，中心距a< 650mm（可以调节）。第十章齿轮传动10- 1试分析图10-47所示的齿轮传动各齿轮所受的力（用受力图表示出各力的作用

13、位置及方向)R3 10-47齿轮传动力分折10-2如图10-48所示的齿轮传动，齿轮A、B和C的材料都是中碳钢调质，其硬度：齿轮A为240HBS，齿轮B为260HBS，齿轮C为220HBS，试确定齿轮B的许用接触应力6h和许用弯曲应力(T f。假定：(1) 齿轮B为“惰轮”(中间轮)，齿轮A为主 动轮，齿轮C为从动轮，设Kfn= Khn=1;(2) 齿轮B为主动轮，齿轮A和齿轮C均为从动轮，设 Kfn= Khn=1 ;图10-48齿轮传动许用应力分析10- 3对于作双向传动的齿轮来说，它的齿面接 触应力和齿根弯曲应力各属于什么循环特 性？在作强度计算时应怎样考虑？10- 4齿轮的精度等级与齿轮

14、的选材及热处理方 法有什么关系？10- 5要提高齿轮的抗弯疲劳强度和齿面抗点蚀 能力有哪些可能的措施10- 6设计铣床中的一对圆柱齿轮传动，已知Pi=7.5kW， n1=1450r/min， Z1=26，Z2=54, 寿命Lh=12000h，小齿轮相对其轴的支承 为不对称布置，并画出大齿轮的结构图。10-7某齿轮减速器的斜齿圆柱齿轮传动，已知 n1=750r/min，两轮的齿数为 Z1=24, Z2=108, B =9o22'， mn=6mm， b=160mm，8 级 精度，小齿轮材料为38SiMnMo （调质）， 大齿轮材料为45钢（调质），寿命20年（设 每年300工作日），每日两

15、班制，小齿轮相 对其轴的支承为对称布置，试计算该齿轮 传动所能传递的功率。10-8设计小型航空发动机中的一对斜齿圆柱齿轮传动，已知 P1=130kW，n1=11640r/min， Z1=23，Z2=73，寿命Lh=100h，小齿轮作悬臂布置，使用系数Ka=1 .2510-9设计用于螺旋输送机的闭式直齿锥齿轮传动，轴夹角刀=90o,传递功率Pi=1.8kW， 转速ni=250r/min，齿数比u=2.3，两班制 工作，寿命10年（每年按300天计算）， 小齿轮作悬臂布置。第十一章蜗杆传动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

16、向。II -2S躬軒传动卡一槎条（用于拉靈护内純盘ns魁动机图11 -27加慈炉拉料机传动简圈11-2图11-27所示为热处理车间所用的可控气 氛加热炉拉料机传动简图。已知：蜗轮传 递的转矩T2=405 N m，蜗杆减速器的传动比“2=20,蜗杆转速n1=480r/min，传动较平稳，冲击不大。工作时间为每天8h，要 求工作寿命为5年（每年按300工作日计）， 试设计该蜗杆传动。11- 3设计用于带式输送机的普通圆柱蜗杆传 动，传递功率 Pi=5.0kW， ni=960r/min， 传动比i=23，由电动机驱动，载荷平稳。蜗杆材料为 20Cr，渗碳淬火，硬度 > 58HRC。蜗轮材料为Z

17、CuSnIOPI,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）。11- 4设计一起重设备用的蜗杆传动，载荷有中 等冲击，蜗杆轴由电动机驱动，传递的额 定功率 P1=10.3kW ， m=1460r/min ， n2=120r/min间歇工作,平均约为每日2h， 要求工作寿命为10年（每年按300工作日 计）。11- 5试设计轻纺机械中的一单级蜗杆减速器 ，传 递功率 P=8.5kW， 主动轴转速 n1=1460r/min，传动比i=20，工作载荷稳 定，单向工作，长期连续运转，润滑情况 良好，要求工作寿命为15000h。11- 6试设计某钻机用的单级圆弧

18、圆柱蜗杆减速 器。已知蜗轮轴上的转矩 T2=10600N m，蜗杆转速 ni=910r/min ,蜗轮转速n2=18r/min，断续工作，有轻微振动，有 效工作时数为3000h。第四篇轴系零、部件第十二章滑动轴承12- 1某不完全液体润滑径向滑动轴承，已知：轴径直径d=2O0mm,轴承宽度 B=20Omm, 轴 颈转速n=300r/min，轴瓦 材料为ZCuAI10Fe3，试问它可以承受的最大径向 载荷是多少？12- 2已知一起重机卷筒的径向滑动轴承所承受 的载荷F=100000N，轴颈直径d=90mm， 轴的转速n=9r/min，轴承材料采用铸造青 铜，试设计此轴承（采用不完全液体润滑）。1

19、2- 3某对开式径向滑动轴承，已知径向载荷F=35000N，轴颈直径 d=100mm，轴承宽 度 B=100mm，轴颈转速 n=1000r/min。选 用L-AN32全损耗系统用油，设平均温度 tm=50C,轴承的相对间隙e =0.001,轴颈、 轴瓦表面粗糙度分别为Rz1=1.6um，Rz2=3.2um，试校验此轴承能实现液体动压润滑12- 4设计一发电机转子的液体动压径向滑动轴承。已知：载 荷F=50000N，轴颈直径 d=150mm，转速 n=10OOr/min，工作情况 稳定。第十三章滚动轴承13- 1试说明下列各轴承的内径有多大？哪个轴承公差等级最高？哪个允许的极限转速最 高？哪个承

20、受径向载荷能力最高？哪个不 能承受径向载荷？N307/P46207/P23020751307/P613- 2欲对一批同型号滚动轴承作寿命实验。若 同时投入50个轴承进行试验，按其基本额 定动载荷值加载，试验机主轴转速 n=2000r/min。若预计该批轴承为正品，则 试验进行8小时20分钟，应约有几个轴承 已失效。13-3某深沟球轴承需在径向载荷Fr=7150N作用下，以n=1800r/min的转速工作3800h。 试求此轴承应有的基本额定动载荷 C。13- 4 一农用水泵，决定选用深沟球轴承，轴颈直径d=35mm,转速n=2900r/min,已知径 向载荷Fr=1810N,轴向载荷Fa=74

21、0N，预期计算寿命Lh' =6000h,试选择轴承的型 号。13- 5根据工作条件，决定在轴的两端选用 =25 的两个角接触球轴承，如图13-13b所示正 装。轴颈直径 d=35mm，工作中有中等冲 击，转速n=1800r/min，已知两轴承的径向 载荷分别为Fri =3390N，Fr2=1040N，外加 轴向载荷Fae=870N，作用方向指向轴承1, 试确定其工作寿命。13-6若将图13-34a中的两轴承换为圆锥滚子轴 承，代号为30207。其它条件同例题13-2, 试验算轴承的寿命。13- 7某轴的一端支点上原采用6308轴承，其工作可靠度为90%，现需将该支点轴承在寿 命不降低的

22、条件下将工作可靠度提高到 99%，试确定可能用来替换的轴承型号。第十四章联轴器和离合器14- 1某电动机与油泵之间用弹性套柱销联轴器联接，功率 P=4 kW，转速n=960r/min， 轴伸直径d=32mm，试决定该联轴器的型 号（只要求与电动机轴伸联接的半联轴器 满足直径要求）。14- 2某离心式水泵采用弹性柱销联轴器联接， 原动机为电动机，传递功率 38 kW，转速 为3O0r/min，联轴器两端联接轴径均为 50mm，试选择该联轴器的型号。若原动机 改为活塞式内燃机时，又应如何选择其联 轴器？14-3 一机床主传动换向机构中采用如图14-20所示的多盘摩擦离合器，已知主动摩擦盘5 片，从动摩擦盘4片，结合面内径Di=60mm ，夕卜径 D2=110mm， 功率 P=4.4kW，转速n=1214r/min，摩擦盘材料 为淬火钢对淬火钢，试求需要多大的轴向 力F ？14-4图14-23a所示的剪切销安全联轴器，传递 转矩Tmax=650N m，销钉直径d=6mm，销 钉材料用45钢正火，销钉中心所在圆的直 径 Dm=100mm，销钉数 z=2。若取t =0.7 （T B,试求此联轴器在载荷超过多大时方能体现其安全作用第十五章轴15- 1若轴的强度