机械设计习题解答

1、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12 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。14 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

2、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23 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

3、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。28 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。29 指出下列材料的种类，并说明代号中符号及数字的含义：HT150，ZG230450，65Mn,45,Q235,40Cr,20CrMnTi,ZCuSn10Pb5。答：

4、HT150为黑色金属，“HT”代表灰铸铁，“150”代表最小抗拉强度为150MPa。ZG230450为黑色金属，“ZG”代表铸钢，“230450”中“230”代表最小屈服强度为230 MPa，“450”代表最小抗拉强度为450 MPa。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235 MPa。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。20CrM

5、nTi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318 某材料的对称循环弯曲疲劳极限-1=350MPa，屈服极限s=550MPa，强度极限=750MPa，循环基数N=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，s=550MPa，已

6、发生塑性变形，因此认为该点处于应变疲劳区，所以取-1N =s=550MPa；N=5×105时，所以取-1N =452MPa；N=5×107时，<-1N=350MPa，所以取-1N =350MPa（或NN,处于无限寿命阶段）五章题520 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522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。（

7、解答见PPT习题，移植成word文档）题523 图示凸缘联轴器（GB/T58431986）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/T271988），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524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616 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

8、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

9、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918 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n2250r/min，链条长度不变，试问：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？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921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a800mm，水平布置。 （答案略）十章题107 一对正确啮合

10、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）F1>F2 （2）F1 =F2 （3）F1 <F2答：（1）题1020 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1025 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1034 一直齿圆柱齿轮传动，已知Z1=20，Z2=60，m=4mm，

11、B1=45mm，B2=40mm，齿轮材料为锻钢，许用接触应力H1=500Mpa, H2=430Mpa， 许用弯曲应力F1=340Mpa, F2=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

12、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1221 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）

13、 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1222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1226

14、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 -1/3/107/60.06 Pa·s 7.计算相应得运动粘度 取润滑油密度=900 Kg/m3 由式4-4得 =106 =66.6 cSt 8.选定平均温度 现取平均温度tm=50 oC 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=3