机械设计基础课后习题答案（第五版）

机械设计基础课后习题答案（第五版）（完整版）

机械设计基础（第五版）课后习题答案（完整版）

高等教育出版社

杨可竺、程光蕴、李仲生主编

9-1答退火：将钢加热到一定温度，并保温到一定时间后，随炉缓

慢冷却的热处理方法。主要用来消除内应力、降低硬度，便于切削。

正火：将钢加热到一定温度，保温一定时间后，空冷或风冷的热

处理方法。可消除内应力，降低硬度，便于切削加工；对一般零件，

也可作为最终热处理，提高材料的机械性能。

淬火：将钢加热到一定温度，保温一定时间后，浸入到淬火介质

中快速冷却的热处理方法。可提高材料的硬度和耐磨性，但存在很大

的内应力，脆性也相应增加。淬火后一般需回火。淬火还可提高其抗

腐蚀性。调质：淬火后加高温回火的热处理方法。可获得强度、硬度、

塑性、韧性等均较好的综合力学性能，广泛应用于较为重要的零件设

计中。

表面淬火：迅速将零件表面加热到淬火温度后立即喷水冷却，使

工件表层淬火的热处理方法。主要用于中碳钢或中碳合金钢，以提高

表层硬度和耐磨性，同时疲劳强度和冲击韧性都有所提高。

渗碳淬火：将工件放入渗碳介质中加热，并保温一定时间，使介

质中的碳渗入到钢件中的热处理方法。适合于低碳钢或低碳合金钢，

可提高表层硬度和耐磨性，而仍保留芯部的韧性和高塑性。

9-2

解见下表

%•235MPa

9-3解查教材表9-1,Q235的屈服极限

一■21516mm7

查手册GB706-88标准，14号热轧工字钢的截面面积则拉断E寸所

所的最小拉力为

F-ff.X-235x21516-5.05xl0sX

af-355MPa

9-4解查教材表9-1,45钢的屈服极限

许用应力

M=F(fl+M2)=Fx(65+50/2)=907

把夹紧力向截面中心转化，则有拉力和弯距

16x50•梵Oei

截面面积

斯=史・回丝・66&嫡状相

抗弯截面模量

£占（二.&1）皿5

a.

AW'snnA的67

则最大夹紧力

应力分布图如图所示

图9.3题9-4解图

4•t/-44-24-44-19

9-5解直手册，直手册退刀槽宽度，沟槽直径，过渡圆角

半径，尾部倒角设所用螺栓为标准六角头螺栓，对于的螺栓，最

4=

小中心距，螺栓轴线与箱壁的最小距离。

9-6解查手册，当圆轴时，平键的断面尺寸为且轴上键槽尺寸、轮

毂键槽尺寸。

图9.5题9-6解图

9-7解（1）取横梁作为示力体，当位于支承右侧处时

F「竽•笔生…刖

由得

尸/卬2+。_20-03网

EM「=0

由得

见=%=1467"

ER=0

由得

用■即-外-20-11S3

图9.9题9-8解图根据力的合成可知，挪钉1的载荷最大

&-#一+♦（号3%$班4行’

-芯47♦123385450）’♦（2羽+12.2345③-16.87JW

9-9解抑钉所受最大载荷

校核剪切强度

r-—-恬幻出，-332MPfl<[r]-115MPa

校核挤压强度

P1657x10’,.....

b.=一——«10n4MPa<r=240MPa

'MQvlS'〃

均合适。

解支承可用铸铁或铸钢其结构立体图

9-10HT200ZG270-500e

见图。

图9.10题9-10解图

支承的可能失效是回转副的磨损失效，或回转副孔所在横截面处

拉断失效。

9-11解(1)轮齿弯曲应力可看成是脉动循环变应力。

(2)大齿轮循环次数

X-5O0x60«i.-500x60x200x--1425xlO4

z,80

(3)对应于循环总次数的疲劳极限能提高

为.再■口二■⑶

提高了1.24倍。

9-12答由图5-1可见，惰轮4的轮齿是双侧受载。当惰轮转一周

时，轮齿任一侧齿根处的弯曲应力的变化

规律：未进入啮合，应力为零，这一侧进入啮合时，该侧齿根受

拉，并逐渐达到最大拉应力，然后退出啮

合，应力又变为零。接着另一侧进入啮合，该侧齿根受压，并逐

渐达到最大压应力，当退出啮合时，应力

又变为零。所以，惰轮4轮齿根部的弯曲应力是对称循环变应力。

9-13答在齿轮传动中，轮齿工作面上任一点所产生的接触应力都

是由零（该点未进入啮合）增加到一最

大值（该点啮合），然后又降低到零（该点退出啮合），故齿面

表面接触应力是脉动循环变应力。

9-14解（1）若支承可以自由移动时，轴的伸长量

A/・aArl-11xlO**•0165mm

（2）两支承都固定时，因轴的温升而加在支承上的压力

7-oA•tEA竽畤■嘴心所以邛

空

sl

_翳

露

-品

fnf

坦

第

居

前

等

9-15基孔制优先配合为....................

H7

76

K7

不

H1

—

、，试以基木尺寸为绘制其公差带图。

图9.13题9-15解图

9-16答(1)公差带图见题9-16解图。

(2)、均采用的是基轴制，主要是为了制造中减少加工孔用的刀

具品种。

图9.15题9-16解图

0

3s0

10-1证明当升角与当量摩擦角符合时,螺纹副具有自锁性。

当时，螺纹副的效率

广一^3-------SJL-.05-^<0J5

建砂力MUYS2

所以具有自锁性的螺纹副用于螺旋传动时，其效率必小于50%。

10-2解由教材表10-1、表10-2查得

4=18376M加

,粗牙，螺距，中径

p2J

w.—.arcrg_.2.48。

F14x18376

螺纹升角

，细牙，螺距，

4f,=d-l+0026=20-l+0026=19Q26mm

中径

w•a^ctg—■arcle---】'_.1.44°

6礼*3.14x19026

螺纹升角

对于相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹中，细牙螺纹的升角较

小，更易实现自锁。10-3解查教材表10-1得

粗牙螺距中径小径

螺纹升角

普通螺纹的牙侧角，螺纹间的摩擦系数

当量摩擦角

拧紧力矩

由公式可得预紧力

拉应力

查教材表9-1得35钢的屈服极限

拧紧所产生的拉应力已远远超过了材料的屈服极限，螺栓将损坏。

10-4解（1）升角

当量摩擦角

工作台稳定上升时的效率:

(2)稳定上升时加于螺杆上的力矩

(3)螺杆的转速

螺杆的功率

(4)因，该梯形螺旋副不具有自锁性，欲使工作台在载荷作用下

等速下降，需制动装置。其制动力矩为

10-5解查教材表9-1得Q235的屈服极限，

查教材表10-6得，当控制预紧力时,取安全系数

由许用应力

查教材表10-1得的小径

由公式得

预紧力

由题图可知，噱钉个数，取可靠性系数

牵曳力

10-6解此联接是利用旋转中间零件使两端螺杆受到拉伸，故螺杆受

到拉扭组合变形。

道教材表9-1得,拉杆材料Q275的屈服极限,

取安全系数，拉杆材料的许用应力

所需拉杆最小直径

查教材表10-1,选用螺纹（）。

10-7解查教材表9-1得，螺栓35钢的屈服极限,

查教材表10-6、10-7得螺栓的许用应力

查教材表10-1得，的小径

螺栓所能承受的最大预紧力

所需的螺栓预紧拉力

则施加于杠杆端部作用力的最大值

10-8解在横向工作载荷作用下，螺栓杆与孔壁之间无间隙，螺栓

杆和被联接件接触表面受到挤压；在联接接合面处螺栓杆则受剪切。

假设螺栓杆与孔壁表面上的压力分布是均匀的，且这种联接的预

紧力很小，可不考虑预

紧力和螺纹摩擦力矩的影响。

挤压强度验算公式为：

其中；为螺栓杆直径。

螺栓杆的剪切强度验算公式

其中表示接合面数，本图中接合面数。

10-9解（1）确定螺栓的长度

由教材图10-9a）得：螺栓螺纹伸出长度

螺栓螺纹预留长度

查手册选取六角薄螺母GB6172-86，厚度为

垫圈GB93-8716,厚度为

则所需螺栓长度

查手册中螺栓系列长度，可取螺栓长度

螺栓所需螺纹长度，取螺栓螺纹长度

(2)单个螺栓所受横向载荷

(3)螺栓材料的许用应力

由表9-1查得被联接件HT250的强度吸限

查表10-6取安全系数

被联接件许用挤压应力

查教材表9-1得螺栓35钢的屈服极限,

查表10-6得螺栓的许用剪切应力

螺栓的许用挤压应力

(4)校核强度

查手册，六角头较制孔用螺栓GB28-88，其光杆直径

螺栓的剪切强度

最小接触长度：

挤压强度

所用螺栓合适。

10-10解(1)每个螺栓所允许的预紧力

查教材表9-1得45钢的屈服极限,

查教材表10-6、10・7得，当不能严格控制预紧力时，碳素钢取安

全系数

由许用应力

查教材表10-1得的小径

由公式得

预紧力

(2)每个螺栓所能承担的横向力

由题图可知，取可靠性系数

横向力

(4)螺栓所需承担的横向力

(5)螺栓的个数

取偶数。在直径为155的圆周上布局14个的普通螺栓，结构位置

不允许。10-11解(1)初选螺柱个数

(2)每个螺柱的工作载荷

(3)螺柱联接有紧密性要求，取残余预紧力

(4)螺柱总拉力

(5)确定螺柱直径

选取螺柱材料为45钢,查表9-1得屈报极限,

查教材表10-6得，当不能严格控制预紧力时，暂时取安全系数

许用应力

螺栓小径

查教材表10-1,取螺栓()，由教材表10-7可知取安全系数是

合适的。

(6)确定螺柱分布圆直径

由题10-11图可得

取。

(7)验证螺柱间距

所选螺柱的个数和螺柱的直径均合适。

10-12解(1)在力作用下，托架不应滑移，设可靠性系数，接合

面数，此时每个螺栓所需的预紧力

(2)在翻转力矩作用下，此时结合面不应出现缝隙。托架有绕螺

栓组形心轴线0-0翻转的趋势，上

边两个螺栓被拉伸，每个螺栓的轴向拉力增大了，下边两个螺栓

被放松，每个螺栓的轴向力减小了

,则有力的平衡关系，故可得

为使上边两个螺栓处结合面间不出现缝隙，也即残余预紧力刚为

零，则所需预紧