机械设计习题解答.docx

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机械设计习题解答

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；

　　3、没有答案的部分，请将答案做出

　　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，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。

　　1

　　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，“65”代表含碳量为　　％，“Mn”为加入合金元素。

45为黑色金属，“45”代表含碳量为％。

Q235为黑色金属，“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,“40”代表含碳量为　　％，“Cr”代表加入的合金元素。

20CrMnTi为黑色金属，“20”代表含碳量为％，“Cr”“Mn”“Ti”为加入的合金元素。

　　ZCuSn10Pb5为有色金属，“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％、％。

　　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：

公式1N19N0得：

NN0583Mpa﹥σs=550MPa，已发生塑性变形，因此认为该点处于N当N=5×104时，1N19应变疲劳区，所以取σ-1N=σs=550MPa；

　　N=5×105时，1N19N0452Mpa，所以取σ-1N=452MPa；NN0271Mpa<σ-1N=350MPa，所以取σ-1N=350MPa

　　五章

　　题5－20如图所示，两根梁用8个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=，控制预紧力，试确定所需螺栓的直径。

　　2

　　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。

　　题5－23z8z4图示凸缘联轴器的型号为YLD10，允许传递的最大转矩T=630N·m，两半联轴d110mm器采用4个M12的铰制孔螺栓联接，螺栓规格为M12×60，螺栓的性能等级为级，d联轴器材料为HT200，试校核其联接强度。

　　［］d1160π4F5—225—23解：

1．计算单个螺栓的工作剪力2T2630103F2423NzD41302F0fzi987221

　　2．确定许用应力联轴器的材料为铸铁HT200，B200MPa，设联轴器工作时受变载荷，查表5-10，取Sp3。

螺栓的性能等级为级，s640MPa，查表5-10，取S5，许用应力20XX40[p]B；　　s128MPaSp3S53．验算连接强度查手册，铰制孔用螺栓GB/T27-88M12×60，光杆部分的直径d013mm，光杆部分的长度为60－22＝38mm，因此连接处的最小挤压高度Lmin18mm，公式，接合面的挤压应力F2423p[p]d0Lmin1318公式，螺栓杆的剪切应力4F424232d0132满足强度条件。

5—24解：

题5－24

　　Cb

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

　　CbCm的螺栓所受的力各为多少？

哪个方案较好？

　　3

　　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。

　　ml18022158mml13022/25114mm

　　2．许用挤压应力[p]110MPa错误，应当为[P]40MPa。

6—16解：

1．确定联轴器处键的类型和尺寸选A型平键，根据轴径d70mm，查表6-1得键的截面尺寸为：

b20mm，h12mm，取键长L110mm，键的标记为：

键20×110GB/T1096-20XX。

2．校核连接强度联轴器的材料为铸铁，查表6-2，取[p]55MPa，k126mm，lLb，挤压应力1102090mm，公式20XXT20XX1000[p]kld69070p满足强度条件。

3．确定齿轮处键的类型和尺寸。

选A型平键，根据轴径d90mm，查表6-1得键的截面尺寸为：

b25mm，h14mm，取键长L80mm，键的标记为：

键25×80GB/T1096-20XX。

4．校核连接强度齿轮和轴的材料均为钢，查表6-2，取[p]110MPa，k147mm，lLb，挤压应力802555mm，公式p20XXT20XX1000[p]kld75590满足强度条件。

　　八章

　　题8-22

　　TFedd/21500250/2m一V带传动传递的功率p=，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。

　　d45mmb14mmh9mmL70mm

　　[p]55MPa4

　　fLh70961mmp120XXT120XX[p]bl（b6fd）1461（14645）KLP0P0Pca（P0P0）K取z4，型号为A型。

8—22解：

公式，带传动的有效拉力Fe1000750Nv10公式，有效拉力FeF1F22F2F2F2。

因此，带的松边拉力和紧边拉力分别为F2Fe750N；F12F21500N公式，带的初拉力F011（F1F2）（1500750）1125N22

　　题8-23

　　现设计一带式输送机的传动部分，该传动部分普通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。

　　8—23

　　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？

　　9－18答：

1、从动轮齿数不变，则主动小链轮齿数变为z1＝zz/i12z2n2/n175250/900　　取z1＝21。

小链轮的齿数从25减少到21，齿数系数Kz增大，根据公式，在相同的计算功率Pca的情况下，链传动所能传递的功率P下降。

2、主动轮齿数不变，则从动大链轮齿数变为z2＝z1/i12z1n1/n225900/25090大链轮的齿数从75增加到90，其他参数不变，公式可知，在相同的计算功率Pca的情况下，链传动所能传递的功率P不变。

　　题9－21

　　nz96021设计一输送装置用的链传动。

已知传动的功率P=，主动轮转速n1=960r/min，传动比i=，z111≤800mm330，水平布置。

原动机为电动机，工作载荷冲击较大，中心距

　　z2612azz2zz12pLp001

（2）p22a0十章

　　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Lp136Kz

　　2600216161600n1960r/minp

　　Pca

　　题15－15图

　　11

　　d1d02d2（d0d12）1（d3）85d01（753）100%ò100%752（852）752空心轴比实心轴减轻重量%。

15—15解：

1．计算小锥齿轮轴的支反力120FNHA60Ft10；120FNHB180Ft10；Ma1Fa1dm1/2120FNVA60Fr1Ma10；120FNVB180Fr1Ma10解得：

FNHA2500N，FNHB7500N，FNVA507N，FNVB2197N，Ma1。

2．计算小锥齿轮轴的弯矩和扭矩MHB120FNHA120（2500）-MVB120FNVA120（570）-22MBMHBMVB3000002608402TFt1dm1120500022题解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

　　12

　　题解15—18图15—19答：

①处两轴承应当正装；②处应有间隙并加密封圈；③处应有轴肩；④处键不能伸入盖端，轴的伸出部分应加长；⑤处齿轮不能保证夹紧；⑥处应有轴肩定位；⑦处应加调整片；⑧处套筒直径应减小，以便拆轴承。

改正图从略。

题解15—19图

　　13

　　《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；

　　3、没有答案的部分，请将答案做出

　　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，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。

　　1

　　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，“65”代表含碳量为　　％，“Mn”为加入合金元素。

45为黑色金属，“45”代表含碳量为％。

Q235为黑色金属，“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,“40”代表含碳量为　　％，“Cr”代表加入的合金元素。

20CrMnTi为黑色金属，“20”代表含碳量为％，“Cr”“Mn”“Ti”为加入的合金元素。

　　ZCuSn10Pb5为有色金属，“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％、％。

　　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：

公式1N19N0得：

NN0583Mpa﹥σs=550MPa，已发生塑性变形，因此认为该点处于N当N=5×104时，1N19应变疲劳区，所以取σ-1N=σs=550MPa；

　　N=5×105时，1N19N0452Mpa，所以取σ-1N=452MPa；NN0271Mpa<σ-1N=350MPa，所以取σ-1N=350MPa

　　五章

　　题5－20如图所示，两根梁用8个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=，控制预紧力，试确定所需螺栓的直径。

　　2

　　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。

　　题5－23z8z4图示凸缘联轴器的型号为YLD10，允许传递的最大转矩T=630N·m，两半联轴d110mm器采用4个M12的铰制孔螺栓联接，螺栓规格为M12×60，螺栓的性能等级为级，d联轴器材料为HT200，试校核其联接强度。

　　［］d1160π4F5—225—23解：

1．计算单个螺栓的工作剪力2T2630103F2423NzD41302F0fzi987221

　　2．确定许用应力联轴器的材料为铸铁HT200，B200MPa，设联轴器工作时受变载荷，查表5-10，取Sp3。

螺栓的性能等级为级，s640MPa，查表5-10，取S5，许用应力20XX40[p]B；　　s128MPaSp3S53．验算连接强度查手册，铰制孔用螺栓GB/T27-88M12×60，光杆部分的直径d013mm，光杆部分的长度为60－22＝38mm，因此连接处的最小挤压高度Lmin18mm，公式，接合面的挤压应力F2423p[p]d0Lmin1318公式，螺栓杆的剪切应力4F424232d0132满足强度条件。

5—24解：

题5－24

　　Cb

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

　　CbCm的螺栓所受的力各为多少？

哪个方案较好？

　　3

　　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。

　　ml18022158mml13022/25114mm

　　2．许用挤压应力[p]110MPa错误，应当为[P]40MPa。

6—16解：

1．确定联轴器处键的类型和尺寸选A型平键，根据轴径d70mm，查表6-1得键的截面尺寸为：

b20mm，h12mm，取键长L110mm，键的标记为：

键20×110GB/T1096-20XX。

2．校核连接强度联轴器的材料为铸铁，查表6-2，取[p]55MPa，k126mm，lLb，挤压应力1102090mm，公式20XXT20XX1000[p]kld69070p满足强度条件。

3．确定齿轮处键的类型和尺寸。

选A型平键，根据轴径d90mm，查表6-1得键的截面尺寸为：

b25mm，h14mm，取键长L80mm，键的标记为：

键25×80GB/T1096-20XX。

4．校核连接强度齿轮和轴的材料均为钢，查表6-2，取[p]110MPa，k147mm，lLb，挤压应力802555mm，公式p20XXT20XX1000[p]kld75590满足强度条件。

　　八章

　　题8-22

　　TFedd/21500250/2m一V带传动传递的功率p=，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。

　　d45mmb14mmh9mmL70mm

　　[p]55MPa4

　　fLh70961mmp120XXT120XX[p]bl（b6fd）1461（14645）KLP0P0Pca（P0P0）K取z4，型号为A型。

8—22解：

公式，带传动的有效拉力Fe1000750Nv10公式，有效拉力FeF1F22F2F2F2。

因此，带的松边拉力和紧边拉力分别为F2Fe750N；F12F21500N公式，带的初拉力F011（F1F2）（1500750）1125N22

　　题8-23

　　现设计一带式输送机的传动部分，该传动部分普通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。

　　8—23

　　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？

　　9－18答：

1、从动轮齿数不变，则主动小链轮齿数变为z1＝zz/i12z2n2/n175250/900　　取z1＝21。

小链轮的齿数从25减少到21，齿数系数Kz增大，根据公式，在相同的计算功率Pca的情况下，链传动所能传递的功率P下降。

2、主动轮齿数不变，则从动大链轮齿数变为z2＝z1/i12z1n1/n225900/25090大链轮的齿数从75增加到90，其他参数不变，公式可知，在相同的计算功率Pca的情况下，链传动所能传递的功率P不变。

　　题9－21

　　nz96021设计一输送装置用的链传动。

已知传动的功率P=，主动轮转速n1=960r/min，传动比i=，z111≤800mm330，水平布置。

原动机为电动机，工作载荷冲击较大，中心距

　　z2612azz2zz12pLp001

（2）p22a0十章

　　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Lp136Kz

　　2600216161600n1960r/minp

　　Pca