濮良贵机械设计第九版课后习题答案完整版.docx
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濮良贵机械设计第九版课后习题答案完整版
(Tl
180
朴N:
180
324.3MPa
180
95106
■■6.2105
227.0MPa
第三章机械零件的强度
习题答案
3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限厂180MPa,取循环基数No5106,m9,试求循环次数N分别为7000、25000、620000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。
373.6MPa
3-2已知材料的力学性能为os260MPa,厂170MPa,①。
0.2,试绘制此材料的
简化的等寿命寿命曲线。
[解]A'(0,170)C(260,0)
°0
C0
2012170
1①。
10.2
283.33MPa
得d'(283.332,283.332),即D'(141.67,141.67)
根据点A'(0,170),C(260,0),D'(141.67,141.67)按比例绘制该材料的极限应力图
如下图所示
3-4圆轴轴肩处的尺寸为:
D=72mm,d=62mm,r=3mm。
如用题3-2中的材料,
设其强度极限oB=420MPa,精车,弯曲,场=1,试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。
[解]因-541.2,-—0.067,查附表3-2,插值得1.88,查附图3-1d45d45
得q0.78,将所查值代入公式,即
k1qff110.781.8811.69
查附图3-2,得s0.75;按精车加工工艺,查附图3-4,得力0.91,已知陥1,则
(T
169丄!
0.750.91
1235
A0,170235,C260,0,D141.67,141.6%35
根据A0,72.34,C260,0,D141.67,60.29按比例绘出该零件的极限应力线图如下
A'Q12.3*)
p―__D'(141.67,60.29)
x
\■
0
(T0J6
3-5如题3-4中危险截面上的平均应力Om20MPa,应力幅Oa20MPa,试分别按
[解]由题3-4可知e170MPa,岳260MPa,①。
0.2,K2.35
tO,30.1
0〔20,0)
rr(141,67,60,29)
◎(260.0)处
(1)rC
工作应力点在疲劳强度区,根据变应力的循环特性不变公式,其计算安
全系数
Keoa①eem
170
2.35300.220
2.28
(2)
□mC
工作应力点在疲劳强度区,根据变应力的平均应力不变公式,其计算安
全系数
ca
170235201.81
2.353020
第五章螺纹连接和螺旋传动
习题答案
5-5图5-49是由两块边板和一块承重板焊接的龙门起重机导轨托架。
两块边板各用4个螺栓与立柱相连接,托架所承受的最大载荷为20kN,载荷有较大的变
动。
试问:
此螺栓连接采用普通螺栓连接还是铰制孔用螺栓连接为宜?
为什么?
Q215,若用M6X40铰孔用螺栓连接,已知螺栓机械性能等级为8.8,校核螺栓连接强度。
[解]采用铰制孔用螺栓连接为宜
因为托架所受的载荷有较大变动,铰制孔用螺栓连接能精确固定被连接件的相对位置,并能承受横向载荷,增强连接的可靠性和紧密性,以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移,而普通螺栓连接靠结合面产生的摩擦力矩来抵抗转矩,连接不牢靠。
(1)确定M6X40的许用切应力[]
由螺栓材料Q215,性能等级8.8,查表5-8,可知[切640MPa,查表5-10,可知[S]3.5~5.0
182.86~128MPa
[S]3.5~5.0
[碣]640
□S640
426.67MPa
(2)螺栓组受到剪力F和力矩(TFL),设剪力F分在各个螺栓上的力为
Fi,转矩T分在各个螺栓上的分力为Fj,各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离
为r,即r15075.、2mm
2cos45
11
Fi-F-202.5kN
883
厂FL20300103
Fj352kN
j8r875一2103
由图可知,螺栓最大受力
FJf?
maxi
Fj22FiFjcos9、2.52(5“2)222.552cos459.015kN
Fmax
9.015103
319[]
32
6103
4
op
铝1510—耳131.8[cTp]
d0Lmin610311.4103P
Fmax
故M6X40的剪切强度不满足要求,不可靠。
5-6已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相连接。
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的载荷作用。
现有如图5-50所示的两种螺栓布置形式,设采用铰制孔用螺栓连接,试问哪一种布置形式所用的螺栓直径最小?
为什么?
[解]螺栓组受到剪力F和转矩,设剪力F分在各个螺栓上的力为Fi,转矩T分在各个螺栓上的分力为Fj
(a)中各螺栓轴线到螺栓组中心的距离为r,即r=125mm
由(a)
图可知,
最左的螺栓受力最大FmaxFiFj
maxi
102030kN
(b)方案中
Fi^F16010kN
66
Fjmax
Mrmax
FLr
max
6
6
2
2
ri
ri
i1
i1
2
6025010:
等21252
2
125
1252
103
106
24.39kN
由(b)图可知,螺栓受力最大为
Fmax
22
pFFj2FiFjcos0
(24.39)2
21024.39
2
33.63kN
由d。
、4Fmax可知采用(a)布置形式所用的螺栓直径较小
-F
60
10kN
6
6
FL
60
250
103
6r
6
125
103
F
20kN
Fj
5-10
睥CD确定嫁栓数工和直任d,
查菽蒋s-&>蟒栓间距打y了孔眾忆二陆刖沪1乂则螺栓间距』
iQ■■9%m-
z
蛭崔直径d=W/t=y^/6=lb.i^oru革ctUmzn.-
(叮造择螺桂性箭等級*违择螺性性誌等級为8竹级,査穀林炭5_8强*
£jj=30。
脸民”碍=庁4。
丄也
⑶廿算螺梃上的裁荷,作用在气扛上的彖大压力耳利牟个螺栓上的工作载荷F分别珈
F»厂祚⑻N
’4*,
F
F二二=61扔W
z
苹濟余预紧力Pl=l.5F,由软甘必式£(弓-壽),螺栓的总栽荷』
F2=FirF=2.3F=2.外&1S21代加N「
⑷许用应力*按不担制预紧力确走安全系数・杳教材^5-10.取许用拉应力,[亦=¥=1紳必卄
(X脸昇娜柱的遢度。
查手册,爛±的大径d-1淀冲径dl-13.飙阪取弼桂公称长衷l-70m;n.出教材金式C5-L9X螺桂问\|算应力耳严二?
§■=:
I眨7财甩Y[b]4
满足強度爺带・螺栓前标记为GB/T5782-8^x70,量庄1£「
第六章键、花键、无键连接和销连接
习题答案
6-3在一直径d80mm的轴端,安装一钢制直齿圆柱齿轮(如下图),轮毂宽度
L1.5d,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。
[解]根据轴径d80mm,查表得所用键的剖面尺寸为b22mm,h14mm
根据轮毂长度L'1.5d1.580120mm
取键的公称长度L90mm
键的标记键2290GB1096-79
键的工作长度为ILb902268mm
键与轮毂键槽接触高度为kh7mm
2
根据齿轮材料为钢,载荷有轻微冲击,取许用挤压应力[%]110MPa
3
根据普通平键连接的强度条件公式
[勺]
kld
2T10
变形求得键连接传递的最大转矩为
max
kld[op]
2000
76880110
2000
2094Nm
第八章带传动
习题答案
8-1V带传动的m1450rmin,带与带轮的当量摩擦系数仁0.51,包角i180,初拉力F°360N。
试问:
(1)该传动所能传递的最大有效拉力为多少?
(2)若
dd1100mm,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,从动轮输出效率为多少?
1
0.51e
1
1
051
478.4N
e
1召
[解]1Fec2F0一23601—
efv1
-3
2TFe罟超423环mm
3P竝?
nFecAiddi?
n
i000i00060i000
478.4i4503.i4i00
1000
3.45k00060
8-2
V带传动传递效率
P7.5kW,带速vi0ms,紧边拉力是松边拉力的两倍,
即Fi
F2,
试求紧边拉力
Fi、有效拉力Fe和初拉力F0。
Fe
Fev
i000
i000Pi000
v
75
75750N
i0
Fe
Fi
F2且Fi2F2
Fi
2F,
27501500N
8-4
Fe
2
Fe750
—i500ii25N
22
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
Fi
F0
F0
Fi
0.95
n2
动机功率P=7kW,转速ni960rmin,减速器输入轴的转速n?
330rmin,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。
[解](i)确定计算功率Pca
由表8-7查得工作情况系数Kai.2,故
PcaKAPi.278.4kW
(2)选择V带的带型
根据巳a、ni,由图8-ii选用B型。
(3)确定带轮的基准直径dd,并验算带速v
①由表8-6和8-8,取主动轮的基准直径ddii80mm
2验算带速V
ddiE
i80960
60i00060i000
9.0432ms
5msv
带速合适
30ms
3计算从动轮的基准直径
dd2
18096010.05
330
497.45mm
(4)确定V带的中心距a和基准长度Ld
①由式0.7ddidd2a。
2ddidd2,初定中心距a。
550mm。
2计算带所需的基准长度
2a02dd1
dd2
dd2
dd1
4a°
500180
4550
2550—180500
2
2214mm
由表8-2选带的基准长度Ld2240mm
3实际中心距a
aa。
LdLd0
2
550
22402214
2
563mm
中心距的变化范围为550~630mm。
(5)验算小带轮上的包角a
57.357.3
a180dd2dd118050018014790
a563
故包角合适。
(6)计算带的根数z
1计算单根V带的额定功率Pr
由dd1180mm和m960ms,查表8-4a得P°3.25kW
根据n1960ms,i竺2.9和B型带,查表得F00.303kW
330
查表8-5得ka0.914,表8-2得kL1,于是
PrP0F0kakL(3.250.303)0.91413.25kW
2计算V带的根数z
Pea
8.4小c
z
P
2.58
3.25
(7)计算单根V带的初拉力的最小值
Fo
min
由表8-3得B型带的单位长度质量q018kgm,所以
F5002.5kaPea
F0min500
kaZV
qV500空0914空0.189.04322283N
0.91439.0432
(8)
计算压轴力
a
147
Fp2z卜0minSin2
3283sin
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P1kW,主动链轮转速n148rmin,从动链轮转速啓14rmin,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zi19,大链轮的齿数z2izi出zi481965
n214
(2)确定计算功率
由表9-6查得Ka1.0,由图9-13查得Kz1.52,单排链,则计算功率为
PeaKaKzP1.01.5211.52kW
(3)选择链条型号和节距
根据Pca1.52kW及n148rmin,查图9-11,可选16A,查表9-1,链条节
距p25.4mm
(4)计算链节数和中心距
初选中心距a。
(30~50)p
(30~50)25.4762~1270mm。
取a0900mm,相
应的链长节数为
2
Lp0
a0z1z2z2z1P
2—
p22a。
2
9001965651925.4
2114.3
25.422900
取链长节数Lp114节。
查表9-7得中心距计算系数f10.24457,则链传动的最大中心距为
af1p2Lpz1z20.2445725.421141965895mm
(5)计算链速v,确定润滑方式
mzip
v
601000
481925.4
601000
0.386ms
由V0.386ms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Fp
#>FP1
有效圆周力为Fe100010002591N
v0.386
链轮水平布置时的压轴力系数KFp1.15,则压轴力为
FpKFpFe1.1525912980N
9-3已知主动链轮转速n1850rmin,齿数乙21,从动链齿数z99,中心距a900mm,滚子链极限拉伸载荷为55.6kN,工作情况系数Ka1,试求链条所能传递的功率。
[解]由Flim55.6kW,查表9-1得p25.4mm,链型号16A
根据p25.4mm,山850rmin,查图9-11得额定功率FCa35kW
由Z121查图9-13得Kz1.45且KA1
KAKZ11.45
24.14kW
Pea35
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:
®I
50,①R0.3,T24105Nmm,
补充题:
如图(b),已知标准锥齿轮m5,zi20z
mn
标准斜齿轮
6,Z324,若中间轴上两齿轮所受轴向力互相抵消,
B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:
Fa2Ft2tanasin§
2T2
tanasin§dm2
m10.5①Rz2
tanasin§
齿轮3的轴向力:
Fa3Ft3tanB
玉tan
d3
tanmnZ3cosB
—sinmnZ3
Fa2Fa3,a
20,T2
T3
2T2
m10.5①Rz2
tanasin
2T3.
sin
mnZ3
即sin卩
mnz3tanasin§
m10.5%
Z2
由tan
z250
z120
2.5
sin
§0.928
cos§
0.371
mnz3tanasin
24
tan200.928
m10.5①Rz2
6
510.50.350
0.2289
即B13.231
(2)齿轮2所受各力:
Ft2严
dm2
2T2m10.5①Rz2
24
105
3.765103N
3.765kN
5
10.5
0.350
Fr2
Ft2tan
aCOS§
3.765
103
tan20
0.371
0.508
103N
0.508kN
Fa2
Ft2tan
asin§
3.765
103
tan20
0.928
1.272
103N
1.272kN
空4kN
Fn2
Ft2
cosa
3.765
cos20
齿轮3所受各力:
Ft3
2T3
d3
2T2T24105
2-cosBCOS13.2315.408103N5.408kN
mnZ3mnZ3624
cosB
Ftstana
Fr3
COSB
5.408103tan20
cos12.321
3
2.02210N2.022kN
Fa3
Ft3tanB
3
5.40810
tan
5.408103tan20
cos12.321
3
1.27210N1.272kN
Fn3
5.889103N5.889kN
Ft33.765103
cosacosBcos20cos12.321
10-6设计铣床中的一对圆柱齿轮传动,已知
R7.5kW,n11450^min,乙26,z?
54,寿命Lh12000h,小齿轮相对其轴的支承为不对称布置,并画出大齿轮的机构图。
[解]
(1)选择齿轮类型、精度等级、材料
1选用直齿圆柱齿轮传动。
2铣床为一般机器,速度不高,故选用7级精度(GB10095-88)。
③材料选择。
由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS
大齿轮材料为45刚(调质),硬度为240HBS二者材料硬度差为40HBS
(2)按齿面接触强度设计
d1t
1)确定公式中的各计算值
①试选载荷系数Kt「5
2计算小齿轮传递的力矩
丁95.5105Pi95.51057.5
T1-49397Nmm
n1450
3小齿轮作不对称布置,查表10-7,选取①d1.0
1
4由表10-6查得材料的弹性影响系数Ze189.8MPa至
⑤由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限0Hiim1600MPa;
大齿轮的接触疲劳强度极限cthim2550MPa。
⑥齿数比uz§208
⑦计算应力循环次数
N160n1jLh6014501120001.044109
N2
u
9
j°44100.502109
2.08
⑧由图10-19取接触疲劳寿命系数Khn10.98,Khn21.0
⑨计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%,安全系数S1
bH1
KHN1°Hlim1
0.98
600
588MPa
S
1
KHN2bHlim2
1.03
550
566.5MPa
2
S
1
2)计算
1计算小齿轮分度圆直径d1t,代入%中较小值
d1t
u1u
2
Ze
OH
2.323
1.5493972.081
2.08
2
189.8
566.5
53.577mm
2计算圆周速度V
d1tm
V
601000
3.1453.5771450
601000
4.066ms
3计算尺宽b
4计算尺宽与齿高之比b
mt
dit
Zi
咤2.061mm
26
2.25mt2.252.0614.636mm53.577
11.56
4.636
5计算载荷系数
根据v4.066ms,7级精度,查图10-8得动载荷系数Kv1.2
直齿轮,KhKf1
由表10-2查得使用系数Ka1.25
由表10-4用插值法查得Kh卩1.420
由—11.56,Kh卩1.420,查图10-13得心卩1.37
h
故载荷系数K心仏心Kh1.251.211.4202.13
6按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径
①d1t3;胶77321.15360.22
7计算模数m
2.32mm
d160.22
m-
z126
取m2.5
⑧几何尺寸计算
分度圆直径:
d1mz-i2.52665mmd2mz22.554135mm
中心距:
d1d265135
a100mm
22
确定尺宽:
2KTiu12.5Ze
.2
diu%
2
51.74mm
22.13493972.0812.5189.8
2
6522.08566.5
圆整后取b252mm,d57mm。
(3)按齿根弯曲疲劳强度校核
1由图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限坯1500MPa;大齿轮的弯曲疲劳强度极限坯2380MPa。
2由图10-18取弯曲疲劳寿命KFn10.89,KFn20.93。
3计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S1.4
OF1
Kfn1%1
S
0.89500
1.4
317.86MPa
OF2
KfN2転2
S
0.93500
1.4
252.43MPa
4计算载荷系数
KKAKKFKF
1.251.211.372.055
5查取齿形系数及应力校正系数
由表10-5查得YFa12.6Yfr22.304
YSa11.595Ysa21.712
6校核弯曲强度
根据弯曲强度条件公式
^YFaYSaOF进行校核
bd1m
如YFaE
bd1m
22.05549397
52652.5
2.61.595
99.64MPa
°F1
2KT1
bd1m
YFa2YSa2
22.05549397
52652.5
2.31.712
94.61MPa
OF2
所以满足弯曲强度,所选参数合适
10-7某齿轮减速器的斜齿轮圆柱齿轮传动,已知m750rmin,两齿轮的齿数为zi24,z2108,卩922',mn6mm,b160mm,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),每日两班制,小齿轮
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