机械设计第八版课后习题标准答案[1]

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MPa1801σ，取循环基数60105N，9m，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。[解]MPa6.373107105180936910111=×××==NNσσNMPa3.324105.2105180946920112=×××==NNσσNMPa0.227102.6105180956930113=×××==NNσσN3-2已知材料的力学性能为MPa260sσ，MPa1701σ，2.0σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。[解])170,0('A)0,260(C0012σσσΦσσΦσσ1210MPa33.2832.0117021210σΦσσ得)233.283,233.283(D'，即)67.141,67.141(D'根据点)170,0('A，)0,260(C，)67.141,67.141(D'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σB=420MPa，精车，弯曲，βq=1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。[解]因2.14554dD，067.0453dr，查附表3-2，插值得88.1σ，查附图3-1得78.0σq，将所查值代入公式，即69.1188.178.0111kσσσq查附图3-2，得75.0σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0σβ，已知1qβ，则35.211191.0175.069.1111kqσσσσββεK35.267.141,67.141,0,260,35.2170,0DCA根据29.60,67.141,0,260,34.72,0DCA按比例绘出该零件的极限应力线图如下图3-5如题3-4中危险截面上的平均应力MPa20mσ，应力幅MPa20aσ，试分别按①Cr②Cσm，求出该截面的计算安全系数caS。[解]由题3-4可知35.2,2.0MPa,260MPa,170s1-σσKΦσσ（1）Cr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28.2202.03035.2170ma1-σΦσKσSσσca（2）Cσm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81.1203035.2202.035.2170mam1-σσσσcaσσKσΦKσS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M6×40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M6×40的许用切应力[]由螺栓材料Q215，性能等级8.8，查表5-8，可知MPa640][sσ，查表5-10，可知0.5~5.3][SMPa128~86.1820.5~5.3640][][][sSσMPa67.4265.1640][sppSσσ（2）螺栓组受到剪力F和力矩（FLT），设剪力F分在各个螺栓上的力为iF，转矩T分在各个螺栓上的分力为jF，各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离为r,即mm27545cos2150rkN2510275810300208kN5.220818133rFLFFFji由图可知，螺栓最大受力kN015.945cos255.22)25(5.2cos22222max=°×××++=++=θFFFFFjiji()]τ[3191064π10015.94πτ∴23320max=×××==dF][8.131104.1110610015.9∴333min0maxppσLdFσ=××××==故M6×40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iF，转矩T分在各个螺栓上的分力为jF（a）中各螺栓轴线到螺栓组中心的距离为r，即r=125mmkN2010125610250606kN10606161∴33=××××===×==rFLFFFji由（a）图可知，最左的螺栓受力最大kN302010max=+=+=jiFFF（b）方案中kN10606161=×==FFikN39.24101252125421252101252125102506062223223612max612maxmax∑∑=×+×+××+×××=====iiiijrFLrrMrF由（b）图可知，螺栓受力最大为kN63.335239.24102)39.24(10cos22222=×××++=++θFFFFjiji直径较小）布置形式所用的螺栓可知采用（由aFdmax045-10第六章键、花键、无键连接和销连接习题答案6-3在一直径mm80d的轴端，安装一钢制直齿圆柱齿轮（如下图），轮毂宽度1.5dL，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mm80d，查表得所用键的剖面尺寸为mm22b，mm14h根据轮毂长度mm120805.1'=×==1.5dL取键的公称长度mm90=L键的标记键79-90GB109622×键的工作长度为68mm2290===bLl键与轮毂键槽接触高度为mm7==2hk根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，取许用挤压应力110MPa][=pσ根据普通平键连接的强度条件公式][≤1023ppσkldTσ×=变形求得键连接传递的最大转矩为mN20942000110806872000][=×××==pmaxσkldT第八章带传动习题答案8-1V带传动的min14501rn，带与带轮的当量摩擦系数51.0vf，包角1801，初拉力N3600F。试问：（1）该传动所能传递的最大有效拉力为多少？（2）若mm100dd1，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？[解]()N4.47811113602111121π51.011π51.0αα0=+××=+=eeeeFFvvffec()mmN92.232101004.4782d2-3d1=××==ecFT()kW45.395.0100060100010014.314504.4781000601000dπ10003d11=××××××=•××=•=ηnFηνFPecec8-2V带传动传递效率7.5kWP，带速sm10ν，紧边拉力是松边拉力的两倍，即21FF，试求紧边拉力1F、有效拉力eF和初拉力0F。[解]1000νFPe=N750105.710001000∴=×==νPFe21212FFFFFe==且1500N75022∴1=×==eFF201eFFF+=1125N275015002∴10===eFFF8-4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min9601rn=，减速器输入轴的转速min3302rn=，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]（1）确定计算功率caP由表8-7查得工作情况系数2.1A=K，故4kW.872.1Aca=×==PKP（2）选择V带的带型根据caP、1n，由图8-11选用B型。（3）确定带轮的基准直径dd，并验算带速ν①由表8-6和8-8，取主动轮的基准直径mm1801=dd②验算带速νsm0432.9100060960180π100060π11=×××=×=ndνd带速合适∴sm30sm5ν③计算从动轮的基准直径()()mm45.49733005.0196018012112=××==nεndddd（4）确定V带的中心距a和基准长度dL①由式()()210212≤≤7.0ddddddadd++，初定中心距mm5500=a。②计算带所需的基准长度()()()()mm2214≈55041805005001802π550242π2≈202122100×+++×=+++addddaLddddd由表8-2选带的基准长度mm2240=dL③实际中心距amm5632221422405502≈00=+=+ddLLaa中心距的变化范围为mm630~550。（5）验算小带轮上的包角1α()()°°°°=°°=90≥147≈5633.571805001803.57180121addαdd故包角合适。（6）计算带的根数z①计算单根V带的额定功率rP由sm960mm18011==ndd和，查表8-4a得25kW.3≈0P根据303kW.0ΔB9.2330960s,m96001====Pin型带，查表得和查表8-5得914.0k=α，表8-2得1k=L，于是()kW25.31914.0)303.025.3(kkΔ00=××+=+=LαrPPP②计算V带的根数z58.225.34.8ca===rPPz取3根。（7）计算单根V带的初拉力的最小值()min0F由表8-3得B型带的单位长度质量mkg018=q，所以()()()N2830432.918.00432.93914.04.8914.05.2500kk5.250022min0=×+××××=+=qνzνPFαcaα（8）计算压轴力()N16282147sin283322sin21min0=°×××==αFzFp（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kW1=P，主动链轮转速minr481=n，从动链轮转速minr142=n，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191=z，大链轮的齿数6519144812112=×===znnizz（2）确定计算功率由表9-6查得0.1=AK，由图9-13查得52.1=zK，单排链，则计算功率为kW52.1152.10.1=××==PKKPzAca（3）选择链条型号和节距根据minr48kW52.11==nPca及，查图9-11，可选16A，查表9-1，链条节距mm4.25=p（4）计算链节数和中心距初选中心距mm1270~7624.25)50~30()50~30(0=×==pa。取mm9000=a，相应的链长节数为3.114≈9004.25π21965265194.259002π222202122100×+++×=+++=apzzzzpaLp取链长节数节114=pL。查表9-7得中心距计算系数24457.01=f，则链传动的最大中心距为()[]()[]mm895≈651911424.2524457.02211+×××=+=zzLpfap（5）计算链速ν，确定润滑方式sm386.0≈1000604.25194810006011×××=×=pznν由sm386.0=ν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pF有效圆周力为N2591≈386.0110001000×==νpFe链轮水平布置时的压轴力系数