机械零件的强度.docx

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1、第一篇总论第三章机械零件的强度3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限。产180MPa,取循环基数No=5xlO6, m=9,试求循环次 数N分别为7000, 2500, 620000次是时的有限寿命弯曲疲劳极限。3-2材料的力学性能为。s=260MPa,。一尸170MPa,甲。=0.2,试绘制此材料的简化极限应力线 图（参看图3-3中的A D G C）。3-3 一圆轴的轴肩尺寸为：D=72mm, d=62mm, r=3mmo材料为40CrNi,其强度极限。B=900MPa, 屈服极限。s=750MPa,试计算轴肩的弯曲有效应力集中系数ko o3-4圆轴轴肩处的尺寸为：D=54mm, d=45mm,

2、 r=3mm。如用题3-2中的材料，设其强度极限 。B=420MPa,试绘制此零件的简化极限应力线图。3-5如题3-4中不安全截面上的平均应力。m=20MPa,应力幅。a=900MPa,试分别按：a） r=C； b）。m=C,求出该截面的计算安全系数Scao第二篇联接第五章 螺纹联接和螺旋传动5-1分析对比普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，各举一例说明它们的应用。5-2将承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆局部做得细些有什么好处5-3分析活塞式空气压缩机气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力，最小 应力若何得出当气缸内的最高压力提高时，它的最大应力、最小应力将若何变化5-4图

3、5-49所示的底板螺栓组联承受外力叱的作用。外力叱作用在包含x轴并垂直于底板 接合面的平面内。试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大保证联接安全工 作的必要条件有哪些5-5图5-50是由两块边板和一块承重板焊成的龙门起重机导轨托架。两块边板各用4个螺 栓与立柱相联接，托架所承受的最大载荷为20kN,载荷有较大的变动。试问：此螺栓联接 采用普通螺栓联接还是皎制孔用螺栓联接为宜为什么5-6 一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相联接。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5-51所示的两种螺栓布置 型式，设采用较制孔用螺栓联接，

4、试问哪一种布置型式所用的螺栓直径较小为什么5-7图5-52所示为一拉杆螺栓联接。拉杆所受的载荷F=56kN,载荷稳定，拉杆材料为Q235 钢，试设计此联接。5-8两块金属板用两个M12的普通螺栓联接。假设结合面的摩擦系数f=0.3,螺栓预紧力控 制在其屈服极限的70%o螺栓用性能等级为4.8的中碳钢制造，求此联接所能传递的横向载 荷。5-9受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。螺栓预紧力Fo=15OOON,当受 轴向工作载荷F=10000N时; 求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的剩余预紧力。5-10图5-24所示为一汽缸盖螺栓组联接。汽缸内的工作压力p=0IMpa,缸盖与缸体均为

5、钢制，直径Di=350mm, D2=250mm,上下凸缘厚均为25mm,试设计此联接。5-11设计简单千斤顶（参见图5-41）的螺栓和螺母的主要尺寸。起重量为40000N,起重高 度为200mm,材料自选。第六章 键、花键、无键联接和销联接6-1为什么采用两个平键时，一般布置在沿周向相隔180。的位置；采用两个楔键时，相隔 90。120。；而采用两个半圆键时，却布置在轴的同一母线上6-2胀套串联使用时，为何要引入额定载荷系数m为什么Z1型胀套和Z2型胀套的额定载 荷系有明显的差异6-3在一直径d=80mm的轴端,安装一钢制直齿圆柱齿轮（图6-26）,轮毂宽度L =1.5d,工作时有轻微冲击。试

6、确定平键联接的尺寸，并计算其允许传递的最大转矩。6-4图6-27所示的凸缘半联轴器及圆柱齿轮，分别用键与联轴器的低速轴相联接。试选择 两处键的类型及尺寸，并校核其联接强度。：轴的材料为45钢，传递的转矩T=1000Nm, 齿轮用锻钢制成，半联轴器用灰铸铁制成，工作时有轻微冲击。6-5图6-28所示的灰铸铁V带轮，安装在直径d=45mm,带轮的基准直径dd=250mm,工作 时的有效拉力F=2 kN,轮毂宽度口 =65mm,工作时有轻微振动。设采用钩头楔键联接， 试选择该楔键的尺寸，并校核联接的强度。6-6图6-29所示为变速箱中的双联滑移齿轮，传递的额定功率P=4kW,转速n=250r/min

7、。 齿轮在空载下移动，工作情况良好。试选择花键类型和尺寸，并校核联接的强度。6-7图6.30所示为套筒式联轴器，分别用平键及半圆键与两轴相联接。：轴径d=38mm,联 轴器材料为灰铸铁，外径Di=90mm。试分别计算两种联接允许传递的转矩，并对比其优缺 点。第七章 钟接、焊接、较接和过盈联接7-1现有图7-26所示的焊接接头，被焊件材料均为Q235钢，b= 170mm, bi=80mm, 5= 12mm, 承受静载荷F=0.4MN,设采用E4303号焊条手工焊接，试校核该接头的强度。7-2上题的接头如承受变载荷Fmax=0.4MN, Fmin=0.2MN,其它条件不变，接头强度能否满 足要求7

8、-3试设计图7-10所示的不对称侧面角焊缝，被焊件材料均为Q235钢，角钢尺寸为 100x100x10单位为mm）,截面形心c到两边外侧的距离z0=a=28. 4mm,用E4303号焊条手 工焊接，焊缝腰长k=B=10nrni,静载荷F=0. 35MN。7-4现有45钢制的实心轴与套筒采用过盈联接，轴径d=80mm,套筒外径d2=120mm,配合长 度l=80mm,材料的屈服极限。s=360MPa,配合面上的摩擦系数f=0. 085,轴与孔配合外表的 粗糙度分别为L 6及3. 2,传递的转矩T=1600Nm,试设计此过盈联接。7-5图7-27所示的铸锡磷青铜蜗轮轮圈与铸铁轮芯采用过盈联接，所选

9、用的标准配合为 H8/t7,配合外表粗糙度均为3.2,设联接零件本身的强度足够，试求此联接允许传递的最 大转矩摩擦系数f=0. 10）。第三篇机械传动第八章 带传动8-1 V带传动的m=1450r/MIN,带与带轮的当量摩擦系数fv=0.51,包角。尸180。，预紧力 F0=360No试问：1）该传动所能传递的最大有效拉力为多少2）假设ddi=100mm,其传 递的最大转矩为多少（3）假设传动效率为0.95,弹性滑动忽略不计，从动轮输出功率为假 设干8-2V带传动传递的功率P=7.5kW,带速v=10m/s,紧边拉力是松边拉力的两倍，即Fi=2F2,试求紧边拉力B、有效拉力Fe和预紧力Fo。8

10、-3 一窄 V 带传动的 ni=1450r/min, n2=400r/min, ddi=180mm,中心距 a= 1600mm,窄 V 带 为SPA型，根数z=2,工作时有振动，一天运转16h即两班制），试求带能传递的功率。8-4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=7 kW,转速m=960i7min,减速器输入轴的转速n2=330r/min,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。第九章 链传动9-1如图9-17所示链传动的布置形式，小链轮为主动轮，中心距a二 （3050p。它在图a、b所示布置中应按哪个方向回转才算合理两轮

11、轴线布置在同一铅垂面内（图c有什么缺点 9-2某链传动传递的功率P=1 kW,主动链轮转速m=48r/min,从动链轮转速n2=14r/min,载 荷平稳，定期人工润滑，试设计此链传动。应采取什么措施9-3主动链轮转速ni=850r/min,齿数zi=21,从动链轮齿数Z2=99,中心距a=900mm,滚子 链极限拉伸载荷为55.6kN,工作情况系数Ka=1,试求链条所能传递的功率。9-4选择并验算一输送装置用的传动链。链传动传递的功率P=7.5kW,主动链轮的转速 ni=960r/min,传动比i=3,工作情况系数Ka=1.5,中心距aW650mm（可以调节）。第十章齿轮传动10-1试分析图

12、10-47所示的齿轮传动各齿轮所受的力（用受力图表示出各力的作用位置及 方向）。10-2如图10-48所示的齿轮传动，齿轮A、B和C的材料都是中碳钢调质，其硬度：齿轮 A为240HBS,齿轮B为260HBS,齿轮C为220HBs，试确定齿轮B的许用接触应力。h 和许用弯曲应力。假定：1）齿轮B为“惰轮（中间轮），齿轮A为主动轮，齿轮C为从动轮，设Kfn=Khn=1;2）齿轮B为主动轮，齿轮A和齿轮C均为从动轮，设Kfn=Khn=1;10-3对于作双画传动岬魁,说尸十洵接触应力和齿根弯曲应力各属于什么循环特性在作强度讣燹茬/ 、/ I io-4齿专新g卜一！；i/去有10-5要提高显纤母七、,捻

13、/税力有哪些可能的措施10-6 设计铳床小 的一冲忸在齿轮z_r/=7.5kW, ni=1450r/min, zi=26, Z2=54,寿命 Lh=12000h,小齿轮相对,轴的支承为不对称布置，并画出大齿轮的构造图。10-7某齿轮减遛蝴耨幽隼锹构照力用怛750i7min,两轮的齿数为zi=24, z2=108, B=9 22 , mn=6mm, b= 160mm, 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，小齿轮相对其轴的支承为对 称布置，试计算该齿轮传动所能传递的功率。10-8设计小型航空发动机中的一对斜齿圆柱

14、齿轮传动，Pi=130kW, m=11640r/min, zi=23, Z2=73,寿命Lh=100h,小齿轮作悬臂布置，使用系数Ka=L25。10-9设计用于螺旋输送机的闭式直齿锥齿轮传动，轴夹角=90,传递功率P = L8kW,转 速n尸250r/min,齿数比u=2.3,两班制工作，寿命10年（每年按300天计算），小齿轮作悬 臂布置。第十一章蜗杆传动11-1试分析图11-26所示蜗杆传动中各轴的回转方向蜗轮轮齿的螺旋方向及蜗杆、蜗轮所 受各力的作用位置及方向。11-2图11-27所示为热处理车间所用的可控气氛加热炉拉料机传动简图。：蜗轮传递的转矩 T2=405 N-m,蜗杆减速器的传动

15、比ii2=20,蜗杆转速ni=480r/min,传动较平稳，冲击不大。 工作时间为每天8h,要求工作寿命为5年每年按300工作日计），试设计该蜗杆传动。11-3设计用于带式输送机的普通圆柱蜗杆传动，传递功率Pi=5.0kW, ni=960r/min,传动比 i=23,由电动机驱动，载荷平稳。蜗杆材料为20Cr,渗碳淬火，硬度258HRC。蜗轮材料 为ZCuSnlOPl,金属模铸造。蜗杆减速器每日工作8h,要求工作寿命为7年（每年按300 工作日计）。11-4设计一起重设备用的蜗杆传动，载荷有中等冲击，蜗杆轴由电动机驱动，传递的额定 功率Pi=10.3kW, ni=1460r/min, n2=1

16、20r/miri间歇工作,平均约为每日2h,要求工作寿命为 10年（每年按300工作日计）。11-5试设计轻纺机械中的一单级蜗杆减速器，传递功率P=8.5kW,主动轴转速ni=1460r/min,传动比i=20,工作载荷稳定，单向工作，长期连续运转，润滑情况良好，要求工作寿命为 15000ho11-6试设计某钻机用的单级圆弧圆柱蜗杆减速器。蜗轮轴上的转矩T2=10600Nm,蜗杆转 速ni=910r/min,蜗轮转速n2=18r/min,断续工作，有轻微振动，有效工作时数为3000h。第四篇轴系零、部件第十二章滑动轴承12-1某不完全液体润滑径向滑动轴承，：轴径直径d=200mm,轴承宽度B=

17、200mm,轴颈转 速n=300r/min,轴瓦材料为ZCuA110Fe3,试问它可以承受的最大径向载荷是多少12-2 一起重机卷筒的径向滑动轴承所承受的载荷F=100000N,轴颈直径d=90mm,轴的转 速n=9r/min,轴承材料采用铸造青铜，试设计此轴承（采用不完全液体润滑）。12-3某对开式径向滑动轴承,径向载荷F=35000N,轴颈直径d= 100mm,轴承宽度B= 100mm, 轴颈转速n=1000i7min。选用L-AN32全损耗系统用油，设平均温度3=50,轴承的相对间 隙力=0.001,轴颈、轴瓦外表粗糙度分别为Rzi=l.6um, RZ2=3.2um,试校验此轴承能实现液

18、 体动压润滑。12-4设发电机转子的液体动压径向滑动轴承。：载荷F=50000N,轴颈直径d=150mm, 转速n=1000i7min,工作情况稳定。第十三章滚动轴承13-1试说明以下各轴承的内径有多大哪个轴承公差等级最高哪个允许的极限转速最高哪个 承受径向载荷能力最高哪个不能承受径向载荷N307/P46207/P23020751307/P613-2欲对一批同型号滚动轴承作寿命实验。假设同时投入50个轴承进展试验，按其 基本 额定动载荷值加载，试验机主轴转速n=2000r/min。假设预计该批轴承为正品，则试验进展 8小时20分钟，应约有几个轴承已失效。13-3某深沟球轴承需在径向载荷F=71

19、50N作用下，以n=1800r/min的转速工作3800h。试 求此轴承应有的基本额定动载荷C。13-4 一农用水泵，决定选用深沟球轴承，轴颈直径d=35mm,转速n=2900r/min,径向载荷 Fr=1810N,轴向载荷Fa=740N,预期计算寿命Lh，=6000h,试选择轴承的型号。13-5根据工作条件，决定在轴的两端选用a=25。的两个角接触球轴承，如图13-13b所示正 装。轴颈直径d=35mm,工作中有中等冲击，转速n=1800r/min,两轴承的径向载荷分别为 Fri=3390N, Fr2=1040N,外加轴向载荷Fae=870N,作用方向指向轴承1,试确定其工作寿命。 13-6

20、假设将图13-34a中的两轴承换为圆锥滚子轴承，代号为30207。其它条件同例题13-2, 试验算轴承的寿命。13-7某轴的一端支点上原采用6308轴承，其工作可靠度为90%,现需将该支点轴承在寿命 不降低的条件下将工作可靠度提高到99%,试确定可能用来替换的轴承型号。第十四章联轴器和离合器14-1某电动机与油泵之间用弹性套柱销联轴器联接，功率P=4kW,转速n=960r/min,轴伸 直径d=32mm,试决定该联轴器的型号只要求与电动机轴伸联接的半联轴器满足直径要 求）。14-2某离心式水泵采用弹性柱销联轴器联接，原动机为电动机，传递功率38 kW,转速为 300r/min,联轴器两端联接轴

21、径均为50mm，试选择该联轴器的型号。假设原动机改为活塞 式内燃机时，又应若何选择其联轴器14-3 一机床主传动换向机构中采用如图14-20所示的多盘摩擦离合器，主动摩擦盘5片， 从动摩擦盘4片，结合面内径Di=60mm,外径D2=110mm,功率P=4.4kW,转速n=1214r/min, 摩擦盘材料为淬火钢对淬火钢，试求需要多大的轴向力F14-4图14-23a所示的剪切销安全联轴器，传递转矩Tmax=650Nm,销钉直径d=6mm,销钉材料用45钢正火，销钉中心所在圆的直径Dm=100mm,销钉数z=2。假设取t=0.7。b, 试求此联轴器在载荷超过多大时方能表达其安全作用。第十五章 轴1

22、5-1假设轴的强度缺乏或刚度缺乏时，可分别采取哪些措施15-2在进展轴的疲劳强度计算时，如果同一截面上有几个应力集中源，应若何取定应力集中系数15-3为什么要进展轴的静强度校核计算校核计算时为什么不考虑应力集中等因素的影响15-4图15-28所示为某减速器输出轴的构造图，试指出其设计错误，并画出改正图。15-5有一台离心式水泵，由电动机带动，传递的功率P=3kW,轴的转速n=960r/min,轴的材料为45钢，试按强度要求计算轴所需的最小直径。15-6设计某搅拌机用的单级斜齿圆柱齿轮减速器中的低速轴（包括选择两端的轴承及外伸 端的联轴器），见图15-29。：电动机额定功率P=4kW,转速ni=

23、750i7min,低速轴转速n2=130r/min,大齿轮节圆直径d2=300mm,宽度B2=90mm,轮齿螺旋角B =12 ,法向压力角an=20。要求：1）完成轴的全部构造设计；（2）根据弯扭合成理论验算轴的强度；（3）准确校核轴的不安全截面是 否安全。15-7两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器的中间轴（见图15-30aL尺寸和构造如图15-30b所示。：中间轴转速 n2=180r/min,传递功率P=5.5kW,有关的齿轮参数见下表：nin/mmanz8旋向齿轮232011210。44,右齿轮3420239 22右图中A、D为圆锥滚子轴承的载荷作用中心。轴的材料为45钢正火）。要求按弯扭合成理论验算轴的截面I 和H的强度，并准确校核轴的不安全截面是否安全。15-8 一蜗杆轴的构造如图15-31所示，试计算其当量直径d”