机械设计作业及答案11~12(2)

第3章 强度

1.某零件的材料，，，，试画出其简化极限应力图；当工作应力，，试在该图上标出此点K，并说明是否在安全区。

1），所以

2）K：， 

， 

所以

3）位于安全区

2. 已知塑性材料的极限应力图如下：试在图上标出：1)对称循环疲劳极限1；2)屈服极限S；3)脉动循环疲劳极限0；4)arctanφ 。

解：如图

3. 某钢制零件，已知其许用极限应力图，且工作应力的循环特性r=0.268。

1）图解法求当安全系数为1.5情况下的最大工作应力σmax大小；2)过载时可能失效形式。(σs=480MPa) 

(1)已知， 

(2)自原点0作射线交折线于点(极限应力点)

(3)安全系数为1.5时,即

,直接在直线上可量得工作应力点C

(4)对应于C点的

2)可能失效形式:静强度失效(塑性变形)

    第5章  螺栓连接

1. 图示一铸铁吊架用两只普通螺栓固定在梁上。吊架承受的载荷FQ＝10000N，螺栓材料为5.8级，Q235，σS=400 MPa，安装时不控制预紧力，取安全系数，取剩余预紧力为工作拉力的0.4倍，试确定螺栓所需最小直径。

许用拉应力

2个螺栓，z＝2，每个螺栓的工作载荷

剩余预紧力F1=0.4F=0.4×5000=2000N

故得螺钉中总拉力F2=F+F1=5000+2000=7000N

按强度条件，螺栓小径

2. 如图所示的螺栓组联接，已知外载荷F＝5KN，各有关几何尺寸如图所示。试计算受力最大螺栓所受的横向工作载荷Fsmax。

解：（1）将F向螺栓组形心平移，同时得转矩T。

T=500×F＝5×103×500＝2.5×106（Nmm）    

  在F作用下，各螺栓所受横向力为  Fs1＝（N） 

  在T作用下，各螺栓所受横向力也相等，为  

＝（N） 

  显然，1、2两螺栓所受的横向力最大，为

                 （N）                             

3. 气缸盖联接结构如图所示，气缸内径D=250mm，为保证气密性要求采用12个M18的螺栓，螺纹内径15.294mm、中径16.376mm，许用拉应力=120MPa，取剩余预紧力为工作拉力的1.5倍，求气缸所能承受的最大压强（取计算直径dc=d1）。

螺栓总拉力

残余预紧力，F为螺栓工作拉力。

， 

汽缸压力为p

第8章  带传动

1. V带（三角带）传动所传递的功率P＝7.5kW，带速v＝10m/s，现测得张紧力F0＝1125N，试求紧边拉力F1和松边拉力F2。

解：1）有效圆周力Fe

2）紧边拉力F1与松边拉力F2

初拉力

联解

所以，， 

2. 单根V带（三角带）所能传递的最大功率P＝5kW，已知主动带轮的基准直径dd1=140mm，主动带轮转速n1=1460r/min，主动带轮上的包角1＝140，带与带轮间的当量摩擦系数fv=0.5，求最大有效圆周力Fe和紧边拉力F1。

解：1）带的速度

2）带的有效圆周力

3）带的紧边拉力F1

联解

，， rad

所以，， 

第10章  齿轮传动

1.求直齿圆柱齿轮传动的从动轮受力大小和方向（用两个分力表示）。已知：传动功率P1＝1kW，从动轮转速n2=95.5r/min，z1＝20，m=2.5mm，=20，z2=40。

           解： 

， 

2一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知z1＝20，z2＝40，m=2mm，b=40mm, YSa1=1.55，YSa2=1.67，YFa1=2.80，YFa2=2.40，ZH=2.5，ZE=1.8(MPa)1/2，Zu=1.225，P=5.5kW，n1=1450r/min，K1=K2。求：F1/F2和H1/H2。

注：， 

解：H1/H2=1（因作用力等于反作用力）

3. 图示为单级斜齿圆柱齿轮减速器，传递功率P＝4kW（不计摩擦损失）。轴为主动轴，转速，转动方向如图所示。已知齿轮的齿数，，法向模数，法向压力角，分度圆螺旋角。试求齿轮受力的大小和方向（用分力表示）。

方向如图所示。

4. 图示两级斜齿圆柱齿轮减速器。已知轮1的螺旋线方向和轴转向，齿轮2的参数mn=3mm，z2=57，=14，齿轮3的参数mn=5mm，z3=21。求：

1）使轴所受轴向力最小时，齿轮3的螺旋线应是何旋向？在图上标出齿轮2、3的螺旋线方向。

2）在图上标出齿轮2、3所受各分力方向。

3）如使轴的轴承不受轴向力，则齿轮3的螺旋角应取多大值？

1）齿轮3为右旋，齿轮2、3的旋向如图。

2）齿轮2、3所受各分力方向如图。

3），由得： 

由转矩平衡，得：，代入得

即

第15章  轴

1. 斜齿轮动力分配箱如图，动力由I轴输入，由II，III轴输出，z2=z3，设两轴输出功率相同，试画I轴齿轮轮齿受力及轴的弯矩图、扭矩图。

             答： 

2. 已知I轴为输入轴，II轴为输出轴，两轴材料相同，dI=20mm，PI=2kW，nI=955r/min，齿轮齿数zI＝24，zII＝48，求：

（1）II轴输出扭矩（不计摩擦）

（2）按扭矩估算，dII＝30mm，强度是否满足？

解：(1) 

(2)由公式

则， 

所以， 

强度满足要求。

3. 轴系零件结构改错

下图为一齿轮减速器部分装配图，试指出结构不合理及错误所在（不考虑圆角和铸造斜度以及不计重复错误）。

例如：精加工面过长且装拆轴承不便。

按上述范例在图中标出结构不合理及错误所在，并用文字说明原因。

解：

1.安装轮毂的第一段轴应制有定位轴肩；2.键槽过长安装上的键与轴承端盖干涉（相碰）；

3.轴承端盖的加工面与非加工面没有区分开；4.在轴与轴承端盖孔之间缺少密封圈；

5.在轴与轴承端盖孔之间应留有间隙；    6.在轴承端盖与箱体轴承孔端面缺少调整垫片；

7.在轴与齿轮孔间缺少周向定位的键联接；8.套筒顶不住齿轮（过定位）

9. 套筒过高，轴承无法拆卸；10.轴承安装反了；11.轴过长且与轴承端盖相碰。

4. 指出图示轴系的结构错误，轴承采用脂润滑（用笔圈出错误之处，并简单说明错误原因，不要求改正）。

答：1）缺键；2）缺定位轴肩；3）旋转件与端盖接触；4）缺密封，端盖与旋转轴接触；5）缺挡油环；6）套筒顶不住齿轮；7）轴应加工成阶梯轴；8）缺键，齿轮无周向固定；9）精加工轴及外伸太长；10）缺调整垫片；11）箱体加工面与非加工面没有分开；12）端盖加工面与非加工面没有分开；13）套筒高于轴承内圈的高度，轴承拆卸困难。