1、机械设计答案第 1 章 机械设计概论12 设计机器时应满足哪些基本要求？答：1、功能要求满足机器预定的工作要求，如机器工作部分的运动形式、速度、运动精度和平稳性、需要传递的功率，以及某些使用上的特殊要求（如高温、防潮等） 。2、安全可靠性要求（1）使整个技术系统和零件在规定的外载荷和规定的工作时间内，能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、不丧失稳定性。（2）能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体健康。（3）对于技术系统的周围环境和人不致造成危害和污染，同时要保证机器对环境的适应性。3、经济性在产品整个设计周期中，必须把产品设计、销售及制造三方面作为一个系统工程来考虑，用价值工程理论指
2、导产品设计，正确使用材料，采用合理的结构尺寸和工艺，以降低产品的成本。设计机械系统和零部件时，应尽可能标准化、通用化、系列化，以提高设计质量、降低制造成本。4、其他要求机械系统外形美观，便于操作和维修。此外还必须考虑有些机械由于工作环境和要求不同，而对设计提出某些特殊要求，如食品卫生条件、耐腐蚀、高精度要求等。14 机械零件的计算准则与失效形式有什么关系？常用的设计准则有哪些？它们各针对什么失效形式？答：在设计中，应保证所设计的机械零件在正常工作中不发生任何失效。为此对于每种失效形式都制定了防止这种失效应满足的条件，这样的条件就是所谓的工作能力计算准则。它是设计机械零件的理论依据。常用的设计准
3、则有：1、强度准则：确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基本的设计准则。2、刚度准则：确保零件不发生过大的弹性变形。3、寿命准则：通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。4、振动稳定性准则：高速运转机械的设计应注重此项准则。5、可靠性准则：当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。17 机械零件设计的一般步骤有哪些？其中哪个步骤对零件尺寸的确定起决定性的作用？答：机械零件设计的一般步骤有：1、选择零件类型、结构；2 、计算零件上的载荷；3 、选择零件的材料；4、确定计算准则；5 、理论设计计算；6 、结构设计；7、校核计算；8、绘制零件工作图；9、编写计算说明书及有关技术文件其中步骤 4
4、对零件尺寸的确定起决定性的作用。第 2 章 机械零件的强度23 静应力计算的强度准则是什么？计算中选取材料极限应力和安全系数的原则是什么？答：静应力时零件的主要失效形式：塑性变形、断裂，脆性材料的极限应力为（强度极限） ；塑性材料的极限应力为 （屈服极限）Bs25 机械零件设计中确定许用应力时，极限应力要根据零件工作情况及零件材料而定，试指出金属材料的几种极限应力各适用于什么工作情况？答：强度极限 和 适用于脆性材料在静应力作用下使用；塑性材料极限应力为 （屈B s服极限） ； 持久极限，对称循环为 、 ，脉动循环时为 、 。10212 某材料的对称循环弯曲疲劳极限 ，取循环基数MPa801
5、,91560mN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： Cm0 N 当 N7000， MPaNm57.318075960当 N25000， .242960当 N620000， PaNm9.618065902.13 已知某材料的 MPa， MPa， ，试绘制该材料的简2s 17.2化极限应力线图。解:根据 001/)2(0283.4 -1=170 a mO SA B (141.67,141.67) S=260 E第 3 章 摩擦、磨损及润滑3.3 试描述磨损的一般过程，为什么要认真对待机件的磨合阶段?答：磨损过程的三个阶段：磨合（跑合）阶段
6、 新的零件在开始使用时一般处于这一阶段，磨损率较高。 稳定磨损阶段 属于零件正常工作阶段，磨损率稳定且较低。剧烈磨损阶段 属于零件即将报废的阶段，磨损率急剧升高。在磨合阶段，如果压力过大，速度过高，则磨合期很短，并立即进入剧烈磨损阶段。所以要认真对待机件的磨合阶段。3.5 润滑剂的作用是什么？常用的润滑剂有哪几类？答：润滑的作用：降低摩擦副的摩擦、减少磨损，以及冷却、密封、防锈和减振等。常用的润滑剂有：液体润滑剂：有机油、矿物油、合成油等 润滑脂：皂基脂、无机脂、烃基脂和有机脂 固体润滑剂：软金属，如铅、金、银等； 无机化合物：石墨、二硫化钼等；有机化合物：聚四氟乙烯、尼龙等。气体润滑剂：空气
7、等。第 4 章 带传动41 已知一普通 V 带传动传递的功率 P8KW，带速 v15m/s ，紧边与松边拉力之比为 3： 1，求该带传动的有效拉力 Fe 和紧边拉力 F1。解： 0FeP NVe3.5180 Ffe21 Fe242 有一电动机驱动的普通 V 带传动，单班制工作，主动轮转速 n1=1 460r/min，中心距 a 约为 370mm， dd1=140mm， dd2=400mm，中等冲击，轻微振动，用三根 B 型普通V 带传动，初拉力按规定给定，试求该传动所能传递的功率。解题要点：（1）根据题意可知传动比 857.2140/12di带长 02120 /)()(5. adaLdd mm
8、 9.634.4.372 实际选用标准长度 Ld=1600mm小带轮包角 /1801802d74.13904.34根据带传动工作条件，查表可得工作情况系数 KA=1.1;查表可得单根普通 B 型 V 带的基本额定功率 P0=2.83kW;查表可得单根普通 B 型 V 带的基本额定功率P 0=0.46kW;查表可得包角系数 ；89.0aK查表可得长度系数 。2L（2）根据 ，可得该带传动所能传递的功率为)/(0LaAPzkWKzA347.1/92.08)46.832(/43 设计一普通 V 带传动。已知所需传递的功率 P5kW，电动机驱动，转速n1=1440r/min,从动轮转速 n2=340r
9、/min，载荷平稳，两班制工作。解题要点：（1）确定计算功率 Pca根据 V 带传动工作条件，查表可得工作情况系数 KA=1.1，所以Pca=KAP=1.15=5.5 kW（2）选取 V 带的型号根据 Pca、 ，由图 4.11 确定选用 A 型 V 带。1n（3）确定带轮基准直径 d1、d 2取主动轮基准直径为d1=90mm。d 2=i d1 =1440/340*90=381mm 取从动轮基准直径为 400mm。验算带的速度： )106/(1ndsms/25/79.649故带的速度合适。（4）确定 V 带的基准长度和传动中心距根据 0.7(d1+d2) ，该对轴承合适。hLh108.3 如图
10、 8.31 所示，轴支承在两个 7207ACJ 轴承上，两轴承压力中心间的距离为240mm，轴上负荷 =2 800N， =750N，方向和作用点如图所示。试计算轴承 C、 DreFae所受的轴向负荷 、 。acd附：7207ACJ 的有关参数如下：， ， ， 1， ，20.9rCkN019.2rk0.68e4.X0.87Y.6rSF解：轴承反安装根据受力平衡28093.3rerCFN16.7rrD0.684.SCr29DrFN由于： 1.7501.634.7()Sae SCF所以：轴承 C 被压紧，轴承 D 被放松209.46aCDNF第 9 章 滑动轴承9.1 设计一蜗轮轴的不完全油膜径向滑
11、动轴承。已知蜗轮轴转速 n=60Hmin,轴颈直径 d=80mm,径向载荷 F 钢 。的 材 料 为轴 瓦 材 料 为 锡 青 铜 ， 轴 45,70Nr解：根据所要求的内容，为了装折方便，现将轴承采用对开式结构。根据表 9.2 选取了 smMPasmVMPaV/15,/60,20试选取 Bld=0.8 则B=0.8 m6480P= dBF37.1P nV190VPsma/4.06V= vdn /25.86由于 P、P 、V 均未超过许用范围，则设计的轴承满足工作能力要求。9.2 有一完全油膜径向滑动轴承，轴颈直径为 d=60mm,轴承宽度 B=60mm,轴瓦材料为锡青铜1）验算轴承的工作能力
12、。已知载荷 F .min/150360rNr 、 转 速2）计算轴的允许转速 n。已知载荷 。r3）计算轴承能承受的最大载荷 F 已知转速 n=900r/min.。max4)确定轴所允许的最大转速 n .解：根据所给要求查表 9.2 得 smMPasVMPV/15,/60,20（1） P= adBF1603VV smanP/47.095V= v11所以不满足轴承的工作能力要求。（2） sMPanBFnV/560930则轴的允许转速 n .mi/475r(3)由 dP得 F=N7206206即轴承能承受的最大载荷为 72000N。（4）由（2）计算分析可知轴所允许的最大转速 n .min/475
13、maxr第 11 章 轴11.2 下图所示为某减速器输出轴的结构与装配图，试指出其设计错误并画出正确的结构与装配图。解： （1）左端的轴承端盖与箱体间没有加调整垫片。（2） 左端的轴承端盖不能与轴直接接触，要有间隙。（3） 左端的轴承端盖与轴之间应加密封毡圈。（4） 左端的轴承与轴的配合长度太长，不易安装。（5） 左端的轴承的内圈高度与套简的高度相同，不易拆御。（6） 齿轮相配合的轴段左端应略小于齿轮宽度，以便定位可靠。（7） 右端轴承无轴向定位，有砂轮越程槽。（8） 制图错误（9） 右端的轴承端盖与箱体间应加调整垫片。（10） 轴承安装错误。（11） 左轴端的键槽太长，不应在轴承端盖部位。（
14、12） 右键槽长，其右端加工困难。（13） 轴承应该正装（14） 轴承盖端面有凹槽由题意作出轴的结构与装配图如下图所示。第 13 章 螺纹连接与螺旋传动思考题1.常用螺栓材料有哪些? 选用螺栓材料时主要应考虑哪些问题?2.松螺栓连接和紧螺栓连接的区别是什么?计算中应如何考虑这些区别?3.实际应用中绝大多数螺纹连接都要预紧，试问预紧的目的是什么?4.拧紧螺母时，拧紧力矩了要克服哪些摩擦阻力矩?这时螺栓和被连接件各受什么载荷作用?5.为什么对于重要的螺栓连接要控制螺栓的预紧力 ？预紧力 的大小由哪些条件0F0决定?控制预紧力的方法有哪些?6.螺纹连接松脱的原因是什么?试按 3 类防松原理举例说明螺
15、纹连接的各种防松措施。7.设计螺栓组连接的结构时一般应考虑哪些方面的问题?8.螺栓组连接承受的载荷与螺栓组内螺栓的受力有什么关系?若螺栓组受横向载荷，螺栓是否一定受到剪切?9.对于常用的普通螺栓，预紧后螺栓承受拉伸和扭转的复合应力，但是为什么只要将轴向拉力增大 30就可以按纯拉伸计算螺栓的强度?10.对于受轴向载荷的紧螺栓连接，若考虑螺栓和被连接件刚度的影响，螺栓受到的总拉力是否等于预紧力 与工作拉力 F 之和?为什么?011.提高螺纹连接强度的常用措施有哪些?12.对于受变载荷作用的螺栓，可以采取哪些措施来减小螺栓的应力幅?13.螺栓中的附加弯曲应力是怎样产生的?为避免产生附加弯曲应力，从结
16、构或工艺上可采取哪些措施?习题13.1 试分析图示紧定螺钉连接和普通螺栓连接拧紧时各连接零件(螺栓、螺母、螺钉) 的受力，并分别画出其受力图。若图 a 为 M10 螺钉， =6mm， =5.6 kN，螺纹副0dQF间的摩擦因子 =0.15，螺钉底端与零件间的摩擦因子 =0.18，试判断最大应力发生在f f哪个截面处(列出必要的公式)?13.2 起重卷筒与大齿轮间用双头螺柱连接，起重钢索拉力 50 kN，卷筒直径Q400mm，8 个螺柱均匀分布在直径 =500mm 的圆周上，螺栓性能等级 4.6 级，接D0D合面摩擦因子 0.12，可靠度系数 1.2。试确定双头螺柱的直径。ffk普通螺栓，横向载
17、荷13.3 图示气缸盖连接中，已知气缸内压力 在 之间变化，气缸内径 D= p02MPa:500mm，螺栓分布在直径 =650 mm 的圆周上，为保证气密性要求，剩余预紧力0D=1.8F。试设计此螺栓组连接。0普通螺栓，轴向载荷13.4 螺栓组连接的 3 种方案如图所示，外载荷 及尺寸 相同，试分析确定各方RFL案中受力最大螺栓所受力的大小，并指出哪个方案比较好。普通螺栓，横向载荷，旋转力矩解：32maxFL22231max 313aLFaFLF aLFaFLaFL 31350cos323 222max 比较： 方案一： 差mx方案二： 2ax13aLF方案三： 谁好？32max由 aLFLF
18、132132a54结论： 1） 当 时，方案三最好。L32） 当 时，方案二最好。a5413.5 如图 13.39 所示，厚度 的钢板用 3 个铰制孔用螺栓紧固于 18 号槽钢上，已知 9kN，钢板及螺栓材料均为 Q235，许用弯曲应力 =158 MPa，许用切应力QF b98MPa，许用挤压应力 =240 MPa。试求钢板的厚度 和螺栓的尺寸。p铰制孔用螺栓, 横向载荷，旋转力矩13.6 有一受轴向力的紧螺栓连接，已知螺栓刚度 Nmm，被连接件610.5C刚度 Nmm，预紧力 9000N，螺栓所受工作载荷 F=5 400N。要求：(1)6210C0F按比例画螺栓与被连接件的受力与变形关系线图；(2)在图上量出螺栓所受总拉力 及F剩余预紧力 ，并用计算法验证；(3)若工作载荷在 0 与 5 400 N 之间变化，螺栓危险剖0F面的面积为 ，求螺栓的应力幅。21m
