机械零件的强度

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=5xlO6m=9试求循环次数N分别为70002500620000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ADGC）3-3一圆轴的轴肩尺寸为D=72mmd=62mmr=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koo3-4圆轴轴肩处的尺寸为D=54mmd=45mmr=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，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=0〜IMpa缸盖与缸体均为钢制，直径Di=350mmD2=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=1000N・m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=2kN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=170mmbi=80mm5=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=

0.4MNFmin=

0.2MN其它条件不变，接头强度能否满足要求7-3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=

0.35MN7-4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L6及

3.2传递的转矩T=1600N・m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8-1V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Fo8-3一窄V带传动的ni=1450r/minn2=400r/minddi=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=7kW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（30〜50〕p它在图a、b所示布置中应按哪个方向回转才算合理两轮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=1kW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/、/Iio-4齿专新g—卜一！；i/去有10-5要提高显纤母

七、捻\\/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―/=

7.5kWni=1450r/minzi=26Z2=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=24z2=108B=9°22mn=6mmb=160mm8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齿轮传动，Pi=130kWm=11640r/minzi=23Z2=73寿命Lh=100h小齿轮作悬臂布置，使用系数Ka=L2510-9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=405N-m蜗杆减速器的传动比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=

5.0kWni=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=

10.3kWni=1460r/minn2=120r/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=10600N・m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=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.6umRZ2=

3.2um试校验此轴承能实现液体动压润滑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「=7150N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C13-4一农用水泵，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=3390NFr2=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38kW转速为300r/min联轴器两端联接轴径均为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=650N・m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］=

0.7b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15-1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=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”nin/mmanz8旋向齿轮2320°1121044右齿轮3420°239°22右。