《机械设计》 习题解答 李建功 第5版.docx

李建功主编机械设计（第5版）习题解题思路第二章机械零件的疲劳强度设计习题2-1解题思路：1）将N=8000和N=62000带入疲劳曲线方程嘀N = FNo，即可求解相应的有 限寿命疲劳极限（TrN ；2）将。= 330MPa带入疲劳曲线方程，即可计算出其疲劳寿命。习题2-3解题思路：查教材中的表确定各个影响系数，并计算综合影响系数。习题2-3解题思路：1）首先根据已知条件计算出零件的最小应力叫in和最大应力。max，进而计算平 均应力Gm和应力幅。a；2）计算综合影响系数K°d=多，计算4点和囱点的纵坐标；3）选择适当的比例尺准确作图，画出零件的简化。m -%极限应力图；4）在图中描出工作应力点N （°m，吗），做射线ON与交于N1点。图解法求安全系数S0 =需。利用力计算公式计算安全系数S。（公式见教材）。第七章带传动习题7-1解题思路:由2=孤计算有效拉力F, 晤+4=郭，求解F1，尸2。习题7-2解题思路：参照例题7-1设计此题的V带传动。习题7-3解题思路：参照例题7-1设计此题的V带传动。7-4解题思路：参照例题7-1设计此题的V带传动。 注意：需满足各题中的限定条件。第八章齿轮传动习题8-1解题思路：由齿轮传动两种强度计算公式可知，齿轮应力大小与转矩Ti有关。保证齿轮 应力不变，就是传递转矩7不变，而功率P =73, 7不变，则P与3成正比，也 就是尸与转速成正比。故当主动轴转速提高一倍时，齿轮传动能传递的功能 率P也提高一倍。习题8-2解题思路：1）根据已知的齿轮1的转向依次确定其它三轮转向（如图所示），由齿轮4的 旋向可知齿轮3为左旋。首先判断齿轮3的轴向力43的方向，进而确定2 轮和1轮的轴向力&2和的方向。a)对齿轮1应用“主动轮左右手定则"，判断齿轮1的旋向。进而确定齿轮2的 旋向；2）各轮受力方向如图所示；3） II轴上2、3两轮空间受力图如图所示;4）按教材中公式计算,首先计算切向力%之后根据凡计算径向力耳和轴向力区。习题8-3解题思路：1）首先确定齿轮5的轴向力45的方向，按题中要求和斜齿轮的受力关系，依次 确定判断其他各轮的轴向力方向；2）由已知的齿轮1的转向，依次判断出其它各轮的转向；3）对齿轮1和齿轮3应用“主动轮左右手定则”判断两轮的旋向；4）按教材所讲方法，判断并在图中标出各轮的受力方向（鼻、耳和反）。习题8-4解题思路：1）首先确定齿轮1和齿轮2的轴向力和&2的方向，按题中要求确定&3和&4 的方向；2）由齿轮1的转向判断其它各轮转向；3）对齿轮3应用“主动轮左右手定则”判断其旋向；4）按教材所讲方法判断并标出各轮的受力方向。11Ai|r习题8-5设计思路：参考例8-2的格式和过程设计本题的直齿轮传动。但需注意，例8-2中齿轮为软 齿面齿轮传动，而本题为硬齿面传动，故应按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算, 确定机、册、弓2和a等主要参数和尺寸，之后,校核齿面接触强度。另外，需按“双 向转动”确定Him。习题8-6解题思路：参照例8-3的格式和过程设计本题的斜齿轮传动。注意：齿轮是“双向转动”，会影响Glim的确定。习题8-7设计思路：根据已知条件分别校核计算是否满足齿轮传动的两个强度条件，即4< kH 和与式"f。计算过程和格式参照例8-5。第九章蜗杆传动习题9-1解题思路：1）按教材中所列公式计算传动比，和标准中心距Q；2）按教材中所列公式计算所需变位系数尤3）按表9-4所列公式计算变位后的蜗杆尺寸和蜗轮尺寸。习题9-2解题思路：1）由表9-5和表9-6选择蜗杆和蜗轮的材料；2）蜗杆旋向应与蜗轮相同，蜗轮转向如图所示；3）按教材中所列公式计算蜗杆和蜗轮所受各分力的大小，各力方向，如图所示;4）计算蜗杆导程角y,计算相对滑动速度区,由表9-8确定p',之后计算啮合效 率为和总效率4=%小小。习题9-3解题思路：参照例题格式和过程设计该题中的蜗杆传动。习题9-4解题思路：先解第（3）问（3）蜗轮4应逆时针转动，对蜗杆应用左右手法则，判断蜗杆3的转向，进而 判断I轴转向；（1）先判断蜗杆3的轴向力方向，进而确定2轮和1轮的轴向力方向，对齿轮 1应用“主动轮左右手定则”判断1轮的旋向，进而确定2轮的旋向；（2）判断蜗杆和蜗轮的各力方向，如图所示。习题9-5解题思路:（1） 锥齿轮3的轴向力&3向左，进而确定42和的方向，由理1的方向判断 蜗杆1的转向，由乙方向依次判断各轮转向，由蜗轮2的转向判断理2的方向， 蜗杆旋向应与蜗轮相同。第十章链传动参照本章例题的格式和过程设计本章各习题中的链传动。 注意：应满足各习题中的要求和条件。第十一章轴习题11-1解题思路:按公式(11-3)计算轴的直径d。习题11-2解题思路：由表11-3确定。值，按公式(11-3)估算轴的直径。习题11-3解题思路：(1) 按表11-2所列公式计算空心轴的抗扭截面系数%,按公式(11-2)校核该轴的强度；(2) 按公式(11-3)估算所需直径；(3) 按(2)问计算的轴径计算实心轴的质量，和空心轴的质量进行比较。习题11-4解题思路：1)首先计算齿轮2与齿轮1以及齿轮2与齿轮3啮合的各分力大小，并判断各 力方向；2)将2轮所受各力分解到水平面(纸面)和铅垂面内；3)计算两个面内的支点反力；4)计算两个面内的弯矩并画弯矩图；5)计算合成弯矩并画合成弯矩图，确定最大弯矩。注：中间轴不传递转矩；6)按最大弯矩计算轴的抗弯强度，计算所需轴径。Ft2“Ml输入习题11-5解题思路：根据本章第2节所述轴的结构设计应遵循的原则，指出图中各部位存在的结 构错误，之后，画出正确的结构图。习题11-6解题思路：首先根据轴的材料和功率、转速估算轴的直径（应考虑键槽的影响），以估 算的轴径做为最细处（应该是装大带轮处）的直径，考虑轴上零件的定位和安装 的方便设置定位轴肩或非定位轴肩，按第2节所述各原则设计轴的结构。之后，参照本章例题按当量弯矩法校核轴的强度。习题11-7解题思路：参照本章例题的过程和格式校核本题中轴的强度。习题11-8解题思路：按公式（11-17）计算当量轴径虑。第十二章滚动轴承习题12-1解题思路:按教材中所述方法计算每小题中轴承的当量动载荷。注：需判断清楚各小题属于哪种受载情况。习题12-2解题思路：参照例题12-2的过程和格式解答本题。习题12-3解题思路：首先参照例题12-3的过程和格式计算两轴承的当量动载荷，之后计算轴承寿 命。注意：两轴承的安装方式与例题不同。习题12-4解题思路：参照例题12-3的过程和格式解答本题。注意：轴承类型和安装方法有所不同。习题12-5解题思路：参照例题12-3的过程和格式计算两轴承的当量动载荷,进而判断哪个轴承的 寿命短。习题12-6解题思路：根据第十一章第2节所述轴的结构设计原则，结合滚动轴承的组合设计应考 虑和注意的问题，指出图中存在的错误，并说明理由。习题12-7解题思路：根据第十一章第2节所述轴的结构设计原则，结合滚动轴承的组合设计应考 虑和注意的问题，指出图中存在的错误，并说明理由，画出正确结构图。第十三章滑动轴承习题13-1解题思路：参照表13-3选择轴承材料，按公式(13-2)、(13-3)和(13-4)进行条件性计算，判断P、八值是否超过许用值。习题13-2解题思路：根据条件性计算公式(13-2)、(13-3)和(13-4)分别计算所能承受的径向 载荷凡 三者中最小值为轴承所能承受的径向载荷。习题13-3解题思路：根据条件性计算公式(13-5)和(13-6)计算止推轴承能承受的轴向载荷。习题13-4解题思路：首先按公式(13-1)计算K值，之后按表13-8确定润滑方式，并决定润滑剂。习题13-5解题思路：首先计算轴承的压强P和滑动速度v,之后由表13-3根据历卜可和p切选 择轴承材料。习题13-6解题思路：参照例题13-1中的“条件性计算”过程设计本题中的非液体润滑径向轴承。注意：本题为整体式轴承。习题13-7解题思路：参照例题13-1中“条件性计算”和“承载能力计算”两部分计算过程和格式，计 算确定最小油膜厚度讥。习题13-8解题思路：参照例题13-1的过程和格式，设计本题的动力润滑轴向滑动轴承。习题2-4解题思路：1）计算综合影响系数K°d，并计算4和Bi两点的纵坐标岁和£,选择适当 K（jD 2Kod比例，准确作图，给出零件的简化。m-%极限应力图；2）利用教材中给定公式计算0m =。时零件的da，dm,而d = b；m + b；a；3）利用教材中给定公式计算。m =。时的安全系数S。习题2-5解题思路：1）首先利用疲劳曲线方程oSN =。r叫）计算应力。1和。2的疲劳寿命N1和N2；2）利用Minner法则求解也（即发生疲劳破坏之前能承受的应力©的循环次数）。习题2-6解题思路：利用教材中的公式直接计算安全系数S。第四章螺纹连接及螺旋传动习题4解题思路：1）将轴端螺母拧紧后，利用两个夹紧盘将铳刀固定，使之和轴一起转动。靠夹紧盘与铳刀接触面上正压力产生的摩擦力矩承受铳刀切削力方产生 的力矩。首先需计算保证铳刀不松动所需的轴端螺纹连接的预紧力。设夹紧盘与 铳刀之间正压力作用在接触圆环面的平均直径处，并按两面受力计算，则铳第十四章联轴器和离合器习题14-1解题思路:参照例题14-1的过程和格式选择联轴器的型号。注意：本题中是凸缘联轴器。习题14-2解题思路：参照例题14-1的过程和格式解答本题。第十五章弹簧习题15-1解题思路：（1） 根据公式（15-4）进行分析；（2） 利用公式（15-4）进行分析；（3） 利用公式（15-8）进行分析；（4） 利用公式（15-13）进行分析。习题15-2解题思路：根据题中已知条件：仿照本章例题，确定弹簧的许用应力，之后，计算弹簧 的最大切应力fax，判断是否满足强度条件：Fax旧，按公式（15-9）计算 最大变形量Amax。习题15-3解题思路：仿照本章例题的过程和格式设计本题的弹簧。习题15-4解题思路：仿照本章例题的过程和格式设计本题的弹簧。刀不松动的条件为：两面的摩擦力矩之和应不小于尸产生的力矩，还应计入 可靠性系数(40 + 60)160zF' x -一- >KFx乙乙由此求得所需预紧力V。2)按只受预紧力F'计算螺纹连接的抗拉强度，计算所需螺纹内径力，进而 选择标准公称直径。(思考：应如何选择此题中轴端螺纹的旋向？)习题4-2解题思路：1)此问需计算剩余预紧力尸”，如F > 0,则连接不会开缝，否则，会开缝;2)选择适当比例，参考图4-12c图，准确绘制连接的载荷-变形图。当F = 100N时，总拉力:Cb100F = F' +-F = 500 + x 100 = 520(N)° Cb + Cm100 + 400' )当F = 500N时，总拉力：, Cb100/、F = p +-F = 500 + x 500 = 600(N)0 Cb + Cm100 + 400I)外变化范围为：520600 (N)F”变化范围为：100420 (N)习题4-3解题思路：1)按间距不得大于150mm确定螺栓数目zZ之强(应取为便于等分圆周的数)2）计算单个螺栓的轴向工作拉力方螺栓组工作拉力& =E02p,则 F = '3）计算所需预紧力厂按表4-5确定F，查表4-4确定，则所需预紧力 F' = F" + （1 - KJF4）计算螺栓总拉力6F0 = F' + KCF（或 & = F + F）5）按受静载荷计算螺栓的抗拉强度、计算确定所需螺栓直径，进而选择标准直 径。习题4-4解题思路：1）参考表4-2中受剪螺栓连接的结构图，按要求绘图。2）首先将Fr平移到通过螺栓组形心的位置，同时派生出一个转矩7 = LFr。在过形心的Fr力作用下，各螺栓受横向力Fsi相等，则Fsi=强 （方向如Z图示）在转矩T作用下，位于转矩中心处的螺栓受横向力为零，其它两个螺栓所受横向力FS2相等，Fs2 =2 = （方向如图示）CX- I U I Lv乙 vv显然右端螺栓受横向力最大，为鸟max = Fsi + Fs2= + ； ZN CL3）按上述受力最大螺栓校核螺栓的抗剪强度和连接的挤压强度；注意：以从外最小者为对象计算挤压强度。习题4-5解题过程:计算与说明由题图可知，钢丝绳拉力产由支承卷筒的轴来承受，故螺栓组联接只承受由歹产 生的转矩。1 .计算所需的螺栓预紧力螺栓组的转矩x 35 xlO3N 01 = 7x10012单个螺栓所受的横向载荷F= 2x7x106 n = 35()()N(z 是螺栓数目)可靠性系数D()z取 K=1.25(X) x 8所需的预紧力KF、-/Lim12X3500 . ., in4xT TT L,4N = 3.5xlO4N ,取尸=3.5x1()4nO.l2xl主要结果Fs = 3500N尸=3.5x104N2 .计算螺栓的直径螺栓的屈服点螺栓的性能等级为6.8,其ReL = 480MPa安全系数初估螺栓直径在M16M30之间，按静载荷取S=3许用应力二熟=等MPa=160MPa计算螺纹小径4xl.3x3.5x.0-mm903mm3.14x1604 219.03mm标准螺栓直径查机械设计手册可知，M24粗牙螺纹的小径为20.752mm,满 足强度要求，而且与之前初估的螺栓直径范围相符，故选M24 的螺栓。选M24的螺栓习题4-6解题思路:计算与说明主要结果螺栓组的转矩T = F =35 x 103N - mm = 7 x 106N mm221.按螺栓的抗剪强度计算所需的螺栓直径鼻=三=N = 3500N(z是螺栓数目)Doz500 x 8螺栓的屈服点螺栓的性能等级为6.8,其ReL = 480MPa安全系数按静载荷选取sT许用切应力m=等 3T单个螺栓所受的横向载荷按螺栓的抗剪强度公式计算受剪面直径ds "R = 3500N2.按挤压强度计算所需的螺栓直径钢的安全系数按静载荷取5P=1.25铸铁的安全系数按静载荷取Sp=2.5计算三个零件的历5J值，确定计算对象以h2 ap2最小者为计算对象按挤压强度公式计算螺栓受剪面直径ds 2d. 2 A3.选择标准的螺栓直径选取M?的螺栓比较抗剪强度和挤压强度的计算结果，显然应按或较大者选取标准直径。习题4-7解题思路:1）首先通过螺钉的抗拉强度计算，求得单个螺钉所能承受的预紧力口。该题应按只受预紧力F，的螺栓连接计算,故由F' <4X1.3尸',1ndlaO4X1.32）按连接不松动条件，计算所允许的牵曳力Fr,由连接不松动条件VzNKFr,得FrQ啥习题4-8解题思路：1）工作载荷修通过螺栓组形心。点，则各螺栓的轴向工作拉力为F=强， yz螺钉总拉力6=尸 +凡 计算许用应力司=由性能等级46确定小,按不控制预紧力确定安全系数S,则螺钉工作应力。=舒展=?71（1：判断是否满足强度条件。 Mo2） ”作用于。，点时，偏离了形心O,应将%平移至。点，同时派生出倾覆力矩M = Eq。,在为作用下各螺栓的工作拉力Fi =强, Z在M作用下各螺栓的工作拉力尸2 =八二;7二产 12Z螺钉3受轴向工作拉力最大为qax = & + F2Fq .MmaxZ *+将+疗则 F = 1.6%ax，总拉力 用 max =尸 + %ax = Fmax + Fmax = 2.6/ax,按用max计算工作应力。，并校核其强度。习题4-9解题思路:1）由题意可知此题中采用的是受拉螺栓连接，靠预紧力产生的摩擦力承受横向 载荷，将用平移到螺栓组形心，派生出转矩7 = 1000& （N mm）对于方案I :在过形心的生作用下，各螺栓连接所受横向力相等，%=表（方向如图示）在丁作用下，各螺栓连接所受横向力&2也相等"1 =厂2 =切显然，螺栓3所受的横向力和42的合力最大，为Fsmax = &l+Fs2。对于方案II：螺栓1、3、4、6受横向力最大为： =表（方向如图示）rmaxrmaxrl+r2+，+rz（各厂如图示）显然，螺栓3和4所受和乙2的合力最大，按余弦定理可求得最大横向力用'max。比较两方案中的最大横向力Umax和E'max，较小者所需螺栓直径较小。2）方案I中：按受横向力最大的螺栓3计算所需V,应满足的条件为此'之Kgmax9Kgmax9由此得F, >K 心 maxFjFj习题4-10解题思路:首先将尸移至被连接件的结合面内。同时派生出倾覆力矩M = LF。1）由于支架底面具有对称的结构，故M对结合面上总的正压力和摩擦力没有影 响。完全靠预紧力P产生的摩擦力承受厂力，得证支架不下滑。得所需预紧力：r>oPsZ题中给定尸= 9KN,是否大于所需预紧力？2）计算M作用下，单个螺栓的轴向工作拉力"maxrl+r2+，,，+rz"maxrl+r2+，,，+rzM94r(z = 4,= r2 = r3 = r4 = 200mm)查表4-4取（=0.25,则螺栓总拉力后为五0 =9'+ Kc&,许用应力团=发=3=120 （MPa）,查手册，A/16螺栓心=? （mm）, S 3则工作应力。=处野=.4司，7T若判断是否满足强度条件。3）计算bpmax-9 +常口同比较，判断是否会被“压溃”， 计算。pmin、! 看。pmin是否小于。，判断是否会开缝。习题4-11解题思路：参照表4-2中结构图查找错误，并画出正确结构图。习题4-12设计思路：（大体设计过程）首先选择螺旋副材料和牙型（通常选梯形螺纹）T由耐磨性计算初步确定螺 纹参数dz、P、Z、H等T校核螺母螺纹牙的强度T校核螺杆强度T验算自锁条件 和校核螺杆稳定性。第五章键、花键、销和型面连接习题5-1解题思路：参照表5-1,根据轴径确定键的尺寸，按普通平键连接的挤压强度条件计算 共允许传递的最大转矩。习题5-2解题思路：参照例题的过程和格式解答此题。习题5-3解题思路：自主选择花键的类型，查阅机械设计手册，选择花键的尺寸，按动连接进行 耐磨性计算。第六章过盈连接、弹性环连接及钾、焊、粘接习题6-1解题思路：1）查手册确定H7/p6配合可能产生的最大理论过盈量Amax。考虑压入法装配对 表面的摩伤，计算最大实际过盈量金max，之后，由式（加9）计算可能产生 的最大压强生ax；2）按式（6-16）计算所需最大压力；3）按塑性材料，实心轴校核两零件的强度。习题6-2解题思路：参照例6-1的格式和过程设计此题的过盈连接。