《机械设计》 习题解答 李建功 第5版.docx

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1、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Kd=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

2、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

3、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

4、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

5、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4KFx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 = 10

6、0N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 +

7、 （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

8、= + ； 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

9、 = 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

10、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

11、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 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：roPsZ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+，,，+rzmaxrl+r2+，,，+rzM94r(z = 4,= r2 = r3 = r4 = 200mm)查表4-4取

12、（=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

13、、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。