机械设计习题卡及答案.pdf
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1、填空题1机械零件一般可以分为 通用零件和 专用零件 两大类。2观察一辆自行车,螺钉、链轮、链条 等明显属于通用零件,而龙头、大梁、脚蹬则属于专用零件。3机器通常由三个部分和两个系统组成,它们是原动机部分、传动部分、执行部分、控制系统和辅助系统。4机械零件的主要失效形式包括整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏和 破坏正常工作条件引起的失效。5根据不同失效形式,机械零件的一般的设计准则包括强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则和可靠性准则。一、填空题:1 零件材料的疲劳根据疲劳次数的明显不同可分为低周疲劳和高周疲劳,例如材料断裂试件和发动机曲轴。2材料疲劳曲线是表达 疲劳极限与 应力循环
2、次数的相对关系。3 零件的疲劳强度极限除与材料自身疲劳强度极限有关外,还与零件的应力集中状况、零件具体尺寸、零件表面质量以及零件的热处理强化方式四个方面有关。4对于单向稳定变应力进行分析时,可能发生最常见三种变化规律为r c、m c和min c,例如心轴、大多数底座类零件、举重设备中的吊臂。5对规律性单向不稳定变应力采用疲劳损伤累积 假说进行计算。6极限应力线图是以m为横坐标的,其含义是工作平均应力;以a为纵坐标的,其含义是工作应力幅。二、选择题1、零件的截面形状一定,当截面尺寸增大时,其疲劳极限将随之C。A.增加B.不变C.降低2、两零件的材料和几何尺寸都不相同,以曲面接触受载时,两者的接触
3、应力值A。A.相等B.不相等C.是否相等与材料和几何尺寸有关3.零件受静载荷作用时,则在其内部CA.只会产生静应力B.只会产生变应力C.可能产生静应力,也可能产生变应力三、计算题1某材料的对称循环弯曲疲劳强度为1180MPa,s 260MPa取循环基数为N0 5106,m 9,试计算循环次数分别为 700 次,25000 次和 620000 次时的有限寿命弯曲疲劳极限。小于 1000 次,静强度;对中等尺寸零件,N0 51062试作图说明承受循环变应力的机械零件,应力变化规律时,在什么情况下可按静强度条件计算?什么情况下需按疲劳强度条件计算?3一零件由 45 钢制成,材料的机械性能为:s=36
4、0MPa,-1=250MPa,=0.2。已知零件上最大工作应力 max=200MPa,最小工作应力 min=100MPa,应力变化规律为 m=常数,弯曲疲劳极限的综合影响系数 K=1.5。试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。a2100 0.2,1 250MPa0 416.7MPamaxma,minmam150,a 50对(150,50),为屈服失效,所以安全系数360/200=1.8一、选择与填空题1普通螺纹的公称直径指的是螺纹的_ A_,计算螺纹的摩擦力矩时使用的是螺纹的_B _,计算螺纹危险截面时使用的是螺纹的_C _。A大径B.中径C.小径2螺纹升角 增大,则联接的自锁性_C
5、_,传动的效率_A_;牙型角 增大,则联接的自锁性_A_,传动的效率_C_。A.提高B.不变C.降低3在铰制孔用螺栓联接中,螺栓杆与孔的配合为_B_。A.间隙配合B.过渡配合C.过盈配合4在螺栓联接的破坏形式中,约有_ 90_的螺栓属于疲劳破坏,疲劳断裂常发生在_螺纹根部_。5在承受横向载荷或旋转力矩的普通紧螺栓组联接中,螺栓杆_B_作用。A.受切应力B.受扭转切应力和拉应力C.受拉应力D.既可能只受切应力又可能只受拉应力6紧螺栓联接受轴向外载荷作用。假定螺栓的刚度 Cb与被联接件的刚度 Cm相等,联接的预紧力为 F0,要求受载后接合面不分离,当外载荷 F 等于预紧力 F0时,则_D_。A.被
6、联接件分离,联接失效B.被联接件即将分离,联接不可靠C.联接可靠,但不能继续再加载D.联接可靠,只要螺栓强度足够,还可以继续加大外载荷 F二、分析与思考题1常用螺纹有哪几种类型?各用于什么场合?对联接螺纹和传动螺纹的要求有何不同?普通螺纹、管螺纹、米制锥螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹。见P62 页表 5-1联接螺纹要求自锁性较好,强度高;传动螺纹要求传动效率高。2联接螺纹都具有良好的自锁性,为什么有时还需要防松装置?试各举出两个机械防松和摩擦防松的例子。螺纹联接在冲击、振动或变载作用下,或当温度变化较大时,螺旋副间的摩擦力可能减小或瞬时消失,在高温时由于螺纹联接件和被联接件的材料发生蠕变和
7、应力松驰等,会使联接中的预紧力和摩擦力逐渐减小,导致联接松动,甚至松开。为保证连接安全可靠,设计时必须采取防松措施。机械:止动垫圈、串联钢丝摩擦:对顶螺母、弹簧垫圈3普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接的主要失效形式是什么?计算准则是什么?普通螺栓:对受拉螺栓,其主要破坏形式是螺栓杆螺纹部分发生断裂,因而其设计准则是保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度;对于受剪螺栓铰制孔螺栓,其主要破坏形式是螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断,其设计准则是保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度,其中联接的挤压强度对联接的可靠性起决定性作用。4普通紧螺栓联接所受到的轴向工作载荷或横向工作载荷为脉动循环时,螺栓上的总载荷
8、是什么类型的循环?非对称循环变应力5螺栓的性能等级为 8.8 级,与它相配的螺母的性能等级应为多少?性能等级数字代号的含义是什么?根据螺母的性能等级不应低于与之相配螺栓的性能等级这一要求,螺母可选用9级。B800MPa,s 640MPa6在什么情况下,螺栓联接的安全系数大小与螺栓直径有关?试说明其原因。P87 表 5-10 不控制预紧力的普通螺栓联接,其安全系数大小与螺栓直径有关,其安全系数 S 随螺纹直径增大而减小,因为尺寸小的螺栓在拧紧时容易产生过载,故采用加大安全系数的方法来弥补可能产生的过载。7紧螺栓联接所受轴向变载荷在 0F 间变化,当预紧力 F0一定时,改变螺栓或被联接件的刚度,对
9、螺栓联接的疲劳强度和联接的紧密性有何影响?CbF2 F0F F0FCbCmCmF1 F0FC Cbm减小螺栓刚度Cb或增大被联接件刚度Cm都可以减小总拉力F2的变动范围,从而提高了螺栓联接的疲劳强度。但在此种情况下引起残余预紧力F1减小,从而降低了联接的紧密性。8 在保证螺栓联接紧密性要求和静强度要求的前提下,要提高螺栓联接的疲劳强度,应如何改变螺栓和被联接件的刚度及预紧力大小?试通过受力变形线图来说明。为了减小螺栓的刚度,可适当增加螺栓的长度,或采用腰状杆螺栓和空心螺栓。为了增大被联接件的刚度,可以不用垫片或采用刚度较大的垫片。P89 图 5-289为什么螺母的螺纹圈数不宜大于 10?通常采
10、用哪些结构形式可使各圈螺纹牙的载荷分布趋于均匀?实验证明,约有1/3 的载荷集中在第一圈上,第八圈以后的螺纹牙几乎不承受载荷。因此,采用螺纹牙圈数过多的加厚螺母,并不能提高联接的强度。为了改善螺纹牙上的载荷分布,常采用悬置螺母,减小螺栓旋合段本来受力较大的几圈螺纹牙的受力面或采用钢丝螺套。10如何识别螺纹是左旋还是右旋?砂轮机轴的两端固定砂轮用的螺纹为何种旋向,为什么?两端固定砂轮用的螺纹为左边左旋,右边右旋。砂轮主轴螺纹的旋向:紧固砂轮或砂轮卡盘的砂轮主轴端部螺纹的旋向必须与砂轮工作时旋转方向相反。右旋螺纹顺时针拧紧;左旋螺纹,逆时针拧紧。正对砂轮,砂轮转向为,所以要求砂轮机两侧的螺纹是左边
11、左旋,右边右旋。11 升角的大小对自锁和效率有何影响?为什么联接螺栓采用三角螺纹,而螺旋传动却采用矩形或梯形螺纹?tgtg(v)自锁:。两者数值越接近,自锁性能越差;数值相差越大,自锁性能越好。螺纹传动效率:tg/tg()。增大,增大;增大,减小。牙型角与当量摩擦系数f间的关系是:fcos(/2)。当增大,f增大,三角螺纹牙型角大(一般为60),矩形螺纹(=0)和梯形螺纹牙型角较小。f12滑动螺旋的主要失效形式是什么?其基本尺寸(即螺杆直径及螺母高度)通常是根据什么条件确定的?P96。滑动螺旋的主要失效形式是螺纹磨损。其基本尺寸是根据耐磨性条件确定的。13滚动螺旋传动与滑动螺旋传动相比较,有何
12、优缺点?滚动螺旋传动具有传动效率高、起动力矩小、传动灵敏平稳、工作寿命长等优点,缺点是制造工艺比较复杂,特别是长螺杆更难保证热处理及磨削工艺质量,刚性及抗振动性能较差。14计算普通螺栓联接时,为什么只考虑螺栓危险截面的拉伸强度,而不考虑螺栓头、螺母和螺纹牙的强度?螺栓的其他部分是根据等强度条件及使用经验规定的,通常都不需要进行强度计算,可按螺栓的公称直径由标准中选定三、计算题:1图示凸缘联轴器(GB/T5843-1986)的型号为 YLDl0,允许传递的最大转矩 T=630Nm,两半联轴器采用 4 个M12 的铰制孔用螺栓联接,螺栓规格为 M1260(GB/T27-1988),螺栓的性能等级为
13、8.8 级,联轴器材料为HT200,试校核其联接强度。找出承受最大工作剪力的螺栓。4 个螺栓在园周上均匀分布,故承受工作剪力相等,设为F。则有,4F r T,F T/4r T/2D 630/(2130103)2423N求出螺栓性能参数螺栓的性能等级为 8.8,所以B800MPa,S 640MPa查 P87 表 5-10,取S 2.5,SP 2.5,所以640 256MPaS2.5800PB 320MPaSP2.5校核螺栓的挤压强度SPF242310.35MPa33d0Lmin(1310)(1810)说明,d0不能取 12mm,因为铰制孔螺栓螺纹部分比光孔略小。Lmin也不能取 20mm,见 P
14、85 图 5-27因为PP,所以螺栓的挤压强度合格校核螺栓的剪切强度F4d024242318.26MPa3 23.14(1310)因为,所以螺栓的剪切强度合格。综上所述,该螺栓组合用。2铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示。已知L=300mm,a=60mm,试求螺栓组联接的三个方案中,受力最大的螺栓所受的力各为多少?哪个方案较好?将力 F 平移到各结合面中心,得扭转力矩M F L 0.3F(Nm)设各方案中在力 F 作用产生的剪切力为F1,扭转力矩 M 作用下产生的剪切力为F2。对方案 1F1 F/32F2a M F2 2.5F很 显 然,第3个 螺 栓 受 力 最 大,最 大 力FMAX F
15、/3 2.5F 2.833F对方案 2F1 F/3很显然,1、3 两个螺栓所受力相等,均为最大值,其最大值2F2a M F2 2.5FFMAXF12 F22 2.522F对方案 3F1 F/353F2a M F2F3综上所述,方案 3 较好。3图示一厚度为 15mm 的钢板,用两个铰制孔用螺栓固定在机架上。巳知载荷 P4000N,螺栓、板和机架材 料许用拉应力=120MPa,许用 剪应力=95MPa,许用挤压应力p=150MPa,板间摩擦系数 f=0.2。(1)确定合理的螺纹直径。(2)若改用普通螺栓,螺栓小径应为多大?(防滑系数Ks1.2)a)将力 P 向结合面形心简化得到集中载荷P 及转矩
16、T P(200 100/2)40002501031000N m。b)在集中载荷 P 的作用下,各螺栓承受的横向载荷c)在转矩 T 的作用下,各螺栓承受的横向载荷F1 P/2 4000/2 2000N,2F2r TF2T/2r T/100 1031000/100 10310000Nd)找出螺栓组中承受最大工作剪力的螺栓,如图所示:很显然,螺栓 2 承受的工作剪切力比较大,最大工作剪力F F1 F2 200010000 12000Ne)按剪切强度确定螺纹小径F4,d02d0f)按挤压强度确定螺纹小径4F41200012.69mm3.1495106PFP,Ld0d0F12000 5.33mmLP15
17、103150106综上所述,取光孔直径为 13mm,螺纹为 M12。若改用普通螺栓,螺栓2 受力最大,此时是依靠结合面间产生的摩擦力来抵抗外载荷F,f F0 KsFF0 KsF/f 1.212000/0.2 72KN1.3F02d145.2F05.272103d1 31.52mm63.1412010即,如果选用普通螺栓,其小径必须大于31.52mm。4在图示螺栓联接中采用两个 M20 的普通螺栓,其许用拉应力160MPa,联接件接合面间摩擦系数f 0.20,防滑系数Ks1.2。请计算该联接允许传递的静载荷 F。(M20 螺栓的小径d117.294mm)。求螺栓预紧力F0fF0iz KsF,F0
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