机械设计基础课后习题答案

第九章 9-2.写出下列材料的名称，并按小尺寸试件查出该材料的抗拉强度σB（Mpa）、屈服极限σS（Mpa）、延伸率δ(%):Q235 ,45,40MnB, ZG270-500, HT200, QT500-7, ZCuSn10P1, ZAlSi12. 解：如图所示 牌号 名称 抗拉强度 屈服极限 延伸率 Q235 碳素结构钢 375 235 26 45 优质碳素结构钢 600 355 16 40MnB 合金结构钢 980 785 10 ZG270-500 铸钢 500 270 18 HT200 灰铸铁 195 ----- ----- QT500-7 球墨铸铁 500 320 7 ZCuSn10P1 铸造锡青铜 330 170 3 ZAlSi12 铸造铝合金 145 ---- 4 ZCuSn10Pb1砂型铸造时抗拉强度为200MPa,屈服强度为100MPa,伸长率为3%,布氏硬度为HBS 785; 金属型铸造时抗拉强度为310MPa,屈服强度为170MPa,伸长率为2%,布氏硬度为HBS 885; 离心铸造时抗拉强度为330MPa,屈服强度为170MPa,伸长率为4%,布氏硬度为HBS 785; 连续铸造时抗拉强度为360MPa,屈服强度为170MPa,伸长率为6%,布氏硬度为HBS 885; 9-4.如题9-4图所示夹钳弓架的材料为45钢，已知尺寸a=65mm,b=16mm,h=50mm,试按弓架强度计算夹钳所能承受的最大夹紧力F(计算时取安全系数S=2)并绘出应力分布图。
题9-4图 解： 查教材表9-1，45钢的屈服极限 　 σS=355Mpa 许用应力　　 [σ]=σSS=3552=177.5Mpa 把夹紧力F向截面中心转化，则有拉力F和弯距　　 M=F(a+h/2)=Fx(65+50/2)=90F 截面面积　　 A=bh=16x50=800mm2 抗弯截面模量　　 W=bh26=16x5026=6666.67mm3 σ=FA+MW=(F800+90F6666.67)≤177.5 则最大夹紧力　　 F=12034N 应力分布图如图所示
图 9.3 题9-4解图 9-16．如题9-16图所示，活塞销两端与活塞孔为过渡配合，活塞销中段与连杆孔为间隙配合。（1）绘制轴与孔的公差带图；（2）说明它们是哪一种基准制，为什么要采用这种基准制。
题9-16图 解：（1）公差带图见题9-16解图，查表得∅25G7的极限偏差为∅25+0.007+0.028，∅25h7的极限偏差为∅25−0.009, 0∅25M7极限偏差为∅25−0.0210 （ 2） ∅25G7h5 ∅25M7h5均采用的是基轴制，当同一尺寸的轴段要与多个有不同配合要求的孔相结合而形成不同的配合性质时，则宜采用基轴制，图中 所示的活塞销，它与活塞孔的配合为过渡配合，而与连杆衬套的配合为间隙配合，如要采用基孔制，则要把活塞销加工成两头大中间小的阶梯轴，显然不利于加工及装配
Π题9-16解图 第十章 10-12.试计算一起重器的螺杆和螺母的主要尺寸。已知起重量Fa=30KN,最大举起高度ι=550mm,螺栓杆用45号钢，螺母用铝青铜ZCuAl10Fe3. 解：选用梯形螺纹 根据耐磨性初选参数：∅=1.5，查表10-8，螺旋副的许用压强[p]=15~25Mpa,取[p]=20Mpa，则螺纹中径的设计公式为： d2≥0.8Fa∅[p]mm=0.8x30x1031.5x20mm=25.29mm 查手册，选取梯形螺纹GB/5796.1-1986，选取公称直径d=28mm,中径d2=25.5mm,小径d1=23mm,螺距p=5mm. (2)初选螺母，初步计算螺母的高度 H=∅d2=1.5x25.5=38.25mm 则螺栓与螺母接触的螺纹圈数为:z=HP=38.255=7.65 取z=8 螺母高度为H=zp=8x5=40mm, 系数∅=Hd2=4025.5=1.57 (3)校核耐磨性，螺纹的工作高度为：h=0.5p=0.5x5=2.5mm 则螺纹接触处的压强为：p=Faπhzd2=30x1033.14x25.5x2.5x8=18.7Mpa≤[p] 合适 (4)校核螺杆稳定性，起重器的螺母端为固定端，另一端为自由端，故取μ=2，螺杆危险截面的惯性半径i=d14=234=5.75,螺杆的最大工作长度为L=550mm,则螺杆的长细比为： λ=μιi=2x5505.75=191.3>100 所以临界载荷为FC=EIπ2(μι)2=3.142X2.06X105X3.14X234(2X550)2=1475KN 取安全系数S=4，则:FCS=368.7>Fa=30KN 不会失稳 （5）校核螺纹牙强度，对于梯形螺纹，则有： B=0.65p=0.65x5=3.25 τ=FaπDbz=30x1033.14x23x3.25x8=15.9Mpa 对于青铜螺母，取[τ]=30~40Mpa, τ<[τ],合适。 第十一章 11-3．单级闭式直齿圆柱齿轮传动中，小齿轮的材料为45钢调质处理，大齿轮的材料为ZG310-570正火，P=4kW,n1=720r/min,m=4mm,z1=25,z2=73,b1=84mm,b2=78mm,单向转动，载荷有中等冲击，用电动机驱动，试验算此单级传动强度。 解： 软齿面闭式齿轮传动应分别验算其接触强度和弯曲强度。 （ 1）许用应力 查教材表 11-1,取小齿轮45钢调质的接触疲劳极限σHlim1=600Mpa,弯曲疲劳极限为σFE1=450Mpa； 取大齿轮ZG270-500正火, 接触疲劳极限σHlim2=300Mpa,弯曲疲劳极限为σFE2=240Mpa；由表11-5，取SH=1.1; SF=1.25;则： [σH1]=σHlim1SH=6001.1Mpa=545 Mpa [σH2]= σHlim2SH=3001.1Mpa=273 Mpa [σF1]=σFE1SF=4501.25 Mpa=360 Mpa [σF2]= σFE2SF=4502401.25 Mpa=192 Mpa （ 2）按齿面接触强度验算，取载荷系数K=1.5(表11-3) ，小齿轮上的转矩： T1=9.55X106XPn1=9.55X106X 4720N.mm=5.3x104 N.mm 取ZE=188(表11-4)，标准齿轮ZH=2.5，d1=mz=4x25=100mm,u=Z2Z1=7325=2.92 因此：σH1=ZEZH32KT1bd12u+1u=188x2.532x5.3x10484x10022.92+12.92 =260Mpa<545Mpa<[σH1] 因此，接触强度满足要求 （3）验算齿轮弯曲强度：查表11-8得出齿形系数 YFa1=2.73 YSa1 =1.58 YFa2=2.27 YSa2=1.75 因此：σF1=2KT1YFa1YSa1bm2z1=2x1.5x5.3x104x2.73x1.5884x4x4x25=20.4Mpa<[σF1] σF2=σF1YFa2YSa2YFa1YSa1=20.4x2.27x1.751.58x2.73=18.8 Mpa<[σF2] 弯曲强度满足要求 综上所述，该齿轮传动满足强度要求。 11-16．在题11-15图中，试画出作用在斜齿轮3和锥齿轮2上的圆周力Ft、轴向力Fa、径向力Fr的作用线和方向。
题11-15图 解： 见下图： 对于锥齿轮2，为从动轮，径向力总是从作用点指向其转动中心，水平向右；圆周力与其转动方向相同，从纸面向外；锥齿轮轴向力从小端指向大端，垂直向下； 对于斜齿轮