机械设计第九版-濮良贵-课后习题答案

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MPa 1801=-σ，取循环基数60105⨯=N ，

9=m ，试求循环次数

N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿

命弯曲疲劳极限。 [解] MPa 6.37310710

5180936

9

10111=⨯⨯⨯==--N N σσN MPa 3.324105.210

51809469

20112=⨯⨯⨯==--N N σσN

MPa 0.22710

2.610

51809569

30113=⨯⨯⨯==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此

材料的简化的等寿命寿命曲线。 [解]

)170,0('A

)0,260(C

012σσσΦσ

-=

-Θ

σ

Φσσ+=∴-1210

MPa 33.2832

.01170

21210=+⨯=+=

∴-σΦσσ

得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D '

根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示

3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。 [解] 因2.145

54==d

D

，067.045

3

==

d r

，查附表3-2，插值得88.1=ασ，查附图

3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即

()()69.1188.178.0111k =-⨯+=-α+=σσσq

查附图3-2，得75.0=σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1=q β，则

35.21

1191.0175.069.1111k =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪

⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=q σσσσββεK (

)()()35.267.141,67.141,0,260,35

.2170

,0D C A ∴

根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图

3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =σ，应力幅MPa 20a =σ，试分别按①C r =②C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。 [解] 由题3-4可知35.2,2.0MPa,260MPa,170s 1-====σσK Φσσ

（1）C r =

工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的循环特性不变公式，其计算安全系数

28.220

2.03035.2170

m a 1-=⨯+⨯=+=

σΦσK σS σσca

（2）C σ=m

工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的平均应力不变公式，其计算安全系数

()()()()

81

.1203035.220

2.035.2170m a m 1-=+⨯⨯-+=+-+=

σσσσca σσK σΦK σS

第五章螺纹连接和螺旋传动

5-1 分析比较普通螺纹、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

靠螺纹密封的联接螺纹

梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙侧角3o，内外螺纹

以锥面巾紧不易松动，工艺较好，牙根

强度高，对中性好

最常用的传动螺纹

锯齿形螺纹牙型不为等腰梯形，工作面的牙侧角

3o，非工作面的牙侧角30o。外螺纹牙

根有较大的圆角，以减少应力集中。内

外螺纹旋合后，大径处无间隙，便于对

中。兼有矩形螺纹传动效率高和梯形螺

纹牙根旨度高的特点

只能用于单向受力的螺

纹联接或螺旋传动，如螺

旋压力机

5-2 将承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆部分做得细些有什么好处？答：可以减小螺栓的刚度，从而提高螺栓联接的强度。

5-3 分析活塞式空气压缩气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力，最小应力如何得出？当气缸内的最高压力提高时，它的最大应力，最小应力将如何变化？

解：

最大应力出现在压缩到最小体积时，最小应力出现在膨胀到最大体积时。当汽缸内的最高压力提高时，它的最大应力增大，最小应力不变。5-4 图5-49所示的底板螺栓组联接受外力FΣ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？堡证联接安全工作的必要条件有哪些？

5-5 图5-49是由两块边板和一块承重板焊接的龙门起重机导轨托架。两块边板各用4个螺栓与立柱相连接，托架所承受的最大载荷为20kN，载荷有较大的变动。试问：此螺栓连接采用普通螺栓连接还是铰制孔用螺栓连接为宜？为什么？Q215，若用M6×40铰孔用螺栓连接，已知螺栓机械性能等级为8.8，校核螺栓连接强度。

[解] 采用铰制孔用螺栓连接为宜

因为托架所受的载荷有较大变动，铰制孔用螺栓连接能精确固定被连接件的相对位置，并能承受横向载荷，增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移，而普通螺栓连接靠结合面产生的摩擦力矩来抵抗转矩，连接不牢靠。 （1）确定M 6×40的许用切应力[τ]

由螺栓材料Q215，性能等级8.8，查表5-8，可知MPa 640][s =σ，查表5-10，可知0.5~5.3][=τS

()MPa 128~86.1820

.5~5.3640

][][][s ===

τ∴τS σ

MPa 67.4265

.1640][s ===

p p S σσ （2）螺栓组受到剪力F 和力矩（FL T =），设剪力F 分在各个螺栓上的力为i F ，转矩T 分在各个螺栓上的分力为j F ，各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离为r ,即mm 27545cos 2150

=︒

=

r