机械设计复习题及答案

第三章 强度1. ①零件的应力变化规律(工作应力增长规律)通常分为几种?②并对每种举出一个实例。

③工程设计中难以确定应力变化规律时，可采用何种类型？①分为简单加载(r =常数，或m aσσ=常数) ，复杂加载（σm =常数及σmin =常数）②r =常数：转轴弯曲应力； σm =常数：车辆减振弹簧σmin =常数：气缸盖螺栓③难以判定类型时，一般按r =常数处理。

2. 在图示某零件的许用极限应力图中，A'E'S 为疲劳极限曲线，M 为零件的工作应力点，下列三种情况下的极限应力点分别为：a)应力循环特性r =常数时_______ M 3_______点；和塑性安全区外；A点位于安全区内)4. 试在下列极限应力图上分别标出三种不同加载情况下的疲劳安全区及塑性安全区。

1.某受稳定弯曲变应力作用的轴类零件，最大工作应力σmax =400MPa，最小工作应力σmin=-100MPa。

已知材料的对称循环疲劳极限σ-=1450MPa，脉动循环疲劳极限σ0700=MPa，屈服极限σS MPa=800。

1）试绘出材料的按折线简化的极限应力图；2〕工作应力点M ；σσσm a +==max 400σσσm a -==-min 100σm MPa =150σa MPa =250M (150,250)3）M 点位于疲劳安全区，可能的失效形式为疲劳破坏。

2.某零件受稳定交变弯曲应力作用，最大工作应力MPa 180max =σ，最小工作应力MPa 150min =σ，屈服极限MPa 240S =σ，对称循环疲劳极限MPa 1801=-σ，脉动循环疲劳极限MPa 2400=σ，略去危险截面处应力集中系数等影响，试求：（1）作极限应力图；（2）材料特性系数（等效系数）σϕ值；（3）安全系数S 值解：1).作极限应力图,见图:标明工作点M ；833.0180/150/max min ===σσr (r =常数)MPa 1652minmax m =+=σσσ，MPa 152minmax a =-=σσσ2). σϕ：由图可知：001001222tan σσσσσσγϕσ-=-==--5.02402401802=-⨯= 材料特性系数σϕ:表示材料对循环不对称性的敏感程度，材料强度越高，其值越大。

3). S ：延长0M 得M '(极限应力点)，由直线M S '方程:240S==+σy x ； 直线0M 方程：11/116515==x y ， 联解:x =220，y =20 33.115201651522020==++=S 所以 由作图法:(r =常数) 33.1152000=='='=MH G M M M S3. 一个由40Cr 制成的零件，其力学性能如下：屈服极限σS MPa =550，对称循环疲劳极限σ-=1320MPa ，脉动循环疲劳极限σ0540=MPa ，已知最大工作应力σmax =185MPa ，最小工作应力σmin =-75MPa ，r =常数，综合影响系数2=σK ，试绘制该零件的许用极限应力图（折线图），并用作图法计算它的安全系数，指出该零件可能发生的破坏形式。

解：(1) 许用极限应力图)/,0(1σσK A -'：'=A (,)03202160 )2/,2/(00σσσK B '：'=B (,)5402270135 许用疲劳极限曲线为'''A B E S 折线。

(2) 计算安全系数σS 简单加载情况：MPa 552751852minmax m =-=+=σσσ M Pa1302/)75185(2/)(min max a =+=-=σσσ 图解法：工作应力点)130,55(M ；173.1130/5.1520/0=='=M M S σ（按比例量） 计算法：185.054054032022001=-⨯=-=-σσσϕσ 18.155185.01302320m a 1=⨯+⨯=+=-σϕσσσσσK S第五章螺纹连接一、判断01. 一个双线螺纹副,螺距为4mm,则螺杆相对螺母转过一圈时,它们沿轴向相对移动的距离应为4mm。

( F ) 02. 三角形螺纹由于当量摩擦系数大，强度高，所以是常用的连接螺纹。

( T ) 03. 设计外载荷是轴向变载荷的紧螺栓连接，除考虑螺栓的静强度外，还必须验算其疲劳强度。

( T ) 04. 普通螺栓连接的强度计算，主要是计算螺栓的剪切强度。

( F ) 05. 对受轴向变载荷的普通螺栓连接适当增加预紧力可以提高螺栓的抗疲劳强度。

( T ) 06. 受横向载荷的螺栓组连接中的螺栓必须采用有铰制孔的精配合螺栓。

( F ) 07. 受轴向载荷的紧螺栓连接的螺栓所受的总拉力是预紧力与工作拉力之和。

( F ) 08. 在受轴向变载荷的紧螺栓连接中，使用柔性螺栓，其主要作用是降低螺栓的应力幅。

( T ) 09. 受翻转（倾覆）力矩作用的螺栓组连接中，螺栓的位置应尽量远离接合面的几何形心。

( F ) 10. 在受轴向变载荷的紧螺栓连接结构中，在两个被连接件之间加入橡胶垫片，可以提高螺栓疲劳强度。

( F )二、选择1.常见的连接螺纹是_____C____。

A.左旋单线B.右旋双线C.右旋单线D.左旋双线2. 相同公称尺寸的三角形细牙螺纹和粗牙螺纹相比，因细牙螺纹的螺距小，小径大，故细牙螺纹的___B____。

A.自锁性好，钉杆受拉强度低B.自锁性好，钉杆受拉强度高C.自锁性差，钉杆受拉强度高D.自锁性差，钉杆受拉强度低（强度——指螺纹杆的承载能力。

）3. 用作调节或阻塞的螺纹，应采用__D___。

A.三角形粗牙螺纹B.矩形螺纹C.锯齿形螺纹D.三角形细牙螺纹4. 标注螺纹时___A___。

A.右旋螺纹不必注明B.左旋螺纹不必注明C.左、右旋螺纹都必须注明D.左、右旋螺纹都不必注明5. 连接用的螺母、垫圈的尺寸(型号)是根据螺栓的__C____选用的。

A.中径d2B.小径d1C.大径dD.钉杆直径6. 管螺纹的公称直径是指___D___。

A.螺纹的外径B.螺纹的内径C.螺纹的中径D.管子的内径三、填空1. 普通螺栓的公称直径为螺纹___大___径。

2. 用于薄壁零件连接的螺纹,应采用_______三角形细牙螺纹_____。

3. 受单向轴向力的螺旋传动宜采用_____矩形齿_____螺纹。

4. 普通三角形螺纹的牙型角为______60______度。

5. 常用连接螺纹的旋向为______右______旋。

6. 图示板A用4个铰制孔用螺栓固定在板B上，受力为F，则4个螺栓中受力最大为_____3_____。

试改正下图中的错误结构（另画出一正确结构图即可）。

四、简答1. 常用螺纹的主要类型有哪些？其主要用途是什么？常用螺纹的主要类型有普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹。

前两种主要用于连接，后三种主要用于传动。

2. 与粗牙螺纹相比，细牙螺纹有什么特点？公称直径相同时，细牙螺纹的螺距小，因而细牙螺纹小径较大，升角和导程较小，细牙螺纹强度较高，自锁性较好，多应用于薄壁零件，或受变载、冲击及振动的连接中。

3. 管螺纹的公称直径是指什么直径？为什么管子上的螺纹通常采用细牙螺纹或圆锥螺纹？管螺纹的公称直径指管子的通径（内径）。

管螺纹采用细牙螺纹主要是考虑薄壁。

管螺纹采用圆锥螺纹主要是保证紧密性，无需填料，密封简单。

4. 按螺纹的旋向不同，螺纹分为哪几种？如何判别螺旋的旋向？要求各画一简图。

按螺纹的旋向不同，螺纹分为右螺纹和左螺纹。

使外螺纹轴线铅垂，观察其螺纹方向，向右向上者为右螺纹，向左向上者为左螺纹。

简图如下。

求画图。

）1.）螺栓连接螺栓穿过被连接件的钉孔再用螺母锁紧。

无需在被连接件上切制螺纹，构造简单，装拆方便，适用于被连接件不是很厚可制通孔的场合。

2.）螺钉连接不用螺母而将螺钉穿过被连接件之一的通孔，再旋入另一被连接件的螺纹孔中。

它用于被连接件之一较厚不宜穿通的场合，但这种连接不宜用于经常装拆的地方，以免损坏被连接件的螺纹孔。

3.）双头螺柱连接双头螺柱座端穿过被连接件之一的通孔并旋入和紧定在被连接件之一的螺纹孔中，另一端用螺母拧紧。

用于受结构限制、不能用贯穿螺栓而又常需装拆的场合。

4.）紧定螺钉连接将螺钉旋入被连接件之一的螺纹孔中，其末端顶住另一被连接件的表面或顶入相应的坑中以固定两个零件的相互位置，并可传递不大的力或转矩。

五、计算题01.图示某机构上的拉杆端部采用普通螺纹连接。

已知拉杆所受最大载荷F ＝16kN ，载荷很少变动。

螺钉和拉杆材料为Q235钢，屈服极限MPa 240S =σ，试确定拉杆螺纹的最小直径（安全系数可取[]6.1S =S ）。

许用拉应力[][]MPa 1506.1/240S S ===S σσ松连接，拉杆螺纹小径[]d d F 1441600015011654().或≥c mm ππσ=⨯⨯=02. 图示轴承盖用4个螺钉固定于铸铁箱体上，已知作用于轴承盖上的力F Q ＝10.4kN ，螺钉材料为Q235钢，屈服极限σS MPa =240，取剩余预紧力F "为工作拉力的0.4倍，不控制预紧力，取安全系数[]S S =4，求螺栓所需最小直径。

许用拉应力[][]M Pa 1004400S S ===S σσ 4个螺钉，z ＝4，每个螺钉的工作载荷F=FQ/z =10400/4=2600 N 剩余预紧力F "＝0.4F =0.4⨯2600=1040 N故得螺钉中总拉力N 6403104026000=+=''+=F F F 按强度条件，螺栓小径[]mm 021.106036403.143.14)(0c 1=⨯⨯⨯=⨯ σF d d ≥或。

03. 图示吊钩起重量W ＝20 kN ，吊钩材料为Q235，MPa 400S =σ，起重用，取安全系数[]5S =S ，试求吊钩螺纹部分所需最小直径。

许用拉力应[][]MPa 805400S S ===S σσ 螺栓受拉力F ＝W ＝20 kN按强度条件，螺栓小径[]d d F 144200008017841().或≥c mm ππσ=⨯⨯= 04： 板A 用5个普通螺钉固定在机座B 上，已知板与机座间摩擦系数2）F Q 使每一个螺钉产生作用力F F R Q N 1520005400===//M 使每个螺钉产生作用力F M r R2N ==⨯⨯=//()41810415030005方向如图（中间螺钉F R2=0)。

3）第2个螺钉受力最大，为危险螺钉，设其受力为F RF F F R R1R2N =+=+=40030003400。

4）R f 0F K F ≥μ，34002.115.00⨯=F ，N 027200=F[]σ≤210/43.1d F ⨯，413272006012⨯⨯./πd ≤，d 12739=.mm 。