机械设计课后习题答案 徐锦康
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机械设计答案
第1章机械设计概论
1-2 设计机器时应满足哪些基本要求?
答:1、功能要求
满足机器预定的工作要求,如机器工作部分的运动形式、速度、运动精度和平稳性、需要传递的功率,以及某些使用上的特殊要求(如高温、防潮等)。
2、安全可靠性要求
(1)使整个技术系统和零件在规定的外载荷和规定的工作时间内,能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、不丧失稳定性。
(2)能实现对操作人员的防护,保证人身安全和身体健康。
(3)对于技术系统的周围环境和人不致造成危害和污染,同时要保证机器对环境的适应性。
3、经济性
在产品整个设计周期中,必须把产品设计、销售及制造三方面作为一个系统工程来考虑,用价值工程理论指导产品设计,正确使用材料,采用合理的结构尺寸和工艺,以降低产品的成本。设计机械系统和零部件时,应尽可能标准化、通用化、系列化,以提高设计质量、降低制造成本。
4、其他要求
机械系统外形美观,便于操作和维修。此外还必须考虑有些机械由于工作环境和要求不同,而对设计提出某些特殊要求,如食品卫生条件、耐腐蚀、高精度要求等。
1-4 机械零件的计算准则与失效形式有什么关系?常用的设计准则有哪些?它们各针对什么失效形式?
答:在设计中,应保证所设计的机械零件在正常工作中不发生任何失效。为此对于每种失效形式都制定了防止这种失效应满足的条件,这样的条件就是所谓的工作能力计算准则。它是设计机械零件的理论依据。
常用的设计准则有:
1、强度准则:确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形,是最基本的设计准则。
2、刚度准则:确保零件不发生过大的弹性变形。
3、寿命准则:通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。
4、振动稳定性准则:高速运转机械的设计应注重此项准则。
5、可靠性准则:当计及随机因素影响时,仍应确保上述各项准则。
1-7 机械零件设计的一般步骤有哪些?其中哪个步骤对零件尺寸的确定起决定性的作用?
答:机械零件设计的一般步骤有:
1、选择零件类型、结构;
2、计算零件上的载荷;
3、选择零件的材料;
4、确定计算准则;
5、理论设计计算;
6、结构设计;
7、校核计算;
8、绘制零件工作图;
9、编写计算说明书及有关技术文件
其中步骤4对零件尺寸的确定起决定性的作用。
第2章 机械零件的强度
2-3 静应力计算的强度准则是什么?计算中选取材料极限应力和安全系数的原则是什么?
答:静应力时零件的主要失效形式:塑性变形、断裂,脆性材料的极限应力为B σ(强度极限);塑性材料的极限应力为s σ(屈服极限)
2-5 机械零件设计中确定许用应力时,极限应力要根据零件工作情况及零件材料而定,试指出金属材料的几种极限应力各适用于什么工作情况?
答:强度极限B σ和B τ适用于脆性材料在静应力作用下使用;塑性材料极限应力为s σ(屈服极限);γσ——持久极限,对称循环为1-σ、1-τ,脉动循环时为0σ、0τ。
2-12 某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ,取循环基数,9,10560=⨯=m N 试求循环次数N 分别为7000、25000、620000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。
解:C N N m m N =⋅=⋅0γγσσ
∴ γγσσm N N
N 0= ∴ 当N =7000,MPa N N m N 57.3731807000
105960=⨯⨯==γγσσ 当N =25000,MPa N N m N 30.32418025000
105960=⨯⨯==γγσσ 当N =620000,MPa N N m
N 99.226180620000105960=⨯⨯==γγσσ 2.13 已知某材料的260s σ= MPa ,1170σ-= MPa ,0.2σφ=,试绘制该材料的简化极限应力线图。
解:根据
001/)2(σσσϕσ-=-
0283.34
σ=
第3章摩擦、磨损及润滑
3.3 试描述磨损的一般过程,为什么要认真对待机件的磨合阶段?
答:
磨损过程的三个阶段:
磨合(跑合)阶段新的零件在开始使用时一般处于这一阶段,磨损率较高。
稳定磨损阶段属于零件正常工作阶段,磨损率稳定且较低。
剧烈磨损阶段属于零件即将报废的阶段,磨损率急剧升高。
在磨合阶段,如果压力过大,速度过高,则磨合期很短,并立即进入剧烈磨损阶段。所以要认真对待机件的磨合阶段。
3.5润滑剂的作用是什么?常用的润滑剂有哪几类?
答:润滑的作用:降低摩擦副的摩擦、减少磨损,以及冷却、密封、防锈和减振等。
常用的润滑剂有:
液体润滑剂:有机油、矿物油、合成油等
润滑脂:皂基脂、无机脂、烃基脂和有机脂
固体润滑剂:软金属,如铅、金、银等;
无机化合物:石墨、二硫化钼等;
有机化合物:聚四氟乙烯、尼龙等。
气体润滑剂:空气等。
第4章 带传动
4-1 已知一普通V 带传动传递的功率P =8KW ,带速v =15m/s ,紧边与松边拉力之比为3:1,求该带传动的有效拉力Fe 和紧边拉力F1。
解:∵ 1000V Fe P ⋅= ∴N V P Fe 33.53315
80001000=== ∵ F F F F F f e ∆=-==21 ∴ N Fe F 8002
31==
4-2有一电动机驱动的普通V 带传动,单班制工作,主动轮转速n 1=1 460r/min ,中心距a 约为370mm , d d 1=140mm , d d 2=400mm ,中等冲击,轻微振动,用三根B 型普通V 带传动,初拉力按规定给定,试求该传动所能传递的功率。
解题要点:
(1)根据题意可知
传动比 857.2140/400/12===d d d d i
带长 0212120/)(25.0)(5.02a d d d d a L d d d d d -+++=π
()()[]
9.1633370/14040025.01404005.037022=-⨯++⨯+⨯=π mm 实际选用标准长度` L d =1600mm
小带轮包角 ()()παα/180180121︒⨯--︒=d d d d
()()︒=⨯︒⨯--︒=74.13937014.3/180140400180
根据带传动工作条件,查表可得工作情况系数K A =1.1;
查表可得单根普通B 型V 带的基本额定功率P 0=2.83kW;
查表可得单根普通B 型V 带的基本额定功率△P 0=0.46kW;
查表可得包角系数89.0=a K ;
查表可得长度系数92.0=L K 。
(2)根据])/[(00L a A K K P P P K z ∆+=,可得该带传动所能传递的功率为
[]kW K K K P P z P A
L a 347.71.1/92.089.0)46.083.2(3/)(00=⨯⨯+⨯=∆+=
4-3 设计一普通V 带传动。已知所需传递的功率P =5kW ,电动机驱动,转速n1=1440r/min,从动轮转速n2=340r/min ,载荷平稳,两班制工作。