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练习题答案第一章 平面连杆机构1-1 什么叫曲柄？在铰链四杆机构中，曲柄的存在条件是什么？曲柄是否一定是最短杆？答：⑴ 能绕固定铰链中心作整周转动的连架杆称为曲柄。
⑵ 曲柄存在的条件：①、最短杆和最长杆的长度之和小于或等于其它两杆长度之和；②、最短杆或其临杆做机架。
⑶ 曲柄不一定是最短杆。
（当满足条件1时并最短杆作机架时，曲柄为最短杆的两个临杆） 1-2 铰链四杆机构用不同的杆长组合并通过构件位置的倒置会得到哪些类型的机构？试填在下表中。
1-3 什么叫摆角？什么叫极位夹角？什么叫行程速比系数？前两者之间有怎样的关系？后两者之间又有怎样的关系？答：⑴ 在曲柄摇杆机构中，取曲柄为主动件，在曲柄转动一周的过程中，有两次与连杆共线，这时的摇杆分别摆至左、右两极限位置。
摇杆两极限位置间的夹角称作摇杆的摆角。
⑵ 对应于摇杆处于两极限位置时，曲柄两位置直线间所夹的锐角，称为极位夹角。
⑶ ()()θ－180θ＋180/ωθ＋180C C /ωθ－180C C /t C C /t C C V V 0002101212121212====线速度从动件工作行程的平均线速度从动件返回行程的平均行程速比系数⑷ 极位夹角和摆角的大小取决于机构中的杆长关系。
摆角越大，极位夹角越大。
⑸ 极位夹角极位夹角行程速比系数－180＋18000== 1-4 曲柄滑块机构是怎样演化为偏心轮机构的？这种演化机构有何优点？答：当曲柄的实际尺寸很小但传递动力较大时，通常将曲柄做一圆盘，圆盘的几何中心为B （亦即圆盘与连杆2的铰接中心），B 与圆盘自身的回转中心A 的距离就是曲柄AB 的长度，这时的机构称为偏心轮机构。
这种演化机构的优点：既减少了加工程序，又提高了曲柄的强度和刚度。
1-5 何谓机构的急回特性？机构具有急回特性的特征是什么？并分析K值大小对机构工作的影响。
答：当曲柄等速转动时，摇杆往返摆动的速度其值不相同，返回时速度较大。
从动件这种返回行程的速度大于工作行程速度的性质，称为机构的急回特性。
第一章绪论（1）1-2 现代机械系统由哪些子系统组成, 各子系统具有什么功能？（2）答: 组成子系统及其功能如下:（3）驱动系统其功能是向机械提供运动和动力。
（4）传动系统其功能是将驱动系统的动力变换并传递给执行机构系统。
第二章执行系统其功能是利用机械能来改变左右对象的性质、状态、形状或位置, 或对作业对象进行检测、度量等, 按预定规律运动, 进行生产或达到其他预定要求。
第三章控制和信息处理系统其功能是控制驱动系统、传动系统、执行系统各部分协调有序地工作, 并准确可靠地完成整个机械系统功能。
第四章机械设计基础知识2-2 什么是机械零件的失效？它主要表现在哪些方面？答：（1）断裂失效主要表现在零件在受拉、压、弯、剪、扭等外载荷作用时, 由于某一危险截面的应力超过零件的强度极限发生的断裂, 如螺栓的断裂、齿轮轮齿根部的折断等。
（2）变形失效主要表现在作用在零件上的应力超过了材料的屈服极限, 零件产生塑性变形。
（3）表面损伤失效主要表现在零件表面的腐蚀、磨损和接触疲劳。
2-4 解释名词: 静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷、静应力、变应力、接触应力。
答: 静载荷大小、位置、方向都不变或变化缓慢的载荷。
变载荷大小、位置、方向随时间变化的载荷。
名义载荷在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。
计算载荷计算载荷就是载荷系数K和名义载荷的乘积。
静应力不随时间变化或随时间变化很小的应力。
变应力随时间变化的应力, 可以由变载荷产生, 也可由静载荷产生。
（1）2-6 机械设计中常用材料选择的基本原则是什么？（2）答：机械中材料的选择是一个比较复杂的决策问题, 其基本原则如下：①材料的使用性能应满足工作要求。
使用性能包含以下几个方面:②力学性能③物理性能④化学性能①材料的工艺性能应满足加工要求。
具体考虑以下几点:②铸造性③可锻性④焊接性⑤热处理性⑥切削加工性①力求零件生产的总成本最低。
主要考虑以下因素:②材料的相对价格③国家的资源状况④零件的总成本2-8 润滑油和润滑脂的主要质量指标有哪几项？答: 衡量润滑油的主要指标有: 粘度（动力粘度和运动粘度）、粘度指数、闪点和倾点等。
机械设计题库及参考答案一、单选题（共67题，每题1分，共67分）1.工作时承受弯矩并传递扭矩的轴，称为(A、转轴B、传动轴C、心轴正确答案：A2.蜗杆传动的中间平面是指( ) 的面。
A、同时垂直蜗杆和蜗轮轴线B、同时通过蜗杆和蜗轮轴线C、通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线D、通过蜗轮轴线并垂直于蜗杆轴线正确答案：C3.滚动轴承的密封装置按密封的结构形式- -般分为接触式密封、()和组合式密封。
A、固定密封B、转运密封C、非接触式密封D、间院密封正确答案：C4.链传动的张紧轮应装在(A、靠近小轮的松边上B、靠近大轮的松边上C、靠近小轮的紧边上D、靠近大轮的紧边上正确答案：A5.在平面机构中若引入一个高副将引入()个约束。
A、4B、3C、1D、2正确答案：C6.自行车轮的轴是().A、转轴B、传动轴C、心轴D、阶梯轴正确答案：C7.角接触球轴承承受轴向载荷的能力，主要取决于( )A、轴承精度B、轴承宽度C、滚动体数目D、接触角大小正确答案：D8.斜齿轮有规定以()为标准值。
A、法面模数B、端面模数C、法面模数或端面模数D、以上都不是正确答案：A9.带轮是采用轮辐式、腹板式或实心式，主要取决于( )。
A、带轮的线速度B、带轮的直径C、传递的功率D、带的横截面尺寸正确答案：B10.渐开线上任意一点的法线必( ) 基圆.A、交于B、没关系 .C、切于正确答案：C11.在蜗杆传动中，通常( ) 为主动件。
A、蜗轮B、齿轮C、蜗杆或蜗轮都可以D、蜗杆正确答案：D12.普通平键联接的主要用途是使轴与轮毂之间().A、沿轴向固定并传递轴向力B、沿周向固定并传递转矩C、安装与拆卸方便D、沿轴向可作相对滑动并具有导向作用正确答案：B13.在蜗杆传动中，应用比较广泛的是(A、锥蜗杆B、环面蜗杆C、因柱蜗杆D、方形杆.正确答案：C14.同一螺栓组中螺栓的( ) 均应相同。
A、长度和材料B、直径和材料C、直径和长度D、直径、长度和材料正确答案：D15.凸轮机构中，主动件通常作()。
机械设计习题第一章机械设计概述思考题1.1 一部完整的机器由哪几部分组成?1.2 设计机器时应满足哪些基本要求?1.3 设计机械零件时应满足哪些基本要求?1.4 机械零件的计算准则与失效形式有什么关系? 常用的计算准则有哪些? 它们各针对什么失效形式?1.5 什么叫机械零件的可靠度?它与零件的可靠性有什么关系? 机械零件的可靠度与失效率有什么关系?1.6 机械零件的设计计算有哪两种方法? 它们各包括哪些内容? 各在什么条件下采用?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? 为什么?1.8 选择零件材料时要了解材料的哪些主要性能? 合理选择零件材料的原则是什么?1.9 机械设计时为什么要考虑零件的结构工艺性问题? 主要应从哪些方面来考虑零件的结构工艺性?1.10 什么是标准化、系列化和通用化?标准化的重要意义是什么?1.11 机械设计方法通常分哪两大类?简述两者的区别和联系。
1.12 什么是传统设计方法?传统设计方法又分哪3种? 各在什么条件下被采用?1.13 什么是现代设计方法?简述现代设计方法的特点。
第四章带传动思考题4.1 按工作原理的不同，带传动的主要类型有哪些?各自适用于什么场合?4.2 V带传动为什么比平带传动的承载能力大?4.3 影响带传动承载能力的因素有哪些? 如何提高带传动的承载能力?4.4 什么是弹性滑动? 什么是打滑? 它们对带传动有何影响? 是否可以避免?4.5 一般情况下，带传动的打滑首先发生在大带轮上还是小带轮上? 为什么?4.6 简述V带传动的极限有效拉力F elim与摩擦系数f，小带轮包角α1及初拉力F0之间的关系。
4.7 分析带传动工作时带截面上产生的应力及其分布，并指出最大应力发生处。
4.8 简述带传动的主要失效形式和设计准则。
4.9 机械传动系统中，为什么一般将带传动布置在高速级?4.10 如何确定小带轮的直径?4.11 为什么V 带剖面的楔角为40°，而带轮的槽角则为32°、34°、36°或38°? 4.12 试说明公式L K K P P P α)(00'0∆+=中各符号的含义。
1．凸缘联轴器，用六个普通螺栓联接，螺栓分布在mm D 100=的圆周上，接合面摩擦系数f =0.16，防滑系数 1.2f K =，若联轴器传递扭矩为m N .150，试求螺栓螺纹小径。
（螺栓[]MPa 120=σ）。
解： T K r fF f zi i ≥∑=10N r f TK F f 3750)506(16.0101502.1)6(30=⨯⨯⨯⨯==mm F d 19.712037502.5][2.501=⨯=≥πσπ 结论 取M10的螺栓2．图示刚性联轴器，螺栓孔分布圆直径mm D 160=，其传递的扭矩m N T .1200=，若使用16M 的普通螺栓（螺纹内径mm d 84.131=），被联接件接合面的摩擦系数25.0=f ，防滑系数2.1=K f ，螺栓材料的许用应力[]MPa 80=σ，问至少需要多少个螺栓才能满足联接的要求？ 解：强度条件：302211332211.34 1.3240010[][]/44 1.32400104 1.3 1.22400107.77[]13.840.2516080s s F K d d fzDK z d fD σσσπππσπ⨯⨯⨯=≤∴≤⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯∴≥==⨯⨯⨯⨯至少需8个螺栓3.已知气缸的工作总压力Q=29000N，螺栓材料为35号钢，许用应力[σ]=150N/mm2,螺栓个数Z = 8,剩余预紧力F'0=1.5 F, 试设计气缸盖螺栓联接。
mmd d d F NF F F NF F NZ Q F 000121999.101505.906243.1][43.15.90625.543736255.543736255.15.136258290001212100≥≤⨯⨯≤⨯='=+='+==⨯=='===∑∑πσπσ查表选取M12，其小径d 1=10.106>10.000121999 符合要求。
4.有一受轴向变载荷作用的紧螺栓联接，预紧力N F 40000=，轴向工作载荷在N 4000~0之间变化，假设螺栓与被联接件刚度相等，试绘制受力变形图并计算：（1）螺栓所受最大和最小载荷是多少？（2）被联接件之间的压紧力最大和最小值是多少？（3）螺栓材料的许用应力[]MPa 80=σ，根据受轴向静载荷计算螺栓尺寸1d 。
机械设计练习题及答案一、单选题（共60题，每题1分，共60分）1、为了保证带传动的正常工作，应定期检查带的（）A、弯曲应力B、松边拉力C、初拉力D、拉应力正确答案：C2、（）在众多的齿轮机构中，哪个是最基本，最常用的一种。
A、螺旋齿轮B、直齿圆柱齿轮C、斜齿轮D、锥齿轮正确答案：B3、定轴齿轮系是指所有齿轮( )固定的轮系？A、轴线位置B、固定轴C、轴D、轴向位置正确答案：A4、有急回特性的平面连杆机构的行程速度变化系数( )。
A、K=1B、K≥1C、K<1D、K>1正确答案：D5、以下不是滚动轴承的后置代号的是（ )？A、径向游隙代号B、公差等级代号C、内部结构代号D、外部结构代号正确答案：D6、内齿轮的分度圆（）齿根圆。
A、大于B、小于C、等于D、其他正确答案：B7、带传动中，两带轮与带的摩擦系数相同，直径不等，如有打滑则先发生（）轮上。
A、小B、两带C、大D、不一定哪个正确答案：A8、铰链四杆机构中，若最长杆与最短杆之和大于其他两杆之和，则机构有（ )A、一个摇杆B、两个曲柄C、两个摇杆D、一个曲柄正确答案：C9、有一轮系，两对传动齿轮之模数相同，若轮系值为1/8，则其齿数的配合应为（）。
A、60/30×80/20B、20/40×18/72C、30/60×18/72D、30/60×20/80正确答案：C10、影响齿轮传动准确性的公差组是（）A、IIIB、IIC、IVD、I正确答案：D11、对于普通圆柱蜗杆传动，下列说法错误的是（）A、在蜗轮端面内模数和压力角为标准值B、传动比不等于蜗轮与蜗杆分度圆直径比C、蜗杆直径系数q越小，则蜗杆刚度越大D、蜗杆头数多时，传动效率提高。
正确答案：C12、在蜗杆传动中，当其他条件相同时，减少蜗杆头数，则( )A、有利于实现自锁B、有利于提高传动效率C、有利于提高蜗杆刚度D、有利于蜗杆加工正确答案：A13、当极位夹角为（）的时候，曲柄摇杆机构，没有急回运动。
机械设计考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 机械设计中，通常所说的“三视图”是指：A. 正视图、侧视图、俯视图B. 正视图、侧视图、仰视图C. 正视图、侧视图、斜视图D. 正视图、侧视图、局部视图答案：A2. 在机械设计中，以下哪种材料不属于金属材料？A. 钢B. 铝C. 塑料D. 铜答案：C3. 以下关于齿轮传动的说法，正确的是：A. 齿轮传动比可以任意设定B. 齿轮传动比是固定的C. 齿轮传动比是可变的D. 齿轮传动比与齿轮的齿数无关答案：B4. 机械设计中，轴承的寿命通常与以下哪个因素无关？A. 轴承的类型B. 轴承的载荷C. 轴承的转速D. 轴承的颜色答案：D5. 在机械设计中，以下哪种情况不会导致材料的疲劳破坏？A. 重复加载B. 过载C. 腐蚀D. 冲击载荷答案：C6. 以下关于材料硬度的描述，错误的是：A. 硬度是材料抵抗塑性变形的能力B. 硬度是材料抵抗弹性变形的能力C. 硬度可以通过硬度计进行测量D. 硬度是材料抵抗磨损的能力答案：B7. 机械设计中，以下哪种连接方式不属于固定连接？A. 螺纹连接B. 焊接C. 铆接D. 销连接答案：A8. 以下哪种润滑方式属于动态润滑？A. 干摩擦润滑B. 边界润滑C. 液体润滑D. 固体润滑答案：C9. 在机械设计中，以下哪种材料通常用于制造轴承？A. 木材B. 塑料C. 陶瓷D. 铸铁答案：C10. 以下关于机械加工的描述，错误的是：A. 机械加工可以提高零件的尺寸精度B. 机械加工可以提高零件的表面粗糙度C. 机械加工可以提高零件的强度D. 机械加工可以提高零件的硬度答案：C二、填空题（每题2分，共20分）1. 机械设计中，________是用来表示零件在空间中位置的图示方法。
答案：三视图2. 金属材料的强度通常与其________有关。
答案：晶粒大小3. 齿轮传动的效率与________有关。
答案：齿面硬度4. 轴承的寿命可以通过________来计算。
复习题一、填空题1、一平面铰链四杆机构的各杆长度分别为a=350,b=600,c=200,d=700； (1) 当取c 杆为机架时，它为何种具体类型？_双曲柄机构_；（2）当取d杆为机架时，则为曲柄摇杆机构2、曲柄摇杆机构产生“死点”位置的条件时摇杆为_主动件_，曲柄为_从动件_。
3、运动副是指能使两构件之间既能保持直接接触，而又能产生一定的形式相对运动的联接_。
4、在双曲柄机构中，如果将最短杆对面的杆作为机架时，则与此相连的两杆均为摇杆，即是双摇杆机构。
5、平面连杆机构当行程速比K_>1_时，机构就具有急回特性。
6、牛头刨床的工作台进给机构用的是棘轮机构。
7、机器或机构构件之间，具有确定的相对运动。
8、在曲柄摇杆机构中，如果将最短杆的对面杆作为机架，则与机架相连的两杆都可以作整周回转运动，即得到双曲柄机构。
9、机构具有确定运动的条件是：构件系统的自由度必须大于零，且原动件数与其自由度数必须相等。
10、图示机构要有确定运动需要有_1（摇杆）__个原动件。
11、平面四杆机构中，若各杆长度分别为a=30，b=50，c=80，d=90，当以a为机架，则该四杆机构为_双曲柄机构_。
12、平面四杆机构中，若各杆长度分别为a=40、b=60、c=60、d=70。
当以a为机架，则此四杆机构为_双曲柄机构_。
13、凸轮机构能使从动杆按照预定的运动规律，实现各种复杂的运动。
14、凸轮机构中，凸轮基圆半径愈大，压力角愈小，机构传动性能愈好。
15、国标规定，三角带有Y、Z、A、B、C、D、E共七种类型，代号“B2240”表示的含义是：截型为B型，基准长度为2240mm的V型带。
16、带传动中，当中心距a过大，常会引起带的搧动，而中心距a过小，又会加速带的疲劳损坏。
17、我国三角带已经标准化，共分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，三角带的锲角是400度。
18、三角带表面上印有B2240，它表示该三角带是B型带，基准长度为2240mm。
螺纹联接作业1.受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。
已知预紧力为1500N，当轴向工作载荷为1000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。
2.图示汽缸螺栓联接，汽缸内压力p在0-1.5MPa间变化，缸盖和缸体均为钢制，为保证气密性要求，试选择螺栓材料，并确定螺栓数目和尺寸。
3.图示两根梁用8个4.6级普通螺栓与两块钢盖板相联接，梁受到的拉力F=28kN，摩擦系数f=0.2，控制预紧力，试确定所需螺栓的直径。
4.图示YLD10凸缘联轴器，允许传递的最大转矩为630N·m，两半联轴器采用4个M12×60的铰制孔螺栓，性能等级为8.8级，联轴器材料为HT200，试校核联接强度。
5.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？6.图示底板螺栓组联接受外力F e作用，外力F e作用在包含x轴并垂直于底板结合面的平面内。
试分析螺栓组受力情况，并判断哪个螺栓受载最大？保证联接安全的必要条件有哪些？7.指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。
8.图示刚性联轴器取4个M16小六角头铰制孔用螺栓，螺栓材料为45钢，受剪面处螺栓直径为φ17mm，其许用最大扭矩T=1.5kN·m（设为静载荷），试校核其强度。
联轴器材料HT250。
提示9.上题的刚性联轴器中，若采用M16受拉螺栓，靠两半联轴器的接合面间产生的摩擦力来传递扭矩，螺栓材料为45钢，接合面间的摩擦系数f=0.16，安装时不控制欲紧力，试决定螺栓数（螺栓数应为双数）。
10.如图，缸径D=500mm，蒸汽压力p=1.2MPa，螺栓分布圆直径D0=640mm。
为保证气密性要求，螺栓间距不得大于150mm。
试设计此汽缸盖螺栓组联接。
螺纹联接作业解答1~8 （略）解：（1）、求预紧力'F 查手册GB196-81 得113.835d =(M16) p=2H=0.866 p=1.732则：1 1.73213.83513.54666c Hd d =-=-= 查表6.3 取 []4S S =选6.8级：600B a Mp σ=480S a Mp σ=许用拉应力：480[]120[]4sa S Mp S σσ=== 24 1.3'[]c F d σπ⨯≤22[]13.546120'13303.014 1.34 1.3c d F N πσπ⨯⨯∴≤==⨯⨯（2） '2Sf DzF k T μ= 取保 1.3f k =23 1.31500100011.82'13303.010.16155f S k T z F Dμ⨯⨯⨯∴===⨯⨯取 z=12 (双数)解:1、确定螺栓数目z 取间距t ＝12564016.09125125D z ππ⨯=== 取＝16２、选螺栓性能等级6.8级 45钢600B a Mp σ= 480S a Mp σ=480S a Mp σ= ３、计算螺栓载荷(1)、气钢盖载荷：225001.2235619.4544D Q p N ππ⨯===（2）、螺栓工作载荷：14726.2216QF N == （3）、残余预紧力： "1.5 1.514726.2222089.33F F N =⨯=（4）、螺栓最大拉力：0"14726.2222089.3336815.55F F F N =+=+=（5）、许用拉力：取安全系数：[]3S S = （不控制预紧力）480[]16033Sa Mp σσ=== 4、计算螺栓尺寸19.5156c d mm ≥==选 M24查 124,20.752,3d d p === 0.866, 2.598H p ==1 2.59820.75220.31919.515666c Hd d =-=-=> (满足要求) 若选M22 122,19.294, 2.5d d p === 则： H=0.866 p=2.1651 2.16519.29418.93366c Hd d =-=-= (不满足) 轴毂联接作业1.图示减速器的低速轴与凸缘联轴器及圆柱齿轮之间分别采用键联接。
机械设计习题解答机械设计（西北工大第八版）3-1 某材料的对称弯曲循环疲劳极限1180 MPa σ-=，取循环基数60510N =⨯，9m =，试求循环次数N 分别为7000、25000、62000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。
解 由公式011mN N Nσσ--= （教科书式3-3） 16091131510180373.6 710mN N MPa N σσ--⨯==⨯=⨯ 26091142510180324.3 2.510mN N MPa N σσ--⨯==⨯=⨯ 36091153510180227.0 6.210mN N MPa N σσ--⨯==⨯=⨯ 3-2已知材料的力学性能为260 s MPa σ=，1170 MPa σ-=，0.2σϕ=，试绘制此材料的简化等寿命疲劳曲线。
解 根据所给的条件，()0,170A '和()260,0C 由试件受循环弯曲应力材料常数102σσσϕσ--=，可得1022170283.33 110.2MPa σσσϕ-⨯===++由上式可得()141.67,141.67D '。
由三点()0,170A '、()260,0C 和()141.67,141.67D '，可绘制此材料的简化等寿命疲劳曲线如下。
3-3 一圆轴的轴肩尺寸为：72 D mm =，62 d mm =， 3 r mm =。
材料为40CrNi ，其强度极限900 b MPa σ=，屈服极限750 S MPa σ=，试计算轴肩的弯曲有效应力集中系数k σ。
解 /72/62 1.16D d ==，/3/620.048r d ==，所以，查教科书附表3-2得 2.09σα≈，查教科书附图3-1得0.9q σ≈，故有()()1110.92.091 1.981k q σσσα=+-=+-=5-4 图5-48所示的底板螺栓组连接受外力F ∑的作用，外力F ∑作用在包含x 轴并垂直于底板接合面的平面内。
试分析螺栓组的受力情况，判断哪个螺栓受力最大？保证连接安全工作的必要条件有哪些？解 将底板螺栓组连接受外力F ∑力等效转化到底板面上，可知底板受轴向力sin y F F θ∑∑=，横向力cos x F F θ∑∑=和绕z的倾斜力矩sin cos z M lF hF θθ∑∑=-。
从图可看出sin cos 0z M lF hF θθ∑∑=-<。
（1） 底板最左侧的两个螺栓受拉力最大，应验算该螺栓的拉伸强度（螺栓拉断），要求拉应力[]σσ<。
（2） 底板最右侧边缘的最大挤压力（底板左侧压溃），要求挤压应力max p p σσ⎡⎤<⎣⎦。
（3） 底板最左侧边缘的最小挤压力（底板右侧出现间隙），要求最小挤压应力max 0p σ>。
（4） 应验算底板在横向力作用下不发生滑移，要求摩擦力()0f y x F f F F F ∑∑=->。
（注：0F 为螺栓组总的预紧力）。
5-6 已知一托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相连接。
托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为250 mm ，大小为60 kN 的载荷作用。
现有如图5-50所示的两种螺栓布置形式，设采用铰制孔用螺栓连接，试问哪一种布置形式所用的螺栓直径较小？为什么？解 将螺栓组受力60 F kN =向螺栓组对称中心等效，受剪力60 e F kN =，转矩2502506015000 T F N m ==⨯=g 。
设剪力e F 分在各螺栓上的力为i F ，转矩T 分在各螺栓上的力为j F 。
（1）螺栓组按图5-50（a ）布置，有6010 66e i F F kN ===（受力方向为向下） 1500020 66125j T F kN r ===⨯（受力方向为螺栓所在圆的切线方向）由图可知，最右边的螺栓受力最大，且为max 102030 i j F F F kN =+=+=（2）螺栓组按图5-50（b ）布置，有6010 66e i F F kN ===（受力方向为向下） 由教科书式（5-13），可得232max max62211251500010125224393 24.4 1251252412522j i i Tr F N kN r =⎛⎫⨯+ ⎪⎝⎭===≈⎛⎫⎛⎫⨯+⨯+⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦∑ 由图可知，右边两个螺栓受力最大，且为22max max max 222cos 21024.421024.433.6 5i j i j F F F F F kNθ=++=++⨯⨯⨯= 由以上数值可以得出max max F F <：采用图5-50(a)的布置形式所用的螺栓直径较小。
5-10 图5-18所示为一气缸盖螺栓组连接。
已知气缸内的工作压力0~1 p MPa =，缸盖与缸体均为钢制，直径1350 D mm =，2250 D mm =，上、下凸缘均为25 mm ，试设计此连接。
解 （1） 确定螺栓数z 和直径d查教科书表5-4得螺栓间距07t d <，取06t d =，12z =，则螺栓间距1035092 1212D t mm ππ⨯==≈ 螺栓直径为：09215.33 66t d mm ==≈，按照系列标准取16 d mm =（2）选择螺栓性能等级按表5-8选取螺栓性能等级为8.8，则螺栓材料的屈服极限640 s MPa σ=。
（3）计算螺栓上的载荷作用在气缸上的最大压力F ∑和单个螺栓上的工作载荷F222250149087 44D pF N ππ∑⨯⨯==≈490874091 12F F N z ∑==≈ 按教科书P83，对于有密封要求的连接，残余预紧力()11.5~1.8F F =，取1 1.6F F =。
根据公式计算螺栓的总载荷为：21 2.6 2.6409110637 F F F F N =+==⨯≈（4）材料的许用应力按不控制预紧力的情况确定安全系数，查教科书表5-10，取安全系数5S =，许用应力[]640128 5sMPa Sσσ=== （5）验算螺栓的强度查手册，螺栓的大径16 d mm =，小径113.835 d mm =，取螺栓的长度70 l mm =，根据公式螺栓的计算应力为：[]22211.34 1.31063792.0 128 13.8354ca F MPa MPa d σσππ⨯⨯===<=⨯ 满足强度条件。
螺栓的标记为 GB/T5782-86 M16×70，螺栓数量12个。
6-2胀套串联使用时，为何要引入额定载荷系数m ？为什么1Z 型胀套和2Z 型胀套的额定载荷系数有明显的差别？解 （1） 胀套串联使用时，由于各胀套的胀紧程度不同，致使各胀套的承载能力不同，所以，计算时引入额定载荷系数m 。
（2）1Z 型胀套串联使用时，右边胀套轴向夹紧力受左边胀套的摩擦力的影响，使得左边胀套和右边胀套的胀紧程度有明显的差别，1Z 型胀套串联的额定载荷系数m 较小。
2Z 型胀套串联使用时，右边胀套和左边胀套分别自行胀紧，使得左边胀套和右边胀套的胀紧程度只有较小的差别，因此，2Z 型胀套串联的额定载荷系数m 较大。
6-4图6-27所示的凸缘半联轴器及圆柱齿轮，分别用键与减速器的低速轴相连接。
试选择两处键的类型及尺寸，并校核其连接强度。
已知：轴的材料为45钢，传递的转矩1000 T N m =g ，齿轮用锻钢制成，半联轴器用灰口铸铁制成，工作时有轻微冲击。
解 （1） 确定联轴器段的键由图6-27，凸缘半联轴器与减速器的低速轴相连接，选A 型平键。
由轴径70 d mm =，查教科书表6-1得所用键的剖面尺寸为20 b mm =，12 h mm =。
轮毂的长度确定键的长度，可取 1.5 1.570105 L d mm ==⨯=（P105轮毂的长度可取()1.5~2L d =），教科书表6-1取键的长度110 L mm =，键的标记： 20110 10962003GB ⨯-键。
键的工作长度为：1102090 l L b mm =-=-=键与轮毂的接触高度为：/2 6 k h mm ==。
根据联轴器材料为灰口铸铁，载荷有轻微的冲击，查教科书表6-2，去许用挤压应力55 p MPa σ⎡⎤=⎣⎦[注：键、轴、轮毂材料最弱的许用挤压应力]，根据普通平键连接的强度计算公式，其挤压强度为321021000100052.91 55 69070p p T MPa MPa kld σσ⨯⨯⨯⎡⎤===≤=⎣⎦⨯⨯ 满足挤压强度。
（2） 确定齿轮段的键由图6-27，圆柱齿轮与减速器的低速轴相连接，选A 型平键。
由轴径90 d mm =，查教科书表6-1得所用键的剖面尺寸为25 b mm =，14 h mm =。
轮毂的长度确定键的长度，教科书表6-1取键的长度80 L mm =，键的标记： 2580 10962003GB ⨯-键。
键的工作长度为：802555 l L b mm =-=-=键与轮毂的接触高度为：/27 k h mm ==。
根据齿轮材料为钢，载荷有轻微的冲击，查教科书表6-2，去许用挤压应力110 p MPa σ⎡⎤=⎣⎦[注：键、轴、轮毂材料最弱的许用挤压应力]，根据普通平键连接的强度计算公式，其挤压强度为321021000100057.72 110 75590p p T MPa MPa kld σσ⨯⨯⨯⎡⎤===≤=⎣⎦⨯⨯ 满足挤压强度。
7-1 图7-27所示的焊接接头，被焊材料均为235Q 钢，170 b mm =，180 b mm =，12 mm δ=，承受静载荷0.4 F MN =，设采用4303E 焊条手工焊接，试校核该接头的强度。
解 从图7-27中可以看出，有对接和搭接两种焊缝。
（1） 确定许用应力被焊件的材料235Q ，查教科书表7-3得：许用拉应力[]180 MPa σ'=，许用切应力[]140 MPa τ'=。
（2） 校核焊缝的强度根据对接焊缝的受拉强度条件公式[]1F Aσσ'=≤，可得对接焊缝所能承受的载荷为：[]117012180367200 367.2 F b N kN δσ'≤=⨯⨯==根据搭接焊缝的受剪切强度条件公式[]210.7F b ττδ'=≤，可得搭接焊缝所能承受的载荷为：[]210.70.7801214094080 94.08 F b N kN δτ'≤=⨯⨯⨯==在对接缝中间剖开，焊缝所能承受的总载荷为12=367.2+94.08=461.28 400 F F F kN F kN ∑=+>=所以满足强度条件。
7-5 图7-28所示的铸锡磷青铜蜗轮圈与铸铁轮芯采用过盈连接，所选用的标准配合为87H t ，配合表面粗糙度均为，设连接零件本身的强度足够，试求此连接允许传递的最大转矩(摩擦系数0.10f =)。
