第一章机械设计总论习题
四、计算题：
1、某钢制零件材料性能为，，，受单向稳
定循环变应力，危险剖面的综合影响系数，寿命系数。
（1）若工作应力按常数的规律变化，问该零件首先发生疲劳破坏，还是塑性变形？
（2）若工作应力按应力比（循环特性）常数规律变化，问在什么范围内零件首先发生疲劳破坏？（图解法、解析法均可）
1、解：（1）
作该零件的极限应力图。
常数时，应力作用点在线上，与极限应力图交于线上，所以该零件首先发生塑性变形。
（2）常数时，工作应力点在范围内，即：点，所以
时首先发生疲劳破坏。
2、零件材料的机械性能为：，，，综合影
响系数，零件工作的最大应力，最小应力，加载方式为（常数）。
求：（1）按比例绘制该零件的极限应力线图，并在图中标出该零件的工作应力点和其相应的极限应力点；
（2）根据极限应力线图，判断该零件将可能发生何种破坏；
（3）若该零件的设计安全系数，用计算法验算其是否安全。
2、解：（1）；
零件的极限应力线图如图示。工作应力点为，其相应的极限应力点为。
（2）该零件将可能发生疲劳破坏。
（3）
该零件不安全。
3、在图示零件的极限应力线图中，零件的工作应力位于点，在零件的加载过程中，可能
发生哪种失效？若应力循环特性等于常数，应按什么方式进行强度计算？
3、解：可能发生疲劳失效。
时，应按疲劳进行强度计算；
4、已知45钢经调质后的机械性能为：强度限，屈服限，疲劳限，材料的等效系数。
（1）材料的基氏极限应力线图如图示，试求材料的脉动循环疲劳极限；
（2）疲劳强度综合影响系数，试作出零件的极限应力线；
（3）若某零件所受的最大应力，循环特性系数，试求工作应力点的坐标和的位置。
4、解：（1）
（2）零件的极限应力线为。
（3）；；
5、合金钢对称循环疲劳极限，屈服极限，。
试：
（1）绘制此材料的简化极限应力图；
（2）求时的、值。
5、解：（1），
作材料的简化极限应力图。
（2），；；
由和
得：
，
图中：
第二章 螺纹联接与螺旋传动 五、计算题
1、一悬臂梁由四个普通螺栓联接固定于立墙上的两个夹板间，如图所示，已知载荷P=1000N ，螺栓布局和相关尺寸如图示，试选择螺栓直径d 。 注：
（1）螺栓材料45钢
=360N/mm ；
（2）图示尺寸单位为mm ；
（3）板间摩擦系数f=0、15，可靠性系数K=1 、2； （4
）螺纹标准见下表； 螺纹外径
螺纹内径
1、 解：在横向力作用下，悬臂梁不滑移的条件为
则悬臂梁在y 向摩擦力
2、如图所示的夹紧联接柄承受载荷Q=600N ，螺栓个数z=2，联接柄长度L=300mm ，轴的直径d=60mm ，夹紧结合面的摩擦系数f=0、15，考虑摩擦传力的可靠性系数
。试确定该联接螺栓的直径（螺栓材料为Q235,
，
）。
2、解：假定夹紧机构在螺栓联接并预紧的情况下近似为一刚性体，如图，在载荷及螺栓预
紧力作用下，产生正压力，，由于，产生的摩擦力较小，则近似有
，（1）
又由在向的受力关系有：（2）
根据力矩平衡有：（3）
以夹紧机构的左半部分为研究对象，又由于螺栓预紧力较大，则可以认为：（4）
考虑左半部分在向的受力关系有：（5）
由（1）、（2）、（3）、（4）、（5）得
则螺栓所受总拉力
螺栓危险截面的直径（螺纹小径）为
按照粗牙普通螺纹标准（），选取螺纹公称直径（螺纹小径
）。
3、螺栓组联接的二种方案如图所示，已知外载荷R，L=300mm，a=60mm，求：
（1）螺栓组在两个方案中受力最大螺栓的剪力各为多少？（剪力以R的倍数表示）（可用计算法或作图法求）
（2）分析哪个方案较好，为什么？
3、解：方案（a）：
设通过螺栓组对称中心并与接合面相垂直的轴线为回转轴线（螺栓2的轴线）。在工作载荷
的作用下，螺栓组联接承受横向工作剪力以及由产生的转矩的作用。
在转矩的作用下，薄板在各螺栓所受的工作剪力
在工作剪力作用下，薄板在各螺栓所受的工作剪力
（方向与相反）
因此（与同向）
（与反向）
（与反向）
则螺栓所受最大工作剪力
方案：
设通过螺栓组对称中心并与接合面相垂直的轴线为回转轴线。
在工作载荷的作用下，螺栓组联接承受横向工作剪力以及由产生的转矩的作用。在转矩的作用下，薄板在各螺栓所受的工作剪力
在工作剪力作用下，薄板在各螺栓所受的工作剪力
（方向与相反）
由图显然与的合力最大
因此
则螺栓所受最大工作剪力。
由上面分析计算可以看出：方案螺栓最大工作剪力较小，而且各螺栓受力相对（a）方案较均匀，方案较好。
4、图为一钢制液压油缸，油压（静载），油缸内径，缸盖由6个（小
径）螺栓联接在缸体上，已知螺栓的刚度和缸体、缸盖的刚度
的关系为，螺钉材料的许用应力，根据联接的紧密性要求，残余预紧力
（为每个螺栓的工作拉力），求预紧
力应控制在什么范围内才能满足此联接的要求？
4、解：（1）螺栓所受的工作载荷如图，在油压的作用下，螺栓组联接承受轴向拉力的作用：
轴向拉力
在轴向拉力的作用下，各螺栓所受轴向工作载荷为
（2）螺栓的预紧力
由及题意
对于碳素钢螺栓，要求预紧力：
考虑预紧力的情况下，取螺纹联接安全系数。
由，可得
因此，才能满足此联接要求。
5、有一钢制液压油缸，如图所示。缸内油压，缸体内径，螺栓分布直径
，缸盖外径。为保证气密性要求，残余预紧力取为工作载荷的倍，螺栓间弧线距离不大于。已知螺栓的许用应力为
