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第三章 机械零件的强度习题答案3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-ζ，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 6.373107105180936910111=⨯⨯⨯==--N N ζζN M P a 3.324105.2105180946920112=⨯⨯⨯==--N N ζζN M P a 0.227102.6105180956930113=⨯⨯⨯==--N N ζζN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s ζ，MPa 1701=-ζ，2.0=ζΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。
[解] )170,0('A )0,260(C 012ζζζΦζ-=- ζΦζζ+=∴-121M P a33.2832.0117021210=+⨯=+=∴-ζΦζζ 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2.14554==d D ，067.0453==d r ，查附表3-2，插值得88.1=αζ，查附图3-1得78.0≈ζq ，将所查值代入公式，即()()69.1188.178.0111k =-⨯+=-α+=ζζζq查附图3-2，得75.0=ζε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=ζβ，已知1=q β，则35.211191.0175.069.1111k =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=q ζζζζββεK ()()()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 =ζ，应力幅MPa 20a =ζ，试分别按①C r =②C ζ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。
第三章 机械零件的强度习题答案3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-ζ，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 6.373107105180936910111=⨯⨯⨯==--N N ζζN M P a 3.324105.2105180946920112=⨯⨯⨯==--N N ζζN M P a 0.227102.6105180956930113=⨯⨯⨯==--N N ζζN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s ζ，MPa 1701=-ζ，2.0=ζΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。
[解] )170,0('A )0,260(C 012ζζζΦζ-=- ζΦζζ+=∴-121M P a33.2832.0117021210=+⨯=+=∴-ζΦζζ 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2.14554==d D ，067.0453==d r ，查附表3-2，插值得88.1=αζ，查附图3-1得78.0≈ζq ，将所查值代入公式，即()()69.1188.178.0111k =-⨯+=-α+=ζζζq查附图3-2，得75.0=ζε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=ζβ，已知1=q β，则35.211191.0175.069.1111k =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=q ζζζζββεK ()()()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 =ζ，应力幅MPa 20a =ζ，试分别按①C r =②C ζ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。
34 / 10第八章§８—１ 概述： 一、带传动的组成和类型1．组成： 主动带轮1，从动带轮2 2．工作原理： 合来传递运动和动力。
3．特点： 1）结构简单，成本低 2）传动平稳 3）能缓冲减振 4．类型：1）平带传动： 优点： 结构最简单 适用： 2）V 带传动： 优点：(1)(2)(3)V 适用： 应用最广泛 3）多楔带传动： 优点： 适用： 4）同步带传动： 优点：二、V 带的类型和结构：1、类型： 普通V 带、窄V 带、宽V V 带、联组V 带等多种。
注： 普通V 通V 带。
2、普通V 带的结构等：平带V带图8-5 普通V带的结构结构： 呈无接头环形，横截形为等腰梯形两腰夹角φ=40° 种类： 按抗拉体的不同，分二种：1）帘布芯V 带： 抗拉体为帘布，制造较方便。
2）绳芯V 带： 抗拉体为线绳，柔韧性好，弯曲强度高。
型号： 分Y 、Z 、A 、B 、C 、D 、E 七种 截面尺寸，承载能力↑节面： 带垂直于底面弯曲时，带中既不伸长也不缩短的中性层面。
节宽b P ： 带节面的宽度轮槽节宽b p ：V 带轮轮槽与配用V 带节宽相等处的槽宽 节圆直径d p ：V 带轮在轮槽节宽处的直径 基准宽度b d ：国标规定的V 带轮轮槽宽度1）等于配用V 带的节宽，即：b d = b p 2）b d 是一个无公差规定值基准直径d d ：V 带轮在轮槽基准宽度b d 处的直径。
计算中，可取：b d = b p基准长度L d ：在规定张紧力下，V 公称长度： 以基准长度L d 注： 1）V 2）V§８—２ 带传动工作情况的分析：一．几何计算：1 ∵ a = O 1O2 ＞＞ O 2E = (d d2 ∴ β很小，于是有：α1 =π-2β=π-(d d2-d d1= 180°- 57.3°×(d d2-d d1α2 =π+2β=π+(d d2-d d1 = 180°+ 57.3°×(d d2-d d1a2/)d d (a /E O sin 1d 2d 2-==β≈β36 / 102.基准长度L d ： ∵ cos β=1-β2/2! β=(d d2-d d1)/2a ∴3.中心距a:二．带传动的受力分析：1．预紧力F O ： 安装时，带紧套在两轮上而受到的拉力。
1第三章 机械零件的强度一．静应力及其极限应力：1．静应力： 在使用期内恒定或变化次数很少（＜103次）的应力。
2．极限应力σlim： 静应力作用下的σlim取决于材料性质。
1）塑性材料： σlim =σs （屈服极限）2）脆性材料： σlim=σB (强度极限)3．静强度准则： σ≤σlim/S （S —静强度安全系数）-10max§３－１ 材料的疲劳特性：1．材料的疲劳特性：可用最大应力σmax、应力循环次数N和应力比r表示。
2．材料疲劳特性的确定：用实验测定，实验方法是：1）在材料标准试件上加上一定应力比的等幅变应力，应力比通常为：r=-1或r=02）记录不同最大应力σmax下试件破坏前经历的循环次数N，并绘出疲劳曲线。
3．材料的疲劳特性曲线：有二种1）σ—N疲劳曲线：即一定应力比r下最大应力σmax与应力循环次数N的关系曲线2）等寿命曲线：即一定应力循环次数N下应力幅σa 与平均应力σm的关系曲线2）C点对应的N约为：NC≈1043）这一阶段的疲劳称为应变疲劳或低周疲劳4、CD段：有限寿命疲劳阶段。
试件经历一定的循环次数N后会疲劳破坏实验表明，有限疲劳寿命σrN与相应的循环次数N之间有如下关系：23σm rN ·N = C ( N ≤N D ) （3-1）5、D 点以后： 无限寿命疲劳阶段。
1）无论经历多少次应力循环都不会疲劳破坏。
2）D 点对应的循环次数N 约为：N D =106～25×107 3）D 点对应的应力记为：σr ∞—— 叫持久疲劳极限。
σrN =σr∞( N ＞N D ) （3-2）4）循环基数N O 和疲劳极限σrN D 很大，疲劳试验很费时，为方便起见，常用人为规定一个循环次数N O （称 为循环基数）和与之对应的疲劳极限σrNo（简记为σr ）近似代替N D 和σr ∞6、有限寿命疲劳极限σrN ： 按式（3-1）应有： σm rN·N = σm r ·N O = C （3-1a ）于是：K N ──寿命系数m, N O ──1）钢材（材料）： m = 6～20 ， N O =（1～10）×106 2）中等尺寸零件： m = 9 ， N O = 5×106 3）大尺寸零件： m = 9 ， N O = 107 注： 高周疲劳——曲线CD 及D 点以后的疲劳称作高周疲劳二、等寿命疲劳曲线 图3-2等寿命疲劳曲线——一定循环次数下的疲劳极限的特性。
3-1:参考答案3-2:参考答案3-3 3-43-58-1: 8-25-49-29-4机械设计第十章齿轮设计课后习题答案10-2解（1）齿轮A为主动轮，齿轮B为“惰轮”，也就是说齿轮B既是主动轮又是从动轮。
当齿轮B与主动轮A啮合时，工作齿面是王侧，当齿轮B与从动轮C啮合时，工作齿面是另一侧。
对于一个轮齿来讲，是双齿面工作双齿面受载，弯曲应力是对称循环，接触力是脉动循环，取10-3 答：齿面接触应力是脉动循环，齿根弯曲应力是对称循环。
在作弯曲强度计算时，应将图中查出的极限应力值乘以0.7.10-4 答：一般齿轮材料主要选用锻钢（碳钢或全金钢）。
对于精度要求较低的齿轮，将齿轮毛坯经正火或调质处理后切齿即为成，这时精度可达8级，精切合金钢主要是渗碳后淬火，最后进行滚齿等精加工，其精度可达7，6级甚或5级。
对于尺寸较大的齿轮，可适用铸钢或球墨铸铁，正火后切齿也可达8级精度。
10-5提高轮齿抗弯疲劳强度的措施有：增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，可降低齿根应力集中;增大轴和支承的则度，可减小齿面局部受载；采取合适的热处理方法使轮世部具有足够的韧性；在齿根部进行喷丸、滚压等表面强度，降低齿轮表面粗糙度，齿轮采用正变位等。
提高齿面抗点蚀能力的措施有：提高齿面硬度；降低表面粗糙度；增大润滑油粘度；提高加工、发装精度以减小动载荷；在许可范围内采用较大变位系数正传动，可增大齿轮传动的综合曲率半径。
10-6解（1）选用齿轮的材料和精度等级，由教材表10-1可知，大小齿轮材料均为45号钢调质，小齿轮齿面硬度为250HBS,大齿轮齿面硬度为220HBS.选精度等级为7级。
（2）按齿面接触疲劳强度设计。
1、小齿轮传递的转矩2、初选载荷系数：初选Kt=1.83、确定齿宽系数：小齿轮不对称布置，据教材表10-7选用4、确定弹性影响系数：据教材表10-6查得5、确定区域载荷系数：按标准直齿圆柱齿轮传动设计ZH=2.56、齿数比：7、确定接触许用应力：循环次数查教材图10-19曲线I得查教材10-21（d）得8、由接触强度计算小齿轮的分度圆直径9、验算载荷系数：齿轮的使用系数：载荷状况以轻微冲击为依据查教材表10-2得KA=1.25齿轮的圆周速度由教材图10-8查得：Kv=1.12对于软齿面齿轮，假设,由教材表10-3查得齿宽齿宽与齿高比由教材表10-4查得,由教材图10-13查得：,接触强度载荷系数：10、校正直径：取标准值m=2.5mm11、齿轮的相关参数：12、确定齿宽：圆整后，取b2=50mm,b1=55mm.(3)校核齿根弯曲疲劳强度。
第十三章滚动轴承§１３—１概述：1．优点：〔与滑动轴承相比〕摩擦小，功耗低，起动、正反转容易。
2．滚动轴承的结构： P.307.图13-11〕内圈：装在轴颈上，一般随轴颈转动。
2〕外圈：装在轴承座中，一般固定。
3〕滚动体：处于内外圈之间，将内外圈的相对转动变成滚动体在滚道上的滚动。
4〕保持架：均匀地隔开滚动体，有二种：4．轴承设计：§１３—２1．类型12321〕α：2〕β：轴承实际承受的径向载荷R与轴向载荷A的合力与半径方向的夹角。
5．性能与特点：滚动轴承类型很多，常用轴承性能及特点，见： 09. 表13-1.二．滚动轴承的代号：滚动轴承类型很多，每种类型又有多种不同的结构，尺寸及公差等级，为统一表征各类轴承的特点，GB/T 272-1993 规定轴承代号由以下三局部组成：1．根本代号：1①代号内径②可见2代号系列3① O表示正常宽度系列：a. 一般轴承，表示正常宽度的O可不标b. 对调心及圆锥滚子轴承，代号O应标出②直径系列中也含轴承宽度，但该宽度是随直径的相应变化注：直径系列代号和宽度系列代号统称为尺寸系列代号4〕类型代号：表示轴承的类型〔数字或字母〕。
以下几种应记住1 ──调心球轴承 3 ──圆锥滚子轴承6 ──深沟球轴承7 ──角接触球轴承N ──圆柱滚子轴承1012．后置代号：用数字或字母表示轴承的结构,公差及材料的特殊要求,很多04.表13-2)以下仅介绍几个常用代号1〕内部结构代号：〔字母〕表示同类轴承的不同内部结构。
如：角接触球轴承代号 C AC B接触角 15° 25° 40°2〕公差等级代号：表示公差等级，共6级代号 /P2 /P4 /P5 /P6 /P6x /P0公差等级 2级 4级 5级 6级 6x级 0级〔精度渐低〕〔0级为普通级，在轴承代号中不标〕3〕游隙代号：表示轴承的径向游隙，共6个组别代号 /C1 /C2 /C0 /C3 /C4 /C5游隙组别 1组 2组 0组 3组 4组 5组〔径向游隙渐大〕〔0组是常用游隙组别，在轴承代号中不标〕3．前置代号：用字母表示轴承的分部件〔套圈、滚动体与保持架组件等〕。
第十章齿轮传动§１０—１概述：本章主要介绍最常用的渐开线齿轮传动。
1．特点：优：1）效率高（可达99%以上，这在大功率传动时意义很大）2）结构紧凑3）工作可靠，寿命长（可达几十年，如：机械表）。
4）传动比稳定缺：制造、安装精度要求高，价高，不宜远距离传动。
2．传动型式：开式：齿轮完全暴露在外的齿轮传动。
半开式：有简单防护罩的齿轮传动。
闭式：由箱体密封的齿轮传动。
§１０—２齿轮传动的失效形式及设计准则：硬齿面齿轮：齿面硬度大于350HBS或38HRC的齿轮。
软齿面齿轮：齿面硬度不大于350HBS或38HRC的齿轮。
一．失效形式：齿轮传动的失效主要是轮齿失效，齿圈、轮辐、轮毂等其它部分很少失效，所以，以下仅介绍常见的轮齿失效形式：1．轮齿折断：1）折断形式：①疲劳折断：齿根受弯曲变应力作用→疲劳→折断。
②过载折断：2）折断位置：常发生在轮齿根部。
∵根部弯曲应力最大，且截面变化大，加式刀痕深，应力集中严重3）抗折断措施：①②增大轴及支承刚性→偏载↓。
54③增加齿芯韧性，强化齿根表层（喷丸，滚压等）2．齿面磨损：传动时，啮合齿面间的相对滑动→磨损（是开式传动的主要失效形式）3．齿面点蚀：1）点蚀：在接触变应力的反复作用下，齿面材料因疲劳而小片脱落的现象。
2）位置：点蚀常先发生于节线附近的齿根一侧。
3）原因：①在节线附近啮合时，相对滑动速度低，润滑差，摩擦大。
②啮合齿对少，受力大，接触应力大。
注：点蚀是闭式传动的主要失效形式。
4）抗点蚀措施：①提高齿面硬度。
②改善润滑条件：a、低速传动，采用粘度较大的润滑油。
b、高速传动，采用喷油润滑。
4．齿面胶合：1）胶合：两因瞬时温升过高而粘连的啮合齿面，在相对运动时被撕破，形成沿滑动方向沟痕的现象。
2）机理：高速重载→啮合区瞬时温升↑→两啮合面粘连→相对运动时被撕破→形成沿滑动方向的沟痕。
注：低速重载时，也会因接触应力过大而粘连──冷胶合。
3）抗胶合措施：采用抗胶合的润滑油。
