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机械设计课后习题答案3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，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 σσN MPa 3.324105.2105180946920112=⨯⨯⨯==--N N σσNMPa 0.227102.6105180956930113=⨯⨯⨯==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。
[解])170,0('A)0,260(C012σσσΦσ-=-σΦσσ+=∴-1210MPa 33.2832.0117021210=+⨯=+=∴-σΦσσ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==dD ，067.0453==d r，查附表3-2，插值得88.1=ασ，查附图3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即()()69.1188.178.0111k =-⨯+=-α+=σσσq查附图3-2，得75.0=σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1=q β，则35.211191.0175.069.1111k =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=q σσσσββεK ()()()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 =σ，应力幅MPa 20a =σ，试分别按①C r =②C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。
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。
![【机械设计基础】(第五版)课后习题答案10-14章答案(精选五篇)[修改版]](https://img.taocdn.com/s1/m/3bea1552f524ccbff02184e3.png)
第一篇：【机械设计基础】(第五版)课后习题答案10-14章答案10-1证明当升角与当量摩擦角符合时，螺纹副具有自锁性。
当时，螺纹副的效率所以具有自锁性的螺纹副用于螺旋传动时，其效率必小于50%。
10-2解由教材表10- 1、表10-2查得，粗牙，螺距，中径螺纹升角，细牙，螺距，中径螺纹升角对于相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹中，细牙螺纹的升角较小，更易实现自锁。
10-3解查教材表10-1得粗牙螺距中径小径螺纹升角普通螺纹的牙侧角，螺纹间的摩擦系数当量摩擦角拧紧力矩由公式可得预紧力拉应力查教材表9-1得35钢的屈服极限拧紧所产生的拉应力已远远超过了材料的屈服极限，螺栓将损坏。
10-4解（1）升角当量摩擦角工作台稳定上升时的效率：（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩（3）螺杆的转速螺杆的功率（4）因速下降，，该梯形螺旋副不具有自锁性，欲使工作台在载荷作用下等需制动装置。
其制动力矩为10-5解查教材表9-1得Q235的屈服极限，查教材表10-6得，当控制预紧力时，取安全系数由许用应力查教材表10-1得的小径由公式得预紧力由题图可知，螺钉个数，取可靠性系数牵曳力10-6解此联接是利用旋转中间零件使两端螺杆受到拉伸,故螺杆受到拉扭组合变形。
查教材表9-1得，拉杆材料Q275的屈服极限，取安全系数，拉杆材料的许用应力所需拉杆最小直径查教材表10-1，选用螺纹（）。
10-7解查教材表9-1得，螺栓35钢的屈服极限，查教材表10-6、10-7得螺栓的许用应力查教材表10-1得，的小径螺栓所能承受的最大预紧力所需的螺栓预紧拉力则施加于杠杆端部作用力的最大值10-8解在横向工作载荷作用下，螺栓杆与孔壁之间无间隙，螺栓杆和被联接件接触表面受到挤压；在联接接合面处螺栓杆则受剪切。
假设螺栓杆与孔壁表面上的压力分布是均匀的，且这种联接的预紧力很小，可不考虑预紧力和螺纹摩擦力矩的影响。
挤压强度验算公式为：其中；为螺栓杆直径。
螺栓杆的剪切强度验算公式其中表示接合面数，本图中接合面数。
机械设计课后习题答案3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa1801=-σ，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 σσN MPa 3.324105.2105180946920112=⨯⨯⨯==--N N σσN MPa 0.227102.6105180956930113=⨯⨯⨯==--N N σσN3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。
[解] )170,0('A )0,260(C 0012σσσΦσ-=-σΦσσ+=∴-1210MPa 33.2832.0117021210=+⨯=+=∴-σΦσσ 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==dD ，067.0453==d r，查附表3-2，插值得88.1=ασ，查附图3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即()()69.1188.178.0111k =-⨯+=-α+=σσσq查附图3-2，得75.0=σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1=q β，则35.211191.0175.069.1111k =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=q σσσσββεK ()()()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 =σ，应力幅MPa 20a =σ，试分别按①C r =②C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。
15—4 一牵曳钩用2个M10的普通螺钉固定于机体上，如图所示.已知接合面间的摩擦系数f=0.15，螺栓材料为Q235、强度级别为4.6级，装配时控制预紧力，试求螺栓组连接允许的最大牵引力。
解题分析:本题是螺栓组受横向载荷作用的典型例子．它是靠普通螺栓拧紧后在接合面间产生的摩擦力来传递横向外载荷F R 。
解题时，要先求出螺栓组所受的预紧力，然后，以连接的接合面不滑移作为计算准则，根据接合面的静力平衡条件反推出外载荷F R 。
题15—4图解题要点：(1)求预紧力F ′：由螺栓强度级别4.6级知σS =240MPa,查教材表11-5（a ），取S=1.35，则许用拉应力： ［σ]= σS /S =240/1。
35 MPa=178 MPa ， 查（GB196—86）M10螺纹小径d 1=8.376mm由教材式(11—13）： 1.3F ′/（πd 21/4）≤[σ] MPa 得:F ′=[σ]πd 21/（4×1.3）=178 ×π×8。
3762/5.2 N =7535 N （2） 求牵引力F R :由式（11—25）得F R =F ′fzm/K f =7535×0。
15×2×1/1.2N=1883。
8 N (取K f =1。
2)分析与思考：（1）常用螺纹按牙型分为哪几种?各有何特点?各适用于什么场合?连接螺纹用什么牙型？传动螺纹主要用哪些牙型？为什么？答：根据牙型，螺纹可以分为三角形、矩形、梯形、锯齿形等。
选用时要根据螺纹连接的工作要求，主要从螺纹连接的效率和自锁条件两个方面考虑，结合各种螺纹的牙形特点。
例如三角形螺纹，由于它的牙形角α较大，当量摩擦角υρ也较大（βρυυcos arctan arctan ff ==），分析螺纹的效率()υρη+ψψ=tan tan 和自锁条件 Ψυρ≤,可知三角形螺纹效率较低,但自锁条件较好，因此用于连接。
目录第5章螺纹连接和螺旋传动 (9)第6章键、花键、无键连接和销连接 (12)第8章带传动 (15)第9章链传动 (19)题 4 图 (20)a）和b）按逆时针方向旋转合理。
(20)第11章蜗杆传动 (22)第12章滑动轴承 (24)第13章滚动轴承 (27)第14章联轴器和离合器 (29)第15章轴 (30)第5章螺纹连接和螺旋传动1、简要分析普通螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，并说明哪些螺纹适合用于连接，哪些螺纹适合用于传动？哪些螺纹已经标准化？普通螺纹：牙型为等边三角形，牙型角60度，内外螺纹旋合后留有径向间隙，外螺纹牙根允许有较大的圆角，以减小应力集中。
同一公称直径按螺距大小，分为粗牙和细牙，细牙螺纹升角小，自锁性好，抗剪切强度高，但因牙细不耐磨，容易滑扣。
应用：一般连接多用粗牙螺纹。
细牙螺纹常用于细小零件，薄壁管件或受冲击振动和变载荷的连接中，也可作为微调机构的调整螺纹用。
α，传动效率较其它螺纹高，但牙根强度弱，螺旋副矩形螺纹：牙型为正方形，牙型角 0=磨损后，间隙难以修复和补偿，传动精度降低。
梯形螺纹：牙型为等腰梯形，牙型角为30度，内外螺纹以锥面贴紧不易松动，工艺较好，牙根强度高，对中性好。
主要用于传动螺纹。
锯齿型螺纹：牙型为不等腰梯形，工作面的牙侧角3度，非工作面牙侧角30度。
外螺纹牙根有较大的圆角，以减小应力集中，内外螺纹旋合后，大径无间隙便于对中，兼有矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙型螺纹牙根强度高的特点。
用于单向受力的传动螺纹。
普通螺纹适合用于连接，矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹适合用于传动。
普通螺纹、、梯形螺纹和锯齿形螺纹已经标准化。
2、将承受轴向变载荷连接螺栓的光杆部分做的细些有什么好处？可以减小螺栓的刚度，从而提高螺栓连接的强度。
3、螺纹连接为何要防松？常见的防松方法有哪些？连接用螺纹紧固件一般都能满足自锁条件，并且拧紧后，螺母、螺栓头部等承压面处的摩擦也都有防松作用，因此在承受静载荷和工作温度变化不大时，螺纹连接一般都不会自动松脱。
但在冲击、振动、变载荷及温度变化较大的情况下，连接有可能松动，甚至松开，造成连接失效，引起机器损坏，甚至导致严重的人身事故等。
所以在设计螺纹连接时，必须考虑防松问题。
螺纹连接防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。
具体的防松装置或方法很多，按工作原理可分为摩擦防松、机械防松和其它方法，如端面冲点法防松、粘合法防松，防松效果良好，但仅适用于很少拆开或不拆的连接。
4、简要说明螺纹连接的主要类型和特点。
【答】螺纹联接的主要类型有螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接和紧定螺钉联接四种。
主要特点是：１）螺栓联接：有普通螺栓联接和铰制孔螺栓联接两种。
普通螺栓联接被联接件的通孔与螺栓杆之间有间隙，所以孔的加工精度可以低些，不需在被联接件上切制螺纹，同时结构简单、装拆方便，所以应用最广。
铰制孔螺栓联接螺栓杆与孔之间没有间隙，能确定被联接件的相对位置，并能承受横向载荷。
2）螺钉联接：螺钉直接旋入被联接件的螺纹孔中。
适用于被联接件之一较厚，或另一端不能装螺母的场合。
由于不用螺母，所以易于实现外观平整、结构紧凑；但要在被联接件上切制螺纹，因而其结构比螺栓联接复杂一些。
不适用于经常拆装的场合。
如经常拆装，会使螺纹孔磨损，导致被联接件过早失效。
3）双头螺柱联接：使用两端均有螺纹的螺柱，一端旋入并紧定在较厚被联接件的螺纹孔中，另一端穿过较薄被联接件的通孔，加上垫片，旋上螺母并拧紧，即成为双头螺柱联接。
这种联接在结构上较前两种复杂，但兼有前两者的特点，即便于拆装，又可用于有较厚被联接件或要求结构紧凑的场合。
４）紧定螺钉联接：将紧定螺钉拧入一零件的螺纹孔中，其末端顶住另一零件的表面，或顶入相应的凹坑中，以固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或扭矩,多用于固定轴上零件的相对位置。
5、简要说明平垫圈、斜垫圈和球面垫圈的用途？垫圈的主要作用是增加被联接件的支承面积或避免拧紧螺母时擦伤被联接件的表面。
常用的是平垫圈。
当被联接件表面有斜度时，应使用斜垫圈，特殊情况下可使用球面垫圈。
6、在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，为何应制成凸台或沉头座？1）降低表面粗造度，保证连接的紧密性；2）避免螺栓承受偏心载荷；3）减少加工面，降低加工成本。
7、如图所示的底板螺栓组连接受外力的∑F 作用，外力∑F 作用在包含x 轴并垂直于底板结合面的平面内。
试分析底板螺栓组的受力情况，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？将∑F 等效转化到底板面上，可知底板受到轴向力y F ∑，横向力x F ∑和倾覆力矩M 。
（1） 底板最左侧螺栓受力最大，为防止螺栓拉断，应验算该螺栓的拉伸强度，要求拉应力][σσ≤；（2） 为防止底板右侧压碎，应验算底板右侧边缘的最大挤压应力，要求最大挤压应力][max σσ≤p ；（3） 为防止底板左侧出现间隙，应验算底板左侧边缘的最小挤压应力，要求最小挤压应力0min >p σ；（4） 为防止底板向右滑移，应验算底板在横向力作用下是否会滑动，要求摩擦力x f F F ∑>。
8、如图所示，两块金属板用两个M12的普通螺栓连接。
若结合面的摩擦系数3.0=f ，螺栓预紧力控制在屈服极限的70%，螺栓用性能等级为4.8的中碳钢制造，求此连接所能传递的最大横向载荷F 。
参考书给出的答案有问题：螺栓数目为2，接合面数为1，取防滑系数为2.1=s K ，性能等级为4.8的碳钢MPa 320=s σ。
螺栓所需预紧力0F 为fziF K F s ∑≥0 题 4 图因此，所能传递的最大载荷为8601012.12.1123.0103207.0⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=≤∑s K fzi F F N正确解法：1、 M12的螺纹内径为m m 106.101=d ；2、 确定螺栓的预紧力性能等级为4.8的碳钢MPa 320=s σ，由题意，预紧力为47.07.02110d A F ss πσσ==3、 由公式 ∑≥F K fziF s 02.13.012====s K f i z ，取，，，因此，该连接能传递的最大横向载荷为N 93.89834106.103207.02.1123.020max=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==πs K fziF F 9、受轴向载荷的紧螺栓连接，被连接钢板间采用橡胶垫片。
已知螺栓预紧力150000=F N ，当受轴向工作载荷10000=F N 时，求螺栓所受的总拉力及被连接件之间的残余预紧力。
采用橡胶垫片密封，取螺栓的相对刚度9.0=+mb bC C C由教材公式（5-18），螺栓总拉力24000100009.0150002=⨯+=++=F C C C F F m b bN由教材公式（5.15），残余预紧力为14000100002400021=-=-=F F F N第6章 键、花键、无键连接和销连接1、分析比较平键和楔键的工作特点和应用场合。
平键连接的工作面是两侧面，上表面与轮毂槽底之间留有间隙，工作时，靠键与键槽的互压传递转矩，但不能实现轴上零件的轴向定位，所以也不能承受轴向力。
具有制造简单、装拆方便、定心性较好等优点，应用广泛。
楔键连接的工作面是上下面，其上表面和轮毂键槽底面均有1:100的斜度，装配时需打紧，靠楔紧后上下面产生的摩擦力传递转矩，并能实现轴上零件的轴向固定和承受单向轴向力。
由于楔紧后使轴和轮毂产生偏心，故多用于定心精度要求不高、载荷平稳和低速的场合。
2、平键连接有哪些失效形式？普通平键的截面尺寸和长度如何确定？ 【答】平键连接的主要失效形式是较弱零件（通常为轮毂）的工作面被压溃（静连接）或磨损（动连接，特别是在载荷作用下移动时），除非有严重过载，一般不会出现键的剪断。
键的截面尺寸h b ⨯应根据轴径d 从键的标准中选取。
键的长度L 可参照轮毂长度从标准中选取，L 值应略短于轮毂长度。
3、为什么采用两个平键时，一般布置在沿周向相隔180°的位置，采用两个楔键时，则应沿周向相隔90°～120°，而采用两个半圆键时，却布置在轴的同一母线上？ 【答】两个平键连接，一般沿周向相隔 180布置，对轴的削弱均匀，并且两键的挤压力对轴平衡，对轴不产生附加弯矩，受力状态好。
采用两个楔键时，相隔 120~90布置。
若夹角过小，则对轴的局部削弱过大。
若夹角过大，则两个楔键的总承载能力下降。
当夹角为 180时，两个楔键的承载能力大体上只相当于一个楔键盘的承载能力。
采用两个半圆键时，在轴的同一母线上布置。
半圆键对轴的削弱较大，两个半圆键不能放在同一横截面上。
只能放在同一母线上。
4、如图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，并校核其强度。
已知：轴的材料为45钢，传递的转矩为1000=T N.m ，齿轮用锻钢制造，半联轴器用灰铸铁制成，工作时有轻微冲击。
（1）确定联轴器段的键根据结构特点，选A 型平键。
由轴径mm d 70=，查手册得键的截面尺寸为mm b 20=，mm h 12=，取键的公称长度mm L 110=。
键的标记：键1979-GB/T1069 11020⨯ 键的工作长度为mm b L l 9020110=-=-=，键与轮毂键槽接触高度为mm h k 62/==，根据联轴器材料铸铁，载荷有轻微冲击，查教材表6-1，取许用挤压应力MPa p 55][=σ，则其挤压强度][5591.52709061000100021023p p MPa MPa kld T σσ=≤=⨯⨯⨯⨯=⨯=满足强度要求。
（注：该键也可以选择长度125=L mm 。
） （2）确定齿轮段的键根据结构特点，选A 型平键。
由轴径mm 90=d ，查手册得键的截面尺寸为mm 25=b ，mm 14=h ，取键的公称长度mm 80=L 。
键的标记：键1979-GB/T1069 8025⨯键的工作长度为mm 552580=-=-=b L l ，键与轮毂键槽接触高度为mm 72/==h k ，根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，查教材表6-1，取许用挤压应力MPa 110][=p σ，则其挤压强度MPa 110][MPa 72.5790557101000210233=≤=⨯⨯⨯⨯=⨯=p p kld T σσ满足强度要求。
题 4 图第8章 带 传 动1、影响带传动工作能力的因素有哪些？ 【答】由公式（8-7）ααf f ec e e F F /11/1120+-=影响带传动工作能力的因素有：（1） 预紧力：预紧力越大，工作能力越强，但应适度，以避免过大拉应力； （2） 包角：包角越大越好，一般不小于120度； （3） 摩擦系数：摩擦系数越大越好。
2、带传动的带速为什么不宜太高也不宜太低？ 【答】1） 由公式（8-10）Ac 2υσ=可知，为避免过大的离心应力，带速不宜太高；2） 由公式（8-3）和（8-4）可知，紧边拉力υP F F F F e 10002001+=+= 因此，为避免紧边过大的拉应力AF11=σ，带速不宜太低。
