机械设计第八版第五章答案

封面作者：PanHongliang仅供个人学习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，取循环基数，，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]3-2已知材料的力学性能为，，，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。

[解]得，即根据点，，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σ=420MPa，精车，弯曲，βq=1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。

B[解] 因，，查附表3-2，插值得，查附图3-1得，将所查值代入公式，即查附图3-2，得；按精车加工工艺，查附图3-4，得，已知，则根据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，应力幅，试分别按①②，求出该截面的计算安全系数。

[解] 由题3-4可知（1）工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的循环特性不变公式，其计算安全系数（2）工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的平均应力不变公式，其计算安全系数第五章螺纹连接和螺旋传动习题答案5-5图5-49是由两块边板和一块承重板焊接的龙门起重机导轨托架。

两块边板各用4个螺栓与立柱相连接，托架所承受的最大载荷为20kN，载荷有较大的变动。

试问：此螺栓连接采用普通螺栓连接还是铰制孔用螺栓连接为宜？为什么？Q215，若用M6×40铰孔用螺栓连接，已知螺栓机械性能等级为8.8，校核螺栓连接强度。

[解] 采用铰制孔用螺栓连接为宜因为托架所受的载荷有较大变动，铰制孔用螺栓连接能精确固定被连接件的相对位置，并能承受横向载荷，增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移，而普通螺栓连接靠结合面产生的摩擦力矩来抵抗转矩，连接不牢靠。

（1）确定M6×40的许用切应力[]由螺栓材料Q215，性能等级8.8，查表5-8，可知，查表5-10，可知（2）螺栓组受到剪力F和力矩（），设剪力F分在各个螺栓上的力为，转矩T分在各个螺栓上的分力为，各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离为r,即由图可知，螺栓最大受力故M6×40的剪切强度不满足要求，不可靠。

3.5课后习题详解3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa -σ=1180，取循环基数N ,m =⨯=605109，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N .MPa --σ=σ==111803736N .MPa --σ=σ111803243N .MPa --σ=σ=111802270 3-2 已知材料的力学性能为s MPa,MPa,.-σσ=σ=φ=126017002，试绘制此材料的简化极限应力线图（参看图3.2的A ’D ’G ’C ）。

解 ()()A',,C ,01702600，由.MPa .σ-σ-σσ-σ⨯φ=⇒σ===σ+φ+10100222170283331102 得()D'./,./283332283332。

根据点()()()A',,C ,D'.,.017026001416714167按比例绘出该材料的极限应力线图如3.13所示。

有图3-3 一圆轴的轴肩尺寸为：D mm,d mm,r mm ===72623，材料为CrNi 40，其强度极限a MPa σ=900，屈服极限s MPa σ=750，试计算轴肩的弯曲有效应力集中系数k σ。

解 由于D /d /.,r /d /.====72621163620048，所以查教材附表 3.1，插值得a .σ≈246，查教材附科3.1，插值得q .σ≈090，则()()k q a ...σσσ=+-=+⨯-=11109024612313-4 圆轴的轴肩尺寸为：D mm,d mm,r mm ===54453，如用题3-2中的材料，设其强度极限B MPa σ=420，试绘制此零件的简化极限应力线图。

解 由D /d /.,r /d /.====5445123450067，所以，查教村附表 3.1,插值得a .σ≈299，查教材附图3.1，插值得q .σ≈078，则()()k q a ...σσσ=+-=+⨯-=1110782291201查教材附图3.2，插值得.σε≈074，按粗车加工工艺，查教材附图3.4，插值得.σβ≈13，则q k .K ....σσσσ⎛⎫⎛⎫=+-=+-⨯= ⎪ ⎪εββ⎝⎭⎝⎭11201111122507408313得()()()A',,,C ,D'.,.075562600141676296按比例绘出该零件的极限应力线图如图 3.14所示。

3.5课后习题详解3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限M P a -σ=1180，取循环基数N ,m =⨯=605109，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N .M P a --σ=σ=⨯=111803736N.M P a --σ=σ=⨯=111803243N.M P a --σ=σ=⨯=1118022703-2 已知材料的力学性能为s M P a ,M P a ,.-σσ=σ=φ=126017002，试绘制此材料的简化极限应力线图（参看图3.2的A ’D ’G ’C ）。

解 ()()A ',,C ,01702600，由.M P a .σ-σ-σσ-σ⨯φ=⇒σ===σ+φ+10100222170283331102得()D './,./283332283332。

根据点()()()A ',,C ,D '.,.017026001416714167按比例绘出该材料的极限应力线图如3.13所示。

有图3-3 一圆轴的轴肩尺寸为：D m m ,d m m ,r m m ===72623，材料为C rN i 40，其强度极限a M P a σ=900，屈服极限s M P a σ=750，试计算轴肩的弯曲有效应力集中系数k σ。

解 由于D /d /.,r /d /.====72621163620048，所以查教材附表 3.1，插值得a .σ≈246，查教材附科3.1，插值得q .σ≈090，则()()k q a ...σσσ=+-=+⨯-=11109024612313-4 圆轴的轴肩尺寸为：D m m ,d m m ,r m m ===54453，如用题3-2中的材料，设其强度极限B M P a σ=420，试绘制此零件的简化极限应力线图。

解 由D /d /.,r /d /.====5445123450067，所以，查教村附表 3.1,插值得a .σ≈299，查教材附图3.1，插值得q .σ≈078，则()()k q a ...σσσ=+-=+⨯-=1110782291201查教材附图3.2，插值得.σε≈074，按粗车加工工艺，查教材附图3.4，插值得.σβ≈13，则qk .K ....σσσσ⎛⎫⎛⎫=+-=+-⨯= ⎪ ⎪εββ⎝⎭⎝⎭11201111122507408313得()()()A ',,,C ,D '.,.075562600141676296按比例绘出该零件的极限应力线图如图 3.14所示。

第五章机床夹具设计习题答案1.机床夹具的作用是什麽？有那些要求？（1）机床夹具的作用1）保证加工精度 2）提高生产率 3) 扩大机床的使用范围。

4) 减轻工人的劳动强度，保证生产安全。

（2）机床夹具的要求1）保证加工面的位置精度 2) 夹具的总体方案应与年生产纲领相适应3) 安全、方便、减轻劳动强度 4) 排屑顺畅 5）应有良好的强度、刚度和结构工艺性。

2.机床夹具的组成有那些部分？1）定位元件及定位装置 2）夹紧元件及夹紧装置 3）导向及对刀元件4）动力装置 5）夹具体 6）其它元件及装置不同的生产条件下的夹具，其组成会有不同。

3.何谓六点定位原理“何谓定位的正常情况和非正常情况，它们各包括那些方面？（1）六点定位原理是采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度，使工件实现完全定位。

（2）定位的非正常情况是指凡是保证加工位置精度的自由度均已被约束所限制的情况，它可以是完全定位，即限制了六个自由度，也可以是小于六个约束点。

（3）定位的非正常情况包括欠定位和过定位两种。

欠定位是指保证加工精度的某自由度应该被限制而没有被限制的情况。

此情况不能保证加工精度，因此此定位方案是绝对不允许的。

过定位是指为保证加工精度应该被限制的某个自由度被两个或两个以上的约束所重复限制。

一般情况下这是不允许的。

但在工件定位和定位元件精度很高或者在工件刚度很低的情况下，过定位的情况是被允许的。

4.试分析图5－7中a、c方案为什麽属过定位？如何改进的？尚存在什麽问题？5.7过定位及其改进图 5.7 a）：工件下底面有俩个短圆柱销台阶面支撑，为平面约束，限制3个自由度，而每个短圆柱销插入工件孔内，限制了2个自由度，因此共限制了7个自由度，超出了6个，即y方向的移动自由度被重复限制了，因此属于过定位。

C）：工件左端由销的又台阶端面定位，此端面限制了3个自由度，而销的长径比已超过1，属于长销，它限制了4个自由度，共限制了7个自由度，还有转动的自由度没有被限制。

5．提高螺纹联接强度的措施有哪些？1）改善螺纹牙间的载荷分配不均；2）减小螺栓的应力幅；3）减小螺栓的应力集中；4）避免螺栓的附加载荷（弯曲应力）；5）采用合理的制造工艺。

3．螺纹联接有哪些基本类型？适用于什么场合？螺纹联接有 4 中基本类型。

螺栓联接：用于被联接件不太厚且两边有足够的安装空间的场合。

螺钉联接：用于不能采用螺栓联接（如被联接件之一太厚不宜制成通孔，或没有足够的装配空间），又不需要经常拆卸的场合。

双头螺柱联接：用于不能采用螺栓联接且又需要经常拆卸的场合。

紧定螺钉联接：用于传递力和力矩不大的场合。

根据防松原理，防松类型分为摩擦防松，机械防松，破坏螺纹副关系防松。

3-7．拧紧可以使一定公称直径的普通螺栓取得一定的预紧力，如果要以比较小的拧紧力矩T 来得到要求的预紧力Q P，可采用__A______。

A．细牙螺纹 B．双线螺纹C．适当润滑 D．增加螺母与被联接件支承面间的面积3-8. 在螺纹联接中，按防松原理，采用双螺母属于___A_____。

A．摩擦防松 B．机械防松C．破坏螺旋副的关系防松 D．增大预紧力防松3-14．在螺纹联接设计中，被联接件与螺母和螺栓头的联接表面加工凸台或沉头座是为了6_____D___。

A．使工作面均匀接触 B．使接触面大些，提高防松能力C．安装和拆卸时方便 D．使螺栓不受附加载荷作用3-16．当螺栓组承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓____D____。

A. 必受剪应力作用B. 必受拉应力作用C. 同时受到剪切和拉伸D. 既可能受剪切，也可能受拉伸3-17．当铰制孔螺栓组承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓__A______。

A. 必受剪应力作用B. 必受拉应力作用C. 同时受到剪切和拉伸D. 既可能受剪切，也可能受拉伸3-19．对于受轴向载荷的紧螺栓联接，当螺栓总拉力Q 和剩余预紧力Q P′不变，减小螺栓的刚度，则螺栓的应力幅σa和预紧力Q P 也会发上变化。

第三章 机械零件的强度p45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 σσN MPa 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(C 012σσσΦσ-=- σΦσσ+=∴-121MPa 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==d D ，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 。

机械设计第五章课后习题5-1分析比较普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，各举一例说明它们的应用5-2将承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆部分做得细些有什么好处？5-2分析活塞式空气压缩气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力，最小应力如何得出？当气缸内的最高压力提高时，它的最大应力，最小应力将如何变化？5-4?图5-49所示的底板螺栓组联接受外力FΣ作用在包含x轴并垂直于底板接合面的平面内。

试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大？堡证联接安全工作的必要条件有哪些？5-5图5-50是由两块边板和一块承重板焊成的龙门起重机导轨托架。

两块边板各用4个螺栓与立柱相联接，托架所承受的最大载荷为KN，载荷有较大的变动。

试问：此螺栓联接采用普通螺栓联接还是铰制孔用螺栓联接为宜？为什么？5-6已知托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相联接。

托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为mm、大小为60KN的载荷作用。

现有如图5-51所示的两种螺栓不知型式，设采用铰制孔用螺栓联接，试问哪一种不知型式所用的螺栓直径较小？为什么？5-7图5-52所示为一拉杆螺纹联接。

已知拉丁所受的载荷F=56KN,载荷稳定，拉丁材料为Q235钢，试设计此联接。

5-8两块金属板用两个M12的普通螺栓联接。

若接合面的摩擦系数f=0.3,螺栓预紧力控制在其屈服极限的70%。

螺栓用性能等级为4.8的中碳钢制造，求此联接所能传递的横向载荷。

5-9受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。

已知螺栓预紧力Fo=15000N,当受轴向工作载荷F＝10 000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。

5-10图5-24所示为一汽缸盖螺栓组联接。

已知汽缸内的工作压力P=0~1MPa，缸盖与缸体均为钢制，直径D1=350mm,D2=250mm.上、下凸缘厚均为25mm.试设计此联接。

5-11设计简单千斤顶（参见图5-41）的螺杆和螺母的主要尺寸。

第五章5-1 齿轮传动的最基本要求是什么？齿廓的形状符合什么条件才能满足上述要求？答： 齿轮传动最基本要求是其瞬时转速比（或传动比）要恒定不变； 如果采用的齿廓曲线能使两齿廓在任何位置啮合时，其公法线都通过中心连线上的定点P，则其任何瞬时传动比都为定值。

5-2 简单叙述齿廓啮合基本定律。

答：两齿轮转动角速度比（传动比i12）等于其中心连线O1O2被齿廓啮合点的公法线分成的两段的反比，即i12=ω1/ω2=O2N2/O1N1=O2P/O1P。

5-3 分度圆和节圆，压力角和啮合角有何区别？答： 以齿轮转动中心（O1、O2）为圆心，过节点P所作的圆称为节圆，在节点P处圆周速度相等，且节圆是在啮合传动时存在，对于单个齿轮并不存在节圆；而分度圆是人为假想的一个圆，齿轮上模数和压力角均为标准值的圆，分度圆对于单个的齿轮是存在的。

当两个标准齿轮在标准中心距间啮合时，节圆与分度圆重合。

压力角是相对分度圆而言的，指齿轮分度圆处法线与速度方向之间所夹的锐角，而啮合角是相对于节圆而言的，指节圆的公切线与啮合线N1N2之间所夹的锐角，一对标准齿轮在标准中心距间啮合传动时，其啮合角α’等于分度圆压力角α；而对非标准中心距啮合传动时，啮合角与压力角关系是：a’*cosα’=a*cosα，其中a是标准中心距，a’是实际啮合中心距。

5-5 某直齿圆柱齿轮传动的小齿轮已丢失，但已知与之相配的大齿轮为标准齿轮，其齿数Z2=52，齿顶圆直径d a2=135mm，标准安装中心距a=112.5mm。

试求丢失的小齿轮的齿数、模数、分度圆直径、齿顶圆直径，齿根圆直径。

答：由公式d a2=d2+2h a=(z2+2h a*)m，且由于是标准齿轮，齿顶高系数h a*=1代入数值，可得模数m=2.5 mm，即小齿轮模数也为2.5 mm标准中心距a=(d1+d2)/2=m(z1+z2)/2代入数值，可得小齿轮齿数Z1=38，分度圆直径d1=mz1=95mm齿顶圆直径d a1=d1+2h a=(z1+2h a*)m=(38+2*1)*2.5=100mm齿根圆直径d f1=d1-2h f=(z1-2h a*-2 c*)m=(38-2*1-2*0.25)*2.5=88.75mm5-7 当α=20o的正常齿渐开线标准齿圆柱齿轮的齿根圆和基圆相重合时，其齿数应为多少？又若齿数大于求出的数值，则基圆和齿根圆哪一个大？答： 对于正常齿渐开线标准圆柱齿轮，齿顶高系数h a*=1，顶隙系数c*=0.25齿根圆直径d f=d-2h f=(z-2h a*-2 c*)m基圆直径d b=dcosα=mzcosα联立上述两公式，可求z=41.45，取整z=42此外，d f/d b=(z-2h a*-2 c*)m/ mzcosα=(z-2.5)/zcosα由于压力角α不变，由上述公式可知，若齿数大于求出的数值，则d f/d b＞1，因此齿根圆大。

第五章螺纹联接和螺旋传动一、选择题5—1 螺纹升角ψ增大，则联接的自锁性C，传动的效率A；牙型角 增大，则联接的自锁性A，传动的效率C。

A、提高B、不变C、降低5—2在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是 D 。

A、三角形螺纹B、梯形螺纹C、锯齿形螺纹D、矩形螺纹5—3 当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常装拆时，往往采用A 。

A、双头螺柱联接B、螺栓联接C、螺钉联接D、紧定螺钉联接5—4螺纹联接防松的根本问题在于C。

A、增加螺纹联接的轴向力B、增加螺纹联接的横向力C、防止螺纹副的相对转动D、增加螺纹联接的刚度5—5对顶螺母为A防松，开口销为B防松，串联钢丝为B防松。

A、摩擦B、机械C、不可拆5—6在铰制孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为B。

A、间隙配合B、过渡配合C、过盈配合5—7在承受横向工作载荷或旋转力矩的普通紧螺栓联接中，螺栓杆C作用。

A、受剪切应力B、受拉应力C、受扭转切应力和拉应力D、既可能只受切应力又可能只受拉应力5—8受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，依靠A来承载。

A、接合面间的摩擦力B、螺栓的剪切和挤压C、螺栓的剪切和被联接件的挤压5—9受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓所受的载荷为B；受横向工作载荷的铰制孔螺栓联接中，螺栓所受的载荷为A；受轴向工作载荷的普通松螺栓联接中，螺栓所受的载荷是A；受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓所受的载荷是D。

A、工作载荷B、预紧力C、工作载荷+预紧力D、工作载荷+残余预紧力E、残余预紧力5—10受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接。

假设螺栓的刚度C b与被联接件的刚度C m相等，联接的预紧力为F0，要求受载后接合面不分离，当工作载荷F等于预紧力F0时，则D。

A、联接件分离，联接失效B、被联接件即将分离，联接不可靠C、联接可靠，但不能再继续加载D、联接可靠，只要螺栓强度足够，工作载荷F还可增加到接近预紧力的两倍5—11重要的螺栓联接直径不宜小于M12，这是因为C。

第五章习题答案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。

试分析底板螺栓组的受力情况，并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：1. 载荷分解F∑X= F∑cos θF∑ y= F∑sin θM = F∑ y·l －F∑X·h2. 螺栓上的受力分析（1 ）在竖直方向上，螺栓承受的轴向拉伸工作载荷F = F∑ yz（2 ）在水平方向上，螺栓受力F∑X的作用，需要靠螺栓上的预紧力产生的摩擦力来阻止相对滑动，故 f ×N ≥K S×F∑X( p75 ，5-9 )其中正压力N = z ×F0−C m×F∑ yC m+C b注：K s——防滑系数C m——被连接件刚度C b——螺栓刚度即f ( z F0−C mF∑ y) ≥K S×F∑XC m+C b( 3 ) 在倾覆力矩M作用下，螺栓受的载荷a.若M >0 ，倾覆力矩为逆时针方向右边螺栓受到力的加载作用，使螺栓受力增大；左边螺栓受到力的减载作用，使螺栓受力减小；在这种情况下，右边受力最大，左边受力最小。

b.若M <0 ，倾覆力矩为顺时针方向左边螺栓受到力的加载作用，使螺栓受力增大；右边螺栓受到力的减载作用，使螺栓受力减小；在这种情况下，左边受力最大，右边.受力最小。

3. 保证正常工作的条件：a. 受力最大的螺栓满足强度条件b．受压最大接合面不能被压碎，即最大挤压应力σpmax≤[ σp]c．受压最小接合面不能有间隙，即最小挤压应力σpmin≥0 5-5 图5-49是由两块边板和一块承重焊接的龙门起重机导轨托架。

两块边板各用4个螺栓与立柱相连接，托架所承受的最大载荷为20kN，载荷有较大的变动。

试问：此螺栓连接采用普通螺栓连接还是铰制孔用螺栓连接为宜？为什么？1. 若采用铰制孔用螺栓连接a. 在20 kN 的横向应力作用下，每个螺栓的横向工作剪力为F = F ∑z = 208 =2.5 kNb ．在转矩T = 20 × 300 = 6000 N ·mm 的作用下，有∑F i z i=1× r i = T其中F i 表示第i 个螺栓所受的工作剪力； 又因为螺栓的剪切变形量与该螺栓轴线到螺栓组对称中心O 的距离成正比，而这里螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离相等。