【机械设计基础】(第五版)课后习题答案10-14章答案.docx

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 ，该梯形螺旋副不具有自锁性，欲使工作台在载荷 作用下等速下降，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 10-9解 （ 1）确定螺栓的长度 　　由教材图 10-9 a）得：螺栓螺纹伸出长度　 　　螺栓螺纹预留长度　 　　查手册选取六角薄螺母 GB6172-86 ，厚度为 　　垫圈 GB93-87 16，厚度为 　　则所需螺栓长度　 　　查手册中螺栓系列长度，可取螺栓长度 　　螺栓所需螺纹长度　 ， 　　取螺栓螺纹长度 （ 2）单个螺栓所受横向载荷 （ 3）螺栓材料的许用应力 　　由表 9-1查得 被联接件HT250的强度极限　 　　查表 10-6取安全系数　 　　被联接件许用挤压应力　 　　查教材表 9-1得 螺栓35钢的屈服极限　 ， 　　查表 10-6得螺栓的许用剪切应力　 　　螺栓的许用挤压应力　 （ 4）校核强度 　　查手册，六角头铰制孔用螺栓 GB28-88 ，其光杆直径 　　螺栓的剪切强度　 　　最小接触长度：　 　　挤压强度　 所用螺栓合适。

10-10解 （ 1）每个螺栓所允许的预紧力 查教材表 9-1得 45钢的屈服极限 ， 查教材表 10-6、10-7得，当不能严格控制预紧力时，碳素钢取安全系数 由许用应力 　 查教材表 10-1得 的小径 由公式　 得 预紧力　　 （ 2）每个螺栓所能承担的横向力 由题图可知 ，取可靠性系数 横向力　 （ 4）螺栓所需承担的横向力 （ 5）螺栓的个数 取偶数 在直径为 155的圆周上布局14个 的普通螺栓，结构位置不允许10-11解 （ 1）初选螺柱个数　　（ 2）每个螺柱的工作载荷 （ 3）螺柱联接有紧密性要求，取残余预紧力 （ 4）螺柱总拉力 （ 5）确定螺柱直径 　　选取螺柱材料为 45钢，查表9-1得 屈服极限　 ， 　　查教材表 10-6得，当不能严格控制预紧力时，暂时取安全系数　 　　许用应力　　　　　　　　　 　　螺栓小径　　　　　　　　 　　查教材表 10-1，取 螺栓（ ），由教材表10-7可知取安全系数 是合适的 6）确定螺柱分布圆直径 　　由题 10-11图可得　　　　 　取 （ 7）验证螺柱间距 　所选螺柱的个数和螺柱的直径均合适 10-12解 （ 1）在力作用下，托架不应滑移，设可靠性系数 ，接合面数 ，此时每个螺栓所需的预紧力 （ 2）在翻转力矩 作用下，此时结合面不应出现缝隙。

托架有绕螺栓组形心轴线O-O翻转的趋势，上边两个螺栓被拉伸，每个螺栓的轴向拉力增大了 ，下边两个螺栓被放松，每个螺栓的轴向力减小了，则有力的平衡关系 ，故可得 为使上边两个螺栓处结合面间不出现缝隙，也即残余预紧力刚为零，则所需预紧力（ 3）每个螺栓所需总的预紧力 （ 4）确定螺栓直径 　选取螺栓材料为 35钢，查教材表9-1屈服极限 ，　查教材表 10-6得，当不能严格控制预紧力时，暂时取安全系数 　许用应力　　　　　　　　 　螺栓小径　　　　　　　 查教材表 10-1，取 螺栓（ ），由教材表10-7可知取安全系数 也是合适的10-13解 (1)计算手柄长度 查手册 ,梯形螺纹GB5796-86，公称直径，初选螺距 ,则中径 ，小径　 螺纹升角　　 当量摩擦角　　 所需的转矩 则 ,手柄的长度　 (2)确定螺母的高度 　初取螺纹圈数 ,则 　螺母的高度 　这时 处于1.2～2.5的许可范围内 10-14解 选用梯形螺纹 （ 1）根据耐磨性初选参数 初选 查表 10-8 螺旋副的许用压强 ，取 查手册，选取梯形螺纹 GB5796-86，选取公称直径 ，中径 ，小径 ，螺距 2）初选螺母 初步计算螺母的高度　 则螺栓与螺母接触的螺纹圈数　 ，取 螺母的高度　 系数 　 （ 3）校核耐磨性 螺纹的工作高度　 则螺纹接触处的压强 合适。

（ 4）校核螺杆的稳定性 起重器的螺母端为固定端，另一端为自由端，故取 ，螺杆危险截面的惯性半径 ，螺杆的最大工作长度 ，则 螺杆的长细比　 临界载荷　 取 安全系数 ，不会失稳 （ 5）校核螺纹牙强度 对于梯形螺纹　 对于青铜螺母 ，合适 10-15解 （ 1）初选螺纹直径 查手册，选取梯形螺纹 GB5796-86，选取公称直径 ，中径 ，小径 ，螺距 2）验证其自锁性 　螺纹升角　 　当量摩擦角　 ，所以满足自锁条件 （ 3）校核其耐磨性 设 螺栓与螺母参加接触的螺纹圈数 ， 则 螺母的高度 ， ，处于1.2～2.5的许可范围内 螺纹的工作高度 则螺纹接触处的压强 查教材表 10-8，钢对青铜许用压强 ，合适 （ 4）校核螺杆强度 取 ，则所需扭矩 则危险截面处的强度 对于 45 钢正火，其许用应力 ，故合适 （ 5）校核螺杆的稳定性 压力机的螺母端为固定端，另一端为铰支端，故取 ，螺杆危险截面的惯性半径 ，螺杆的最大工作长度 ，则螺杆的长细比 ，不会失稳 （ 6）校核螺纹牙强度 对于梯形螺纹 对于青铜螺母 ，合适 （ 7 ）确定手轮的直径 由 得 10-16解 （ 1）选用A型平键，查教材表10-9，由轴的直径 可得平键的截面尺寸 ，；由联轴器及平键长度系列，取键的长度 。

其标记为：键 GB1096-79 （ 2）验算平键的挤压强度 由材料表 10-10查得，铸铁联轴器的许用挤压应力 A型键的工作长度 ，使用平键挤压强度不够，铸铁轴壳键槽将被压溃这时可使轴与联轴器孔之间采用过盈配合，以便承担一部分转矩，但其缺点是装拆不便也可改用花键联接 10-17解 （ 1）选择花键 根据联轴器孔径 ，查手册可知花键小径 最接近，故选择矩形花键的规格为 花键 GB1144-87 花键的齿数 、小径 ，大径 ，键宽 ，键长取 ，倒角 .（ 2）验算挤压强度 取载荷不均匀系数 齿面工作高度　 平均半径　 查教材表 10-11，在中等工作条件Ⅱ、键的齿面未经热处理时，其许用挤压应力 ，故合适 11-1 解 1）由公式可知： 轮齿的工作应力不变，则 则，若 ，该齿轮传动能传递的功率 11-2解 由公式可知，由抗疲劳点蚀允许的最大扭矩有关系： 设提高后的转矩和许用应力分别为 、 当转速不变时，转矩和功率可提高 69% 11-3解 软齿面闭式齿轮传动应分别验算其接触强度和弯曲强度 （ 1）许用应力 查教材表 11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮ZG270-500正火硬度：140～170HBS，取155HBS。

查教材图 11-7， 查教材图 11-10 , 查教材表 11-4取 ， 故： （ 2）验算接触强度，验算公式为： 其中：小齿轮转矩 载荷系数 查教材表11-3得 齿宽 中心距 齿数比 则： 、 ，能满足接触强度 （ 3）验算弯曲强度，验算公式： 其中：齿形系数：查教材图 11-9得 、 则 ： 满足弯曲强度 11-4解 开式齿轮传动的主要失效形式是磨损，目前的设计方法是按弯曲强度设计，并将许用应力降低以弥补磨损对齿轮的影响 （ 1）许用弯曲应力 查教材表11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮45钢正火硬度：170～210HBS，取190HBS查教材图11-10得, 查教材表 11-4 ，并将许用应用降低30% 故 　　　　　　　　　　　　　　 （ 2）其弯曲强度设计公式： 其中：小齿轮转矩 　　 载荷系数 查教材表11-3得 取齿宽系数 齿数　　 ，取 齿数比　　 齿形系数 查教材图 11-9得 、 因　　 故将 　 　代入设计公式 因此　　　 取模数 中心距　　　 齿宽 　　 11-5解 硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是折断，设计方法是按弯曲强度设计，并验算其齿面接触强度。

（ 1）许用弯曲应力 查教材表 11-1，大小齿轮材料40Cr 表面淬火硬度：52～56HRC，取54HRC查教材图11-10得 ，查材料图11-7得 查教材表11-4 ， 因齿轮传动是双向工作，弯曲应力为对称循环，应将极限值乘 70% 故　　　　　　　　　　　　　 （ 2）按弯曲强度设计，设计公式： 其中：小齿轮转矩　　 载荷系数 查教材表11-3得 取齿宽系数 齿数　　 ，取 齿数比　　 齿形系数 应将齿形系数较大值代入公式，而齿形系数值与齿数成反比，将小齿轮的齿形系数代入设计公。