【正文】 軸向力（作用干螺栓組形心，垂直向上） 解 （1）螺栓受力分析試求螺栓所受的最大軸向總載荷，并校核螺栓組聯(lián)接接合面的工作能力。 例21 如圖a所示的鑄鐵（HT150）支架，用一組螺栓固定在鋼制底座上，支架軸孔中心受一斜力P＝10000 N，P力與水平面的夾角α＝30176。 題211 圖示的雙聯(lián)滑移齒輪與軸用矩形花鍵聯(lián)接，已知傳遞的轉(zhuǎn)矩T＝140 ，齒輪在空載下移動(dòng)，工作情況良好，軸D＝34 mm，齒輪寬度L＝40 mm，軸和齒輪的材料均為鋼，花鍵齒面熱處理后硬度小于45HRC。已知軸傳遞的功率P = 9 kW，轉(zhuǎn)速 n=100 r/min，軸和齒輪的材料均為鋼，聯(lián)軸器材料為鑄鐵，工作時(shí)有輕微沖擊。托架材料的強(qiáng)度極限 σB＝200 MPa，立柱材料的屈服強(qiáng)度極限 （1）此聯(lián)接采用普通螺栓還是鉸制孔螺栓為宜？（2）若用鉸制孔用螺栓聯(lián)接，試確定螺栓直徑。兩邊板各用四個(gè)螺栓與工字鋼立柱聯(lián)接，托架承受的最大載荷為R＝20 kN，問(wèn)：兩個(gè)半聯(lián)軸器間的摩擦系數(shù) f＝，載荷平穩(wěn)。25 在圖示的夾緊聯(lián)接中，柄部承受載荷P＝600 N，柄長(zhǎng)L＝350 mm，軸直徑db＝60mm，螺栓個(gè)數(shù) z＝2，接合面摩擦系數(shù) f＝，試確定螺栓直徑。（缸蓋與油缸結(jié)合面處采用金屬墊片）24 圖示減速器端蓋用四個(gè)螺釘固定在鑄鐵箱體上，端蓋與箱體間采用金屬墊片。23 如圖所示，用六個(gè)M16的普通螺栓聯(lián)接的鋼制液壓油缸，安全系數(shù)S＝3，缸內(nèi)油壓 p＝ MPa，為保證緊密性要求，剩余預(yù)緊力Qp′≥。圖示為普通螺栓組聯(lián)接，載荷R＝5000 N，L＝280 mm，l＝100 mm，接合面間的摩擦系數(shù) f＝。21 用圖示的扳手?jǐn)Q緊M16的螺母，扳手有效長(zhǎng)度L= 400 mm，求實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力 QP =13500 N 的擰緊力F。習(xí)28 21 常用螺紋有哪些類型？其中哪些用于聯(lián)接，哪些用于傳動(dòng)，為什么？哪些是標(biāo)準(zhǔn)螺紋？22 螺紋聯(lián)接預(yù)緊的目的是什么？如何控制預(yù)緊力？23 擰緊螺母時(shí)，螺栓和被聯(lián)接件各受什么載荷？擰緊力矩要克服哪些阻力矩？24 聯(lián)接螺紋能滿足自鎖條件，為什么在設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)還要考慮防松問(wèn)題？根據(jù)防松原理，防松分哪幾類？可拆卸的防松中哪類工作可靠，為什么？25 在受橫向載荷的螺紋聯(lián)接中，螺栓是否一定受剪切？為什么？26 為改善螺紋牙上載荷分配不均現(xiàn)象，常采用懸置螺母或內(nèi)斜螺母，試分析其原因。第二章 螺紋聯(lián)接及軸轂聯(lián)接（2）求當(dāng)量應(yīng)力循環(huán)次數(shù)Nv因 σ3 小干材料的σ1，故對(duì)零件不會(huì)造成疲勞損傷，在求Nv時(shí)不計(jì)入。 σi 的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表的第五列。解 （1）計(jì)算各級(jí)變應(yīng)力的當(dāng)量應(yīng)力σi根據(jù)式（133）許用安全糸數(shù)[S]＝。材料力45鋼調(diào)質(zhì)，σ1＝250MPa，m＝9，N0＝107。 例15 一轉(zhuǎn)軸受規(guī)律性非穩(wěn)定非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力作用，其各級(jí)變應(yīng)力的σa和σm初的名義值見(jiàn)下表的第二、第三列。 由上述計(jì)算結(jié)果可知，該零件的疲勞強(qiáng)度和靜強(qiáng)度安全系數(shù)均大于許用安全糸數(shù)[S]＝，故零件強(qiáng)度足夠。計(jì)算安全系數(shù)為MPa平均應(yīng)力 應(yīng)力幅解 （1）計(jì)算應(yīng)力幅和平均應(yīng)力如取許用安全系數(shù)［S］＝。承受工作變應(yīng)力 σmax＝155 MPa，σmin＝30 MPa。例如，零件表面只經(jīng)過(guò)切削加工或不加工時(shí)，則應(yīng)按附表15選取 β 值；若零件表面不僅機(jī)械加工而且經(jīng)過(guò)強(qiáng)化工藝處理，則應(yīng)按附表16 選取 β 值。（3）表面狀態(tài)系數(shù) β查附表15，當(dāng)材料的 σB＝600 MPa 及表面精車削加工（Ra＝ μm）田寸，β＝。計(jì)算步驟如下：求過(guò)渡圓角處的有效應(yīng)力集中糸數(shù) kσ 、絕對(duì)尺寸系數(shù) εσ 和表面狀態(tài)系數(shù) β。例13 如圖所示，某軸受彎矩 M 作用。（3）結(jié)論由于許用拉應(yīng)力 [σ]＝212 MPa 均大于按第一、三、四強(qiáng)度理論所求得的計(jì)算應(yīng)力 σca，所以該構(gòu)件強(qiáng)度足夠，較為安全。按第四理論強(qiáng)度得按第三強(qiáng)度理論得按第一強(qiáng)度理論得試分別用第一、三、四強(qiáng)度理論求計(jì)算應(yīng)力 σca，并校核靜強(qiáng)度是否安全？用哪個(gè)強(qiáng)度理論較為合理？ 解 （1）求材料的許用拉應(yīng)力由于 σs/σB = 320／540＝，按表用內(nèi)插法得許用拉應(yīng)力 該變應(yīng)力為非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。 σmin = σm σa = 20 30 = 10 MPa 最大應(yīng)力為例11 15 某鋼制零件承受非對(duì)稱循環(huán)（循環(huán)特性 r＝）的兩級(jí)應(yīng)力（不穩(wěn)定變應(yīng)力）作用，第一級(jí)名義應(yīng)力最大值 σ1＝500 MPa，作用105次，第二級(jí)名義應(yīng)力最大值 σ2＝400 MPa，作用2105次，如該鋼材的標(biāo)準(zhǔn)平滑試件試驗(yàn)得的 σ1＝500 MPa，σ0 =800 MPa，循環(huán)基數(shù) N0 = 107次，材料常數(shù) m = 9，該零件的有效應(yīng)力集中系數(shù) kσ =，絕對(duì)尺寸系數(shù) εσ＝，表面狀態(tài)系數(shù) β＝。14 已知一合金結(jié)構(gòu)鋼的簡(jiǎn)化疲勞極限線圖如圖所示。12 已知σmin＝500 MPa，σa = 300 MPa，求 σmax，σm，r,并畫(huà)出變應(yīng)力圖。 題習(xí)什么叫接觸應(yīng)力和接觸強(qiáng)度？影響接觸應(yīng)力大小的因素有哪些？113 舉例說(shuō)明零件的結(jié)構(gòu)及工藝對(duì)被設(shè)計(jì)零件疲勞強(qiáng)度的影響。 16 舉例說(shuō)明什么叫靜載荷、變載荷、靜應(yīng)力和變應(yīng)力？17 什么是零件的工作應(yīng)力、計(jì)算應(yīng)力、極限應(yīng)力和許用應(yīng)力？1811 機(jī)械零件設(shè)計(jì)應(yīng)滿足哪些基本準(zhǔn)則？12 什么叫機(jī)械零件的失效？機(jī)械零件主要的主要失效形式有哪些？13 提高機(jī)械零件強(qiáng)度的措施有哪些？14 在什么條件下要按剛度準(zhǔn)則設(shè)計(jì)機(jī)械零件？提高零件的剛度有哪些措施？ 15 選用機(jī)械零件材料時(shí)主要考慮什么原則？ 考東北大學(xué)專業(yè)碩士，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第一章 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)思 題 影響材料的極限應(yīng)力的因素有那些？19 線性疲勞損傷累積方程（Miner方程）的意義是什么？110 影響材料疲勞強(qiáng)度的主要因素有哪些？原因是什么？這些因素對(duì)變應(yīng)力的哪一部分有影響？111 什么是有效應(yīng)力集中系數(shù)？機(jī)械零件設(shè)計(jì)中，常見(jiàn)的應(yīng)力集中源有哪些？有三個(gè)形狀尺寸一樣，工作條件也相同，分別用鑄鐵、低強(qiáng)度鋼、高強(qiáng)度鋼制造的零件，哪個(gè)零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)最大？112 11 從手冊(cè)中查找下面各材料的名稱和性能數(shù)據(jù)，并填入表中：材料牌號(hào)材料名稱抗拉強(qiáng)度極限σB/ MPa屈服強(qiáng)度極限σs / MPa延伸率σ5 / %硬 度HB彈性模量E / MPaHT200ZG270500Q23545調(diào)質(zhì)40CrQA19413 圖示為一轉(zhuǎn)軸，在軸上作用有軸向力Fa＝3000 N和徑向力Fr＝6000N，支點(diǎn)間距L＝300 mm，軸的直徑d＝50mm，求力Fr 作用面上的σmax，σmin，σm，σa，r，并畫(huà)出變應(yīng)力圖。等效系數(shù)ψσ＝，若零件工作應(yīng)力點(diǎn)M 恰在 OE 線上，其最大工作應(yīng)力σmax＝426 MPa，最小工作應(yīng)力σmin＝106 MPa，有效應(yīng)力集中系數(shù)kσ＝，絕對(duì)尺寸系數(shù) εσ＝，表面狀態(tài)系數(shù) β＝1，試求按簡(jiǎn)單加載情況下零件的安全系數(shù)（按無(wú)限壽命考慮）。試估算該零件的計(jì)算安全系數(shù)。例 題某轉(zhuǎn)動(dòng)心軸，其危險(xiǎn)剖面上的平均應(yīng)力為 σm = 20 MPa，應(yīng)力幅 σa = 30 MPa，試求最大應(yīng)力 σmax 、最小應(yīng)力 σmin 和循環(huán)特性 r。 解 σmax =σm + σa = 20 + 30 = 50 MPa最小應(yīng)力為循環(huán)特性為例12 某靜止構(gòu)件受彎曲應(yīng)力 σb＝150 MPa，扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 τr＝50 MPa；材料為35鋼（σB＝540 MPa，σs＝320 MPa）。MPa（2）按第一、三、四強(qiáng)度理論求計(jì)算應(yīng)力 σcaMPa MPa MPa但由于35鋼塑性較好，故用三、四強(qiáng)度理論較合理。已知：材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其抗拉強(qiáng)度極限 σB =600 MPa；D =60 mm；d =55 mm；r = mm；表面精車削加工（表面粗糙度Ra = μm）；調(diào)質(zhì)處理。解 （1）有效應(yīng)力集中糸數(shù) kσ為求（D－d）/r = 及 r/d = 參數(shù)下的 kσ 值，須先從附表12中查出（D－d）/r = 2 以及 r/d = ，然后通過(guò)插值計(jì)算才可求得所要求的 kσ 值。 查附表12，在（D－d）/r =2 和 σB = 600 MPa 條件下，r/d = 時(shí)，kσ = ，r/d = 時(shí)，kσ = ；通過(guò)內(nèi)插法可求得（D－d）/r = 2，r/d = 再查附表12，在（D－d）/r = 4 和 σB = 600 MPa 條件下，r/d = 時(shí)，kσ =，r/d = ，kσ =；通過(guò)內(nèi)插法可求得（D－d）/r = 4，r/d = 最后再通過(guò)內(nèi)插法計(jì)算即可求得（D－d）/r ＝ 和 r/d = 時(shí)的有效應(yīng)力集中糸數(shù)為（2）絕對(duì)尺寸糸數(shù) εσ查查附表14，當(dāng) d＝55 mm，材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼時(shí)，εσ = 。在疲勞強(qiáng)度計(jì)算中，應(yīng)根據(jù)具體晴況選取 β 值。例14 一優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼零件，其σB＝560 MPa，σs＝280 MPa，σ1＝250 MPa。零件的有效應(yīng)力集中系數(shù) kσ = ，絕對(duì)尺寸糸數(shù) εσ = ，表面狀態(tài)糸數(shù) β=（精車）。校核此零件的強(qiáng)度是否足夠。 MPa（2）計(jì)算疲勞強(qiáng)度安全糸數(shù)＝（拉壓應(yīng)力，車削表面）。（3）計(jì)算靜強(qiáng)度安全糸數(shù) 各級(jí)變應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)見(jiàn)第四列。kσ = ，εσ = ，表面狀態(tài)糸數(shù) β=，ψσ＝。求該軸的計(jì)算安全糸數(shù)Sσ。例15表MPa應(yīng)力級(jí)序號(hào)應(yīng)力幅σa平均應(yīng)力σm循環(huán)次數(shù)ni當(dāng)量應(yīng)力σi12312011090202020310471044106292268根據(jù)式（139） （3）求壽命糸數(shù)KN根椐式（140）（4）求計(jì)算安全糸數(shù)S根據(jù)式（141）結(jié)論：該轉(zhuǎn)軸疲勞強(qiáng)度足夠安全。思 考 題27 畫(huà)出題27圖中各螺紋聯(lián)接的正確結(jié)構(gòu)并選擇標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件。平鍵的標(biāo)準(zhǔn)截面尺寸如何確定？鍵的長(zhǎng)度如何確定？29 矩形花鍵和漸開(kāi)線花鍵如何定心？ 210 過(guò)盈配合聯(lián)接中有哪幾種裝配方法？哪種方法能獲得較高的聯(lián)接緊固性？為什么？211 影響過(guò)盈配合聯(lián)接承載能力的因素有哪些？為提高承載能力可采取什么措施？ 題22 試確定預(yù)緊力。求預(yù)緊力的取值范圍。端蓋受軸向載荷FΣ＝6000 N，試確定預(yù)緊力及螺釘直徑。26 在圖示的氣缸蓋聯(lián)接中，氣缸內(nèi)徑 D＝400 mm，螺栓個(gè)數(shù)z＝16，缸內(nèi)氣體壓力 p 在0～2 MPa之間變化，采用銅皮石棉墊片，試選擇螺栓直徑。27 圖示為GZ5剛性聯(lián)軸器，材料為ZG270－500。（1）采用普通螺栓，求螺栓直徑；（2）若改用鉸制孔用螺栓，計(jì)算螺栓直徑。28 圖示為兩塊邊板和一塊承重板焊接成的龍門起重機(jī)導(dǎo)軌托架。29 圖示的鑄鐵托架用四個(gè)普通螺栓固定在鋼立柱上，已知托架上的載荷 P = 5 kN，其作用線與鉛垂方向的夾角α = 45176。 σs＝235 MPa，結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示，試確定螺栓直徑。210 圖示減速器的低速軸與凸緣聯(lián)軸器及圓柱齒輪之間分別用鍵聯(lián)接。試選擇兩處鍵的類型和尺寸，并校核其聯(lián)接強(qiáng)度。試選擇花鍵、校核聯(lián)接強(qiáng)度，并寫(xiě)出聯(lián)接的標(biāo)記代號(hào)。例軸孔中心高度 h＝250 mm，底板尺寸l1＝200 mm，l2＝400 mm，l3＝150 mm，螺栓孔中心距 l＝320 mm。 ①將斜力P 分解為水平分力Px 和垂直分力Pz；再將水平分力Px簡(jiǎn)化到接合面上，得翻轉(zhuǎn)力矩M 和作用在接合面上的橫向力Px，見(jiàn)例21圖b。②計(jì)算每個(gè)螺栓所需要的預(yù)緊力Qp。預(yù)緊力Qp使接合面間產(chǎn)生摩擦力。M 對(duì)