机械零件的强度.

第三章 机械零件的强度

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3-1 某材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=180MPa，取循环基数N0=510，m=9，试求循环次

数N分别为7000，2500，620000次是时的有限寿命弯曲疲劳极限。

3-2 已知材料的力学性能为σS=260MPa，σ-1=170MPa，σ=0.2,试绘制此材料的简化极限应力线图（参看图3-3中的A’D’G’C）。 3-3 一圆轴的轴肩尺寸为：D=72mm，d=62mm，r=3mm。材料为40CrNi，其强度极限σB=900MPa，屈服极限σS=750MPa，试计算轴肩的弯曲有效应力集中系数kσ。

3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D=54mm，d=45mm，r=3mm。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB=420MPa，试绘制此零件的简化极限应力线图。

3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力σm=20MPa，应力幅σa=900MPa，试分别按：a）r=C；b）σm=C，求出该截面的计算安全系数Sca。

第二篇 联接

第五章 螺纹联接和螺旋传动 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？

5-3 分析活塞式空气压缩机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20kN，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 已知一个托架的边板用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250mm、大小为60kN的载荷作用。现有如图5-51所示的两种螺栓布置型式，设采用铰制孔用螺栓联接，试问哪一种布置型式所用的螺栓直径较小？为什么？

5-7 图5-52所示为一拉杆螺栓联接。已知拉杆所受的载荷F=56kN，载荷稳定，拉杆材料为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。若结合面的摩擦系数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F0=15000N，当受轴向工作载荷F=10000N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）的螺栓和螺母的主要尺寸。起重量为40000N，起重高度为200mm，材料自选。

第六章 键、花键、无键联接和销联接

6-1 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，相隔90~120；而采用两个半圆键时，却布置在轴的同一母线上？

6-2 胀套串联使用时，为何要引入额定载荷系数m？为什么Z1型胀套和Z2型胀套的额定载荷系有明显的差别？

6-3 在一直径d=80mm的轴端，安装一钢制直齿圆柱齿轮（图6-26），轮毂宽度L’=1.5d，工作时有轻微冲击。试确定平键联接的尺寸，并计算其允许传递的最大转矩。

6-4 图6-27所示的凸缘半联轴器及圆柱齿轮，分别用键与联轴器的低速轴相联接。试选择两处键的类型及尺寸，并校核其联接强度。已知：轴的材料为45钢，传递的转矩T=1000Nm，齿轮用锻钢制成，半联轴器用灰铸铁制成，工作时有轻微冲击。

6-5 图6-28所示的灰铸铁V带轮，安装在直径d=45mm，带轮的基准直径dd=250mm，工作时的有效拉力F=2 kN，轮毂宽度L’=65mm，工作时有轻微振动。设采用钩头楔键联接，试选择该楔键的尺寸，并校核联接的强度。

6-6 图6-29所示为变速箱中的双联滑移齿轮，传递的额定功率P=4kW，转速n=250r/min。齿轮在空载下移动，工作情况良好。试选择花键类型和尺寸，并校核联接的强度。 6-7 图6-30所示为套筒式联轴器，分别用平键及半圆键与两轴相联接。已知：轴径d=38mm，联轴器材料为灰铸铁，外径D1=90mm。试分别计算两种联接允许传递的转矩，并比较其优缺点。

第七章 铆接、焊接、铰接和过盈联接 7-1 现有图7-26所示的焊接接头，被焊件材料均为Q235钢，b=170mm，b1=80mm，=12mm，承受静载荷F=0.4MN，设采用E4303号焊条手工焊接，试校核该接头的强度。

7-2 上题的接头如承受变载荷Fmax=0.4MN，Fmin=0.2MN，其它条件不变，接头强度能否满足要求？

7-3 试设计图7-10所示的不对称侧面角焊缝，已知被焊件材料均为Q235钢，角钢尺寸为10010010（单位为mm），截面形心c到两边外侧的距离z0=a=28.4mm，用E4303号焊条手工焊接，焊缝腰长k==10mm，静载荷F=0.35MN。

7-4 现有45钢制的实心轴与套筒采用过盈联接，轴径d=80mm，套筒外径d2=120mm，配合长度l=80mm，材料的屈服极限σS=360MPa，配合面上的摩擦系数f=0.085，轴与孔配合表面的粗糙度分别为1.6及3.2，传递的转矩T=1600Nm，试设计此过盈联接。

7-5 图7-27所示的铸锡磷青铜蜗轮轮圈与铸铁轮芯采用过盈联接，所选用的标准配合为H8/t7，配合表面粗糙度均为3.2，设联接零件本身的强度足够，试求此联接允许传递的最大转矩（摩擦系数f=0.10）。

第三篇 机械传动

第八章 带传动

8-1 V带传动的n1=1450r/MIN，带与带轮的当量摩擦系数fv=0.51，包角1=180，预紧力F0=360N。试问：（1）该传动所能传递的最大有效拉力为多少？（2）若dd1=100mm，其传递的最大转矩为多少？（3）若传动效率为0.95，弹性滑动忽略不计，从动轮输出功率为若干？

8-2 V带传动传递的功率P=7.5kW，带速v=10m/s，紧边拉力是松边拉力的两倍，即F1=2F2，试求紧边拉力F1、有效拉力Fe和预紧力F0。

8-3 已知一窄V带传动的n1=1450r/min，n2=400r/min，dd1=180mm，中心距a=1600mm，窄V带为SPA型，根数z=2，工作时有振动，一天运转16h（即两班制），试求带能传递的功率。

8-4 有一带式输送装置，其异步电动机与齿轮减速器之间用普通V带传动，电动机功率P=7 kW，转速n1=960r/min，减速器输入轴的转速n2=330r/min，允许误差为5%，运输装置工作时有轻度冲击，两班制工作，试设计此带传动。

第九章 链传动

9-1 如图9-17所示链传动的布置形式，小链轮为主动轮，中心距a=（30~50）p。它在图a、b所示布置中应按哪个方向回转才算合理？两轮轴线布置在同一铅垂面内（图c）有什么缺点？应采取什么措施？ a b） a） c）

图 9-17

9-2 某链传动传递的功率P=1 kW，主动链轮转速n1=48r/min，从动链轮转速n2=14r/min，载荷平稳，定期人工润滑，试设计此链传动。

9-3 已知主动链轮转速n1=850r/min，齿数z1=21，从动链轮齿数z2=99，中心距a=900mm，

滚子链极限拉伸载荷为55.6kN，工作情况系数KA=1，试求链条所能传递的功率。

9-4 选择并验算一输送装置用的传动链。已知链传动传递的功率P=7.5kW，主动链轮的转速n1=960r/min，传动比i=3，工作情况系数KA=1.5，中心距a≤650mm(可以调节)。

第十章 齿轮传动

10-1 试分析图10-47所示的齿轮传动各齿轮所受的力（用受力图表示出各力的作用位置及方向）。

10-2 如图10-48所示的齿轮传动，齿轮A、B和C的材料都是中碳钢调质，其硬度：齿轮A为240HBS，齿轮B为260HBS，齿轮C为220HBS，试确定齿轮B的许用接触应力[σH]和许用弯曲应力[σF]。假定： （1）齿轮B为“惰轮”（中间轮），齿轮A为主动轮，齿轮C为从动轮，设KFN= KHN=1； （2）齿轮B为主动轮，齿轮A和齿轮C均为从动轮，设KFN= KHN=1；

C B A

图10-48 齿轮传动许用应力分析

10-3 对于作双向传动的齿轮来说，它的齿面接触应力和齿根弯曲应力各属于什么循环特性？在作强度计算时应怎样考虑？

10-4 齿轮的精度等级与齿轮的选材及热处理方法有什么关系？

10-5 要提高齿轮的抗弯疲劳强度和齿面抗点蚀能力有哪些可能的措施

10-6 设计铣床中的一对圆柱齿轮传动，已知P1=7.5kW，n1=1450r/min，z1=26，z2=54，寿命Lh=12000h，小齿轮相对其轴的支承为不对称布置，并画出大齿轮的结构图。

10-7 某齿轮减速器的斜齿圆柱齿轮传动，已知n1=750r/min，两轮的齿数为z1=24，z2=108，β=9º22′， mn=6mm，b=160mm，8级精度，小齿轮材料为38SiMnMo（调质），大齿轮材料为45钢（调质），寿命20年（设每年300工作日），每日两班制，小齿轮相对其轴的支承为对称布置，试计算该齿轮传动所能传递的功率。

10-8 设计小型航空发动机中的一对斜齿圆柱齿轮传动，已知P1=130kW，n1=110r/min，z1=23，z2=73，寿命Lh=100h，小齿轮作悬臂布置，使用系数KA=1.25。

10-9 设计用于螺旋输送机的闭式直齿锥齿轮传动，轴夹角∑=90º，传递功率P1=1.8kW，转速n1=250r/min，齿数比u=2.3，两班制工作，寿命10年（每年按300天计算），小齿轮作悬

臂布置。

第十一章 蜗杆传动

11-1 试分析图11-26所示蜗杆传动中各轴的回转方向\\蜗轮轮齿的螺旋方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向。

11-2 图11-27所示为热处理车间所用的可控气氛加热炉拉料机传动简图。已知：蜗轮传递的转矩T2=405 Nm，蜗杆减速器的传动比i12=20，蜗杆转速n1=480r/min，传动较平稳，冲击不大。工作时间为每天8h，要求工作寿命为5年（每年按300工作日计），试设计该蜗杆传动。

11-3 设计用于带式输送机的普通圆柱蜗杆传动，传递功率P1=5.0kW，n1=960r/min，传动比i=23，由电动机驱动，载荷平稳。蜗杆材料为20Cr，渗碳淬火，硬度≥58HRC。蜗轮材料为ZCuSn10P1，金属模铸造。蜗杆减速器每日工作8h，要求工作寿命为7年（每年按300工作日计）。

11-4 设计一起重设备用的蜗杆传动，载荷有中等冲击，蜗杆轴由电动机驱动，传递的额定功率P1=10.3kW，n1=1460r/min，n2=120r/min间歇工作,平均约为每日2h，要求工作寿命为10年（每年按300工作日计）。

11-5 试设计轻纺机械中的一单级蜗杆减速器,传递功率P=8.5kW，主动轴转速n1=1460r/min，传动比i=20，工作载荷稳定，单向工作，长期连续运转，润滑情况良好，要求工作寿命为15000h。

11-6 试设计某钻机用的单级圆弧圆柱蜗杆减速器。已知蜗轮轴上的转矩T2=10600Nm，蜗杆转速n1=910r/min，蜗轮转速n2=18r/min，断续工作，有轻微振动，有效工作时数为3000h。

第四篇 轴系零、部件

第十二章 滑动轴承

12-1 某不完全液体润滑径向滑动轴承，已知：轴径直径d=200mm，轴承宽度B=200mm，轴颈转速n=300r/min，轴瓦材料为ZCuAl10Fe3，试问它可以承受的最大径向载荷是多少？ 12-2 已知一起重机卷筒的径向滑动轴承所承受的载荷F=100000N，轴颈直径d=90mm，轴的转速n=9r/min，轴承材料采用铸造青铜，试设计此轴承（采用不完全液体润滑）。

12-3 某对开式径向滑动轴承，已知径向载荷F=35000N，轴颈直径d=100mm，轴承宽度B=100mm，轴颈转速n=1000r/min。选用L-AN32全损耗系统用油，设平均温度tm=50℃，轴承的相对间隙ψ=0.001，轴颈、轴瓦表面粗糙度分别为Rz1=1.6um，Rz2=3.2um，试校验此轴承能实现液体动压润滑。

12-4 设计一发电机转子的液体动压径向滑动轴承。已知：载荷F=50000N，轴颈直径d=150mm，转速n=1000r/min，工作情况稳定。

第十三章 滚动轴承

13-1 试说明下列各轴承的内径有多大？哪个轴承公差等级最高？哪个允许的极限转速最高？哪个承受径向载荷能力最高？哪个不能承受径向载荷？ N307/P4 6207/P2 30207 51307/P6

13-2 欲对一批同型号滚动轴承作寿命实验。若同时投入50个轴承进行试验，按其基本额定动载荷值加载，试验机主轴转速n=2000r/min。若预计该批轴承为正品，则试验进行8小时20分钟，应约有几个轴承已失效。

13-3 某深沟球轴承需在径向载荷Fr=7150N作用下，以n=1800r/min的转速工作3800h。试求此轴承应有的基本额定动载荷C。

13-4 一农用水泵，决定选用深沟球轴承，轴颈直径d=35mm，转速n=2900r/min，已知径向载荷Fr=1810N，轴向载荷Fa=740N，预期计算寿命Lh′=6000h，试选择轴承的型号。 13-5 根据工作条件，决定在轴的两端选用=25的两个角接触球轴承，如图13-13b所示正装。轴颈直径d=35mm，工作中有中等冲击，转速n=1800r/min，已知两轴承的径向载荷分别为Fr1=3390N，Fr2=1040N，外加轴向载荷Fae=870N，作用方向指向轴承1，试确定其工作寿命。

13-6 若将图13-34a中的两轴承换为圆锥滚子轴承，代号为30207。其它条件同例题13-2，试验算轴承的寿命。

13-7 某轴的一端支点上原采用6308轴承，其工作可靠度为90%，现需将该支点轴承在寿命不降低的条件下将工作可靠度提高到99%，试确定可能用来替换的轴承型号。

第十四章 联轴器和离合器

14-1 某电动机与油泵之间用弹性套柱销联轴器联接，功率P=4 kW，转速n=960r/min，轴伸直径d=32mm，试决定该联轴器的型号（只要求与电动机轴伸联接的半联轴器满足直径要求）。

14-2 某离心式水泵采用弹性柱销联轴器联接，原动机为电动机，传递功率38 kW，转速为300r/min，联轴器两端联接轴径均为50mm，试选择该联轴器的型号。若原动机改为活塞式内燃机时，又应如何选择其联轴器？

14-3 一机床主传动换向机构中采用如图14-20所示的多盘摩擦离合器，已知主动摩擦盘5片，从动摩擦盘4片，结合面内径D1=60mm，外径D2=110mm，功率P=4.4kW，转速n=1214r/min，摩擦盘材料为淬火钢对淬火钢，试求需要多大的轴向力F？

14-4 图14-23a所示的剪切销安全联轴器，传递转矩Tmax=650Nm，销钉直径d=6mm，销钉材料用45钢正火，销钉中心所在圆的直径Dm=100mm，销钉数z=2。若取[τ]=0.7σB，试求此联轴器在载荷超过多大时方能体现其安全作用。

第十五章 轴

15-1 若轴的强度不足或刚度不足时，可分别采取哪些措施？

15-2 在进行轴的疲劳强度计算时，如果同一截面上有几个应力集中源，应如何取定应力集中系数？

15-3 为什么要进行轴的静强度校核计算？校核计算时为什么不考虑应力集中等因素的影响？

15-4 图15-28所示为某减速器输出轴的结构图，试指出其设计错误，并画出改正图。

15-5 有一台离心式水泵，由电动机带动，传递的功率P=3 kW，轴的转速n=960r/min，轴的材料为45钢，试按强度要求计算轴所需的最小直径。

15-6 设计某搅拌机用的单级斜齿圆柱齿轮减速器中的低速轴（包括选择两端的轴承及外伸端的联轴器），见图15-29。

已知：电动机额定功率P=4kW，转速n1=750r/min，低速轴转速n2=130r/min，大齿轮节圆直径d2ˊ=300mm，宽度B2=90mm，轮齿螺旋角β=12º，法向压力角n=20。 要求：（1）完成轴的全部结构设计；（2）根据弯扭合成理论验算轴的强度；（3）精确校核轴的危险截面是否安全。

15-7 两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器的中间轴（见图15-30a），尺寸和结构如图15-30b所示。已知：中间轴转速n2=180r/min，传递功率P=5.5kW，有关的齿轮参数见下表： 齿轮2 齿轮3 mn/mm 3 4 n 20 20 z 112 23 β 10º44′ 9º22′ 旋向 右 右 图中A、D为圆锥滚子轴承的载荷作用中心。轴的材料为45钢（正火）。要求按弯扭合成理论验算轴的截面Ⅰ和Ⅱ的强度，并精确校核轴的危险截面是否安全。

15-8 一蜗杆轴的结构如图15-31所示，试计算其当量直径dv。