机械设计基础习题范例

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1、说明本习题范例包括本课程学习期间应完成的全部设计性的课外习题，提供了这些习题训练的重点、分析解决问题的一些思考、大致的设计步骤（数据由同学们根据自己的设计确定）。此外，还提供了一些重要章节的典型的思考题，期望在学时较少的情况下，对同学们掌握本课程的知识、提高分析解决问题的能力有所帮助。如果其中存在任何不足或谬误之处，请同学们一定将意见反馈给老师我，在此先行谢过！题2.2钢制扳手的手柄用两个螺栓联接如图所示。已知扳紧力P＝200N。试设计此螺栓联接（要求采用普通螺栓和铰制孔用螺栓两种方案，并分析比较结果）。评价要点正确的受力分析；正

2、确确定螺栓尺寸；挤压高度的正确确定；若能提出从受力角度的改进意见则应加分（具求异思维）。解答参考①螺栓处承受的工作载荷设螺栓处承受的工作载荷分别为F1、F2，分别对点1、2取矩，有：Pl1＝F2l2→F2＝8P＝1600NP(l1+l2)＝F1l2→F1＝9P＝1800N由于螺栓1处工作载荷较大，设计应以1处的载荷为准。②采用普通螺栓取可靠性系数Kf＝1.2，由表2.7取摩擦系数m＝0.15，根据静力平衡条件可得F‘＝KfF1/m＝14400N拟用4.6级的螺栓，为便于装配，考虑不严格控制预紧力，暂定安全系数[S]=3，则许用应力

3、为[s]＝240/3＝80MPa。依强度条件可得：＝17.26mm查手册可知，取M20合理。对照表2.4，初定[S]＝3是适当的。③采用铰制孔用螺栓螺栓仍然用4.6级，被联接件材料与螺栓相同，由表2.6有：[t]＝ss/2.5＝96MPa，[sp]＝ss/1.25＝192MPa。根据剪切强度条件可得：＝4.89mm挤压强度相对较弱，因此可将螺栓直径稍微取大些，本例查手册取M6×28的铰制孔用螺栓，其光杆直径d0＝7，光杆长度为16，故挤压高度h＝6mm，挤压应力为sp＝＝42.85MPa≤[sp]挤压强度足够。从承载的角度看，铰制

4、孔用螺栓联接更能发挥螺栓材料的潜能，在同样的载荷下，铰制孔用螺栓的尺寸比普通螺栓的尺寸小。题2.7如图所示，铸铁轴承托架用四个螺栓紧固在钢制立柱上。已知轴承载荷P＝5kN，a＝60°。试设计此螺栓组联接。解答参考根据力的分解和简化原理，载荷对螺栓组联接的作用可用作用于底板中心的水平力RH、铅垂力RV及倾覆力矩M的联合作用来代替，其中：RH＝Psina＝4330N，RV＝Pcosa＝2500N，M＝150(RH＋RV)＝1024500Nmm，由RH引起的螺栓工作拉力F1＝1082.5N，由M引起的螺栓的工作拉力F2＝M/(4×140

5、)＝1830N。1．根据托架不下滑的条件4(F‘－F1)m≥KfRV有，取m＝0.15，Kf＝1.2，可求得F‘≥6082.5N。2．根据上侧不出现间隙、下侧不被压溃条件的条件确定预紧力底板接触面积A＝2×100×150＝3000mm2底板抗弯截面模量W＝150(3202－1202)/6＝2200000mm3由4(F‘－F1)引起的压应力为sp1＝4(F‘－F1)/A由M引起的拉、压应力为sp2＝M/W＝1024500/2200000＝0.465MPa上侧不应出现间隙，即sp1－sp2≥0，因此：F‘≥0.465×A/4＋F1＝4

6、570N。设托架材料为HT150，则其最小抗压强度极限sb1min＝330MPa，设立柱材料为ZG200-400，其最小屈服极限sb2min＝200MPa，取铸铁安全系数[S]＝2.5，钢的安全系数[S]＝1.25，则许用挤压应力为[sp1]＝330/2.5＝132MPa[sp2]＝200/1.25＝160MPa因[sp1]＜[sp2]，故取许用挤压应力[sp]＝[sp1]＝132MPa。由下侧不压溃条件sp1＋sp2≤[sp]可得：F‘≤＝987595N综合上述情况有6082.5≤F‘≤987595，最终取F‘＝8000N。3．

7、螺栓强度计算上部螺栓受力最大，最大工作载荷为Fmax＝F1＋F2＝1082.5＋1830＝2912.5N因工作载荷与预紧力相比很小，故可以不考虑相对刚度问题，直接取螺栓总拉力F0＝F‘＋Fmax＝10912.5N。考虑螺栓采用4.6级，拧紧时控制预紧力，取安全系数[S]＝1.5，则许用应力[s]＝160MPa，于是有：d1≥＝10.62mm，查手册取M12的螺栓可矣。题2.9图示为刚性联轴器的螺栓组联接。已知4个M16的铰制孔用螺栓均布在直径为155mm的圆周上，螺栓的性能级别为4.6级；联轴器传递转矩T＝1500Nm，联轴器为钢

8、制。试校核螺栓的强度并确定螺栓的长度。评价要点正确、合理的受力分析；螺栓尺寸的确定；挤压高度的确定。解答参考每个螺栓处的横向剪切力为＝＝4838.7N4.6级螺栓的屈服极限为ss1＝240MPa，设被联接件材料为Q235钢，其屈服限为ss2＝235