机械设计计算题
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第一章机械设计总论习题
四、计算题:
1、某钢制零件材料性能为,,,受单向稳
定循环变应力,危险剖面的综合影响系数,寿命系数。
(1)若工作应力按常数的规律变化,问该零件首先发生疲劳破坏,还是塑性变形?
(2)若工作应力按应力比(循环特性)常数规律变化,问在什么范围内零件首先发生疲劳破坏?(图解法、解析法均可)
1、解:(1)
作该零件的极限应力图。
常数时,应力作用点在线上,与极限应力图交于线上,所以该零件首先发生塑性变形。
(2)常数时,工作应力点在范围内,即:点,所以
时首先发生疲劳破坏。
2、零件材料的机械性能为:,,,综合影
响系数,零件工作的最大应力,最小应力,加载方式为(常数)。
求:(1)按比例绘制该零件的极限应力线图,并在图中标出该零件的工作应力点和其相应的极限应力点;
(2)根据极限应力线图,判断该零件将可能发生何种破坏;
(3)若该零件的设计安全系数,用计算法验算其是否安全。
2、解:(1);
零件的极限应力线图如图示。工作应力点为,其相应的极限应力点为。
(2)该零件将可能发生疲劳破坏。
(3)
该零件不安全。
3、在图示零件的极限应力线图中,零件的工作应力位于点,在零件的加载过程中,可能
发生哪种失效?若应力循环特性等于常数,应按什么方式进行强度计算?
3、解:可能发生疲劳失效。
时,应按疲劳进行强度计算;
4、已知45钢经调质后的机械性能为:强度限,屈服限,疲劳限,材料的等效系数。
(1)材料的基氏极限应力线图如图示,试求材料的脉动循环疲劳极限;
(2)疲劳强度综合影响系数,试作出零件的极限应力线;
(3)若某零件所受的最大应力,循环特性系数,试求工作应力点的坐标和的位置。
4、解:(1)
(2)零件的极限应力线为。
(3);;
5、合金钢对称循环疲劳极限,屈服极限,。
试:
(1)绘制此材料的简化极限应力图;
(2)求时的、值。
5、解:(1),
作材料的简化极限应力图。
(2),;;
由和
得:
,
图中:
第二章 螺纹联接与螺旋传动 五、计算题
1、一悬臂梁由四个普通螺栓联接固定于立墙上的两个夹板间,如图所示,已知载荷P=1000N ,螺栓布局和相关尺寸如图示,试选择螺栓直径d 。 注:
(1)螺栓材料45钢
=360N/mm ;
(2)图示尺寸单位为mm ;
(3)板间摩擦系数f=0、15,可靠性系数K=1 、2; (4
)螺纹标准见下表; 螺纹外径
螺纹内径
1、 解:在横向力作用下,悬臂梁不滑移的条件为
则悬臂梁在y 向摩擦力
2、如图所示的夹紧联接柄承受载荷Q=600N ,螺栓个数z=2,联接柄长度L=300mm ,轴的直径d=60mm ,夹紧结合面的摩擦系数f=0、15,考虑摩擦传力的可靠性系数
。试确定该联接螺栓的直径(螺栓材料为Q235,
,
)。
2、解:假定夹紧机构在螺栓联接并预紧的情况下近似为一刚性体,如图,在载荷及螺栓预
紧力作用下,产生正压力,,由于,产生的摩擦力较小,则近似有
,(1)
又由在向的受力关系有:(2)
根据力矩平衡有:(3)
以夹紧机构的左半部分为研究对象,又由于螺栓预紧力较大,则可以认为:(4)
考虑左半部分在向的受力关系有:(5)
由(1)、(2)、(3)、(4)、(5)得
则螺栓所受总拉力
螺栓危险截面的直径(螺纹小径)为
按照粗牙普通螺纹标准(),选取螺纹公称直径(螺纹小径
)。
3、螺栓组联接的二种方案如图所示,已知外载荷R,L=300mm,a=60mm,求:
(1)螺栓组在两个方案中受力最大螺栓的剪力各为多少?(剪力以R的倍数表示)(可用计算法或作图法求)
(2)分析哪个方案较好,为什么?
3、解:方案(a):
设通过螺栓组对称中心并与接合面相垂直的轴线为回转轴线(螺栓2的轴线)。在工作载荷
的作用下,螺栓组联接承受横向工作剪力以及由产生的转矩的作用。
在转矩的作用下,薄板在各螺栓所受的工作剪力
在工作剪力作用下,薄板在各螺栓所受的工作剪力
(方向与相反)
因此(与同向)
(与反向)
(与反向)
则螺栓所受最大工作剪力
方案:
设通过螺栓组对称中心并与接合面相垂直的轴线为回转轴线。
在工作载荷的作用下,螺栓组联接承受横向工作剪力以及由产生的转矩的作用。在转矩的作用下,薄板在各螺栓所受的工作剪力
在工作剪力作用下,薄板在各螺栓所受的工作剪力
(方向与相反)
由图显然与的合力最大
因此
则螺栓所受最大工作剪力。
由上面分析计算可以看出:方案螺栓最大工作剪力较小,而且各螺栓受力相对(a)方案较均匀,方案较好。
4、图为一钢制液压油缸,油压(静载),油缸内径,缸盖由6个(小
径)螺栓联接在缸体上,已知螺栓的刚度和缸体、缸盖的刚度
的关系为,螺钉材料的许用应力,根据联接的紧密性要求,残余预紧力
(为每个螺栓的工作拉力),求预紧
力应控制在什么范围内才能满足此联接的要求?
4、解:(1)螺栓所受的工作载荷如图,在油压的作用下,螺栓组联接承受轴向拉力的作用:
轴向拉力
在轴向拉力的作用下,各螺栓所受轴向工作载荷为
(2)螺栓的预紧力
由及题意
对于碳素钢螺栓,要求预紧力:
考虑预紧力的情况下,取螺纹联接安全系数。
由,可得
因此,才能满足此联接要求。
5、有一钢制液压油缸,如图所示。缸内油压,缸体内径,螺栓分布直径
,缸盖外径。为保证气密性要求,残余预紧力取为工作载荷的倍,螺栓间弧线距离不大于。已知螺栓的许用应力为