一、选择题14. 受轴向变载荷作用的紧螺栓联接,可采取______提高螺栓的疲劳强度。
- A.增大螺栓刚度k1,减小被联接件刚度k2
- B.减小k1和k2
- C.增大k1和k2
- D.减小k1,增大k2
A B C D
D
[解析] 若减小螺栓刚度k
1或增大被联接件刚度k
2都能够减小螺栓总拉伸载荷的变化范围,从而提高螺栓的疲劳强度。

为螺栓的相对刚性系数,疲劳强度随螺栓的相对刚性系数的减小而增大。故减小k
1或增大k
2均能提高疲劳强度。
二、填空题1. 周期性速度波动的重要特征是,在一个整周期中,______与______是相等的。调节周期性速度波动的常用机械方法是加上一个______的飞轮。
驱动力所作的输入功,阻力所作的输出功;具有很大转动惯量
2. 回转件平衡的目的为:______。
调整回转件的质量分布,使回转件工作时的离心力达到平衡,以消除附加动压力,尽可能减轻有害的机械振动。
3. 在分析刚性转子的平衡时,如果要求惯性力达到平衡,则称为转子的______;如果要求惯性力和惯性力偶均达到平衡,则称为转子的______。
4. 表面粗糙度是指零件表面的______。它主要是______在零件表面留下的微细而凹凸不平的______。
5. 碳素结构钢的含碳量一般不超过______。含碳量低于______的为低碳钢;含碳量在______的为中碳钢;含碳量______的为高碳钢,高碳钢具有较高的______和弹性。
7%;0.25%;0.25%~0.6%;大于0.6%;强度
[解析] 一般根据含碳量区分碳素结构钢(含碳量低于0.7%)的种类。碳含量低于0.25%的为低碳钢;碳含量在0.3%~0.5%范围的为中碳钢;碳含量在0.55%~0.7%范围的为高碳钢。
6. 静应力下,零件材料有两种损坏形式:______或______。在变应力条件下,零件的损坏形式是______。在变应力条件下,影响机械零件疲劳强度的因素很多,有______、______、______、环境介质、______和______等。
断裂;塑性变形;疲劳断裂;应力集中;零件尺寸;表面状态;加载顺序;频率
[解析] 影响机械零件疲劳的因素中,应力集中、绝对尺寸和表面状态只影响应力幅。
7. Q215代表______材料,其中215代表该材料的______是215______(此处填写单位量纲)。灰铸铁HT200的200代表材料的______是200左右。
碳素结构钢;最小屈服强度;N/mm2;最低抗拉强度
[解析] 一般材料的名称有其具体意义。碳素钢后面的数字表示最小屈服强度,灰铸铁后面的数值表示的是最低抗拉强度。
8. 机械制造中毛坯制造的方法有:______、______、______、______和______等。
直接利用型材;铸造;锻造;冲压;焊接
[解析] 机械制造中毛坏制造的方法还有轧制、冷压等方法。
9. 标准平键的承载能力通常取决于______,花键具有定心好和导向性能好等优点,它适合______和______场合下的联接。
键、轮毂和轴中较弱者的挤压强度;定心精度要求高、载荷大;经常滑移
[解析] 平键联接的失效形式有:较弱零件工作表面被压溃(静连接)、磨损(动连接)、键的剪断(一般极少出现)。因此,对于普通平键联接只需进行挤压强度计算。
10. 螺栓的主要失效形式有:______、______、______。
螺栓杆的拉断;螺纹的压溃和剪断;经常装拆时会因磨损而发生滑扣现象。
11. 机械的自锁就是由于______的原因,移动副自锁条件是______。
驱动力所做的功总是小于或等于克服由其引起的最大摩擦阻力所需要的功;传动角小于摩擦角或当量摩擦角
[解析] ①移动副的自锁条件:传动角小于摩擦角或当量摩擦角;②转动副的自锁条件:外力作用线与摩擦圆相交或者相切;③螺旋副的自锁条件:螺旋升角小于当量摩擦角。
12. 重要的螺纹联接应控制其______,因为它的大小对螺纹联接的______,______和______均有影响。
预紧力;可靠性;强度;密封性
[解析] 预紧力是指使联接在承受工作载荷之前预先受到一定力的作用。施加预紧力的目的:①增加联接的可靠性;②增加联接的强度;③防松;④受横向载荷作用时,增大摩擦力,防止相对滑动;⑤增加联接的抗疲劳强度。
13. 平键连接的主要失效形式是______(静连接)和______(动连接)。
三、判断题1. 从减小飞轮所需的转动惯量角度考虑,宜将飞轮安装在低速轴上。______
对 错
B
[解析] 由飞轮转动惯量计算公式

可知,当最大盈亏功W
max和不均匀系数δ一定时,转动惯量J与转速n的平方成反比。从减小飞轮所需要的转动惯量出发,宜将飞轮安装在高速轴上。
2. 达到静平衡的回转件不一定是动平衡的。
对 错
A
[解析] 动平衡包含了静平衡的条件,经动平衡的回转件一定也是静平衡的,但是静平衡的回转件却不一定是动平衡的。
3. 与铸铁相比,合金钢对应力集中更敏感。
对 错
A
[解析] 合金钢对应力集中较敏感,铸铁对应力集中敏感性小,但其机械性能不如钢。
4. 优质碳钢的含碳量越高,其可焊性越好。
对 错
B
[解析] 钢的可焊性主要取决于碳含量,随含碳量的增加而减低。因为含碳量较高的钢从焊接温度快速冷却下容易产生淬硬,在焊接应力作用下容易产生裂纹。
5. 联接螺纹采用三角形螺纹是因为三角形螺纹传动效率高。
对 错
B
[解析] 三角形螺纹主要用于联接是因为三角形螺纹的牙根厚、强度高,牙形角大,当量摩擦系数大,自锁性能好、传动效率低。
6. 螺旋副相对转动一转时,螺钉螺母沿轴线方向的相对位移是一个螺距。
对 错
B
[解析] 螺旋副相对转动一周,轴向相对移动一个导程,对于单线螺纹,导程等于螺距,相对位移是一个螺距,但对于多线螺纹,导程=螺距×螺旋线数。
7. 切向键适于定心精度要求高、传递载荷大的轴、毂联接。
对 错
B
[解析] 切向键用于低速、重载、定心精度要求不高的场合,在重型机械中常采用切向键连接。
8. 受轴向工作载荷的紧螺栓联接残余预紧力必须大于零。
对 错
A
[解析] 当工作载荷过大时,残余预紧力FR=0,联接将出现缝隙,这是不允许的,故残余预紧力必须大于0。
9. 用于快速夹紧的夹具或锁紧装置中的差动螺旋分别由左右旋的螺纹构成。
对 错
A
[解析] 当左右两段螺纹方向不一样时,这种差动螺旋传动常用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置;当左右两段螺纹方向相同时,这种差动螺旋传动多用于微动装置。
六、计算题已知机器的等效阻力矩Mr相对于主轴转角φ的变化规律如图所示,其周期为2π,等效驱动力矩Md为常数;等效构件的平均转速为nm=1000r/min;等效转动惯量J忽略不计。若要求速度不均匀系数为δ=0.05,试求:
1. 等效驱动力矩M
d;
解:由于一个周期内驱动力矩与阻力矩所作的功相等,因此有
W
d=W
r 即

则等效驱动力矩为M
d=28.75N·m。
2. 主轴最高转速n
max和最低转速n
min对应的转角φ
[max]和φ
[min];
解:由速度不均匀系数及平均速度定义可得

则最高转速n
max和最低转速n
min分别为:n
max=1025r/min和n
min=975r/min。
在图中画一条直线,纵坐标大小为等效驱动力,则由等效驱动力矩和阻力矩所围的功能图可知n
max对应转角1.375π,n
min对应转角0.25π。即
φ
[max]=1.375π,φ
[min]=0.25π
3. 安装在等效构件上的飞轮转动惯量J
F。
解:假设A点的动能为E
A,由图可求出各点的动能,即
E
A=E
A E
B=E
A+(28.75-60)×0.25π=E
A-7.8125π
则最大盈亏功为
W
max=E
max-E
min=E
C-E
B=17.58πN·m
平均角速度为

由飞轮转动惯量公式可得

如图所示为等效构件在一个稳定运转循环内的等效驱动力矩Md与等效阻力矩Mr的变化曲线,图中各部分面积的值代表功的值W(N·d)。
4. 试确定最大盈亏功ΔW
max;
解:求各点的盈亏功
a处:ΔW=0
b处:ΔW=100N·d
c处:ΔW=(100-120)N·d=-20N·d
d处:ΔW=(-20+15)N·d=-5N·d
e处:ΔW=(-5-20)N·d=-25N·d
f处:ΔW=(-25+25)N·d=0
则最大盈亏功:ΔWmax=[100-(-25)]N·d=125N·d。
5. 若等效构件平均角速度ω
m=50rad/s,运转速度不均匀系数δ=0.1,试求等效构件的ω
min及ω
max的值及发生的位置。
解:由题意可知
ωm=(ωmax+ωmin)/2=50rad/s
δ=(ωmax-ωmin)/ω=0.1
在b点时,盈亏功增加量最大,出现最大角速度
ωmax=52.5rad/s
在e点时,盈亏功减少量最小,出现最小角速度
ωmin=47.5rad/s
6. 如图所示为均质钢圆盘。盘厚δ=20mm,在向径r
1=100mm处有一直径d
1=50mm的通孔,向径r
2=200mm处有一重量为2N的重块,在向径r
3=200mm处有一直径d
3=50mm的通孔。为使圆盘达到静平衡,拟在向径r=200mm的圆周上再钻一通孔,试求此通孔的直径和方位。(钢的重度:ρ=7.6×10
-5N/mm
3)
解:通孔1被挖去的质径积为

通孔2填充物的质径积为
m
2r
2=2×200=400N·mm
通孔3被挖去的质径积为

将该不平衡质径积m
1r
1向水平方向和竖直方向分解,并进行叠加,根据平衡条件可得应钻去通孔的质径积为

根据题意r
b=200mm,故有

即有通孔的直径:d
b=42.4mm。
相位:

因此,应钻去的通孔直径为42.4mm,方向与水平线成63.9°,在第二象限内。
7. 一带轮与轴的连接采用普通平键,己知轴径d=40mm,传递功率P=10kw,转速n=970r/min,选用A型平键,键的尺寸b=12mm,h=8mm,键长度取标准长度l=63mm,键连接的许用挤压强度[σ
p]=50-60MPa,试校核该键强度是否满足要求。
解:由题意得

A型键的计算长度为
l
c=63-12=51mm
根据平键连接挤压强度条件得

该键的强度满足要求。
8. 如图所示,用6个M10的铰制孔用螺栓连接,螺栓材料为45号钢,许用剪切应力[τ]=192N,/mm
2,许用挤压应力[σ
p]=384N/mm
2,联轴器材料为铸铁,[σ
p]=80N/mm
2,可靠性系数k
f=1.2,试计算该联轴器所能传递的扭矩。
解:假设该联轴器所能传递的扭矩为T,则单个螺栓受到的剪力

根据螺栓杆的剪切强度条件

可得

根据螺栓杆与孔壁的挤压强度条件

可得

式中,h
min是(70-40)mm和(2×40)mm中的最小值,所以h
min=70mm-40mm=30mm,为螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度,[σ
p]取螺栓杆与联轴器的许用挤压应力中的较小者。
取两个扭矩中的较小者,考虑到可靠性系数k
f=1.2,则

故该联轴器所能传递的扭矩为16.67kN·m。