机械设计作业题

机械设计作业题机械设计作业题 作业：作业： 3-13-1 已知已知: : 1 180MPa， ， N 0  5106， ， m  9 ，， N 1  7000， ， N 2  25000， ， N 3  620000. .求 求 N1N1、、N2N2、、N3N3 的有限寿命弯曲疲劳极限。的有限寿命弯曲疲劳极限。 解：∵解：∵ 1N  1m N 0 N , ,N 1 〈〈N N C C= =10 4 , ,  S  1N 1  1 m N 0 N c ∴∴ 1N1  1m N 0  1N2  1m N C 180 9 500 1801.9947  359.05MPa 1 N 0 5000 180 9 1801.8016  324.30MPa N 2 25  1N3  1m N 0 500 180 9 1801.2610  226.99MPa N 3 62 3-5 已知：圆轴轴肩尺寸为D  54mm，d  45mm，r  3mm;该轴肩材料的力学性 能为 s  260MPa， 1 170MPa， 0.2， B  420MPa；危险截面上的平均应力  m  20MPa, a  30MPa。按 按 m C 求该截面的计算安全系数求该截面的计算安全系数 Sca.Sca. 解：解： （（1 1）∵）∵  ∴∴  0   2 1  0  0  2 1 2170340  283.33MPa， ， 0141.67MPa 110.21.22 ∴∴ A(0,180)， ， D(141.67,141.67)， ，C(360,0) （（2 2）查附图）查附图 3 3——1,1,材料的敏性系数材料的敏性系数 q r d  3 45  0.067， ，D d  54 451.2  0.78; ; 查附表查附表 3 3——2(2(弯曲，插值法）弯曲，插值法） ，轴肩圆角处的理论应力集中系数，轴肩圆角处的理论应力集中系数   轴肩的弯曲有效应力集中系数轴肩的弯曲有效应力集中系数 k  1.88； ； 1q    110.781.8811.686 1 查附图查附图 3-2,3-2,尺寸及截面形状系数尺寸及截面形状系数   0.75； ； 查附图查附图 3-43-4，表面质量系数，表面质量系数    0.87； ； 查附表查附表 3 3——1010，化学热处理的强化系数，化学热处理的强化系数  q  2（有应力集中） （有应力集中） ；； 由公式（由公式（3-12),3-12),弯曲疲劳极限的综合影响系数系数弯曲疲劳极限的综合影响系数系数 k   1 1.686 111 K    1  11.199        q  0.750.87  2 由公式（由公式（3-83-8））, ,零件的对称循环弯曲疲劳极限为零件的对称循环弯曲疲劳极限为 1e  所以有所以有A(0,142)，，D(141.67,118)，，C(360,0) （（3 3）） m C 在极限应力线图中标出点在极限应力线图中标出点 M 和和 M 的位置。的位置。   20MPa 所以所以 m  1 K  170 142MPa。。 1.199     OC 2   2.652.9 137.54MPa a     a 20 137.54 max  m 3.15 ∴∴ S ca   max  m  a 20 30 3 3——2020 一零件由一零件由 4545 钢制成钢制成, ,材料的力学性能为：材料的力学性能为： S 360MPa， ， 1 300MPa ，材料，材料 2 常数常数    0.2。已知零件上的最大工作应力为 。已知零件上的最大工作应力为  max 190MPa ，最小工作应力为，最小工作应力为 弯曲疲劳极限的综合影响系数弯曲疲劳极限的综合影响系数 K   2.0， ， 试画试画  min 110MPa, ,应力变化规律为 应力变化规律为 r  C ，， 出零件的极限应力线图，出零件的极限应力线图，在图上找出零件的工作应力点在图上找出零件的工作应力点 M 和极限应力点和极限应力点 M  , ,并并 用图解法确定该零件的计算安全系数用图解法确定该零件的计算安全系数 S ca . . 解：解：  1e   1 K  300 150MPa 2 ，∵，∵   2 1  0  0 ，∴，∴ 0  2 1 2300  500MPa 110.2 零件极限应力线图上的特殊点零件极限应力线图上的特殊点  0  0 C ，  2 A(0A(0，， 1e ) )、、 2K    、、D D（（ S ，，0 0）为）为 A A（（0 0，， 150150）） 、、C C（（250,125250,125）） 、、D D（（360360，，0 0）） ，据此作出零件的极限应力线图，据此作出零件的极限应力线图  a   max  min 2 190110 max  min 190 110  40MPa m 150MPa 222 ，， 在图上找出零件的工作应力点在图上找出零件的工作应力点M和极限应力点和极限应力点 M ，，  134.5MPa    m 150MPa  ae  me 由图中量得由图中量得，，  max  S 360 S ca 1.895  max  m  a 150 40 5-25 铰制孔用螺栓组连接的三种方案如图所示.已知L=300mm,a=60mm,试求螺 3 栓连接的三个方案中，受力最大的螺栓所受的力各为多少？哪个方案最好? 解:三个方案中都是把工作载荷 F 移动至螺栓组连接的形心上,这样将工作载 荷转变为过形心的横向载荷 F 和绕形心的转矩 T。 在横向力 F 作用下，单个螺栓所受力为 F F  F /3 。在转矩T 作用下，单个螺 栓所受力大小与三个方案螺栓布置方式有关.因此单个螺栓所受总载荷与各自 的布置方式有关，现分别讨论。 方案 1:在转矩 T 作用下，1、3 螺栓（2 螺栓不受转矩影响）所受力大小： TFL300F F T  5F /4 2r2a2120 3 螺栓受力最大，为 F max1  F F  F T  F /35F /4 19F /12 方案 2：在转矩 T 作用下，1、3 螺栓（2 螺栓不受转矩影响）所受力大小： 4 TFL300F F T  5F /4 2r2a2120 1、3 螺栓受力相同为 F max2 F F -2F F F T cos90 241 F /9 25F /16  F 12 22 2 F 2 T 方案 3：在转