材料科学基础课后习题 第1-第4章

第一篇：材料科学基础课后习题 第1-第4章

《材料科学基础》课后习题答案 第一章 材料结构的基本知识

4.简述一次键和二次键区别

答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。

6.为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？

答：材料的密度与结合键类型有关。一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。

9.什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。

答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。两相组织是指具有两相的组织。单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。

10.说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义，说明稳态结构和亚稳态结构之间的关系。

答：同一种材料在不同条件下可以得到不同的结构，其中能量最低的结构称为稳态结构或平衡太结构，而能量相对较高的结构则称为亚稳态结构。所谓的热力学条件是指结构形成时必须沿着能量降低的方向进行，或者说结构转变必须存在一个推动力，过程才能自发进行。热力学条件只预言了过程的可能性，至于过程是否真正实现，还需要考虑动力学条件，即反应速度。动力学条件的实质是考虑阻力。材料最终得到什么结构取决于何者起支配作用。如果热力学推动力起支配作 用，则阻力并不大，材料最终得到稳态结构。从原则上讲，亚稳态结构有可能向稳态结构转变，以达到能量的最低状态，但这一转变必须在原子有足够活动能力的前提下才能够实现，而常温下的这种转变很难进行，因此亚稳态结构仍可以保持相对稳定。

第二章 材料中的晶体结构

1.回答下列问题：

（1）在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向：

（001）与[210]，（111）与[112]，（110）与[111]，（132）与[123]，（322）与[236]（2）在立方晶系的一个晶胞中画出（111）和（112）晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。解：（1）

（2）首先求（111）和（112）的交线。由式（2-7），即

u=k1l2-k2l1=1?21?11 v=l1h2-l2h1=1?12?1-1 w=h1k2-h2k1=1?11?1由u:v:w=0

k1l1k2l2l2:l1h1h2h2:h1k1k2得 所以，（110）和（112）两晶面交线的晶向指数为[110]或者[110]。如下图所示。

6.用米勒指数表示体心立方、面心立方和密排六方结构中的原子密排面和原子密排方向，并分别计算这些晶面和晶向上的原子密度。

8.回答下列问题：

（1）通过计算判断（110）、（132）、（311）晶面是否属于同一晶带？

（2）求（211）和（110）晶面的晶带轴，并列出五个属于该晶带的晶面的密勒指数。

17.简述离子晶体的结构规则。答：离子晶体的结构规则［ 鲍林(L Pauling)离子晶体的结构规则］

（1）负离子配位多面体规则

在离子晶体中，正离子的周围形成一个负离子配位多面体，正负离子间的平衡距离取决于离子半径之和，而正离子的配位数则取决于正负离子的半径比。（2）电价规则

在一个稳定的离子晶体结构中，每个负离子的电价Z－等于或接近等于与之邻接的各正离子静电强度S的总和：

Z-= 邋S=iii骣Z+÷ç÷ çç桫n÷i式中Si为第i种正离子静电键强度，Z+为正离子的电荷，n为其配位数。这就是鲍林第二规则，也称电价规则。（3）负离子多面体共用顶、棱和面的规则

在分析离子晶体中负离子多面体相互间的连接方式时，电价规则只能指出共用同一个顶点的多面体数，而没有指出两个多面体间所共用的顶点数。鲍林第三规则指出：“在一配位结构中，共用棱特别是共用面的存在，会降低这个结构的稳定性。对于电价高，配位数低的正离子来说，这个效应尤为显著。” 18．解释下列名词的概念

空间点阵

晶向指数

点阵常数

原子半径

配位数

致密度

晶胞

晶格

晶体结构

晶格间距

晶系

晶带

答：空间点阵：组成晶体的粒子（原子、离子或分子）在三维空间中形成有规律的某种对称排列，如果我们用点来代表组成晶体的粒子，这些点的空间排列就称为空间点阵。

晶向指数：表示晶体中点阵方向的指数，由晶向上阵点的坐标决定。点阵常数：晶胞的棱边长度称为点阵常数。

原子半径：元素的晶体中原子间距之半，即为原子半径。配位数：晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数。晶胞：构成晶格的最基本的单元称为晶胞。

晶格：用一系列相互平行的直线将阵点连接起来形成空间格架即为晶格。晶体结构：晶体中原子（离子或分子）在三维空间的具体的排列方式称为晶体结构。

晶格间距：指相邻两个平行晶面之间的距离。

晶系：晶体学中，根据晶胞棱边长度之间的关系和晶轴之间的夹角情况对晶体进行分类，可以将晶体分为七大晶系。晶带：相交和平行于某一晶向直线的所有晶面的组合称为晶带。

第三章 高分子材料的结构

1.何谓单体、聚合物和链节?它们相互之间有什么关系?请写出以下高分子链节的结构式：①聚乙烯；②聚氯乙烯；③聚丙烯；④聚苯乙烯；⑤聚四氟乙烯。答：（1）单体是能与同种或他种分子聚合的小分子的统称。是能起聚合反应或缩聚反应等而成高分子化合物的简单化合物。是合成聚合物所用的-低分子的原料。

（2）高分子化合物又称聚合物或高聚物，它是指由一种或多种简单低分子化合物聚合而成的相对分子质量很大的化合物。

（3）组成大分子链的特定的结构单元叫做链节。

（4）聚乙烯：nCH2=CH2聚氯乙烯：［-CH2—CHCl-］n聚丙烯：聚苯乙烯：聚四氟乙烯：-[-CF2-CF2-]-n 2.加聚反应和缩聚反应有何不同?

答：（1）加聚反应即加成聚合反应，凡含有不饱和键(双键、叁键、共轭双键)的化合物或环状低分子化合物，在催化剂、引发剂或辐射等外加条件作用下，同种单体间相互加成形成新的共价键相连大分子的反应就是加聚反应。加聚反应包括引发、生长和终止三个阶段，反应的一端和引发剂的自由基结合，而在另一端的单体分子以链节的形式一个个加合而形成长链，这是一种连锁反应，反应时不产生副产品；

（2）缩聚反应，是一类有机化学反应，是具有两个或两个以上官能团的单体，相互反应生成高分子化合物，同时产生有简单分子（如 H2O、HX、醇等）的化学反应。缩聚反应无需引发剂，链的两端都是活性的，先形成许多小的链段，然后再有小链段组成长链，这是一种多级聚合反应，反应时有副产品。3.说明官能度与聚合物结构形态的关系。要由线型聚合物得到网状聚合物，单体必须具有什么特征? 答：（1）单体分子的官能度能够决定高分子的结构，具有双官能的单体，只能形成链状结构，从而生成热塑性塑料；如果单体是三官能的，在互相连接时形成三维网状结构，从而生成热固性塑料。

4.聚合物的分子结构对主链的柔顺性有什么影响? 答：主链结构对聚合物的柔顺性有显著的影响。例如，由于Si-O-Si键角大，Si-O的键长大，内旋转比较容易，因此聚二甲基硅氧烷的柔性非常好，是一种很好的合成橡胶。芳杂环因不能内旋转，所以主链中含有芳杂环结构的高分子链的柔顺性较差，具有耐高温的特点。侧基极性的强弱对高分子链的柔顺性影响很大。侧基的极性愈弱其相互间的作用力愈大，单键的内旋转困难，因而链的柔顺性差。链的长短对柔顺性也有影响，若链很短，内旋转的单链数目很少，分子的构象数很少，必然出现刚性。

第四章 晶体缺陷

1．纯Cu的空位形成能为1.5aJ/atom，（1aJ=10-18J），将纯Cu加热至850℃后激冷至室温（20℃），若高温下得空位全部保留，试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。

答：850℃：C1=Aexp(-DEV/kT1)

20℃：C2=Aexp(-DEV/kT2)所以DEV11C11.5´10-1811=exp(-)=exp?()=exp274=5.613-23C2kT2T11.38´1029311233．空位对材料行为的主要影响是什么？

答：空位可以造成材料物理性能与力学性能的改变，引起电阻的增加，晶体中存在的空位破坏了原子排列的规律性，使电子在传导时的散射增加，从而增加电阻，此外，空位的存在还使晶体的密度下降，体积膨胀。7．在图4-54所示的面心立方晶体的（111）滑移面上有两条弯折的位错线OS和O’S’，其中位错的台阶垂直于（111），它们的柏氏矢量如图中箭头所示。

（1）判断位错线上各段位错的类型。

（2）有一切应力施加于滑移面，且与柏氏矢量平行时，两条位错线的滑移特征有何差异？

答：（1）在两根位错线上12,34为刃位错，其余为螺位错。

（2）OS上的各段位错都可在该滑移面内滑移，O’S’上的12，34位错不能运动，其余各段都可在该滑移面内滑移。10.判断下列位错反应能否进行：

aaa[111]（1）[101]+[121] 263aa[101][101]（2）a[100]?22aaa[111]（3）[112]+[111] 362aa[111]（4）a[100]?[111]22答：（1）√（2）×

（3）×

（4）×

aa11.若面心立方晶体中b[101]的全位错以及b[121]的不全位错，此两位

26错相遇发生位错反应，试问：

（1）此反应能否进行？为什么？

（2）写出合成位错的柏氏矢量，并说明合成位错的性质。

答：（1）此反应能够进行。因为其符合位错反应的几何条件和能量条件。位错反应时为：

aaa[101]+[121] [111] 263aaa注意如果写成[101]?[121][212]时显然不合题意，此反应是不能进263行的。

a（2）合成位错的柏氏矢量是[111]，是不全位错。

319．表面为什么具有吸附作用？物理吸附和化学吸附的主要起源于什么？举例说明现实生活中的吸附粒子？

答：（1）吸附是指外来的原子或分子气体在界面上富集的现象。气体分子或原子分子咋表面吸附可以不同程度上抵消表面原子的不平衡力场，使作用力的分布趋于对称，于是就降低了表面能，使体系处于较低的能量状态，体系更为稳定，所以吸附过程是自发进行的。

（2）物理吸附源自于范德华耳斯力作用而相互吸引，物理吸附无选择性；化学吸附则源自于剩余的不饱和键力，化学吸附有选择性。

第五章：1，3，6，9，10，13，14 第六章：1，4，5，10 第七章：1，2 第八章：1，2，4，5

第二篇：机械设计基础课后习题答案 第11章

11-1 解 1）由公式可知：

轮齿的工作应力不变，则 则，若，该齿轮传动能传递的功率

11-2解 由公式

可知，由抗疲劳点蚀允许的最大扭矩有关系：

设提高后的转矩和许用应力分别为、当转速不变时，转矩和功率可提高 69%。

11-3解 软齿面闭式齿轮传动应分别验算其接触强度和弯曲强度。（1）许用应力 查教材表 11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮ZG270-500正火硬度：140～170HBS，取155HBS。

查教材图 11-7，查教材图 11-10 , 查教材表 11-4取，故：

（2）验算接触强度，验算公式为：

其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得

齿宽

中心距 齿数比

则：、，能满足接触强度。

（3）验算弯曲强度，验算公式：

其中：齿形系数：查教材图 11-9得、则 ：

满足弯曲强度。

11-4解 开式齿轮传动的主要失效形式是磨损，目前的设计方法是按弯曲强度设计，并将许用应力

降低以弥补磨损对齿轮的影响。

（1）许用弯曲应力 查教材表11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮

45钢正火硬度：170～210HBS，取190HBS。查教材图11-10得 , 查教材表 11-4，并将许用应用降低30%

（2）其弯曲强度设计公式：

其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得

取齿宽系数

齿数

，取

齿数比

齿形系数 查教材图 11-9得、因

故将

代入设计公式

因此

取模数

中心距

齿宽

11-5解硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是折断，设计方法是按弯曲强度设计，并验算其齿面接触强度。（1）许用弯曲应力

查教材表 11-1，大小齿轮材料40Cr 表面淬火硬度：52～56HRC，取54HRC。查教材图11-10得，查材料图11-7得。查教材表11-4，因齿轮传动是双向工作，弯曲应力为对称循环，应将极限值乘 70%。

故

（2）按弯曲强度设计，设计公式：

其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得

取齿宽系数

齿数，取

齿数比

齿形系数 应将齿形系数较大值代入公式，而齿形系数值与齿数成反比，将小齿轮的齿形系数代入设计公式，查教材图 11-9得

因此

取模数

（3）验算接触强度，验算公式：

其中：中心距

齿宽

，取

满足接触强度。

11-6解 斜齿圆柱齿轮的齿数角速比用齿数

与其当量齿数 之间的关系：（1）计算传动的。（2）用成型法切制斜齿轮时用当量齿数 选盘形铣刀刀号。（3）计算斜齿轮分度圆直径用齿数。（4）计算弯曲强度时用当量齿数 查取齿形系数。

11-7解 见题11-7解图。从题图中可看出，齿轮1为左旋，齿轮2为右旋。当齿轮1为主动时按左手,则判断其轴向力 ；当齿轮2为主动时按右手定则判断其轴向力。

轮1为主动 轮2为主动时

图 11.2 题11-7解图

11-8解 见题11-8解图。齿轮2为右旋，当其为主动时，按右手定则判断其轴向力方向 ；径向力

总是指向其转动中心；圆向力 的方向与其运动方向相反。

图 11.3 题11-8解图

11-9解（1）要使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反，则低速级斜齿轮3的螺旋经方向应与齿轮2的

旋向同为左旋，斜齿轮4的旋向应与齿轮3的旋向相反，为右旋。

（2）由题图可知：、、、、分度圆直径

轴向力

要使轴向力互相抵消，则： 即

11-10解 软齿面闭式齿轮传动应分别校核其接触强度和弯曲强度。

（1）许用应力

查教材表 11-1小齿轮40MnB调质硬度：240～280HBS取260HBS；大齿轮35SiMn调质硬度：200～

260HBS，取230HBS。

查教材图 11-7： ；

查教材图 11-10： ； 查教材表 11-4 取，故：

（2）验算接触强度，其校核公式：

其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得

齿宽

中心距

齿数比

则： 满足接触强度。

（3）验算弯曲强度，校核公式：

小齿轮当量齿数 大齿轮当量齿数

齿形系数 查教材图 11-9得、满足弯曲强度。

11-11解 软齿面闭式齿轮传动应按接触强度设计，然后验算其弯曲强度：（1）许用应力

查教材表 11-1小齿轮40MnB调质硬度：240～280HBS取260HBS；大齿轮45钢调质硬度：210～

230HBS，取220HBS。查教材图 11-7：

；

；

查教材表 11-4 取，查教材图 11-10：

故

（2）按接触强度设计，其设计公式：

其中：小齿轮转矩 11-3得 齿宽系数 取

载荷系数 查教材表中心距

齿数比 将许用应力较小者 代入设计公式

则： 取中心距

初选螺旋角

大齿轮齿数

，取 齿数比：

模数，取

螺旋角

（3）验算其弯曲强度，校核公式： 小齿轮当量齿数

大齿轮当量齿数

齿形系数 查教材图 11-9得、满足弯曲强度。

11-12解 由题图可知：，高速级传动比

低速级传动比 输入轴的转矩

中间轴转矩

输出轴转矩

11-13解 硬齿面闭式齿轮传动应按弯曲强度设计，然后验算其接触强度。（1）许用应力

查教材表 11-1齿轮40Cr表面淬火硬度：52～56HRC取54HRC。

查教材图 11-7： 查教材图 11-10：

查教材表 11-4 取，故：

（2）按弯曲强度设计，其设计公式：

其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得

齿宽系数 取

大齿轮齿数，取 齿数比：

分度圆锥角

小齿轮当量齿数 大齿轮当量齿

齿形系数 查教材图 11-9得、则平均模数： 大端模数 取

（3）校核其接触强度，验算公式：

其中：分度圆直径

锥距

齿宽

取

满足接触强度。

11-14解 开式齿轮传动只需验算其弯曲强度

（1）许用弯曲应力

查教材表 11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮ZG310-570正火硬度：160～

200HBS取190HBS。

查教材图 11-10： ； 查教材表 11-4 取，故：

（2）校核弯曲强度，验算公式： 其中：小齿轮转矩

载荷系数 查教材表11-3得

分度圆锥角

小齿轮当量齿数大齿轮当量齿数

齿形系数 查教材图 11-9得、分度圆直径

锥距

齿宽系数

平均模数

则：

满足弯曲强度。

11-15解（1）圆锥齿轮2的相关参数

分度圆直径分度圆锥角

平均直径 轴向力

（2）斜齿轮3相关参数 分度圆直径

轴向力

（3）相互关系 因 得：

（4）由题图可知，圆锥齿轮2的轴向力 指向大端，方向向下；斜齿轮3的轴向力 方向指向上，转动方向与锥齿轮2同向，箭头指向右。齿轮3又是主动齿轮，根据左右手定则判断，其符合右手定则，故斜齿轮3为右旋。

图11.6 题11-16 解图

11-16解 见题 11-16解图。径向力总是指向其转动中心；对于锥齿轮2圆周力与其转动方向相同，对于斜齿轮3与其圆周力方向相反。

第三篇：机械设计基础课后习题答案 第12章

12-1解 ：从例 12-1已知的数据有：，，，中心距，因此可以求得有关的几何尺寸如下：

蜗轮的分度圆直径：

蜗轮和蜗杆的齿顶高：

蜗轮和蜗杆的齿根高：

蜗杆齿顶圆直径：

蜗轮喉圆直径：

蜗杆齿根圆直径：

蜗轮齿根圆直径：

蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距：

径向间隙：

12-2

图12.3 解 ：（1）从图示看，这是一个左旋蜗杆，因此用右手握杆，四指，大拇指，可以

得到从主视图上看，蜗轮顺时针旋转。（见图12.3）

（2）由题意，根据已知条件，可以得到蜗轮上的转矩为

蜗杆的圆周力与蜗轮的轴向力大小相等，方向相反，即：

蜗杆的轴向力与蜗轮的圆周力大小相等，方向相反，即：

蜗杆的径向力与蜗轮的径向力大小相等，方向相反，即：

各力的方向如图 12-3所示。

12-3

图 12.4

解 ：（1）先用箭头法标志出各轮的转向，如图12.5所示。由于锥齿轮轴向力指向大端，因此可以判 断出蜗轮轴向力水平向右，从而判断出蜗杆的转向为顺时针，如图12.5所示。因此根据蜗轮和蜗杆的转

向，用手握法可以判定蜗杆螺旋线为右旋。

（2）各轮轴轴向力方向如图12.5所示。

12-4解 ：（1）根据材料确定许用应力。

由于蜗杆选用，表面淬火，可估计蜗杆表面硬度。根据表12-4，（2）选择蜗杆头数。

传动比，查表12-2，选取，则

（3）确定蜗轮轴的转矩

取，传动效率

（4）确定模数和蜗杆分度圆直径

按齿面接触强度计算

由表 12-1 查得，。

（5）确定中心距

（6）确定几何尺寸

蜗轮的分度圆直径：

蜗轮和蜗杆的齿顶高：

蜗轮和蜗杆的齿根高：

蜗杆齿顶圆直径：

蜗轮喉圆直径：

蜗杆齿根圆直径：

蜗轮齿根圆直径：

蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距：

径向间隙：

（7）计算滑动速度。

符合表 12-4给出的使用滑动速度

（说明：此题答案不唯一，只要是按基本设计步骤，满足设计条件的答案，均算正确。）

12-5解 ：一年按照 300天计算，设每千瓦小时电价为 此

元。依题意损耗效率为，因用于损耗的费用为：

12-6解（1）重物上升，卷筒转的圈数为： 转；

由于卷筒和蜗轮相联，也即蜗轮转的圈数为 圈；因此蜗杆转的转数为：

转。

（2）该蜗杆传动的蜗杆的导程角为：

而当量摩擦角为

比较可见，因此该机构能自锁。

（3）手摇转臂做了输入功，等于输出功和摩擦损耗功二者之和。

输出功

焦耳；

依题意本题摩擦损耗就是蜗轮蜗杆啮合损耗，因此啮合时的传动效率

则输入功应为

焦耳。

由于蜗杆转了 转，因此应有：

即：

可得：

图 12.6 12-7解 蜗轮的分度圆直径：

蜗轮和蜗杆的齿顶高：

蜗轮和蜗杆的齿根高：

蜗杆齿顶圆直径：

蜗轮喉圆直径：

蜗杆齿根圆直径：

蜗轮齿根圆直径：

蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距： 径向间隙：

图 12.7 12-8解，取，则

则油温，小于，满足使用要求。

第四篇：机械设计基础课后习题答案第10章

10-1证明 当升角与当量摩擦角 符合 时，螺纹副具有自锁性。

当 时，螺纹副的效率

所以具有自锁性的螺纹副用于螺旋传动时，其效率必小于 50%。

10-2解 由教材表10-

1、表10-2查得

，粗牙，螺距，中径

螺纹升角

，细牙，螺距，中径

螺纹升角

对于相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹中，细牙螺纹的升角较小，更易实现自锁。

10-3解 查教材表10-1得

粗牙 螺距 中径 小径

螺纹升角

普通螺纹的牙侧角，螺纹间的摩擦系数

当量摩擦角

拧紧力矩

由公式

可得预紧力

拉应力

查教材表 9-1得 35钢的屈服极限

拧紧所产生的拉应力已远远超过了材料的屈服极限，螺栓将损坏。

10-4解（1）升角

当量摩擦角

工作台稳定上升时的效率：

（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩

（3）螺杆的转速

螺杆的功率

（4）因 速下降，该梯形螺旋副不具有自锁性，欲使工作台在载荷 作用下等需制动装置。其制动力矩为

10-5解 查教材表9-1得 Q235的屈服极限，查教材表 10-6得，当控制预紧力时，取安全系数

由许用应力

查教材表 10-1得 的小径

由公式

得

预紧力

由题图可知，螺钉个数，取可靠性系数 牵曳力

10-6解 此联接是利用旋转中间零件使两端螺杆受到拉伸 ,故螺杆受到拉扭组合变形。

查教材表 9-1得，拉杆材料Q275的屈服极限，取安全系数，拉杆材料的许用应力

所需拉杆最小直径

查教材表 10-1，选用螺纹（）。

10-7解 查教材表 9-1得，螺栓35钢的屈服极限，查教材表 10-

6、10-7得螺栓的许用应力

查教材表 10-1得，的小径

螺栓所能承受的最大预紧力

所需的螺栓预紧拉力

则施加于杠杆端部作用力 的最大值

10-8解 在横向工作载荷 作用下，螺栓杆与孔壁之间无间隙，螺栓杆和被联接件接触表面受到

挤压；在联接接合面处螺栓杆则受剪切。

假设螺栓杆与孔壁表面上的压力分布是均匀的，且这种联接的预紧力很小，可不考虑预

紧力和螺纹摩擦力矩的影响。

挤压强度验算公式为：

其中 ； 为螺栓杆直径。

螺栓杆的剪切强度验算公式

其中 表示接合面数，本图中接合面数。

10-9解（1）确定螺栓的长度

由教材图 10-9 a）得：螺栓螺纹伸出长度

螺栓螺纹预留长度

查手册选取六角薄螺母 GB6172-86，厚度为

垫圈 GB93-87 16，厚度为

则所需螺栓长度

查手册中螺栓系列长度，可取螺栓长度

螺栓所需螺纹长度，取螺栓螺纹长度

（2）单个螺栓所受横向载荷

（3）螺栓材料的许用应力

由表 9-1查得 被联接件HT250的强度极限

查表 10-6取安全系数

被联接件许用挤压应力

查教材表 9-1得 螺栓35钢的屈服极限，查表 10-6得螺栓的许用剪切应力

螺栓的许用挤压应力

（4）校核强度

查手册，六角头铰制孔用螺栓 GB28-88，其光杆直径

螺栓的剪切强度

最小接触长度：

挤压强度

所用螺栓合适。

10-10解（1）每个螺栓所允许的预紧力

查教材表 9-1得 45钢的屈服极限，查教材表 10-

6、10-7得，当不能严格控制预紧力时，碳素钢取安全系数

由许用应力

查教材表 10-1得 的小径

由公式 得

预紧力

（2）每个螺栓所能承担的横向力

由题图可知，取可靠性系数

横向力（4）螺栓所需承担的横向力

（5）螺栓的个数

取偶数。

在直径为 155的圆周上布局14个 的普通螺栓，结构位置不允许。

10-11解（1）初选螺柱个数

（2）每个螺柱的工作载荷

（3）螺柱联接有紧密性要求，取残余预紧力

（4）螺柱总拉力

（5）确定螺柱直径

选取螺柱材料为 45钢，查表9-1得 屈服极限，查教材表 10-6得，当不能严格控制预紧力时，暂时取安全系数

许用应力

螺栓小径

查教材表 10-1，取 是合

螺栓（），由教材表10-7可知取安全系数

适的。

（6）确定螺柱分布圆直径

由题 10-11图可得

取。

（7）验证螺柱间距

所选螺柱的个数和螺柱的直径均合适。

10-12解（1）在力时每个

作用下，托架不应滑移，设可靠性系数，接合面数，此螺栓所需的预紧力

（2）在翻转力矩 势，上

作用下，此时结合面不应出现缝隙。托架有绕螺栓组形心轴线O-O翻转的趋边两个螺栓被拉伸，每个螺栓的轴向拉力增大了 小了，下边两个螺栓被放松，每个螺栓的轴向力减，则有力的平衡关系，故可得

为使上边两个螺栓处结合面间不出现缝隙，也即残余预紧力刚为零，则所需预紧力

（3）每个螺栓所需总的预紧力

（4）确定螺栓直径

选取螺栓材料为 35钢，查教材表9-1屈服极限，查教材表 10-6得，当不能严格控制预紧力时，暂时取安全系数

许用应力

螺栓小径

查教材表 10-1，取 是合适

螺栓（），由教材表10-7可知取安全系数 也的。

10-13解(1)计算手柄长度

查手册 ,梯形螺纹GB5796-86，公称直径，初选螺距 ,则中径，小径 螺纹升角

当量摩擦角

所需的转矩

则 ,手柄的长度

(2)确定螺母的高度

初取螺纹圈数 ,则

螺母的高度

这时 处于1.2～2.5的许可范围内。

10-14解 选用梯形螺纹。

（1）根据耐磨性初选参数

初选

查表 10-8 螺旋副的许用压强，取

查手册，选取梯形螺纹 GB5796-86，选取公称直径，中径，小径

螺距。

（2）初选螺母

初步计算螺母的高度

则螺栓与螺母接触的螺纹圈数，取

螺母的高度

系数

（3）校核耐磨性

螺纹的工作高度

则螺纹接触处的压强

合适。

（4）校核螺杆的稳定性

起重器的螺母端为固定端，另一端为自由端，故取，螺杆危险截面的惯性半径，螺杆的最大工作长度，则 螺杆的长细比

临界载荷

取 安全系数，不会失稳

（5）校核螺纹牙强度

对于梯形螺纹

对于青铜螺母

10-15解（1）初选螺纹直径，合适。

查手册，选取梯形螺纹 GB5796-86，选取公称直径，中径，小径，螺距。

（2）验证其自锁性 螺纹升角

当量摩擦角，所以满足自锁条件。

（3）校核其耐磨性

设 螺栓与螺母参加接触的螺纹圈数，则 螺母的高度，处于1.2～2.5的许可范围内。

螺纹的工作高度

则螺纹接触处的压强

查教材表 10-8，钢对青铜许用压强，合适。

（4）校核螺杆强度

取，则所需扭矩

则危险截面处的强度

对于 45 钢正火，其许用应力，故合适。

（5）校核螺杆的稳定性

压力机的螺母端为固定端，另一端为铰支端，故取，螺杆的最大工作长度，螺杆危险截面的惯性半径，则螺杆的长细比，不会失稳。

（6）校核螺纹牙强度

对于梯形螺纹

对于青铜螺母，合适。

（7）确定手轮的直径

由 得

10-16解（1）选用A型平键，查教材表10-9，由轴的直径 可得平键的截面尺寸，；由联轴器及平键长度系列，取键的长度。其标记为：键

GB1096-79（2）验算平键的挤压强度

由材料表 10-10查得，铸铁联轴器的许用挤压应力

A型键的工作长度，使用平键挤压强度不够，铸铁轴壳键槽将被压溃。这时可使轴与联轴器孔之间采用过盈配

合，以便承担一部分转矩，但其缺点是装拆不便。也可改用花键联接。

10-17解（1）选择花键

根据联轴器孔径 花键，查手册可知花键小径 最接近，故选择矩形花键的规格为

GB1144-87

花键的齿数 倒角、小径，大径，键宽，键长取，.（2）验算挤压强度

取载荷不均匀系数

齿面工作高度 平均半径

查教材表 10-11，在中等工作条件Ⅱ、键的齿面未经热处理时，其许用挤压应力，故合适。

第五篇：机械设计基础课后习题答案 第15章

15-1答 滑动轴承按摩擦状态分为两种：液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承。

液体摩擦滑动轴承：两摩擦表面完全被液体层隔开，摩擦性质取决于液体分子间的粘性阻力。根据油

膜形成机理的不同可分为液体动压轴承和液体静压轴承。

非液体摩擦滑动轴承：两摩擦表面处于边界摩擦或混合摩擦状态，两表面间有润滑油，但不足以将两

表面完全隔离，其微观凸峰之间仍相互搓削而产生磨损。

15-2解（1）求滑动轴承上的径向载荷

（2）求轴瓦宽度

（3）查许用值 查教材表 15-1，锡青铜的，（4）验算压强

（5）验算 值

15-3解（1）查许用值

查教材表 15-1，铸锡青铜ZCuSn10P1的，（2）由压强 确定的径向载荷 由 得

（3）由 值确定的径向载荷 得

轴承的主要承载能力由 值确定，其最大径向载荷为。

15-4解（1）求压强

（5）求 值

查表 15-1，可选用铸铝青铜ZCuAl10Fe3，15-5证明 液体内部摩擦切应力、液体动力粘度、和速度梯度之间有如下关系：轴颈的线速度为，半径间隙为，则 速度梯度为

磨擦阻力 摩擦阻力矩

将、代入上式