机械设计习题.docx

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机械设计习题

机械设计习题部分

第1章绪论

1.基本概念简答题

1.简述机械零件可能的失效形式及设计准则（写出设计准则的表达式），并说明各种设

计准则所针对的主要失效形式。

2.如何绘制塑性材料的“简化极限应力图”？

如何绘制零件的简化极限应力图？

分析与

材料极限应力图的区别。

3.写出在复合应力（双向应力）作用下机械零件安全系数的普遍表达式。

4•说明牛顿内摩擦定律•一中的•、及汶的意义，并指出常用的动力粘度与运动粘度的国际单位和物理单位是什么？

各单位之间的换算关系如何？

.解释下列名词：

（1）载荷

（2）静载荷

（3）变载荷

（4）动载荷

（5）名义载荷

（6）计算载荷

（7）设计计算

（8）校核计算

（9）机械

（10）机械零件

（11）标准件

（12）静应力

（13）变应力

（14）工作应力

（15）计算应力

（16）极限应力

（17）许用应力

（18）安全系数

.填空题

1.零件的截面形状一定.如绝对尺寸（横截面尺寸）增大，疲劳强度将随之

⑴增高

（2）不变⑶降低

2.如果零件的形状、结构、尺寸相同时，用磨削的方法加工该零件与精车的方法加工

该零件相比，其疲劳强度（）

（1）较高

（2）较低（3）相同

3.零件表面经淬火、渗氮、喷九、滚子碾压等处理后，其疲劳强度（）;

（1）增高⑵降低（3）个变（4）增高或降低视处理方法而定

4.影响零件疲劳强度的综合影响系数（KTd或（K.）d与（）等因素有关；

（1）零件的应力集中、加工方法、过载

（2）零件的应力比、应力集中、加载状态

（3）零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中

（4）零件的材料、热处理方法、绝对尺寸

5.绘制设计零件的匚m—二a极限应力简图时，所必须的已知数据是（）。

（1）；「4,；二0,；二s,K；「

（2）；「斗，匚o，匚s,（K；「）d,

12.

根据牛顿液体粘性定律，大多数润滑油的油层之间相对滑动时所产生的切应力偏导数三之间的关系是（）；

（1）二

（3）二

（厶2

（2）二

一（「）2

（4）二

13.当压力加大时•润滑油的粘度（）；

（1）随之加大⑵保持个变（3）随之减小（4）难确定

14.当温度升高时，润滑油的粘度（）；

（1）随之升高

（3）保持不变

（2）随之降低

（4）升咼或降低视润滑油性质而疋

15.在新国标中，润滑油的牌号是表示润滑油在（）温度时运动粘度的厘斯数。

（1）20C

（2）40C（3）50C（4）100C

三.计算题

1.45钢的持久疲劳极限匚」=270MPa，设疲劳曲线方程的幕指数m=9，应力循环基数

No=5X106次，当实际应力循环次数N=5X104次时，有限寿命疲劳极限为多少？

2.有一根阶梯轴，用45钢制造，截面变化处过渡圆角的有效应力集中系数K—1.58,

表面状态系数3=0.82,尺寸系数…=0.68,，则其疲劳强度综合影响系数（k；「）d为多少？

3.已知设计零件的有效应力集中系数K；」1.3、尺寸系数；「0.9、表面状态系数3=

0.8,则疲劳强度综合影响系数

（K；「）d为多少？

4.已知零件的极限应力dr=200MPa,许用安全系数［S］=2，影响零件疲劳强度的系数为

图1-17题5图

K广「2，厂厂°83,1：

=0.9。

则许用应力已］为多少？

5.机械零件的最大工作应力°max=180MPa，最小工作应力Dmin二-80"^，设为简单加载（r常数），图示的极限应力图中，该应力点M与原点的连线0M与横轴间的夹角0为多少度？

6.已知45钢调质后的力学性能为：

6=620MPa，二s=350MPa，匚4=280MPa,

二0=450MPa，则应力折算系数’「；「为多少？

7.某零件用45Mn2制造，材料的力学性能为：

6=900MPa，二s=750MPa,—FOMPa，应力折算系数‘上=0・25，影响零件疲劳强度的系数为：

K；「=1,-0.85,

:

=0.8。

该零件受脉动循环变应力作用时，其极限应力为多少MPa？

8.某零件用40Cr制成，已知材料的Cb=980MPa,-S=785MPa,-4=440MPa，则该

零件的0-3。

零件的最大工作应力匚max=240MPa,最小工作应力匚min80MPa,疲劳强

度综合影响系数（Kd）D=1.44。

则当应力比r=常数时，该零件的疲劳强度工作安全系数S

为多少？

（可用作图法求解）

9.零件由20Cr制成，已知J=350MPa，二s=540皿巳，•上=0.3，零件的最大工作应力二max=185MPa，最小工作应力二min一85皿巳，疲劳强度综合影响系数（Kff）d=1.41。

则

当平均应力二m二常数时，该零件按应力幅计算的工作安全系数为多少?

第2章连接

1.合。

2.

3.

.基本概念题

按牙型剖面分，工程上常用的螺纹分为哪几类？

简述各类螺纹的主要特点和应用场螺纹连接为何要进行防松？

简述工程上常用的螺纹连接的防松方法，并举出实例。

简述拧紧螺母时，螺栓螺纹部分的横截面上受何种力和力矩作用，该横截面上产生何种应力，其强度条件是仕么？

4.简述提高螺纹连接强度的措施，并结合实例加以说明。

5.按摩擦副的性质螺旋传动分为几类？

简述各类螺旋传动的特点及应用。

2.填空题

1.

在常用的螺纹连接中，自锁性能最好的螺纹是（（）

（1）

三角形螺纹⑵梯形螺纹（3）矩形螺纹

9.受预紧力F，的紧螺栓连接，在受变化的工作拉力F时，取残余预紧力为F,则螺

栓所受的总拉力F0为（

⑵Fo=FF

FF亠F

Fo=FC^F

（4）C1C2

（1）6FF

（3）F。

=FF

10.既受预紧力F'、又受轴向变载荷F的紧螺栓连接，当其螺栓的总拉力Fo的最大值

和被连接件的刚度c2不变时，如果螺栓的刚度G愈小，则（

12.承受横向载荷或旋转力矩的紧螺栓连接，该连接中的螺栓受（）。

（1）剪切作用

（2）拉伸作用

（3）剪切和拉伸作用（4）剪切又可能受拉伸作用

13.某螺栓连接，要求被连接件的结合面不分离，假定螺栓的刚度C1与被连接件的刚度

C2相等，连接的预紧力为F',现开始对连接施加轴向载荷，当外载荷达到与预紧力F，的

大小相等时，则（）。

（1）被连接件发生分离，连接失效

（2）被连接件即将发生分离，连接不可靠

（3）连接可靠，但不能再继续加载（4）连接可靠，只要螺栓强度足够，外载荷F

还可继续增加到接近预紧力F/的两倍

14.有一气缸盖螺栓连接，若气缸内气体压力在0—2MPa之间循环变化，则螺栓中

的应力变化规律为（）。

（1）对称循环变应力

（2）脉动循环变应力

3）非对称循环变应力（4）非稳定循环变应力

15.在下列四种具有相同公称直径和螺距并采用相同的配对材料的传动螺旋副中

动效率最高的是（）。

（1）单头矩形螺纹

（2）单头梯形螺纹

（3）双头矩形螺纹（4）双头锯齿形螺纹

3.计算题

1.板架类题目：

这部分题目是螺纹连接部分比较重要和常见的，多数是根据强度条件要求出螺栓根径di：

（1）如图2-18所示，托架受铅垂力P牛顿，托架与架体之间的摩擦系数为山，可靠系数Kf=1,螺栓与被连接件的相对刚度系数为0.2，螺栓材料的许用应力为［；訂。

列出螺栓根径di的表达式。

（2）如图2-19所示，有一个砧座用四个螺钉固定在地基上，每个螺钉的预紧力为F,

当砧上加力P后求螺钉受力大小及砧座与地基接触面压力大小，并求出螺钉的内径d1（已知

螺栓的相对刚度系数为Kc。

（3）如图2-20所示的吊车跑道托架，用螺栓组装在钢质横梁上，如螺栓材料的许用应力［a］=70MPa计算螺栓根径di（结构尺寸如图）。

（4）如图2-21所示的螺栓连接，已知轴向拉力为H=20000N,螺栓的许用应力［二］=

75MPa接合面许用挤压应力为［G］=2〜4MPa相对刚度系数G/（G十G）=0.3,»200mm

R的作用。

外力R作用在包含X轴并垂

（5）如图2-22所示：

底板螺栓组连接受外力

直于底板接合面的平面内。

试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大？

保证

螺栓连接安全工作的必要条件有哪些？

2.螺栓组受扭矩和横向力联合作用类题目，这部分题目是螺纹连接部分比较难的题目：

（1）图2-23所示为龙门起重机导轨托架的螺栓连接。

托架由两块边板和一块承重板焊

成。

设最大载荷为20KN试计算所需螺栓直径：

1）当用受剪螺栓时；

2）当用受拉螺栓时。

（螺栓和边板的材料皆为45钢，边板厚度为25mm）

（2）如图2-24所示螺栓组连接的三种方案，试比较：

同样外载荷R及尺寸L时，螺栓

组三个方案中，受力最大的螺栓所受的外力各为多少？

哪个方案较好？

a）b）c）

图2-24计算题2-

（2）图

（3）图2-25所示：

钢板厚度3为16mm用两个铰制孔光制螺栓固定在机架上，F=5000N,

其它尺寸如图。

板和机架材料均为Q235试求：

图2・26计算题3・

（1）图

（2）起重卷筒与大齿轮为双头螺柱连接，起重钢索拉力Q=50KN，卷简直径D=

400mm，利用双头螺柱夹紧产生的摩擦力矩将扭矩由齿轮传至卷筒，八个螺栓均匀分布在直径D0=500mm的圆周上。

试计算双头螺柱的直径，螺栓强度级别为4.6级，连接接触面

摩擦系数7=0.12;可靠性系数Kf=1.2。

（3）图2-28所示，一个蜗轮轮缘和轮芯用4个M6X10的螺钉连接（见图）。

螺栓的许

用剪应力［］=50MPa许用拉应力［㈡=30MPa许用挤压应力［6］=160MPa蜗轮轮缘许用挤压应力［申］=72MPa蜗轮轮毂许用挤压应力［；詞=50MPa试问蜗轮允许传递多大的转矩?

（螺钉dl=4.918mm,d2=5.35mm,螺距P=1mm）

4.综合类的题目

（1）图2-29所示为一夹紧螺栓连接，若轴径D=40mm，传递的转矩T=370Nm，试

求螺栓直径。

已知摩擦系数为」=0.15，可靠性系数Kf=1.2，螺栓材料的强度级别为6.8

级。

（3）某气缸容器的螺栓连接，沿圆周均布12个M16的螺栓。

已知缸体和缸盖材料均为铝合金，螺栓材料的强度级别为4.6级，气缸的内径Di为250mm。

按工作要求，残余预

紧力F=1.5F,假设螺栓的刚度与被连接件的刚度的比值为：

Ci/C2=I/5，如果按控制预

紧力考虑，试求：

1）预紧力F为多少?

2）缸体内气体容许的最大压强Pmax=?

3）如果为了不漏气螺栓间距t:

当压强Pv1.6MPa时取tv7d;当压强P>1.6MPa时取

tv5d,试求螺栓分布圆周直径（必要时，可改变螺栓数目和直径）;

4）画出气缸与气缸盖联接部分的结构图。

（4）图2-31所示，为一钩头螺栓连接，偏心距e=0.7d（d为外径），若略去转矩的影响,

试问钩头螺栓的应力较普通螺栓增加了多少？

（5）图2-32所示，电机座螺栓组连接，由电机驱动

V带传动，压轴力为Q,此力与水平面夹角为:

-,布置如

图。

设Q作用于带轮宽度的中点，求此螺栓组连接所受的

载荷。

（6）图2-33所示为一个圆盘锯，锯片直径D=500mm,用螺母（M20）将其夹紧在压板中间。

压板和锯片间的摩

擦系数为Js=0.15，压板的平均直径D°=200mm，螺纹轴材料的许用拉应力［匚］=144MPa，若切削力F=1280N，问螺栓强度是否够？

（可靠性系数Kf=1.2,螺纹的根径dl=

17.294mm,）。

2）如果改用铰制孔用螺栓连接，试计算所需直径。

3）分析此扳手结构方案有什么缺点？

提出改进意见。

图2-32

（7）图2-34所示为用于拧紧M24的普通六角头螺栓的接长扳手示意图。

该扳手由I、2两个零件组成，皆用45号钢制造，并用螺栓连接，螺栓的强度级别为4.6级。

使用此扳手时，作用在扳手一端的拧紧力P=200N,1、2两个零件之间的摩擦系数忑=0.15。

1）按六角头普通螺栓连接，试求其直径。

2）如果改用铰制孔用螺栓连接，试计算所需直径。

3）分析此扳手结构方案有什么缺点？

提出改进意见。

图2-34计算题4-（7图图2-35计算题4-（8）图

（8）如图2-35所示轴承盖用4个螺钉固定于铸铁箱体上，已知作用于轴承盖上的力Fq=10.4kN，螺钉材料为Q235钢，屈服极限；「s=240Mpa，取剩余预紧力F为工作拉力的0.4倍，不控制预紧力，取安全系数氐^4，求螺栓所需最小直径。

第3章带传动

一、概念题

1.带传动中，带上所受的应力有哪几种？

何处带最危险？

为什么？

带传动的失效形式与

设计准则是什么？

应满足的强度条件是什么？

2.带传动的弹性滑动是如何产生的？

它和打滑有什么区别？

对传动产生什么影响’

打滑现象是怎样产生的？

能不能避免？

打滑有利有害的方面是什么？

弹性滑动率的物理意义

是什么？

如何计算弹性滑动率？

3.为什么在设计带传动时，要限制小带轮的直径Di不宜过小？

大带轮的直径D2不宜过

大？

在推导单根V带传递的额定功率和核算包角时，为什么按小带轮进行？

4.带传动为什么必须安装张紧装置？

常用的张紧装置有哪些？

5•根据图3-5及3-6，回答下列问题：

a）b）

c）

1）图3-5a）是V带带轮的轮槽与带有三种安装情况，其中哪一种情况是正确的？

为什么？

并说明为何普通V带剖面的夹角是40，带轮轮槽角分别是32、34、36、38?

图3-6题5-2）图

二.填空与择填空题

1.带传动工作时产生弹性滑动的原因是（），带的弹性滑动通常发生在

（）处；打滑的原因是（），打滑总是在（）先开始。

2.在以传递动力为主的机械传动中，通常采用（）带传动；v带传动设计中，

限制小带轮的最小直径主要是为了（）；v带的基准长度是指（）；普通v

带中截面尺寸最小的是（）型带。

3.带传动中，带速Vv10m/S，紧边拉力为Fi，松边行力为F2。

当空载时，Fi与F2的比值是（

（

）；当载荷达到极限值，即将开始打滑还未打滑时,

F1和F2的比值为

）。

旦:

0互:

•1

F2

（2）F2（3）

当带传递运动和动力时，主要依靠（

）传动;

（1）

4.

轴同方向回转，可采用（角应（）40°。

F1J-.F1I,-.

_=e一1-_e'

F2（4）F2

）进行传递；平带传动要实现两平行v带传动中，带截面楔角为40°，带轮的轮槽楔

44

1汉10〜5汉10rpm,这种带传动属于高速带传动,这种传动除要求带轮重量轻、质量均匀对称外，还在轮缘表面开环形槽，目的是（

（1）为了动平衡

（2）防止掉带（3）减轻带轮重量

（4）防止带和轮缘表面间形成空气层而降低摩擦系数带传动中，在初拉力相同的条件下，

）。

（1）强度高

（2）尺寸小带传动中，V1为主动轮圆周速度，

5.带速V>30n^S、主动轴转速ni：

6.

v带（

7.

v带比平带能传递较大的功率的原因是：

因为

（3）有楔形增压作用

V2为从动轮圆周速度,

（4）没有接头

v为平均带速，这些速度

之间存在的关系是（）。

（1）v1=V2=v

（2）vI>v>V2⑶vIvvvv2

8.带传动正常工作时不能保证准确的传动比是因为（

（1）带的材料不符合虎克定律

（3）带在带轮上打滑

9.带每转一周，拉应力是（

I=v>v2

）。

带容易变形和磨损带的弹性滑动

（3）无规律变化的

（］）有规律变化的

（2）不变的

10.带传动中，若小带轮为主动轮，则带的最大应力发生在带（

（1）进入主动轮处

（2）进入从动轮处（3）退出主动轮处

11.用（）提高带传动传递的功率是不合适的。

（1）适当增大初拉力F°

（2）增大轴间距a

（3）增加带轮表面粗糙度（4）增大小带轮基准直径

12.v带传动设计中，选取小带轮基准直径的依据是（

（1）带的型号

（2）带的速度（3）主动轮转速

13.带传动采用张紧装置的目的是（）。

）处。

（4）退出从动轮处

）。

传动比

（1）减轻带的弹性滑动

（2）提高带的寿命

（3）改变带的运动方向（4）调节带的初拉力

14.同一v带传动，若主动轮转速不变，用于减速（小带轮主动）比用于增速（大带轮主

动）所能传递的功率（）。

⑴大

（2）相等（3）小

15.当带速VW30n^s时，一般采用（）来制造带轮。

⑴灰铸铁

（2）球墨铸铁（3）铸钢（4）铝合金

三.设计计算题

1.试设计一鼓风机用的V带传动，已知原动机为Y系列三相异步电动机，额定功率P-5.5KW，转速口=1440r/min，从动轴转速n2=740r/min，一班制工作，要求结构较紧凑，并绘制带轮工作图。

2.试设计图示带式运输机传动机构中的V带传动。

已知：

电动机的转速

n1=960r/min,额定功率p=5.5KW,减速器输入轴的转速吐=300r/min,两班制连

续工作。

并画出小带轮工作图。

3.

■

图3-7计算题2图

试设计某机械传动系统中的V带传动。

原动机为Y系列三相异步电动机，功率P=4KW，转速厲=960r/min，带传动的传动比i=4，每天工作时间不超过10小时，希望中心距不超过900mm，并画出带轮工作图。

4.设计一个带式送机中的普通V带传动，装于电动机与减速器之间。

电动机为鼠笼式异步交流电

机，输出功率为6KW，满载转速为1450r/min,从

动轴转速n2=500r/min，单班制工作，传动水平布置，并画出带轮工作图。

5.单根V带传递的最大功率P=4.82KW,小带轮节圆直径D1=180mm,大带轮节圆直径D2"00mm,n1=1450r/min，小轮包角：

1=152。

带和带轮的当量摩擦系数％=°・25,试确定带传动的有效圆周力Fe、紧边拉力F1和张紧力Fo。

第5章齿轮传动

一.概念题

1.简述齿轮传动的主要优点、主要失效形式和设计准则。

2.简述齿轮强度计算中载荷系数K和齿形系数YFa的物理意义及影响因素；同一齿数

的直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和圆锥齿轮的YFa值是否相同？

3.一对圆柱齿轮传动，小齿轮和大齿轮在啮合处的接触应力是否相等？

如大小齿轮的

材料及热处理情况均相同，热处理后的硬度也相同，则其接触疲劳许用应力是否相等？

如果

其接触疲劳许用应力相等，则大、小齿轮的接触疲劳强度是否相等？

4.一对圆柱齿轮传动，小齿轮和大齿轮在齿根处的弯曲应力是否相等？

如大小齿轮的材

料和热处理情况相同，且热处理后的硬度相同，则其弯曲疲劳许用应力是否相等？

如果其弯

曲疲劳许用应力相等，则大、小齿轮和弯曲疲劳强度是否相等？

在计算齿面接触疲劳强度及齿根弯曲疲劳强度的许用应力【6］和［匚f］时，为什么要引入寿命系数zn和yn?

5•有一对直齿圆柱齿轮传动，m=2mm,乙=50,z?

=200,b=75mm;若另一对齿轮：

m=4mm,zi=25,z2=100,b=75mm代替之，当载荷及其它条件相同时，试问：

（1）两对齿轮的接触强度是否相同？

（2）两对齿轮的弯曲强度是否相同？

2.选择填空题

1.机床主传动齿轮应用最广泛的齿轮材料是（）；航空行业上使用的齿

轮，一般要求质量小、传递功率大和可靠性高，因此，常用作齿轮的材抖是（）；矿山机械中使用的齿轮，一般工作速度较低、传递功率较大、

）；一

但要求传动平稳、低噪声和无润

）°

（3）高性能合金钢

环境粉尘含量很高，因此，通常选用的齿轮材料是（些家用电器使用的齿轮传递功率很小，如录像机中的齿轮,

滑，因此比较适宜的齿轮材料是（

（1）铸铁

（2）优质碳素钢或合金钢

（4）工程塑料（5）铸钢

）；

）°

（4）整体淬火

2•材料为20Cr的齿轮要达到硬齿面，适宜的热处理方法是（材料为45钢的硬齿面齿轮常用的热处理方法是（

（1）表面淬火

（2）渗碳淬火（3）调质

（5）渗氮（6）碳氮共渗

3.选用45钢为齿轮材料，要求达到6级精度的硬齿面齿轮，其制造工艺过程可在齿坯

加工以后按下列过程顺序进行（）；选用20CrMnTi为齿

轮材料，要求达到5级精度的硬齿面齿轮，其制造工艺过程可在齿坯加工以后按下列过程顺

序进行（）；选用45钢为齿轮材料，要求达到8级精度的

（1）增大模数

（3）提高加工精度的等级

5.有一标准直齿圆柱齿轮传动，齿轮1和齿轮2的齿数分别为Z1和Z2，且Z1

若两齿轮的许用接触应力和许用弯曲应力均相同，则（）°

（1）两齿轮接触强度相等，齿轮2比齿轮1抗弯强度高

2）两齿轮抗弯强度相等，齿轮2比齿轮I接触强度高

3）齿轮1和齿轮2的接触强度和抗弯强度均相等

4）齿轮1比齿轮2的接触强度和抗弯强度都高

6.一个标准圆柱齿轮传动，若其他参数和条件均保持不变，仅将齿轮宽度提高一倍，

则齿面接触应力二H与原来的；R比较，有（）的关系。

（1）H略大于2；「h⑵H等于-H⑶H略大于2”_h

（4）二H等于2CH（5）CH略大于0.5门（6）二H等于0.56

7.有一传递动力的闭式直齿圆柱齿轮传动，现设计主、从动轮均为软齿面钢制齿轮，

精度等级取为7级；如欲在中心距和传动比不变的条件下提高其接触强度，在下列措施中,最有效的是（）°

（2）提高主、从动轮的齿面硬度

（4）增大齿根圆角半径

（3）齿宽中点处分度圆锥（4）齿宽中点处背锥

9.为了有效地提高齿面接触强度，可采取下列方法（）。

（1）保持分度圆直径不变而增大模数

（2）增大分度圆直径

（3）保持分度圆直径不变而增加齿数

10.在设计圆柱齿轮传动时，通常使小齿轮的宽度比大齿轮宽一些，其目的是

。

（1）使小齿轮和大齿轮的强度接近相等

（2）为了使传动更平稳

（3）为了补偿可能的安装误差以保证接触线长度

11.对齿轮轮齿

（

（1）齿面要硬、齿芯要韧

3）齿面要软，齿芯耍脆

材料性能的基本要求是

）。

（2）齿面要硬，齿芯要脆

（4）齿面要软，齿芯耍韧

12.展开式两级斜齿圆柱齿轮减速器中，为使中间轴上两齿轮的轴向力部分抵消，应使两轮齿的旋向（）。

（1）相同

（2）相反

（3）任意安排方向都可以使轴向力抵消

（4）无论怎样安排都不能使轴向力抵消

13.齿轮传动发生塑性变形破坏时的现象是（）。

（1）在主、从动轮节线附近的齿面上产生沿齿宽方向的凹沟

（2