整理机械设计基础作业集.docx

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第9章机械零件设计概论

9—1填空题

（1）判断机械零件强度的两种方法是及；其相应的强度条件式分

别为及。

（2）在静载荷作用下的机械零件，不仅可以产生应力，也可能产生应力。

（3）在变应力工况下，机械零件的强度失效是；这种损坏的断面包括及

两部分。

（4）钢制零件的σ-N曲线上，当疲劳极限几乎与应力循环次数N无关时，称为循环疲劳；而当N

（5）零件表面的强化处理方法有、、等。

（6）机械零件受载荷时，在处产生应力集中，应力集中的程度通常随材料强度的增大而。

9—2选择题

（1）零件的设计全系数为。

A零件的极限应力比许用应力B零件的极限应力比零件的工作应力

C零件的工作应力比许用应力D零件的工作应力比零件的极限应力

（2）对大量生产、强度要求高、尺寸不大、形状不复杂的零件，应选择。

A自由锻造的毛坯B冲压毛坯C模锻毛坯D铸造毛坯

（3）从经济和生产周期性考虑，单件生产的箱体最好采用。

A铸铁件B铸钢件C焊接件D塑料件

（4）我国国家标准代号是，国际标准化组织的标准代号是，原机械工业部标准代号是。

AZBBGBCJBDYB

EDINFISO

（5）零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之。

A增加B不变C降低D规律不定

（6）某钢制零件材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=300MPa，若疲劳曲线指数m=9，应力循环基数N0=107，当该零件工作的实际应力循环次数N=105时，则按有限寿命计算，对应于N的疲劳极限

σ-1N为MPa。

A300B420C500.4D430.5

（7）某结构尺寸相同的零件,当采用材料制造时,其有效应力集中系数最大。

AHT200B35号钢C40CrNiD45号钢

（8）某个40Cr钢制成的零件，已知σB=750MPa，σs=550MPa，σ-1=350MPa，ψσ=0.25，零件危险截面处的最大工作应力量σmax=185MPa，最小工作应力σmin=-75MPa，疲劳强度的综合影响系数Kσ=1.44，则当循环特性r=常数时，该零件的疲劳强度安全系数Sca为。

A2.97B1.74C1.90D1.45

（9）对于循环基数N0=107的金属材料，下列公式中，是正确的。

A

B

C寿命系数

D寿命系数kN<1.0

（10）已知某转轴在弯—扭复合应力状态下工作，其弯曲与扭转作用下的计算安全系数分别为Sσ=6.0、Sτ=18.0，则该轴的实际计算安全系数为。

A12.0B6.0C5.69D18.0

（11）在载荷和几何尺寸相同的情况下，钢制零件间的接触应力铸铁零件间的接触应力。

A大于B等于C小于D小于等于

（12）两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值。

A相等B不相等

C是否相等与材料和几何尺寸有关

D材料软的接触应力值大

（13）两等宽的圆柱体接触，其直径d1=2d2，弹性模量E1=2E2，则其接触应力为。

AσH1=σH2BσH1=2σH2CσH1=4σH2DσH1=8σH2

（14）在图中示出圆柱形表面接触的情况下，各零件间的材料、宽度均相同，受力均为正压力F，则的接触应力最大。

ABCD

题（14）图

（15）在上题A图中，d2=2d1，小圆柱的弹性模量为E1，大圆柱的弹性模量为E2，E为一定值，大小圆柱的尺寸及外载荷F一定，则在以下四种情况中，的接触应力最大，的接触应力最小。

AE1=E2=E/2BE1=E、E2=E/2CE1=E/2、E2=EDE1=E2=E

9—3通过热处理可改变毛坯或零件的内部组织，从而改善它的力学性能。

钢的常用热处理方法有：

退火、正火、淬火、调质、表面淬火和渗碳淬火等。

试选择其中三种加以解释并简述其应用。

9—4写出下列材料的名称并按小尺寸试件查出材料的抗拉强度σB（MPa）、屈服极限σS（MPa）、延伸率δ（%）：

Q235，45，40MnB，ZQ270-500，HT200，QT500-7，ZCuZn10P1，ZAlSi12。

9—5试求把14号热轧工字钢（材料为Q235）沿轴线拉断时所需的最小拉力。

9—6图示弓架材料为45号钢，已知尺寸：

a=65mm、

B=16mm、h=50mm，试按弓架强度计算其所能承受的

最大工作载荷F（计算时安全系数S=2）并绘出应力分

布图。

9—7一钢制圆轴d=30mm，用平键与轮毂相联，试选

择键的断面尺寸b×h，确定键槽的尺寸并绘制此平键

联接的横截面图。

9—8一对齿轮作单向传动，试问：

（1）轮齿弯曲应力

可看成哪类循环变应力？

（2）两轮齿数为Z1=19，Z2

=80，小齿轮主动，转速n1=200r/min，预定使用期限为

500h，在使用期限终止时，大齿轮应力循环总次数N是多少？

（3）设大齿轮材料疲劳极限为σ-1，循环基数N0=107，那么对应于循环总次数N的疲劳极限能提高多少？

9—9齿轮传动中，齿面接触应力可以看成哪类循环变应力？

为什么？

第10章连接

10—1填空题

（1）三角形螺纹的牙型角α=，适用于；而梯形螺纹的牙型角α=，适用于。

（2）普通螺纹的公称直径指的是螺纹的径，计算螺纹的摩擦力矩时使用的是螺纹的径，计算螺纹的危险截面时使用的是螺纹的径。

（3）常用螺纹的类型主要有、、、、、和。

（4）联接螺纹必须满足条件，传动用螺纹的牙型斜角比联接用螺纹的牙型斜角，这主要是为了。

（5）若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数已定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的和。

（6）螺纹联接的拧紧力矩等于和之和。

（7）螺纹联接防松的实质在于。

（8）在螺栓联接的破坏形式中，约有%的螺栓属于疲劳破坏，疲劳断裂常发生在。

（9）普通紧螺栓联接，受横向载荷作用。

则螺栓中受应力和应力作用。

（10）普通紧螺栓联接承受横向工作载荷时，依靠承载，螺栓本身受力作用，则联接可能的失效形式为；铰制孔用螺栓联接承受横向工作载荷时，依靠

承载，螺栓本身受和力作用，则联接可能的失效形式为

和。

（11）受轴向工作载荷作用的紧螺栓联接，当预紧力为F0和工作载荷F一定时，为减小螺栓所受的总拉力F2，通常采用的方法是减小的刚度或增大的刚度；当工作载荷F和残余预紧力F1一定时，提高螺栓的疲劳强度，可以减小或增大。

（12）螺栓联接中，当螺栓轴线与被联接件支承面不垂直时，螺栓中将产生附加应力。

（13）采用凸台或沉头座孔作为螺栓头或螺母的支承面是为了。

（14）螺纹联接防松，按其防松原理可分为防松、防松和防松。

（15）进行螺栓组联接受力分析的目的是。

（16）螺栓组联接结构设计的目的是；应考虑的主要问题有。

10—2选择题

（1）螺纹升角ψ增大，则联接的自锁性能，传动的效率；牙型角α增大，则联接的自锁性能，传动的效率。

A提高B不变C降低D不确定

（2）在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是。

A三角形螺纹B梯形螺纹C锯齿形螺纹D矩形螺纹

（3）当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔且需要经常装拆时，往往采用。

A双头螺柱联接B螺栓联接C螺钉联接D紧定螺钉联接

（4）螺纹联接防松的根本问题在于。

A增加螺纹联接的轴向力B增加螺纹联接的横向力

C防止螺纹副的相对转动D增加螺纹联接的刚度

（5）对顶螺母为防松，开口销为防松，串联钢丝为防松。

A摩擦B机械C不可拆

（6）在铰制孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为。

A间隙配合B过渡配合

C过盈配合

（7）在承受横向工作载荷或旋转力矩的普通紧螺栓联接中，螺栓杆作用。

A受剪切应力B受拉应力

C受扭转切应力和拉应力D既可能只受切应力又可能只受拉应力

（8）受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，依靠来承载。

A接合面间的摩擦力B螺栓的剪切和挤压C螺栓的剪切和被联接件的挤压

（9）受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓所受的载荷为；受横向工作载荷的铰制孔螺栓联接中，螺栓所受的载荷为；受轴向工作载荷的普通松螺栓联接中，螺栓所受的载荷是；受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓所受的载荷是。

A工作载荷B预紧力C工作载荷+预紧力

D工作载荷+残余预紧力E残余预紧力

（10）重要的螺栓联接直径不宜小于M12，这是因为。

A要求精度高B减少应力集中C防止拧紧时过载拉断D便于装配

（11）紧螺栓联接强度计算时将螺栓所受的轴向拉力乘以1.3，是由于。

A安全可靠B保证足够的预紧力C防止松脱D计入扭转剪应力

（12）对承受轴向变载荷的普通紧螺栓联接，在限定螺栓总拉力的情况下，提高螺栓疲劳强度的有效措施是。

A增大螺栓的刚度Cb，减小被联接件的刚度CmB减小Cb，增大Cm

C减小Cb和CmD增大Cb和Cm

（13）有一气缸盖螺栓联接，若气缸内气体压力在0~2MPa之间变化，则螺栓中的应力变化规律为。

A对称循环B脉动循环C非对称循环D非稳定循环

（14）螺栓联接螺纹牙间载荷分配不均是由于。

A螺母太厚B应力集中

C螺母和螺栓变形大小不同D螺母和螺栓变形性质不同

（15）螺栓的材料性能等级为6.8级，则螺栓材料的最小屈服极限近似为。

A480MPaB6MPaC8MPaD0.8MPa

（16）采用凸台或沉头座作为螺栓头或螺母的支承面，是为了。

A避免螺栓受弯曲应力B便于放置垫圈C减小预紧力D减小挤压应力

（17）设计螺栓组联接时，虽然每个螺栓的受力不一定相等，但该组螺栓仍采用相同的规格（材料、直径和长度均相同），这主要是为了。

A外形美观B购买方便C便于加工和安装D受力均匀

（19）传动螺旋工作时，其最主要的失效形式为。

A螺杆的螺纹圈被剪断B螺母的螺纹圈被剪断

C螺纹工作面被压碎D螺纹工作面被磨损

10—3试证明具有自锁性的螺旋传动，其效率恒小于循环总次数%。

10—4试计算M20、M20×1.5螺纹升角，并指出哪种螺纹的自锁性较好？

10—5常用螺纹有哪几种类型？

各适用于什么场合？

对联接螺纹和传动螺纹的要求有何不同？

10—6联接螺纹都具有良好的自锁性能，为什么有时还需要防松装置？

试各举出两个机械防松和摩擦防松的例子。

10—7普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接的主要失效形式各是什么？

计算准则各是什么？

10—8松螺栓联接和紧螺栓联接的区别是什么？

在计算中如何考虑这些区别？

10—9螺栓的性能等级为8.8级，与它相配的螺母的性能等级应为多少？

性能等级数字代号的含义是什么

10—10在什么情况下，螺栓联接的安全系数大小与螺栓的直径有关？

试说明其原因。

10—11试用受力变形线图分析说明螺栓联接所受轴向工作载荷FE，当预紧力F0一定时，改变螺栓或被联接件的刚度，对螺栓联接的静强度和联接的紧密性有何影响？

10—12滑动螺旋的主要失效形式是什么？

其基本尺寸（即螺杆直径及螺母高度）通常是根据什么条件确定的

10—13用12英寸扳手拧紧M18螺栓。

已知螺栓力学性能等级为4.8级，螺纹间摩擦系数f=0.1，螺母与支承面间摩擦系数fc=0.12,手掌中心至螺栓轴线的距离L=240mm。

试问当手掌施力125N时，该螺栓所产生的拉应力为若干？

螺栓不会损坏？

（由设计手册可查得M18螺母dw=11.5mm，d0=9mm）

10—14一牵曳钩用2个M10（d1=8.376mm）的普通螺栓固定于机体上。

已知接合面间摩擦系数f=0.15，防滑系数Ks=1.2，螺栓材料强度级别为4.6级，装配时控制预紧力。

试计算该螺栓组联接允许的最大牵曳力Fmax。

10—15有一受预紧力F0=1000N和轴向工作载荷FE=1000N作用的普通紧螺栓联接，已知螺栓的刚度Cb与被联接件的刚度Cm相等。

试计算该螺栓联接所受的总拉力F2和残余预紧力F1。

在预紧力F0不变的条件下，若保证被联接件不出现缝隙，该螺栓的最大轴向工作载荷错误！

链接无效。

max为多少？

10—14如图所示，一气缸盖与缸体凸缘采用普通螺栓联接。

已知气缸中的压力p在0～2MPa之间变化，气缸内径D=500mm，螺栓分布直径D0=650mm。

为保证气密性要求，残余预紧力FR=1.8F，螺栓间距t≤4.5d（d为螺栓的大径）。

螺栓材料的许用拉伸应力[σ]=120MPa，许用应力幅[σa]=20MPa。

选用铜皮石棉垫片，螺栓相对刚度Cb/（Cb+Cm）=0.8，试确定螺栓的数目和尺寸。

10—16如图凸缘联轴器（GB/T5843—1986）的型号为YLD10，允许传递的最大转矩T=630Nm，两半联轴器采用4个M12的铰制孔用螺栓联接，螺栓规格为M12×60（GB/T27—1988），螺栓的性能等级为8.8级，联轴器材料为HT200，试校核其联接强度。

若改用普通螺栓联接，两半联轴器接合面间的摩擦系数f=0.15，防滑系数Ks=1.2，试计算螺栓的直径，并确定其公称长度，写出螺栓标记。

10—17试指出下列图中的错误结构，并画出正确结构图。

题10—17图

10—18按构造分普通平键有A、B、C三种型式，他们的使用特点各是什么？

与之相配的轴上的键槽是如何加工的？

其工作长度和公称长度之间各有什么关系？

10—19半圆键联接与普通平键联接相比，有什么优缺点？

它适用于什么场合？

10—20为什么采用两个平键时，通常在轴的圆周上相隔180°位置布置；采用两个楔键时，常相隔90°～120°；而采用两个半圆键时，则布置在轴的同一母线上？

10—21在材料和载荷性质相同的情况下，动联接的许用压力比静联接的许用挤压力小，试说明原因。

10—22花键联接的主要失效形式是什么？

如何进行强度计算？

10—23销有哪几种类型？

各用于何种场合？

销联接有哪些失效形式？

10—24一般联接用销、定位用销及安全保护用销在设计计算上有何不同？

10—25图示减速器的低速轴与凸缘联轴器

及圆柱齿轮之间采用键连接。

已知轴传递

的转矩T=1000Nm，齿轮的材料为锻钢，

凸缘联轴器的材料为HT200，工作时有轻

微冲击，联接处轴及轮毂尺寸如图所示。

试选择键的类型和尺寸，并校核联接的强度。

10—26轴与轮毂分别采用B型普通平键联接和

中系列矩形花键联接。

已知轴的直径（花键的大径）d=102mm，轮毂宽度L=150mm，轴和轮毂的材料均为碳钢，取许用挤压应力[σp]=100MPa，试计算两种联接各允许传递的转矩。

10—27试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图（在原图上改正）。

第11章齿轮传动

11—1填空题

（1）对齿轮材料的基本要求是：

齿面________，齿芯________；齿轮传动中，软、硬齿面是以________来划分的，当________时为软齿面，一般取小、大齿轮的硬度HBS1-HBS2为________，其原因是________________；当________时为硬齿面，一般取小、大齿轮的硬度HBS1________HBS2。

（2）在齿轮传动中，获得软齿面的热处理方式有________、________，而获得硬齿面的热处理方式有________、________、________等。

（3）一般参数的闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是________，闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是________，开式齿轮传动的主要失效形式是________，高速重载齿轮传动，当润滑不良时最可能出现的失效形式是________。

（4）在闭式软齿面齿轮传动中，齿面疲劳点蚀经常首先出现在_______________处，其原因是该处________________、________________。

（5）在推导轮齿齿根弯曲疲劳应力计算公式时，其计算模型是________，设计的主要参数是________。

一对齿轮传动中，大、小齿轮的弯曲应力________。

（6）齿轮齿面接触应力计算公式是在________________公式的基础上推导出的，影响齿面接触应力最主要的参数是________。

一对标准齿轮传动，若中心距、传动比等其他条件保持不变，仅增大齿数z1，而减小模数m，则齿轮的齿面接触疲劳强度________。

（7）渐开线齿轮的齿形系数YFa的物理意义是____________，标准直齿圆柱齿轮的YFa值只与齿轮的________有关。

设有齿数相同的A、B、C三个标准齿轮，A为标准直齿圆柱齿轮，B为β＝15º的斜齿圆柱齿轮，C为δ=30º的直齿锥齿轮，试比较这三个齿轮的齿形系数，最小的是________，最大的是________。

（8）齿轮的弯曲疲劳强度极限σFlim和接触疲劳强度极限σHlim是经持久疲劳试验并按失效概率为_________来确定的，试验齿轮的弯曲应力循环特性为___________循环。

（9）在斜齿圆柱齿轮传动中，螺旋角β既不宜过小，也不宜过大，因为β过小，会使得________，而多过大又会使得________。

因此，在设计计算中，β的取值应为________，可以通过调整β而对________进行圆整。

（10）填注下表中参数的荐用范围（一般情况下）：

11—2选择题

（1）在齿轮传动的设计计算中，对下列参数和尺寸应标准化的有；应圆整的有；没有标准化也不应圆整的有___________。

A斜齿轮的法面模数mnB斜齿轮的端面模数mtC直齿轮中心距a

D斜齿轮中心距aE齿宽BF齿厚sG分度圆压力角α

H螺旋角βI锥距R

J齿顶圆直径da

（2）材料为20Cr钢的硬齿面齿轮，适宜的热处理方法是。

A整体淬火B渗碳淬火C调质D表面淬火

（3）将材料为45钢的齿轮毛坯加工成为6级精度的硬齿面直齿圆柱齿轮，该齿轮制造工艺顺序应是为宜。

A滚齿、表面淬火、磨齿B滚齿、磨齿、表面淬火

C表面淬火、滚齿、磨齿D滚齿、调质、磨齿

（4）为了提高齿轮传动的齿面接触强度应。

A分度圆直径不变增大模数B增大分度圆直径

C分度圆直径不变增加齿数D减小齿宽

（5）为了提高齿轮齿根弯曲强度应。

A增大模数B增大分度圆直径C增加齿数D减小齿宽

（6）一减速齿轮传动，主动轮1和从动轮2的材料、热处理及齿面硬度均相同，则两轮齿根的弯曲应力。

AσF1>σF2BσF1<σF2CσF1=σF2

（7）一减速齿轮传动，小齿轮1选用45钢调质，大齿轮2选用45钢正火，它们的齿面接触应力。

AσH1>σH2BσH1<σH2CσH1=σH2

（8）一对标准圆柱齿轮传动，若大、小齿轮的材料或热处理方法不同，则工作时，两齿轮间的应力关系属于下列第种。

AσH1≠σH2，σF1≠σF2，[σH]1＝[σH]2，[σF]1＝[σF]2

BσH1＝σH2，σF1＝σF2，[σH]1≠[σH]2，[σF]1≠[σF]2

CσH1＝σH2，σF1≠σF2，[σH]1≠[σH]2，[σF]1≠[σF]2

DσH1≠σH2，σF1＝σF2，[σH]1≠[σH]2，[σF]1≠[σF]2

（σH、σF、[σH]、[σF]分别为齿轮的接触应力、弯曲应力、许用接触应力、许用弯曲应力）

（9）一对正确啮合的标准渐开线齿轮作减速传动，若两轮的许用接触应力[σH1]=[σH2]，则两轮的接触强度________。

A大齿轮较高B小齿轮较高C相同

（10）有两个标准直齿圆柱齿轮，齿轮1模数m1=5mm，z1=25；齿轮2模数m2=3mm，z2=25，它们的齿形系数______。

AYFa1>YFa2BYFa1

（11）有两个标准直齿圆柱齿轮，齿轮1的模数m1=5mm，齿数zl=30；齿轮2的模数m2=3mm，齿数z2=50，则齿形系数和应力校正系数的乘积YFa1YSa1YFa2YSa2。

A大于B等于C小于D不一定大于、等于或小于

（12）圆柱齿轮传动中，常使小齿轮齿宽b1略大于大齿轮齿宽b2，其目的是。

A提高小齿轮齿面接触强度B提高小齿轮齿根弯曲强度

C补偿安装误差，以保证全齿宽接触D减少小齿轮载荷分布不均

（13）对于闭式软齿面齿轮传动，在传动尺寸不变并满足弯曲疲劳强度的前提下，齿数宜适当取多些，其目的是。

A提高轮齿的弯曲强度B提高齿面的接触强度

C提高传动的平稳性

（14）对于闭式硬齿面齿轮传动，宜取较少齿数以增大模数，其目的是。

A提高齿面接触强度

B减小滑动系数，提高传动效率

C减小轮齿的切削量

D保证轮齿的弯曲强度

（15）设计一对齿数不同的齿轮传动，若需校核其弯曲强度时，一般应。

A对大、小齿轮分别校核B只需校核小齿轮

C只需校核大齿轮D应校核哪一个齿轮，无法判断

（16）在齿轮传动中，为减少动载荷，可采取的措施是。

A改用好材料B提高齿轮制造精度

C降低润滑油粘度D加大模数

（17）直齿圆锥齿轮传动的强度计算方法是以的当量圆柱齿轮为基础。

A大端B小端C齿宽中点处

11—3在不改变齿轮的材料和尺寸的情况下，如何提高轮齿的抗折断能力?

11—4齿面点蚀一般首先发生在轮齿的什么部位？

在开式齿轮传动中，为什么一般不出现点蚀破坏？

如何提高齿面抗点蚀的能力？

11—5软齿面齿轮和硬齿面齿轮是如何划分的？

软齿面齿轮和硬齿面齿轮在加工方法上有何区别？

为什么？

11—6在什么工况下工作的齿轮易出现胶合破坏?

胶合破坏通常出现在轮齿的什么部位?

如何提高齿轮齿面抗胶合的能力?

11—7为什么轮齿的弯曲疲劳裂纹首先发生在齿根受拉伸一侧？

11—8在直齿圆柱齿轮强度计算中，当齿面接触强度已足够，而齿根弯曲强度不足时，可采用什么措施提高弯曲强度？

11—9标准直齿圆柱齿轮传动，若传动比i，、转矩T1、齿宽b均保持不变，试问在下列条件下齿轮的弯曲应力和接触应力各将发生什么变化?

（1）模数m不变，齿数z1增加；

（2）齿数z1不变，模数m增大；

（3）齿数zl增加一倍，模数m减小一半。

11—10一对圆柱齿轮传动，大、小齿轮齿面接触应力是否相等?

大、小齿轮的接触强度是否相等?

在什么条件下两齿轮的接触强度相等?

11—11一对圆柱齿轮传动，一般大、小