机械设计简答和计算题

《机械设计》精品课程习题

第一篇 总论

第一章 绪论

● 分析与思考题

●

第二章 机械设计总论

● 分析与思考题

2-1 试述机器和机构的特征。

2-2 说明构件、零件及部件的特点。

2-3 简述现代机器的定义及特征。

2-4 试述机械产品设计中对机器的主要要求。

2-5 叙述机械设计的基本类型及设计的一般程序。

2-6 简述方案设计的主要内容及要求。

第三章 机械零件的强度

● 分析与思考题

3-1 图示各零件均受静载荷作用，试判断零件上A点的应力是静应力还是变应力；并确定应力比r的大小或范围。

题3-1图

3-2 弯曲疲劳极限的综合影响系数Kσ的含义是什么?它与哪些因素有关?它对零件的疲劳强度和静强度各有何影响?

3-3 零件的等寿命疲劳曲线与材料试件的等寿命疲劳曲线有何区别?在相同的应力变化规律下，零件和材料试件的失效形式是否总是相同的?为什么?

3-4 试说明承受循环变应力的机械零件，在什么情况下可按静强度条件计算?什么情况下需按疲劳强度条件计算?

3-5 在单向稳定变应力下工作的零件，如何确定其极限应力?

3-6 疲劳损伤线性累积假说的含义是什么?写出其数学表达式。

3-7 在双向稳定变应力下工作的零件，怎样进行疲劳强度计算?

3-8 影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些?提高机械零件疲劳强度的措施有哪些?

3-9 导致机械结构发生低应力断裂的原因有哪些?

3-10机械结构的裂纹是否会失稳扩展是如何判定的?

第四章 摩擦、磨损及润滑概述

● 分析与思考题

4-1 按照摩擦面间的润滑状态不同，滑动摩擦可分为哪几种?

4-2 膜厚比的物理意义是什么?边界摩擦、混合摩擦和液体摩擦所对应的膜厚比范围各是多少?

4-3 在工程中，常用金属材料副的摩擦系数是如何得来的?

4-4 什么是边界膜?边界膜的形成机理是什么?如何提高边界膜的强度?

4-5 零件的磨损过程大致可分为哪几个阶段?每个阶段的特征是什么?

4-6 根据磨损机理的不同，磨损通常分为哪几种类型?它们各有什么主要特点?

4-7 润滑油的粘度是如何定义的?什么是润滑油的粘性定律?什么样的液体称为牛顿液体?

4-8 粘度的表示方法通常有哪几种?各种粘度的单位和换算关系是什么?

4-9 润滑油的主要性能指标有哪些?润滑脂的主要性能指标有哪些?

4-10 在润滑油和润滑脂中加入添加剂的作用是什么?

4-11 流体动力润滑和流体静力润滑的油膜形成原理有何不同?流体静力润滑的主要优缺点是什么?

4-12 流体动力润滑和弹性流体动力润滑两者间有何本质区别?所研究的对象有何不同?

第二篇 连接

第五章 螺纹连接和螺旋传动

● 分析与思考题

5-1常用螺纹有哪几种类型?各用于什么场合?对联接螺纹和传动螺纹的要求有何不同?

5-2 在螺栓联接中，不同的载荷类型要求不同的螺纹余留长度，这是为什么?

5-3 联接螺纹都具有良好的自锁性，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。

5-4 普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接的主要失效形式是什么?计算准则是什么?

5-5计算普通螺栓联接时，为什么只考虑螺栓危险截面的拉伸强度，而不考虑螺栓头、螺母和螺纹牙的强度?

5-6 普通紧螺栓联接所受到的轴向工作载荷或横向工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷是什么循环?

5-7 试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。

a)螺钉联接 b)

双头螺柱联接 c)铰制孔用螺栓联接

d)紧定螺钉联接 e)吊环螺钉联接 f)螺钉联接

5-8 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?

5-9 在什么情况下，螺栓联接的安全系数大小与螺栓直径有关?试说明其原因。

5-10 紧螺栓联接所受轴向变载荷在0～F间变化，当预紧力F0一定时，改变螺栓或被联接件的刚度，对螺栓联接的疲劳强度和联接的紧密性有何影响?

5-11 在保证螺栓联接紧密性要求和静强度要求的前提下，要提高螺栓联接的疲劳强度， 应如何改变螺栓和被联接件的刚度及预紧力大小?试通过受力变形线图来说明。

5-12 为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10?通常采用哪些结构形式可使各圈螺纹牙的载 荷分布趋于均匀?

5-13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?

5-14 滚动螺旋传动与滑动螺旋传动相比较，有何优缺点?

5-15 图示两根梁用8个4.6级普通螺栓与两块钢盖板相联接，梁受到的拉力F=28kN，摩擦系数f=0.2，控制预紧力，试确定所需螺栓的直径。

5-16铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示，已知L=300mm，a=60mm，试求三个方案中，受力最大的螺栓所受的力各为多少？哪个方案较好？

5-17图示底板螺栓组联接受外力Fe作用，外力Fe作用在包含x轴并垂直于底板结

合面的平面内。试分析螺栓组受力情况，并判断哪个螺栓受载最大？保证联接安全的必要条件有哪些？

第六章 键、花键、无键连接和销连接

● 分析与思考题

6-1 薄型平键联接与普通平键联接相比，在使用场合、结构尺寸和承载能力上有何区别?

6-2 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?

6-3采用两个平键(双键联接)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；这是为什么?

6-4与平键、楔键、半圆键相配的轴和轮毂上的键槽是如何加工的?

6-5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应力小，试说明其原因。

6-6花键联接的主要失效形式是什么?如何进行强度计算?

6-7在胀紧联接中，胀套串联使用时引入额定载荷系数ol是为了考虑什么因素的影响?

6-8销有哪几种类型?各用于何种场合?销联接有哪些失效形式?

6-9一般联接用销、定位用销及安全保护用销在设计计算上有何不同?

6-10试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。

a)平键联接 b)双楔键联接 c)传递双向转矩的切向键联接

d)楔键联接 e)半圆键联接 f)圆锥销定位

6-11图示减速器的低速轴与凸缘联轴器及圆柱齿轮之间分别采用键联接。已知轴传递的转矩为1000N.m，齿轮的材料为锻钢，凸缘联轴器材料为HT200，工作时有轻微冲击，联接处轴及轮毂尺寸如图示。试选择键的类型和尺寸，并校核联接的强度。

第七章 铆接、焊接、胶接和过盈连接

● 分析与思考题

7-1 铆缝有哪些类型?各应用在什么场合?

7-2 铆钉联接的破坏形式有哪些?怎样校核铆缝的强度?

7-3 什么叫焊缝的强度系数?怎样才能使对接焊缝的强度不低于母板的强度?

7-4 在什么情况下采用不对称侧面焊缝?如何分配两侧焊缝的长度?

7-5 胶粘剂通常分为哪几类?各适用于什么场合?

7-6 与铆接和焊接相比较，胶接的主要优缺点是什么?

7-7 过盈联接有哪几种装配方法?当过盈量相同时，哪种装配方法的联接紧固性好?

7-8 过盈联接的承载能力是由哪些因素决定的?

7-9 在对过盈联接进行验算时，若发现包容件或被包容件的强度不够时，可采取哪些措施来提高联接强度?

第三篇 机械传动

第八章 带传动

● 分析与思考题

8-1 带传动常用的类型有哪几种?各应用在什么场合?

8-2 与普通V带相比，窄V带的截面形状及尺寸有何不同?其传动有何特点?

8-3 同步带传动的工作原理是什么?它有何独特的优点?

8-4 V带轮的基准直径以及V带的基准长度是如何定义的?

8-5 某带传动由变速电动机驱动，大带轮的输出转速的变化范围为500～1000r/min。若大带轮上的负载为恒功率负载，应该按哪一种转速设计带传动?若大带轮上的负载为恒转矩负载，应该按哪一种转速设计带传动?为什么?

8-6 带传动工作时，带与小带轮间的摩擦力和带与大带轮间的摩擦力两者大小是否

等，?为什么?带传动正常工作时的摩擦力与打滑时的摩擦力是否相等?为什么?

8-7 带与带轮间的摩擦系数对带传动有什么影响?为了增加传动能力，将带轮工作面加工得粗糙些以增大摩擦系数，这样做是否合理?为什么?

8-8 带传动中的弹性滑动是如何发生的?打滑又是如何发生的?两者有何区别?对带传动各产生什么影响?打滑首先发生在哪个带轮上?为什么?

8-9 在设计带传动时，为什么要小带轮最小直径和带的最小、最大速度?

8-10 试分析带传动中心距a、预紧力F0及带的根数z的大小对带传动的工作能力的影响。

8-11图示带式输送机装置。小带轮直径140mm，大带轮直径为400mm，鼓轮直径250mm，为提高生产率，在载荷不变条件下，提高带速度，设电机功率和减速器的强度足够，忽略中心距变化，下列哪种方案更为合理？1、大轮直径减小到280mm；2、小轮直径增大到200mm；3、鼓轮直径增大到350mm。

8-12已知一窄V带传动，主动轮转速，nl=1460 r/rain，两带轮基准直径ddl=140mm，dd2=400mm，中心距a=815mm，采用四根SPA型窄V带，一天运转16小时，工作载荷变动较大，试求带传动所允许传递的功率。

8-13图示为带传动的张紧方案，试指出不合理之处。

●

第九章 链传动

● 分析与思考题

9-1 与带传动相比，链传动有何优缺点?

9-2 在多排链传动中，链的排数过多有何不利?

9-3 对链轮材料的基本要求是什么?对大、小链轮的硬度要求有何不同?

9-4 齿形链与滚子链相比，有何优缺点?

9-5 国家标准对滚子链齿形是如何规定的?目前流行的是哪种齿形?

9-6 为什么链传动的平均传动比是常数，而在一般情况下瞬时传动比不是常数?

9-7 链传动的额定功率曲线是在什么条件下得到的?当所设计的链传动与上述条件不符合时，要进行哪些项目的修正?

9-7 若只考虑链条铰链的磨损，脱链通常发生在哪个链轮上?为什么?

9-8 为什么小链轮齿数不宜过多或过少?

9-9 链节距的大小对链传动有何影响?在高速、重载工况下，应如何选择滚子链?

9-10 链传动的中心距一般取为多少?中心距过大或过小对传动有何不利?

9-11 什么情况下按功率曲线来选择链条?什么情况下按静强度计算来选择链条?

9-12 有一链传动，小链轮主动，转速n1=900r/min，齿数z1=25，z2=75。现因工作需要，拟将大链轮的转速降低到n2≈250r/min，链条长度不变，试问：

(1)若从动轮齿数不变，应将主动轮齿数减小到多少?此时链条所能传递的功率有何变化?

(2)若主动轮齿数不变，应将从动轮齿数增大到多少?此时链条所能传递的功率有何变化?

9-13滚子链传动传递的功率P=8.5kW，工况系数KA=1.2，主动链轮转速n1=960r/min，齿数z1=21，从动链轮转速n2=330r/min，中心距a≤600mm，链节距p=12.7mm，试计算需要几排链。

第一十章 齿轮传动

● 分析与思考题

10-1 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? ·

10-2 为什么齿面点蚀一般首先发生在靠近节线的齿根面上?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?

10-3 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?如何提高齿面抗胶合的能力?

10-4 闭式齿轮传动与开式齿轮传动的失效形式和设计准则有何不同?为什么?

10-5 通常所谓软齿面与硬齿面的硬度界限是如何划分的?软齿面齿轮和硬齿面齿轮在加工方法上有何区别?为什么?

10-6 导致载荷沿轮齿接触线分布不均的原因有哪些?如何减轻载荷分布不均的程度?

10-7 在进行齿轮强度计算时，为什么要引入载荷系数K?载荷系数K由哪几部分组成

各考虑了什么因素的影响?

10-8 齿面接触疲劳强度计算公式是如何建立的?为什么要选择节点作为齿面接触应力的计算点?

10-9 两级展开式齿轮减速器如图所示。已知主动轮1为左旋，转向n1如图所示，为使中间轴上两齿轮所受轴向力互相抵消一部分，试在图中标出各齿轮的螺旋线方向，并在各齿轮分离体的啮合点处标出齿轮的轴向力Fa、径向力Fr和圆周力Ft的方向。

10-10 图示定轴轮系，已知z1=z3=25，z2=20，齿轮1的转速为450r/min，工作寿命为Lh=2000h。齿轮1为主动且转向不变，试问：(1)齿轮2在工作过程中轮齿的接触应力和弯曲应力的循环特性系数r各为多少？(2)齿轮2的接触应力和弯曲应力的循环次数N2各为多少？

10-11一对斜齿圆柱齿轮传动由电动机直接驱动，齿轮材料为45钢，软齿面，齿轮精度等级为8-7-7FL。已知法面模数mn=31mm，齿数z1=30，z2=93，螺旋角β=13.82°，齿宽B1=85mm，B2=80mm，转速n1=1440r/min，该齿轮对称布置在两支承之间，载荷平稳。试确定该齿轮传动的载荷系数K。

第一十一章 蜗杆传动

● 分析与思考题

11-1蜗杆传动与齿轮传动相比有何特点?常用于什么场合?

11-2与普通圆柱蜗杆传动相比，圆弧圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动各有何特点?各适用于什么场合?

11-3 普通圆柱蜗杆主要有哪几种类型?其中哪几种蜗杆不便于磨削，精度较低?

11-4在车床上用直线刀刃加工蜗杆，什么情况下用单刀?什么情况下用双刀?为什么?

11-5在普通圆柱蜗杆传动中，为什么将蜗杆的分度圆直径规定为标准值?

11-6采用变位蜗杆传动的目的是什么?变位蜗杆传动与变位齿轮传动相比有何特点?

11-7影响蜗杆传动效率的主要因素有哪些?为什么传递大功率时很少用普通圆柱蜗杆传动?

11-8图示蜗杆传动均以蜗杆为主动件，试在图上标出蜗轮（或蜗杆）的转向，蜗轮的旋向，蜗杆、蜗轮所受各分力的方向。

11-9 图示为某起重设备的减速装置。已知各轮齿数z1=z2=20，z3=60，z4=2，z5=40，轮1转向如图所示，卷筒直径D=136mm。试求：1)此时重物是上升还是下降;2)设系统效率η=0.68,为使重物上升,施加在轮1上的驱动力矩T1=10N.m,问重物的重量是多少?

第四篇 轴系零、部件

第十二章 滑动轴承

● 分析与思考题

12-1 试分别从摩擦状态、油膜形成的原理以及润滑介质几方面对滑动轴承进行分类。

12-2为什么滑动轴承要分成轴承座和轴瓦，有时又在轴瓦上敷上一层轴承衬?

12-3在滑动轴承上开设油孔和油槽时应注意哪些问题?

12-4一般轴承的宽径比在什么范围内?为什么宽径比不宜过大或过小?

12-5提高液体动力润滑径向滑动轴承的运动稳定性和油膜刚度是设计时应考虑的重要问题，其具体措施有哪些?

12-6采用扇形块可倾轴瓦时，可倾轴瓦的支承点与轴的旋转方向有何关系?轴是否允许正反转?

12-7滑动轴承常见的失效形式有哪些?

12-8对滑动轴承材料的性能有哪几方面的要求?

12-9对滑动轴承材料的基本要求之一是耐磨，而表面淬硬的钢材是很耐磨的，试问是否可用表面淬硬的钢制轴颈和钢制轴瓦配对，以达到耐磨的要求?

12-10在设计滑动轴承时，相对间隙ψ的选取与速度和载荷的大小有何关系?

12-11某离心泵用径向滑动轴承，轴颈表面圆周速度v=2.5m/s，工作压力P=3～4MPa，设计中拟采用整体式轴瓦(不加轴承衬)，试选择一种合适的轴承材料。

12-12 验算滑动轴承的压力p、速度v和压力与速度的乘积pv，是不完全液体润滑轴承设计中的内容，对液体动力润滑轴承是否需要进行此项验算?为什么?

12-13试分析液体动力润滑轴承和不完全液体润滑轴承的区别，并讨论它们各自适用的场合。

12-14不完全液体润滑轴承与液体动力润滑轴承的设计计算准则有何不同?

12-15试说明液体动压油膜形成的必要条件。

12-16对已设计好的液体动力润滑径向滑动轴承，试分析在仅改动下列参数之一时，如何影响该轴承的承载能力。

(1)转速由n=500r/min改为n=700r/min；

(2)宽径比B/d由1.0改为0.8；

(3)润滑油由采用46号全损耗系统用油改为68号全损耗系统用油；

(4)轴承孔表面粗糙度由Rz=6.3μm改为Rz=3.2μm。

12-17在设计液体润滑轴承时，当出现下列情况之一后，可考虑采取什么改进措施(对每种情况提出两种改进措施)?

(1)当hmin<[h]时；

(2)当条件p<[p]，v<[v]，pv<[pv]不满足时；

(3)当计算入口温度ti偏低时。

12-18液体动力润滑轴承承载能力验算合格的基本依据是什么?

12-19滑动轴承润滑的目的是什么(分别从液体润滑和不完全液体润滑两类轴承分析)?

12-20滑动轴承常用的润滑剂种类有哪些?选用时应考虑哪些因素?

第十三章 滚动轴承

● 分析与思考题

13-1滚动轴承共分几大类型?写出它们的类型代号及名称，并说明各类轴承能承受何种载荷(径向或轴向)。

13-2为什么30000型和70000型轴承常成对使用?成对使用时，什么叫正装及反装?什么叫“面对面”及“背靠背”安装?试比较正装与反装的特点。

13-3滚动轴承的寿命与基本额定寿命有何区别?按公式L=(C/P)ε计算出的L是什么含义?

13-4滚动轴承基本额定动载荷C的含义是什么?当滚动轴承上作用的当量动载荷不超过C值时，轴承是否就不会发生点蚀破坏?为什么?

第十四章 联轴器和离合器

● 分析与思考题

14-1联轴器、离合器、安全联轴器和安全离合器有何区别?各用于什么场合?

14-2 试比较刚性联轴器、无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器各有何优缺点?各适用于什么场合?

14-3在下列工况下，选择哪类联轴器较好?试举出一两种联轴器的名称。

(1)载荷平稳，冲击轻微，两轴易于准确对中，同时希望联轴器寿命较长。

(2)载荷比较平稳，冲击不大，但两轴轴线具有一定程度的相对偏移。

(3)载荷不平稳且具有较大的冲击和振动。

(4)机器在运转过程中载荷较平稳，但可能产生很大的瞬时过载，导致机器损坏。

14-3十字轴万向联轴器适用于什么场合?为何常成对使用?在成对使用时如何布置才能使主、从动轴的角速度随时相等?

14-4在联轴器和离合器设计计算中，引人工作情况系数KA是为了考虑哪些因素的影响？

14-5选择联轴器类型时，应当考虑哪几方面的因素?

14-6牙嵌离合器和摩擦式离合器各有何优缺点?各适用于什么场合?

●

第十五章 轴

● 分析与思考题

15-1何为转轴、心轴和传动轴?自行车的前轴、中轴、后轴及脚踏板轴分别是什轴?

15-2 试说明下面几种轴材料的适用场合：0235-A，45，1Crl8Ni9Ti，Qr600-2， 40CrNi。

15-3轴的强度计算方法有哪几种?各适用于何种情况?

15-4按弯扭合成强度和按疲劳强度校核轴时，危险截面应如何确定?确定危险截面时考虑的因素有何区别?

15-5为什么要进行轴的静强度校核计算?这时是否要考虑应力集中等因素的影响?

15-6经校核发现轴的疲劳强度不符合要求时，在不增大轴径的条件下，可采取哪些措施来提高轴的疲劳强度?

15-7何谓轴的临界转速?轴的弯曲振动临界转速大小与哪些因素有关?

15-8什么叫刚性轴?什么叫挠性轴?设计高速运转的轴时，应如何考虑轴的工作转速范围?

第五篇 其他零、部件

第十六章 弹簧

● 分析与思考题

16-1 弹簧主要有哪些功能?试分别举出几个应用实例。

16-2弹簧制造时采用冷卷或热卷与弹簧丝直径有何关系?冷卷或热卷后的热处理方法有何区别?

16-3什么是弹簧的特性曲线?它与弹簧的刚度有什么关系?定刚度弹簧和变刚度弹簧的特性曲线有何区别?

16-4圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧受载时，弹簧丝截面上的应力最大点在什么地方?最大应力值如何确定?为什么要引入曲度系数K?

16-5弹簧的旋绕比C是如何定义的?设计弹簧时，C值的取值范围是多少?C值过大或过小有何不利?

16-6弹簧强度计算和刚度计算的目的是什么?影响圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧强度和刚

度的主要因素有哪些?

16-7在设计承受变载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧时，按什么载荷进行设计计算，并需要做哪几方面的验算?

16-8圆柱螺旋扭转弹簧受载时，弹簧钢丝内产生什么应力?其应力最大值的位置如何确定?

16-9已知圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的外载荷为F，试分析只增大弹簧钢丝直径d、有效圈数n、中径D三者之一时，弹簧变形是增大还是减小。

16-10现有两个圆柱螺旋拉伸弹簧，若它们的材料、弹簧钢丝直径、弹簧中径、端部结构等完全相同，仅有效圈数不同，试分析它们的强度、刚度大小有何不同。

16-11当圆柱螺旋压缩弹簧有可能失稳时，可采用哪些措施防止失稳?

16-12在什么情况下要对弹簧进行振动验算?为了使弹簧正常工作，弹簧的工作频率与弹簧基本自振频率间有何关系?若振动验算不合格时应如何修改设计?

第十七章 机座和箱体简介

● 分析与思考题

第十八章 减速器和变速器

● 分析与思考题

18-1 分流式两级圆柱齿轮减速器有哪两种分流方式?哪种分流方式性能较好?

18-2 在圆锥齿轮和圆柱齿轮组成的减速器中，哪种齿轮传动应位于高速级?为什么?

18-3 在单级蜗杆减速器中，在什么情况下应选用上蜗杆结构?在什么情况下应选用下蜗杆结构?为什么?

18-4 在蜗杆传动和齿轮传动组成的减速器中，通常什么传动应位于高速级?为什么?

18-5 机械式有级变速器有哪几种类型?

18-6 机械式无级变速器是如何实现无级变速的?能否保证传动比为定值?

18-7 什么是摩擦轮传动的几何滑动?举例说明哪种摩擦轮传动无几何滑动，哪种有几何滑动。摩擦轮传动的主要失效形式是什么?

离合器的许用压力[p]与哪些因素有关?为什么？