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《机械设计习题集》

一、填空题

1．机械是和总称。

2．零件是机械的，而构件是机械的。

3．机械设计中的失效是指　　　　，常见的失效形式有　　　　　　、　　　　　　和　　　　　　　　　。

4．静应力强度计算时，塑性材料的极限应力为，脆性材料的极限应力为，而变应力强度计算时，材料的极限应力为。

4．在静载荷作用下的机械零件，可能产生的是　　　　应力，也可能产生的是　应力。

5．影响零件疲劳强度的因素主要是、

、，且由试验知只对影响。

6．对高强度钢制造的零件，必须特别注意减少和。

7．按摩擦状态不同，摩擦可分为、、

、四种。

8．图示板A用4个铰制孔螺栓固定在板B上，受力F，其中螺栓

受力最大。

或者

9．用于连接的螺纹应采用螺纹，其原因。

10．受轴向工作载荷的紧螺栓连接，螺栓和被连接件的刚度分别为CL和CT,其预紧力QP，则残余预紧力为。

10．拧紧螺母时，螺栓的横截面产生应力和应力。

11．变载荷下工作的紧螺栓连接，当螺栓总拉力F。

不变的情况下，减小螺栓长度而不改变直径，螺栓的应力幅将，其连接强度将。

12．螺纹联接防松的关键是，按工作原理，主要分为防松、防松和防松。

13．对于承受变载荷的受拉螺栓连接，在工作载荷和残余预紧力不变的情况下，通过和可以达到减小应力幅的目的。

14．平键连接的主要失效形式为。

15．键连接中，　　　　　和　　　　　用于动连接。

当轴向移动距离较大时，宜采用　　　　　　，其失效形式为。

16．在平键连接中，静连接应验算强度，动连接应验算

强度。

17．齿轮的齿面接触疲劳强度计算通常以为计算点。

18．计算齿轮强度时引进的寿命系数ZN和YN的原因是

。

19．有一对直齿圆柱齿轮传动m＝4，Z1＝25，Z2＝75；若另一对齿轮

m＝2，Z1＝50，Z2＝150，当两对齿轮齿宽及其它条件相同时，则两对齿轮的接触强度；弯曲强度。

20．齿形系数YFa是表示；它的大小与有关，与无关，YFa越小，抗弯强度越。

21．为防止齿轮轮齿疲劳折断，除进行齿根弯曲疲劳强度计算外，还可采取的两种措施是：

和

。

22．在圆柱齿轮传动中，齿轮直径不变而减小模数，则轮齿的弯曲强度，接触强度将；传动平稳性将。

23．一对齿轮啮合，齿面接触应力，齿根弯曲应力。

24．设计一对圆柱齿轮传动时，通常把小齿轮的宽度做得比大齿轮宽一些，其主要原因是。

25．设计某减速器齿轮传动（齿面硬度HBS≤350），则该齿轮应按

设计，按校核。

26．在一个减速器中，有一对齿轮的齿面硬度HBS＞350，其主要失效形式是；其设计准则是

。

27．斜齿圆柱齿轮传动螺旋角常用的范围是，螺旋角太小则

，螺旋角太大则。

28．斜齿圆柱齿轮传动中，螺旋角β过小，会使得，β过大又会使得；在设计过程中，β的取值应为；两齿轮的可通过调整β来圆整。

29．在圆柱蜗杆传动的参数中，、和为标准值，、必须取整数。

30．在蜗杆传动中，规定特性系数q（或选刀系数）主要是为了

。

31．阿基米德蜗杆传动正确啮合条件是、

和。

32．带传动工作时受、和应力，最大应力发生在。

当时会产生打滑现象，该现象一般发生在。

33．V型带传动的传动比随的变化而变化。

34．带传动正常工作时传动比不恒定的原因是由于，带传动的主要失效形式是和，故设计准则是

。

35．带传动的弹性滑动是由产生的，可引起、

等后果，可以通过来降低。

36．带传动的设计准则是。

37．带传动中，限制小带轮的最小直径是因为，限制带传动过大的传动比是因为。

38．选择V型三角带型号的依据是和。

39．V型带传动设计中最后算出的中心距a与初选中心距a。

不一致，这是由于。

40．套筒滚子链传动具有和，因此一般用于低速级传动。

41．根据载荷性质的不同，轴可分为、和。

42．在轴的结构设计中，起定位作用的轴肩处的圆角半径应该轴配合轮毂孔的倒角。

该段轴的长度应比轮毂长度2～3mm。

43．按弯扭组合应力校核轴的强度时，当量弯矩的计算中α是根据

而引入的应力折合系数；对于不变的转矩，α＝；对于对称循环的转矩，α＝。

44．对于单向运转的转轴，进行疲劳强度校核时，其弯曲应力应按

循环应力考虑；而扭转剪应力通常按循环应力考虑。

45、7309C轴承的精度等级是；类型是；

直径及宽度系列是；轴承内径是。

46．与滚动轴承7118相配合的轴颈尺寸是mm。

47．从手册中查出某滚动轴承的基本额定动载荷值为：

C＝38500N，其含义是。

48．滚动轴承的基本额定寿命是指。

基本额定动载荷是表示。

49．在基本额定动载荷作用下，滚动轴承可以工作转而不发生点蚀失效，其可靠度为。

50．载荷一定的角接触球轴承当工作转速由850r/min下降为425r/min时，其寿命是原来的。

51．轴的支承结构型式有三种、、和。

52．滚动轴承预紧的目的是；预紧结构的原则是。

53．滚动轴承常用密封方法有和两种。

54．设计联轴器时，在确定类型后，选择具体型号应考虑：

、

、。

二、判断题

1．机械是机构和机器的总称。

（）

2、静载荷既可以产生静应力，也能产生变应力。

（）

3、三角形螺纹由于具有自锁性所以常用于联接螺纹。

（）

4、双头螺柱联接用于两个被联接零件之一较厚且经常拆装的场合下。

（）

5．一个零件也可以是一个构件。

（）

6．细牙普通螺纹，牙细不耐磨，容易滑扣，所以自锁性能不如粗牙普通螺纹。

（）

7．采用加厚螺母是提高螺纹联结强度的一个有效办法。

（）

8、螺钉联接用于两被联接零件之一较厚且不能经常拆装的场合下。

（）

9、三角形螺纹比矩形螺纹的传动效率高。

（）

10、梯形螺纹由于传动效率高常用于传动螺纹。

（）

11、平键联接不能够实现轴和轴上零件的周向固定（）。

12、平键连接一般应按不被剪断而进行剪切强度计算。

（）

13、半圆键联接不能实现轴上零件的周向固定。

（）

14、疲劳点蚀是软齿面齿轮的主要失效形式，原因是节点处

最大。

（）

15、齿轮传动设计时，直齿轮的中心距可以圆整成整数。

（）

16、传动比不等于1的一对齿轮传动，两齿轮齿面接触应力不等。

（）

17、齿形系数

表示轮齿几何形状对抗弯能力的影响系数。

（）

18、圆锥齿轮传动中，两齿轮的圆周力与轴向力互为作用力与反作用力。

（）

19、在蜗杆传动比公式

中，蜗杆头数z1相当于齿轮的齿数，故传动比也可以表示为

。

（）

20．为了提高蜗杆轴的刚度，应提高蜗杆轴的直径系数q。

（）

21、蜗杆传动中，蜗杆与蜗轮的径向力与轴向力互为作用力与反作用力。

（）

22、蜗杆传动中蜗杆与蜗轮的旋向相反。

（）

23、带传动中，为防止打滑，常将它放在多级传动的高速级上，并且紧边在下、松边在上。

（）

24、在传动系统中，带传动往往放在高速级是因为它可以传递较大的扭矩。

（）

25．V型带的公称长度是指它的内周长。

（）。

26、弹性滑动是带传动的固有现象，不可避免。

（）

27．在一定的转速下，想要减小链传动的运动不均匀性，在设计时应选择较小节距的链。

（）

28．链传动设计要解决的一个主要问题是消除其运动的不均匀性。

（）

29、起定位作用的轴肩处的圆角半径应小于轮毂孔的圆角半经或倒角。

（）

30．承受弯矩的转轴容易发生疲劳断裂，是由于其最大弯曲应力超过材料的强度极限。

（）

31．当零件的尺寸由刚度条件决定时，为了提高零件的刚度，应选用高强度合金钢制造。

（）

32．轴的计算弯矩最大处可能是危险截面，必须进行强度校核。

（）

33、按扭转强度式计算的轴径是轴最细处的轴径。

（）

34、采用滚动轴承轴向预紧措施的主要目的是提高支承刚度和旋转精度。

（）

35、滚动轴承装拆时，装拆力应施加于外圈端面上。

（）

36、滚动轴承内圈与轴颈配合为基孔制、过盈配合。

（）

37、滚动轴承外圈与轴承座孔的配合为基轴制。

（）

38、联轴器、离合器都是用于接合、分离两轴，应用完全相同。

（）

39、刚性可移式联轴器不具有位移补偿能力。

（）

40、选择联轴器的型号应主要考虑轴的直径、轴的转速和计算转矩。

（）

三、简答题

1．简述提高机械零件疲劳强度的措施有哪些？

2．常用的联接螺纹为什么采用三角形螺纹？

而梯形螺纹则用于传递动力和运动？

3．图示两种传动方案中，哪种方案较合理？

试分析说明原因。

4．简述带传动中的弹性滑动和打滑的异同点。

5．简述带传动产生弹性滑动的主要原因，它会引起什么后果？

6．圆柱齿轮设计中，齿数和模数的选择原则是什么？

7．简述齿轮传动的主要失效形式及其设计计算准则。

8．简述齿轮传动中，为什么两齿轮齿面要有一定的硬度差？

9．某一普通V带传动装置工作时可有两种输入转速：

300r/min和600r/min，若传递的功率不变，试问：

该带传动应按哪一种转速设计？

为什么？

10．螺纹连接的防松方法，按其工作原理可分为哪几种？

针对每一种试举一例。

四、综合分析题

1．如图传动系统中，1、5为蜗杆，2、6为蜗轮，3、4为斜齿轮，7、8为直齿圆锥齿轮。

已知蜗杆1为主动，锥齿轮8转动方向如图。

（1）斜齿圆柱齿轮3、4和蜗轮2、6的旋向；

（2）标注出蜗杆1的转动方向；

（3）标出Ⅱ轴上各齿轮的受力图。

2．图示为一手动绞车的传动示意图，（斜齿轮－蜗杆传动），重物Q；钢丝绳绕在D＝200mm的卷筒上，卷筒与蜗轮4联为一体。

已知斜齿轮的传动比i12＝3，蜗杆传动的传动比i34＝50，设蜗轮传动的效率η＝0.4，其余功率损失忽略不计。

（1）已知蜗杆3旋向如图，试确定蜗轮的旋向；

（2）提升重物时，在轴1上用箭头表示出手柄的转动方向；

（3）为使轴Ⅱ上的轴向力最小，在图示画出两个斜齿轮的旋向；

（4）提升重物时，在图中标出蜗杆3所受各力的方向；

※（5）若Q＝21KN，要匀速提升重物，则加在手柄上的切向力F至少需要多大？

3．用图示传动装置提升重物，试分析确定：

（1）为使轴Ⅱ上蜗杆的轴向力Fa4与斜齿轮的轴向力Fa3部分抵消，试确定蜗杆、蜗轮和各斜齿轮的旋向；

（2）标出轴Ⅱ上各啮合点处作用力；

（3）在图中标出斜齿轮、蜗杆及电机的转向。

4、在图示轮系中，已知轴1的转向，1、2为一对锥齿轮，3、4为一对斜齿轮，5、6为蜗杆传动，蜗轮6上悬挂一重物。

现要重物上升，且要轴Ⅲ上的轴向力能相互抵消一部分。

（1）确定Ⅱ、Ⅲ轴的转向；

（2）确定3、4、5、6齿轮的旋向；

（3）画出Ⅲ轴上各齿轮的受力方向。

5．图示为某直齿圆锥－斜齿轮二级减速器简图，此减速器用于重载、中速。

其输入轴I轴的转向如图所示。

试问：

（1）此减速器中斜齿轮宜选齿面为宜，轮齿材料可以是，轮齿的主要失效形式为，故先按设计计算，求出参数，再按校核。

（2）请在简图上画出有利于改善轴II轴向受力情况的各斜齿轮的旋向。

（3）在图上画出锥齿轮2、斜齿轮3在啮合点处所受各分力的方向。

6．图示为提升重物的传动装置，蜗轮旋向为左旋。

试分析：

（1）、为使轴II所受轴向力最小，试在图中画出各斜齿轮的轮齿旋向和蜗杆的旋向。

（2）、画出轴II上各齿轮在啮合点处的径向力、轴向力和圆周力的方向。

（3）、若斜齿轮采用软齿面齿轮传动，试述其设计准则。

（4）、按承载性质进行分类时，II轴属于那种类型，简述其设计步骤。

7．图示为某两级斜齿轮减速器简图，此减速器用于重载、有冲击处。

其输入轴I轴转速较高，转向如图所示。

斜齿轮1的螺旋角为15º，左旋。

试问：

1）此减速器斜齿轮宜选齿面为宜，轮齿的主要失效形式为，故先按设计计算，求出参数，再按校核。

2）请在简图上画出有利于改善轴II轴向受力情况的各个齿轮的旋向。

3）在图上画出齿轮3指定点A的受力图。

8、图示为二级减速器，已知轴I为输入轴，轴

Ⅲ为输出轴且转向如图所示，为使II轴的轴向力尽可能小，试求：

1、试在图中画出斜齿轮的轮齿旋向和各轴转向

2、画出齿轮2、3在啮合点处的径向力、轴向力和圆周力的方向。

3、若齿轮采用软齿面齿轮传动，试述其设计准则。

4、按承载性质进行分类时，II轴属于那种类型，简述其设计步骤。

五、计算题

1．一转轴受规律性非稳定对称循环变应力如图所示，转轴工作的总时间t=300h，转速n=150r/min，材料为40Cr调质，硬度为200HBS，-1=388MPa，（K）D=2.7。

[S]=1.3，循环基数N0=107,m=9。

求寿命系数KN，转化为等效稳定变应力时的疲劳极限-1e和实际安全系数S，轴的强度是否满足要求？

2．一零件用合金钢制成，其危险截面上的最大工作应力max=240MPa，最小工作应力min=-40MPa，该合金钢的机械性能-1=450MPa，s=800MPa，=0.1，b=900MPa。

零件危险截面的系数为K=1.3，=0.78，=1，要求：

（1）绘制材料的简化极限应力图；

（2）求极限值

，

，

；

（3）取[s]=1.3，校核此轴是否安全。

3．45钢经调质后的性能为σ-1=307MPa,m=9,No=5×106,以此材料作试件

进行实验,先以对称循环变应力σ1=500MPa作用104次，再以σ2=400N/mm2作用于试件，求还能循环多少次才会使试件破坏。

（要点分析：

这是属于不稳定变应力作用下的疲劳强度计算问题，应根据疲劳损伤累积假说（Miner定理）进行计算：

。

4．一个受弯曲稳定变应力作用的轴类零件，最大工作应力σmax＝400MPa，最小工作应力σmin＝－100MPa，已知材料的对称循环疲劳极限σ－1＝450MPa，脉动循环疲劳极限σo＝700MPa，屈服极限σs＝800MPa，

试求：

（1）绘制材料的简化极限应力图；

（2）在简化极限应力图上标明工作应力点N；

（3）说明零件可能的失效形式。

5．液压缸盖螺栓组选用6个Ｍ16的螺栓。

若已知螺栓的小径d1=13.835ｍｍ，螺栓材料许用拉应力[]=110Mpa,液压缸直径D=150mm，液压缸压强p=2Mpa，预紧力Qp=11000N，螺栓的相对刚度KL=0.8，进行下列计算：

（1）、求单个螺栓所受的工作载荷Q、总拉力Q0和被联接件间的残余预紧力Qp’；；

（2）、校核螺栓的强度是否满足；

（3）、按比例画出螺栓与被联接件间的受力变形图，并在图中标出螺栓和被联接件的初始变形量L，T和Qp，Q，Qp’，Q0。

6．图示一起重机卷筒，钢丝绳起重量W＝60000N，利用双头螺柱夹紧产生的摩擦力矩使转矩由齿轮传到卷筒上。

由8个螺柱均匀分布在直径D＝500mm的圆周上。

连接件接触面间的摩擦系数为f＝0.12，且希望摩擦力矩比计算值大20％，螺柱材料为6.6级，45钢，控制预紧力，取安全系数〔S〕＝2，试求：

螺柱所需最小直径（或计算直径）。

7．如图所示以厚度=12mm的钢板用四个普通螺栓固联在厚度1=30mm的铸铁支架上，已知载荷F=12000N,L=400mm,=100mm，试确定螺栓的小径的计算值。

已知结合面间的摩擦系数为f=0.15，防滑安全系数kS=1.2，螺栓性能等级4.6，材料普通碳素结构钢，屈服极限s=240MPa，安全系数S=2.2。

8、（在最后一页）

9．图示某转轴两端各用一个30204轴承支承，轴上载荷Fr=1000N，Fa=300N，轴转速为100r/min，载荷系数fp=1.2，常温下工作。

已知：

30204轴承基本额定动载荷C=28.2kN，轴承内部派生轴向力S=R/2Y（Y是A/Re时的轴向系数），e=0.35，A/Re，X=1，Y=0；A/Re，X=0.4，Y=1.7。

求：

1）

两轴承所承受的径向力；

2）两轴承的当量动载荷；

3）危险轴承的寿命。

10．图示一蜗杆轴上正安装一对30208型圆锥滚子轴承，

根据蜗杆轴的受力，求得两支承的径向反力Fr1=2600N,Fr2=2000N,蜗杆转速为n1=960r/min，蜗杆的轴向力FA=1000N，方向如图所示；轴承载荷系数fp=1.1，轴承工作温度＜120°；其它数据为：

e=0.38，Y=1.6；Fa/Fr>e时，X=0.4，Y=1.6；Fa/Fre，X=1，Y=0；派生轴向力Fs＝Fr/2Y；轴承基本额定动载荷C=63kN，ε＝10/3。

试计算：

（1）两轴承承受的当量动载荷；

（2）计算危险轴承的寿命。

11．图示斜齿圆柱齿轮由一对反装的7307AC型滚动轴承支承，

轴转速为n=200r/min，齿轮受到圆周力Ft=1890N,径向力Fr=700N,轴向力Fa=360N，方向如图所示，齿轮分度圆直径d＝188mm,轴承跨距L=200mm,轴承载荷系数fp=1,其它数据为：

S=0.7R；A/R>e时，X=0.41，Y=0.87；A/Re，X=1，Y=0；e＝0.7。

计算：

（1）、两轴承承受的径向力；

（2）、两轴承承受的当量动载荷;

12．某减速器轴上安装有一对30312轴承，查表得该轴承的基本额定动载荷C＝101KN；判别系数e＝0.3，X＝0.4，Y＝2，轴的转速n＝10000r/min，受力如图，已求出两轴承径向反力Fr1＝6000N，Fr2＝8000N，轴向力FA＝1000N，载荷系数fp＝1，试求轴承寿命为多少小时？

13．图示锥齿轮轴，转向如图。

其由一对角接触轴承支承，轴承代号为7210AC，传动时啮合点B所受三个力的大小分别为：

圆周力Ft＝1200N，径向力FR＝415N，轴向力FA＝135N，载荷有轻微冲击；已知：

载荷系数fp＝1.2,e＝0.68，FS＝0.7Fr。

试分析哪个轴承更危险？

14、图示为一12mm厚度的薄板，用三个普通螺栓固定在机架上。

已知R＝6000N，螺栓、板和机架材料许用拉应力〔σ〕＝120MPa，许用剪切应力〔τ〕＝90MPa，

许用挤压应力〔σp〕＝150MPa,板间摩擦系数fc＝0.2，

求：

（1）确定合理的螺栓直径。

（2）如改用铰制孔螺栓，直径怎样变化？

※应如何计算。

六、轴系结构改错题

1、在图中齿轮轴系结构中至少找出10处错误，用序号在图中标出错误所在位置并简要说明错误理由。

轴承为脂润滑。

2、至少找出图中齿轮轴系结构的10处错误，用序号在图中标出错误所在位置并说明错误理由。

3、至少找出图中齿轮轴系结构的10处错误，用序号在图中标出错误所在位置并说明错误理由。

轴承为脂润滑

4、至少找出图中齿轮轴系结构的10处错误，用序号在图中标出错误所在位置并说明错误理由。

轴承为脂润滑。

5、至少找出图中齿轮轴系结构的10处错误，用序号在图中标出错误所在位置并说明错误理由。

6、至少找出图中齿轮轴系结构的10处错误，用序号在图中标出错误所在位置并说明错误理由。

8．图示为刚性联轴器，由6个均布在直径D0＝195mm的圆周上的螺栓连接，联轴器传递的扭矩T＝2600N.mm。

试按下列两种情况校核该螺栓连接的强度。

（1）采用M16的小六角头铰制孔用螺栓，图中方案一所示，螺栓受剪面处直径d0＝17mm，螺栓材料为45钢，其许用剪切应力【τ】＝195MPa，许用挤压应力【σp1】＝300MPa；联轴器的材料为HT250，许用挤压应力【σp2】＝100MPa。

（2）采用M16的普通螺栓，如图示方案二，接合面间的摩擦系数为f＝0.15，螺栓材料45钢，许用拉应力【σ】＝240MPa，螺纹内径d1＝13.835mm,防滑安全系数Kn＝1.2。