机械设计复习考试题及答案.docx
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机械设计复习考试题及答案
第三章强度
1.①零件的应力变化规律（工作应力增长规律）通常分为几种？
②并
对每种举出一个实例。
③工程设计中难以确定应力变化规律时，可采
用何种类型？
1分为简单加载（r二常数，或a/m二常数），复杂加载（m=常数及min=常数）
2r二常数：
转轴弯曲应力；
m=常数：
车辆减振弹簧
min二常数：
气缸盖螺栓
3难以判定类型时，一般按r二常数处理。
2.在图示某零件的许用极限应力图中，A'E'S为疲劳极限曲线，M为
零件的工作应力点，下列三种情况下的极限应力点分别为：
a）应力循环特性r二常数时M3点；
b）平均应力m=常数时Mi点；
C）最小应力min二常数时M2点。
3.如图所示，试分析图中AB、C三点是否能安全工作或者发生何种
破坏（按简单加载情况，即r=m，^max二常数）
凫
0E
A点：
安全；B点：
疲劳破坏；C点：
塑性变形；
（对应于B、C点的疲劳应力为B、C；BC分别位于疲劳安全区
和塑性安全区外；A点位于安全区内）
4•试在下列极限应力图上分别标出三种不同加载情况下的疲劳安全区及塑性安全区。
5.已知塑性材料的极限应力图如下：
试在图上标出：
1）对称循环疲劳极限1；2）屈服极限s；3）脉动循环疲劳极限0；4）arctan。
计算题
1.某受稳定弯曲变应力作用的轴类零件，最大工作应力
已知材料的对
0700MPa，
max400MPa，最小工作应力min100MPa称循环疲劳极限1450MPa，脉动循环疲劳极限屈服极限S800MPa。
1）试绘出材料的按折线简化的极限应力图；
2）在简化极限应力图上标明工作应力点M
3）说明该零件可能的失效形式（简单加载）。
解：
1）折线ABES
m/MPa
2〕工作应力点M
max
400
min
100
150MPa
250MPa
M150,250）
3）M点位于疲劳安全区，可能的失效形式为疲劳破坏。
2.某零件受稳定交变弯曲应力作用，最大工作应力max180MPa，最小工作应力min150MPa，屈服极限S240MPa，对称循环疲劳极限1180MPa，脉动循环疲劳极限0240MPa，略去危险截面处应力集中系数等影响，
试求：
（1）作极限应力图；
（2）材料特性系数（等效系数）值;
（3）安全系数S值
解：
1）.作极限应力图，见图:
tan
18L2400.5
240
材料特性系数：
表示材料对循环不对称性的敏感程度，材料强度越高，其值越大。
3）.S：
延长0M导M（极限应力点），由直线SM方程:
xys240；
直线0M方程：
$
15
1/11，联解:
x=220，y=20
x
165
20
22020
所以S——
1.33
15
16515
由作图法
:
（r二常数）
S
0M
MG
201.33
0M
MH
15
3.一个由40Cr制成的零件，其力学性能如下：
屈服极限
s550MPa，对称循环疲劳极限1320MPa，脉动循环疲
劳极限0540MPa，已知最大工作应力max185MPa，最
小工作应力min75MPa，r=常数，综合影响系数K2，试绘制该零件的许用极限应力图（折线图），并用作图法计算它的安全系数，指出该零件可能发生的破坏形式。
解：
（1）许用极限应力图
320
A（0,1/K）:
A（0,药160）
B（o/2,o/2K
540
）:
B（y270,135）
许用疲劳极限曲线为
ABES折线
（2）计算安全系数
（3）可能发生的破坏形式：
疲劳断裂。
第五章螺纹连接
一、判断
01.一个双线螺纹副，螺距为4mm则螺杆相对螺母转过一圈时，它们沿轴向相对移动的距离应为4mm。
（F）
02.三角形螺纹由于当量摩擦系数大，强度高，所以是常用的连接螺纹。
（T）
03.设计外载荷是轴向变载荷的紧螺栓连接，除考虑螺栓的静强度外，还必须验算其疲劳强度。
（T）
04.普通螺栓连接的强度计算，主要是计算螺栓的剪切强度。
（F）
05.对受轴向变载荷的普通螺栓连接适当增加预紧力可以提高螺栓的抗疲劳强度。
（T）
06.受横向载荷的螺栓组连接中的螺栓必须采用有铰制孔的精配合螺栓。
（F）
07.受轴向载荷的紧螺栓连接的螺栓所受的总拉力是预紧力与工作拉力之和。
（F）
08.在受轴向变载荷的紧螺栓连接中，使用柔性螺栓，其主要作用是降低螺栓的应力幅。
（T）
09.受翻转（倾覆）力矩作用的螺栓组连接中，螺栓的位置应尽量远离接合面的几何形心。
（F）
10.在受轴向变载荷的紧螺栓连接结构中，在两个被连接件之间加入橡胶垫片，可以提高螺栓疲劳强度。
（F）
、选择
1.常见的连接螺纹是C。
A.左旋单线B.右旋双线C.右旋单线D.左旋双线
2.相同公称尺寸的三角形细牙螺纹和粗牙螺纹相比，因细牙螺纹的螺距小，小径大，故细牙螺纹的___B。
A.自锁性好，钉杆受拉强度低B.自锁性好，钉杆受拉强度高
C.自锁性差，钉杆受拉强度高D.自锁性差，钉杆受拉强度低
（强度——指螺纹杆的承载能力。
）
3.用作调节或阻塞的螺纹，应采用__D___。
A.三角形粗牙螺纹B.矩形螺纹C.锯齿形螺纹D.三角形细牙螺纹
4.标注螺纹时___A___。
A.右旋螺纹不必注明B.左旋螺纹不必注明
C.左、右旋螺纹都必须注明D.左、右旋螺纹都不必注明
5.连接用的螺母、垫圈的尺寸（型号）是根据螺栓的__C选用的。
A.中径d2B.小径diC.大径dD.钉杆直径
6.管螺纹的公称直径是指___D___。
A.螺纹的外径B.螺纹的内径C.螺纹的中径
D.管子的内径
三、填空
1.普通螺栓的公称直径为螺纹___大___径。
2.用于薄壁零件连接的螺纹,应采用三角形细牙螺纹
3.受单向轴向力的螺旋传动宜采用矩形齿纹。
4.普通三角形螺纹的牙型角为60。
5.常用连接螺纹的旋向为右。
6.图示板A用4个铰制孔用螺栓固定在板B上，受力为F,则4个螺栓中
受力最大为3。
_—■—一-____
rsi$
洽4
试改正下图中的错误结构（另画出一正确结构图即可）
四、简答
1.常用螺纹的主要类型有哪些？
其主要用途是什么？
常用螺纹的主要类型有普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹。
前两种主要用于连接，后三种主要用于传动。
2.与粗牙螺纹相比，细牙螺纹有什么特点？
公称直径相同时，细牙螺纹的螺距小，因而细牙螺纹小径较大，升角和导程较小，细牙螺纹强度较高，自锁性较好，多应用于薄壁零件，或受变载、冲击及振动的连接中。
3.管螺纹的公称直径是指什么直径？
为什么管子上的螺纹通常采用细牙螺纹或圆锥螺纹？
管螺纹的公称直径指管子的通径（内径）。
管螺纹采用细牙螺纹主要是考虑薄壁。
管螺纹采用圆锥螺纹主要是保证紧密性，无需填料，密封简单。
4.按螺纹的旋向不同，螺纹分为哪几种？
如何判别螺旋的旋向？
要求各画一简图。
按螺纹的旋向不同，螺纹分为右螺纹和左螺纹。
使外螺纹轴线铅垂，观察其螺纹方向，向右向上者为右螺纹，向左向上者为左螺纹。
简图如下。
右旅尢施
5.螺纹连接主要有哪几种类型？
试简述其特点及适用场合。
（不要求画图。
）
1.）螺栓连接
螺栓穿过被连接件的钉孔再用螺母锁紧。
无需在被连接件上切制螺纹，构造简单，装拆方便，适用于被连接件不是很厚可制通孔的场合。
2.）螺钉连接
不用螺母而将螺钉穿过被连接件之一的通孔，再旋入另一被连接件的螺纹孔中。
它用于被连接件之一较厚不宜穿通的场合，但这种连接不宜用于经常装拆的地方，以免损坏被连接件的螺纹孔。
3.）双头螺柱连接
双头螺柱座端穿过被连接件之一的通孔并旋入和紧定在被连接件之一的螺纹孔中，另一端用螺母拧紧。
用于受结构限制、不能用贯穿螺栓而又常需装拆的场合。
4.）紧定螺钉连接
将螺钉旋入被连接件之一的螺纹孔中，其末端顶住另一被连接件
的表面或顶入相应的坑中以固定两个零件的相互位置，并可传递不大的力或转矩
五、计算题
01.图示某机构上的拉杆端部采用普通螺纹连接。
已知拉杆所受最
大载荷F=16kN,载荷很少变动。
螺钉和拉杆材料为Q235钢，屈服极限S240MPa，试确定拉杆螺纹的最小直径（安全系数可取
SS1.6）。
许用拉应力
松连接，拉杆螺纹小径
11654mm
02.图示轴承盖用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s240MPa,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
Ss4，求螺栓所需最小直径。
4个螺钉，z=4,每个螺钉的工作载荷F=FQZ=10400/4=2600N
剩余预紧力F=0.4F=0.42600=1040N
故得螺钉中总拉力F0FF260010403640N
按强度条件，螺栓小径
03.图示吊钩起重量W20kN,吊钩材料为Q235,S400MPa,
起重用，取安全系数SS5，试求吊钩螺纹部分所需最小直径。
Ss5
螺栓受拉力F=W20kN
r
[4__20000J17.841mm
.V80
04:
板A用5个普通螺钉固定在机座B上，已知板与机座间摩擦系数
=0.15,防滑系数（可靠性系数）Kf=1.2，螺钉许用应力60MPa,
试指出哪个螺钉是危险螺钉？
并按强度计算该螺钉联接中螺钉所需的小径（或计算直径）尺寸
1）将力向形心简化：
Fq=2000N;
M=Fq900=2000900=18105Nmm
2）Fq使每一个螺钉产生作用力
Fr1Fq/52000/5400N
M使每个螺钉产生作用力
Fr2M/4r18105/（4150）3000N
方向如图（中间螺钉Fr20）。
3）第2个螺钉受力最大，为危险螺钉，设其受力为Fr
FrFr1FR240030003400N。
4）F0>KfFR,0.15F01.23400,F027200N
1.3F04/d：
<,41.327200/d12<60,
d127.39mm。
式中：
Fo——预紧力；di——螺纹小径（亦可用计算直径de计算）。
\Fq
第八章带传动
一、填空
1.V带（三角带）传动因为有弹性滑动的影响，其传动比不
恒定。
2.带传动的主要失效形式为_打滑_和—疲劳破坏—。
3.V带（三角带）的截面尺寸越大，则带轮的最小直径应越__大_。
4.限制小带轮的最小直径是为了保证带中弯曲应力不致过
大。
5.当采用张紧轮装置将带张紧时，为了带只受单向弯曲，张紧轮一
般放在—松—边—内—侧，同时张紧轮应尽量靠近—大—轮,以免过分地影响带在小带轮上的包角。
若主要考虑增大包角，则张紧轮应放在靠近___小_轮处的松边外叽
6.为了使V带（三角带）与带轮轮槽更好地接触，轮槽角应__小—
于V带截面的楔角，随带轮直径减小，角度的差值越大。
7.举出三种带轮材料―铸铁，铸钢，铸铝，塑料。
8带传动工作时，带上应力由拉应力、离心应力、
―弯曲应力―三部分组成。
二、判断
1.为了避免打滑，可将带轮上与带接触的表面加工得粗糙些以增大摩擦。
（F）
2.通常V带（三角带）传动的中心距都做成不可调的
3.V带（三角带）传动的效率比平带传动的效率高，所以V带（三角
带）应用更为广泛。
（F）
4.V带（三角带）传动的平均传动比是准确的。
（F）
5.与齿轮传动相比，V带（三角带）传动具有过载保护的优点。
（T）
三、简答1．带传动的设计准则是什么？
带传动的设计准则是：
在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。
2．带传动的打滑经常在什么情况下发生？
打滑多发生在大带轮上还是小带轮上？
当工作载荷超过一定限度时发生打滑。
由于小带轮包角总是小于大带轮包角，故打滑通常发生在小带轮上。
3．带传动为什么要限制其最小中心距和最大传动比？
1）中心距愈小，带长愈短。
在一定速度下，单位时间内带的应力变化次数愈多，会加速带的疲劳破坏；如在传动比一定的条件下，中心距越小，小带轮包角也越小，传动能力下降，所以要限制最小中心距。
2）传动比较大且中心距小时，将导致小带轮包角过小，传动能力下降，故要限制最大传动比。
4.带传动的弹性滑动与打滑的主要区别是什么？
带传动的弹性滑动与打滑的主要区别：
1）弹性滑动是由于带传动在工作时，带受到拉力后要产生弹性
变形，但因紧边和松边的拉力不同，带两边弹性变形也不同，故带与
带轮轮缘之间发生相对滑动；而打滑是由于工作载荷过大，使带传动传递的有效圆周力超过了最大（临界）值而引起的。
2）弹性滑动只发生在带由主、从动轮上离开以前那一部分接触
弧上，而打滑发生在相对于全部包角的接触弧上，即前者静弧0,
后者静弧=0。
3）弹性滑动是带传动正常工作时固有特性，避免不了的，而打滑则使传动失效，应该避免。
四、计算题:
1.已知V带（三角带）传递的实际功率P=7kW带速v=10m/s,紧
边拉力是松边拉力的2倍，试求有效圆周力E和紧、松边拉力Fi、F2
的值。
Fe1000P輕卫700N
v10
FiF2Fe
由题意有：
F12F2
F2700N
3）带的紧边拉力
F12F227001400N
2.单根V带（三角带）传动的初拉力F0=354N,主动带轮的基准
直径ddi=160mm主动轮转速ni=1500r/min，主动带轮上的包角i=
150，带与带轮之间的摩擦系数f=0.485。
求:
1）V带（三角带）紧边、松边的拉力Fi、F2；
2）V带（三角带）传动能传递的最大有效圆周力Fe及最大功率P。
1）带速
2）联解
F1F22F02354708N
FJF2ef
2.618
150
180
F1F2708
F「F23559
F2155286
F1552713
3）V带（三角带）传动能传递的最大有效圆周力Fe
23543.5591397.427N
3.5591
4）V带（三角带）传动能传递的最大功率
PFev/1000（397.42712.566）/10004.994kW
3.一普通V带（三角带）传动，采用A型带，两个带轮的基准直径分别为125m和250mm初定中心距a）=450mrn据此，初步求得带长=1498mm试：
1）按标准选定带的基准长度Ld；
2）确定实际中心距。
附：
A型带的基准长度系列（部分值）
Ld/mm900,1000,1120,1250,1400,1600,1800,2000,…
解：
1）选定V带（三角带）的基准长度Ld=1600mm
2）实际中心距
若选Ld1400mm，则
第九章链
01.
02.
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04.
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07.
08.
09.
10.
与带传动相比，链传动对轴的压轴力比较小。
（T）
推荐链轮最大齿数Zmax<120。
此限制是为了保证链速的均匀性。
链条的节数宜采用偶数。
滚子链可实现比较平稳和无噪声工作传动。
（F）
滚子链传动中，滚子的作用是减轻轮齿的磨损（T）
链传动运动的不均匀性是造成瞬时传动比不恒定的原因
（T）
打滑是链传动的一种失效形式（F）
链传动中两轮轴线的相对位置应A。
A.平行B.相交成一定的角度
C.相交成直角D.成任意角交错
链传动的特点是D。
A.瞬时传动比和平均传动比都是常数
B.瞬时传动比和平均传动比都不是常数
C.瞬时传动比是常数而平均传动比不是常数
D.瞬时传动比不是常数而平均传动比是常数
例设计如图8-18所示的带式运输机传动方案I中的滚子链传动，
已知小链轮转速ni=173.8r/min，传动比i=2.5，传递功率P=
10.04kW,两班制工作，中心距可调节，工作中有中等冲击。
图8-18带式运输机传动方案I
解:
1.选定链轮齿数Zi、乙
初步假设链速0.6m/s
17,取zi=23,Z2=izi=2.5x23=57.5，取Z2=58（<120合适）。
2.根据实用功率曲线，选链条型号
（1）初定中心距a°=40p,链节数Lp为
取Lp=122节。
由于中心距可调，可不算实际中心距
估计，链条链板可能产生疲劳破坏。
由表8-6查得Kz=1.23，由表
8-7查得K=1.0（初取单排链），由图8-16查得Kl=1.07，由表8-5查得Ka=1.3。
该链条在实验条件下所需传递的功率
10.04x1.3
1.23x1.07x1
由图8-14，按Po=9.92kW,n1=173.8r/min，选取链条型号为20A,p=31.75mm且F0与m交点在曲线顶点左侧，确系链板疲劳破坏，估计正确。
3.校核链速
£仙护23x173.8x31.75「门『
v=———==2.12m/s
60x100060x1000
与原假设v=0.6~3m/s范围符合。
4.计算链长和中心距
•卩门叩0=122工引,75=沏5链长L=Lp
中心距
=1281.59^1282mm
中心距调整量
\p=2x3L75=63.5mm
5.计算作用在轴上的压轴力
工作拉力
F=gg=1000x10,04=4736N
v213
计算作用在轴上的压轴力
%1.25^=125x448430=5（505.38N
计算结果：
链条型号20A-1X122GB1243.1-83
6.链轮结构设计从略
第十章齿轮传动
一、判断
1.在渐开线圆柱齿轮传动中，相啮合的大小齿轮在相互接触点的齿面
接触应力是相等的。
（T）
2.设计软齿面圆柱齿轮传动时，应取小齿轮的齿面硬度与大齿轮的齿面硬
度相同。
（F）
3.一对啮合的直齿圆柱齿轮乙=18,乙=44,小轮齿面的接触应力比
较大。
（F）
4.齿轮传动的瞬时传动比随外载荷的变化而变化。
（F）
5.设计圆柱齿轮传动时，应取小齿轮的齿宽小于或等于大齿轮的齿宽。
（F）
6.开式齿轮传动，齿面点蚀是其主要的一种失效形式。
7.开式齿轮传动，齿轮的主要失效形式是磨损。
（T）
8.与带传动、链传动相比，齿轮传动的效率最高。
（T）
9.在一对标准圆柱齿轮传动中，由于模数相同，所以两轮轮齿的弯曲强度也相同。
（F）
10.设计齿轮传动时，同一齿数的直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和锥
齿轮的齿形系数Yfr值是相同的。
（F）
11.一对直齿圆柱齿轮传动，在齿顶到齿根各点接触时，齿面的法向
力£是相同的。
（T）
12.在闭式齿轮传动中，一对软齿面齿轮的齿数一般应互为质数。
（T）
13.影响一对齿轮齿面接触强度的主要尺寸是中心距和齿宽。
（T）
14.在齿根弯曲疲劳强度计算中，只考虑作用于齿根危险截面上的弯
曲应力，其他应力忽略不计。
（T）
15.对于软齿面闭式齿轮传动，若弯曲强度校核不足，则较好的解决
办法是保持di（或a）和b不变，减少齿数，增大模数。
（T）
二、选择
1.对齿面硬度W350HBS勺一对齿轮传动，选取齿面硬度时应使—C_
。
A.小齿轮齿面硬度＜大齿轮齿面硬度B.小齿轮齿面硬度=大齿轮齿
面硬度
C.小齿轮齿面硬度>大齿轮齿面硬度D.小齿轮齿面硬度w大齿轮齿
面硬度
2.两个齿轮的材料、齿宽、齿数相同，第一个齿轮模数m=2mm第二
个齿轮模数m=4mm它们的弯曲强度承载能力B。
A.相同B.第二个比第一个大C.第一个比第二个大D.承载能力
与模数无关
3.标准直齿圆柱齿轮传动，轮齿弯曲强度计算中的齿形系数只决定于__B___。
A.模数mB.齿数zC.齿宽系数dD.齿轮精度等级
4.对普通齿轮传动（精度为7、&9级）轮齿弯曲强度公式是按载荷
作用在B为出发点推导出来的。
A.齿根B.齿顶C分度圆附近D.齿根圆角30切线与轮齿中心线交点
f2
5.公式*>空匚—ZeZh用于直齿圆柱齿轮的_A」
\dUH
A.齿面接触疲劳强度计算B.齿根弯曲疲劳强度计算
C.抗磨损计算D.抗胶合计算
6.选择齿轮精度等级的主要依据是
A。
A.圆周速度B.转速C.传递功率D.传递转矩
7.一对齿轮传动，已知齿数乙力B___。
A.H1>H2B.H1=H2C.H18..圆柱齿轮传动中，在齿轮材料、齿宽和齿数相同的
情况下，当增大模数时，轮齿的弯曲强度C。
A.降低B.不变C.提高D.变化趋向不明确
9.一对相互啮合的渐开线减速齿轮传动，小齿轮齿面硬度>350HBS
大齿轮齿面硬度V350HBS在传递动力—C。
A.小齿轮齿面最大接触应力较大B.大齿轮齿面最大接触应力较大
C.两齿轮齿面最大接触应力相等D.与齿数、材料有关，不一定哪个
大
三、填空
1.在齿轮传动中，主动轮所受的切向力（圆周力）与其转向—相反—，而从动轮所受的切向力（圆周力）与其转向相同
。
2.
在齿轮传动中，大小齿轮互相对应的齿面点的接触应力是
相等的，大小齿轮的齿根最大弯曲应力是
不等
的。
3.
齿轮的主要失效形式有齿面磨损、
齿面点蚀、
胶合、齿面塑性变形、
齿轮折断。
4.在确疋齿轮传动的齿数时，对于闭式传动，应将
乙取得多
些
对于开式传动，应将乙取得少些。
5.
圆柱齿轮校核计算中的齿宽系数，是大
齿轮的齿宽与
小齿轮的分度圆直径之比。
6.齿轮齿面接触强度计算中，不同工况时，齿面接触应力的循环特
性E是脉动循环。
7.软齿面闭式齿轮传动主要失效形式是点蚀，高硬度硬
齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是齿折断。
b
8.圆柱齿轮的齿宽系数d—，齿宽b愈宽，承载能力愈大_，
di
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