机械设计精选题100例.docx

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机械设计精选题100例

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机械设计精选题100例

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第三章机械零件强度

1、某优质碳素结构钢零件，其ss=280MPa，sB=560MPa，s－1=250MPa，工作应力smax=155MPa，smin=30MPa，零件的有效应力集中系数Ks=1.65，尺寸系数es=0.81，表面状态系数b=0.95，等效系数ys=0.30。

如取许用安全系数[S]=1.5，试校核该零件的强度是否足够（为安全起见一般计算屈服强度和疲劳强度两种安全系数）。

2、某零件的工作应力变化如图所示，求最大应力，最小应力，平均应力，应力幅，循环特性r。

3、某零件受稳定交变弯曲应力作用，最大工作应力，最小工作应力，屈服极限，对称循环疲劳极限，脉动循环疲劳极限，略去危险截面处应力集中系数等综合影响系数的影响，试求：

（1）等效系数值

（2）安全系数S值

4、已知材料，，，，，常数，用图解法及计算法求安全系数S。

注：

简化疲劳极限线图采用折线图法。

5、某钢制零件,其，，，。

工作变应力，，零件的有效应力集中系数，绝对尺寸系数，表面状态系数。

要求许用安全系数，常数，校核该零件的强度是否足够。

6、一个由40Cr制成的零件，其力学性能如下：

屈服极限，对称循环疲劳极限，脉动循环疲劳极限，已知最大工作应力，最小工作应力，r=常数，综合影响系数，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。

7、某零件的材料，，，，试画出其简化极限应力图；当工作应力，，试在该图上标出此点K，并说明是否在安全区。

8、某零件受对称循环变应力，其材料在次时，，疲劳曲线方程的指数。

若零件的实际工作情况为：

在下工作次，在下工作，试问若又在下工作，允许工作多少次数？

9、某钢制零件已知材料的极限应力图，其，，，，该零件的有效应力集中系数，尺寸系数，表面状态系数，寿命系数，工作应力的循环特性。

1.试用作图法求当安全系数为1.5情况下的最大工作应力值；

2.该零件过载时的可能破坏形式；

3.绘出工作应力图（图上标出，，，）。

10、有一材料，，在式中，，问当时，疲劳强度，此时会出现什么现象？

是否可按此应力设计。

11、如已知材料的对称循环疲劳极限s-1=240MPa，脉动循环疲劳极限s0＝420MPa，屈服极限sS=570MPa，试画出按折线简化的极限应力图。

如有一应力状态K（sKm，sKa）为已知，其应力变化规律为r＝=常数=0.75，sm＝180MPa，试在极限应力图上标出K点的极限应力点。

12、图示为一塑性材料的简化极限应力图，1）请标出图中点A、B、S的坐标；2）设用该材料制造机械零件，其综合影响系数（Ks）D＝2，则考虑综合影响系数时点A¢、B¢在图上何处，请标出。

13、已知极限应力图中某应力状态C（sCm,sCa）,试在该图上标出C点按三种应力变化（=常数、sm=常数及smin=常数）时的极限应力点。

螺纹连接

14、图示某机构上的拉杆端部采用普通螺纹联接。

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，试确定拉杆螺纹的最小直径（安全系数可取）。

15、图示吊钩起重量W＝20 kN，吊钩材料为5.8级，Q235，，起重用，取安全系数，试求吊钩螺纹部分所需最小直径。

16、刚性凸缘联轴器用6个普通螺栓联接，螺栓均匀分布在D＝155 mm的圆周上，接合面摩擦系数m=0.12，摩擦传力的可靠性系数（防滑系数）。

若联轴器传递的转矩T＝1500 N×m，问每个螺栓预紧力F¢应为多大？

17、图示螺栓联接中，采用两个M16（小径，中径，）的普通螺栓，螺栓材料为45钢，8.8级，，联接时不严格控制预紧力（取安全系数，被联接件接合面间的摩擦系数m=0.2。

若考虑摩擦传力的可靠性系数（防滑系数），试计算该联接允许传递的静载荷FR（取计算直径dc=d1）。

18、一受轴向外载荷F＝1000 N的紧螺栓联接，螺栓的刚度为，被联接件的刚度为，且＝8；预紧力F¢＝1000 N。

试求螺栓中的总拉力和被联接件中的剩余预紧力F²。

19、图示一铸铁吊架用两只普通螺栓固定在梁上。

吊架承受的载荷FQ＝100000N，螺栓材料为5.8级，Q235，，安装时不控制预紧力，取安全系数，取剩余预紧力为工作拉力的0.4倍，试确定螺栓所需最小直径。

20、已知普通粗牙螺纹大径d=24mm，中径，螺距P＝3mm，螺纹副间摩擦系数m=0.15，试求：

1）螺纹升角y；

2）此螺栓能否自锁？

3）若用此螺栓作起重螺杆，起重时的效率h为多少？

21、气缸盖联接结构如图所示，气缸内径D=250mm，为保证气密性要求采用12个M18的螺栓，螺纹内径15.294mm、中径16.376mm，许用拉应力=120MPa，取剩余预紧力为工作拉力的1.5倍，求气缸所能承受的最大压强（取计算直径dc=d1）。

22、刚性凸缘联轴器用6个普通螺栓联接。

螺栓均匀分布在D=100mm的圆周上，接合面摩擦系数m=0.15，考虑摩擦传力的可靠性系数（防滑系数）。

若联轴器传递的转矩T＝150N.m，载荷较平稳，螺栓材料为6.8级，45钢，，不控制预紧力，安全系数取，试求螺栓的最小直径。

23、如图所示的夹紧联接柄承受静载荷FQ＝720N，螺栓个数z＝2，联接柄长度L＝250mm，轴直径，夹紧接合面摩擦系数m＝0.15，螺栓材料为4.6级、Q235钢、，拧紧时不严格控制预紧力，取安全系数,试求螺栓所需最小直径（或计算直径）。

24、图示为一气缸盖螺栓联接预紧时的受力-变形图。

当螺栓再承受F=+2000～+1000N的工作载荷时，试求：

1）螺栓总拉力应如何变化，其最大拉力和最小拉力为多少？

2）螺栓受拉应力循环特性系数是多少？

25、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m=0.15，防滑系数（可靠性系数）Kf=1.2，螺钉许用应力，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。

26、图示方形盖板用4个螺钉与箱体联接，吊环作用10 kN的力，吊环因制造误差，中心O¢与螺栓组形心O偏离，求受力最大的螺栓所受的工作拉力。

27、受轴向力紧螺栓联接，已知螺栓刚度，被联接件刚度，螺栓所受预紧力，螺栓所受工作载荷为F＝4000N。

要求：

1）按比例画出螺栓与被联接件受力-变形图（比例尺自定）。

2）在图上量出螺栓所受的总拉力和剩余预紧力F²，并用计算法求出此二值，互相校对。

3）若工作载荷在0～4000 N之间变化，螺栓的危险截面面积为，求螺栓的应力幅和平均应力（按计算值等求、，不按作图求值）。

用螺栓将板A固定在B上，试确定图示铰制孔用螺栓组联接中受力最大的螺栓所受的力。

28、如图所示气缸内径D＝400mm，蒸汽压力p=0～0.5MPa，采用16个M22普通螺栓联接（螺栓小径，中径，），螺栓均匀分布在的圆周上。

螺栓的相对刚度，联接剩余预紧力为工作载荷的1.5倍。

若螺栓的许用拉应力，许用应力幅，试校核该螺栓组的强度（取计算直径dc=d1）。

29、试改正下图螺钉联接的错误结构。

（另画一正确图即可。

）

30、下图是R．B．Heywood为了提高螺栓联接疲劳寿命设计的～…个结构特点，试说明各自提高寿命的原因。

第6章键、销

31、试校核A型普通平键联接铸铁轮毂的挤压强度。

已知键宽b=18mm，键高h=11mm，键（毂）长L=80mm，传递转矩T=840N×m，轴径d=60mm，铸铁轮毂的许用挤压应力。

32、如图所示，齿轮与轴用普通A型平键联接，轴径d=70mm，齿轮分度圆直径d1=200mm，圆周力，键宽b=20mm，键高h=12mm，键长L=80mm，求键侧挤压应力。

33、钢齿轮与直径d=80mm的钢轴用普通平键B22´100GB1096—90，静联接，键高h=14mm，工作时有冲击，取，求键能传递的最大转矩。

34、电瓶车牵引板与拖车挂钩间用圆柱销联接。

已知，销材料为20钢，许用切应力，许用挤压应力，牵引力F＝15kN，求销的直径d。

（圆柱销直径系列：

…，6，8，10，12，16，20，25，30，40，50）

（牵引板及拖车挂钩材料为45钢。

）

35、用手柄1转动轴2，在手柄与轴之间有f88的孔与轴相配，配合为H7/h6，问：

1）若使轴转动，应在B处装一销还是应在A、B两处各装一销？

2）设销的许用切应力，求销的直径，销的数目按你上面的决定。

36、分别用箭头指出工作面，并在图下方标出键的名称。

第8章带传动

37、单根V带（三角带）传动的初拉力F0＝354N，主动带轮的基准直径dd1=160mm，主动轮转速n1=1500r/min，主动带轮上的包角a1＝150°，带与带轮之间的摩擦系数m=0.485。

求：

1）V带（三角带）紧边、松边的拉力F1、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。

38、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Fe和紧边拉力F1的值。

39、单根V带（三角带）传递的最大功率P＝4.82kW，小带轮的基准直径dd1=180mm，大带轮的基准直径dd2=400mm，小带轮转速n1=1450r/min，小带轮上的包角a1＝152°，带与带轮的当量摩擦系数m=0.25。

试确定带传动的有效圆周力Fe、紧边拉力F1和张紧力F0。

附：

e=2.718。

40、一开口平带减速传动，已知两带轮基准直径为dd1=150mm和dd2=400mm，中心距a=1000mm，小轮转速n1=1460r/min，试求：

1）小轮包角；

2）不考虑带传动的弹性滑动时大轮的转速；

3）滑动率e=0.015时大轮的实际转速。

41、带传递最大功率P＝4.7kW，小带轮基准直径dd1=200mm，小带轮的转速n1=1800r/min，小带轮包角a1=135°，摩擦系数m=0.25，求紧边拉力F1和有效拉力Fe（带与轮间的摩擦力已达到最大摩擦力）。

42、某带传动装置，主、从动轴平行且轴心距a=1000mm，主动轮传递功率为10kW、转速n1=1200r/min、基准直径dd1=300mm，从动轮转速n2=400r/min，带的厚度忽略不计，摩擦系数m=0.2，设此时有效拉力已达最大值。

试求从动带轮基准直径dd2，带速v，各轮上包角a1、a2及作用于紧边上的拉力F1（不计弹性滑动的影响）。

43、根据初拉力F0、包角a、当量摩擦系数mv求得C型带基准长度Ld＝1600mm，根数z＝3的普通V带传动的极限总摩擦力åF＝2000N。

当带速v＝7m/s时要求传递功率Pc＝15kW，问此传动能否正常工作？

若不能正常工作，可采取哪些措施使传动能正常工作？

（答出二种即可）

44、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125mm和250mm，初定中心距a0=450mm。

据此，初步求得带长Ld0＝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/mm：

900，1000，1120，1250，1400，1600，1800，2000，…

45、有一V带（三角带）传动，测量主动轮外径da1=190mm，从动轮外径da2=720mm，主动轮转速n1=940r/min，从动轮转速n2=233r/min，V带型号为B型，试求：

1）传动比；

2）滑动率e（外径，B型带ha=5mm）。

46、有一A型V带（三角带）传动，主动轴转速n1=1480r/min，单位长度质量q=0.006kg/m，从动轴转速n2=600r/min，传递的最大功率P＝1.5kW，带速v=7.75m/s，中心距a=800mm，当量摩擦系数m=0.5，求带轮基准直径dd1、dd2和初拉力F。

附：

e=2.718。

47、以下四种情况采用的是同样的V带（三角带）传动，初拉力相同，张紧方式不同，哪种情况带可能先断？

为什么？

并按寿命由长到短排出这四种传动的顺序。

第9章链传动

48、已知链节距p＝19.05mm，主动链轮齿数z1=23，转速n1=970r/min。

试求平均链速v。

49、一滚子链传动，已知传动比i=2.78，z2=47，小链轮分度圆直径d1=86.395mm，链的长度L＝1778mm，求链节数Lp。

50、单列滚子链水平传动，已知主动链轮转速n1=970r/min，从动链轮转速n2=323r/min，平均链速v＝5.85m/s，链节距p=19.05mm，求链轮齿数z1、z2和两链轮分度圆直径。

51、单列滚子链水平传动，已知主动链轮转速n1=965r/min，从动链轮转速n2=350r/min，平均链速v＝3.47m/s，链节距p=12.7mm，求链轮齿数z1、z2和两链轮分度圆直径。

52、已知主动链轮转速n1=965r/min，传动比i=2.76，从动链轮分度圆直径d2=190.12mm，从动链轮齿数z2＝47，试计算平均链速。

53、图示链传动，小链轮1按什么方向旋转比较合理（在图中标出）？

并说明原因。

第10章齿轮传动

54、一对斜齿圆柱齿轮传动，由强度设计得：

mn=3.5mm,，z1=25，z2=76,b=10°54¢16²。

已知传递的功率P1＝75kW，转速n1=730r/min。

求从动轮所受各分力（忽略摩擦损失），并在图中示出各分力的方向。

55、手动起升装置，采用两级开式齿轮传动。

已知：

z1＝z3＝20，z2＝z4＝60，手柄长度L＝250mm，人手最大作用力F＝150N，卷筒直径D＝500mm，开式齿轮效率hk＝0.96，轴承效率hc=0.98，求最大起重量W。

56、图示两级斜齿圆柱齿轮减速器。

已知轮1的螺旋线方向和=3\*ROMANIII轴转向，齿轮2的参数mn=3mm，z2=57，b=14°，齿轮3的参数mn=5mm，z3=21。

求：

1）使=2\*ROMANII轴所受轴向力最小时，齿轮3的螺旋线应是何旋向？

在图上标出齿轮2、3的螺旋线方向。

2）在图上标出齿轮2、3所受各分力方向。

3）如使=2\*ROMANII轴的轴承不受轴向力，则齿轮3的螺旋角应取多大值？

57、分析图中斜齿圆柱齿轮传动的小齿轮受力，忽略摩擦损失。

已知：

小齿轮齿数z1=19，大齿轮齿数z2=78，法向模数mn=2mm，中心距a=100mm，传递功率P=15kW，小齿轮转速n1=960r/min，小齿轮螺旋线方向左旋。

求：

1）大齿轮螺旋角b的大小和方向；

2）小齿轮转矩T1；

3）小齿轮分度圆直径d1；

4）小齿轮受力（用三个分力表示）的大小和方向，并在图上画出。

58、有A、B两个单级直齿圆柱齿轮减速器，其齿轮材料、热处理方法、精度等级和宽度均对应相等。

A减速器中齿轮的参数为：

，（齿形系数，应力修正系数），0（,）；B减速器中齿轮的参数为：

，（,），（,）。

若不考虑重合度影响，试分析在同样工作条件下，哪一个减速器中齿轮强度高？

59、求直齿圆柱齿轮传动的从动轮受力大小和方向（用两个分力表示）。

已知：

传动功率P1＝1kW，从动轮转速n2=95.5r/min，z1＝20，m=2.5mm，a=20°，z2=40。

60、求直齿圆柱齿轮传动的从动轮受力大小和方向（用两个分力表示）,已知：

传动功率P1＝2kW，从动轮转速n2=95.5r/min，z1＝30，z2＝60，m=3mm，a=20°。

61、一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知z1＝20，z2＝40，m=2mm，b=40mm,YSa1=1.55，YSa2=1.67，YFa1=2.80，YFa2=2.40，ZH=2.5，ZE=189.8（MPa）1/2，Zu=1.225，P=5.5kW，n1=1450r/min，K1=K2。

求：

sF1/sF2和sH1/sH2。

注：

，

62、一对斜齿圆柱齿轮传动，由强度设计得：

mn=3.5mm,，z1=25，z2=76,b=10°54¢16²。

已知传递的功率P1＝75kW，转速n1=730r/min。

求从动轮所受各分力（忽略摩擦损失），并在图中示出各分力的方向。

63、一对斜齿圆柱齿轮传动，由强度设计得：

mn=3mm，z1=25，z2=75，b=8°06¢34²。

已知：

传递的功率P1＝70kW，转速n1=750r/min。

求从动轮所受各分力（忽略摩擦损失），并在图中示出各分力的方向。

64、设计如图所示齿轮减速传动时，已知输入轴转速n1=730r/min，轮1、2的传动比i1=1.5，轮2、3的传动比i2=2，每天工作8h，每年工作260天，预期寿命10年。

求各齿轮的接触应力及弯曲应力的循环次数N。

65、图示标准斜齿圆柱齿轮传动，z1为左旋,z1＝29，z2＝70，z3＝128，a1=100mm，a2=200mm，mn=2mm，功率P1＝3kW，n1=100r/min（忽略摩擦，轮1主动），求z2受力（各用三个分力表示），并在图上标出。

66、如图所示手动提升装置，采用两级直齿圆柱齿轮传动，两级齿轮传动的中心距a、模数m均相等，且z1＝z3，z2＝z4。

匀速提升重物W＝3500N，卷筒直径D＝350mm，手柄长度L＝200mm，传动总效率h＝0.80，求：

1）此装置的总传动比i；

2）各级齿轮的传动比i1、i2。

3）作用在手柄上的圆周力Ft

67、图示为一对锥齿轮与一对斜齿圆柱齿轮组成的二级减速器。

已知：

斜齿轮mn=2mm，z3=25，z4=53，=2\*ROMANII轴转矩T2=1210N.mm。

1）如使z3、z4的中心距a=80mm，问斜齿轮螺旋角b＝？

2）如使=2\*ROMANII轴轴向力有所抵消，试确定z3、z4的螺旋线旋向（在图上表示），并计算Fa3的大小，其方向在图上标出。

68、图示直齿圆柱齿轮变速箱，长期工作，各对齿轮的材料、热处理、载荷系数、齿宽、模数均相同，不计摩擦损失。

已知：

z1＝20，z2＝80，z3＝40，z4＝60，z5＝30，z6＝70。

主动轴I的转速n1=1000r/min，从动轴II的转矩T2恒定。

试分析哪对齿轮接触强度最大，哪对最小。

69、图示传动系统中，1、2为锥齿轮，3、4为斜齿轮，5为蜗杆，6为蜗轮，小锥齿轮为主动轮，转向如图所示，试从各轴受轴向力较小要求出发，在图上画出各轮的转动方向、螺旋线方向及轴向力方向。

70、在图示传动系统中，已知输入轴I的转向，要求蜗轮的转向为顺时针转动，试：

1）确定蜗轮的螺旋线方向；

2）为了使轴II、III上各传动件的轴向力相抵消一部分，在图上画出各齿轮的螺旋线方向；

3）在各对传动的啮合处画出各齿轮和蜗杆所受的轴向力。

第11章蜗杆传动

71、有一双头蜗杆传动，蜗杆主动，转速960r/min，z2=61，m=8mm，d1=80mm，当量摩擦系数mv=0.08，蜗杆输入功率P1＝7kW，求：

1）蜗杆分度圆导程角g；

2）蜗杆传动效率h（只考虑传动啮合效率，忽略搅油及轴承损失）；

3）蜗轮转向；

4）蜗轮所受三个分力的大小并在图上表示其方向。

72、有一闭式普通圆柱蜗杆传动，蜗杆轴的输入功率P＝3kW，转速n1=1430r/min，设计时选用钢制蜗杆（45钢），硬度<45HRC，蜗轮用ZCuSn10P1砂模铸造，sB＝220MPa，弹性系数，当量摩擦系数mv＝0.03，传动参数为：

蜗杆头数z1＝2，蜗轮齿数z2＝52，模数m=6mm，蜗杆直径系数q=9，载荷稳定（载荷系数K＝1.1），试按接触疲劳强度计算该蜗杆传动的使用寿命[单位h（小时）]。

注：

（1）

（2）

73、图示为开式蜗杆-斜齿圆柱齿轮传动，已知蜗杆主动，大齿轮4的转向及螺旋线方向如图示，试画出：

1）轴=1\*ROMANI、=2\*ROMANII的转向。

2）使轴=2\*ROMANII上两轮的轴向力抵消一部分时蜗轮、蜗杆的螺旋线方向。

3）蜗轮2和齿轮3的受力图（用分力表示）。

滑动轴承

74、有一液体动压滑动轴承，轴颈直径为100mm，半径间隙为0.1mm，偏心距离为0.06mm，求此时的最小油膜厚度hmin大小。

75、有一不完全液体润滑（混合润滑）径向滑动轴承，宽径比B/d＝1.5，轴颈直径d=100 mm，轴承材料为青铜，[p]＝5 MPa，[V]=3 m/s，[pV]=10 MPa.m/s。

试求轴转速分别为以下三种数值时，轴允许最大载荷各为多少。

n=250 r/min；

（2）n=500 r/min；（3）n=1000 r/min。

76、一液体动力润滑向心滑动轴承，轴颈上载荷F＝100kN，转速n=500r/min，轴颈直径d=200mm，轴承宽径比B/d=1，轴及轴瓦表面的粗糙度为Rz1＝0.0032mm，Rz2=0.0063mm，设其直径间隙D＝0.250mm，工作温度为50°C，润滑油运动粘度n50=50cSt，密度r50＝0.9 g/cm3，试校核其最小油膜厚度是否满足轴承工作可靠性要求。

附：

，

77、计算一包角为180°的液体动压润滑滑动轴承，已知轴颈直径d=150mm，轴承宽度B＝90mm，载荷F＝15000N，转速n=1500r/min，相对间隙y＝0.002，润滑油工作粘度h=0.0198Pa×s，轴颈和轴瓦表面不平度的平均高度Rz1=Rz2=3.2mm，试计算：

最小油膜厚度hmin及其安全系数S为多少。

78、判断图示两种推力轴承是否可能建立动压润滑油膜。

第13章滚动轴承

79、轴系由一对相同的圆锥滚子轴承支承，两轴承的当量动载荷分别为P1＝4800N，P2＝7344N，轴转速n=960r/min，若要求轴承预期寿命，轴承的基本额定动载荷应为多少？

80、斜齿轮轴系由一对角接触球轴承支承，轴承的基本额定动载荷Cr=12.3kN，轴转速n=960r/min，两轴承当量动载荷分别为P1＝1078N，P2＝1342N，试计算各轴承的寿命，若要求一班制工作十年（按每年工作260天计算），轴承是否满足要求？

81、深沟球轴承6210（旧210）的基本额定动载荷为Cr1=27.5kN，圆柱滚子轴承N210（旧2210）的基本额定动载荷为Cr2=42.0kN，某轴系上轴承受径向力Fr=4500N，fd=1.2，若采用N210轴承取代6210轴承，寿命可提高为原来的几倍？

82、试计算图示各轴承所受的轴向载荷（内部轴向力FS＝0.7Fr）。

83、轴系支承在一对反安装的角接触球轴承7209AC（旧46209）上，轴上有径向载荷FR＝2000N，内部轴向力FS＝0.7Fr，求：

1）两轴承各受多大的径向力和轴向力。

2）哪个轴承的寿命低，为什么？

84、悬臂起重机用的圆锥齿轮减速器主动轴采用一对30207圆锥滚子轴承（如下图），已知锥齿轮平均模数mm=3.6mm，齿数z＝20，转速n=1450r/min，轮齿上的三个分力FT＝1300N，FR=400N，FA=250N，轴承工作时受有中等冲击载荷（可取冲击载荷系数fd=1.5），要求使用寿命不低于12000h，试校验轴承是否合用。

注：

30207，内部轴向力。

当；

当，X=1，Y=0。

基本额定载荷。

85、图示轴上装有两个30208圆锥滚子轴承，基本额定动载荷Cr=34kN,额定静载荷C0r=31kN，轴的转速n=1400r/m