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完整版机械设计配套习题集

《机械设计》课程

配套习题集

华东理工大学机械与动力工程学院

机械设计及摩擦学研究室

安琦王建文等整理编写

2010年7月

第一章绪论

一、简答题

1-1什么叫机械零件？

什么叫机械部件？

1-2机器设计应满足哪些基本要求？

机械零件设计应满足哪些基本设计要求？

其中最主要的要求是什么？

1-3设计开发一个机械新产品的一般过程是什么？

1-4设计一个机械零件的一般过程分为哪几个步骤？

1-5什么叫“三化”？

实行三化的意义是什么？

1-6什么是部件？

什么是零件？

什么是构件？

指出下列各项分别属于哪一种。

联轴器，减速器，齿轮，弹簧，凸轮机构中的凸轮、键和轴的装配体。

1-7一部完整的机器由哪些部分所组成？

各部分的作用是什么？

试以汽车为例说明这些组成部分各主要包括些什么？

1-8什么是通用零件？

什么是专用零件？

试各举三个实例。

1-9机械零件的条件性计算是什么意思？

为什么采用条件性计算？

二、选择题

1-1机械设计课程研究的内容只限于。

（1）专用零件和部件

（2）在高速、高压、环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件（3）在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件（4）标准化的零件和部件

1-2下列8种机械零件：

螺旋千斤顶中的螺杆，机床的地脚螺栓，车床的顶尖，减速器中的齿轮，拖拉机发动机的气缸盖螺栓，船舶推进器上的多环推力轴承，颚式破碎机上的V带轮，多气缸内燃机曲柄轴上的盘形飞轮。

其中有是通用零件。

（1）3种

（2）4种（3）5种（4）6种

1-3下列8种机械零件：

涡轮的叶片，飞机的螺旋桨，往复式内燃机的曲轴，拖拉机发动机的气门弹簧，起重机的起重吊钩，火车车轮，自行车的链条，纺织机的纱锭。

其中有是专用零件。

（1）3种

（2）4种（3）5种（4）6种

1-4下列缩写词中为国标代号。

（1）GB

（2）JB（3）YB（4）KY

选择题答案：

1-1（3），1-2

（2），1-3（4）

第二章机械零件的强度和设计准则

一、简答题

2-1什么是机械零件的失效？

机械零件可能的失效形式主要有哪些？

2-2什么是零件的工作能力？

什么是零件的承载能力？

2-3什么是静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷？

什么是静应力和变应力？

2-4什么是变应力的循环特性r？

静应力、脉动循环变应力和对称循环变应力的r值各是多少？

2-5零件表面磨损强度的条件性计算包含哪些内容？

提高零件表面磨损强度的主要措施有哪些？

2-6发动机连杆横截面上的应力变化规律如图所示，则该变应力的循环特性r为多少？

题2-6图

2-7什么是静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷？

什么是静应力和变应力？

2-8什么是变应力的应力比r？

静应力、脉动循环变应力和对称循环变应力的r值各是多少？

2-9图示各应力随时间变化的图形分别表示什么类型的应力？

它们的应力比分别是多少？

2-10什么是零件的工作应力、计算应力、极限应力和许用应力？

2-11在静应力下工作的零件其失效形式有哪些？

用塑性材料制造的零件和用脆性材料、低塑性材料制造的零件，其极限应力各应是什么？

题2-9图

2-12零件表面磨损强度的条件性计算包含哪些内容？

提高零件表面磨损强度的主要措施有哪些？

2-13什么是机械零件的刚度？

什么样的机械零件需按刚度要求设计，试举例说明？

2-14影响零件刚度的因素及提高零件刚度的措施有哪些？

某轴用碳钢制造，经营算刚度不足，问改用合金钢制造而原尺寸保持不变，该轴的刚度能否提高？

为什么？

二、选择题

2-1下列四种叙述中___________是正确的。

（1）变应力只能由变载荷产生

（2）静载荷不能产生变应力

（3）变应力是由静载荷产生的（4）变应力是由变载荷产生的，也可能由静载荷产生

2-2发动机连杆横截面上的应力变化规律如图所示，则该变应力的应力比r为___________。

（1）0.24

（2）－0.24

（3）－4.17（4）4.17

2-3发动机连杆横截面上的应力变化规律如题2－2图所示，则其应力幅

σa和平均应力σm分别为___________。

题2-2图

（1）σa＝-80.6MPa,σm=49.4MPa

（2）σa=80.6MPa,σm=-49.4MPa

（3）σa=49.4MPa,σm=-80.6MPa（4）σa=-49.4MPa,σm=-80.6MPa

2-4变应力特性可用σmax、σmin、σm、σa、r等五个参数中的任意___________来描述。

（1）一个

（2）两个（3）三个（4）四个

2-5零件的工作安全系数为___________。

（1）零件的极限应力比许用应力

（2）零件的极限应力比零件的工作应力（3）零件的工作应力比许用应力（4）零件的工作应力比零件的极限应力

2-6机械零件的强度条件可以写成___________。

（1）σ≤[σ]，τ≤[τ]或Sσ≤[S]σ，Sτ≤[S]τ

（2）σ≥[σ]，τ≥[τ]或Sσ≥[S]σ，Sτ≥[S]τ

（3）σ≤[σ]，τ≤[τ]或Sσ≥[S]σ，Sτ≥[S]τ

（4）σ≥[σ]，τ≥[τ]或Sσ≤[S]σ，Sτ≤[S]τ

式中σ、τ是危险截面处的最大应力；[σ]、[τ]是许用应力；Sσ、Sτ是危险截面处的实际安全系数；[S]σ、[S]τ分别为正应力和切应力时的许用安全系数。

2-7一直径d=18mm的等截面直杆，杆长为800mm，受静拉力F=36kN，杆材料的屈服点σs=360MPa，取许用安全系数[S]σ=1.8，则该杆的强度___________。

（1）不足

（2）刚好满足要求（3）足够

2-8一零件用45钢制成，工作时受静拉力，危险截面处的最大应力σ＝160MPa，材料的屈服极限为σs=360MPa，硬度200HBS，许用拉应力[σ]=225MPa，则该零件的许用安全系数[S]σ＝___________。

（1）1.13

（2）1.25（3）1.60（4）2

2-9一用45钢制造的零件，工作时受静拉力，危险截面处的最大应力σ＝200MPa，许用应力[σ]=250MPa，许用安全系数[S]σ＝1.28，则该材料的屈服点σs＝___________MPa。

（1）156

（2）195（3）256（4）320

2-10一直径d=25mm的等截面直杆，受静拉力F=40kN,杆的材料45钢，σs＝320MPa，许用安全系数[S]σ＝1.6，则该零件的许用载荷为___________kN。

（1）25

（2）98.17（3）157.08（4）251.33

2-11在进行疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的___________。

（1）屈服点

（2）疲劳极限（3）强度极限（4）弹性极限

2-12两圆柱体相接触，接触面为矩形，接触面宽度中心处的最大接触应力σHmax与载荷F的关系为σHmax∝___________。

（1）F

（2）F2（3）F1/3（4）F1/2

2-13两球体相接触，接触面为圆，位于圆心处的最大接触应力σHmax与载荷F的关系为σHmax∝___________。

（1）F

（2）F1/2（3）F1/3（4）F2

选择题

答案：

2-1（4），2-2

（2），2-3（3），2-4

（2），2-5

（2），2-6（3），2-7（3），2-8（3）

2-9（4），2-10

（2），2-11

（2），2-12（4），2-13（3）

第三章机械零件的疲劳强度设计

一、简答题

3-1机械零件在变应力条件下工作发生疲劳断裂而失效的过程怎样？

3-2在一定的循环特性r下工作的金属试件，其应力循环次数与疲劳极限之间有怎样的内在联系？

怎样区分试件的无限工作寿命和有限工作寿命？

怎样计算在有限寿命下工作的试件的疲劳极限？

3-3什么是应力循环基数？

一般碳钢和高硬度合金钢的循环基数是多少？

3-4按疲劳曲线（σ－N）设计零件时，适用的条件是什么？

当循环次数N＜104时，（σ－N）曲线是否适用？

为什么？

在这种情况下应如何处理？

3-5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？

3-6机械零件受载时在什么地方产生应力集中？

应力集中与材料的强度有什么关系？

3-7疲劳强度的综合影响系数KσD，KτD的意义是什么？

其计算公式是什么？

3-8怎样区分变应力是稳定的还是非稳定的？

怎样进行在稳定变应力下的零件强度计算？

怎样进行在规律性非稳定变应力下的零件强度计算？

3-9在极限应力简图上，对各种加载情况（即r=常数、σm＝常数、σmin＝常数）如何判断零件是首先产生疲劳破坏还是首先产生塑性变形破坏？

若有数学式子来判断，试写出其判断条件式。

3-10何谓疲劳损伤累积假说？

线性疲劳损伤累积计算的数学表达式为何？

3-11零件在非稳定变应力下工作的安全系数如何计算？

要求写出计算步骤和计算公式并加以必要的说明。

二、选择题

3-145钢的持久疲劳极限σ-1＝270MPa,，设疲劳曲线方程的幂指数m=9，应力循环基数N0=5×106次，当实际应力循环次数N=104次时，有限寿命疲劳极限为____________MPa。

（1）539

（2）135（3）175（4）417

3-2有一根阶梯轴，用45钢制造，截面变化处过渡圆角的疲劳缺口系数Kσ=1.58，表面状态系数β＝0.28，尺寸系数εσ＝0.68，则其疲劳强度综合影响系数KσD=____________。

（1）0.35

（2）0.88（3）1.14（4）2.83

3-3形状、尺寸、结构和工作条件相同的零件，采用下列不同材料制造：

a）HT200；b）35钢；c）40CrNi钢。

其中设计零件的疲劳缺口系数最大和最小的分别是____________。

（1）a）和b）

（2）c）和a）（3）b）和c）（4）b）和a）（5）a）和c）（6）c）和b）

3-4零件的截面形状一定，如绝对尺寸（横截面尺寸）增大，疲劳强度将随之____________。

（1）增高

（2）不变（3）降低

3-5零件的形状、尺寸、结果相同时，磨削加工的零件与精车加工相比，其疲劳强度____________。

（1）较高

（2）较低（3）相同

3-6零件表面经淬火、渗氮、喷丸、滚子碾压等处理后，其疲劳强度____________。

（1）增高

（2）降低（3）不变（4）增高或降低视处理方法而定

3-7影响零件疲劳强度的综合影响系数KσD或KτD与____________等因素有关。

（1）零件的应力集中、加工方法、过载

（2）零件的应力循环特性、应力集中、加载状态

（3）零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中

（4）零件的材料、热处理方法、绝对尺寸。

3-8已知设计零件的疲劳缺口系数Kσ=1.3、尺寸系数εσ＝0.9、表面状态系数βσ＝0.8。

则疲劳强度综合影响系数KσD为____________。

（1）0.87

（2）0.68（3）1.16（4）1.8

3-9已知零件的极限应力σr=200MPa，许用安全系数[S]=2，影响零件疲劳强度的系数为Kσ=1.2，εσ＝0.83，βσ＝0.90。

则许用应力为[σr]___________MPa。

（1）160.6

（2）106.7（3）62.25（4）110.7

3-10绘制设计零件的σm－σa极限应力简图时，所必须的已知数据是___________。

（1）σ－1，σ0，σs,Kσ

（2）σ－1，σ0，σs,（Kσ）D

（3）σ－1，σs,ψσ，Kσ（4）σ－1，σ0，ψσ,KσD

3-11在图示设计零件的σm－σa极限应力简图中，如工作应力点M所在的ON线与横轴间夹角θ＝45o，则该零件受的是___________。

（1）不变号的不对称循环变应力

（2）变号的不对称循环变应力

（3）脉动循环变应力

（4）对称循环变应力

3-12在题3－11图所示零件的极限应力简图中，如工作应力点M所在的ON线与横轴之间的夹角θ＝90o时，则该零件受的是___________。

题3－11图

（1）脉动循环变应力

（2）对称循环变应力

（3）变号的不对称循环变应力（4）不变号的不对称循环变应力

3-13已知一零件的最大工作应力σmax=180MPa，最小工作应力σmin=－80MPa。

则在图示的极限应力简图中，该应力点M与原点的连线OM与横轴间的夹角θ为___________。

（1）68o57＇44＇＇

（2）21o2＇15＇＇（3）66o2＇15＇＇（4）74o28＇33＇＇

题3－13图题3－14图

3-14在图示零件的极限应力简图上，M为零件的工作应力点，若加载于零件的过程中保持最小应力σmin为常数。

则该零件的极限应力点应为__________。

（1）M1

（2）M2（3）M3（4）M4

3-15上题若在对零件加载的过程中保持应力比r为常数。

则该零件的极限应力点应为__________。

（1）M1

（2）M2（3）M3（4）M4

3-163－14题若在对零件的加载过程中保持平均应力σm＝常数。

则该零件的极限应力点应为__________。

（1）M1

（2）M2

（3）M3（4）M

3-17零件的材料为45钢，σb=600MPa，σs=355MPa，σ-1=270MPa，ψσ=0.2，零件的疲劳强度综合影响系数KσD=1.4。

则在图示的零件极限应力简图中θ角为__________

题3－17图

（1）36o55＇35＇＇

（2）41o14＇22＇＇（3）48o45＇38＇＇

3-18已知45钢调制后的力学性能为：

σb=620MPa，σs=350MPa，σ-1=280MPa，σ0=450MPa。

则ψσ为__________。

（1）1.6

（2）2.2（3）0.24（4）0.26

3-19某零件用45Mn2制造，材料的力学性能为：

σb=900MPa，σs=750MPa，σ-1=410MPa，ψσ=0.25。

影响零件疲劳强度的系数为：

Kσ＝1，εσ＝0.85，βσ＝0.8。

则该零件受脉动循环变应力作用时，其极限应力为__________。

（1）223

（2）328（3）551（4）656

3-20在题3－11图所示零件的极限应力简图中，如工作应力点M所在的ON线与横轴间的夹角θ＝50o，则该零件受的是__________。

（1）脉动循环变应力

（2）对称循环变应力

（3）变号的不对称循环变应力（4）不变号的不对称循环变应力

3-21一零件由40Cr制成，已知材料的σb=980MPa，σs=785MPa，σ-1=440MPa，ψσ=0.3。

零件的最大工作应力σmax=240MPa，最小工作应力σmin=－80MPa，疲劳强度综合影响系数KσD=1.44。

则当应力比r=常数时，该零件的疲劳强度工作安全系数S为__________。

（1）3.27

（2）1.73（3）1.83（4）1.27

3-22一零件由20Cr制成，已知σ-1=350MPa，σs=540MPa，ψσ=0.3，零件的最大工作应力σmax=185MPa，最小工作应力σmin=－85MPa，疲劳强度综合影响系数KσD=1.41。

则当平均应力常数时该零件按应力幅计算的工作安全系数为__________。

（1）4.07

（2）2.89（3）2.59（4）1.76

3-23若材料疲劳曲线方程的幂指数m=9，则以对称循环应力σ1=500MPa作用于零件N1=104次以后，它所造成的疲劳损伤，相当于应力σ2=450MPa作用于零件__________次。

（1）0.39×104

（2）1.46×104（3）2.58×104（4）7.45×104

3-24若材料疲劳曲线方程的幂指数m=9，则以对称循环应力σ1=400MPa作用于零件N1=105次以所造成的疲劳损伤，相当于应力σ2=__________MPa作用于零件N2=104次所造成的疲劳损伤。

（1）517

（2）546（3）583（4）615

3-2545钢经调制后的疲劳极限σ-1=300MPa，应力循环基数N0=5×106次，疲劳曲线方程的幂指数m=9，若用此材料做成的试件进行试验，以对称循环应力σ1=450MPa作用104次，σ2=400MPa作用2×104次。

则工作安全系数为__________。

（1）1.14

（2）1.25（3）1.47（4）1.65

3-2645钢经调制后的疲劳极限σ1=300MPa，应力循环基数N0=5×106次，疲劳曲线方程的幂指数m=9，若用此材料做成的试件进行试验，以对称循环应力σ1=450MPa作用104次，σ2=400MPa作用2×104次后，再以σ3=350MPa作用于此试件，直到它破坏为止，试件还能承受的应力循环次数为__________次。

（1）6.25×105

（2）9.34×105（3）1.09×106（4）4.52×106

三、设计计算题

3-1一内燃机中的活塞连杆，当气缸发火时，此连杆受压应力σmax=－150MPa，当气缸进气开始时，连杆承受拉应力σmin=50MPa，试求：

（1）该连杆的平均应力σm、应力幅σa和应力比r；

（2）绘出连杆的应力随时间而变化的简图。

3-2一转动轴如图所示，轴上受有轴向力Fa=1800N，径向力Fr=5400N，支点间的距离L=320mm，轴是等截面的，直径d=45mm。

试求该轴危险截面上的循环变应力的σmax、σmin、σm、σa和r。

题3-2图题3-3图

3-3某一转轴的局部结构如图所示，轴的材料为Q235普通碳钢，精车制成。

若已知直径D=120mm，d=110mm，圆角半径r=5mm，材料的力学性能为：

σb=450MPa，σs=220MPa，试求截面变化处的疲劳强度综合影响系数KσD和KτD。

3-4一阶梯轴轴肩处的尺寸为D=60mm，d=50mm，r=4mm，如材料的力学性能为：

σb=650MPa，σs=360MPa，σ-1=200MPa，σ0=320MPa。

试绘制此零件的简化极限应力线图。

3-5一转轴的危险截面上作用有周期性波动的载荷：

弯矩M=100~200N·m，转矩T=0~100N·m。

轴的材料为45钢，力学性能：

σs=400MPa，σ-1=270MPa，σ0=480MPa，τs=216MPa，τ-1=156MPa，τ0=300MPa。

若截面直径d=25mm，疲劳缺口系数Kσ=1.78，Kτ=1.45，尺寸系数εσ=0.9，ετ=0.93，表面状态系数βσ=0.91，βτ=0.95。

试确定安全系数S。

计算时可按无限寿命考虑，忽略剪力的作用。

3-6一机械零件用45钢制造，材料的σb=650MPa，σs=360MPa，如果受到交变应力作用，应力比r=0.5，σmax=240MPa问其工作应力点是处于疲劳强度区还是屈服强度区。

若r=0.2，r=－0.5应如何计算。

3-7一钢制零件，工作应力为：

σmax=250MPa，σmin=－50MPa。

零件的疲劳强度综合影响系数KσD=1.35，材料的力学性能为σb=630MPa，σs=455MPa，σ-1=285MPa，σ0=510MPa。

若许用安全系数对变应力取[Sσ]=1.3、对静应力取[Sσ]＇=1.5，并按无限寿命考虑，试分别用解析法和图解法校核该零件的安全系数。

3-8有一轴工作时频繁的正反转，用45钢制造，调制处理，其对称循环疲劳极限σ-1=300MPa，τ-1=155MPa，许用安全系数[S]=2，轴危险截面的直径d=40mm，疲劳强度综合影响系数KσD=2.5，KτD=1.5。

当传递的转矩T=500N·m时，还允许承受多大弯矩M。

3-9一滑轮轴在一个周期内的载荷和转速变化情况如图所示。

若使用寿命预期为8年，每年工作240天，每天累计工作2h；轴材料的疲劳曲线方程的幂指数m=9，应力循环基数N0=107。

试计算轴的寿命系数KN。

题3-9图

3－74一零件在非稳定对称循环弯曲应力下工作，在σ1=600MPa时应力循环了N1＇＝1.5×105次，试用疲劳损伤累积假说估算，若该零件再受σ2=450MPa的作用直至破坏，问该零件还能继续工作多少次循环。

已知σ-1=400MPa。

选择题答案：

3-1

（1），3-2（

第四章机械零件的摩擦、磨损、润滑及密封

一、简答题

4-1滑动摩擦有哪几种状态，各有什么特点？

4-2实现液体摩擦有几种方法，各有何特点？

4-3按巴威尔的观点，磨损有几种主要类型？

试述各类磨损的过程、特点及减小磨损的对策。

4-4为什么零件和机械在使用前应进行磨合？

磨合时应遵循什么原则？

4-5常用润滑剂有几类？

润滑剂应具有哪些作用？

4-6润滑油粘度的意义是什么?

何谓动力粘度、运动粘度、条件粘度？

写出动力粘度和运动粘度的单位。

4-7何谓润滑油的粘-温特性？

何谓润滑油的粘-压特性？

4-8我国工业用润滑油的粘度等级是按什么确定的？

4-9润滑油及润滑脂的主要性能指标各有哪些?

4-10何谓润滑油的润滑性（油性）？

什么情况下宜提高润滑油的润滑性（油性）？

4-11何谓润滑油的极压性？

什么情况下宜提高润滑油的极压性？

4-12何谓边界膜？

边界膜有哪几类，试述各类边界膜形成的机理。

防止边界膜破裂的途径有哪些？

4-13常用润滑油的润滑方法和润滑装置有哪些?

4-14常用润滑脂的润滑方法和润滑装置有哪些?

4-15常用静密封的方法有哪些？

4-16常用的旋转轴接触式和非接触式密封方法有哪些，举例说明其应用场合。

二、选择题

4-1现在把研究有关摩擦、磨损与润滑的科学与技术统称为__________。

（1）摩擦理论

（2）磨损理论（3）润滑理论（4）摩擦学

4-2两相对滑动的接触表面，依靠吸附的油膜进行润滑的摩擦状态称为____________。

（1）液体摩擦

（2）干摩擦（3）混合摩擦（4）边界摩擦

4-3两摩擦表面被一层液体隔开，摩擦性质取决于液体内部分子间粘性阻力的摩擦状态称为__________。

（1）液体摩擦

（2）干摩擦（3）混合摩擦（4）边界摩擦

4-4两摩擦表面间的膜厚比λ＝0.4～3时，其摩擦状态为__________。

（1）液体摩擦

（2）干摩擦（3）混合摩擦（4）边界摩擦

4-5两摩擦表面间的膜厚比λ＜0.4时，其摩擦状态为__________。

（1）液体摩擦

（2）干摩擦（3）混合摩擦（4）边界摩擦

4-6两摩擦表面间的膜厚比λ＞3～5时，其摩擦状态为__________。

（1）液体摩擦

（2）干摩擦（3）混合摩擦（4）边界摩擦

4-7通过滑动轴承试验，可得到摩擦系数μ与轴承特性数ηn/p相互关系的摩擦特性曲线，下图中__________是正确的。

题4－7图题4－8图

4-8如图所示，在滑动轴承摩擦特性曲线μ—ηn/p的A区内，摩擦状态属于__________。

（1）干摩擦

（2）混合摩擦（3）边界摩擦（4）液体摩擦

4-9采用含有油性和极压添加剂的润滑剂，主要是为了减小_________。

（1）粘着磨损

（2）表面疲劳磨损（3）磨粒磨损（4）腐蚀磨损

4-10通过大量试验，得出的摩擦副的磨损过程