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1、机械设计基础习题机械设计基础习题机械设计部分目录8 机械零件设计概论9 联接10齿轮传动11蜗杆传动12带传 动13链传 动14轴15 滑动轴承16 滚动轴承17联轴器、离合器及制动器18弹簧19 机械传动系统设计8机械零件设计概论思 考 题8-1 机械零件设计的基本要求是什么？8-2 什么叫失效？机械零件的主要失效形式有几种？各举一例说明。8-3 什么是设计准则？设计准则的通式是什么？8-4 复习材料及热处理问题。复习公差与配合问题。8-5 什么是零件的工艺性问题？主要包含哪几方面的问题？8-6 什么是变应力的循环特性？对称循环应力和脉动循环应力的循环特性为多少？8-7 什么是疲劳强度问题？

2、如何确定疲劳极限和安全系数？8-8 主要的摩擦状态有哪四种？8-9 磨损过程分几个阶段？常见的磨损有哪几种？8-10 常见的润滑油加入方法有哪种？9联接思 考 题9-1螺纹的主要参数有哪些？螺距与导程有何不同？螺纹升角与哪些参数有关？9-2为什么三角形螺纹多用于联接，而矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹多用于传动？为什么多线螺纹主要用于传动？9-3螺纹副的自锁条件是什么？理由是什么？9-4试说明螺纹联接的主要类型和特点。9-5螺纹联接为什么要预紧？预紧力如何控制？9-6螺纹联接为什么要防松？常见的防松方法有哪些？9-7在紧螺栓联接强度计算中，为何要把螺栓所受的载荷增加30%？9-8试分析比较普通螺

3、栓联接和铰制孔螺栓联接的特点、失效形式和设计准则。9-9简述受轴向工作载荷紧螺栓联接的预紧力和残余预紧力的区别，并说明螺栓工作时所受的总拉力为什么不等于预紧力和工作载荷之和。9-10简述滑动螺旋传动的主要特点及其应用。9-11平键联接有哪些失效形式？普通平键的截面尺寸和长度如何确定？9-12为什么采用两个平键时，一般布置在沿周向相隔180的位置，采用两个楔键时，相隔90120，而采用两个半圆键时，却布置在轴的同一母线上？9-13试比较平键和花键的相同点和不同点。9-14简述销联接、焊接、粘接、过盈联接、弹性环联接和成形联接的主要特点和应用场合。习题9-1试证明具有自锁性螺旋传动的效率恒小于50

4、%。9-2试计算M24、M241.5螺纹的升角，并指出哪种螺纹的自锁性好。9-3图示为一升降机构，承受载荷F =150 kN，采用梯形螺纹，d = 60 mm，d2 = 56 mm，P = 8 mm，线数n = 3。支撑面采用推力球轴承，升降台的上下移动处采用导向滚轮，它们的摩擦阻力近似为零。试计算：(1)工作台稳定上升时的效率（螺纹副当量摩擦系数为0.10）。(2)稳定上升时加于螺杆上的力矩。(3)若工作台以720 mm/min的速度上升，试按稳定运转条件求螺杆所需转速和功率。(4)欲使工作台在载荷F作用下等速下降，是否需要制动装置？加于螺杆上的制动力矩是多少？题9-3图题9-4图题9-5图

5、9-4图示起重吊钩最大起重量F = 50 kN，吊钩材料为35钢。试确定吊钩尾部螺纹直径。9-5图示为一用两个M12螺钉固定的牵曳钩，若螺钉材料为Q235钢，装配时控制预紧力，结合面摩擦系数f = 0.15，求其允许的最大牵曳力。9-6图示为一刚性凸缘联轴器，材料为Q215钢，传递的最大转矩为1400 N.m（静载荷）。联轴器用4个M16的铰制孔用螺栓联接，螺栓材料为Q235钢，试选择合适的螺栓长度，并校核该联接的强度。题9-6图题9-7图9-7图示为一用两个螺栓联接的钢制扳手。已知扳紧力F = 200 N，有关尺寸如图所示。试分别采用普通螺栓联接和铰制孔螺栓联接两种方案设计此螺栓组，并分析比

6、较设计结果。9-8在图示夹紧螺栓中，已知螺栓数为2，螺纹为M20，螺栓材料为35钢，轴径d=50 mm，杆长l=300 mm,轴与夹壳之间的摩擦系数f=0.15,试求杆端部作用力F的最大允许值。9-9图示为一钢制液压油缸，采用双头螺柱联接。已知油压p= 8 MPa，油缸内径D = 250 mm，为保证气密性要求，螺柱间距l不得大于4.5d（d为螺纹大径），试设计此双头螺柱联接。 题9-8图题9-9图9-10受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接件间采用橡胶垫片。已知螺栓预紧力= 15000 N，当受轴向工作载荷F = 10000 N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。9-11图示为一差动

7、螺旋机构。螺杆与机架固联，其螺纹为右旋，导程SA=4 mm，滑块在机架上只能左右移动。差动杆内螺纹与螺杆形成螺纹副A，外螺纹与滑块形成螺纹副B，当沿箭头方向转动5圈时，滑块向左移动5 mm。试求螺纹副B的导程SB和旋向。题9-11图题9-12图9-12图示为一小型压床，最大压力为F = 30 kN，采用梯形螺纹，螺杆材料为45钢正火处理，螺母材料为ZCuAl10Fe3。设压头支撑面平均直径Dm等于螺纹中径，操作时螺纹副当量摩擦系数f=0.12，压头支撑面摩擦系数fc=0.10，操作人员每只手用力约200 N，试求该压床的螺纹参数（要求自锁）和手轮直径D。9-13在题9-6中，已知轴的材料为45

8、钢，工作时有轻微冲击。试为该联轴器选择平键，确定键的尺寸，并校核其强度。10齿轮传动思 考 题10-1齿轮传动中常见的失效形式有哪些？齿轮传动的设计计算准则有哪些？在工程设计实践中，对于一般的闭式硬齿面、闭式软齿面和开式齿轮传动的设计计算准则是什么？10-2在齿轮传动设计时，提高齿轮的疲劳强度的方法有哪些？10-3与直齿轮传动强度计算相比，斜齿轮传动的强度计算有何不同？10-4如何确定齿轮传动中的许用接触强度和许用弯曲强度值？10-5根据齿轮的工作特点，对轮齿材料的力学性能有何基本要求？什么材料最适合做齿轮？为什么？10-6齿轮传动设计的流程怎样？如何用框图表示？10-7在齿轮结构设计时，齿轮

9、的结构主要由什么参数决定？习题10-1 有一直齿圆柱齿轮传动，允许传递功率P，若通过热处理方法提高材料的力学性能，使大、小齿轮的许用接触应力H2、H1各提高30%，试问此传动在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，抗疲劳点蚀允许传递的扭距和允许传递的功率可提高百分之几？10-2 单级闭式直齿圆柱齿轮传动中，小齿轮的材料为45钢调质处理，大齿轮的材料为ZG270-500正火，P=7.2kW，n1=960r/min，m=4mm，z1=25，z2=73，b1=84mm，b2=78mm，单向转动，载荷有中等冲击，用电动机驱动，试验算此单级传动的强度。10-3 已知开式直齿圆柱传动i=2.3，P=3.2

10、kW，n1=150r/min，用电动机驱动，单向转动，载荷均匀，z1=21，小齿轮为45钢调质，大齿轮为45钢正火，试计算此单级传动的强度。10-4 已知闭式直齿圆柱齿轮传动的传动比i=3.6，n1=1440r/min，P=25kW，长期双向转动，载荷有中等冲击，要求结构紧凑，采用硬齿面材料。试设计此齿轮传动，校核齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。10-5 在题图10-5中，当轮2为主动时，试画出作用在轮2上的圆周力Ft2、轴向力Fa2和径向力Fr2的作用线和方向。题图10-5 题图10-610-6设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如题图10-6所示，试问：1)低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选

11、择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反；2)低速级螺旋角应取多大数值才能使中间轴上两个轴向力互相抵消。10-7已知单级斜齿圆柱齿轮传动的P=18kW，n1=960r/min，电动机驱动，载荷平稳，双向转动。已知i=2.3，z1=21，mn=3mm，=1615，b1=85mm，b2=80mm，小齿轮材料为40MnB调质，大齿轮材料为35SiMn调质，试校核此闭式传动的强度。10-8设计一单级闭式斜齿轮传动，已知P=10kW，n1=1460r/min，i=3.3，工作机有中等冲击载荷。要求采用电动机驱动，选用硬齿面材料，z1=19。试设计此单级斜齿轮传动，校核疲劳强度。10-9已知闭式直齿圆锥齿轮

12、传动的12=90，i=2.7，z1=16，P=7.5kW，n1=840r/min，用电动机驱动，载荷有中等冲击，要求结构紧凑，故大、小齿轮的材料均选为40Cr表面淬火，试计算此传动。11蜗杆传动思 考 题11-1 蜗杆传动的特点及应用场合是什么？11-2 为什么蜗轮的端面模数是标准值？蜗杆传动的正确啮合条件是什么？11-3 蜗杆直径系数的含义是什么？为什么要引入蜗杆直径系数？11-4 蜗杆传动的传动比计算公式是什么？它是否等于蜗杆和蜗轮的节圆直径之比？11-5 如何进行蜗杆传动的受力分析？各力的方向任何确定？与齿轮传动的受力分析有什么不同？11-6 蜗杆传动的主要失效形式是什么？相应的设计准则

13、是什么？11-7 在蜗杆传动的强度计算中，为什么只考虑蜗轮的强度？蜗杆的强度任何考虑？蜗杆的刚度在什么情况下才需要计算？11-8 蜗杆传动的效率受哪些因素影响？为什么具有自锁特性的蜗杆传动，其啮合效率通常只有40%左右？11-9 为什么蜗杆传动要进行热平衡的计算？采用什么原理进行计算？当热平衡不满足要求时，可以采取什么措施？习题11-1 设某一标准蜗杆传动的模数m=5mm，蜗杆的分度圆直径d1=50mm，蜗杆的头数z1=2，传动比i=20。试计算蜗轮的螺旋角和蜗杆传动的主要尺寸。11-2 对图示的蜗杆传动，请根据已知的蜗杆的螺旋方向和转向，确定蜗轮的螺旋方向和转向。并在图中表出蜗杆和蜗轮的受力

14、方向。11-3 图示为手动铰车中所采用的蜗杆传动。已知m=8mm，d1=80mm ，z1=1，i=40，卷筒的直径D=250mm，试计算：（1）欲使重物上升1m，应转动蜗杆的转数；（2）设蜗杆和蜗轮间的当量摩擦系数为0.18，检验该蜗杆传动是否满足自锁条件；（3）设重物重Q=5kN，通过手柄转臂施加的力F=100N，手柄转臂的长度l的最小值。11-4试设计一单级圆柱蜗杆传动：传动由电动机驱动，电动机的功率为7kW，转数为1440r/min，蜗轮轴的转数为80r/min，载荷平稳，单向传动。12带 传 动思 考 题12-1带传动主要类型有哪些？各有什么特点？12-2影响带传动工作能力的因素有哪些

15、？12-3带速为什么不宜太高也不宜太低？12-4带传动中的弹性滑动和打滑是怎样产生的？对带传动有何影响？12-5带传动的主要失效形式是什么？设计中怎样考虑？12-6为什么带传动通常布置在机器的高速级？12-7带传动在什么情况下才会发生打滑？打滑通常发生在大带轮上还是小带轮上？刚开始打滑前，紧边拉力与松边拉力有什么关系？12-8何谓滑动率？滑动率如何计算？12-9带传动中带为何要张紧？如何张紧？12-10为何V带轮的轮槽角要小于400？为什么带轮的基准直径越小，轮槽槽角就越小？12-13试分析带传动中参数1、D1、i和a的大小对带传动的影响。12-14试分析比较普通V带、窄V带、多楔带、同步齿形

16、带和高速带传动的特点和应用范围。习题12-1一普通V带传动，已知带的型号为A，两轮基准直径分别为150 mm和400 mm，初定中心距a = 4500 mm，小带轮转速为1460 r/min。试求：(1)小带轮包角；(2)选定带的基准长度Ld；(3)不考虑带传动的弹性滑动时大带轮的转速；(4)滑动率 =0.015时大带轮的实际转速；(5)确定实际中心距。12-2题12-1中的普通V带传动用于电动机与物料磨粉机之间，作减速传动，每天工作8小时。已知电动机功率P = 4 kW，转速n1=1460 r/min，试求所需A型带的根数。12-3一普通V带传动传递功率为P = 7.5 kW，带速= 10

17、m/s，紧边拉力是松边拉力的两倍，即F1=2F2，试求紧边拉力、松边拉力和有效拉力。12-4设计一破碎机用普通V带传动。已知电动机额定功率为P = 5.5 kW，转速n1= 1440 r/min，从动轮为n2= 600 r/min，允许误差5%，两班制工作，希望中心距不超过650 mm。12-5在例题12-1中，已知大带轮轴的直径d = 50 mm，试确定大带轮的材料、各部分尺寸并绘制工作图。13链 传 动思 考 题13-1与带传动相比，链传动有哪些优缺点？13-2滚子链是如何构成的？其最主要的参数是什么？对传动有何影响？13-3为什么一般链节数选偶数，而链轮齿数多取奇数？13-4链传动中为什

18、么小链轮的齿数不宜过少？而大链轮的齿数又不宜过多？13-5何谓链传动的多边形效应？如何减轻多边形效应的影响？13-6在什么条件下链传动瞬时传动比为恒定？此时链速是否也恒定？13-7链传动的紧边拉力和松边拉力各由哪几部分组成？13-8简述滚子链传动的主要失效形式和原因。13-9简述滚子链传动的布置、润滑和张紧要点。13-10简述齿形链传动的特点。习题13-1在如图所示链传动中，小链轮为主动轮，中心距a = (3050) p。问在图a、b所示布置中应按哪个方向转动才合理？两轮轴线布置在同一铅垂面内（图c）有什么缺点？应采取什么措施？ a）b）c）题图13-1 13-2当其它条件相同时，试比较下列两

19、种链传动设计方案的运动不均匀性和附加动载荷，哪一种较好？为什么？（）p = 15.875 mm，z1=31；（）p = 31.75 mm，z1=15。13-3一单排滚子链传动，链轮齿数z1=21、z2=53、链型号为10A、链长Lp=100节。试求两链轮的分度圆、齿顶圆和齿根圆直径以及传动的中心距。13-4题13-3中，小链轮为主动轮，n1= 600 r/min，载荷平稳，试求：（1）此链传动能传递的最大功率；（2）工作中可能出现的失效形式；（）应采用何种润滑方式。13-5设计一往复式压气机上的滚子链传动。已知电动机转速n1=960 r/min，功率P = 3 kW，压气机转速n2=320 r

20、/min，希望中心距不大于650 mm（要求中心距可以调节）。13-6一单排滚子链传动，已知小链轮齿数z1=17、采用10A滚子链、中心距a = 500 mm，水平布置，传递功率P = 1.5 kW，主动链轮转速n1=130 r/min。设工作情况系数KA=1.2，静力强度安全系数S = 7，试验算此链传动。14 轴思 考 题14-1 轴的功用是什么？14-2 什么是传动轴、心轴、转轴，他们的区别是什么？14-3 分析一下自行车的前轴、中轴和后轴的受载情况，他们各属于什么轴？14-4 轴的一般设计步骤是什么？14-5 轴的常用材料有那些？14-6 为什么当轴的刚度不够时，选用合金钢来代替普碳钢

21、效果不明显？14-7 弯扭合成强度计算时，折算系数的意义是什么？14-8 在什么情况下要作轴的刚度计算？习题14-1 有一台水泵，由电动机驱动，传递的功率P=4.5kW，轴的转速n=960 r/min，设计时，轴材料采用45号钢，试按强度要求计算出轴所需的最小直径。14-2已知一传动轴直径d=32mm，转速n=1440 r/min，如果轴上的扭切应力不允许超过50N/mm2，问此轴能传递多少功率？14-3在图示轴的结构图中存在多处错误，请指出错误点，说明出错原因，并加以改正。题图14-314-4如图所示单级直齿圆柱齿轮减速器，用电机驱动，电动机的功率P=12kW，转速n=1470r/min，齿

22、轮的模数m=4mm，齿数z1=19，z2=72，若支承间跨距l=180mm（齿轮位于中央），轴材料为45号钢调质。试计算减速器输出轴的最小直径，并进行轴结构设计。题图14-415 滑动轴承思 考 题15-1滑动轴承的性能特点有哪些？主要的应用场合有哪些？15-2滑动轴承的主要结构型式有哪几种？各有什么特点？15-3轴承材料应具备哪些性能？是否存在着能同时满足这些性能的材料？15-4非液体润滑轴承的设计依据是什么？限制p和pv的目的是什么？15-5液体动压润滑的必要条件是什么？叙述向心滑动轴承形成动压油膜的过程？15-6找出一滑动轴承应用实例，确定滑动轴承类型，分析其特点和采用滑动轴承的原因。习

23、题15-1有一滑动轴承，轴转速n =650r/min，轴颈直径d =120mm，轴承上受径向载荷F =5000N，轴瓦宽度B =150mm，试选择轴承材料，并按非液体润滑滑动轴承校核。15-2现有一非液体润滑径向滑动轴承，轴颈直径d=100mm，轴瓦宽度B=100mm，转速n=1200r/min，轴承材料ZChPbSb 16-16-2，试问该轴承能承受多大的径向载荷？15-3已知一推力轴承，其轴颈结构为空心，大径d0 =120mm，内径d1 =90mm，转速n =300r/min，轴瓦材料为青铜，试求该轴承能承受多大轴向载荷？16滚动轴承思 考 题16-1在机械设计中，选择滚动轴承类型的原则是

24、什么？一般优先选用什么类型的轴承？16-2滚动轴承的代号由几部分组成？基本代号又分几项内容？基本代号中各部分代号是如何规定的？16-3滚动轴承的应力特性和主要失效形式是什么？16-4什么是滚动轴承的基本额定寿命？什么是滚动轴承的基本额定动载荷？16-5当量动载荷的意义和用途是什么？如何计算？16-6滚动轴承寿命计算一般式是什么？考虑温度系数、载荷系数、可靠性系数后的计算公式是什么？16-7何时要进行滚动轴承的静载荷计算？16-8滚动轴承装置结构设计时应考虑哪些问题？16-9自行车前后轮采用的是何种轴承？有什么结构特点？习题16-1试说明以下滚动轴承的类型、内径尺寸、精度：6210、7207C/

25、P5、N208、31306、51205。16-2有一深沟球轴承，受径向载荷Fr=8000N，常温下工作，载体平稳，转速n =1440r/min，要求设计寿命Lh =5000h，试计算此轴承所要求的额定动载荷。16-3根据设计要求，在某一轴上安装一对7000C轴承（如图所示），已知两个轴承的径向载荷分别是：Fr1=1000N，Fr2=2060N，外加轴向力Fa=880N，轴颈d=40mm，转速n =5000r/min，常温下运转，有中等冲击，预期寿命Lh=2000小时，试选择轴承型号。题图16-317联轴器、离合器及制动器思 考 题17-1什么是刚性联轴器？什么是弹性联轴器？两者有什么区别？17

26、-2固定式刚性联轴器与可移式刚性联轴器的主要区别是什么？17-3可移式刚性联轴器与弹簧联轴器的异同点是什么？17-4参照机械设计手册，进一步了解联轴器、离合器和制动器的主要参数。17-5拆解自动车上的超越离合器，绘出工作简图。17-6观察、分析各种自动车上的制动器和制动系统，绘制出三种以上的制动系统原理简图。习题17-1电动机与水泵之间用联轴器联接，已知电动机功率P=11kW,转速n=960r/min，电动机外伸轴端直径d1=42mm，水泵轴的直径为d=38mm，试选择联轴器类型和型号。17-2由交流电动直接带动直流发电机供应直流电。已知所需最大功率P = 1820kW，转速n =3000r/

27、min，外伸轴轴径d=45mm。（1）试为电动机与发电机之间选择一种类型的联轴器，并说明理由；（2）根据已知条件，定出型号。18弹簧思 考 题18-1常用弹簧的类型有哪些？各用在什么场合？18-2对制造弹簧的材料有身哪些主要要求？常用的材料有哪些？18-3设计弹簧时为什么通常取弹旋绕比C为416？弹簧旋绕比C的含义是什么？18-4弹簧刚度kp的物理意义是什么？弹簧刚kp与哪些因素有关？18-5什么是弹簧的特性曲线？它与弹簧的刚度有什么关系？18-6圆柱螺旋拉，压弹簧受载后，弹簧丝截面上受有哪些载荷？各产生什么样的应力？18-7圆柱螺旋拉，压弹簧的弹簧丝最先损坏的一般是内侧还是外侧？为什么？18

28、-8当圆柱螺旋压缩弹簧有失稳可能时，可采用什么防止措施？习 题18-1已知一压缩螺旋弹簧的弹簧丝直径d6mm，中径D2 = 33 mm，有效圈数n10。采用II组碳素弹簧钢丝，受边载荷作用次数在103-105次。求：1）允许的最大工作载荷及变形量；2）若端部采用磨平端支承圈结构时（图18-8a），求弹簧的并紧高度Hs和自由高度H 0；3）验算弹簧的稳定性。18-2试设计一能承受冲击载荷的弹簧。已知：F1=40N，F2=240N，工作行程y40mm，中间有的芯轴，弹簧外径不大于45mm，材料用碳素弹簧钢丝II制造。18-3设计一压缩螺旋弹簧。已知：采用d8 mm的钢丝制造，D2=48mm。该弹簧

29、初始时为自由状态，将它压缩40mm后，需要储能25N.m。求：1）弹簧刚度；2）若许用切应力为400N/mm时，此弹簧的强度是否足够？3）有效圈数n。18-4试设计一受静载荷的压缩螺旋弹簧。已知条件如下：当弹簧受载荷 F1 = 178N时，其长度H1 = 89mm；当F2 = 1160N时，H2 = 54mm；该弹簧使用时套在直径为30mm的芯棒上。现取材料为碳素弹簧钢丝，并要求所设计弹簧的尺寸尽可能小。18-5一扭转螺旋弹簧用在760mm的门上。当门关闭时，手把上加4.5N的推力才能把门打开。当门转到后，手把上的力为13.5N。若材料的许用力。求：1）该弹簧的弹簧丝直径d和平均直径；2）所需

30、的初始角变形；3）弹簧的工作圈数。19机械传动系统设计思 考 题19-1传动系统与工作机的作用有何不同？是否所有的机器都有传动系统？19-2选择传动类型的基本原则是什么？19-3选择传动路线的主要依据是什么？是否根据工作机的多少确定？19-4布置传动机构顺序时，应考虑哪些因素？19-5自行车链传动的主动大链轮齿数z1 = 48，小链轮齿数z2 = 18，车轮直径为28英寸（D = 711.2mm）。试问：（1）自行车为什么采用增速传动？能否采用带传动？为什么？（2）自行车行走1公里时，车轮、大链轮和小链轮各要转几圈？19-6给出五种把回转运动变为直线运动的机构，画出机构运动简图并说明其特点。习题19-1图示为一运输机的传动方案，试分析该方案中各级传动安排有何不合理之处，并画出正确的传动方案图。 19-2立式搅拌机由电动机远距离传动，连续工作，搅拌机转速n = 40 r/min，电动机转速nd = 1440 r/min，功率P = 5.5 kW。试设计两种以上传动方案，并作比较。19-3图示为一螺旋推力