机械设计习题卡及答案.docx

1、机械设计习题卡及答案填空题1机械零件一般可以分为 通用零件 和 专用零件 两大类。2观察一辆自行车， 螺钉、链轮、链条 等明显属于通用零件，而龙头、大梁、脚蹬则属于专用零件。3机器通常由三个部分和两个系统组成，它们是原动机部分、传动部分、执行部分、控制系统和辅助系统。4机械零件的主要失效形式包括整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏和 破坏正常工作条件引起的失效 。5根据不同失效形式，机械零件的一般的设计准则包括强度准则、刚度准则、 寿命准则、振动稳定性准则和可靠性准则 。一、填空题：1零件材料的疲劳根据疲劳次数的明显不同可分为低周疲劳和高周疲劳，例如材料断裂试件和发动机曲轴。2材料疲劳曲线

2、是表达 疲劳极限 与 应力循环次数 的相对关系。3零件的疲劳强度极限除与材料自身疲劳强度极限有关外，还与零件的应力集中状况、零件具体尺寸、零件表面质量以及零件的热处理强化方式四个方面有关。4对于单向稳定变应力进行分析时，可能发生最常见三种变化规律为、和，例如心轴、大多数底座类零件、举重设备中的吊臂。5对规律性单向不稳定变应力采用 疲劳损伤累积 假说进行计算。6极限应力线图是以 为横坐标的，其含义是工作平均应力；以为纵坐标的，其含义是工作应力幅。二、选择题1、零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限将随之C。A.增加B.不变C.降低2、两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两

3、者的接触应力值A。A.相等B.不相等C.是否相等与材料和几何尺寸有关3. 零件受静载荷作用时, 则在其内部 C A.只会产生静应力 B.只会产生变应力 C.可能产生静应力, 也可能产生变应力三、计算题1 某材料的对称循环弯曲疲劳强度为,取循环基数为，试计算循环次数分别为700次，25000次和620000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。小于1000次，静强度；对中等尺寸零件，2 试作图说明承受循环变应力的机械零件，应力变化规律时，在什么情况下可按静强度条件计算？什么情况下需按疲劳强度条件计算？3一零件由45钢制成, 材料的机械性能为: ?s=360MPa, ?-1=250MPa, ?=0.2。已知

4、零件上最大工作应力?max=200MPa, 最小工作应力?min=100MPa, 应力变化规律为?m=常数, 弯曲疲劳极限的综合影响系数K?=1.5。试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。对（150，50），为屈服失效，所以安全系数360/200=1.8 一、选择与填空题1普通螺纹的公称直径指的是螺纹的_ A _，计算螺纹的摩擦力矩时使用的是螺纹的 _ B _，计算螺纹危险截面时使用的是螺纹的_ C _ 。A大径 B.中径 C.小径2螺纹升角增大，则联接的自锁性_C_，传动的效率_A_；牙型角增大，则联接的自锁性_A_，传动的效率_C_。A.提高 B.不变 C.降低3在铰制孔用螺栓联

5、接中，螺栓杆与孔的配合为_B_。A.间隙配合 B.过渡配合 C.过盈配合4在螺栓联接的破坏形式中，约有_ 90 _的螺栓属于疲劳破坏，疲劳断裂常发生在_螺纹根部_。5在承受横向载荷或旋转力矩的普通紧螺栓组联接中，螺栓杆_B_作用。A.受切应力 B.受扭转切应力和拉应力C.受拉应力 D.既可能只受切应力又可能只受拉应力6紧螺栓联接受轴向外载荷作用。假定螺栓的刚度Cb与被联接件的刚度Cm相等，联接的预紧力为F0，要求受载后接合面不分离，当外载荷F等于预紧力F0时，则_D_。A.被联接件分离，联接失效B.被联接件即将分离，联接不可靠 C.联接可靠，但不能继续再加载D.联接可靠，只要螺栓强度足够，还可

6、以继续加大外载荷F二、分析与思考题1 常用螺纹有哪几种类型？各用于什么场合？对联接螺纹和传动螺纹的要求有何不同？普通螺纹、管螺纹、米制锥螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹。见P62页表5-1联接螺纹要求自锁性较好，强度高；传动螺纹要求传动效率高。2 联接螺纹都具有良好的自锁性，为什么有时还需要防松装置？试各举出两个机械防松和摩擦防松的例子。螺纹联接在冲击、振动或变载作用下，或当温度变化较大时，螺旋副间的摩擦力可能减小或瞬时消失，在高温时由于螺纹联接件和被联接件的材料发生蠕变和应力松驰等，会使联接中的预紧力和摩擦力逐渐减小，导致联接松动，甚至松开。为保证连接安全可靠，设计时必须采取防松措施。机械

7、：止动垫圈、串联钢丝摩擦：对顶螺母、弹簧垫圈3 普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接的主要失效形式是什么？计算准则是什么？普通螺栓：对受拉螺栓，其主要破坏形式是螺栓杆螺纹部分发生断裂，因而其设计准则是保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度；对于受剪螺栓铰制孔螺栓，其主要破坏形式是螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断，其设计准则是保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度，其中联接的挤压强度对联接的可靠性起决定性作用。4 普通紧螺栓联接所受到的轴向工作载荷或横向工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷是什么类型的循环？非对称循环变应力5 螺栓的性能等级为8.8级，与它相配的螺母的性能等级应为多少？性能等级数字代号的

8、含义是什么？根据螺母的性能等级不应低于与之相配螺栓的性能等级这一要求，螺母可选用9级。6 在什么情况下，螺栓联接的安全系数大小与螺栓直径有关？试说明其原因。P87表5-10不控制预紧力的普通螺栓联接，其安全系数大小与螺栓直径有关，其安全系数S随螺纹直径增大而减小，因为尺寸小的螺栓在拧紧时容易产生过载，故采用加大安全系数的方法来弥补可能产生的过载。7 紧螺栓联接所受轴向变载荷在0F间变化，当预紧力F0一定时，改变螺栓或被联接件的刚度，对螺栓联接的疲劳强度和联接的紧密性有何影响？减小螺栓刚度或增大被联接件刚度都可以减小总拉力的变动范围，从而提高了螺栓联接的疲劳强度。但在此种情况下引起残余预紧力减小

9、，从而降低了联接的紧密性。8 在保证螺栓联接紧密性要求和静强度要求的前提下，要提高螺栓联接的疲劳强度， 应如何改变螺栓和被联接件的刚度及预紧力大小？试通过受力变形线图来说明。为了减小螺栓的刚度，可适当增加螺栓的长度，或采用腰状杆螺栓和空心螺栓。为了增大被联接件的刚度，可以不用垫片或采用刚度较大的垫片。P89图5-289 为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10 ？通常采用哪些结构形式可使各圈螺纹牙的载荷分布趋于均匀？实验证明，约有1/3的载荷集中在第一圈上，第八圈以后的螺纹牙几乎不承受载荷。因此，采用螺纹牙圈数过多的加厚螺母，并不能提高联接的强度。为了改善螺纹牙上的载荷分布，常采用悬置螺母，减小螺栓旋

10、合段本来受力较大的几圈螺纹牙的受力面或采用钢丝螺套。10 如何识别螺纹是左旋还是右旋？砂轮机轴的两端固定砂轮用的螺纹为何种旋向，为什么？两端固定砂轮用的螺纹为左边左旋，右边右旋。砂轮主轴螺纹的旋向：紧固砂轮或砂轮卡盘的砂轮主轴端部螺纹的旋向必须与砂轮工作时旋转方向相反。右旋螺纹顺时针拧紧；左旋螺纹，逆时针拧紧。正对砂轮，砂轮转向为，所以要求砂轮机两侧的螺纹是左边左旋，右边右旋。11 升角的大小对自锁和效率有何影响？为什么联接螺栓采用三角螺纹，而螺旋传动却采用矩形或梯形螺纹？自锁：。两者数值越接近，自锁性能越差；数值相差越大，自锁性能越好。螺纹传动效率：。增大，增大；增大，减小。牙型角与当量摩擦

11、系数间的关系是：。当增大，增大，三角螺纹牙型角大（一般为60），矩形螺纹（=0）和梯形螺纹牙型角较小。12 滑动螺旋的主要失效形式是什么？其基本尺寸(即螺杆直径及螺母高度)通常是根据什么条件确定的？P96。滑动螺旋的主要失效形式是螺纹磨损。其基本尺寸是根据耐磨性条件确定的。13 滚动螺旋传动与滑动螺旋传动相比较，有何优缺点？滚动螺旋传动具有传动效率高、起动力矩小、传动灵敏平稳、工作寿命长等优点，缺点是制造工艺比较复杂，特别是长螺杆更难保证热处理及磨削工艺质量，刚性及抗振动性能较差。14 计算普通螺栓联接时，为什么只考虑螺栓危险截面的拉伸强度，而不考虑螺栓头、螺母和螺纹牙的强度？螺栓的其他部分是

12、根据等强度条件及使用经验规定的，通常都不需要进行强度计算，可按螺栓的公称直径由标准中选定三、计算题：1图示凸缘联轴器(GB/T5843-1986)的型号为YLDl0，允许传递的最大转矩T= 630Nm，两半联轴器采用4个M12的铰制孔用螺栓联接，螺栓规格为M1260(GB/T 27-1988)，螺栓的性能等级为8.8级，联轴器材料为HT200，试校核其联接强度。找出承受最大工作剪力的螺栓。 4个螺栓在园周上均匀分布，故承受工作剪力相等，设为F。则有， ， 求出螺栓性能参数 螺栓的性能等级为8.8，所以， 查P87表5-10，取，所以 校核螺栓的挤压强度说明,不能取12mm，因为铰制孔螺栓螺纹部

13、分比光孔略小。也不能取20mm，见P85图5-27因为，所以螺栓的挤压强度合格校核螺栓的剪切强度因为，所以螺栓的剪切强度合格。综上所述，该螺栓组合用。2铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示。已知L=300mm，a=60mm，试求螺栓组联接的三个方案中，受力最大的螺栓所受的力各为多少？哪个方案较好？将力F平移到各结合面中心，得扭转力矩设各方案中在力F作用产生的剪切力为，扭转力矩M作用下产生的剪切力为。对方案1很显然，第3个螺栓受力最大，最大力对方案2很显然，1、3两个螺栓所受力相等，均为最大值，其最大值对方案3综上所述，方案3较好。3图示一厚度为15mm的钢板，用两个铰制孔用螺栓固定在机架上。巳

14、知载荷P4000N，螺栓、板和机架材料许用拉应力=120MPa，许用剪应力=95MPa，许用挤压应力p=150MPa，板间摩擦系数f=0.2。(1)确定合理的螺纹直径。(2)若改用普通螺栓，螺栓小径应为多大？(防滑系数Ks1.2)a) 将力P向结合面形心简化得到集中载荷P及转矩。b) 在集中载荷P的作用下，各螺栓承受的横向载荷c) 在转矩T的作用下，各螺栓承受的横向载荷，d) 找出螺栓组中承受最大工作剪力的螺栓，如图所示：很显然，螺栓2承受的工作剪切力比较大，最大工作剪力e) 按剪切强度确定螺纹小径，f) 按挤压强度确定螺纹小径，综上所述，取光孔直径为13mm，螺纹为M12。若改用普通螺栓，螺

15、栓2受力最大，此时是依靠结合面间产生的摩擦力来抵抗外载荷F，即，如果选用普通螺栓，其小径必须大于31.52mm。4在图示螺栓联接中采用两个M20的普通螺栓,其许用拉应力，联接件接合面间摩擦系数，防滑系数。请计算该联接允许传递的静载荷F。（M20螺栓的小径）。求螺栓预紧力，螺栓承受的拉应力，综合以上两式得四、结构设计与分析题试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。略一、填空题1键联接的主要类型有 平键联接 、 半圆键联接 、 楔键联接 、 切向键联接 。2普通平键按构造分，圆头 、（ A 型）、 平型 、（ B 型）、 单圆头 、（ C 型）三种。3平键联接的工作面是两侧面 ，依靠 键和键

16、槽侧面的挤压 来传递转矩；楔键联接的工作面是上下两面，依靠键的楔紧作用来传递转矩。4普通平键联接的主要失效形式是工作面被压溃，导向平键联接的主要失效形式是工作面的过度磨损 。5在设计中进行键的选择时，键的截面尺寸根据轴的直径d由标准中选定而定，而键的长度则根据轮毂的长度 而定。6采用双键联接时，两个平键应布置在沿圆周方向相隔180o的位置，两个半圆键应布置在轴的同一条母线上，两个楔键应布置在沿圆周方向上相隔90o120o的位置。7矩形花键采用小径定心 方式定心，渐开线花键采用 齿形定心 方式定心。二、单项选择题1键联接的主要用途是使轴和轮毂之间 C 。A沿轴向固定并传递轴向力 B沿轴向可作相对

17、滑动并具有导向作用C沿周向固定并传递扭矩 D安装与拆卸方便2设计键联接时键的截面尺寸通常根据 D 按标准选择。A所传递转矩的大小 B所传递功率的大小 C轮毂的长度 D轴的直径3在载荷性质相同时，导向平键联接的许用压力取得比普通平键联接的许用挤压应力小，这是为了 A 。P106表6-2A减轻磨损 B减轻轮毂滑移时的阻力 C补偿键磨损后强度的减弱 D增加导向的精度4设计键联接的几项主要内容是：a、按使用要求选择键的适当类型；b、按轮毂长度选择键的长度；c、按轴的直径选择键的剖面尺寸；d、对联接进行必要的强度校核。在具体设计时，一般顺序是： C 。Abacd Bbcad Cacbd Dcdba5平键

18、联接能传递的最大扭矩为T，现要传递的扭矩为1.5T，则应 D 。A把键长L增大到1.5倍 B把键宽b增大到1.5倍C把键高h增大到1.5倍 D安装一对平键6普通平键联接的承载能力一般取决于 D 。A轮毂的挤压强度 B键工作表面的挤压强度C轴工作面的挤压强度 D上述三种零件中较弱材料的挤压强度7C型普通平键与轴联接，键的尺寸为bhL14965，则键的工作长度为 A 。A58mm B61mm C65mm D51mm8下面是几种普通平键联接的剖视面，其中 B 在结构上正确。A B C9楔键联接的主要缺点是 D A.键的斜面加工困难 B.键安装时易损坏 C.键楔紧后在轮毂中产生初应力 D.轴和轴上零件

19、对中性差10半圆键和切向键的应用场合是 B 。A前者多用来传递较大扭矩，后者多用来传递较小扭矩B前者多用来传递较小扭矩，后者多用来传递较大扭矩C各种大小扭矩均可传递三、简答题1根据用途不同，平键分为哪几种类型？指出其中哪些用于静联接，哪些用于动联接。根据用途的不同，平键分为普通平键、薄型平键、导向平键和滑键四种。其中，普通平键和薄型平键用于静联接，导向平键和滑键用于动联接。2薄型平键联接与普通平键联接相比，在使用场合、结构尺寸和承载能力上有何区别？薄型平键与普通平键的主要区别是键的高度为普通平键的6070，也分圆头、平头和单圆头三种型式，但传递转距的能力较低，常用于薄壁结构、空心轴及一些径向尺

20、寸受限的场合。3采用双键联接时，两个平键应布置在沿圆周方向相隔180o的位置，两个半圆键应布置在轴的同一条母线上，两个楔键应布置在沿圆周方向上相隔90o120o的位置。分别是为什么？同时，在强度计算中，为什么双键只能按1.5个键计算?平键：对轴的削弱均匀，挤压力对轴平衡，不产生附加力矩，受力状态好，对中性好。半圆键：半圆键对轴强度削弱大，双键放在同一截面上对轴的强度削弱太大，所以只能放在同一母线上。楔键：夹角为180o双键相当于一个楔键的承载能力，夹角过小，对做轴的局部削弱过大；夹角过大，则两个楔键的总承载能力下降。考虑到两个键上载荷分配的不均匀性，在强度较核中只按1.5个键计算。四、计算分析

21、题1图示牙嵌离合器的左右两半分别用键与轴1、2相联接，在空载下，通过操纵可使右半离合器沿导向平键在轴1上作轴向移动。该轴传递的转矩T1200N?m，轴径d180mm，右半离合器的轮毂长度L1130mm，行程l160mm，工作中有轻微冲击，离合器及轴的材料均为钢材。试选择右半离合器的导向平键尺寸，并较核其联接强度。选择导向平键 选A型导向平键，对于轴径d180mm，查教材P106表6-1得平键的截面尺寸b22mm，h14mm，取键长L180L1+l113060190。 2强度校核材料均为钢，工作时有轻微冲击，查教材P106表6-2，取p=40MPa。k=0.5h=0.514=7mm，lL1b/2

22、13022/2119mm 则 故此键联接能满足强度要求。2图示凸缘联轴器，允许传递的最大转矩T为1500N?m（静载荷），材料为HT250。联接处轴及轮毂尺寸如图示（单位：mm）。试：1）考虑在轴端采用何种类型的平键较为合适，选择键的类型及尺寸，并较核键联接的强度。2）若键联接强度不够，请列举两种以上解决方案。1选择普通平键 因在轴端，可选C型普通平键，对于轴径d55mm，查教材P106表6-1得平键的截面尺寸为1610，即b16mm，h10mm，取键长L90100。2强度校核 因联轴器材料为HT250，静载荷，查教材P106表6-2，取p=75MPa。k=0.5h=0.510=5mm，l=L

23、b/2=9016/282mm。不能满足强度要求。键联接强度不够，列举解决方案： 1）还可适当增加键的长度，满足L100； 2）采用双键联接，承载能力为单键的1.5倍； 以上两种方案组合使用，以提高键联接的承载能力。若仍不满足，可： 3）采用花键联接；4）提高联轴器的材料性能，如改为钢材。一、填空题1带传动主要是依靠 带和带轮之间的摩擦（或啮合） 来传递运动和动力的。2小带轮主动的V带传动在工作过程中，带内应力有拉应力 、弯曲应力 、 离心应力 ,最大应力1b1c发生在紧边绕进小带轮处。3带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏 。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 。4

24、带传动不发生打滑的受力条件是带的有效拉力小于极限拉力即FeFec时，带与带轮间将发生显着的相对滑动，即打滑。打滑首先发生在小带轮上，因为小带轮的包角小于大带轮的包角，故它的极限拉力也较小，承载能力低，所以先打滑。 两者的区别在于弹性滑动是必然存在的，导致传动比不恒定，但带传动能正常工作。打滑是载荷超过承载能力之后的失效形式，应尽量避免。2在设计带传动时，为什么要限制小带轮的最小直径d1？当皮带绕在带轮上时，会产生弯曲应力。带轮直径越小，弯曲应力越大。为因避免弯曲应力过大降低带传动的寿命，应限制小带轮的最小直径d1。3简述传动中心距a对带传动性能的影响。若中心距过小，带速不变时，单位时间内皮带绕转次数增多，应力循环次数增多，将加剧带的疲劳损坏，降低其寿命；且由于中心距小，在传动比不变的情况