典型机械设计习题(一)[机械设计]

    分析与思考题

1-1  什么是通用零件?什么是专用零件?试各举三个实例。

1-2  机械设计课程研究的内容是什么?

1-3  设计机器时应满足哪些基本要求?设计机械零件时应满足哪些基本要求?

1-4 机械零件主要有哪些失效形式?常用的计算准则主要有哪些?

1-5  什么是零件的强度要求?强度条件是如何表示的?如何提高零件的强度?

1-6  什么是零件的刚度要求?刚度条件是如何表示的?提高零件刚度的措施有哪些?

1-7  机械零件设计中选择材料的原则是什么?

1-8  指出下列材料的种类，并说明代号中符号及数字的含义：HTl50，ZG230-450，  65Mn，45，Q235，40Cr，20CrMnTi，ZCuSnl0Pb5。

1-9  机械的现代设计方法与传统设计方法有哪些主要区别?

第二章 机械零件的疲劳强度设计

一、分析与思考题

2-1  试举例说明什么零件的疲劳破坏属于低周疲劳破坏，什么零件的疲劳破坏属高周疲劳破坏。

2-2  在材料的疲劳曲线上，为何需要人为规定一循环基数N0，并将对应的极限应力称为材料的疲劳极限? 

2-3  弯曲疲劳极限的综合影响系数Kσ的含义是什么?它与哪些因素有关?它对零件的疲劳强度和静强度各有何影响?

2-4 在单向稳定变应力下工作的零件，如何确定其极限应力?

2-5  疲劳损伤线性累积假说的含义是什么?写出其数学表达式。

2-6  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?

二、设计计算题

2-7  一零件由45钢制成，材料的力学性能为：σs=360MPa，σ-1=300 MPa，ψσ=0.2。已知零件上的最大工作应力σmax=190MPa，最小工作应力σmin=110MPa，应力变化规律为σm=常数，弯曲疲劳极限的综合影响系数Kd=2.0，试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。

题2-7图

2-8  某材料受弯曲变应力作用，其力学性能为：σ-1=350MPa，m=9，N0=5×106。现用此材料的试件进行试验，以对称循环变应力σl=500MPa作用104次，σ2=400MPa作用105次，σ3=300MPa作用106次。试确定：

(1)该试件在此条件下的计算安全系数；

(2)如果试件再作用σ=450MPa的应力，还能循环多少次试件才破坏?

第三章 摩擦、磨损及润滑基础

    分析与思考题

3-1  按照摩擦面间的润滑状态不同，滑动摩擦可分为哪几种?

3-2  什么是边界膜?边界膜的形成机理是什么?如何提高边界膜的强度?

3-3  零件的磨损过程大致可分为哪几个阶段?每个阶段的特征是什么?

3-4  根据磨损机理的不同，磨损通常分为哪几种类型?它们各有什么主要特点?

3-5  粘度的表示方法通常有哪几种?各种粘度的单位和换算关系是什么?

3-6  润滑油的主要性能指标有哪些?润滑脂的主要性能指标有哪些?

3-7  流体动力润滑和流体静力润滑的油膜形成原理有何不同?流体静力润滑的主要优缺点是什么?

第五章 螺纹联接及螺旋传动

一、选择题

5-1  在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是__________。

（1）三角形螺纹 （2）梯形螺纹  （3）锯齿形螺纹 （4）矩形螺纹

5-2  在常用的螺纹联接中，自锁性能最好的螺纹是___________。

（1）三角形螺纹 （2）梯形螺纹  （3）锯齿形螺纹 （4）矩形螺纹

5-3  当两个被联接件不太厚时，宜采用____________。

（1）双头螺柱联接 （2）螺栓联接  （3）螺钉联接（4）矩形螺纹

5-4  当两个被联接件之一不太厚，不宜成通孔，且需要经常拆装时，往往采用__________。

（1）螺栓联接（2）螺钉联接（3）双头螺柱联接（4）紧定螺钉联接

5-5 当两个被联接件不太厚，不宜制成通孔，且联接不需要经常拆装时，往往采用_________。

（1）螺栓联接（2）螺钉联接（3）双头螺柱联接（4）紧定螺钉联接

5-6 在拧紧螺栓联接时，控制拧紧力矩有很多方法，例如________。

（1）增加拧紧力              （2）增加扳手力臂

（2）使用测力矩扳手或定力矩扳手

5-7 螺纹联接防松的根本问题在于_____________。

（1）增加螺纹联接能力  （2）增加螺纹联接的横向力  （3）防止螺纹副的相对转动   （4）增加螺纹联接的刚度

5-8 螺纹联接预紧的目的之一是_________。

（1）增加联接的可靠性和紧密性  （2）增加被联接件的刚性

（3）减小螺栓的刚性

5-9承受预紧力和轴向变载荷的紧螺栓联接，当其螺栓的总拉力F0的最大值和被联接件的刚度Cm不变时，螺栓的刚度Cb愈小，则________。

（1）螺栓中总拉力的变化幅度最大 （2）螺栓中总拉力的变化幅度愈小  （3）螺栓总拉力变化不变  （4）螺栓中的疲劳强度降低

5-10对受轴向变横载的紧螺栓联接，在限定螺栓总拉力的情况下，提高螺栓疲劳强度的有效措施是__________。

（1）增大被联接件的刚度  （2）减小被联接件的刚度

（2）增大螺栓的刚度

5-11现有一个单个螺栓联接，要求联接件的结合面不分离，假定螺栓的刚度Cb与被联接的刚度Cm相等，联接的预紧力为F′，现开始对联接施加轴向载荷，当外载荷达到与预紧力F′的大小相等时，则________。

（1）被联接发生分离，联接失效   （2）被联接件即将发生分离，联接不可靠  （3）联接可靠，但不再继续加载  （4）联接可靠，只要螺栓强度足够，外载荷F还可继续增加到接近预紧力F′的两倍

5-12 有一汽缸盖螺栓连接，若汽缸内气体压力在1~2Mpa之间循环变化，则螺栓中的应力变化规律为___________。

（1）对称循环应变力  （2）脉动循环应力（3）非对称循环应力

5-13在下列四种具有相同公称直径和螺距并采用相同的配对材料的传动螺旋副中，传动效率最高的是________________。

（1）单线矩形螺纹 （2）单线梯形螺纹（3）双线矩形螺纹

（3）双线锯齿形螺纹

5-14  当一个承受变载荷的螺栓联接，其螺栓的静强度足够而疲劳强度不足时，应首先考虑采用__________来提高其疲劳强度

（1）增加螺栓直径   （2）提高螺栓材料的屈服极限

（3）改用双螺母      （4）柔性螺栓

5-15  为了改善纹牙上的载荷分布，通常都以_______的方法来实现。

（1）采用双螺母  （2）采用加高螺母  （3）采用减薄螺母

（4）减少螺栓和螺母的螺距变化差

5-16被联接件受横向载荷作用时，若采用一组普通螺栓联接，则载荷靠_________来传递。

（1）接合面之间的摩擦力   （2）螺栓的剪切和挤压

（2）螺栓的剪切和被联接件的挤压

5-17 确定紧联接螺栓中拉伸和扭转复合载荷作用下的当量应力时，通常是接__________来进行诸的。

（1）第一强度理论   （2）第二强度理论   （3）第三强度理论

（3）第四强度理论

二、分析与思考题

5-18  为什么螺纹联接大多数要预紧？什么叫螺纹联接的预紧力？

5-19 常用的控制预紧力的方法有哪些？它们有哪些优缺点？为了克服这些缺点可采用什么方法？

5-20 螺纹联接为什么要防松？防松的根本问题是什么？

5-21 防松的基本原理有哪几种？具体的防松方法和装置各的哪些？

5-22相同的公称直径的粗牙普通螺纹与细牙普通螺纹相比，哪个自锁性能好？哪个强度高？为什么薄壁零件的联接常采用细牙螺纹？

5-23什么叫螺纹的自锁现象？自锁条件如何？螺旋副的传动效率又如何计算？

5-24试问螺纹的升角φ为多大时，螺旋副效率可达到最高值？

5-25螺纹联接的主要失效形式和计算准则是什么？

5-26何谓螺栓联接？何为紧螺栓联接？它们的强度计算方法有何区别？

5-27对承受横向载荷或传递转矩的紧螺栓联接采用普通螺栓时，强度计算公式中为什么要将预紧力提高到1.3倍来计算？若采用铰制孔用螺栓时是否也这样考虑？为什么？

5-28在设计受倾覆力矩作用的底板螺栓组联接时，应满足哪些条件？如何保证？

5-29常用的提高螺纹联接强度的措施有哪些？

5-30对于受变载荷作用的螺栓联接，可采用哪些措施来减小螺栓的应力幅αa？

三、设计计算题

5-31  如图所示，两根梁用8个4.6级普通螺栓与两块钢盖板相联接，梁受到的拉力F=28kN，摩擦系数f=0.2，控制预紧力，试确定所需螺栓的直径。

解：已知螺栓数目z=8，接合面数i=2，取防滑系数Ks=1.2，则螺栓所需预紧力F0为

F0≥

题5-20图

查主教材中的表，得σS=240MPa，查表，取安全系数S=1.3，则[σ]=σS/S

=240MPa/1.3=184.6MPa，所需螺栓的直径

       d1≥

取整后得螺栓尺寸d=10mm，螺纹为M10。

注：解中有两处错误，请指出错处并说明原因。

5-32  受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已知预紧力F0=1500N，当轴向工作载荷F=1000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。

5-33  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= 630N·m，两半联轴器采用4个M12的铰制孔用螺栓联接，螺栓规格为M12~60(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。

 

题5-33图

 

题5-34图

5-34  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? 

5-35  如图所示的底板螺栓组联接受外力Fe的作用。外力Fe作用在包含x轴并垂直于底板接合面的平面内。试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大?保证联接安全工作的必要条件有哪些?

题5-35图

四、结构设计与分析题

5-36  试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。

   

a)螺钉联接        b)双头螺柱联接

                  

 c)铰制孔用螺栓联接

 

d)紧定螺钉联接                e)吊环螺钉联接

     

 f)螺钉联接

题5-36图

第六章 键、花键和销联接

一、选择题

6-1 普通平键联接的主要用途是使轴与轮毂之间________。

（1）沿轴向固定并传递轴向力   （2）沿轴向可作用相对滑动并具有导向作用   （3）沿周向固定并传递转矩 （4）安装与拆卸方便

6-2 设计键联接的几项主要内容是：

a) 按轮毂长度选择键的长度 b) 按使用要求选择键的主要类型 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_______。

（1）  b→a→c→d        （2）b→c→a→d

（3）  a→c→b→d        （4）c→d→b→a

6-3  键的剖面尺寸通常是根据________按标准选择。

（1） 传递转矩的大小  （2）传递功率大小  （3）轮毂的长度

（5） 轴的直接

6-4   键的长度主要是根据__________来选择。

（1）传递转矩的大小   （2）轮毂的长度  （3）轴的直径

6-5  常用来制造键的材料是___________。

（1） 低碳钢  （2）中碳钢  （3）高碳钢  （4）合金钢

6-6 轴的键槽通常是由________加工而得的。

（1）插削  （2）拉削   （3）钻及铰  （4）铣削

6-7  紧键联接和松键联接的主要区别在于：前者安装后，键与键之间就存在有__________。

（1）压紧力  （2）轴向力  （3）摩擦力

6-8 能够构成紧键联接的两种键是_______________.

（1）楔键和半圆键  （2）平键和切向键  （3）半圆键和切向键

（4）楔键和切向键

6-9  标准平键联接的承载能力，通常是取决于___________。

（1）轮毂的挤压强度   （2）键的剪切强度  （3）键的弯曲强度

（5）  键工作表面的挤压强度

6-10 平键联接能传递的最大转矩为T，现要传递的转矩为1.5T，则应_____________。

（1）把键长L增大到1.5倍  （2）把键宽b增到1.5倍

（2） 把键高增大到1.5倍  （4）安装一对平键

6-11 半圆键联接的主要是_____________.

(1)对轴的强度削弱较轻  （2）键槽的应力集中较小 （3）工艺性好、安装方便

6-12 半圆键和切向键的应用场合是_______________。

（1）前者多用来传递较大转矩，后者多用来传递较小转矩  （2）前者多用来传递较小转矩，后者多用来传递较大转矩  （3）两者都用来传递较小转矩  （4）两者都用来传递较大转矩

6-13花键联接与平键联接（采用多键时）相比较，______的观点是错误的。

（1）承载能力较大  （2）旋转零件在轴上有良好的对中性和沿轴移动的导向性  （3）对轴的削弱比较严重  （4）可采用研磨加工来提高联接和加工精度

6-14花键联接的强度，主要取决于__________强度。

（1）齿根弯曲   （2）齿根剪力  （3）齿侧挤压  （4）齿侧接触

6-15  应用较广的花键齿形是_____________。

（1）矩形三角形  （2）渐开线与三角形  （3）矩形与渐开线

（3）矩形、渐开线与三角形

6-16 薄壁套筒与花键轴相联接，宜采用_________ 。

（1）矩形齿  （2）渐开线齿  （3）三角形齿  （4）矩形齿与渐开线齿

6-17滑动齿轮与轴采用矩形花键联接，轴的材料为45钢，调质处理，齿轮材料为40Cr钢经高频淬火硬度为50～55HRC,这时宜采用__________定心。

（1）外径    （2）内径    （3）侧面

6-18有一矩形花键联接，因需在载荷作用下频繁移动，故花键轴毂孔工作表面均经热处理达到硬度50HRC，这时宜采用_________定心。

（1）外径    （2）内径    （3）侧面

6-19  某起重设备中用矩形花键联接，轴的转速不高，但要传递很大的转矩，这时宜采用___________定心。

1）外径    （2）内径    （3）侧面

二、分析与思考题：

6-20  平键联接的工作原理是什么？主要失效形式有哪些？平键的剖面尺寸b×h和键的长度L是如何确定的？

6-21圆头（A型）、平头（B型）及单圆头（C型）普通平键各有何优缺点？它们分别用在什么场合？轴上的键槽是如何加工出来的？

6-22导向平键联接和滑键联接有什么不同，各适用于何种场合？

6-23普通平键的强度条件怎样（用公式表示）？如果在进行普通平键联接强度计算时，强度条件下不能满足，可采用哪些措施？

三、设计计算题

6-24  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T=1200N·m，轴径d1=80mm，右半离合器的轮毂长度L1=130mm，行程l1=60mm，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，并校核其联接强度。

解：1．选择导向平键

选A型导向平键，查主教材表6-1得平键的截面尺寸b=22mm，h=14mm，取键长L=180 mm

2．强度校核

材料均为钢，工作时有轻微冲击，查主教材表6-2，取[σP]=110MPa。k=0.5h=0.5×14mm=7mm，l=L-b=180mm-22mm=158mm。

              

=27.1 MPa<[σP]

故此键联接能满足强度要求。

注：解中有两处错误，请指出错处并说明原因。                                                                                   

6-25  图示减速器的低速轴与凸缘联轴器及圆柱齿轮之间分别采用键联接。已知轴传递的转矩T=1000N·m，齿轮的材料为锻钢，凸缘联轴器材料为HT200，工作时有轻微冲击，联接处轴及轮毂尺寸如图示。试选择键的类型和尺寸，并校核联接的强度。

题6-25图

           

题6-26图

6-26  图示的灰铸铁V带轮，安装在直径d=45mm的轴端，带轮基准直径dd=250mm，工作时的有效拉力Fe=1500N，有轻微振动，轮毂宽度L′=65mm。设采用钩头楔键联接，试选择该楔键的尺寸，并校核联接的强度。

6-27 轴与轮毂分别采用B型普通平键联接和中系列矩形花键联接。已知轴的直径(花键的大径)d=102mm，轮毂宽度L=150mm，轴和轮毂的材料均为碳钢，取许用挤压应力[σP]=100MPa，试计算两种联接各允许传递的转矩。

6-28  轴与轮毂采用两个Z2型胀套串联联接，轴的直径d=100mm，轴和轮毂的材料均为碳钢。该轴毂联接同时承受轴向力F0=100kN，转矩T=12kN·m，载荷平稳。试验算此联接是否可靠。

    四、结构设计与分析题

6-29  试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。

                         

a)平键联接         b)双楔键联接    c)传递双向转矩的切向键联接

                

d)楔键联接                         e)半圆键联接 

 

      f)圆锥销定位

题6-29图

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