机械设计习题与答案

机械设计总论

一、简答题：

<1）机械设计的程序是什么？其各阶段大致需要完成哪些任务？

<2）试述机械零件设计的一般步骤。

<3）什么是机械零件的失效？机械零件的失效形式有哪些？试结合日常接触的机械举出其中几种零件的失效形式并分析其原因。

<4）机械零件设计计算准则与失效形式有什么关系？有哪些日常的计算准则？它们是针对什么失效形式建立的？

<5）稳定循环变应力的、、、、五个参数各代表什么？试列出根据已知零件的、计算、及的公式。<6）影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？原因是什么？为什么影响因素中的、、

只对变应力的应力幅部分有影响？

<7）何谓摩擦？按机理不同，磨损可分为哪几类？各类有何特点？有哪些措施可以提高零件的磨损寿命？

<8）零件的正常磨损分为哪几个阶段？每阶段各有何特点？

<9）润滑油、润滑脂各有何主要性能指标？如何理解粘度的概念？

<10）润滑油常用的粘度单位有几种？彼此之间如何换算？压力、温度对粘度有何影响

二、填空：

<1）若一零件的应力循环特性= +0.5，则此时 =70Mpa，则此时为，为，为。

<2）影响机械零件疲劳强度的主要因素，除材料性能、应力循环特性r和应力循环次数N之外，主要有、、和。

<3）根据磨损机理，磨损可分为、、和。

<4）一个零件的磨损大致可以可分磨损、磨损、磨损三个阶段，在设计或使用时，应力求、、。

<5）机械零件的主要失效形式有；；及。

<6）新产品从任务提出到投放市场的全部程序一般要经过、、及四个阶段。

<7）产品设计中的“三化”是指、、。

<8）作用于机械零件上的名义载荷是指；而设计零件时应按进行计算；它与名义载荷的关系式为。

<9）判断机械零件强度的两种方法是及；其相应的强度条件式为；。

<10）钢制零件的曲线上，当疲劳极限几乎与应力循环次数无关时，称为疲劳；而当时，疲劳极限随循环次数的增加而降低的称为疲劳。

<11）钢制零件的疲劳曲线<曲线）中，当时为区；而当时为区。

<12）非稳定变应力零件的疲劳强度计算中的等效应力通常取等于的应力。

<13）按摩擦状态不同，摩擦可分为、、、。

<14）按建立压力油膜的原理不同，流体润滑主要有、。

<15）工业用润滑油的粘度主要受和的影响。

三、选择填空：

<1）对于受循环变应力作用的零件，影响疲劳破坏的主要因素是。

A.最大应力；

B.平均应力；

C.应力幅。

<2）塑性材料制成的零件进行静强度计算时，其极限应力为。

A.；

B.；

C.；

D.。

<3）零件受对称循环应力时，对于塑性材料应取作为材料的极限。

A.材料的强度极限；

B.材料的屈服极限；

C.材料的疲劳极限；

D.屈服极限除以安全系数。

<4）三个相同的零件甲、乙、丙承受的变应力是相同的，但应力的循环特性r分别为+1，0，－1，其中最易疲劳损伤的零件是。

，若载荷增大到2F时，最大接触<5）两圆柱体沿母线相压，载荷为F时，最大接触应力为

H

应力变为。

A.；

B. ；

C. ；

D.。

<6）由实验知，有效应力集中、绝对尺寸和表面状态只对有影响。

A.应力幅；

B.平均应力；

C.应力幅和平均应力。

<7）摩擦副表面为液体动压润滑状态，当外载荷不变时，摩擦面间的最小油膜厚度随相对滑动速度的增加而。

A.变薄；

B.增厚；

C.不变。

<8）在外载荷不变的情况下，试判断下列零件上各点应力的变化特性<用应力循环特性系数

表示）：

a）转动心轴，外径上的弯曲应力r为：

b）推力球轴承滚动体上一点的接触应力，r为。

A. r= +1；

B. r=－1；

C. r=－1；

D. 0

E. -1

<9）为了减轻摩擦副的表面疲劳磨损，下列措施中，是不合理的。

A.降低表面粗糙度；

B.增大润滑油粘度；

C.提高表面硬度；

D.提高相对滑动速度。

<10）采用含有油性和极压添加剂的润滑剂，主要是为了减少。

A.粘着磨损；

B.磨粒磨损；

C.表面疲劳磨损；

D.腐蚀磨损。

<11）零件的工作安全系数为。

A.零件的极限应力比许用应力；

B.零件的工作应力比许用应力；

C.零件的极限应力比零件的工作应力；

D.零件的工作应力比零件的极限应力。

<12）某截面形状一定的零件，当尺寸增大时，其疲劳极限值将随之。

A.增高；

B.降低；

C.不变；

D.规律不定。

四、计算题：

1、某钢制零件材料性能为，，，受单向稳定循环变应

力，危险剖面的综合影响系数，寿命系数。

<1）若工作应力按常数的规律变化，问该零件首先发生疲劳破坏，还是塑性变

形？

<2）若工作应力按应力比<循环特性）常数规律变化，问在什么范围内零件首先发生疲劳破坏？<图解法、解读法均可）

2、零件材料的机械性能为：，，，综合影响系数

，零件工作的最大应力，最小应力，加载方式为<常数）。求：<1）按比例绘制该零件的极限应力线图，并在图中标出该零件的工作应力点和其相应的极限应力点；<2）根据极限应力线图，判断该零件将可能发生何种破坏；<3）若该零件的设计

安全系数，用计算法验算其是否安全。

3、在图示零件的极限应力线图中，零件的工作应力位于点，在零件的加载过程中，可能发生哪种

失效？若应力循环特性等于常数，应按什么方式进行强度计算？EmxvxOtOco

4、已知45钢经调质后的机械性能为：强度限，屈服限，疲劳限

，材料的等效系数。

<1）材料的基氏极限应力线图如图示，试求材料的脉动循环疲劳极限；

<2）疲劳强度综合影响系数，试作出零件的极限应力线；

<3）若某零件所受的最大应力，循环特性系数，试求工作应力点的坐标和的位置。

5、合金钢对称循环疲劳极限，屈服极限，。试：

<1）绘制此材料的简化极限应力图；

<2）求时的、值。

螺纹联接与螺旋传动

一、简答题

(1>为什么螺纹联接常需要防松？防松的实质是什么？有哪几类防松措施？试指出普通螺栓联接、双头螺栓联接和螺钉联接的结构特点，各用在什么场合？

(2>试指出普通螺栓联接、双头螺栓联接和螺钉联接的结构特点，各用在什么场合？

(3>一螺栓联接预紧后，受轴向变载荷作用，在最大工作载荷及剩余预紧力不变的情况下，试问提

高这种螺栓疲劳强度的具体措施有哪些？

(4>为提高螺栓的疲劳强度，欲减小螺栓的应力幅，请举出一个措施，并用螺栓受力—变形协调图来说明。

(5>螺栓的主要失效形式有哪些？

(6>拧紧螺母与松退螺母时的螺纹副效率如何计算？哪些螺纹参数影响螺纹副的效率？

二、填空

<1）螺纹的公称直径是指螺纹的径，螺纹的升角是指螺纹径处的升角。螺纹的自锁条件为，拧紧螺母时效率公式为。

<2）螺纹联接常用的防松原理有，，，。其对应的防松装置有，，。

<3）三角形螺纹主要用于，而矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于。

<4）标记为螺栓GB5782—86 M16×80的六角头螺栓的螺纹是形，牙形角等于度，线数等于，16代表，80代表。

<5）若螺纹的直径和螺纹副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的和。<6）为了提高螺栓强度，防止螺栓的疲劳破坏，通常采用的方法之一是减小刚度或增大刚度。

<7）有一单个紧螺栓连接，已知该螺栓所受预紧力，所受轴向工作载荷，螺栓的相对刚度系数，则螺栓所受的总拉伸载荷，残余预紧力；为保证结合面不出现缝隙，则该联接允许的最大轴向工作载荷，<需注明式中各符号的意义）

<8）受轴向载荷的紧螺栓所受的总拉力是与之和。

<9）压力容器的紧螺栓联接中，若螺栓的预紧力和容器的压强不变，而仅将凸缘间的铜垫片换成胶垫片，则螺栓所受的总拉力和联接的紧密性。

<10）在一定的变载荷作用下，承受轴向工作载荷的螺栓联接的疲劳强度是随着螺栓刚度的自己而；且随着被联接件刚度的增加而。

<11）发动机缸体与缸盖的螺栓联接经常拆装，应使用联接，为了控制预紧力需用扳手拧紧。

<12）普通螺栓联接承受横向外载荷时，依靠承载，螺栓本身受作用，该螺栓联接可能的失效形式为。铰制孔用螺栓联接承受横向外载荷时，依靠承载，螺栓本身受力作用，螺栓可能的失效形式为和。

三、选择填空

<1）采用螺纹联接时，若被联接件之一厚度较大，且材料较软，强度较低，需要经常装拆，则一般宜

采用。

A．螺栓联接； B．双头螺柱联接； C．螺钉联接。

<2）在常用螺纹中，效率最低、自锁性最好的是，效率最高，牙根强度较大，制造方便的是，联接螺纹常用，传动螺纹常用。

A．矩形螺纹； B．梯形螺纹； C．三角螺纹。

<3）螺纹副在摩檫系数一定时，螺纹的牙形角越大，则。

A．量摩擦系数越小，自锁能力越好； B．量摩擦系数越小，自锁能力越差；

C．量摩擦系数越大，自锁能力越差；D．量摩擦系数越大，自锁能力越好。

<4）计算紧螺栓联接的拉伸强度时，考虑到拉伸和扭转的复合作用，应将拉伸载荷增大到原来的倍。

A．1.1； B．1.3； C．1.5； D．1.7。

<5）被联接件是锻件或铸件时，应将安装螺栓处加工成小凸台或鱼眼坑，其目的是。

A．易拧紧； B．避免偏心载荷；C．增大接触面； D．外观好。

<6）当螺纹公称直径、牙形角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能。

A．被联接件的橡胶垫片改为皮革垫片；B．在螺母下放置弹性单元；C．被联接件的金属垫片改为橡胶垫片；D．去掉螺母下放置弹性单元而改为普通平垫圈。

<7）受轴向载荷的紧螺栓联接，在工作载荷和残余预紧力不变的情况下，要提高螺栓强度，可以采取的措施有。

A．减小螺栓刚度，增大被联接件刚度；B．同时减小螺栓与被联接件的刚度；C．增大螺栓刚度，减小被联接件刚度；D．同时增大螺栓与被联接件的刚度。

<8）一螺栓联接拧紧后预紧力为，工作时又受轴向工作拉力，被联接件上的残余预紧力为，则螺栓所受总拉力

等于。<为螺栓的联接相对刚度）

A．；

B．；

C．；

D．。

<9）用于薄壁零件联接的螺纹，应采用。

A．三角形细牙螺纹； B．梯形螺纹；

C．锯齿形螺纹； D．多线三角形粗牙螺纹。

<10）在下列四种具有相同公称直径和螺距，并采用相同配对材料的传动螺旋副中，传动效率最高的是。 A．单线矩形螺旋副； B．单线梯形螺旋副；

C．双线矩形螺旋副； D．双线梯形螺旋副。

<11）螺栓的材料性能等级标成级，其数字代表。

A．对螺栓材料的强度要求； B．对螺栓的制造精度要求；

C．对螺栓材料的刚度要求； D．对螺栓材料的耐蚀性要求。

<12 <12）对于外载荷是轴向变载荷的重要联接，螺栓所受总拉力在

与之间变化。则螺栓的应力变化规律按。

A．常数；

B．常数；

C．常数。

四、判断题

(1> 螺纹公称直径、牙行角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性比粗牙螺纹的自锁性好。

< ）

(2>为了提高受轴向变载荷螺栓联接的疲劳强度，可以增加螺栓刚

度。 < ）

(3> 三角形螺纹的牙形角比矩形螺纹的牙形角大，故三角形螺纹主要用于螺纹联接，而矩

形螺纹主要用于螺旋传动。

< ）

(4> 螺栓联接中的螺栓受横向载荷时只需计算剪切强度和挤压强

度。 < ）

(5> 在有气密要求的螺栓联接结构中，结合面之间不用软垫片进行密封而采用密封环结构，这

主要是为了增大被联接件的刚度，从而增大螺栓的疲劳强度。

< ）

(6> 在螺纹联接中，采用加高螺母以增加旋和圈数的办法对提高螺栓的强度并没有多少作用。

< ）

(7> 减少螺栓和螺母的螺距变化差可以改善螺纹牙间的载荷分配不均的程度。

< ）

(8>横向载荷的铰制孔精配螺栓联接，螺栓的抗拉强度不需要进行计算。

< ）

(9>受横向载荷的紧螺栓联接主要是靠被联接件接合面之间的摩擦来承受横向载荷的。

< ）

(10> 螺栓组受转矩作用时，螺栓的工作载荷同时受到剪切和拉

伸。 < ）

五、计算题

1.一悬臂梁由四个普通螺栓联接固定于立墙上的两个夹板间，如图所示，已知载荷

P=1000N，螺栓布局和相关尺寸如图示，试选择螺栓直径d 。

注：

<1）螺栓材料45钢=360N/mm；

<2）图示尺寸单位为mm；

<3）板间摩擦系数f=0.15，可靠性系数K=1 .2；