机械设计 分析与思考 简答题专用 参考机械设计第四版和第八版

第一章 机械设计概论

第二章 机械零件的工作能力和计算准则

二、分析与思考题

1、机械设计的基本要求包括哪些方面？

答：功能要求；安全可靠性要求；经济性；其他要求

2、机械设计的一般程序如何？

答：设计任务→调查研究→开发计划书→实验研究→技术设计→样机试制→样机试验→技术经济评价→生产设计→小批试制→正式投产→销售服务

3、对机械零件设计有哪些一般步骤？

答：1、选择零件类型、结构；2、计算零件上的载荷；3、选择零件的材料；4、确定计算准则；5、理论设计计算；6、结构设计；7、校核计算；8、绘制零件工作图；9、编写计算说明书及有关技术文件，其中步骤4对零件尺寸的确定起决定性的作用。

4、对机械零件设计有哪些常用计算准则？

答：强度准则；刚度准则；寿命准则；振动稳定性准则；可靠性准则。

5、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？

答：机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时，称为失效。常见失效形式有：因强度不足而断裂；过大的弹性变形或塑性变形；摩擦表面的过度磨损、打滑或过热；连接松动；压力容器、管道等得泄露；运动精度达不到要求等。

6 、什么是零件的工作能力？什么是零件的承载能力？

答：零件不发生失效时的安全工作限度称为工作能力；对载荷而言的工作能力称为承载能力。

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？

答：不随时间变化或变化缓慢的载荷称为静载荷；随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷称为变载荷；在稳定和理想的工作条件下，作用在零件上的载荷称为名义载荷；再设计计算中，常把载荷分为名义载荷和计算载荷，计算载荷等于名义载荷乘以载荷系数Ｋ。

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？

答：最小应力与最大应力之比称为变应力的循环特性ｒ。

静应力ｒ＝１；脉动循环变应力ｒ＝０；对称循环变应力ｒ＝－１．

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？

10 、什么是零件的工作应力、计算应力、极限应力和许用应力？

答：材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为工作应力；根据计算载荷求的应力称为计算应力；工作的时候，工件被破坏的应力值，称为零件的极限应力；机械设计中允许零件或构件承受的最大应力值称为许用应力；

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？

答：静应力时零件的主要失效形式：塑性变形、断裂；脆性材料的极限应力为B （强度极限）；塑性材料

的极限应力为s σ（屈服极限）

12、如图所示，各轴均受静载荷的作用，试判断零件上A 点的应力是静应力还是变应力，并确定应力循环特性r 的大小或范围。

（a ）

(b) (c)

第三章 机械零件的疲劳强度设计

二、分析与思考题

1 、机械零件疲劳强度的计算方法有哪两种？其计算准则各是什么？

答：安全－寿命计算，其设计准则是：在规定的工作期间内，不允许零件出现疲劳裂纹，一旦出现，即认为失效。这是应按N -σ曲线进行寿命疲劳计算，或按N p -ε曲线进行低周循环疲劳计算；破损－安全设计，其准则是：允许零件存在裂纹并缓慢扩展，但必须保证在规定的工作期间内，仍能安全可靠地工作，这是按K d d N

a ∆-曲线进行的疲劳强度计算。 2 、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？

答：一阶段是零件表面上的应力较大处的材料发生剪切滑移，产生初始裂纹，形成疲劳源，疲劳源可以有一个或数个。二阶段是裂纹尖端在切应力下发生反复塑性变形，使裂纹扩展直至发生疲劳断裂。 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？

答：在疲劳试验曲线上对应于接触强度极限的应力循环次数，称为应力循环基数（0N ）。

4 、试区分金属材料的几种应力极限：b σ、s σ、1-σ、0σ和r σ。在零件设计中确定许用应力时，应当怎样根据具体工作情况选取这些应力极限？

答：b σ－强度屈服极限；s σ－屈服极限；1-σ－材料对称循环弯曲弯曲疲劳极限；0σ－材料脉动循环弯曲疲劳极限；r σ－有限寿命疲劳极限；

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？

答；有应力集中，零件尺寸，表面状态，环境介质，加载顺序和频率等，其中前三个最重要。

6 、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？ 答；σσσ

σβεk K D =)( ττττβεk K D =)(（P41）

7 、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？

答：在每次循环中，平均应力m σ、应力幅a σ和周期都不随时间t 变化的应力称为稳定变应力。若其中之一随时间变化的则称为非稳定变应力。

8 、何谓疲劳损伤累积假说？疲劳损伤累积计算的数学表达式为何？

答：在每一次应力作用下，零件寿命就要受到微量的疲劳损伤，当疲劳损伤累积到一定程度达到疲劳寿命极限时便发生疲劳折断。 '1''221'1i

i n i n n N N N N N N N N F =∑=+⋯⋯++= 9 、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。 （P46）

10 、怎样求复合应力状态下的安全系数？ （P51）

第六章 螺纹联接及螺旋传动

二、分析与思考题

1、螺纹的主要参数有哪些？各参数间的关系如何？在设计中如何应用？

答：d --螺纹大径；d1-螺纹小径；d2--螺纹中径；p --螺距；n --线数；S --导程；λ--螺纹升角；α，牙型角；β--牙型斜角；旋向。

2 、根据螺纹旋向的不同，螺纹可以分为哪几种？如何判断螺纹的旋向？

答：机械制造中一般采用右旋螺纹，由特殊要求时才采用左旋螺纹。按照螺旋线的数目螺纹还可以分为左旋螺纹和右旋螺纹，为了制造方便螺纹的线数一般不超过4，时多线螺纹，这时为了制造方便。 3 、常见螺栓的螺纹是右旋还是左旋？是单线还是多线？为什么？

答：常见螺纹是右旋单线。

4 、圆柱螺纹的公称直径指的是哪个直径？计算螺纹的摩擦力矩时使用哪个直径？计算螺纹危险截面时使用的是哪个直径？

5 、螺纹联接为什么要防松？防松的根本问题是什么？

答：实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故。防松根本问题是：消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。

6 、防松的基本原理有哪几种？具体的防松方法和装置各有哪些？

答：基本原理：可分为利用摩擦、直接锁住和破坏螺纹副关系三种。方法和装置：1）摩擦防松——双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等；2）机械防松——开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等；3）永久防松——端铆、冲点、点焊；4）化学防松——粘合

7 、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？

答：自锁现象：某些机械，就其结构而言是能够运动的，但由于摩擦的存在，却会出现无论驱动力如何增大，也无法使机械运动的现象。机械的自锁实质就是其中的运动副发生了自锁。

移动副发生自锁的条件为：在移动副中，如果作用于滑块上的驱动力作用在其摩擦角之内（即传动角β≤摩擦角φ ），则发生自锁。

转动副发生自锁的条件为：作用在轴颈上的驱动力为单力F ，且作用于摩擦角之内，即 a （臂长） ≤ ρ（摩擦圆半径）。 螺旋副的自锁条件为：r v f f arctan cos tan 1==≤-β

ϕψ 螺旋副的传动效率为：)

tan(tan v ϕϕϕη+= 8 、螺纹联接的主要失效形式和计算准则是什么？

9、何为松螺纹联接？何为紧螺栓联接？它们的强度计算方法有何区别？

10 、试画出螺纹联接的力－变形图，并说明联接在受到轴向工作载荷后，螺纹所受的总拉力、被联接件的剩余预紧力和轴向工作载荷之间的关系。（NP83）

11 、进行螺栓组联接受力分析的目的是什么？

答：目的——找出受力最大的螺栓，然后验算或者设计。

12 、承受横向载荷的铰制孔用螺栓联接，其工作原理是什么？螺栓的危险截面在哪里？螺栓受到什么力的作用？产生什么应力？

13 、对承受横向载荷或传递力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