机械设计思考题答题要点

第1章 机械及机械零件设计概要

思考题：

1． 在机械零件设计中，确定许用应力时，极限应力要根据零件的材料性质和应力种类选

定，试区分金属材料的几种极限应力：σB （τB ）、σS （τS ）、σ-1（τ-1）、σ0（τ0）、

σr （τr ），它们各适用于什么工作情况？

对于脆性材料，在静应力作用下→ 脆性断裂→σlim （τlim ）=σB （τB ）

对于塑性材料，在静应力作用下→ 塑性变形→σlim （τlim ）=σS （τS ）

对于塑性材料，在对称循环变应力作用下→ 疲劳断裂→σlim （τlim ）=σ-1（τ-1）

对于塑性材料，在脉动循环变应力作用下→ 疲劳断裂→σlim （τlim ）=σ0（τ0） 3．稳定变应力有那几种类型？它们的变化规律如何？ 稳定循环变应力的种类： -1

r=0——脉动循环变应力 r=-1——对称循环变应力 r=+1——静应力

第2章 机械零件的强度

思考题：

1． 什么叫疲劳曲线？绘制疲劳曲线的根据是什么？如何划分有限寿命区和无限寿命区？

σ—N 疲劳曲线——应力循环特性r 一定时，材料的疲劳极限σrN （τrN ）与应力循环

次数N 之间关系的曲线。

绘制疲劳曲线的根据是：σrN （τrN ）和N

N 在104——N D 之间为有限寿命区；N 超过N D 为无限寿命区

2． 采用有限寿命设计的目的是什么？如何计算有限寿命下零件材料的疲劳极限？

有色金属和高强度合金钢无无限寿命区。

3． 绘制疲劳极限应力线图（σm —σa ）的根据是什么？简化的极限应力线图（σm —σa ）

是由哪些实验数据绘制而成的？

以σm 为横坐标、σa 为纵坐标，即可得材料在不同应力循环特性r 下的σm —σa 的关

系曲线。

材料的疲劳特性交变应力的描述σm ─平均应力；σa ─应力幅值σmax ─最大应力；σmin ─最小应力r ─应力比（循环特性）2min max m σσσ+=2min max a σσσ-=max

min σσ=r 描述规律性的交变应力可有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。r = -1对称循环应力r =0脉动循环应力r =1静应力材料的疲劳特性

交变应力的描述σm ─平均应力；σa ─应力幅值σmax ─最大应力；σmin ─最小应力

r ─应力比（循环特性）2min max m σσσ+=2min max a

σσσ-=max

min σσ=r 描述规律性的交变应力可有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。r = -1对称循环应力r =0脉动循环应力r =1静应力0m rN r N N

σσ=

4．在确定材料疲劳极限应力线图时，应考虑哪些对零件疲劳极限起作用的影响因素？材料疲劳极限应力线图在强度计算中有什么用处？

影响机械零件疲劳强度的主要因素：应力集中、零件尺寸、表面质量、表面强化

材料疲劳极限应力线图可用来判断零件的工作状态，零件的工作应力点落在折线以内安全，落在折线以外不安全，落在折线上，有可能安全，有可能不安全。

5．在单向稳定变应力作用下，怎样进行机械零件的疲劳强度计算？

r=C σm =C σmin=C

第5章螺纹联接

思考题：

1．常用的螺纹按牙形分为哪几种？其中哪一种没有标准化？为什么三角形螺纹主要用于联接？

三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹；其中矩形螺纹没有标准化，因为三角形螺纹自锁性好，所以主要用于联接。

2．普通粗牙螺纹和细牙螺纹在强度、自锁性和耐磨性方面有何不同？

粗牙螺纹——螺距大，强度低，自锁性差，耐磨性好。

细牙螺纹——螺距小，强度高，自锁性好，耐磨性差。

3．螺纹联接的主要类型有哪些？各有什么特点？适用于什么场合？

1）螺栓联接

2）螺钉联接（特点及适用场合见教材）

3）双头螺栓联接

4．普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接在联接结构和传递横向载荷的工作原理上有何特点？

普通螺栓联接螺栓杆和孔壁之间有间隙；靠拧紧螺母时的预紧力F0在接合面间产

生的擦力来传递横向外载荷F

铰制孔用螺栓联接联接螺栓杆和孔壁之间紧密配合，没有间隙；由螺栓杆直接承受挤

5．对螺纹联接进行预紧的目的是什么？在预紧的过程中螺杆的受力有何特点？在设计计算中是如何考虑的？

增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对滑移。

在预紧的过程中螺杆的受力是拉扭复合作用。

6．螺纹联接件中用的螺纹都满足自锁条件，为什么在使用中仍可能发生松动？是否所有的螺纹联接都必须进行防松？简述原因。

赖以自锁的是螺纹副间保持有足够的阻止相对运动的摩擦力，这个摩擦力只有在静载荷作用时才会保持不变。实际工作中，外载荷有冲击、振动，材料高温蠕变等会造成螺纹副中的正压力发生变化，有可能使正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹副间产生相对滑动，这种现象多次重复，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。

所有的螺纹联接都必须进行防松

7．螺纹联接防松的根本问题是什么？按工作原理防松的方法可分为几类？试举1——2实例予以说明。

消除（或限制）螺纹副之间的相对转动，或增大螺纹副之间相对运动的难度。

摩擦防松：双螺母、弹簧垫圈等。

机械防松：弹簧垫片、串联钢丝等。

8．普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接在主要失效形式和设计准则上有何不同？

普通螺栓联接主要失效形式是螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂，设计准则是保证螺栓的静强度和疲劳拉伸强度。

铰制孔用螺栓联接主要失效形式是螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断，设计准则是保证剪切强度和挤压强度。

9．普通螺栓联接中存在的主要失效形式有多种，为什么仅对螺杆危险断面拉伸强度进行计算？

普通螺栓联接按照等强度原则设计，不发生断裂就不会发生塑性变形，故仅对螺杆危险断面拉伸强度进行计算。

10．结合单个紧螺栓联接受力变形线图，说明螺杆总拉力F2，轴向工作载荷F，预紧力F0，残余预紧力F1之间的关系。

（见教材）

11．结构设计中，为什么要求将支承表面加工平整且与螺孔轴线垂直？为减小加工面积常采用哪些结构措施？

结构设计中，要求将支承表面加工平整且与螺孔轴线垂直，以免引起偏心载荷而削弱