机械设计复习要点及重点习题(机械类)

复习课本，课后每章作业题，以及打印习题做过作业题每个都必须掌握，没掌握看书，涉及到公式记住，讲过的题必须掌握方法，一绪论1、机器的基本组成要素是什么？【答】机械系统总是由一些机构组成，每个机构又是由许多零件组成。

所以，机器的基本组成要素就是机械零件。

2、什么是通用零件？什么是专用零件？试各举三个实例。

【答】在各种机器中经常能用到的零件称为通用零件。

如螺钉、齿轮、弹簧、链轮等。

在特定类型的机器中才能用到的零件称为专用零件。

如汽轮机的叶片、内燃机的活塞、曲轴等。

3、在机械零件设计过程中，如何把握零件与机器的关系？【答】在相互连接方面，机器与零件有着相互制约的关系；在相对运动方面，机器中各个零件的运动需要满足整个机器运动规律的要求；在机器的性能方面，机器的整体性能依赖于各个零件的性能，而每个零件的设计或选择又和机器整机的性能要求分不开。

二机械设计总论1、机器由哪三个基本组成部分组成？传动装置的作用是什么？【答】机器的三个基本组成部分是：原动机部分、执行部分和传动部分。

传动装置的作用：介于机器的原动机和执行部分之间，改变原动机提供的运动和动力参数，以满足执行部分的要求。

2、什么叫机械零件的失效？机械零件的主要失效形式有哪些？【答】机械零件由于某种原因丧失工作能力或达不到设计要求的性能称为失效。

机械零件的主要失效形式有1）整体断裂；2）过大的残余变形（塑性变形）；3）零件的表面破坏，主要是腐蚀、磨损和接触疲劳；4）破坏正常工作条件引起的失效：有些零件只有在一定的工作条件下才能正常工作，如果破坏了这些必要的条件，则将发生不同类型的失效，如带传动的打滑，高速转子由于共振而引起断裂，滑动轴承由于过热而引起的胶合等。

3、什么是机械零件的设计准则？机械零件的主要设计准则有哪些？【答】机械零件的设计准则是指机械零件设计计算时应遵循的原则。

机械零件的主要设计准则有：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则三 机械零件的强度1、影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？在设计中可以采用哪些措施提高机械零件的疲劳强度？【答】影响机械零件疲劳强度的主要因素有零件几何形状、尺寸大小、加工质量及强化因素。

零件设计时，可以采用如下的措施来提高机械零件的疲劳强度：1）尽可能降低零件上应力集中的影响是提高零件疲劳强度的首要措施。

应尽量减少零件结构形状和尺寸的突变或使其变化尽可能地平滑和均匀。

在不可避免地要产生较大的应力集中的结构处，可采用减荷槽来降低应力集中的作用；2）选用疲劳强度大的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺；3）提高零件的表面质量；4）尽可能地减小或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用。

2、已知某材料的1801=-σMPa ，循环基数取60105⨯=N ，m =9，试求循环次数N 分别为7000，25000，620000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。

【解】由公式 m r rN NN 0σσ= 得 N 1 = 7000时 MPa 6.37370001051809610111=⨯==--m N N N σσ 3、已知一材料的力学性能260=s σMPa ，1701=-σMPa ，2.0=σψ，试按比例绘制该材料的简化极限应力线图。

【解】由公式3-6 0012σσσψσ-=- 得MPa 33.2832.0117021210=+⨯=+=-σψσσ 简化极限应力线图上各点的坐标分别为），（）；，（）；，（02607.1417.1411700C D A ''按比例绘制的简化极限应力线图如图所示。

略2、机件磨损的过程大致可分为几个阶段？每个阶段的特征如何？【答】试验结果表明，机械零件的一般磨损过程大致分为三个阶段，即磨合阶段、稳定磨损阶段及剧烈磨损阶段。

1） 磨合阶段：新的摩擦副表面较粗糙，在一定载荷的作用下，摩擦表面逐渐被磨平，实际接触面积逐渐增大，磨损速度开始很快，然后减慢；2） 稳定磨损阶段：经过磨合，摩擦表面加工硬化，微观几何形状改变，从而建立了弹性接触的条件，磨损速度缓慢，处于稳定状态；3） 剧烈磨损阶段：经过较长时间的稳定磨损后，因零件表面遭到破化，湿摩擦条件发生加大的变化（如温度的急剧升高，金属组织的变化等），磨损速度急剧增加，这时机械效率下降，精度降低，出现异常的噪声及振动，最后导致零件失效。

四 螺纹连接和螺旋传动1、简要分析普通螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，并说明哪些螺纹适合用于连接，哪些螺纹适合用于传动？哪些螺纹已经标准化？【答】普通螺纹：牙型为等边三角形，牙型角60度，内外螺纹旋合后留有径向间隙，外螺纹牙根允许有较大的圆角，以减小应力集中。

同一公称直径按螺距大小，分为粗牙和细牙，细牙螺纹升角小，自锁性好，抗剪切强度高，但因牙细不耐磨，容易滑扣。

应用：一般连接多用粗牙螺纹。

细牙螺纹常用于细小零件，薄壁管件或受冲击振动和变载荷的连接中，也可作为微调机构的调整螺纹用。

矩形螺纹：牙型为正方形，牙型角 0=α，传动效率较其它螺纹高，但牙根强度弱，螺旋副磨损后，间隙难以修复和补偿，传动精度降低。

梯形螺纹：牙型为等腰梯形，牙型角为30度，内外螺纹以锥面贴紧不易松动，工艺较好，牙根强度高，对中性好。

主要用于传动螺纹。

锯齿型螺纹：牙型为不等腰梯形，工作面的牙侧角3度，非工作面牙侧角30度。

外螺纹牙根有较大的圆角，以减小应力集中，内外螺纹旋合后，大径无间隙便于对中，兼有矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙型螺纹牙根强度高的特点。

用于单向受力的传动螺纹。

普通螺纹适合用于连接，矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹适合用于传动。

普通螺纹、、梯形螺纹和锯齿形螺纹已经标准化。

2、将承受轴向变载荷连接螺栓的光杆部分做的细些有什么好处？【答】可以减小螺栓的刚度，从而提高螺栓连接的强度。

3、螺纹连接为何要防松？常见的防松方法有哪些？【答】连接用螺纹紧固件一般都能满足自锁条件，并且拧紧后，螺母、螺栓头部等承压面处的摩擦也都有防松作用，因此在承受静载荷和工作温度变化不大时，螺纹连接一般都不会自动松脱。

但在冲击、振动、变载荷及温度变化较大的情况下，连接有可能松动，甚至松开，造成连接失效，引起机器损坏，甚至导致严重的人身事故等。

所以在设计螺纹连接时，必须考虑防松问题。

螺纹连接防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。

具体的防松装置或方法很多，按工作原理可分为摩擦防松、机械防松和其它方法，如端面冲点法防松、粘合法防松，防松效果良好，但仅适用于很少拆开或不拆的连接。

4、简要说明螺纹连接的主要类型和特点。

【答】螺纹联接的主要类型有螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接和紧定螺钉联接四种。

主要特点是： １）螺栓联接：有普通螺栓联接和铰制孔螺栓联接两种。

普通螺栓联接被联接件的通孔与螺栓杆之间有间隙，所以孔的加工精度可以低些，不需在被联接件上切制螺纹，同时结构简单、装拆方便，所以应用最广。

铰制孔螺栓联接螺栓杆与孔之间没有间隙，能确定被联接件的相对位置，并能承受横向载荷。

2）螺钉联接：螺钉直接旋入被联接件的螺纹孔中。

适用于被联接件之一较厚，或另一端不能装螺母的场合。

由于不用螺母，所以易于实现外观平整、结构紧凑；但要在被联接件上切制螺纹，因而其结构比螺栓联接复杂一些。

不适用于经常拆装的场合。

如经常拆装，会使螺纹孔磨损，导致被联接件过早失效。

3）双头螺柱联接：使用两端均有螺纹的螺柱，一端旋入并紧定在较厚被联接件的螺纹孔中，另一端穿过较薄被联接件的通孔，加上垫片，旋上螺母并拧紧，即成为双头螺柱联接。

这种联接在结构上较前两种复杂，但兼有前两者的特点，即便于拆装，又可用于有较厚被联接件或要求结构紧凑的场合。

４）紧定螺钉联接：将紧定螺钉拧入一零件的螺纹孔中，其末端顶住另一零件的表面，或顶入相应的凹坑中，以固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或扭矩,多用于固定轴上零件的相对位置。

5、简要说明平垫圈、斜垫圈和球面垫圈的用途？【答】垫圈的主要作用是增加被联接件的支承面积或避免拧紧螺母时擦伤被联接件的表面。

常用的是平垫圈。

当被联接件表面有斜度时，应使用斜垫圈，特殊情况下可使用球面垫圈。

6、在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，为何应制成凸台或沉头座？【答】1）降低表面粗造度，保证连接的紧密性；2）避免螺栓承受偏心载荷；3）减少加工面，降低加工成本。

7、受轴向载荷的紧螺栓连接，被连接钢板间采用橡胶垫片。

已知螺栓预紧力150000=F N ，当受轴向工作载荷10000=F N 时，求螺栓所受的总拉力及被连接件之间的残余预紧力。

【解】 采用橡胶垫片密封，取螺栓的相对刚度9.0=+mb b C C C 由教材公式（5-18），螺栓总拉力 24000100009.0150002=⨯+=++=F C C C F F mb b N 由教材公式（5.15），残余预紧力为14000100002400021=-=-=F F F N键、花键、无键连接和销连接1、分析比较平键和楔键的工作特点和应用场合。

【答】平键连接的工作面是两侧面，上表面与轮毂槽底之间留有间隙，工作时，靠键与键槽的互压传递转矩，但不能实现轴上零件的轴向定位，所以也不能承受轴向力。

具有制造简单、装拆方便、定心性较好等优点，应用广泛。

楔键连接的工作面是上下面，其上表面和轮毂键槽底面均有1:100的斜度，装配时需打紧，靠楔紧后上下面产生的摩擦力传递转矩，并能实现轴上零件的轴向固定和承受单向轴向力。

由于楔紧后使轴和轮毂产生偏心，故多用于定心精度要求不高、载荷平稳和低速的场合。

2、平键连接有哪些失效形式？普通平键的截面尺寸和长度如何确定？【答】平键连接的主要失效形式是较弱零件（通常为轮毂）的工作面被压溃（静连接）或磨损（动连接，特别是在载荷作用下移动时），除非有严重过载，一般不会出现键的剪断。

键的截面尺寸h b ⨯应根据轴径d 从键的标准中选取。

键的长度L 可参照轮毂长度从标准中选取，L 值应略短于轮毂长度。

3、为什么采用两个平键时，一般布置在沿周向相隔180°的位置，采用两个楔键时，则应沿周向相隔90°～120°，而采用两个半圆键时，却布置在轴的同一母线上？【答】两个平键连接，一般沿周向相隔 180布置，对轴的削弱均匀，并且两键的挤压力对轴平衡，对轴不产生附加弯矩，受力状态好。

采用两个楔键时，相隔 120~90布置。

若夹角过小，则对轴的局部削弱过大。

若夹角过大，则两个楔键的总承载能力下降。

当夹角为 180时，两个楔键的承载能力大体上只相当于一个楔键盘的承载能力。

采用两个半圆键时，在轴的同一母线上布置。

半圆键对轴的削弱较大，两个半圆键不能放在同一横截面上。

只能放在同一母线上。