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机械设计答案

第1章机械设计概论

1－2 设计机器时应满足哪些基本要求？

答：1、功能要求

满足机器预定的工作要求，如机器工作部分的运动形式、速度、运动精度和平稳性、需要传递的功率，以及某些使用上的特殊要求（如高温、防潮等）。

2、安全可靠性要求

（1）使整个技术系统和零件在规定的外载荷和规定的工作时间内，能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、不丧失稳定性。

（2）能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体健康。

（3）对于技术系统的周围环境和人不致造成危害和污染，同时要保证机器对环境的适应性。

3、经济性

在产品整个设计周期中，必须把产品设计、销售及制造三方面作为一个系统工程来考虑，用价值工程理论指导产品设计，正确使用材料，采用合理的结构尺寸和工艺，以降低产品的成本。设计机械系统和零部件时，应尽可能标准化、通用化、系列化，以提高设计质量、降低制造成本。

4、其他要求

机械系统外形美观，便于操作和维修。此外还必须考虑有些机械由于工作环境和要求不同，而对设计提出某些特殊要求，如食品卫生条件、耐腐蚀、高精度要求等。

1－4 机械零件的计算准则与失效形式有什么关系？常用的设计准则有哪些？它们各针对什么失效形式？

答：在设计中，应保证所设计的机械零件在正常工作中不发生任何失效。为此对于每种失效形式都制定了防止这种失效应满足的条件，这样的条件就是所谓的工作能力计算准则。它是设计机械零件的理论依据。

常用的设计准则有：

1、强度准则：确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基本的设计准则。

2、刚度准则：确保零件不发生过大的弹性变形。

3、寿命准则：通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。

4、振动稳定性准则：高速运转机械的设计应注重此项准则。

5、可靠性准则：当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。

1－7 机械零件设计的一般步骤有哪些？其中哪个步骤对零件尺寸的确定起决定性的作用？

答：机械零件设计的一般步骤有：

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。

第2章 机械零件的强度

2－3 静应力计算的强度准则是什么？计算中选取材料极限应力和安全系数的原则是什么？

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 σ（强度极限）；塑性材料的极限应力为s

σ（屈服极限）

2－5 机械零件设计中确定许用应力时，极限应力要根据零件工作情况及零件材料而定，试指出金属材料的几种极限应力各适用于什么工作情况？

答：强度极限B σ和B τ适用于脆性材料在静应力作用下使用；塑性材料极限应力为s σ（屈服

极限）；

γ

σ——持久极限，对称循环为1-σ、1-τ，脉动循环时为

σ、

τ。

2－12 某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数,9,10560=⨯=m N 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：C N N m

m N =⋅=⋅0γγσσ

∴ γγσσm

N N

N 0

=

∴ 当N ＝7000，MPa N N m

N 57.373180700010596

0=⨯⨯==γγσσ 当N ＝25000，MPa N N m

N 30.32418025000105960=⨯⨯==γγσσ 当N ＝620000，MPa N N m

N 99.226180620000

105960=⨯⨯==γγσσ 2.13 已知某材料的260s σ= MPa ，1170σ-= MPa ，0.2σφ=，试绘制该材料的简化极限应力线图。

解:根据

001/)2(σσσϕσ-=-

0283.34σ=

第3章摩擦、磨损及润滑

3.3 试描述磨损的一般过程，为什么要认真对待机件的磨合阶段?

答：

磨损过程的三个阶段：

磨合（跑合）阶段新的零件在开始使用时一般处于这一阶段，磨损率较高。

稳定磨损阶段属于零件正常工作阶段，磨损率稳定且较低。

剧烈磨损阶段属于零件即将报废的阶段，磨损率急剧升高。

在磨合阶段，如果压力过大，速度过高，则磨合期很短，并立即进入剧烈磨损阶段。所以要认真对待机件的磨合阶段。

3.5润滑剂的作用是什么？常用的润滑剂有哪几类？

答：润滑的作用：降低摩擦副的摩擦、减少磨损，以及冷却、密封、防锈和减振等。

常用的润滑剂有：

液体润滑剂：有机油、矿物油、合成油等

润滑脂：皂基脂、无机脂、烃基脂和有机脂

固体润滑剂：软金属，如铅、金、银等；

无机化合物：石墨、二硫化钼等；

有机化合物：聚四氟乙烯、尼龙等。

气体润滑剂：空气等。

第4章带传动

4－1 已知一普通V带传动传递的功率P＝8KW，带速v＝15m/s，紧边与松边拉力之比为3：1，求该带传动的有效拉力Fe和紧边拉力F1。

解：∵ 1000V Fe P ⋅=

∴N V P Fe 33.53315

8000

1000=== ∵ F F F F F f e ∆=-==21 ∴ N Fe F 8002

3

1==

4－2有一电动机驱动的普通V 带传动，单班制工作，主动轮转速n 1=1 460r/min ，中心距

a 约为370mm ， d d 1=140mm ， d d 2=400mm ，中等冲击，轻微振动，用三根B 型普通V 带传动，初拉力按规定给定，试求该传动所能传递的功率。

解题要点： （1）根据题意可知

传动比 857.2140/400/12===d d d d i

带长 0212120/)(25.0)(5.02a d d d d a L d d d d d -+++=π

()()[]

9.1633370/14040025.01404005.037022

=-⨯++⨯+⨯=π mm

实际选用标准长度` L d =1600mm

小带轮包角 ()()παα/180180121︒⨯--︒=d d d d

()()︒=⨯︒⨯--︒=74.13937014.3/180140400180

根据带传动工作条件，查表可得工作情况系数K A =1.1; 查表可得单根普通B 型V 带的基本额定功率P 0=2.83kW; 查表可得单根普通B 型V 带的基本额定功率△P 0=0.46kW; 查表可得包角系数89.0=a K ； 查表可得长度系数92.0=L K 。

（2）根据])/[(00L a A K K P P P K z ∆+=，可得该带传动所能传递的功率为

[]kW

K K K P P z P A

L a 347

.71.1/92.089.0)46.083.2(3/)(00=⨯⨯+⨯=∆+=

4－3 设计一普通V 带传动。已知所需传递的功率P ＝5kW ，电动机驱动，转速n1=1440r/min,从动轮转速n2=340r/min ，载荷平稳，两班制工作。