机械设计习题集(3)

第1章机械设计概论

思考题

1. 什么是部件？什么是零件？什么是构件？什么是通用零件？什么是专用零件？机械设计课程研究的是哪

类零件？从哪几个方面来研究这类零件？

2. 机械设计应满足哪些基本要求？机械零件设计应满足哪些基本要求？

3. 机械设计的一般步骤是怎样的？

第2章机械零件的工作能力和计算准则填空题

1. 在压力作用下，以点、线相接触的两物体在接触处产生的应力称为应力。

2. 零件在变应力作用下的强度计算属于强度计算，它不同于静强度计算。

3. 零件的计算载荷与名义载荷的关系是。

4. 零件的名义载荷是指载荷。

5. 零件的实际载荷与计算载荷的差异对零件的强度影响，将在中考虑。

二、简答与思考题

1. 解释下列名词：静载荷、变载荷、稳定循环变载荷、动载荷、工作载荷、额定载荷、计算载荷、静应

力、变应力、疲劳及疲劳极限。静载荷是否一定产生静应力？变载荷是否一定产生变应力？

2. 什么是变应力的循环特性r？对于静应力、脉动循环变应力和对称循环变应力，其r值各等于多少？

3. 在一定的循环特性r下工作的金属试件，其应力循环次数与疲劳极限之间有怎样的内在联系？怎样区分

试件的无限工作寿命和有限工作寿命？怎样计算在有限寿命下工作的试件的疲劳极限？

4. 两个曲面形状的金属零件相互压紧，其表面接触应力的大小由哪些因素确定？如果这两个零件的材料、

尺寸都不同，其相互接触的各点上彼此的接触应力值是否相等？

三、计算题

1. 图示为对心直动滚子从动件凸轮机构。从动件顶端承受压力F=12kN。当压力角α达到最大值αmax=250

时，相应的凸轮轮廓在接触点上的曲率半径为R=75mm。已知：滚子半径r=15mm，凸轮与滚子的宽度b=20mm；两者材料的弹性模量和泊松比均为E=2.1×105Mpa和μ=0.3；许用接触应力[σ]H=1500Mpa。试校核凸轮与滚子的表面接触强度。

题1图

第3章机械零件的疲劳强度简答题

1.已知某零件的简化极限应力图及其危险剖面上的σm、σa工作应力点M（σm，σa），如图示，当其应

力变化规律按σm=C（常数）变化时，在图中找出相应的极限应力点，并计算其安全系数。

题1图

2. 试给出变应力中①平均应力σm，②应力幅σa，③循环特性r的定义式。

3. 分别在题1图中画出变应力中循环特性r=-1、r=0两种变应力下的应力变化规律，并标出σmax 、σ

min、σa和σm。

4. 试简述某材料的极限应力图与该材料零件的极限应力图的区别。

5. 已知零件材料的σ-1、σ0、σS以及零件某处的综合影响系数（kσ）D，试给出该零件的简化极限应力图

（σm-σa图），并说明绘图过程。

二、分析与计算题

1. 图示一等截面转轴，轴径d=45mm，其上作用有轴向拉力F A=2000N，F r=6000N，试求轴危险剖面上循环变

应力的σmax 、σmin 、σa 、σm 和应力循环特性r 各是多少？

题1图

2. 厚为10mm 的高强度碳钢件受有拉力F=60kN 。板的平面尺寸如图所示。该板的三个截面上分别有

mm 20φ的圆孔、R10mm 的半圆缺口、R10mm 的圆角。试分别计算这三个截面上的最大应力。

题2图 题2附图

3. 上题中，如载荷F 在30~90kN 之间作周期性的波动。材料改为合金钢，其机械性质：MPa s 800=σ，MPa 4201=-σ。危险截面上的有效应力集中系数35.1=σk ，尺寸系数7.0=σε，表面质量系数1=β，等效系数2.0=σψ。按无限寿命考虑。试画出a m σσ-极限应力图，并用作图和计算两种方法，确定安全系数S 。

4. 火车车轮轮对轴的尺寸及受力情况如图所示。已知：轴的材料为碳钢，MPa s 360=σ，

MPa 2001=-σ；危险截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ上的有效应力集中系数9.1=σk ，尺寸系数7.0=σε，表面质量系数95.0=β。试确定轴的安全系数S 。计算时按无限寿命考虑，忽略剪力的作用。

题4图

5. 上题中，已知：轴的转速n=15r/min ，载荷稳定不变。要求使用寿命10年。每年工作300天，每天累计

工作2小时。材料的疲劳曲线指数m=9，应力循环基数N 0=107

。试按有限寿命计算：①轴的寿命系数k N ；②轴的安全系数S 。

6. 上题中，如轴在每一小时内的工作情况系按图示的载荷图谱作周期性的重复变动。要求使用的天数不

变，但每天工作8小时。其他所有条件都不变。试确定：①寿命系数k N ；②安全系数S 。图中F 0是载荷的最大值，与上题中的稳定载荷值相等。

题6图

7. 实心转轴的危险截面上受有周期性波动的载荷：弯矩M=50—100N.m ；扭矩T=0—50N.m 。轴的材料为碳

钢，已知机械性能：Mpa s 300=σ，Mpa 1701=-σ，Mpa s 180=τ，Mpa 1001=-τ。若截面直径

d=25mm ，有效应力集中系数79.1=σk ，47.1=τk ，尺寸系数84.0=σε，78.0=τε，表面质量系数

9.0=β，等效系数34.0=ψσ，21.0=ψτ。试确定安全系数S 。计算时可按无限寿命考虑，忽略剪

力的作用。

第4章 摩擦、磨损、润滑

思考题

1. 摩擦状态有哪几种？各有何特点？

2. 按破坏机理分，磨损的基本类型有哪四种？各有何特点？如何防止这些类型的磨损发生？

3. 润滑剂的作用是什么？常用润滑剂有哪几种？

4. 润滑油的主要性能指标是什么？润滑脂的主要性能指标是什么？