机械设计习题卡及答案复习课程

填空题1．机械零件一般可以分为通用零件和专用零件两大类。

2．观察一辆自行车，螺钉、链轮、链条等明显属于通用零件，而＿龙头、大梁、脚蹬＿则属于专用零件。

3．机器通常由三个部分和两个系统组成，它们是＿原动机部分＿＿、＿传动部分＿、＿执行部分＿、＿＿控制系统＿和＿辅助系统＿。

4．机械零件的主要失效形式包括＿整体断裂＿、＿过大的残余变形＿、＿零件的表面破坏＿和破坏正常工作条件引起的失效。

5．根据不同失效形式，机械零件的一般的设计准则包括＿强度准则＿、＿刚度准则＿、寿命准则、振动稳定性准则和可靠性准则。

一、填空题：1．零件材料的疲劳根据疲劳次数的明显不同可分为＿低周疲劳＿和＿高周疲劳＿，例如＿＿材料断裂试件＿和＿发动机曲轴＿。

2．材料疲劳曲线是表达 疲劳极限 与 应力循环次数 的相对关系。

3．零件的疲劳强度极限除与材料自身疲劳强度极限有关外，还与＿零件的应力集中状况、＿零件具体尺寸＿、＿零件表面质量＿以及＿零件的热处理强化方式＿四个方面有关。

4．对于单向稳定变应力进行分析时，可能发生最常见三种变化规律为＿r c =＿＿＿＿＿＿＿、＿m c σ=＿和＿min c σ=＿，例如＿心轴、大多数底座类零件、举重设备中的吊臂＿。

5．对规律性单向不稳定变应力采用 疲劳损伤累积 假说进行计算。

6．极限应力线图是以 m σ 为横坐标的，其含义是＿工作平均应力＿；以＿a σ为纵坐标的，其含义是＿工作应力幅＿。

二、选择题1、零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限将随之 C 。

A.增加B.不变C.降低2、两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值 A 。

A.相等B.不相等C.是否相等与材料和几何尺寸有关3. 零件受静载荷作用时, 则在其内部 CA.只会产生静应力B.只会产生变应力C.可能产生静应力, 也可能产生变应力三、计算题1．某材料的对称循环弯曲疲劳强度为MPa 1801=-σ,MPa s 260=σ取循环基数为60105⨯=N ，9=m ，试计算循环次数分别为700次，25000次和620000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。

小于1000次，静强度；对中等尺寸零件，60510N =⨯2．试作图说明承受循环变应力的机械零件，应力变化规律ｒ＝ｃ时，在什么情况下可按静强度条件计算？什么情况下需按疲劳强度条件计算？3．一零件由45钢制成, 材料的机械性能为: σs =360MPa, σ-1=250MPa, ψσ=0.2。

已知零件上最大工作应力σmax =200MPa, 最小工作应力σmin =100MPa, 应力变化规律为σm =常数, 弯曲疲劳极限的综合影响系数K σ=1.5。

试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。

10a 1020.2,250MPa σσψσσ---===Q 0416.7MPa σ∴=max m a min m a ,σσσσσσ=+=-Qm a 150,50σσ∴==对（150，50），为屈服失效，所以安全系数360/200=1.8一、选择与填空题1．普通螺纹的公称直径指的是螺纹的_ A _，计算螺纹的摩擦力矩时使用的是螺纹的__ B __，计算螺纹危险截面时使用的是螺纹的_ C ___ 。

A．大径 B.中径 C.小径2．螺纹升角ψ增大，则联接的自锁性__C____，传动的效率_A__；牙型角α增大，则联接的自锁性__A____，传动的效率__C__。

A.提高B.不变C.降低3．在铰制孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为___B___。

A.间隙配合B.过渡配合C.过盈配合4．在螺栓联接的破坏形式中，约有_ 90 _％的螺栓属于疲劳破坏，疲劳断裂常发生在_螺纹根部_____。

5．在承受横向载荷或旋转力矩的普通紧螺栓组联接中，螺栓杆__B___作用。

A.受切应力B.受扭转切应力和拉应力C.受拉应力D.既可能只受切应力又可能只受拉应力6．紧螺栓联接受轴向外载荷作用。

假定螺栓的刚度C b与被联接件的刚度C m相等，联接的预紧力为F0，要求受载后接合面不分离，当外载荷F等于预紧力F0时，则__D___。

A.被联接件分离，联接失效B.被联接件即将分离，联接不可靠C.联接可靠，但不能继续再加载D.联接可靠，只要螺栓强度足够，还可以继续加大外载荷F二、分析与思考题1．常用螺纹有哪几种类型？各用于什么场合？对联接螺纹和传动螺纹的要求有何不同？普通螺纹、管螺纹、米制锥螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹。

见P62页表5-1联接螺纹要求自锁性较好，强度高；传动螺纹要求传动效率高。

2．联接螺纹都具有良好的自锁性，为什么有时还需要防松装置？试各举出两个机械防松和摩擦防松的例子。

螺纹联接在冲击、振动或变载作用下，或当温度变化较大时，螺旋副间的摩擦力可能减小或瞬时消失，在高温时由于螺纹联接件和被联接件的材料发生蠕变和应力松驰等，会使联接中的预紧力和摩擦力逐渐减小，导致联接松动，甚至松开。

为保证连接安全可靠，设计时必须采取防松措施。

机械：止动垫圈、串联钢丝摩擦：对顶螺母、弹簧垫圈3．普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接的主要失效形式是什么？计算准则是什么？ 普通螺栓：对受拉螺栓，其主要破坏形式是螺栓杆螺纹部分发生断裂，因而其设计准则是保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度；对于受剪螺栓[铰制孔螺栓]，其主要破坏形式是螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断，其设计准则是保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度，其中联接的挤压强度对联接的可靠性起决定性作用。

4．普通紧螺栓联接所受到的轴向工作载荷或横向工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷是什么类型的循环？非对称循环变应力5．螺栓的性能等级为8.8级，与它相配的螺母的性能等级应为多少？性能等级数字代号的含义是什么？根据螺母的性能等级不应低于与之相配螺栓的性能等级这一要求，螺母可选用9级。

B s 800MPa,640MPa σσ==6．在什么情况下，螺栓联接的安全系数大小与螺栓直径有关？试说明其原因。

P87表5-10不控制预紧力的普通螺栓联接，其安全系数大小与螺栓直径有关，其安全系数S 随螺纹直径增大而减小，因为尺寸小的螺栓在拧紧时容易产生过载，故采用加大安全系数的方法来弥补可能产生的过载。

7．紧螺栓联接所受轴向变载荷在0～F 间变化，当预紧力F 0一定时，改变螺栓或被联接件的刚度，对螺栓联接的疲劳强度和联接的紧密性有何影响？减小螺栓刚度b C 或增大被联接件刚度m C 都可以减小总拉力2F 的变动范围，从而提高了螺栓联接的疲劳强度。

但在此种情况下引起残余预紧力1F 减小，从而降低了联接的紧密性。

8． 在保证螺栓联接紧密性要求和静强度要求的前提下，要提高螺栓联接的疲劳强度， 应如何改变螺栓和被联接件的刚度及预紧力大小？试通过受力变形线图来说明。

为了减小螺栓的刚度，可适当增加螺栓的长度，或采用腰状杆螺栓和空心螺栓。

为了增大被联接件的刚度，可以不用垫片或采用刚度较大的垫片。

P89图5-289．为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10 ？通常采用哪些结构形式可使各圈螺纹牙的载荷分布趋于均匀？实验证明，约有1/3的载荷集中在第一圈上，第八圈以后的螺纹牙几乎不承受载荷。

因此，采用螺纹牙圈数过多的加厚螺母，并不能提高联接的强度。

为了改善螺纹牙上的载荷分布，常采用悬置螺母，减小螺栓旋合段本来受力较大的几圈螺纹牙的受力面或采用钢丝螺套。

10． 如何识别螺纹是左旋还是右旋？砂轮机轴的两端固定砂轮用的螺纹为何种旋向，为什么？两端固定砂轮用的螺纹为左边左旋，右边右旋。

砂轮主轴螺纹的旋向：紧固砂轮或砂轮卡盘的砂轮主轴端部螺纹的旋向必须与砂轮工作时旋转方向相反。

右旋螺纹顺时针拧紧；左旋螺纹，逆时针拧紧。

正对砂轮，砂轮转向为↓，所以要求砂轮机两侧的螺纹是左边左旋，右边右旋。

11． 升角的大小对自锁和效率有何影响？为什么联接螺栓采用三角螺纹，而螺旋传动却采用矩形或梯形螺纹？10m b mC F F F C C =-+v ()tg tg ψηψϕ=+自锁：ψϕ≤。

两者数值越接近，自锁性能越差；数值相差越大，自锁性能越好。

螺纹传动效率：)(/ϕψψη+=tg tg 。

ψ增大，η增大；ϕ增大，η减小。

牙型角α与当量摩擦系数f ϕ间的关系是：cos(/2)f f ϕα=。

当α增大，f ϕ增大，三角螺纹牙型角大（一般为60°），矩形螺纹（=0°）和梯形螺纹牙型角较小。

12． 滑动螺旋的主要失效形式是什么？其基本尺寸(即螺杆直径及螺母高度)通常是根据什么条件确定的？P96。

滑动螺旋的主要失效形式是螺纹磨损。

其基本尺寸是根据耐磨性条件确定的。

13． 滚动螺旋传动与滑动螺旋传动相比较，有何优缺点？滚动螺旋传动具有传动效率高、起动力矩小、传动灵敏平稳、工作寿命长等优点，缺点是制造工艺比较复杂，特别是长螺杆更难保证热处理及磨削工艺质量，刚性及抗振动性能较差。

14． 计算普通螺栓联接时，为什么只考虑螺栓危险截面的拉伸强度，而不考虑螺栓头、螺母和螺纹牙的强度？螺栓的其他部分是根据等强度条件及使用经验规定的，通常都不需要进行强度计算，可按螺栓的公称直径由标准中选定三、计算题：1．图示凸缘联轴器(GB/T5843-1986)的型号为YLDl0，允许传递的最大转矩T = 630N·m ，两半联轴器采用4个M12的铰制孔用螺栓联接，螺栓规格为M12~60(GB/T27-1988)，螺栓的性能等级为8.8级，联轴器材料为HT200，试校核其联接强度。

⑴找出承受最大工作剪力的螺栓。

4个螺栓在园周上均匀分布，故承受工作剪力相等，设为F 。

则有，4F r T ⋅=Q ，3/4/2630/(213010)2423N F T r T D -∴===⨯⨯= ⑵求出螺栓性能参数螺栓的性能等级为8.8，所以800MPa B σ=，640MPa S σ=查P87表5-10，取 2.5S τ=，P 2.5S =，所以640[]256MPa 2.5S S τστ===800[]320MPa 2.5B P P S σσ===⑶校核螺栓的挤压强度 330min 242310.35MPa (1310)(1810)P F d L σ--===⨯⨯⨯g [说明,0d 不能取12mm ，因为铰制孔螺栓螺纹部分比光孔略小。

min L 也不能取20mm ，见P85图5-27]因为P P []σσ<，所以螺栓的挤压强度合格⑷校核螺栓的剪切强度32204242318.263.14(1310)4FMPa d τπ-⨯===⨯⨯ 因为[]ττ<，所以螺栓的剪切强度合格。

综上所述，该螺栓组合用。

2．铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示。

已知L =300mm ，a =60mm ，试求螺栓组联接的三个方案中，受力最大的螺栓所受的力各为多少？哪个方案较好？将力F 平移到各结合面中心，得扭转力矩0.3(N m)M F L F =⋅=⋅ 设各方案中在力F 作用产生的剪切力为1F ，扭转力矩M 作用下产生的剪切力为2F 。