第二章 零件的工作能力及计算准则 2-1 设计机器时应满足哪些
机械设计习题集1-5章
机械设计课程习题集（填空、简答、计算题部分）（第一章~第五章）第一章 机械设计概论填空题1-1 大多数机器都由( )、( )、( )三部分组成。
1-2 机械设计课程研究的对象是( )，研究的目的是( )。
1-3 进行机器设计时，除了要满足使用和经济方面的要求外，还要满足( )和( )方面的要求。
问答题1-4 写出下列标准代号的中文名称：GB JB ISO 1-5 解释下列名词： 零件构件 通用零件 专用零件1-6 简述机器和机械零件的设计过程。
1-7 简述机械零件标准化、系列化和通用化的意义。
1-8 机械零件有哪些主要的失效形式？ 1-9 设计机械零件时应满足哪些基本要求？第二章 机械零件的工作能力和计算准则选择题2-1 限制齿轮传动中齿轮的接触宽度是为了提高齿轮的( )。
A 硬度 B 强度 C 刚度 D 工艺性 2-2 因为钢材的种类和热处A -1B 0C 0.5D 1 2-4 改变轴的支承位置时，轴的刚度( )。
A 增大B 减小C 不变D 可能增大也可能减小 2-5 增大零件的刚度，其抗冲击的能力( )。
A 增大 B 减小 C 不变 D 不一定2-6 圆柱与圆柱间的接触应力σH 与所受载荷F 的关系是( )。
AF H ∝σ B 2/1F H ∝σ C 3/1F H ∝σ D 理对弹性模量影响甚小，欲采用合金钢和热处理来提高零件的( )并无实效。
A 硬度B 强度C 刚度D 工艺性 2-3 静应力的循环特性r=( )。
4/1F H ∝σ填空题2-7 稳定循环变应力的三种基本形式是( )、( )和( )。
2-8 有一传动轴的应力谱如图所示。
则其应力幅a τ=( )、平均应力τ τm τ=( )、循环特性r =( )。
2-9 低副连接的零件的连接表面产生的应力称为( )，高副连接的零件的连接表面产生的应力称为( )。
2-10 零件发生的( )现象称为振动。
2-11 零件或系统在规定的时间内和规定的条件下能正常工作的概率称为( )。
机械设计第章机械零件的工作能力
第2章 机械零件的工作能力本章提示:本章介绍了影响机械零件工作能力的各项因素，并提出了满足零件工作能力的计算准则。
强度准则是最重要的设计准则。
本章把各种零件强度计算的共性问题集中到一起，略去零件的具体内容，而突出阐述强度设计计算的基本理论和方法。
基本要求:1）了解机械零件强度的基本概念和强度条件表达式的一般形式。
2）熟悉变应力的类型和特征。
3）了解影响零件疲劳强度的因素及其考虑方法，并能查阅有关图表。
4）了解机械零件的表面强度概念 。
2.1 概述机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。
在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度，称为工作能力。
通常此限度是对载荷而言，所以习惯上又称为承载能力。
零件的失效可能由于：断裂或塑性变形；过大的弹性变形；工作表面的过度磨损或损伤；发生强烈的振动；联接的松弛；摩擦传动的打滑等。
例如，轴的失效可能由于疲劳断裂；也可能由于过大的弹性变形（即刚度不足），致使轴颈在轴承中倾斜，若轴上装有齿轮则轮齿受载便不均匀，以致影响正常工作。
在前一情况下，轴的承载能力决定于轴的疲劳强度；而在后一情况下则取决于轴的刚度。
显然，两者中的较小值决定了轴的承载能力。
又如，轴承的润滑、密封不良时，轴瓦或轴颈就可能由于过度磨损而失效。
此外，当周期性干扰力的频率与轴的自振频率相等或接近时，就会发生共振，这种现象称为失去振动稳定性，共振可能在短期内使零件损坏。
机械零件虽然有多种可能的失效形式，但归纳起来最主要的为强度、刚度、耐磨性、稳定性和温度的影响等几个方面的问题。
对于各种不同的失效形式，相应地有各种工作能力判定条件。
例如，当强度为主要问题时，按强度条件判定，即应力小于等于许用应力；当刚度为主要问题时，按刚度条件判定，即变形量小于等于许用变形量；等等。
判定条件可概括为计算量小于等于许用量。
这种为防止失效而制定的判定条件，通常称为工作能力计算准则。
设计机械零件时，常根据一个或几个可能发生的主要失效形式，运用相应的判定条件，确定零件的形状和主要尺寸。
机械零件的工作能力和计算准则
0. 4机械零件的工作能力和计算准则
1.机械.件的工作能力
零件的工作能力是指在一定的运动、载荷和环境情况下，在顶定的使用期限内. 不发生失效的安全工作限度。
衡t零件工作能力的指标称为零件的工作能力准则。
主要准则有:强度、肘度，耐磨性、振动德定性和耐热性。
它们是汁算并确定零件葵本尺寸的主要依据.故称为计算准则.对于具体的军件，应根据它们的主要失效形式，
采用相应的汁算准喇。
帆械遥计基从
泊且反俄
┌────────────────────┐
│视出设计方泉(翻定可供比软的多种设计方案.│
│从中选取.佳方案，│
└────────────────────┘
┌────────────────────┐
│幼构份」十眯成琦工加，的总城阅、│
│乖什田和往术文件)
│
└────────────────────┘
圈0-5机撼设计的一般过租
2.机械.件的计，准J.
1)任度准列
强度是保证机械零件T作能力的最基本要求。
若零件的强度不够，不仅因为零件的失效使机械不能正常工作.还可能导致安全事故.
零件的双度分为体积强度和表面接触强度.零件在载荷作用下，如果产生的应
力在较大的体积内.则这种应力状态下的零件强度称为体积强度(通常简称强度)。
若两零件在受载前后由点、线接触变为小表面积接触.且其表面产生很大的局部内力‘称为接触应力).这时军件的张度称为表固接触强度(简称接触强度)。
若军件的强度不够，就会出现整体断裂、表面接触疲劳或塑性变形等失效而丧失工作能力。
所以，设计军件时，必须满足张度要求.而强度的计算准。
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机械设计第二章机械零件的计算准则
机械设计第二章机械零件的计算准则机械设计是指为了解决特定的工程问题而设计和制造机械部件，其中机械零件是机械设计的重要组成部分。
机械零件的计算准则是指在机械设计中，对机械零件的尺寸、材料和性能等方面进行合理计算和选择的准则。
机械零件的计算准则包括零件的强度计算、刚度计算、精度计算和动态计算等方面，下面将对这些方面进行详细介绍。
首先是机械零件的强度计算。
机械零件在工作过程中承受力的作用，必须满足一定的强度要求，以保证零件不发生破坏。
强度计算主要包括静态强度计算和疲劳强度计算两个方面。
静态强度计算是指在零件处于静止状态时，根据应力和应变的关系，计算零件是否满足强度要求。
疲劳强度计算是指在零件处于循环载荷作用下，计算零件的疲劳寿命，以确定零件的可靠性。
其次是机械零件的刚度计算。
刚度计算是指根据机械零件在工作过程中所需要承受的载荷，计算零件的刚度，以保证零件在工作过程中不发生过大的变形。
刚度计算包括静刚度计算和动刚度计算两个方面。
静刚度计算是指在零件处于静止状态时，计算零件的刚度。
动刚度计算是指在零件处于运动状态时，根据零件的动力学参数，计算零件的刚度。
再次是机械零件的精度计算。
精度计算是指对机械零件的尺寸、形状和位置等进行计算和控制，以保证机械零件的工作精度。
精度计算主要包括尺寸精度计算和形位精度计算两个方面。
尺寸精度计算是指根据零件的功能、工艺要求和装配要求，计算零件的尺寸公差，以保证零件的尺寸精度。
形位精度计算是指对机械零件的形状和位置进行计算和控制，以保证零件的形位精度。
最后是机械零件的动态计算。
动态计算是指根据机械零件的工作条件和工作要求，计算零件的动态性能，以保证零件在工作过程中的稳定性和可靠性。
动态计算主要包括振动计算和运动学计算两个方面。
振动计算是指根据零件的固有频率和工作频率，计算零件的振动模态和振动幅度，以避免零件的共振和破坏。
运动学计算是指根据零件的运动要求和工作条件，计算零件的运动学性能，以满足工作的要求。
第二章机械零件的工作能力
lim
[S ]
lim
[ S ]
2.判断危险截面的实际安全系数是否大于或 等于许用安全系数
lim S [ S ] lim S [ S ]
静应力强度
静应力作用下的零件强度失效形式 -----塑性变形或断裂 1. 单向应力时的塑性材料零件： 按不发生塑性变形的条件进行强度计算, 取屈 服极限为极限应力, 不考虑应力集中 2. 复合应力时的塑性材料零件
提高表面磨损强度的措施
1.选用合适的摩擦副材料
2.提高表面硬度
3.降低表面粗糙度
4.采用有效的润滑剂和润滑方法 5.表面镀层,氧化处理 6.防止灰尘进入摩擦面 7.防止温度过高
2.4 机械零件的刚度
刚度----零件在载荷作用下抵抗变形的能力
(力,力矩/弹性变形量)
刚度不足的影响
1.影响机器的正常工作 2.刚度是保证强度的重要因素 3.加工设备及加工件的刚度影响 4.刚度会影响零件的自振频率 5.弹性元件则要求有一定的柔度
第二章 机械零件的工作能力和计算准则
基本概念：
1、失效：机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时。 失效具有多样性: 失效并不单纯意味着破坏。不同的零件失效形式不同，同 一种零件会有多种失效形式。 2、工作能力：零件不发生失效时的安全工作限度。 工作能力也具有多样性（承载、耐压、耐温、耐变形、
耐蠕变等）
6.采用粘度较高的润滑油
表面挤压强度
1.挤压应力---2.挤压失效形式----压碎和塑性变形 3.挤压应力的分布 4.条件性简化计算挤压 5.计算公式
F P [ P ] A
表面磨损强度
条件性计算 1、滑动速度低、载荷大时限制表面压强
p[p] (防止压碎及塑性变形）
机械设计习题集(全)
A 硬度 B 强度 C 刚度 D 工艺性
2-2 因为钢材的种类和热处理对弹性模量影响甚小，欲采用合金钢和热处理来提高零件的
( )并无实效。
A 硬度 B 强度 C 刚度 D 工艺性
2-3 静应力的循环特性 r=( )。
A -1 B 0 C 0.5 D 1
2-4 改变轴的支承位置时，轴的刚度( )。
A 增大 B 减小 C 不变 D 可能增大也可能减小
σe为____。
(A) 0.17 (B) 0.24 (C) 0.27 (D) 0.37
3-13 一零件由 20Cr制成,已知对称循环许用应力[σ -1]=95Mpaf零件的等效系数ψ σe=0.2.则脉 动循环许用应力[σ 0]为_____MPa. (A) 79.2 (B) 950 (C) 158.3 (D) 380
(A) 4.27 (B) 2.89 (C) 2.598 (D) 1.76
3-16 若材料疲劳曲线的指数m=9，则以对称循环应力σ 1 =500MPa作用于零件N1=104次以后，
它所造成的疲劳损伤，相当于应力σ 2 =450MPa作用于零件_____次。
(A) 0.39×104
(B) 1.46×104
数为____次。 (A) 6.25×105
(B) 9.34×104
(C) 1.09×104
(D) 4.52×104
3-20 在应力变化过程中，如果周期、应力幅和平均应力有一个不相等，则称为( )． A 稳定变应力 B 非稳定变应力 C 脉动循环变应力 D 非对称循环变应力
3-21 对于受循环变应力作用的零件，影响其疲劳破坏的主要因素是( )。
问答题
3-33 疲劳曲线和极限应力图在表示材料极限应力方面的主要区别是什么?
第二章 机械零件及工作能力和计算准则
第二章机械零件的工作能力和计算准则㈠基本内容：1. 载荷和应力的分类2.机械零件强度3.机械零件表面强度4.机械零件刚度5.其他：要点提示，布置学生自学.㈡教学重点与难点：1重点：零件失效和工作能力的概念；载荷与应力的分类及其相互关系；机械零件强度的概念；提高机械零件强度的措施.2难点：载荷与应力的相互对应关系；零件的极限应力和许用应力；零件强度的表达方法；结构设计与工艺设计对零件强度的影响；零件结构设计方面的某些禁忌问题.㈢基本要求：1掌握零件失效和工作能力的概念；2掌握载荷与应力的分类及其相互关系；3掌握机械零件强度的概念及相关的影响因素；4了解提高机械零件强度的措施.失效——机械零件丧失工作能力或达不到设计要求的性能。
工作能力——零件不发生失效时的安全工作限度。
§2.1载荷与应力的分类载荷分类相关的名词定义：静载荷——不随时间变化或变化缓慢的载荷。
变载荷——随时间作周期性或非周期性变化的载荷。
名义载荷——由额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷。
计算载荷——用于机械零件的设计计算、校核计算的载荷值；数值上等于名义载荷乘以载荷系数。
载荷系数——用来估计实际载荷随时间作用的不均匀性和在零件上分布不均匀性及其它影响零件受力情况的系数。
应力分类相关的名词定义：静应力——不随时间变化或变化缓慢的应力；只能在静载荷下产生。
变应力——随时间变化的应力；不仅可由变载荷产生，也可由静载荷产生。
变应力的参数：可由中的任意两个来表示。
；；稳定变应力——平均应力、应力幅和周期不随时间变化。
稳定变应力分三种，分别是对称循环变应力r= -1;非对称循环变应力-1<r<+1,r≠0;脉动循环变应力r=0。
非稳定变应力——平均应力、应力幅和周期之中至少有一个随时间变化。
非稳定变应力又可分为规律性非稳定变应力和随机性非稳定变应力。
随机性非稳定变应力可以通过“数理统计”的方法转变成规律性非稳定变应力，而规律性非稳定变应力又可以通过“疲劳损伤积累假说”的Miner定律转变成“等效的稳定变应力”。
机械设计教程第三版答案
机械设计教程第三版答案1一2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)使整个技术系统和需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。
设计机械系统和需部件时，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。
1一4机械需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需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:确保需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:确保雾件不发生过大的弹性变形。
3.寿命准则:通常与需件的疲劳、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。
第2章机械零件的工作能力和计算准则
复合应力计算安全系数为：
s sca [s] s 2 2 2 ( ) s
或： sca
s s s s
2 2
[s]
3.允许少量塑性变形的零件(可按 1.5 s 作为极限应 力)
这类零件可按允许一定塑性变形时的载荷进行强度计算。 看课本图2.3，受弯矩M的简支梁，用塑性材料制成时，随 着弯矩M的增大，由（a）到（c）变化，到（c）图时材料 全部屈服。此时梁承受的弯矩计为 M lim ，因此，可以按 进行强度计算。 M lim
第2章 机械零件的工作能力 和计算准则
1.失效：机械零件丧失工作能力或达不到设 计要求的性能时，称为失效。 有人平时不说“失效”，而说“坏了”，是 不准确的。有些零件看上去没有“坏”但 已经失效了。 2.常见的失效形式
零件失效表现在强度问题、刚度问题、表面 失效和其他方面。
零件的失效形式有： 1）断裂; 2）过大塑性变形； 3）过量的弹性变形； 4）表面失效（工作表面的过度磨损或损伤 等）； 5）其他形式（联接的松弛、摩擦传动的打滑 等）。
单位接触线载荷。B为接触线长度。
F P B
(2)两球接触
1 3 6F 2 2 1 1 1 2 E E2 1
2
F Hmax 2
H max
1
1 2 E1、E2 两接触体材料的弹性模 量 1、 2 两接触体材料的泊松比
式中 : 相应的强度条件可表示为:
σ、τ——零件的最大工作应力。其中σ为 正应力，可由拉伸、压缩、弯曲等产生；τ 为切应力，可由扭转、剪切等产生； 2.[σ]、[τ]——许用正应力、许用切应力； 3.σlim、τlim——材料的极限正应力、极限 切应力； 4.[Sσ],[Sτ]——对应于正应力、切应力的许 用安全系数。
第2章 机械零件的工作能力和计算准则PPT课件
2.４.２、刚度条件
y [y] [ ] [ ]
计算方法：材料力学中的简化方法 弹性力学有限元分析方法
2.４.３、刚度的影响因素及提高刚度的措施 材料：弹性模量Ｅ 结构：剖面形状、支承结构、位置、加强筋 预紧：提高接触刚度（滚动轴承的预紧）
19
2.５、机械零件的冲击强度
A物体给B的冲击能: WF(hyv)
用σr 表示循环特征为 r 的变应力。如 σ-1、σ0等
平均应力：
m
m
ax min
2
对称循环:σm= 0; σa=σmax
应
力
幅：
a
max min
2
脉动循环:σm=σa=σmax / 2
5
注意： 变载荷 → 变应力 静载荷 → 静应力 ？ 或变应力
P n
n ●a
6
2.2、机械零件的强度 2.2.1、两种判断零件强度的方法
20
提高冲击强度的措施： １）增大零件的弹性变形 ２）增加材料的弹性，即降低Ｅ ３）采用缓冲零件吸收冲击能量 ４）减小间歇，增加预紧
21
122
)
E1
E2
２）失效形式： 表面疲劳磨损（表面疲劳点蚀）
14
３）强度条件：
Hmax[H]
４）提高接触强度的措施
－－－减小接触应力 －－－提高表面硬度，以提高许用接触应力 －－－提高润滑油黏度
15
2.３.２、表面挤压强度（通过整合面的接触传递载荷） １）失效形式：
塑性材料－－－塑性变形 脆性材料－－－表面压碎
σ
σ
σmax σmin
σa σm
σa σmax
O
t
对称循环变应力
O
第2章机械零件的工作能力和计算准则2421270612
•N
•N0
•有限寿命区
•无限
•由此得：
•m——与应力状态有关
•
的指数
•各种材料的σr可从有关手册中查取
•2.2.4 安全系数
•通常 S ≥ 1
•安全系数小——失效的可能小大
•安全系数大——机械零件的体积庞 大 •影响安全系数因素如下：
•协调处理
•1. 与应力计算有关的因素
•应力计算所依据的载荷值的不精确性 •应力计算用的力学模型与实际状况之间的差异
•2. 与材料的极限应力有关的因素
•材料机械性能本身的变化 •零件尺寸效应的不确定性 •不同毛坯制取方法及机械加工工艺对材料机械性能的影响
•3. 与零件的重要性有关（等级）：
•一级：零件的破坏要引起人身事故 •二级：零件的破坏要引起严重的设备事故，修理费用昂贵 •三级：零件的破坏要使机器停机修理 •四级：零件的破坏不会使机器立即停止工作
荷
•载荷系数
•2.1.2 应力的分类
•静应力 •——不随时间改变或变化缓慢 •变应力 •——随时间作周期性或非周期性变化
•变应力
•稳定变应力——周期性循环变应力 •非稳定变应力——非周期性循环变应力
•注意： •变载荷 → 变应力
•静载荷 → 静应力•？或变应力
•n
•P a •●
•n
•稳定变应力
•对称循环变应力 •σ
•疲劳破坏与零件的变应力循环次数N有关
•轴
•初始裂 纹
•强度条件：σ≤ [σ]
•疲劳 区(光 滑)
•粗糙 区
•σlim = ？
•变应力时，取 σlim = σrN（疲劳极限）
•N — 应力循环次数 •σrN — 疲劳极限（对应于N） •N0 — 循环基数 •σr — 持久极限
第2章机械零件的工作能力和计算准则
表面挤压强度与表面磨损强度
表面挤压强度设计准则：
P [ P ]
F P [ P ] A
表面磨损强度设计准则：
p [ p] pv [ pv ] v [v ]
第2章机械零件的工作能力和计算准则
§2-5 机械零件的刚度
刚度:零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。
§2-7 机械零件的振动稳定性
振动：零件发生周期弹性变形的现象称为振动。 零件受周期性变化的作用力作用，会出现共振现象（失稳）。 设计准则：零件的自振频率与外力作用频率不相接近。
第2章机械零件的工作能力和计算准则
§2-8 机械零件的可靠性
一.可靠性概念
可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内，正常工作的能力。
温度对材料膨胀和收缩的影响
第2章机械零件的工作能力和计算准则
§2-6 温度对机械零件工作能力的影响
温度对蠕变的影响： 蠕变：在一定工作温度和应力作用下， 零件塑性变形缓慢而连续增长 的现象。 温度对松弛的影响 松弛：在预紧情况下工作的零件，虽 然总变形不变，但在高温影响 下，其弹性变形会随时间逐渐 转化为塑性变形，引起应力降 低的现象称为松弛。 第2章机械零件的工作能力和计算准则
工作表面失效 （磨损、点蚀、胶合、塑性流动、压溃和腐蚀等）
§2-1 机械零件的失效形式及设计准则
三、设计准则 机械零件设计时，保证零件能正常工作而不产生失效所必 须遵循的条件。 如：强度条件、刚度（稳定性）条件、耐磨性条件等 均是机械零件的设计准则。 四、机械零件设计计算的类型 设计计算 校核计算
弹性范围内
Fl Ek E p y EA
F y ' F y'
冲击系数
2h F' ( 1 1 )F K1F y
2机械零件的工作能力和计算准则
PPT仅供参考，不能过于依赖，复习仍然以课本 和作业为主，认真看书和布置的作业；
作业题目和例题一定要动手做，不能只是一味的 看，合住书自己做一遍效果才是最真实的；
第2章 机械零件的工作能力和计算准则
公式（2.1）和（2.2）中的极限应力为材料的强 度极限。对组织不均匀的材料，在计算时不考虑应 力集中。组织均匀的低塑性材料应考虑应力集中。
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第2章 机械零件的工作能力和计算准则
2.2 机械零件的强度 2.2.3 变应力强度
在变应力时工作的零件，其强度失效形式是——
疲劳断裂。
静应力 变应力 周期性变化 非周期性变化
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第2章 机械零件的工作能力和计算准则
2.1 载荷和应力的分类 2.1.1 应力分类
特性参数
smax ─ 最大应力
smin ─ 最小应力 sm ─ 平均应力 sa ─ 应力幅值
r
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─ 循环特性
第2章 机械零件的工作能力和计算准则
2.1 载荷和应力的分类 2.1.1 应力分类
静应力 变应力
不随时间变化或变化缓慢的应力
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第2章 机械零件的工作能力和计算准则
2.1 载荷和应力的分类 2.1.1 应力分类
静应力 变应力
随时间变化的应力
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第2章 机械零件的工作能力和计算准则
2.1 载荷和应力的分类 2.1.1 应力分类
（2）判断危险截面处的实际安全系数是 否大于或等于许用安全系数。 强度条件：
s lim Ss S s s lim S S
设计机械零件时应满足的基本要求
可靠度=正常工作数／总数
其它：破坏正常工作条件引起的失效（联接松 动、带传动打滑、腐蚀、过热......）
第3页/共6页
§2—7 机械零件的设计方法
理论设计 经验设计 模型实验设计
一．理论设计
σ＝Ｆ／Ａ ≤σlim／ｓ
计算 ②σlim的取值
第二章 机械设计总论
§2—4 设计机械零件时应满足的基本要求
强度、刚度、寿命、工艺性、经济性、可靠性等
失效 —机械零件由于某种原因不能正常工作 §2—5 机械零件的主要失效形式及计算准则 一 失效形式→强度、刚度、振动稳定性、
破坏正常工作条件 二 计算准则→ ┌强度准则
├刚度准则 ├振动稳定性准则 └其它准则
└推荐使用： 标准直径
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第1页/共6页
（一）强度准则 工作应力≤许用应力
（1）失效形式
(2)计算准则
1. 整体强度
静→整体┌整体断裂(脆性材料) B S ┐ 静
应 破坏└过大的残余变形） S S┘ 强
力
（塑性材料）
度
变应力→ 疲劳破坏→疲劳断裂（塑、脆性材料）
2. 表面强度 r S →疲劳强度
表面磨损 p ≤［ p ］（压强） →耐磨性（条件性）
三 .有色金属：有特殊性能(减摩、抗腐、电…） 价昂→少用
四. 非金属： 塑料、橡胶、玻璃
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§2—10 机械零件设计中的标准化
标准化：
两重含意／按有关标准设计机械零件 ＼尽量选用标准件
分类┬按运用范围→ 国际ISO、国家GB、部标 (JB、YB、QB)、企业标准
└使用强制性 → ┬必须执行：制图、公差、 形位……
表面压溃 σj≤ [σj] （挤压应力) →挤压强度 接触疲劳 σH≤[σH] (接触应力) →接触强度(点蚀)
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第二章零件的工作能力及计算准则2-1 设计机器时应满足哪些基本要求？试选定一台机器，分析设计时应满足的基本要求。
2-2 设计机械零件时应满足哪些基本要求？试举两例说明为什么设计零件时不能离开机器的要求。
2-3机械零件有哪些主要的失效形式？试结合日常接触的机器举出其中几种零件的失效形式，并分析其原因。
2-4 机械零件的计算准则与失效形式有什么关系？常用的有哪些计算准则？它们是针对什么失效形式而建立的？2-5机械零件常用的设计方法有哪些？各在什么条件下采用？2-6设计计算与校核计算有什么区别？各在什么条件下采用？2-7机械零件设计的一般步骤有哪些？其中哪个步骤对零件的最后尺寸起决定性的作用？为什么？2-8 列式说明“寿命系数”的一般表达式，并说明相应符号的意义。
2-9 如何绘制优质碳钢(塑性材料)的“简化极限应力图”?2-10影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些?2-11简述“线性疲劳损伤积累假说”。
2-12试解释我们常见到的摩托车前轮轴、汽车板簧、起重机减速器中齿轮齿根应力各属于应变疲劳还是高周疲劳范畴的变应力。
再进一步解释这些变应力的应力比r值在那个范围内。
2-13举例说明那些零件工作应力的变化规律符合：a）r=常数;b);σm=常数;c）σmin=常数。
第三章摩擦磨损与润滑3-1 液体动压油膜形成的必要条件是什么？3-2 粘附理论的主要内容是什么？如何用粘附理论来解释经典摩擦定律？3-3 减少摩擦应采取哪些措施？3-4 添加剂的作用是什么？3-5 润滑油的主要性能指标有哪些？3-6 影响干摩擦时摩擦系数的主要因素有哪些？并给予物理解释。
3-7 边界摩擦的特性是什么？试述其形成机理。
3-8 混合摩擦的特性是什么？并简单说明膜厚比的物理意义。
3-9 机件磨损的过程大致可分为几个阶段？每个阶段的特性如何？3-10 试述各类磨损的机理，为什么说微动磨损是一种符合形式的磨损？3-11 什么叫粘度？粘度的常用单位有哪些？他们之间如何换算？3-12 流体动力润滑和流体静力润滑的油膜形成原理在本质上有何不同？第四章螺纹联接4-1 分析比较普通螺纹管螺纹梯形螺纹和锯齿螺纹的特点，各举一例说明他们的应用。
4-2 螺纹联接为什么要预紧？预紧力的大小如何保证？4-3 螺纹联接常用的方法有哪几种？它们是如何防松的?其可靠性如何？试自行设计一种防松方案。
4-4 在受横向载荷的螺栓组联接中，什么情况下宜采用绞制孔用螺栓？4-5 受拉伸载荷作用的紧螺栓联接中，为什么总载荷不是预紧力和拉伸载荷之和？4-6 提高螺栓联接强度的措施有哪些？这些措施中那些主要是针对静载荷，那些主要是针对动载荷？4-7 螺纹连接件的常用材料是什么？对于螺栓和螺母的材料有什么要求？4-8 将承受轴向变载荷的连接螺纹的光杆部分做得细些有什么好处？4-9 分析活塞式空气压缩机气缸盖连接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力 最小应力将如何得出？当气缸内的最高压力提高时它的最大应力、最小应力将如何变化？4-10 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?4-11 滚动螺旋传动与滑动螺旋传动相比较，有何优缺点?第五章 键联接5-1 平键联接和花键联接各用在何种场合？主要失效形式及设计准则？5-2 哪些键联接用于静联接？哪些键联接用于动联接？5-3 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，相隔90°～120°；而采用两个半圆键时，却布置在轴的同一母线上？5-4过盈联接有哪几种装配方法?当过盈量相同时，哪种装配方法的联接紧固性好?5-5 过盈联接的承载能力是由哪些因素决定的?5-6 在对过盈联接进行验算时，若发现包容件或被包容件的强度不够时，可采取哪些措施来提高联接强度?第六章 带传动6-1 为什么在设计带传动时，要限制小带轮直径d 1不宜过小?大带轮直径d 2不宜过大?6-2 带传动的失效形式与设计准则是什么?应满足的强度条件是什么?6-3 打滑现象是怎样产生的?能不能避免?打滑有利有害的方面是什么?6-4 带传动中，带上所受的应力有哪几种?何处带最危险?为什么?6-5 V ?为什么?6-6 带传动的弹性滑动是如何产生的?它和打滑有什么区别?对传动产生什么影响?6-7 普通V 带剖面的夹角是40°，为何带轮轮槽角分别是32°、34°、36°、38°?6-8带传动为什么必须安装张紧装置?常用的张紧装置有哪些?6-9带传动中，小带轮直径d 1=160mm ，大带轮直径d 2=360mm ，小带轮转速n 1=960r/min ，V 带传动滑动系数%2=ε，试问：计入滑动系数和不计入滑动系数相比，大带轮的转速相差多少?第七章 链传动7-1 与带传动相比，链传动有哪些优缺点?7-2 在链传动中，选取小链轮齿数z 1及从动链轮齿数z 2各受什么条件的限制?链传动的传动比又受哪些条件的限制?7-3 在标准条件下，选用单列链TG127，许用功率P 0=5kW ，查功率曲线两个转速n 1（1000和2200r/min)，若保证所要求的润滑条件，从动轮输出为恒定功率。
试分析下面三种转速情况下，使用该链条将有什么不同结果，①n 1<1000 r/min ；②n 1=1000 r/min ~2200r/min ；③n 1>2200 r/min 7-4如图所示链传动的布置形式，小链轮为主动轮，中心距a=(30～50)p .它在图a 、b 所示布置中应按哪个方向回转才算合理？两轮轴线布置在同一铅垂面内（图c ）有什么缺点？应采取什么措施？（a ） （b ） （c ）第八章 齿轮传动8-1 配对齿轮(软对软，硬对软)齿面有一定量的硬度差时，对较软齿面会产生什么影响? 8-2 在齿轮设计公式中为什么要引入齿宽系数?齿宽系数φd 的大小主要与哪两方面因素有关? 8-3 软齿面的闭式齿轮、硬齿面的闭式齿轮和开式齿轮可能的失效形式有哪些?其各自的主要失效形式是什么?在设计上有何不同的特点?8-4 一对圆柱齿轮传动，小齿轮和大齿轮在啮合处的接触应力是否相等?如大小齿轮的材料及热处理情况均相同，热处理后的硬度也相同，则其接触疲劳许用应力是否相等?如果其接触疲劳许用应力相等，则大、小齿轮的接触疲劳强度是否相等?8-5 一对圆柱齿轮传动，小齿轮和大齿轮在齿根处的弯曲应力是否相等?如大小齿轮的材料和热处理情况相同，且热处理后的硬度相同，则其弯曲疲劳许用应力是否相等?如果其弯曲疲劳许用应力相等，则大、小齿轮和弯曲疲劳强度是否相等?8-6 有一对直齿圆柱齿轮传动，m =2mm ，z 1=50，z 2=200，b =75mm ；若另一对齿轮：m =4mm ，z 1=25，z 2=100，b =75mm ，代替之，当载荷及其它条件相同时，试问：(1)两对齿轮的接触强度是否相同?(2)两对齿轮的弯曲强度是否相同?8-7 试述齿形系数Y Fa 的物理意义，齿形系数与哪些因素有关?为什么Y Fa 与模数无关?同一齿数的直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和圆锥齿轮的Y Fa 值是否相同?8-8 在计算齿面接触疲劳强度及齿根弯曲疲劳强度的许用应力][H σ和][F σ时，为什么要引入寿命系数k HN 和k FN ?8-9 设计圆柱齿轮传动时为何通常选小模数多齿数?为什么常取z 1 z 2互为质数?齿宽系数应如何选择?为什么小齿轮的齿宽b1要略大于大齿轮的齿宽b2(在减速器中)?8-l0 在直齿圆柱齿轮传动中，其载荷系数包括哪几项系数?斜齿圆柱齿轮呢?各项系数各反映了什么影响因素?8-11 在不改变齿轮的材料和尺寸的情况下，如何提高轮齿的抗折断能力? ·8-12 为什么齿面点蚀一般首先发生在靠近节线的齿根面上?在开式齿轮传动中，为什么一般不出现点蚀破坏?如何提高齿面抗点蚀的能力?8-13 在什么工况下工作的齿轮易出现胶合破坏?胶合破坏通常出现在轮齿的什么部位?如何提高齿面抗胶合的能力?8-14 闭式齿轮传动与开式齿轮传动的失效形式和设计准则有何不同?为什么?8-15 通常所谓软齿面与硬齿面的硬度界限是如何划分的?软齿面齿轮和硬齿面齿轮在加工方法上有何区别?为什么?8-16 导致载荷沿轮齿接触线分布不均的原因有哪些?如何减轻载荷分布不均的程度?8-17 在进行齿轮强度计算时，为什么要引入载荷系数K?载荷系数K由哪几部分组成?各考虑了什么因素的影响?8-18 齿面接触疲劳强度计算公式是如何建立的?为什么要选择节点作为齿面接触应力的计算点? 8-19 标准直齿圆柱齿轮传动，若传动比i，、转矩T1、齿宽b均保持不变，试问在下列条件下齿轮的弯曲应力和接触应力各将发生什么变化?(1)模数m不变，齿数z1增加；(2)齿数z1不变，模数m增大；(3)齿数z l增加一倍，模数m减小一半。
8-20 一对圆柱齿轮传动，大齿轮和小齿轮的接触应力是否相等?如大、小齿轮的材料及热处理情况相同，则其许用接触应力是否相等?8-21 在直齿、斜齿圆柱齿轮传动中，为什么常将小齿轮设计得比大齿轮宽一些?在人字齿轮传动和圆锥齿轮传动中是否也应将小齿轮设计得宽一些?第九章蜗杆传动9-1蜗杆传动的特性及使用条件是什么？9-2蜗杆传动的传动比如何计算？它是否等于蜗杆和蜗轮的节圆直径之比？为什么？9-3与齿轮传动相比较，蜗杆传动的失效形式有何特点？为什么？9-4何谓蜗杆传动的中间平面？试阐述普通圆柱蜗杆传动中间平面上的齿廓形状和啮合关系以及圆弧圆柱蜗杆传动中间平面上的齿廓形状和啮合关系。
中间平面上的参数在蜗杆传动计算中有何重要意义？9-5如何进行蜗杆传动的受力分析？力的方向如何确定？计算出这些力有什么用途？9-6蜗杆的轴向力与蜗轮的圆周力是什么关系？9-7在什么情况下需要进行蜗杆传动的变位？其变位特点时什么？9-8在进行蜗杆传动的承载能力计算时，为什么只考虑蜗轮？蜗杆的强度如何考虑？在什么情况下需要进行蜗杆强度的计算？9-9 蜗杆传动的设计计算中有哪些主要参数？如何选择？9-10 试述蜗杆直径系数的意义，并说明在蜗杆传动中为什么要引入蜗杆直径系数？它在什么情况下应取为标准值？9-11 何谓蜗杆传动的滑动速度，它对蜗杆传动有什么影响？9-12 与齿轮传动相比，为什么说蜗杆传动平稳，噪声低？9-13 为什么对蜗杆传动要进行热平衡计算？计算原理时什么？但热平衡不满足要求时，可采取什么措施？9-14 蜗杆的头数及导程角对啮合效率有何影响？。
第十一章 轴11-1 若轴强度不足或者刚度不足时，可采取哪些措施？11-2 在进行轴的疲劳强度计算时，如果同一截面上有几个应力集中源，应如何取定应力集中系数？ 11-3 为什么要进行轴的静强度校核计算？校核计算时为什么不考虑应力集中等因素的影响？ 11-4 图15-4所示为某减速器输出轴的结构图，试指出其设计错误，并画出改正图。