机械设计课程思考题和习题(适用教材_李建功主编《机械设计》(第四版)

机械设计课程思考题和习题（适用教材：李建功主编《机械设计》（第四版））

机械设计课程组

第一章机械设计总论

思考题

1－1 一部现代化的机器主要有哪几部分组成？

1－2 开发一部新机器通常需要经过哪几个阶段？每个阶段的主要工作是什么？

1－3 作为一个设计者应具备哪些素质？

1－4 机械设计课程的性质、任务和内容是什么？

1－5 机械设计课程有哪些特点？学习中应注意哪些问题？

1－6 什么是失效？什么是机械零件的计算准则？常用的计算准则有哪些？

1－7 什么是校核计算？什么是设计计算？

1－8 什么是名义载荷？什么是计算载荷？为什么要引入载荷系数？

1－9 静应力由静载荷产生，那么变应力是否一定由变载荷产生？

1－10 什么是强度准则？对于零件的整体强度，分别用应力和安全系数表示的强度条件各是什么？

1－11 在计算许用应力时，如何选取极限应力？

1－12 什么是表面接触强度和挤压强度？这两种强度不足时，分别会发生怎样的失效？

1－13 刚度准则、摩擦学准则以及振动稳定性准则应满足的条件各是什么？这些准则得不到满足时，可能的失效形式是什么？

1－14 用合金钢代替碳钢可以提高零件的强度，是否也可以提高零件的刚度？

1－15 什么是机械零件的“三化”？“三化”有什么实际意义？

1－16 机械零件的常用材料有哪些？设计机械零件时需遵循哪些原则？

第二章机械零件的疲劳强度设计

思考题

2－1 什么是疲劳破坏？疲劳断口有哪些特征？

2－2 变应力有哪几种不同的类型？

2－2 什么是疲劳极限？什么是疲劳寿命？

2－4 什么是疲劳曲线？什么是极限应力图？用它们可以分别解决疲劳强度计算中的什么问题？

2－5 什么是有限寿命设计？什么是无限寿命设计？如何确定两者的极限应力？

2－6 塑性材料和脆性材料的σm－σa极限应力图应如何简化？

2－7 影响机械零件疲劳强度的三个主要因素是什么？它们是否对应力幅和平均应力均有影响？

2－8 如何根据几个特殊点绘出机械零件的σm－σa极限应力图？

2－9 机械零件受恒幅循环应力时，可能的应力增长规律有哪几种？如何确定每种规律下的极限应力点？如何计算安全系数？

2－10 什么是Miner 法则？用它可以解决疲劳强度计算中的什么问题？

2－11 如何计算机械零件受规律性变幅循环应力时的安全系数？

习 题

2－1 已知：45钢的σ－1＝270MPa ，寿命指数m=9，循环基数N 0＝107

。求：1）循环次数分别为8000和620000次时的有限寿命疲劳极限σ－1N ；2）应力幅为330MPa 的对称循环应力作用下的疲劳寿命。

2－2 一板状零件所受工作拉力F 在25～85kN 之间周期性变化，危险截面的面积A =320mm 2，疲劳缺口系数K σ＝1.45，尺寸系数εσ＝0.75，表面状态系数β＝0.9。零件材料为20CrMnTi ，其力学性能为：σs ＝835MPa ，σ－1＝345MPa ，σ0＝615MPa 。试绘出该零件的简化

σm －σa 极限应力图，并用图解法和解析法求γ＝C 时的安全系数S σ。

2－3 一零件的材料为合金钢，其危险截面上的最大工作应力σmax ＝250MPa ，最小工作应力σmin ＝－50MPa ，疲劳缺口系数K σ＝1.32，尺寸系数εσ＝0.85，表面状态系数β＝0.9。该材料的力学性能为：σb ＝900MPa ，σs ＝800MPa ，σ－1＝440MPa ，σ0＝720MPa 。要求：1）按比例绘制零件的简化σm －σa 极限应力图；2）按σm ＝C 求该零件的极限应力幅σa ′、极限平均应力σm ′和极限应力σγ′；3）按σm ＝C 求该零件危险截面的安全系数S σ。

2－4 某机械零件在一个工作周期T 内的应力（皆为对称循环）变化如图2-27所示。已知：零件材料的σ－1＝350MPa ，N 0=107

，m=9，综合影响系数K σD ＝1.85。试计算该零件的安全系数S σ。 2－5 已知某材料的力学性能为：1-σ＝350MPa ，m ＝9，0N ＝5×610，对此材料进行对称循环疲劳试验，依次加载应力为：（1）1σ＝550MPa ，循环次数n 1＝5×4

10；（2）2σ＝450 MPa ，求：发生疲劳破坏时，2σ的循环次数n 2＝？

注：疲劳曲线方程：01N C N m m -==σσ 解：（1）由疲劳曲线方程 01N C N m m -==σσ

得 01N N m

⎪⎭

⎫ ⎝⎛=-σσ 4690111106.8105550350⨯=⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-N N m σσ 5690212102.5105450350⨯=⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛=-N N m

σσ （2）根据Miner 法则 12211=+N n N n 110

2.5106.81055244

=⨯+⨯⨯n 解得： 521018.2⨯=n

2－6 某机械零件材料为碳素钢，已知：该碳素钢的力学性能为b σ=700 MPa ，s σ=600MPa ，1-σ=320MPa ，0σ=560MPa 。该零件危险截面上的最大应力m ax σ=220MPa ，最小应力m in σ=- 60MPa ，综合

影响系数σD K =1.32。试：

（1）在图中按比例绘制该零件的简化极限应力图(计算并标出特殊点的坐标)。

（2）在图中标出应力增长规律为C =m σ 时，该零件的极限应力点M 。

解：（1） A 132.11

-D K σ B 1点纵坐标： MPa 1.21232

.1256020

=⨯=D K σσ B 1点横坐标： MPa 2802

56020

==σ 折线A 1DG 为该零件的简化极限应力图

（2） 工作应力点的坐标：

MPa 802)60(2202min

max =-+=

+=σσσm MPa 1402)60(2202

min

max =--=-=σσσa 过N 点且垂直于横轴的直线与极限应力线A 1D 的交点M 即为该零件的极限应力点。9-4

第三章 摩擦、磨损及润滑基础

思 考 题

3－1 按照摩擦面的润滑状态不同，滑动摩擦分为哪几种？

3－2 什么是边界膜？边界膜的形成机理是什么？如何提高边界膜的强度？

3－2 零件的磨损过程大致分为哪几个阶段？每个阶段的特征是什么？

3－4 根据磨损机理的不同，磨损通常分为哪几种类型？它们各有什么主要特点？

3－5 粘度的表示方法通常分为哪几种？各种粘度的单位和换算关系是什么？

3－6 润滑油的主要性能指标有哪些？润滑脂的主要性能指标有哪些？

3－7 在润滑油和润滑脂中加入添加剂的作用是什么？

3－8 流体动力润滑和流体静力润滑的油膜形成原理有何不同？流体静力润滑的主要优缺点是什么？ 3－9 流体动力润滑和弹性流体动力润滑两者间有何本质区别？所研究的对象有何不同？

3－10 试说明液体动力润滑油膜形成的必要条件。

（MPa ）

（