机械设计习题集

第一章 绪论

第二章 机械设计总论

一、填空题

1．机械是 机器 和 机构 总称。

2．零件是机械的 制造单元 ，而构件是机械的 运动单元 。

3．机械设计中的失效是指 零件失去设计时预定的功能 ，常见的失效形式有 疲劳断裂 、 弹性变形过大 和 表面失效 。

4．静应力强度计算时，塑性材料的极限应力为 屈服极限 ，脆性材料的极限应力为 强度极限 ，而变应力强度计算时，材料的极限应力为 疲劳极限 。

5．在静载荷作用下的机械零件，可能产生的是 静 应力，也可能产生的是 动 应力。

6．影响零件疲劳强度的因素主要 应力集中 、 绝对尺寸 、 表面质量 ，且由试验知只对 应力幅 影响。

7．对高强度钢制造的零件，必须特别注意减少 应力集中 和 提高表面质量 。

8．按摩擦状态不同，摩擦可分为 干摩擦 、 湿摩擦 、 混合摩擦 、和 边界摩擦 四种。

9．应力循环特性r 越大，材料的疲劳极限与持久极限 越大 ，对零件的强度 越有利 。

二、简答题

1．简述提高机械零件疲劳强度的措施有哪些？

答：①尽可能降低零件上的应力集中影响

②选用疲劳强度高的材料或采用能提高疲劳强度的热处理及强化工艺

③提高零件的表面质量

④尽可能减小或消除零件表面可能的初始裂纹的尺寸

三、计算题

1．一转轴受规律性非稳定对称循环变应力如图所示，转轴工作的总时间t=300h ，转速n=150r/min ，材料为40Cr 调质，硬度为200HBS ，MPa 3881=-σ，（K σ）D =2.7。[S σ]=1.3，

循环基数N 0=107，m=9。求寿命系数K N ，转化为等效稳定变应力时的疲劳极限σ-1e 和实际安全系数S σ，轴的强度是否满足要求？

2．一零件用合金钢制成，其危险截面上的最大工作应力MPa 240max =σ，最小工作应力MPa 40min -=σ，该合金钢的机械性能MPa 4501=-σ，MPa S 800=σ，ψσ=0.1，MPa b 900=σ。零件危险截面的系数为K σ=1.3，εσ=0.78，β=1，要求：

（1）绘制材料的简化极限应力图；

（2）求极限值a σ'，m σ'，max σ'；

（3）取[s]=1.3，校核此轴是否安全。

3．45钢经调质后的性能为MPa 3071=-σ，m=9，No=5×106， 以此材料作试件进行实验，先以对称循环变应力MPa 5001=σ作用104次，再以MPa 4002=σ作用于试件，求还能循环多少次才会使试件破坏。（要点分析：这是属于不稳定变应力作用下的疲劳强度计算问题，应根据疲劳损伤累积假说（Miner 定理）进行计算。

4．一个受弯曲稳定变应力作用的轴类零件，最大工作应力MPa 400max =σ，最小工作应力MPa 100min -=σ，已知材料的对称循环疲劳极限MPa 4501=-σ，脉动循环疲劳极限MPa 7000=σ，屈服极限MPa S 800=σ，

试求：（1）绘制材料的简化极限应力图；

（2）在简化极限应力图上标明工作应力点N ；

（3）说明零件可能的失效形式。

5．试求发动机连杆的安全系数。杆在危险剖面处的直径为d=70mm ，当汽缸点火时，杆受压力500KN ，在吸气时受拉力120KN ，连杆表面精磨并用优质碳素钢制造。连杆材料如下：MPa b 630=σ ；MPa S 350=σ；MPa 2101=-σ；MPa 4300=σ。

第三章螺纹联接与螺旋传动

一、填空题

1．图示板A用4个铰制孔螺栓固定在板B上，受力F，其中螺栓3、2，3受力最大。

2．常用螺纹中，用于连接的螺纹应采用螺纹三角形，其原因自锁性好；牙根强度高，制造方便的螺纹是梯形轮纹；常用于单向传动的螺纹是锯齿形轮纹。

3．受轴向工作载荷的紧螺栓连接，螺栓和被连接件的刚度分别为C L和C T，其预紧力Q P，则残余预紧力为。

4．拧紧螺母时，螺栓的横截面产生拉应力应力和剪切应力应力。

5．变载荷下工作的紧螺栓连接，当螺栓总拉力F。不变的情况下，减小螺栓长度而不改变直径，螺栓的应力幅将变大，其连接强度将降低。

6．螺纹联接防松的关键是防止轮纹副之间的相对传动，按工作原理，主要分为机械防松、摩擦防松和破换轮纹副防松。

7．对于承受变载荷的受拉螺栓连接，在工作载荷和残余预紧力不变的情况下，通过减小螺栓刚度和增大被连接件刚度可以达到减小应力幅的目的。

8. 在设计受轴向载荷紧螺栓连接时，当验算强度不满足时，可采取措施增大螺栓直径、改变螺栓连接结构、降低应力集中。

二、判断题

1、三角形螺纹由于具有自锁性所以常用于联接螺纹。（√）

2、双头螺柱联接用于两个被联接零件之一较厚且经常拆装的场合下。（х）

3．一个零件也可以是一个构件。（√）

4．细牙普通螺纹，牙细不耐磨，容易滑扣，所以自锁性能不如粗牙普通螺纹。（х）5．采用加厚螺母是提高螺纹联结强度的一个有效办法。（х）

6、螺钉联接用于两被联接零件之一较厚且不能经常拆装的场合下。（√）

7、三角形螺纹比矩形螺纹的传动效率高。（х）

8、梯形螺纹由于传动效率高常用于传动螺纹。（√）

三、简答题

1．常用的联接螺纹为什么采用三角形螺纹？而梯形螺纹则用于传递动力和运动？

答：①三角形螺纹当量摩擦系数大，则当量摩擦角也大，使螺纹升角容易小于当量摩擦角，这样就满足螺纹的自锁条件；

②梯形螺纹升角较大，一般大于当量摩擦角，不会自锁，其效率较高，适用于传递运动和动力。

2．螺纹连接的防松方法，按其工作原理可分为哪几种？针对每一种试举一例。

答：①摩擦防松：对顶螺母；弹簧垫圈；自锁螺母；

②机械防松：开口销与槽型螺母；止动垫圈；串联钢丝；

③破坏螺纹副关系防松：端铆；冲点；

四、计算题

1．液压缸盖螺栓组选用6个M16的螺栓。若已知螺栓的小径d1=13.835mm，螺栓材料许用拉应力[σ]=110MPa，液压缸直径D=150mm，液压缸压强P=2MPa，预紧力

Qp=11000N，螺栓的相对刚度K L=0.8，进行下列计算：

（1）求单个螺栓所受的工作载荷Q、总拉力Q0和被联接件间的残余预紧力Qp’；（2）校核螺栓的强度是否满足；

（3）按比例画出螺栓与被联接件间的受力变形图，并在图中标出螺栓和被联接件的初始变形量δL，δT和Qp，Q，Qp’，Q0。

2. 图示支架用4个普通螺栓联接在立柱上，已知载荷P=12400N，联接尺寸参数如图，结合面摩擦系数f=0.2，螺栓屈服强度σs=270MPa，安全系数S=1.5，螺栓相对刚度0.

3.防滑系数1.2。求所需螺栓最小直径。

3. 一方形盖板用四个螺栓与箱体联接，结构尺寸如图，盖板中心点吊环受拉力Fn=20000N，假设残余预紧力为0.6Fn，螺栓屈服强度480MPa，安全系数S=3