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

一、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

一、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 、σmin 、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（k σ）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 20 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？

第6章 螺纹联接和螺旋传动

一、 填空与选择题

1. 受横向转矩的螺栓组采用铰制孔时，每个螺栓所受的载荷是 。

（1）相等的 （2）与到几何中心距离成正比

（3）与到几何中心距离成反比 （3）都不等

2. 在螺栓联接的结构设计中，被联接件与螺母和螺栓头接触表面处需要加工，这是为

了 。

（1）不致损伤螺栓头和螺母 （2）增大接触面积，不易松脱

（3）防止产生附加偏心载荷 （4）便于装配

3. 受横向外载荷作用的紧螺栓联接，螺栓中所受轴向的载荷F 0等于 。

（1）F F '+ （2）F ' （3）F c c c F ⋅++'2

11 4. 在受轴向载荷的紧螺栓强度计算公式（][4

3.12

10σπσ≤⋅⋅=d F ca ）中，F 0为 。 （1）工作载荷 （2）预紧力

（3）预紧力+工作载荷 （4）工作载荷+残余预紧力