机械设计分析思考题及答案

第一章机械设计概论1，一部完整的机器由哪些部分所组成？各部分的作用是什么？试以汽车为例说明这些组成部分各主要包括些什么？答：包括：动力部分，执行部分，控制部分，辅助部分，传动部分。

2,人们常说的机械的含义是什么？机器和机构各指的是什么？答：机械是机器和机构的总称。

机器是人类进行生产以减轻体力劳动和提高生产率的主要工具。

有两个或两个以上构件通过活动联接形成的构件系统称为机构。

3，什么是部件？什么是零件？什么是构件？答：为完成同一使命在结构上组合在在一起并协同工作的零件成为部件。

组成机器的不可拆的基本单元称为机械零件。

构件是机械系统中实际存在的可更换部分，它实现特定的功能，符合一套接口标准并实现一组接口。

4，什么是通用零件？什么是专用零件？答：各种机器中普遍使用的零件称为通用零件。

只有在一定类型的机器中使用的零件称为专用零件。

5，什么是标准件？答：经过优选，简化，统一并经以标准代号的零件和部件称为标准件。

6：机器设计应满足哪些基本要求？机械零件设计应满足哪些基本设计要求？答：（1），在使用方面，机器应能在给定的工作期限内具有高的工作可靠性，并能始终正常工作；在经济方面，应从机器费用，产品制造成本等多种因素中综合衡量，以能获得最大经济效益的方案为最佳设计方案；机器外观造型应比例协调，大方，给人以时代感，美感，安全感；限制噪声分贝数。

（2）工作可靠，又要成本低廉，应正确选择材料，合理规定公差等级以及认真考虑零件的加工工艺性和装配工艺性。

7,机械零件的计算可分为哪两种？它们大致可包含哪些内容？答：可分为设计计算和校核计算两种。

设计计算根据零件的工作情况和选定的工作能力准则拟定出安全条件，用计算方法求出零件危险截面的尺寸，然后根据结构与工艺条件和尺寸协调的原则，使结构进一步具体化。

校核计算是先参照已有实物，图纸和经验数据初步拟定零件的结构布局和有关尺寸，然后根据工作能力准则核验危险截面是否安全。

第二章机械零件的工作能力和计算准则1，什么是机械零件的失效？机械零件可能的失效形式主要有哪些？答：机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时，称为失效。

包括：因强度不足而断裂：过大的弹性变形或塑性变形；摩擦表面的过度磨损，打滑或过热；联接松动；压力容器，管道等的泄漏；运动精度达不到要求等。

2，什么是零件的工作能力？什么是零件的承载能力？答：零件不发生失效时的安全工作限度称为工作能力。

对载荷而言的工作能力称为承载能力。

3，什么是静载荷，变载荷，名义载荷，计算载荷？什么是静应力和变应力？答：不随时间变化或变化缓慢的载荷称为静载荷。

随时间作周期性变化或非周期变化的载荷称为变载荷。

根据额定功率用力学公式计算出的载荷称为名义载荷。

不随时间变化或变化缓慢的应力称为静应力。

随时间变化的应力称为变应力。

4，稳定循环变应力σmax，σmin，σa，σm，r，五个参数分别代表什么？试列出根据已知零件的σmax，σmin计算σa，σm，及r的公式答：σmax最大应力，σmin最小应力，σa应力幅，σm平均应力，r循环特性。

σa= （σmax- σmin）/2，σm=（σmax+ σmin）/2，r= σmin/σmax。

5，提高零件强度的措施有哪些？答：a合理布置零件，减少所受载荷；b降低载荷集中，均匀载荷分布；c采用等强度结构；d选用合理截面；e减小应力集中。

6，两个曲面形状的金属零件互相压紧，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，其相互接触的个点上彼此的接触应力值是否相等？答：材料的弹性模量，泊松比，作用力大小。

相等。

7，受交变接触应力作用的零件其失效是何性质？提高接触疲劳强度的主要措施有哪些？答：表面疲劳磨损或者称为点蚀。

措施：将外接触改为内接触；在结构设计上将点接触改为线接触；提高零件表面硬度；在一定范围内提高接触表面的加工质量；采用粘度较高的润滑油。

8，什么是零件的表面挤压应力？答：通过局部配合间的接触来传递载荷的零件，在接触面上的压应力称为挤压应力。

9，零件表面磨损强度的条件性计算包含哪些内容？提高零件表面磨损强度的的主要措施有哪些？答：滑动速度低载荷大时，可只限制工作表面的压强p；滑动速度较高时，还要限制摩擦功耗，以免工作温度过高而使润滑失效；高速时，还要限制滑动速度，以免由于速度过高而加速磨损，降低零件工作寿命。

措施：选用合适的摩擦副材料；提高表面硬度；降低表面粗糙度值；采用有效地润滑剂和润滑方法；表面镀层，氧化处理；防止尘土落入两摩擦表面间；限制工作温度过高。

第三章机械零件的疲劳强度设计1，机械零件的疲劳强度的计算方法有哪两种？其计算准则各是什么？答：a安全-寿命设计：在规定的工作期间内，不允许零件出现疲劳裂纹，一旦出现，即认为失效。

b破损-安全计算：允许零件存在裂纹并缓慢扩展，但须保证在规定的工作周期内，仍能安全可靠地工作。

2,机械零件在变应力条件下工作发生疲劳断裂而失效的过程怎样？答：第一阶段是零件表面上应力较大处的材料发生剪切滑移，产生初始裂纹，形成疲劳源，可以有多个或数个；第二阶段是裂纹尖端在切应力下发生反复塑性变形，使裂纹扩展直至发生疲劳断裂。

3，什么是应力循环基数？一般碳钢和高硬度合金钢的循环基数是多少？答：应力循环基数（No），即在疲劳试验曲线上对应于接触强度极限的应力循环次数。

一般碳钢：10*6—10*7 高硬度合金钢：10X10*7—25X10*7.4,按疲劳曲线（σ—N）设计零件时，适用的条件是什么？当循环次数N<10*4时，（σ—N）曲线是否适用？为什么？在这种情况下应如何处理？答：在循环特征r下的变应力，经过N次循环后，材料不发生破坏。

不适用。

疲劳极限较高，接近屈服极限，几乎与循环次数的变化无关。

一般可按照静应力强度计算。

5,影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？提高机械零件疲劳强度的措施有哪些？答：1）应力集中，零件尺寸，表面状态，环境介质，加载顺序和频率。

2)降低应力集中的影响；选用疲劳强度高的材料或规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺，提高零件的表面质量；尽可能的减小或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸。

6，机械零件在受载时在什么地方产生应力集中？应力集中与材料的强度有什么关系？答：1）零件受载时，在几何形状突然变化处要产生应力集中。

2）降低应力集中，可以提高零件的疲劳强度。

7，怎样区分变应力是稳定的还是非稳定的？怎样进行在稳定变应力下的零件强度计算？怎样进行在规律性非稳定变应力下的零件强度计算？答：1）在每次循环中，平均应力，应力幅和周期都不随时间变化的变应力为稳定变应力，若其中之一随时间变化的则成为非稳定变应力。

2）3）略。

8,在极限应力简图上，对各种加载情况（即r=常数，σm=常数，σmin=常数）如何判断零件是首先产生疲劳破坏还是首先产生塑性变形破坏？答：连接原点与拐点，工作点在疲劳安全区先发生疲劳破坏，在塑性安全区，先发生塑性变形破坏，连线上方为疲劳安全期，下方为塑性安全区。

9，ψσ和ψτ的几何意义和物理意义是什么？材料的强度俞高，ψσ和ψτ的值愈大还是愈小？答：平均应力折合为应力幅的等效系数，其大小表示材料对循环不对称性的敏感程度。

材料的强度愈高，二者值俞小。

10，何谓疲劳损伤累积假说？线性疲劳损伤累积计算的数学表达式为何？答：在每一次应力作用下，零件寿命就要受到微量的疲劳损伤，当疲劳损伤积累到一定程度达到疲劳寿命极限时便会发生疲劳断裂。

F=N1/N1'+N2/N2'+N3/N3'+......达到疲劳寿命极限时，总寿命损伤率为F=1。

第四章摩擦﹑磨损及润滑概述1，何谓摩擦﹑磨损和润滑？它们之间的相互关联如何？答：在外力作用下，一物体相对于另一物体运动或有运动趋势是在摩擦表面上所产生的切向阻力称为摩擦力，其现象称为摩擦。

使摩擦表面的物质不断损失的现象成为磨损。

用润滑剂减少两摩擦表面之间的摩擦和磨损或其他形式的表面破坏的措施称为润滑。

摩擦可以产生磨损，润滑可以降低摩擦，减少磨损。

2，按摩擦面间的润滑状况，滑动摩擦可分为哪几种？答：根据摩擦面间摩擦状态的不同，即润滑油量及油层厚度大小的不同，滑动摩擦又可分为干摩擦，边界摩擦，流体摩擦和混合摩擦。

3，根据磨损机理的不同，磨损通常可分为哪几种类型？它们各有什么主要特点？答：粘着磨损：由于干摩擦，在有油，无油的表面，都需要切向力使吸附膜和脏污膜破裂后，由新表面直接接触才能发生粘着，载荷越大，表面温度越高，粘着现象也越严重；表面疲劳磨损：受交变接触应力的摩擦副，在其表面上将形成疲劳点蚀，有小块金属剥落；磨粒磨损：硬质颗粒或摩擦表面上的硬质突出物，在摩擦过程中引起材料脱落，与摩擦材料的硬度，磨粒的硬度有关；腐蚀磨损：与周围介质发生化学反应或电化学反应。

4，机械零件的磨损过程分为哪三个阶段？怎样跑合可以延长零件的寿命？答：跑和磨损阶段；稳定磨损阶段；剧烈磨损阶段。

应注意由轻至重缓慢加载并注意油的清洁，注意换油，避免压力过大和温度过高。

5，实现液体润滑的方法有哪几种？它们的工作原理有何不同？各自特点如何？答：流体动力润滑，弹性流体动力润滑，流体静力润滑。

6，获得流体动压润滑的必要条件是什么？答：1）两滑动表面沿运动方向的间隙必须呈由大到小的形状；2）相对速度必须足够大；3)一定的润滑油粘度。

7，润滑剂的作用是什么？常用的润滑剂有哪几种？答：润滑剂的作用主要是减小摩擦和磨损，降低工作表面间的温度，此外有防锈，传递动力，消除污物，减震，密封等作用。

有：液体润滑剂，半固体润滑剂，气体润滑剂和固体润滑剂四类。

8，流体动压润滑及弹性流体动压润滑，二者之间的根本差别是什么？答：后者考虑了弹性变形和压力两个因素对粘度的影响。

9，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？在润滑油和润滑脂中加入添加剂的作用是什么？答：1）粘度，凝点，闪点和燃点，油性；2）滴点，锥入度。

3）改善润滑性能。

第六章螺纹连接及螺旋传动1,普通螺纹分为粗牙和细牙螺纹，请问细牙螺纹有何特点？用于何处？答：密封好，自锁性好，抗震防松能力强，螺纹牙深度浅，不能承受更大的拉力，强度低。

细牙螺纹一般用来锁薄壁零件和对防震要求比较高的零件。

2，常用的螺纹连接的类型有哪几种？应用场合是什么？答：螺纹联接有4中基本类型。

螺栓联接：用于被联接件不太厚且两边有足够的安装空间的场合。

螺钉联接：用于不能采用螺栓联接，如被联接件之一太厚不宜制成通孔，或没有足够的装配空间，又不需要经常拆卸的场合。

双头螺柱联接：用于不能采用螺栓联接且又需要经常拆卸的场合。

紧定螺钉联接：用于传递力和力矩不大的场合。

3，螺纹连接为什么要防松？防松的根本问题是什么？答：螺纹防松的目的是防止螺栓螺母等在工作中松脱，造成事故，从而造成人身伤害。