机械设计-配套习题集

机械设计 课程 配套习题集 华东理工大学机械与动力工程学院 机械设计及摩擦学研究室 安琦 王建文等整理编写 2010 年 7 月 2 第一章第一章 绪论绪论 一 简答题一 简答题 1 1 什么叫机械零件 什么叫机械部件 1 2 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 其中最 主要的要求是什么 1 3 设计开发一个机械新产品的一般过程是什么 1 4 设计一个机械零件的一般过程分为哪几个步骤 1 5 什么叫 三化 实行三化的意义是什么 1 6 什么是部件 什么是零件 什么是构件 指出下列各项分别属于哪一种 联轴器 减速器 齿轮 弹簧 凸轮机构中的凸轮 键和轴的装配体 1 7 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 1 8 什么是通用零件 什么是专用零件 试各举三个实例 1 9 机械零件的条件性计算是什么意思 为什么采用条件性计算 二 选择题二 选择题 1 1 机械设计课程研究的内容只限于 1 专用零件和部件 2 在高速 高压 环境温度过高或过低等特殊条件 下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件 3 在普通工作条件下工作的一般参 数的通用零件和部件 4 标准化的零件和部件 1 2 下列 8 种机械零件 螺旋千斤顶中的螺杆 机床的地脚螺栓 车床的顶尖 减速 器中的齿轮 拖拉机发动机的气缸盖螺栓 船舶推进器上的多环推力轴承 颚式破碎机上 的 V 带轮 多气缸内燃机曲柄轴上的盘形飞轮 其中有 是通用零件 1 3 种 2 4 种 3 5 种 4 6 种 1 3 下列 8 种机械零件 涡轮的叶片 飞机的螺旋桨 往复式内燃机的曲轴 拖拉机 发动机的气门弹簧 起重机的起重吊钩 火车车轮 自行车的链条 纺织机的纱锭 其中 有 是专用零件 1 3 种 2 4 种 3 5 种 4 6 种 1 4 下列缩写词中 为国标代号 1 GB 2 JB 3 YB 4 KY 选择题答案 选择题答案 1 1 3 1 2 2 1 3 4 3 第二章第二章 机械零件的强度和设计准则机械零件的强度和设计准则 一 简答题一 简答题 2 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 2 2 什么是零件的工作能力 什么是零件的承载能力 2 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 2 4 什么是变应力的循环特性r 静应力 脉动循环变应力和对称循环变应力的r值各 是多少 2 5 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主要措 施有哪些 2 6 发动机连杆横截面上的应力变化规律如图所示 则该变应力的循环特性r为多少 题题 2 62 6 图图 2 7 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 2 8 什么是变应力的应力比 r 静应力 脉动循环变应力和对称循环变应力的 r 值各 是多少 2 9 图示各应力随时间变化 的图形分别表示什么类型的应力 它们的应力比分别是多少 2 10 什么是零件的工作应力 计算应力 极限应力和许用应力 2 11 在静应力下工作的零件 其失效形式有哪些 用塑性材料 制造的零件和用脆性材料 低塑 性材料制造的零件 其极限应力 各应是什么 题题 2 92 9 图图 2 12 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主要措 施有哪些 2 13 什么是机械零件的刚度 什么样的机械零件需按刚度要求设计 试举例说明 2 14 影响零件刚度的因素及提高零件刚度的措施有哪些 某轴用碳钢制造 经营算刚 度不足 问改用合金钢制造而原尺寸保持不变 该轴的刚度能否提高 为什么 4 二 选择题二 选择题 2 1 下列四种叙述中 是正确的 1 变应力只能由变载荷产生 2 静载荷不能产生变应力 3 变应力是由静载荷产生的 4 变应力是由变载荷产生的 也可能由静载荷 产生 2 2 发动机连杆横截面上的应力变化规 律如图所示 则该变应力的应力比 r 为 1 0 24 2 0 24 3 4 17 4 4 17 2 3 发动机连杆横截面上的应 力变化规律如题 2 2 图所示 则其应力幅 a和平均应力 m分别为 题题 2 22 2 图图 1 a 80 6MPa m 49 4MPa 2 a 80 6MPa m 49 4MPa 3 a 49 4MPa m 80 6MPa 4 a 49 4MPa m 80 6MPa 2 4 变应力特性可用 max min m a r 等五个参数中的任意 来描述 1 一个 2 两个 3 三个 4 四个 2 5 零件的工作安全系数为 1 零件的极限应力比许用应力 2 零件的极限应力比零件的工作应力 3 零件 的工作应力比许用应力 4 零件的工作应力比零件的极限应力 2 6 机械零件的强度条件可以写成 1 或 S S S S 2 或 S S S S 3 或 S S S S 4 或 S S S S 式中 是危险截面处的最大应力 是许用应力 S S 是危险截面处的实 际安全系数 S S 分别为正应力和切应力时的许用安全系数 2 7 一直径 d 18mm 的等截面直杆 杆长为 800mm 受静拉力 F 36kN 杆材料的屈 服点 s 360MPa 取许用安全系数 S 1 8 则该杆的强度 1 不足 2 刚好满足要求 3 足够 2 8 一零件用 45 钢制成 工作时受静拉力 危险截面处的最大应力 160MPa 材 料的屈服极限为 s 360MPa 硬度 200HBS 许用拉应力 225MPa 则该零件的许用安 全系数 S 1 1 13 2 1 25 3 1 60 4 2 2 9 一用 45 钢制造的零件 工作时受静拉力 危险截面处的最大应力 200MPa 许用应力 250MPa 许用安全系数 S 1 28 则该材料的屈服点 s MPa 1 156 2 195 3 256 4 320 2 10 一直径 d 25mm 的等截面直杆 受静拉力 F 40kN 杆的材料 45 钢 5 s 320MPa 许用安全系数 S 1 6 则该零件的许用载荷为 kN 1 25 2 98 17 3 157 08 4 251 33 2 11 在进行疲劳强度计算时 其极限应力应为材料的 1 屈服点 2 疲劳极限 3 强度极限 4 弹性极限 2 12 两圆柱体相接触 接触面为矩形 接触面宽度中心处的最大接触应力 Hmax与载 荷 F 的关系为 Hmax 1 F 2 F2 3 F1 3 4 F1 2 2 13 两球体相接触 接触面为圆 位于圆心处的最大接触应力 Hmax与载荷 F 的关系 为 Hmax 1 F 2 F1 2 3 F1 3 4 F2 选择题选择题 答案 答案 2 1 4 2 2 2 2 3 3 2 4 2 2 5 2 2 6 3 2 7 3 2 8 3 2 9 4 2 10 2 2 11 2 2 12 4 2 13 3 6 第三章第三章 机械零件的疲劳强度设计机械零件的疲劳强度设计 一 简答题一 简答题 3 1 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 3 2 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 3 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 3 4 按疲劳曲线 N 设计零件时 适用的条件是什么 当循环次数 N 104时 N 曲线是否适用 为什么 在这种情况下应如何处理 3 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 3 6 机械零件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 3 7 疲劳强度的综合影响系数 K D K D的意义是什么 其计算公式是什么 3 8 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 3 9 在极限应力简图上 对各种加载情况 即 r 常数 m 常数 min 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 若有数学式子来判断 试写出其 判断条件式 3 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 3 11 零件在非稳定变应力下工作的安全系数如何计算 要求写出计算步骤和计算公式 并加以必要的说明 二 选择题二 选择题 3 1 45 钢的持久疲劳极限 1 270MPa 设疲劳曲线方程的幂指数 m 9 应力循环基 数 N0 5 106次 当实际应力循环次数 N 104次时 有限寿命疲劳极限为 MPa 1 539 2 135 3 175 4 417 3 2 有一根阶梯轴 用 45 钢制造 截面变化处过渡圆角的疲劳缺口系数 K 1 58 表 面状态系数 0 28 尺寸系数 0 68 则其疲劳强度综合影响系数 K D 1 0 35 2 0 88 3 1 14 4 2 83 3 3 形状 尺寸 结构和工作条件相同的零件 采用下列不同材料制造 a HT200 b 35 钢 c 40CrNi 钢 其中设计零件的疲劳缺口系数最大和最小的分别是 1 a 和 b 2 c 和 a 3 b 和 c 4 b 和 a 5 a 和 c 6 c 和 b 7 3 4 零件的截面形状一定 如绝对尺寸 横截面尺寸 增大 疲劳强度将随之 1 增高 2 不变 3 降低 3 5 零件的形状 尺寸 结果相同时 磨削加工的零件与精车加工相比 其疲劳强度 1 较高 2 较低 3 相同 3 6 零件表面经淬火 渗氮 喷丸 滚子碾压等处理后 其疲劳强度 1 增高 2 降低 3 不变 4 增高或降低视处理方法而定 3 7 影响零件疲劳强度的综合影响系数 K D或 K D与 等因素有关 1 零件的应力集中 加工方法 过载 2 零件的应力循环特性 应力集中 加载状态 3 零件的表面状态 绝对尺寸 应力集中 4 零件的材料 热处理方法 绝对尺寸 3 8 已知设计零件的疲劳缺口系数 K 1 3 尺寸系数 0 9 表面状态系数 0 8 则疲劳强度综合影响系数 K D为 1 0 87 2 0 68 3 1 16 4 1 8 3 9 已知零件的极限应力 r 200MPa 许用安全系数 S 2 影响零件疲劳强度的系数 为 K 1 2 0 83 0 90 则许用应力为 r MPa 1 160 6 2 106 7 3 62 25 4 110 7 3 10 绘制设计零件的 m a极限应力简图时 所必须的已知数据是 1 1 0 s K 2 1 0 s K D 3 1 s K 4 1 0 K D 3 11 在图示设计零件的 m a极限应力简图中 如工作应力点 M 所在的 ON 线与横 轴间夹角 45o 则该零件受的是 1 不变号的不对称循环变应力 2 变号的不对称循环变应力 3 脉动循环变应力 4 对称循环变应力 3 12 在题 3 11 图所示零件的极限应力简图 中 如工作应力点 M 所在的 ON 线与横轴之间的 夹角 90o时 则该零件受的是 题题 3 3 1111 图图 1 脉动循环变应力 2 对称循环变应力 3 变号的不对称循环变应力 4 不变号的不对称循环变应力 3 13 已知一零件的最大工作应力 max 180MPa 最小工作应力 min 80MPa 则在图 示的极限应力简图中 该应力点 M 与原点的连线 OM 与横轴间的夹角 为 1 68o57 44 2 21o2 15 3 66o2 15 4 74o28 33 8 题题 3 3 1313 图图 题题 3 3 1414 图图 3 14 在图示零件的极限应力简图上 M 为零件的工作应力点 若加载于零件的过程中 保持最小应力 min为常数 则该零件的极限应力点应为 1 M1 2 M2 3 M3 4 M4 3 15 上题若在对零件加载的过程中保持应力比 r 为常数 则该零件的极限应力点应为 1 M1 2 M2 3 M3 4 M4 3 16 3 14 题若在对零件的加载过程中保 持平均应力 m 常数 则该零件的极限应力点应 为 1 M1 2 M2 3 M3 4 M 3 17 零件的材料为 45 钢 b 600MPa s 355MPa 1 270MPa 0 2 零件的疲劳强度综合影响系 数 K D 1 4 则在图示的零件极限应力简图中 角为 题题 3 3 1717 图图 1 36o55 35 2 41o14 22 3 48o45 38 3 18 已知 45 钢调制后的力学性能为 b 620MPa s 350MPa 1 280MPa 0 450MPa 则 为 1 1 6 2 2 2 3 0 24 4 0 26 3 19 某零件用 45Mn2 制造 材料的力学性能为 b 900MPa s 750MPa 1 410MPa 0 25 影响零件疲劳强度的系数为 K 1 0 85 0 8 则该零件 受脉动循环变应力作用时 其极限应力为 1 223 2 328 3 551 4 656 3 20 在题 3 11 图所示零件的极限应力简图中 如工作应力点 M 所在的 ON 线与横 轴间的夹角 50o 则该零件受的是 1 脉动循环变应力 2 对称循环变应力 3 变号的不对称循环变应力 4 不变号的不对称循环变应力 3 21 一零件由 40Cr 制成 已知材料的 b 980MPa s 785MPa 1 440MPa 0 3 零件的最大工作应力 max 240MPa 最小工作应力 min 80MPa 疲 劳强度综合影响系数 K D 1 44 则当应力比 r 常数时 该零件的疲劳强度工作安全系数 S 为 1 3 27 2 1 73 3 1 83 4 1 27 3 22 一零件由 20Cr 制成 已知 1 350MPa s 540MPa 0 3 零件的最大工作 应力 max 185MPa 最小工作应力 min 85MPa 疲劳强度综合影响系数 K D 1 41 则当 平均应力常数时该零件按应力幅计算的工作安全系数为 1 4 07 2 2 89 3 2 59 4 1 76 3 23 若材料疲劳曲线方程的幂指数 m 9 则以对称循环应力 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 2 450MPa 作用于零件 次 1 0 39 104 2 1 46 104 3 2 58 104 4 7 45 104 9 3 24 若材料疲劳曲线方程的幂指数 m 9 则以对称循环应力 1 400MPa 作用于零件 N1 105次以所造成的疲劳损伤 相当于应力 2 MPa 作用于零件 N2 104次所造 成的疲劳损伤 1 517 2 546 3 583 4 615 3 25 45 钢经调制后的疲劳极限 1 300MPa 应力循环基数 N0 5 106次 疲劳曲线方 程的幂指数 m 9 若用此材料做成的试件进行试验 以对称循环应力 1 450MPa 作用 104 次 2 400MPa 作用 2 104次 则工作安全系数为 1 1 14 2 1 25 3 1 47 4 1 65 3 26 45 钢经调制后的疲劳极限 1 300MPa 应力循环基数 N0 5 106次 疲劳曲线方 程的幂指数 m 9 若用此材料做成的试件进行试验 以对称循环应力 1 450MPa 作用 104 次 2 400MPa 作用 2 104次后 再以 3 350MPa 作用于此试件 直到它破坏为止 试件 还能承受的应力循环次数为 次 1 6 25 105 2 9 34 105 3 1 09 106 4 4 52 106 三 设计计算题三 设计计算题 3 1 一内燃机中的活塞连杆 当气缸发火时 此连杆受压应力 max 150MPa 当气 缸进气开始时 连杆承受拉应力 min 50MPa 试求 1 该连杆的平均应力 m 应力幅 a和应力比 r 2 绘出连杆的应力随时间而变化的简图 3 2 一转动轴如图所示 轴上受有轴向力 Fa 1800N 径向力 Fr 5400N 支点间的距 离 L 320mm 轴是等截面的 直径 d 45mm 试求该轴危险截面上的循环变应力的 max min m a和 r 题题 3 2 图图 题题 3 3 图图 3 3 某一转轴的局部结构如图所示 轴的材料为 Q235 普通碳钢 精车制成 若已知 直径 D 120mm d 110mm 圆角半径 r 5mm 材料的力学性能为 b 450MPa s 220MPa 试求截面变化处的疲劳强度综合影响系数 K D和 K D 3 4 一阶梯轴轴肩处的尺寸为 D 60mm d 50mm r 4mm 如材料的力学性能为 b 650MPa s 360MPa 1 200MPa 0 320MPa 试绘制此零件的简化极限应力线图 3 5 一转轴的危险截面上作用有周期性波动的载荷 弯矩 M 100 200N m 转矩 T 0 100N m 轴的材料为 45 钢 力学性能 s 400MPa 1 270MPa 0 480MPa s 216MPa 1 156MPa 0 300MPa 若截面直径 d 25mm 疲 劳缺口系数 K 1 78 K 1 45 尺寸系数 0 9 0 93 表面状态系数 0 91 0 95 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 3 6 一机械零件用 45 钢制造 材料的 b 650MPa s 360MPa 如果受到交变应力作 用 应力比 r 0 5 max 240MPa 问其工作应力点是处于疲劳强度区还是屈服强度区 若 10 r 0 2 r 0 5 应如何计算 3 7 一钢制零件 工作应力为 max 250MPa min 50MPa 零件的疲劳强度综合 影响系数 K D 1 35 材料的力学性能为 b 630MPa s 455MPa 1 285MPa 0 510MPa 若许用安全系数对变应力取 S 1 3 对静应力取 S 1 5 并 按无限寿命考虑 试分别用解析法和图解法校核该零件的安全系数 3 8 有一轴工作时频繁的正反转 用 45 钢制造 调制处理 其对称循环疲劳极限 1 300MPa 1 155MPa 许用安全系数 S 2 轴危险截面的直径 d 40mm 疲劳强度综合 影响系数 K D 2 5 K D 1 5 当传递的转矩 T 500N m 时 还允许承受多大弯矩 M 3 9 一滑轮轴在一个周期内的载荷和转速变化情况如图所示 若使用寿命预期为 8 年 每年工作 240 天 每天累计工作 2h 轴材料的疲劳曲线方程的幂指数 m 9 应力循环基数 N0 107 试计算轴的寿命系数 KN 题题 3 9 图图 3 74 一零件在非稳定对称循环弯曲应力下工作 在 1 600MPa 时应力循环了 N1 1 5 105次 试用疲劳损伤累积假说估算 若该零件再受 2 450MPa 的作用直至破 坏 问该零件还能继续工作多少次循环 已知 1 400MPa 选择题答案 选择题答案 3 1 1 3 2 11 第四章第四章 机械零件的摩擦 磨损 润滑及密封机械零件的摩擦 磨损 润滑及密封 一 简答题一 简答题 4 1 滑动摩擦有哪几种状态 各有什么特点 4 2 实现液体摩擦有几种方法 各有何特点 4 3 按巴威尔的观点 磨损有几种主要类型 试述各类磨损的过程 特点及减小磨损 的对策 4 4 为什么零件和机械在使用前应进行磨合 磨合时应遵循什么原则 4 5 常用润滑剂有几类 润滑剂应具有哪些作用 4 6 润滑油粘度的意义是什么 何谓动力粘度 运动粘度 条件粘度 写出动力粘度和 运动粘度的单位 4 7 何谓润滑油的粘 温特性 何谓润滑油的粘 压特性 4 8 我国工业用润滑油的粘度等级是按什么确定的 4 9 润滑油及润滑脂的主要性能指标各有哪些 4 10 何谓润滑油的润滑性 油性 什么情况下宜提高润滑油的润滑性 油性 4 11 何谓润滑油的极压性 什么情况下宜提高润滑油的极压性 4 12 何谓边界膜 边界膜有哪几类 试述各类边界膜形成的机理 防止边界膜破裂的 途径有哪些 4 13 常用润滑油的润滑方法和润滑装置有哪些 4 14 常用润滑脂的润滑方法和润滑装置有哪些 4 15 常用静密封的方法有哪些 4 16 常用的旋转轴接触式和非接触式密封方法有哪些 举例说明其应用场合 二 选择题二 选择题 4 1 现在把研究有关摩擦 磨损与润滑的科学与技术统称为 1 摩擦理论 2 磨损理论 3 润滑理论 4 摩擦学 4 2 两相对滑动的接触表面 依靠吸附的油膜进行润滑的摩擦状态称为 1 液体摩擦 2 干摩擦 3 混合摩擦 4 边界摩擦 4 3 两摩擦表面被一层液体隔开 摩擦性质取决于液体内部分子间粘性阻力的摩擦状 态称为 1 液体摩擦 2 干摩擦 3 混合摩擦 4 边界摩擦 4 4 两摩擦表面间的膜厚比 0 4 3 时 其摩擦状态为 1 液体摩擦 2 干摩擦 3 混合摩擦 4 边界摩擦 4 5 两摩擦表面间的膜厚比 0 4 时 其摩擦状态为 1 液体摩擦 2 干摩擦 3 混合摩擦 4 边界摩擦 4 6 两摩擦表面间的膜厚比 3 5 时 其摩擦状态为 12 1 液体摩擦 2 干摩擦 3 混合摩擦 4 边界摩擦 4 7 通过滑动轴承试验 可得到摩擦系数 与轴承特性数 n p 相互关系的摩擦特性 曲线 下图中 是正确的 题题 4 7 图图 题题 4 8 图图 4 8 如图所示 在滑动轴承摩擦特性曲线 n p 的 A 区内 摩擦状态属于 1 干摩擦 2 混合摩擦 3 边界摩擦 4 液体摩擦 4 9 采用含有油性和极压添加剂的润滑剂 主要是为了减小 1 粘着磨损 2 表面疲劳磨损 3 磨粒磨损 4 腐蚀磨损 4 10 通过大量试验 得出的摩 擦副的磨损过程图 磨损量 q 与时间 t 的关系曲线 图中 是正 确的 题题 4 10 图图 4 11 根据牛顿液体粘性定律 大多数润滑油油层间相对滑动时所产生的切应力 与偏 导数之间的关系是 y v 1 2 y v 2 y v 3 4 y v 2 y v 4 12 润滑油的 又称为绝对粘度 1 运动粘度 2 动力粘度 3 恩格尔粘度 4 赛氏通用秒 4 13 动力粘度 的 c g s 制 绝对单位制 单位为 1 泊 P 2 厘斯 cSt 3 恩氏度 oE 4 帕 秒 Pa s 13 4 14 动力粘度 的国际单位制 SI 单位为 1 泊 P 2 厘斯 cSt 3 恩氏度 oE 4 帕 秒 Pa s 4 15 运动粘度 是动力粘度 与同温度下润滑油 的比值 1 密度 2 质量 m 3 相对密度 d 4 速度 v 4 16 运动粘度 的国际单位制 SI 单位为 1 m2 s 2 厘斯 cSt 3 厘泊 cP 4 帕 秒 Pa s 4 17 运动粘度 的 c g s 制 绝对单位制 单位为 1 m2 s 2 斯 St 3 厘泊 cP 4 帕 秒 Pa s 4 18 我国常用的相对粘度 条件粘度 的单位为 1 m2 s 2 厘斯 cSt 3 厘泊 cP 4 恩氏粘度 oE 4 19 当压力加大时 润滑油的粘度 1 随之加大 2 保持不变 3 随之减小 4 增大还是减小或不变 视润滑油性质而定 4 20 当温度升高时 润滑油的粘度 1 随之升高 2 随之降低 3 保持不变 4 升高或降低视润 滑油性质而定 4 21 在新国标中 润滑油的恩氏粘度 oE 是在规定的温度 t 等于 摄氏度时测 定的 1 20 oC 2 40 oC 3 50 oC 4 100oC 14 第五章第五章 轴毂联接轴毂联接 一 简答题一 简答题 5 1 半圆键与普通平键联接相比 有什么优缺点 它适用在什么场合 5 2 普通平键和半圆键是如何进行标注的 5 3 花键联接和平键联接相比有哪些优缺点 为什么矩形花键和渐开线型花键应用较 广 三角形花键多用在什么场合 5 4 矩形花键联接有哪几种定心方式 为什么多采用按外径 D 定心 按内径 d 定心 常用于何种场合 按齿侧定心有何利弊 5 5 销有哪几种 其结构特点是什么 各用在何种场合 5 6 平键联接的工作原理是什么 主要失效形式有哪些 平键的横截面尺寸b h和键 的长度L是如何确定的 5 7 为什么采用两个平键时 一般布置在沿周向相隔 180 的位置 采用两个半圆键 时 要布置在轴的同一母线上 采用两个楔键时 却相隔 90 120 5 8 矩形花键定心有哪几种定心方式 目前国家标准采用何种定心方式 该定心方式 具有什么优点 5 9 如图示为套筒式联轴器 分别用平键和半圆键与两轴相联接 已知 轴径 d 38mm 联轴器材料为灰铸铁 外径D1 90mm 分别计算两种联接允许传递的转矩 并比 较其优缺点 题题 5 95 9 图图 二 选择题二 选择题 5 1 普通平键联接的主要用途是使轴与轮毂之间 1 沿轴向固定并传递轴向力 2 沿轴向可作相对滑动并具有导向作用 3 沿周向固定并传递力矩 4 安装与拆卸方便 5 2 键的剖面尺寸通常是根据 按标准选择 1 传递转矩的大小 2 传递功率的大小 3 轮毂的长度 4 轴的直径 5 3 键的长度主要是根据 来选择 1 传递转矩的大小 2 轮毂的长度 3 轴的直径 5 4 常用来制造键的材料是 1 低碳钢 2 中碳钢 3 高碳钢 4 合金钢 5 5 轴的键槽通常是由 加工而得到的 15 1 插削 2 拉削 3 钻及铰 4 铣削 5 6 紧键联接和松键联接的主要区别在于 前者安装后 键与键槽之间就存在有 1 压紧力 2 轴向力 3 摩擦力 5 7 能够构成紧键联接的两种键是 1 楔键和半圆键 2 平键和切向键 3 半圆键和切向键 4 楔键和切向 键 5 8 楔键和 两者的接触面都具有 1 100 的斜度 1 轴上键槽的底面 2 轮毂上键槽的底面 3 键槽的侧面 5 9 楔键联接的主要缺点是 1 键的斜面加工困难 2 键安装时易损坏 3 键装入键槽后 在轮毂 中产生初应力 4 轴和轴上的零件对中性差 5 10 切相键联接的斜度是做在 1 轮毂键槽的底面 2 轴的键槽底面 3 一对键的接触面 4 键的侧 面 5 11 平键联接如不能满足强度条件要求时 可在轴上安装一对平键 使它们沿圆周相 隔 1 90o 2 120o 3 135o 4 180o 5 12 平键联接与楔键联接相对比 它只能传递转矩 不能传递轴向力 这是因为 1 楔键端部具有钩头 2 平键摩擦力小于楔键的摩擦力 3 楔键 的工作表面有斜度而键槽没有 4 在安装时 楔键可沿轴向楔紧 5 13 标准平键联接的承载能力 通常是取决于 1 轮毂的挤压强度 2 键的剪切强度 3 键的弯曲强度 4 键工作表面的挤压强度 5 14 平键联接能传递的最大转矩为 T 现要传递的转矩为 1 5T 则应 1 把键长 L 增大到 1 5 倍 2 把键宽 b 增到 1 5 倍 3 把键高增大到 1 5 倍 4 安装一对平键 5 15 在载荷性质相同时 导向平键的挤压应力应取得比普通平键小 这是为了 1 减轻磨损 2 减轻轮毂滑移时的阻力 3 补偿键磨损后工作表面的减小 4 增加导向的精确度 5 16 半圆键联接的主要优点是 1 对轴的强度削弱较轻 2 键槽的应力集中较小 3 工艺性好 安装方便 5 17 半圆键和切向键的应用场合是 1 前者多用来传递较大转矩 后者多用来传递较小转矩 2 前者多用来 传递较小转矩 后者多用来传递较大转矩 3 两者都用来传递较小转矩 4 两 者都用来传递较大转矩 5 18 花键联接与平键联接 采用多键时 相比较 的观点是错误的 1 承载能力比较大 2 旋转零件在轴上有良好的对中性和沿轴移动的导 16 向性 3 对轴的削弱比较严重 4 可采用研磨加工来提高联接质量和加工精度 5 19 花键联接的强度 主要取决于 强度 1 齿根弯曲 2 齿根剪力 3 齿侧挤压 4 齿侧接触 5 20 应用较广的花键齿形是 1 矩形与三角形 2 渐开线与三角形 3 矩形与渐开线 4 矩形 渐开线与三角形 5 21 薄壁套筒与花键轴相联接 宜采用 1 矩形齿 2 渐开线齿 3 三角形齿 4 矩形齿与渐开线齿 三 设计计算题三 设计计算题 5 1 图示减速器的低速轴与凸缘联轴器及圆柱齿轮之间分别用键联接 已知 轴传递 的转矩 T 1000N m 齿轮材料为锻钢 凸缘联轴器的材料为 HT250 工作时有轻微冲击 联接处轴及轮毂的尺寸如图示 试选择键的类型和尺寸 并校核其联接强度 题题 5 1 图图 题题 5 2 图图 5 2 图示为在直径 d 80mm 的轴端安装一钢制直齿圆柱齿轮 轮毂长 L 1 5d 工作 时有轻微冲击 试确定平键联接的尺寸 并计算其能够传递的最大转矩 5 3 图示为一刚性凸缘联轴器 YLD11 联轴器 55 84GB5843 86 公称转矩 Tn 1000N m 设为静载荷 联轴器材料为 HT250 试确定平键联接的尺寸 并校核其 强度 若强度不足时应采取什么措施 5 4 如图所示一齿轮减速器输出轴上的齿轮和轴采用平键联接 已知 轴径 d 60mm 齿轮分度圆直径 d2 300mm 齿轮轮毂宽度 B 85mm 齿轮上的圆周力 Ft 3kN 轴和齿轮的材料均为 45 钢 载荷有轻微冲击 试选择键联接的尺寸 并列出键 的标准代号 对键联接的强度进行验算 17 题题 5 3 图图 题题 5 4 图图 题题 5 5 图图 5 5 如图所示 d 80mm 的轴端安装了一个材料为 HT200 的刚性凸缘联轴器 轮毂宽 B 1 5d 工作载荷有中等冲击 试确定平键联接的尺寸 并计算联接所能够传递的最大转 矩 5 6 图示转轴上直齿圆柱齿轮及直齿圆锥齿轮两处分别采用平键和半圆键联接 已知 传递功率 P 5 5kW 转速 n 200r min 联接处轴和轮毂尺寸如图所示 工作时有轻微冲 击 齿轮用锻钢制造并经过热处理 试分别确定两处键联接的尺寸 并校核其联接强度 题题 5 6 图图 5 7 如图所示 分别为平键联接 楔键联接和销联接 试指出这些结构中的错误 并 分析错误原因 提出改正措施 题题 5 7 图图 5 8 设计意图是采用圆头平键联接轴和轴上零件 试指出图中不正确的地方并说明原 因并将正确的结构图画出来 18 题题 5 8 图图 第六章第六章 螺纹联接设计螺纹联接设计 一 简答题一 简答题 6 1 常用的螺纹牙型有哪几种 试说明各自的特点及主要用途 6 2 为什么单线普通三角螺纹主要用以联接 而多线梯形 矩形和锯齿形螺纹主要用 以传动 6 3 为什么螺纹联接大多数要预紧 什么叫螺纹联接的预紧力 6 4 在拧紧螺母时 拧紧力矩 T 要克服哪些摩擦力矩 这时螺栓和被联接件各受到什 么样的载荷 6 5 为什么对重要的螺栓联接不宜使用直径小于 M12 M14 的螺栓 一般情况下 螺栓所受到的预紧力大约是扳手上施加的力的多少倍 6 6 螺纹联接为什么要防松 防松的根本问题是什么 6 7 防松的基本原理有哪几种 具体的防松方法和装置各有哪些 6 8 试画出螺纹联接的力 变形图 并说明联接在受到轴向工作载荷后 螺纹所受的 总拉力 被联接件的剩余预紧力和轴向工作载荷之间的关系 6 9 在承受横向载荷的紧螺栓联接中 螺栓是否一定受剪切作用 为什么 6 10 对承受横向载荷或传递力矩的紧螺栓联接采用普通螺栓时 强度计算公式中为什 么要将预紧力提高到 1 3 倍来计算 若采用铰制孔用螺栓时是否也这样考虑 为什么 6 11 对于受变载荷作用的螺栓联接 可采用哪些措施来减小螺栓的应力幅 a 6 12 螺栓组联接的三种方案如图示 已知 L 300mm a 60mm 试求螺栓组三个方案 中 受力最大的螺栓所受的力各为多少 哪个方案较好 6 13 如图示厚度为 的钢板拟用三个铰制孔用螺栓紧固于 18 号槽钢上 已知作用力 F 9kN 钢板及螺栓材料均为 Q235 钢 许用弯曲应力 158MPa 许用剪切应力 98MPa 许用挤压应力 p 240MPa 试求钢板厚度 并确定螺栓的尺寸 题题 6 126 12 图图 题题 6 136 13 图图 6 14 如图示为轴承托架紧固到钢立柱上 托架材料为铸铁 螺栓材料的性能等级为 6 6 级 载荷为 F 6kN 30o 尺寸如图示 螺栓数为 4 个 试设计此螺栓联接 19 题题 6 146 14 图图 二 二 选择题选择题 6 1 在常用的螺旋传动中 传动效率最高的螺纹是 1 三角形螺纹 2 梯形螺纹 3 锯齿形螺纹 4 矩形螺纹 6 2 在常用的螺纹联接中 自锁性能最好的螺纹是 1 三角形螺纹 2 梯形螺纹 3 锯齿形螺纹 4 矩形螺纹 6 3 当两个被联接件不太厚时 宜采用 1 双头螺柱联接 2 螺栓联接 3 螺钉联接 4 紧定螺钉联接 6 4 当两个被联接件之一太厚 不宜制成通孔 且需要经常拆装时 往往采用 1 螺栓联接 2 螺钉联接 3 双头螺柱联接 4 紧定螺钉联接 6 5 当两个被联接件之一太厚 不宜制成通孔 且联接不需要经常拆装时 往往采用 1 螺栓联接 2 螺钉联接 3 双头螺柱联接 4 紧定螺钉联接 6 6 在拧紧螺栓联接时 控制拧紧力矩有很大方法 例如 1 增加拧紧力 2 增加扳手力臂 3 使用测力矩扳手或定力矩扳手 6 7 螺纹联接防松的根本问题在于 1 增加螺纹联接的轴向力 2 增加螺纹联接的横向力 3 防止螺纹副的相对转动 4 增加螺纹联接的刚度 6 8 螺纹联接预紧的目的之一是 1 增强联接的可靠性和紧密性 2 增加被联接件的刚性 3 减小 螺栓的刚性 6 9 承受预紧力 F 的紧螺栓联接在受工作拉力 F 时 剩余预紧力为 F 其螺栓所受的总拉力 F0为 1 2 FFF0 FFF0 3 4 FFF 0 F CC C FF mb b 0 6 10 承受预紧力和轴向变载荷的紧螺栓联接 当其螺栓的总拉力 F0的最大值和被联 接件的刚度 Cm不变时 螺栓的刚度 Cb愈小 则 1 螺栓中总拉力的变化幅度愈大 2 螺栓中总拉力的变化幅度愈小 3 螺栓中总拉力的变化幅度不变 4 螺栓中的疲劳强度降低 6 11 承受预紧力和轴向变载荷的紧螺栓联接 当其螺栓的总拉力 F0的最大值和螺栓 的刚度 Cb不变时 被联接件的刚度 Cm愈小 则 1 螺栓中总拉力的变化幅度愈大 2 螺栓中总拉力的变化幅度愈小 3 螺栓中总拉力的变化幅度不变 4 螺栓疲劳强度愈高 6 12 承受横向载荷或旋转力矩的紧螺栓联接 该联接中的螺 1 受剪切作用 2 受拉伸作用 3 受剪切和拉伸作用 4 20 既可能受剪切作用又可能受拉伸作用 6 13 对受轴向变载荷的紧螺栓联接 在限定螺栓总拉力的情况下 提高螺栓疲劳强 度的有效措施是 1 增大被联接件的刚度 2 减小被联接件的刚度 3 增大螺栓的刚度 6 14 现有一单个螺栓联接 要求被联接件的结合面不分离 假定螺栓的刚度 Cb与被 联接的刚度 Cm相等 联接的预紧力为 F 现开始对联接施加轴向载荷 当外载荷达到与 预紧力 F 的大小相等时 则 1 被联接发生分离 联接失败 2 被联接件即将发生分离 联接不可靠 3 联接可靠 但不能再继续加载 4 联接可靠 只要螺栓强度足够 外载荷 F 还可继续增加到接近预紧力的两倍 6 15 有一气缸盖螺栓联接 若气缸内气体压力在 0 2MPa 之间循环变化 则螺栓中 的应力变化规律为 1 对称循环变应力 2 脉动循环变应力 3 非对称循环变应力 4 非稳定循环变应力 6 16 在下列四种具有相同公称直径和螺距并采用相同的配对材料的传动螺旋副中 传动效率最高的是 1 单线矩形螺纹 2 单线梯形螺纹 3 双线矩形螺纹 4 双 线锯齿形螺纹 6 17 拧紧可以使一定公称直径的普通螺栓取得一定大小的预紧力 如果要以比较小 的拧紧力矩 T 来得到所要求的预紧力 F 可采用 1 细牙螺纹 2 双线螺纹 3 加弹簧垫圈 6 18 当一个承受变载荷的螺栓联接 其螺栓的静强度足够而疲劳强度不足时 应首 先考虑采用 来提高其疲劳强度 1 增加螺栓直径 2 提高螺栓材料的屈服极限 3 改用双螺 4 柔性螺母 6 19 为了改善螺纹牙上的载荷分部 通常都以 的方法来实现 1 采用双螺母 2 采用加高的螺母 3 采用减薄的螺 4 减少螺栓和螺母的螺距变化差 6 20 被联接件受横向载荷作用时 若采用一组普通螺栓联接 则载荷靠 来传递 1 接合面之间的摩擦力 2 螺栓的剪切和挤压 3 螺栓的剪切和被联 接件的挤压 6 21 设计螺栓组联接时 虽然每个螺栓的受力不一定相等 但对该组螺栓仍均采用 相同的材料 直径和长度 这主要是为了 1 外形美观 2 购买方便 3 便于加工和安装 6 22 设计紧螺栓联接时 其直径愈小 则许用安全系数应取得愈大 这是由于直径 愈小时 1 螺纹部分的应力集中愈严重 2 加工螺纹时愈易产生缺陷 3 拧紧时愈易拧断 4 材料的力学性能愈不易保证 6 23 确定紧联接螺栓中拉伸和扭转复合载荷作用下的当量应力时 通常是按 来进行计算的 21 1 第一强度理论 2 第二强度理论 3 第三强度理论 4 第四强度理论 6 24 就螺栓的破坏性质而言 根据统计分析 大约有 90 的螺栓属于 1 静强度破坏 2 疲劳破坏 3 螺纹副松脱 4 剪切破坏 6 25 当采用铰制孔用螺栓联接承受横向载荷时 螺栓杆受到 作用 1 弯曲和挤压 2 拉伸和剪切 3 剪切和挤压 4 扭转和弯曲 6 26 滑动螺旋传动 其失效形式多为 1 螺纹牙弯断 2 螺纹磨损 3 螺纹牙剪切 4 螺纹副咬死 三 设计计算题三 设计计算题 6 1 试推导如图所示受转距 T 作用的螺栓组联接的螺栓受力计算式 1 当用普通螺栓时 2 当用铰制孔用螺栓时 题题 6 16 1 图图 6 2 如图示某机构的拉杆端部采用普通粗牙螺纹联接 已知 拉杆所受的最大载荷 F 15kN 载荷很少变动 拉杆材料为 Q235 钢 试确定拉杆螺纹直径 题题 6 2 图图 题题 6 3 图图 题题 6 4 图图 6 3 如图示的起重滑轮的松联接螺栓 已知起吊重物的重量 F 20kN 螺栓材料为 Q235 钢 试求该螺栓的直径 6 4 如图示一弓形夹钳 用 M30 的螺杆来夹紧工作 压紧力 F 40kN 螺杆材料为 45 钢 d0 20mm 该螺纹副和螺杆末端与工件的摩擦系数均为 0 15 试验算螺杆的强度 6 5 如图示为一铣刀盘的装夹装置 铣刀靠两圆盘夹紧随主轴转动 已知最大切削力 F 4kN 圆盘与铣刀间的摩擦系数 s 0 1 轴材料为 45 钢 其他尺寸如图 试求轴端的螺 纹直径 d 22 6 6 如图示 已知作用在轴承盖上的力 F 10kN 轴承盖用四个螺钉固定于铸铁箱体 上 螺钉材料为 Q235 钢 今取剩余预紧力 F 0 4F 不控制预紧力 求所需的螺钉直径 题题 6 5 图图 题题 6 6 图图 题题 6 7 图图 6 7 设图示螺栓刚度 Cb 被联接件的刚度 Cm 若 Cm 8Cb 预紧力 F 1kN 外载 荷 F 1 1kN 试求螺栓中的总拉力 F0和被联接件中的剩余预紧力 F 6 8 图示为一液压油缸 油压 p 3MPa 缸径 D 160mm 为保证气密性要求 螺柱间 距不得大于 100mm 试计算其缸盖的螺柱联和螺柱分布圆直径 D0 提示 现先按气密性要求假设螺柱数目 6 9 图示为一气缸盖螺栓联接 缸径 D 500mm 蒸气压力 p 1 2MPa 螺栓分布 圆直径 D0 640mm 为保证气密性要求螺栓间距不得大于 150mm 试设计此联接 题题 6 8 图图 题题 6 9 图图 题题 6 10 图图 6 10 如图示螺栓联接的力 变形图 若保证剩余预紧力 F 的大小等于其预紧力 F 的一半 试求该联接所能承受的最大工作载荷 6 11 如图示的方形盖板用四个 M16 的螺钉与箱体相联接 盖板中心 O 点装有吊环 已知 FQ 20kN 尺寸如图示 要求 1 当取剩余预紧力 F 0 6F F 为工作拉力 螺钉 材料的性能等级为 6 6 级装配不控制预紧力时 校核螺钉的强度 2 由于制造误差吊环由 O 点移至对角线上 O 点 且 OO 5mm 问哪个螺栓的受力最大 并校核其强度 2 6 12 某钢制吊架用螺栓组固定在水平钢梁上 螺栓组由四个普通螺栓组成 它们的 螺纹直径均为 d 长度为 l 每个螺栓的预紧力为 F 螺栓布置形式如图 试问 1 吊 架承受垂直拉力 F 时 螺栓组中的每个螺栓承受的载荷为多大 2 在强度足够以及 d F 和被联接件的刚度 Cm一定时 为提高该螺栓组联接的工作可靠性 螺栓用细长些 好 还是粗短些好 用螺栓组联接的力 变形图来说明 23 题题 6 11 图图 题题 6 12 图图 6 13 有一托架的边板用六个螺栓与相邻的机架相联接 托架承受为 60kN 设载荷与 边板螺栓组的铅垂对称轴线相平行 与对称轴向的距离为 300mm 现有图示的三种螺栓布 置形式 若采用铰制孔用螺栓 其许用剪应力为 34MPa 试问哪种螺栓布置形式所需的螺栓 直径最小 直径各为多少 应选哪种布置形式 为什么 题题 6 13 图图 6 14 如图示为轴承托架紧固到钢立柱上 托架材料为铸铁 螺栓材料的性能等级为 6 6 级 载荷为 F 6kN 30o 尺寸如图示 螺栓数为 4 个 试设计此螺栓联接 题题 6 14 图图 24 题题 6 15 图图 6 15 图示为一铸铁滑动轴承 受作用力 F 1 3kN 用两个 M12 的普通螺栓固定在钢 板上 已知螺栓材料的屈服点 s 240MPa 安全系数 S 1 5 铸铁的许用挤压应力 p 60MPa 摩擦系数 s 0 2 尺寸如图 试校核该螺栓的强度 结合面是否会出现间隙 和压溃 设 并知 1 mb m CC C d 30mm L 38mm D 110mm h 25mm H 145mm H1 35mm d0 14mm 底板宽 B 35mm 25 第七章第七章 其他联接设计其他联接设计 略 略 第八章第八章 带传动设计带传动设计 一 简答题一 简答题 8 1 带传动中 带的截面形状有哪几种 各有什么特点 8 2 普通 V 带传动和平带传动相比 有什么优缺点 8 3 窄 V 带传动和普通 V 带传动相比较有什么优缺点 8 4 说明带传动中紧边拉力 F1 松边拉力 F2和有效拉力 F 张紧力 F0之间的关系 8 5 带传动中 弹性滑动是怎样产生的 造成什么后果 8 6 带传动中 打滑是怎样产生的 打滑的有利有害方面各是什么 8 7 带传动工作时 带上所受应力有哪几种 如何分布 最大应力在何处 8 8 带传动的主要失效形式是什么 带传动设计的主要依据是什么 8 9 在多根 V 带传动中 当一根大失效时 为什么全部带都要更换 8 10 V 带轮轮槽与带的三种安装情况如图所示 其中哪一种情况是正确的 为什么 题题 8 10 图图 8 11 带传动为什么必须张紧 常用的张紧装置有哪些 二 选择题二 选择题 8 1 平带 V 带传动主要依靠 传递运动和动力 1 带的紧边拉力 2 带和带轮接触面间的摩擦力 3 带的预紧力 8 2 在一般传递动力的机械中 主要采用 传动 1 平带 2 同步带 3 V 带 4 多楔带 8 3 平带传动要实现两平行轴同方向回转 可采用 传动 1 交叉 2 半交叉 3 开口 4 角度 8 4 带传动中 在预紧力相同的条件下 V 带比平带能传递较大的功率 是因为 V 带 1 强度高 2 尺寸小 3 有