机械设计作业题集(119题)讲解

1、机械设计作业集滕启 王科社编写 系：_专业：_班级：_学号：_姓名：_ 学年第 学期北 京 机 械 工 业 学 院机 械 设 计 教 研 室1999年1月21日前言 本作业集是学习机械设计课的辅助教材。编写本教材目的是为了引导同学看书学习，方便同学做作业，也利于教师批改，并使作业规范化。作业集中题目类型有判断、问答、选择、填空、分析、计算、画图和结构设计题等。机械设计课作为机类专业的技术基础核心课，在以往同学学习机械设计课程时，常会感到教材内容看懂了，但是不会做习题。究其原因：一是由于这是一门头一次遇到的实践性很强的课程，它的习题比以前的材料力学、机械原理等课程的习题更为联系实际，其解题方法有

2、较大的差别；二是由于解题时要用到有关实际零、部件的材料（包括热处理）、制法、结构、装配、标准、规范等方面的知识；三是由于机械设计习题的解题过程一般比较复杂，而且往往不是只有一个答案，常需经过对比、分析才能作出抉择，因而可能须经某些试算与反复；四是由于同学还没有设计经验，对解题结果缺乏判断力，心中不太踏实。因此，有必要在此作业集的前言中对如何作机械设计习题作些说明，并介绍一些有关解题的步骤、方法及注意要点，希望同学在做作业之前，认真详细的阅读以下的内容，按照指引的步骤和注意要点进行解题，力求获得加深理解和提高解题效率。一、 解题作用与目的机械设计既然是一门实践性很强的课程，学习时就不仅要掌握其中

3、的基本知识、基本理论和基本方法，而且要能运用它们设计出合用的机械零、部件和简单的机械。因此必须通过各个实践环节的锻炼，才能真正学到手。做习题就是其中的一个重要实践环节。机械设计课程安排习题的目的，主要使同学通过作题，练习根据习题给出的原始数据、已知条件和解题要求，经过自己的分析思考，运用所知识和借助有关有关的公式、图表、手册等，去设计或选用合格的机械零、部件，从而加深理解设计理论和计算方法，熟悉常用的设计资料，掌握初步的设计技能。二、 机械设计习题的主要类别和解题工作内容机械设计习题是多种多样，常见的习题主要有一下几类：1 练习运用公式、线图、表格、手册等的习题；2 给出具体的零、部件及其工况

4、，要求：a）判断其是否合用？b）对不合用的如何进行改进？3 给出具体的零、部件工况和某些限制条件（如外廓尺寸、质量大小、使用寿命以及某些特殊要求等），要求选出合用的标准零、部件。4 给出同一工况下工作的几种不同结构型式的零、部件，要求对比其优缺点并作出抉择。5 给出具体的零工况和某些限制条件，要求设计出合用的零件（包括绘制其图样）。6 给出某种装置或传动型式的工况，要求确定各个零件的受力情况（类别、方向及作用点）和应力类型。7 给出某个零件的工作图或部件的装配图，要求指出其中的错误或不当之处，并作出相应的更正或改进。8 给出原动机、工作机及有关条件。要求设计或选择其合理的传动装置。由于习题的类

5、别不同，所要求的解题工作内容自然也随之而不同。例如：对于上述第一类习题，只要在搞清公式、线图、表格等的应用条件的基础上，正确查用有关数据及代入公式计算，就不难顺利完成解题任务。对于第二类习题，因零、部件的材质、结构尺寸、性能参数及工作情况等均为已知，即可建立出相应的力学模型，选出对应于具体工况的有关参数，按照解题要求和相应的限制条件（如强度、刚度、寿命、振动稳定性等条件）建立数据模型，通过校核计算判断其是否合用，并针对不满足条件的零、部件中存在的问题，研究改进措施，如改变材质、结构尺寸、支承型式与位置等，在原题容许的条件下确定出合理的措施，使之满足合用的要求。第三类类习题属于选用标准零、部件问

6、题。这类问题首先需要根据给定的工况和限制条件对零、部件提出要求，然后针对需要通过计算来满足的要求建立相应的数据模型，根据计算结果和其余的要求查选手册中合用的标准零、部件。对其余几种类别的习题，亦应参照上述方法分析题意，分别确定解题的工作内容。对于设计计算题中引用的重要公式和数据，应注明出处（注出参考资料的名称（或参考资料的统一编号，见作业集后面的参考资料及编号，其它未编入而引用的参考资料在此写出及编号），页次，公式号或表号），对所得计算结果，应有简要的结论。由上可知，解题时需要用到多方面的知识，所以解题前应作好必要的准备工作，订出适当的解题步骤，才能顺利的完成解题任务。三、 解题前的准备工作

7、1认真复习教学内容。听课后和解题前，必须认真复习教学内容，切实掌握有关的基本知识、设计理论和计算准则，搞清公式、线图、表格等的应用条件及使用方法，并详细阅读有关例题，明确解题要求，分析解题思路、解题步骤和处理方法。决不要在没有具备条件之前就作习题。这样必然不得要领，事倍功半。2备妥必要的工具。解题前要备妥计算、绘图工具及手册等资料，以便随手使用，提高工作效率。四、 解题的一般步骤和注意要点 1分析题意、原始数据及有关条件，抓住问题的实质、关键及最终要求。这一步是最基本、最重要的工作。如不扎实的作好这步工作，就会枉走弯路，偏离解题目标。2拟订解题步骤。在上一步工作的基础上，根据思考的解题途径，拟

8、定相应解题步骤。对于较为复杂的习题，应画出简明的解题流程示意框图。其中包适输入的原始数据与有关条件、需要自行选择或暂定的参数与系数、建立的力学模型与数学模型、计算结果与判别条件、要求输出的项目、必要的反馈流线等。如采用电算时，应编制所需的电算程序。3进行解题工作。按照解题步骤或解题流程框图逐步进行解题工作，得出初步结果，并注意计算中的有效数字及根据标准、规范、优先数等进行适当的圆整，直到得出初步设计方案。4进行方案评价。分析初步设计方案的合理性与合用性。这一步非常重要，决不要认为得出初步设计方案，解题工作就算完成。因为实际的机械设计问题几乎都不会只有一个答案，新理论、新技术、新材料、新工艺以及

9、新的市场信息等，都会是答案发生变化。所以，一定要善于全面分析，综合协调、灵活处理，并富有想象力、洞察力、探索精神和创新勇气，从而对各式各样的设计问题作出机敏的工程判断。总之，对于可能出现了几个答案（例如多路平行计算的结果），应对照题意和条件进行对比分析和决策，最后取定使自己满意的设计方案。5绘出图样。按照题意的要求，将设计方案用图纸（零件工作图、部件装配草图或几个零部件的配置等）详细表达出来。另外，作业要工整认真，按时完成。我们在前述中将“解题内容”说成为“解题工作内容”， “进行解题”说成为“进行解题工作”，只所以加入“工作”两字，是要说明做机械设计的作业，就相当于我们开始设计工作了。要成为

10、一个好的设计人员的必要条件是必须积累相当的设计经验，希望同学们把完成设计作业当成积累设计经验的开始。 本作业集由滕启、王科社编写。由于编者水平所限，加之时间仓促，误漏之处在所难免，敬请老师和同学批评指正。 王科社 滕启Saturday, February 13, 1999第一篇 总论一、 是非题1（ ）根据机械的额定功率计算出作用在零件上的载荷称为名义载荷。 2（ ）受静载荷的零件中产生的应力称为静应力。二、选择题 3零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之。 a）降低 b）增高 c）不变 d）无规律变化 4两零件的材料和几何尺寸都不相同,以曲面体接触加载时,两者的接触应力值。

11、 a）相等 b）不相等 c）是否相等与材料和几何尺寸有关 d）是否相等须通过实验、计算方可确定三、分析简答题 5以民用普通自行车为例说明如何推行系列化、通用化和标准化。6由于计算器的发展，使计算尺退出了产品市场。请举出一种机械产品，分析它由于有新产品出现而退出市场的原因。第二篇 联 接第五章 螺纹联接和螺旋传动一、是非题7（ ）双螺母防松结构中，如两螺母厚度不同时，应先安装厚螺母，后安装薄螺母 。 8（ ）对受横向载荷的普通螺栓联接适当预紧可以提高螺栓的疲劳强度。 9（ ）螺母工作高度越大，每圈螺纹牙受力越小，故螺母螺纹工作圈数常在10圈以上。 10（ ）受轴向载荷的紧螺栓所受的总拉力是预紧力

12、与工作拉力之和。 二、选择题 11为了提高受轴向变载荷螺栓联接的疲劳强度应。 a）增加螺栓刚度 b）降低螺栓刚度 c）提高被联接件刚度 d）降低被联接件刚度 e）在被联接件间加垫片 f）增大螺栓长度 g）采用精制螺栓 12在承受横向载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓作用。 a）受切应力 b）受拉应力 c）受扭转切应力和拉应力d）既可能只受切应力又可能只受拉应力 13紧螺栓联接按拉伸强度计算时,考虑到拉伸和扭转的复合作用,应将拉伸载荷增大到原来的 。a）1.1 b）1.3 c）1.5 d）1.6三、填空题 14普通紧螺栓组联结所受载荷可分解为 ， ， ，和 四种基本载荷的组合。 15螺纹联接件的精度等

13、级分别为、。一般螺纹联接通常选用精度。 16在调节机构中，采用螺距为2mm的双头螺纹，为使轴向位移达到15mm，螺钉应当转 圈。17在螺栓联接中，当工作载荷和剩余预紧力不变时， 、 或 都能达到减小应力幅的目的。四、简答题 18铰制孔螺栓联接的主要失效形式是什么？19为什么一般普通螺栓联接都需要预紧？五、结构题 20画出铰制孔用精制螺栓联接结构图。 21试改正图5-1中的错误结构。 图5-1六、计算题 22如图5-2所示的夹紧联接柄承受载荷Q=600N,螺栓个数Z=2，联接柄长度 L=300mm，轴直径 dB=60mm，夹紧结合的摩擦系数f=0.15，试确定联接螺栓的直径。 图5-2 图5-3

14、图5-4龙门起重机导轨托架 23设图5-3螺栓刚度为Cb，被联接件刚度为Cm，如果Cm=8Cb，预紧力Qp=1000N，外载荷F=1100N，试求螺栓中的总拉力和被联接件中的残余预紧力Qp。24图5-4是由两块边板和一块承重板焊成的龙门起重机导轨托架。两块边板各用4个螺栓与立柱相联接，托架所承受的最大载荷为20kN，载荷有较大的变动。试问：此螺栓联接采用普通螺栓联接还是铰制孔用螺栓联接为宜？为什么？如采用铰制孔用螺栓联接其直径为多少？（未给板厚，认为其挤压强度足够）设计计算内容计 算 及 说 明结果 第六章 键、花键、无键联接和销联接一、选择题 25设计键联接时，键的截面尺寸通常根据按标准选择

15、。a)所传递转矩大小b)所传递功率大小c)轮毂的长度d)轴的直径 26普通平键联接当采用双键时，两健应布置。 a)在周向相隔90b)在周向相隔180 c)在周向相隔120d)在轴向沿同一直线二、填空题 27平键联接靠传递转矩。楔键联接靠传递转矩。 28花键联接的主要失效形式是和。图6-1三、计算题29如图6-1所示的凸缘半联轴器和圆柱齿轮，分别用键与轴相联接。已知：轴的材料为45号钢，传递转矩T=1000Nm，齿轮用锻钢制成，半联轴器用灰铸铁制造，工作时有轻微冲击。试选择两处普通平键联接的类型和尺寸，并校核其联接强度。设计内容计 算 及 说 明结果 第三篇 机械传动第七章 带传动一、是非题 3

16、0（ ）为了避免带打滑，可将带轮上与带接触的表面加工得粗糙些以增大摩擦。 31（ ）在V带传动中，若带轮直径、带型号、带根数及转速均不变，则中心距越大，V带承载能力也愈大。二、选择题 32V带的楔形角等于。a）40 b）35c）30d）20 33. V带传动的张紧轮应放在边上，最好放于带的侧。a）松 b）紧c）内d）外三、填空题 34举出三种带轮材料，和。35V带传动限制v2 c)2三、填空题 106轴按受载的性质分类，汽车变速箱至后桥的连接轴是轴；车床的主轴是什么轴。 107对于高负载的重要转轴，应选的材料为。四、问答题 108试说明下面几种轴材料的适用场合：Q235-A，45，1Cr18N

17、i9Ti, QT600-2,40CrNi109轴的强度计算有哪些方法？各用于何种情况？五、结构改错题 110分析轴系的错误结构并改正之（在图中错误处写出序号，并按序号简要说明错误的内容，改正的结构画在下半部） 111指出图中错误用标出，并分别指出原因，并在下半部分画出正确图形六、计算题图15-2图15-3 112已知：单级斜齿圆柱齿轮减速器（如图15-2）小齿轮输出功率P1=4kw，n1=750r/min ，n2=130r/min d2=300mm, =12n=20，轴的材料45调质，支点跨距Ls=143mm。求：弯扭合成设计低速轴直径d(II轴) 113（图15-3）转轴上的热矩T由联轴器传入，由斜齿轮传出，齿轮分度圆直径d=67.6mm轮齿受力Ft=10300N，Fa=2260N, Fr=3780N, 设T为稳定的，=0.3，试求转轴的最大当量弯矩M，并画出轴的弯矩转矩图。设计计算内容计 算 及 说 明结果 综合应用题一、 是非题 114（ ）45钢常用的热处理方法是渗碳淬火。 115（ ）机械设计中，应要求机器的每个零件具有相同的寿命。二、选择题 116下列零件中是没有国家标准的。a）滚动轴承 b）键的剖面尺寸和长度 c）齿轮模数 d）轴承跨度 117国际标准化组织代号是。 a)JIS b)IS