机械设计作业题集(119题)

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90°b)在周向相隔180° c)在周向相隔120°d)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=1000N·m，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

16、果 第三篇 机械传动第七章 带传动一、是非题 30（ ）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）35°c）30°d）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v<2530m/s的目的是为了,限制120°的目的是。四、计算题 36有一带式运输装置，其异步电动机与齿轮减速器之

17、间用普通V带传动，电动机功率P=7kW，转速n1=960r/min，减速器输入轴的转速n2=330r/min允许误差±5%，运输装置工作时有轻微冲击，两班制工作，试设计此V带传动。37测得普通V带传动数据为：n1=1450r/min,传动中心距a370mm小带轮直径D1=140mm，大带轮直径D2=400mm，B型带共3根，传动水平布置，张紧力按标准规定，采用鼠笼式交流异步电动能驱动，一班制工作，工作平稳。试求允许传递的最大功率和轴上压力。设计计算内容计 算 及 说 明结果 第十章 齿轮传动一、 是非题 38（ ）闭式齿轮传动中，一对软齿面齿轮的齿数一般应互为质数。 39（ ）影响一

18、对齿轮接触强度的主要尺寸是中心距和齿宽。40（ ）渐开线齿轮的齿形系数大小与模数有关，与齿数无关。 41（ ）一对啮合的直齿圆柱齿轮材料相同，故两齿根弯曲应力大小相等。二、 选择题： 42选择齿轮精度等级的主要依据是。 a)周围速度b)转速c)传递功率d)传递转矩 43斜齿圆柱齿轮，模数不变，螺旋角加大，则分度圆直径。a)加大 b)减小 c)不变 d)不一定 44当齿轮传动的载荷增为4倍时，齿反接触应力。 a)不变b)增为2倍c)增为4倍d)增为16倍图10-1 45一齿轮传动装置如图10-1，轮1主动，则转2齿面接触应力按变化，面接触应力按变化。 a)对称循环 b)不对称循环 c)脉动循环

19、d)静应力状态三、 填空题46灰铸铁常用于式传动中，这种齿轮的主要失效形式是。 47齿轮点蚀主要发生在处，其原因是，和。 48齿轮传动的中心距a和齿宽b不变，增加两齿轮的齿数和，则齿轮的弯曲强度。 49轮齿齿面胶合原因是，为防止胶合，采取措施有 ，和。四、 简答题图10-250选择齿轮齿数时应考虑哪些因素？ 51如若其它条件不变，试分析齿轮的齿宽b、模数m或齿数z1分别增加一倍时，各对齿轮弯曲应力F的影响。五、 分析题52已知：减速箱如图10-2所示。求：a)合理确定第二级钭齿轮传动的螺旋角旋向（在图中同时画出）b)画出轴II上作用在齿轮上的圆周力，径向力和轴向力的方向。图10-3 53如图1

20、0-3，已知输入轴上主动齿轮Z1的螺旋角为右旋，转向为n1，为了使中间轴上的轴向力为最小试确定Z2、Z3、Z4的螺旋角方向，并画出各齿轮轴向力和圆周力的方向。六、 计算题54设计铁床的圆柱齿轮传动，已知P1=7.5kw, n1=1450r/min，Z1=26 Z2=54，寿命Lh=12000h，小齿轮为不对称布置。55某齿轮减速器的斜齿圆柱齿轮传动，已知：n1=750r/min, Z1=24, Z2=108=9 °22,mn=6mm，8级精度，小齿轮材料为38SiMnM。（调质）大齿轮材料为45钢（调质），寿命20年（设每年250工作日），每日两班制，小齿轮相对其轴的支承为对称布置，

21、试计算该齿轮传动所能传递的功率。设计计算内容计 算 及 说 明结果 第十一章 蜗杆传动一、是非题 56（ ）设计蜗杆传动时，为了提高传动效率，可以增加蜗杆的头数。 57（ ）蜗杆导程角计算公式为：tg=z1/q。二、填空题 58按蜗杆形状不同，蜗杆传动可以分为和。 59普通圆柱蜗杆传动的标准模数m和标准压力角在 面上，在该平面内，蜗杆传动相当于啮合传动。三、选择题： 60蜗杆直径系数q的定义是。a)q=d1/m b)q=d1m c)q=a/d1 d)q=a/m 61.蜗杆常用材料是。a)45钢 b)HT150 c)ZQSn6-6-3 d)GCr15 四、简答题 62解释规定直径系数q标准值的实

22、际意义。63采用什么办法可以节约蜗轮所用的铜材？图11-1图11-2五、分析题 64试分析图11-1所示蜗杆传动中各轴的旋转方向、蜗轮轮齿的螺旋方向及蜗杆、蜗轮所受径向力、轴向力和图周力的方向。（以上各次均需在图中标出） 65对于图11-2要求作用在圆锥齿轮3上的轴向力方向相反，作用在圆锥齿轮4与蜗杆5上的轴向力相反。试确定齿轮2及蜗杆5的轮齿的螺旋方向，（2）分别标出作用在齿轮1、3和蜗杆5上啮保点外的作用力方向（各用三个力表示）（3）判断蜗轮的转动方向（在图11-2上用箭头标了）六、计算题 66有一标准普通圆柱蜗杆传动，已知：m=6mm，传动比i=20蜗杆直径系数q=9，蜗杆头数z1=2，

23、试计该蜗杆传动的主要几何尺寸。67已知：某加热炉拉料机所用蜗杆减速器的传动比i12=22蜗轮所传递的转矩F2=405N·m，蜗杆转速n1=480r/min，传动较平稳，冲击不大。工作时间为每天8h，要求工作寿命为5年（每年按250工作日计）试设计此蜗杆传动。设计计算内容计 算 及 说 明结果 第十二章 滑动轴承一、 选择题 68在非液体摩擦滑动轴承统计中，限制pv值的主要目的是防止轴颈。 a)过度发热而胶合 b)过度虑损 c)产生塑性变形d)发生咬死 69在情况下，滑动轴承润滑油的粘度不是选得过高。a)重载b)高速c)工作温度高d)承受变载或冲击振动载荷 70两相对滑动的接触表面，仅

24、吸附油膜进行润滑的摩擦状态称为 磨擦。a)液体b)半液体c)混合d)边界 71下述材料中，是轴承（巴氏）合金a)20CrMnTi b)ZQSn10-1 c)ZChSnSb11-6d)38CrMnM0二、填空题 72滑动轴承保证液体动力润滑的条件有，和 。 73当轴不宜由轴向装入滑动轴承时，应采用 式结构的滑动轴承。三、问答题 74滑动轴承常见的失效形式有哪些？75滑动轴承常用的润滑剂种类有哪些？选用时应考虑哪些因素？四、计算题 76某不完全液体摩擦状态的滑动轴承，已知载荷F=17500N，轴颈直径d=60mm，轴的转速n=60r/min,轴瓦材料取铸锡锌铅青铜（ZQSn6-6-3），且知其p=

25、8MPa，pv =10MPa·m/s，设计此滑动轴承尺寸。77已知，一起重机卷筒的滑动轴承，所承受的载荷P=105N，轴颈直径d=90mm，轴的转速n=9r/min，轴承材料采用铸造锡青铜，试设计此不完全液体润滑的径向轴承。设计计算内容计 算 及 说 明结果 第十三章 滚动轴承一、是非题 78（ ）向心推力轴承的接触角值越大，表示其承受轴向力的能力越大。 79（ ）滚动轴承的额定静载荷C0值都应大于额定动载荷C值。二、选择题 80在下列四种向心滚动轴承中，型除可以承受径向载荷外，还能承受不大的双向轴向载荷。 a）60000，b）N0000，c）NA0000，d）5100081球轴承比

26、滚子轴承的承载能力，抗冲击能力； a)低，b)高，c)强，d)差 82在下列轴承中，必须成对使用。a）深沟球轴承（60000），b)圆锥滚子轴承（300000），c)推力球轴承（51000）83滚动轴承内圈与轴配合的正确标注应为。a)30H7/k6 b)30H7c)30k6 84跨距较大并承受较大径向载荷的起重卷扬机轴轴承应选用型轴承。 a)60000b)30000c)20000d)N0000三、填空题 85滚动轴承最主要的失效形式是，针对这种失效应进行计算。 86滚动轴承轴系一端固定一端游动的固定方式常用在或情况下。 876105轴承，精度是 、内径为 、游隙为组、直径为 系列的轴承； 四、

27、问答题 88滚动轴承预紧的目的是什么？89滚动轴承采用密封装置的目的是什么？五、分析题 90一对6308轴承同轴工作，左、右轴承当量动载荷分别为P和P/2，试分析哪个是危险轴承，其寿命（小时）相差几倍。91一滚动轴承内圈转，外圈固定，载荷方向不变，无预紧。试画出内圈一点上的应力随时间变化的规律图。图12-1图12-2六、计算题 923类轴承正装如图12-1，接触角=16°Fa=3000N R1=7500N，R2=15000N， Lh =8000h，n=1470r/min，常温运转无冲击（fp=1.0），对轴颈无限制。试求：额定动载荷C，并选轴承型号（中轻系列） 93已知有一对3020

28、4型轴承正装，其受力如图12-2，其中：FA=430N，Fr1=1520N, Fr2=1350N，载荷系数fp=1.2, 试确定轴承I、II哪个危险？设计计算内容计 算 及 说 明结果 第十四章 联轴器和离合器一、选择题 94在载荷不平稳且有较大冲击和振动的情况下，一般应选用联轴器。 a）刚性固定式 b）刚性可移式 c）弹性 d)安全 95指出下列联轴器中 联轴器具有良好地补偿综合位移（轴向、径向和角向）的能力？ a)凸缘 b)十字滑块 c)齿轮 d)尼龙柱销 96自行车飞轮的内部结构是属于 ，因而可蹬车，可滑行，还可以回链。a)链传动b)安全离合器 c)齿式离合器 d)超越离合器 97对牙嵌

29、式离合器在 情况下，宜选用较少牙数，在 情况下，宜选用较多牙数。 a)传力大，结合快 b)传力大，结合慢 c)传力小，结合快 d)传力小，结合快二、问答题 98列举两种不同刚性联轴器的名称，并说明是否具有补偿轴向、径向和角向位移的能力？为什么？99列举一种不同弹性联轴器的名称，并说明是否具有补偿轴向、径向和角向位移的能力？为什么？第十五章 轴一、是非题 100（ ）只受弯矩，而不受转矩的轴称为心轴。 101（ ）同时作用有弯矩和转矩的转轴上，当载荷大小、方向及作用点均不变时，轴上任意点的应力也不变。二、选择题 102若计算表明钢轴的刚度不够，下列措施中，能达到提高刚度的目的。a)采用淬火钢b)减少应力集中c)用合金钢代替碳钢 d)增大轴的直径尺寸 103转轴受，心轴受，传动轴受。a) 转矩b)弯矩c) 转矩和弯矩图15-1 104按轴所受载荷性质分类，自行车的前轴是，中轴是，后轴是。 a)转轴b)心轴c)传动轴 105如图15-1若轴径由d增至2d，跨距不变，则轴的强度为原强度的