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1、机械设计基础习题与答案机械工程学院 机械基础课程组第1章机械设计概论12 设计机器时应满足哪些基本要求？答：1、功能要求满足机器预定的工作要求，如机器工作部分的运动形式、速度、运动精度和平稳性、需要传递的功率，以及某些使用上的特殊要求（如高温、防潮等）。2、安全可靠性要求（1）使整个技术系统和零件在规定的外载荷和规定的工作时间内，能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、不丧失稳定性。（2）能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体健康。（3）对于技术系统的周围环境和人不致造成危害和污染，同时要保证机器对环境的适应性。3、经济性在产品整个设计周期中，必须把产品设计、销售及制造三方面作为一个系
2、统工程来考虑，用价值工程理论指导产品设计，正确使用材料，采用合理的结构尺寸和工艺，以降低产品的成本。设计机械系统和零部件时，应尽可能标准化、通用化、系列化，以提高设计质量、降低制造成本。4、其他要求机械系统外形美观，便于操作和维修。此外还必须考虑有些机械由于工作环境和要求不同，而对设计提出某些特殊要求，如食品卫生条件、耐腐蚀、高精度要求等。14 机械零件的计算准则与失效形式有什么关系？常用的设计准则有哪些？它们各针对什么失效形式？答：在设计中，应保证所设计的机械零件在正常工作中不发生任何失效。为此对于每种失效形式都制定了防止这种失效应满足的条件，这样的条件就是所谓的工作能力计算准则。它是设计机
3、械零件的理论依据。 常用的设计准则有：1、强度准则：确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基本的设计准则。2、刚度准则：确保零件不发生过大的弹性变形。3、寿命准则：通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。4、振动稳定性准则：高速运转机械的设计应注重此项准则。5、可靠性准则：当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。17 机械零件设计的一般步骤有哪些？其中哪个步骤对零件尺寸的确定起决定性的作用？答：机械零件设计的一般步骤有：1、选择零件类型、结构；2、计算零件上的载荷；3、选择零件的材料；4、确定计算准则；5、理论设计计算；6、结构设计；7、校核计算；8、绘制零件工作图；9、编写计算说明书及有
4、关技术文件其中步骤4对零件尺寸的确定起决定性的作用。第2章 机械零件的强度23 静应力计算的强度准则是什么？计算中选取材料极限应力和安全系数的原则是什么？答：静应力时零件的主要失效形式：塑性变形、断裂，脆性材料的极限应力为（强度极限）；塑性材料的极限应力为（屈服极限）25 机械零件设计中确定许用应力时，极限应力要根据零件工作情况及零件材料而定，试指出金属材料的几种极限应力各适用于什么工作情况？答：强度极限和适用于脆性材料在静应力作用下使用；塑性材料极限应力为（屈服极限）；持久极限，对称循环为、，脉动循环时为、。212 某材料的对称循环弯曲疲劳极限，取循环基数试求循环次数N分别为7000、250
5、00、620000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。解： 当N7000，当N25000，当N620000，2.13 已知某材料的 MPa， MPa，试绘制该材料的简化极限应力线图。解:根据第3章摩擦、磨损及润滑3.3 试描述磨损的一般过程，为什么要认真对待机件的磨合阶段?答：磨损过程的三个阶段：磨合（跑合）阶段新的零件在开始使用时一般处于这一阶段，磨损率较高。稳定磨损阶段属于零件正常工作阶段，磨损率稳定且较低。剧烈磨损阶段属于零件即将报废的阶段，磨损率急剧升高。在磨合阶段，如果压力过大，速度过高，则磨合期很短，并立即进入剧烈磨损阶段。所以要认真对待机件的磨合阶段。 3.5润滑剂的作用是什么？常用的润
6、滑剂有哪几类？答：润滑的作用：降低摩擦副的摩擦、减少磨损，以及冷却、密封、防锈和减振等。常用的润滑剂有：液体润滑剂：有机油、矿物油、合成油等 润滑脂：皂基脂、无机脂、烃基脂和有机脂 固体润滑剂：软金属，如铅、金、银等； 无机化合物：石墨、二硫化钼等； 有机化合物：聚四氟乙烯、尼龙等。气体润滑剂：空气等。第4章带传动41 已知一普通V带传动传递的功率P8KW，带速v15m/s，紧边与松边拉力之比为3：1，求该带传动的有效拉力Fe和紧边拉力F1。解： 42有一电动机驱动的普通V带传动，单班制工作，主动轮转速n1=1 460r/min，中心距a约为370mm， dd1=140mm， dd2=400m
7、m，中等冲击，轻微振动，用三根B型普通V带传动，初拉力按规定给定，试求该传动所能传递的功率。解题要点：（1）根据题意可知传动比 带长 mm实际选用标准长度 Ld=1600mm小带轮包角 根据带传动工作条件，查表可得工作情况系数KA=1.1;查表可得单根普通B型V带的基本额定功率P0=2.83kW;查表可得单根普通B型V带的基本额定功率P0=0.46kW;查表可得包角系数；查表可得长度系数。（2）根据，可得该带传动所能传递的功率为43 设计一普通V带传动。已知所需传递的功率P5kW，电动机驱动，转速n1=1440r/min,从动轮转速n2=340r/min，载荷平稳，两班制工作。解题要点：（1）
8、确定计算功率Pca根据V带传动工作条件，查表可得工作情况系数KA=1.1，所以Pca=KAP=1.15=5.5 kW（2）选取V带的型号根据Pca、，由图4.11确定选用A型V带。（3）确定带轮基准直径d1、d2取主动轮基准直径为d1=90mm。d2=i d1 =1440/340*90=381mm 取从动轮基准直径为400mm。验算带的速度：故带的速度合适。（4）确定V带的基准长度和传动中心距根据0.7(d1+d2)a02(d1+d2)，可得a0应在343980mm之间，初选中心距a0=500mm。计算带所需的基准长度：=1 817.7 mm选取带的基准长度Ld=1800mm。计算实际中心距：
9、=491 mm（5）验算主动轮上的包角11=故主动轮上的包角合适。（6）计算V带的根数z由n1=1440r/min，d1=90mm；i= d2/d1=4.235，查表得P0=1.06kW, =0.17kWKa=0.9， KL=1.01。所以 z=5.5/1.06+0.17 0.91.01=4.9取z=5根。（7）计算预紧力F0（8）计算作用在轴上的压轴力FQ（9）带轮结构设计（略）。第5章 链传动5.2 滚子链的标记“10A-2-100 GB1243-1997”的含义是什么？答：该滚子链为节距为15.875mm的A系列、双排、100节的滚子链，标准号为GB1243-1997。5.4 为什么链传
10、动通常将主动边放在上边，而与带传动相反？答：链传动的紧边宜布置在传动的上面，这样可避免咬链或发生紧边与松边相碰撞。带传动的紧边宜布置在传动的下面，这样可增大包角。5.8 试分析如何适当地选择链传动的参数以减轻多边形效应的不良影响。答：减轻多边形效应的不良影响的措施： (1)n1，该对轴承合适。8.3 如图8.31所示，轴支承在两个7207ACJ轴承上，两轴承压力中心间的距离为240mm，轴上负荷=2 800N，=750N，方向和作用点如图所示。试计算轴承C、D所受的轴向负荷、。附：7207ACJ的有关参数如下：，1，解：轴承反安装根据受力平衡 由于：所以：轴承C被压紧，轴承D被放松8.4 解：
11、1.初步选择30207轴承查表：， ，2.先求轴承的径向载荷( 1)以左端为转动中心，根据力矩平衡，求( 2)以右端为转动中心，根据力矩平衡，求也可以：3计算轴向力。(1) 派生轴向力（2）由于：所以，轴承1被“压紧”，轴承2“放松”。查表：当 ，由于：，所以以大的计算。（2）该对轴承合适。第9章滑动轴承9.1设计一蜗轮轴的不完全油膜径向滑动轴承。已知蜗轮轴转速n=60r/min,轴颈直径d=80mm,径向载荷F解：根据所要求的内容，为了装折方便，现将轴承采用对开式结构。根据:表9.2 ZCuSn5Pb5Zn5,选取了试选取B/d=0.8则B=0.8P=PV=由于P、PV、V均未超过许用范围，
12、则设计的轴承满足工作能力要求。第11章轴11.2下图所示为某减速器输出轴的结构与装配图，试指出其设计错误并画出正确的结构与装配图。解： （1）左端的轴承端盖与箱体间没有加调整垫片。（1） 左端的轴承端盖不能与轴直接接触。（2） 左端的轴承端盖与轴之间应加密封毡圈。（3） 左端的轴承与轴的配合长度太长，不易安装。（4） 左端的轴承的内圈高度与套简的高度相同，不易拆御。（5） 齿轮相配合的轴套左端应略小于齿轮宽度，以便定位可靠。（6） 右端轴承无轴向定位。（7） 右端的轴承端盖与箱体间应加调整垫片。（8） 轴承安装错误: 应将两轴承由图示的反安装型改为正安装，否则轴向力无法传到机座上。（9） 左轴
13、端的链槽太长，不应在轴承端盖部位。由题意作出轴的结构与装配图如下图所示。第13章 螺纹连接与螺旋传动思考题1.常用螺栓材料有哪些?选用螺栓材料时主要应考虑哪些问题?2.松螺栓连接和紧螺栓连接的区别是什么?计算中应如何考虑这些区别?3.实际应用中绝大多数螺纹连接都要预紧，试问预紧的目的是什么?4.拧紧螺母时，拧紧力矩了要克服哪些摩擦阻力矩?这时螺栓和被连接件各受什么载荷作用?5.为什么对于重要的螺栓连接要控制螺栓的预紧力？预紧力的大小由哪些条件决定?控制预紧力的方法有哪些?6.螺纹连接松脱的原因是什么?试按3类防松原理举例说明螺纹连接的各种防松措施。7.设计螺栓组连接的结构时一般应考虑哪些方面的
14、问题?8.螺栓组连接承受的载荷与螺栓组内螺栓的受力有什么关系?若螺栓组受横向载荷，螺栓是否一定受到剪切?9.对于常用的普通螺栓，预紧后螺栓承受拉伸和扭转的复合应力，但是为什么只要将轴向拉力增大30就可以按纯拉伸计算螺栓的强度?10.对于受轴向载荷的紧螺栓连接，若考虑螺栓和被连接件刚度的影响，螺栓受到的总拉力是否等于预紧力与工作拉力F之和?为什么?11.提高螺纹连接强度的常用措施有哪些?12.对于受变载荷作用的螺栓，可以采取哪些措施来减小螺栓的应力幅?13.螺栓中的附加弯曲应力是怎样产生的?为避免产生附加弯曲应力，从结构或工艺上可采取哪些措施?习题13.1 试分析图示紧定螺钉连接和普通螺栓连接拧
15、紧时各连接零件(螺栓、螺母、螺钉)的受力，并分别画出其受力图。若图a为M10螺钉，=6mm，=5.6 kN，螺纹副间的摩擦因子=0.15，螺钉底端与零件间的摩擦因子=0.18，试判断最大应力发生在哪个截面处(列出必要的公式)?13.2 起重卷筒与大齿轮间用双头螺柱连接，起重钢索拉力50 kN，卷筒直径400mm，8个螺柱均匀分布在直径=500mm的圆周上，螺栓性能等级4.6级，接合面摩擦因子0.12，可靠度系数1.2。试确定双头螺柱的直径。普通螺栓，横向载荷13.3图示气缸盖连接中，已知气缸内压力在之间变化，气缸内径D= 500mm，螺栓分布在直径=650 mm的圆周上，为保证气密性要求，剩余
16、预紧力=1.8F。试设计此螺栓组连接。普通螺栓，轴向载荷13.4 螺栓组连接的3种方案如图所示，外载荷及尺寸相同，试分析确定各方案中受力最大螺栓所受力的大小，并指出哪个方案比较好。普通螺栓，横向载荷，旋转力矩解： 比较： 方案一： 差 方案二： 方案三： 谁好？由 结论： 1） 当 时，方案三最好。 2） 当 时，方案二最好。13.5 如图13.39所示，厚度的钢板用3个铰制孔用螺栓紧固于18号槽钢上，已知9kN，钢板及螺栓材料均为Q235，许用弯曲应力=158 MPa，许用切应力98MPa，许用挤压应力 =240 MPa。试求钢板的厚度和螺栓的尺寸。铰制孔用螺栓, 横向载荷，旋转力矩13.6 有一受轴向力的紧螺栓连接，已知螺栓刚度 Nmm，被连接件刚度Nmm，预紧力9000N，螺栓所受工作载荷F=5 400N。要求：(1)按比例画螺栓与被连接件的受力与变形关系线图；(2)在图上量出螺栓所受总拉力及剩余预紧力，并用计算法验证；(3)若工作载荷在0与5 400 N之间变化，螺栓危险剖面的面积为，求螺栓的应力幅。32