3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数6
0105?=N ，9=m ，试求循环次数N
分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 [解] MPa 6.37310
710518093
6
9
10111=???==--N N σσN MPa 3.324105.210
51809469
20112=???==--N N σσN MPa 0.227102.610
518095
69
30113=???==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。
[解] )170,0('
A )0,260(C 0
12σσσΦσ-=
-Θ σ
Φσσ+=
∴-121
MPa 33.2832
.01170
21210=+?=+=
∴-σΦσσ
得)2
33.283,233.283(D '
，即)67.141,67.141(D '
根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '
按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示
3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。 [解] 因
2.14554
==d D
，067.045
3==d r ，查附表3-2，插值得88.1=ασ，查附图3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即
()()69.1188.178.0111k =-?+=-α+=σσσq
查附图3-2，得75.0=σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1=q β，则
35.21
1191.0175.069.1111k =???? ??-+=?
??? ??-+=q σσσσββεK (
)()()35.267.141,67.141,0,260,35
.2170
,0D C A ∴
根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图
3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =σ，应力幅MPa 20a =σ，试分别按①C r =②
C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。
[解] 由题3-4可知35.2,2.0MPa,260MPa,170s 1-====σσK Φσσ
（1）C r =
工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的循环特性不变公式，其计算安全系数 28.220
2.03035.2170
m a 1-=?+?=+=
σΦσK σS σσca
（2）C σ=m
工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的平均应力不变公式，其计算安全系数 ()()()()
81
.1203035.220
2.035.2170m a m 1-=+??-+=+-+=
σσσσca σσK σΦK σS
5-3 分析活塞式空气压缩气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力，最小应力如何得出？当气缸内的最高压 力提高时，它的最大应力，最小应力将如何变化？
解：
最大应力出现在压缩到最小体积时，最小应力出现在膨胀到最大体积时。当汽缸内的最高压力提高时，它的最大应力增大，最小应力不变。
5-4 图5-49所示的底板螺栓组联接受外力FΣ作用在包含x 轴并垂直于底板接合面的平面内。试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大？堡证联接安全工作的必要条件有哪些？
5-9受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已知螺栓预紧力Fo=15000N,当受轴向工作载荷F ＝10 000N 时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。 采用橡垫片密封，取螺栓的相对刚度
9.0=+M B b C C C 螺栓的总拉力：N F C C C F F M
B b
2400002=++=
残余预紧力为：N F F F 1400021=-=
5-10图5-24所示为一汽缸盖螺栓组联接。已知汽缸内的工作压力P=0~1MPa ，缸盖与缸体均为钢制，直径D1=350mm,D2=250mm.上、下凸缘厚均为25mm.试设计
此联接。
10-1 试分析图10-47所示的齿轮传动各齿轮所受的力（用受力图表示各力的作用位置及方向）。
[解] 受力图如下图：
10-2如图，ABC 的材料为中碳钢调制，其硬度：齿轮A 为240HBS ，B:260HBS ，C:220HBS ，试确定齿轮B 的许用接触应力[]H σ和许用弯曲应力[]F σ.假定：1）齿轮B 为“惰轮”（中间轮）齿轮A 为主动轮，齿轮C 为从动轮，设1==HN FN K K ;2)齿轮B 为在主动轮，齿轮A 和齿轮C 均为从动，设1==HN FN K K
10-3对于做双向传动的齿轮来说，她的齿面接触应力和齿根弯曲应力各属于什么循环特性？在做强度计算时应怎么考虑
10-4齿轮的精度等级与齿轮的选材及热处理方法有什么关系
10-5 要提高齿轮的抗弯疲劳强度和齿面抗点蚀能力有那些关系措施
10-7 某齿轮减速器的斜齿轮圆柱齿轮传动，已知m in r 7501=n ，两齿轮的齿数为
m m m m ,6,'229,108,2421160b m βz z n ==?===，8级精度，小齿轮材料为38SiMnMo （调质），
大齿轮材料为45钢（调质），寿命20年（设每年300工作日），每日两班制，小齿轮相对其轴的支承为对
称布置，试计算该齿轮传动所能传递的功率。 [解] （1）齿轮材料硬度
查表10-1，根据小齿轮材料为38SiMnMo （调质），小齿轮硬度217~269HBS ，大齿轮材料为45
钢（调质），大齿轮硬度217~255 HBS
（2）按齿面接触疲劳硬度计算
[]2
31112???
?
???+?≤αE H H d Z Z σu u K d εΦT ①计算小齿轮的分度圆直径 m m 95.145'
229cos 6
24cos 11=??==
βm z d n ②计算齿宽系数 096.195
.1451601===
d b Φd ③由表10-6查得材料的弹性影响系数 2
1MPa 8.189=E Z ，由图10-30选取区域系数47.2=H Z ④由图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPa 7301lim =H σ；大齿轮的接触疲劳强度极限MPa 5502lim =H σ。 ⑤齿数比 5.424
108
12===
z z u ⑥计算应力循环次数
8
11104.522030017506060?=?????==h jL n N
88
12102.15
.4104.5?=?==u N N ⑦由图10-19取接触疲劳寿命系数 1.1,04.121==HN HN K K ⑧计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%，安全系数1=S []MPa 2.7591730
04.11lim 11=?==S σK σH HN H
[]MPa 6051
5501.12lim 22
=?==S σK σH HN H
⑨由图10-26查得63.1,88.0,75.02121=+===αααααεεεεε则 ⑩计算齿轮的圆周速度 s m 729.51000
6075095.14514.310006011=???=?π=n d ν
计算尺宽与齿高之比h
b
mm 626
'
229cos 95.145cos 11=??==
z βd m nt m m 5.13625.225.2=?==nt m h
85.115
.13160==h b 计算载荷系数
根据s m 729.5=ν，8级精度，查图10-8得动载荷系数22.1=v K 由表10-3，查得4.1==ααF H K K
按轻微冲击，由表10-2查得使用系数25.1=A K 由表10-4查得380.1=H βK {按d Φ=1查得} 由
85.11=h
b
，380.1=H βK ，查图10-13得33.1=F βK 故载荷系数 946.2380.14.122.125.1=???==βαH H v A K K K K K 由接触强度确定的最大转矩
[][]}{N
096.12844648.18947.260515.45.4946.2295.14563.1096.1,min 1223
2
21311=??
?
????+????=
???
?
???+?≤αE H H H d Z Z σσu u K d εΦT （3）按弯曲强度计算
[]Sa
Fa F βn d Y Y σKY m d εΦT ?≤α2211 ①计算载荷系数 840.233.14.122.125.1=???==βανF F A K K K K K
②计算纵向重合度 380.1'229tan 24096.1318.0tan 318.01=????==βz Φεd β ③由图10-28查得螺旋角影响系数 92.0=βY ④计算当量齿数 ()99.24'229cos 24
cos 3
311=?==
βz z v
()
3.112'229cos 108
cos 33
21=?==
βz z v ⑤查取齿形系数Fa Y 及应力校正系数Sa Y
由表10-5查得 62.21=Fa Y 17.22=Fa Y 59.11=Sa Y 80.12=Sa Y
⑥由图10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa 5201=FE σ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限
MPa 4302=FE σ。
⑦由图10-18取弯曲疲劳寿命90.0,88.021==FN FN K K 。 ⑧计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数4.1=S []MPa 07.3055.1520
88.0111=?==S σK σFE FN F []MPa 2585
.143090.0222
=?==S σK σFE FN F
⑨计算大、小齿轮的
[]
Sa
Fa F Y Y σ，并加以比较
[]23.7359
.162.207
.3051
11
=?=
Sa Fa F Y Y σ
[]05.6680
.117.2258
2
22
=?=
Sa Fa F Y Y σ
取
[]
[][]05.66,min 222111=????
??=Sa Fa F Sa Fa F Sa
Fa F Y Y σY Y σY Y σ ⑩由弯曲强度确定的最大转矩
[]mm N 309.288598605.6692
.0840.226
95.14563.1096.122211?=??????=?≤αSa Fa F βn d Y Y σKY m d εΦT
（4）齿轮传动的功率
取由接触强度和弯曲强度确定的最大转矩中的最小值 即N 096.12844641
=T
kW 87.1001055.9750
096.12844641055.96
611=??=?=∴n T P
第十一章 蜗杆传动p272
习题答案
11-1 试分析图11-26所示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向。
[解] 各轴的回转方向如下图所示，蜗轮2、4的轮齿螺旋线方向均为右旋。蜗杆、蜗轮所受各力的作用位
置及方向如下图
11-3 设计用于带式输送机的普通圆柱蜗杆传动，传递效率m
in r 960,kW 0.511==n P ，传动比23=i ，由电动机驱动，载荷平稳。蜗杆材料为20Cr ，渗碳淬火，硬度HRC 58≥。蜗轮材料为ZCuSn10P1，金
属模铸造。蜗杆减速器每日工作8h ，要求工作寿命为7年（每年按300工作日计）。 [解] （1）选择蜗杆传动类型
根据GB/T 10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI ）。
（2）按齿面接触疲劳强度进行设计
[]32
2???
?
??≥H P E σZ Z KT a
①确定作用蜗轮上的转矩T 2
按21=z ，估取效率8.0=η，则
m m N 915208239608.051055.91055.91055.962162
26
2?=???=?=?=i
n ηP n P T
②确定载荷系数K
因工作载荷平稳，故取载荷分布不均匀系数1=βK ；由表11-5选取使用系数1=A K ；由于转速不高，无冲击，可取动载系数05.1=V K ，则 05.105.111=??==V βA K K K K
③确定弹性影响系数E Z 蜗轮为铸锡磷青铜与钢蜗杆相配，故2
1
MPa 160=E Z ④确定接触系数p Z 假设
35.01
=a
d ，从图11-18中可查得9.2=p Z ⑤确定许用接触应力[]H σ
由表11-7中查得蜗轮的基本许用应力[]MPa 268'
=H σ
应力循环系数 ()721021.483007123
960
6060?=?????==h jL n N 寿命系数 8355.010
21.41087
7HN
=?=K 则 [][]MPa 914.2232688355.0'
HN =?==H H σK σ
⑥计算中心距
mm 396.160914.2239.216091520805.132
=??
?
?????≥a
取中心距mm 200=a ，因23=i ，故从表11-2中取模数8mm =m ，蜗杆分度圆直径
m m 80=1d 。此时
4.0200
80==a d 1，从图11-18中查取接触系数74.2'=p Z ，因为p p Z Z <'
，因此以上计算结果可用。
（3）蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 ①蜗杆
蜗杆头数21=z ，轴向齿距133.258=π=π=m p a ；直径系数10=q ；齿顶圆直径
mm 962*11=+=m h d d a a ；齿根圆直径()
mm 8.602*
11=+-=c m h d d a f ；分度圆导程角
"36'1811?=γ；蜗杆轴向齿厚m m 567.125.0=π=m S a 。
②蜗轮
蜗轮齿数472=z ；变位系数5.02-=x
验算传动比5.2324712===
z z i ，此时传动比误差%17.223
235.23=-，是允许的。 蜗轮分度圆直径 m m 37647822=?==mz d
蜗轮喉圆直径 ()
()m 3845.018237622*
22=-??+=++=x h m d d a a
蜗轮齿根圆直径 ()mm 8.3642.05.0182376222=+-??-=-=f f2h d d 蜗轮咽喉母圆直径 mm 123762
1
2002122=?-=-
=a g d a r （4）校核齿根弯曲疲劳强度 []F βF F σY Y m
d d KT σa ≤=
2212
53.1
①当量齿数 85.49"
36'1511cos 47
cos 3
322=?==
γz z v 根据85.49,5.022=-=v z x ，从图11-19中可查得齿形系数75.22=a F Y
②螺旋角系数 9192.014031.1111401=?
?-=?-
=γY β ③许用弯曲应力 [][]FN F F K σσ?='
从表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力[]MPa 56'=F σ 寿命系数 66.01021.4109
7
6=?=FN
K
[][]MPa 958.3666.056'=?=?=∴FN F F K σσ ④校核齿根弯曲疲劳强度 []F F σσ<=??????=
445.159192.075.28
37680915208
05.153.1
弯曲强度是满足的。 （5）验算效率η
()
()
v γγ
η?+=tan tan 96.0~95.0
已知v v f γarctan ;"36'1811=??=；v f 与相对滑动速度a v 相关 s m 099.4"
36'1811cos 10006096080cos 10006011=??π
?=?π=
γn d v a
从表11-18中用插值法查得0238.0=v f ，"48'21136338.1?=?=?v ，代入式得854
.0~845.0=η大于原估计值，因此合格
13-1 试说明下列各轴承的内径有多大？哪个轴承公差等级最高？哪个允许的极限转速最高？哪个承受径向载荷能力最高？哪个不能承受径向载荷？ N307/P4 6207 30207 51301
[解] N307/P4、6207、30207的内径均为35mm ，51301的内径为5mm ；N307/P4的公差等级最高；6207承
受径向载荷能力最高；N307/P4不能承受径向载荷。
13-5 根据工作条件，决定在轴的两端用?=25α的两个角接触球轴承，如图13-13b 所示正装。轴颈直径
mm 35=d ，
工作中有中等冲击，转速m in r 1800=n ，已知两轴承的径向载荷分别为N 33901=r F ，N 33902=r F ，外加轴向载荷N 870=ae F ，作用方向指向轴承1，试确定其工作寿命。
[解] （1）求两轴承的计算轴向力1a F 和2a F
对于?=25α的角接触球轴承，按表13-7，轴承派生轴向力r d F F 68.0=，68.0=e N 2.2305339068.068.011=?==∴r d F F N 2.707104068.068.022=?==r d F F 两轴计算轴向力
}{}{N 2.23052.707870,2.2305m ax ,m ax 211=+=+=d ae d a F F F F }{}{N 2.14358702.2305,2.707m ax ,m ax 122=-=-=ae d d a F F F F （2）求轴承当量动载荷1P 和21P
e F F r a ===68.033902.230511
e F F r a >==38.11040
2
.143522 由表13-5查得径向动载荷系数和轴向动载荷系数为 对轴承1 11=X 01=Y 对轴承2 41.02=X 87.02=Y
因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13-6，取5.1=p f ，则
()()N 50852.23050339015.111111=?+??=+=a r p F Y F X f P ()()N 536.25122.143587.0104041.05.122222=?+??=+=a r p F Y F X f P
（3）确定轴承寿命
由于题目中没给出在轴承的具体代号，这里假设选用7207AC ，查轴承手册得基本额定载荷
N 29000=C ，因为21P P >，所以按轴承1的受力大小验算
h 5.17175085290001800601060103
63
16=???
????=???
? ??=P C n L h 13-6 若将图13-34a 中的两轴承换为圆锥滚子轴承，代号为30207。其他条件同例题13-2，试验算轴承的
寿命。 [解] （1）求两轴承受到的径向载荷1r F 和2r F
将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面（下图b ）和水平面（下图a ）两个平面力系。其中：
图c 中的te F 为通过另加转矩而平移到指向轴线；图a 中的ae F 亦应通过另加弯矩而平移到作用于轴线上（上诉转化仔图中均未画出）。
(c)
(b)
(a)
F
re
d2)
由力分析可知：
N 38.225520
2314
4002009003202002200V 1=?-?=+?
-?=
d F F F a
e re r
N 62.67438.225900V 1V 2=-=-=r re r F F F N 15.8462200520
200
320200200H 1=?=+=
te r F F
N 85.135315.8462200H 1H 2=-=-=r te r F F F N 65.87515.84638.225222
H 12V 11=+=+=r r r F F F N 62.151282.135362.674222
H 22
V 22=+=+=
r r r F F F
（2）求两轴承的计算轴向力1a F 和2a F
查手册的30207的37.0=e ，6.1=Y ，N 54200=C
N 64.2736.1265
.875211=?==∴Y F F r d N 69.4726
.1262
.1512222=?==Y F F r d
两轴计算轴向力
}{}{N 69.87269.472400,64.273m ax ,m ax 211=+=+=d ae d a F F F F }{}{N 69.47240064.273,69.472m ax ,m ax 122=-=-=ae d d a F F F F （3）求轴承当量动载荷1P 和2P
e F F r a >==9966.065
.87569.87211
e F F r a <==3125.062
.151269
.47222 由表13-5查得径向动载荷系数和轴向动载荷系数为 对轴承1 4.01=X 6.11=Y 对轴承2 12=X 02=Y
因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13-6，取5.1=p f ，则
()()N 846.261969.8726.165.8754.05.111111=?+??=+=a r p F Y F X f P ()()N 93.226869.472062.151215.122222=?+??=+=a r p F Y F X f P
（4）确定轴承寿命
因为21P P >，所以按轴承1的受力大小验算
'h 342.283802846.261954200520601060103
63
16
h h L P C n L >=???
????=???
? ??= 故所选轴承满足寿命要求。
13-7 某轴的一端支点上原采用6308轴承，其工作可靠性为90%，现需将该支点轴承在寿命不降低的条件
下将工作可靠性提高到99%，试确定可能用来替换的轴承型号。 [解] 查手册得6308轴承的基本额定动载荷N 40800=C 。查表13-9，得可靠性为90%时，11=a ，可靠
性为99%时，21.01=a 。
可靠性为90%时 3
63161040800601106010???
???=??? ??=P n P C n a L
可靠性为99%时 3
63
166021.01060101??
?
???=??? ??=P C n P C n a L
110L L =Θ
3
6366021.0104080060110??
?
???=??? ???∴P C n P n
即 N 547.6864121
.040800
3
==
C 查手册，得6408轴承的基本额定动载荷N 65500=C ，基本符合要求，故可用来替换的轴承型号为6408。
15-4 图15-28所示为某减速器输出轴的结构图，试指出其设计错误，并画出改正图。 [解] （1）处两轴承应当正装。 （2）处应有间隙并加密封圈。 （3）处应有轴间定位。
（4）处键不能伸入端盖，轴的伸出部分应加长。 （5）处齿轮不能保证轴向固定。 （6）处应有轴间定位。 （7）处应加调整垫片。 改正图见轴线下半部分。
机械设计基础第七版课后习题答案 第一章 1-1什么是运动组合？高对和低对有什么区别？ 答:运动副:使两个部件直接接触并能产生一定的相对运动联系。 平面低副-所有表面接触的运动副分为旋转副和移动副。平面高副-与点或线接触的运动副。 1-2什么是机构运动图？它是做什么的？ 答:简单的线和符号用于表示部件和运动副，每个运动副的位置按比例确定，以表示机构的组成和传动。如此绘制的简明图形称为机构运动图。功能:机构的运动图不仅能显示机构的传动原理，还能通过图解法找出机构上各相关点的运动特性(位移、速度和加速度)。在分析和设计机构时，表达机构的运动是一种简单而科学的方法。 1-3平面机构有确定运动的条件是什么？ 答:如果机构的自由度f大于0且等于活动部件的数量，则确定机构部件之间的相对运动；这是机构有确定运动的条件。(复习关于自由度的四个结论P17)第2章 2-1曲柄摇杆机构的快速返回特性和死点位置是什么？ 答:急回特性:当曲柄以相同速度旋转时，摇杆的往复速度不同。反向冲程期间摇臂的平均摆动速度必须大于正常冲程期间的平均摆动速度，这是快速返回特性。死点位置:摇杆是驱动部分，曲柄是从动部分。当曲柄与连杆共线时，摇杆通过连杆施加到曲柄上的驱动力f刚好经过曲柄的旋转中心，因此不会产生转动曲柄的力矩。该机构的位置称为死点位置。也就是说，机构从动件卡住或运动不确定的位置称为死点位置(从动件的驱动角？=0).第三章 3-2通常用什么方法保持凸轮与从动件接触？ 答:力锁:使用重力、弹簧力或其他外力来保持从动件始终与凸轮轮廓接触。
形状锁定:使用高副元件本身的几何形状，使从动件始终与凸轮轮廓接触。 3-3什么是刚性冲击和柔性冲击？如何避免刚性冲击？ 答:刚性冲击:从动件的速度在运动开始和推动过程结束的瞬间突然变为零。 理论上，加速度是无限的，导致无限的惯性力。该机构受到很大冲击，这被称为刚性冲击。柔性冲击:当从动构件以相等的加速度或减速度运动时，从动构件的惯性力也会在某些加速度突变点发生有限的突变，从而产生冲击。这种由有限突变引起的冲击比由无限惯性力引起的刚性冲击要软得多，所以它被称为柔性冲击。 避免刚性冲击的方法:为了避免刚性冲击，已知运动规律的两段运动，即开始和结束，经常被修改以逐渐增加和降低速度。让随动件按照正弦加速度运动(既不是刚性运动也不是柔性冲击)第4章 4-1棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构的运动特点是什么？给出了这些间歇运动机构的应用实例。 答:槽轮机构特点:结构简单，运行可靠。它通常用于只需要恒定旋转角度的分度机构。停止运动主要取决于槽的数量和圆柱销的数量(运动系数)用途:适用于低转速、间歇旋转的设备。例如:电影放映机纺织机械的自动传动链装置 棘轮机构的特点:这种齿形棘轮至少有一个齿距的过程变化，工作时会发出噪音。应用:起重机绞车成型机横向进给机构计数器 不完全齿轮机构的特点:普通齿轮传动，只是轮齿不是分布在整个圆周上。 主动轮上的锁定弧和从动轮上的锁定弧相互配合锁定，保证从动轮停在预定位置。 应用:各种计数器多站自动机半自动机第6章 6-1设计机械零件时应满足哪些基本要求？ 答:足够的强度和刚度、摩擦和耐磨性、耐热性和抗振性(衡量机械零件工作能力的标准)。
7-1解：（1）先求解该图功的比例尺。 （2 ）求最大盈亏功。根据图7.5做能量指示图。将和曲线的交点标注， ，，，，，，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-” 号，然后根据各自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.6）如下：首先自向上做 ，表示区间的盈功；其次作向下表示区间的亏功；依次类推，直到画完最后一个封闭 矢量。由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功，其绝对值为： （3 ）求飞轮的转动惯量 曲轴的平均角速度：； 系统的运转不均匀系数：； 则飞轮的转动惯量：
图7.5图7.6 7-2 图7.7 图7.8 解：（1）驱动力矩。因为给定为常数，因此为一水平直线。在一个运动循环中，驱
动力矩所作的功为，它相当于一个运动循环所作的功，即： 因此求得： （2）求最大盈亏功。根据图7.7做能量指示图。将和曲线的交点标注， ，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-”号，然后根据各自区间盈亏 功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.8）如下：首先自向上做，表示区间的盈功； 其次作向下表示区间的亏功；然后作向上表示区间的盈功，至此应形成一个封闭区间。 由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功。 欲求，先求图7.7中的长度。如图将图中线1和线2延长交于点，那么在中， 相当于该三角形的中位线，可知。又在中，，因此有： ，则
根据所求数据作出能量指示图，见图7.8，可知最大盈亏功出现在段，则 。 （3）求飞轮的转动惯量和质量。 7-3解：原来安装飞轮的轴的转速为，现在电动机的转速为，则若将飞轮 安装在电动机轴上，飞轮的转动惯量为： 7-4解：（1）求安装在主轴上飞轮的转动惯量。先求最大盈亏功。因为是最大动能与最小 动能之差，依题意，在通过轧辊前系统动能达到最大，通过轧辊后系统动能达到最小，因此： 则飞轮的转动惯量： （2）求飞轮的最大转速和最小转速。
《机械设计基础》作业答案 第一章平面机构的自由度和速度分析1－1 1－2 1－3 1－4 1－5
自由度为： 1 1 19 21 1 )0 1 9 2( 7 3 ' )' 2( 3 = -- = - - + ? - ? = - - + - =F P P P n F H L 或： 1 1 8 2 6 3 2 3 = - ? - ? = - - = H L P P n F 1－6 自由度为 1 1 )0 1 12 2( 9 3 ' )' 2( 3 = - - + ? - ? = - - + - =F P P P n F H L 或： 1 1 22 24 1 11 2 8 3 2 3 = -- = - ? - ? = - - = H L P P n F 1－10
自由度为： 1 128301)221142(103')'2(3=--=--?+?-?=--+-=F P P P n F H L 或： 1 22427211229323=--=?-?-?=--=H L P P n F 1－11 2 2424323=-?-?=--=H L P P n F 1－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。 1334313141P P P P ?=?ωω
1 1314133431==P P ω 1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设s rad /101=ω，求构件3的速度3v 。 s mm P P v v P /20002001013141133=?===ω 1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比21/ωω。 构件1、2的瞬心为P 12 P 24、P 14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心 1224212141P P P P ?=?ωω
3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数6 0105?=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 [解] MPa 6.37310 710518093 6 9 10111=???==--N N σσN MPa 3.324105.210 51809469 20112=???==--N N σσN MPa 0.227102.610 518095 69 30113=???==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。 [解] )170,0(' A )0,260(C 0 12σσσΦσ-= -Θ σ Φσσ+= ∴-121 MPa 33.2832 .01170 21210=+?=+= ∴-σΦσσ 得)2 33.283,233.283(D ' ，即)67.141,67.141(D ' 根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D ' 按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示
3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。 [解] 因 2.14554 ==d D ，067.045 3==d r ，查附表3-2，插值得88.1=ασ，查附图3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即 ()()69.1188.178.0111k =-?+=-α+=σσσq 查附图3-2，得75.0=σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1=q β，则 35.21 1191.0175.069.1111k =???? ??-+=? ??? ??-+=q σσσσββεK ( )()()35.267.141,67.141,0,260,35 .2170 ,0D C A ∴ 根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图 3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =σ，应力幅MPa 20a =σ，试分别按①C r =② C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。 [解] 由题3-4可知35.2,2.0MPa,260MPa,170s 1-====σσK Φσσ （1）C r = 工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的循环特性不变公式，其计算安全系数 28.220 2.03035.2170 m a 1-=?+?=+= σΦσK σS σσca （2）C σ=m 工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的平均应力不变公式，其计算安全系数 ()()()() 81 .1203035.220 2.035.2170m a m 1-=+??-+=+-+= σσσσca σσK σΦK σS
第一课螺纹连接 1.问：常用螺纹的类型主要有哪些？ 答：普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹。 2.问：哪些螺纹主要用于联接？哪些螺纹主要用于传动？ 答：普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹主要用于联接。梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹主要用于传动。 3.问：螺纹联接的基本类型有哪些？ 答：螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接、紧定螺钉联接。其它还有地脚螺栓联接、吊环螺钉联接和T型槽螺栓联接等。 4.问：螺纹联接预紧的目的是什么？ 答：预紧的目的在于增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对滑移。 5.问：螺纹联接防松的方法按工作原理可分为哪几种？ 答：摩擦防松、机械防松（正接锁住）和铆冲防松（破坏螺纹副关系）等。 6.问：受拉螺栓的主要破坏形式是什么？ 答：静载荷下受拉螺栓的损坏多为螺纹部分的塑性变形和断裂。变载荷下多为栓杆部分的疲劳断裂。 7.问：受剪螺栓的主要破坏形式是什么？ 答：螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断。 8.问：为了提高螺栓的疲劳强度，在螺栓的最大应力一定时，可采取哪些措施来降低应力幅？并举出三个结构例子。 答：可采取减小螺栓刚度或增大被联接件刚度的方法来降低应力幅。1）适当增加螺栓的长度；2）采用减小螺栓杆直径的腰状杆螺栓或空心螺栓；3）在螺母下面安装弹性元件。 9.问：螺纹联接设计时均已满足自锁条件，为什么设计时还必须采取有效的防松措施？ 答：在静载荷及工作温度变化不大时，联接一般不会自动松脱。但在冲击、振动、载荷变化、温度变化较大或高温下均造成联接间摩擦力减小或瞬时消失或应力松驰而发生联接松脱。 10.问：横向载荷作用下的普通螺栓联接与铰制孔用螺栓联接两者承受横向载荷的机理有何不同？当横向载荷相同时，两种 答：前者靠预紧力作用，在接合面间产生的摩擦力来承受横向力；后者靠螺栓和被联接件的剪切和挤压来承载。前者由于靠摩擦传力，所需的预紧力很大，为横向载荷的很多倍，螺栓直径也较大。 11.问：承受预紧力Fo和工作拉力F的紧螺栓联接，螺栓所受的总拉力F2是否等于Fo+F？为什么？ 答：不等于。因为当承受工作拉力F后，该联接中的预紧力Fo减为残余预紧力F1，故F2=F1+F 12.问：对于紧螺栓联接，其螺栓的拉伸强度条件式中的系数1.3的含义是什么？ 答：系数1.3是考虑到紧联接时螺栓在总拉力F2的作用下可能补充拧紧，故将总拉力增加30%以考虑此时扭转切应力的影响。 第二课带传动 1.问：带传动常用的类型有哪些？ 答：在带传动中，常用的有平带传动、V带传动、多楔带传动和同步带传动等。 2.问：V带的主要类型有哪些？
第五章螺纹联接和螺旋传动 一、选择题 5—1 螺纹升角ψ增大，则联接的自锁性C，传动的效率A；牙型角 增大，则联接的自锁性A，传动的效率C。 A、提高 B、不变 C、降低 5—2在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是 D 。 A、三角形螺纹 B、梯形螺纹 C、锯齿形螺纹 D、矩形螺纹 5—3 当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常装拆时，往往采用A 。 A、双头螺柱联接 B、螺栓联接 C、螺钉联接 D、紧定螺钉联接 5—4螺纹联接防松的根本问题在于C。 A、增加螺纹联接的轴向力 B、增加螺纹联接的横向力 C、防止螺纹副的相对转动 D、增加螺纹联接的刚度 5—5对顶螺母为A防松，开口销为B防松，串联钢丝为B防松。 A、摩擦 B、机械 C、不可拆 5—6在铰制孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为B。 A、间隙配合 B、过渡配合 C、过盈配合 5—7在承受横向工作载荷或旋转力矩的普通紧螺栓联接中，螺栓杆C作用。 A、受剪切应力 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 5—8受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，依靠A来承载。 A、接合面间的摩擦力 B、螺栓的剪切和挤压 C、螺栓的剪切和被联接件的挤压 5—9受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓所受的载荷为B；受横向工作载荷的铰制孔螺栓联接中，螺栓所受的载荷为A；受轴向工作载荷的普通松螺栓联接中，螺栓所受的载荷是A；受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓所受的载荷是D。 A、工作载荷 B、预紧力 C、工作载荷+预紧力 D、工作载荷+残余预紧力 E、残余预紧力 5—10受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接。假设螺栓的刚度C b与被联接件的刚度C 相等，联接的预紧力为F0，要求受载后接合面不分离，当工作载荷F等于预紧力F0 m 时，则D。 A、联接件分离，联接失效 B、被联接件即将分离，联接不可靠 C、联接可靠，但不能再继续加载 D、联接可靠，只要螺栓强度足够，工作载荷F还可增加到接近预紧力的两倍 5—11重要的螺栓联接直径不宜小于M12，这是因为C。 A、要求精度高 B、减少应力集中 C、防止拧紧时过载拧断 D、便于装配
机械设计课程设计答辩经典题目
机械设计课程设计答辩经典题目 1． 你所设计的传动装置的总传动比如何确定和分配的？ 答题要点：由选定的电动机满载转速和工作机转速，得传动装置总传动比为：i w m n n = 总传动比为各级传动比的连乘积，即 齿轮带i i i ?=，V 带传动的传动比范围在2—4 间，单级直齿轮传动的传动比范围在3—6间，一般前者要小于后者。 2． 在闭式齿轮传动中，若将齿轮设计成软齿面，一般使两齿轮齿面硬度有一 差值，为多少HBS ？，为什么有差值？ 答题要点：20—50HBS ；因为一对齿轮在同样时间，小齿轮轮齿工作次数较大齿轮的材料多，齿根弯曲疲劳强度较大齿轮低为使其强度和寿命接近，小齿轮齿面硬度应较大齿轮大。 3． 简述减速器上部的窥视孔的作用。其位置的确定应考虑什么因素？ 答题要点：在减速器上部开窥视孔，可以看到传动零件啮合处的情况，以便检查齿面接触斑点和齿侧间隙。润滑油也由此注入机体内。窥视孔开在机盖的顶部，应能看到传动零件啮合，并有足够的大小，以便于检修。 4． 轴上的传动零件（如齿轮）用普通平键作周向固定时，键的剖面尺寸b ×h 值是根据何参数从标准中查得？ 答题要点：与齿轮相配合处轴径的大小；答辩时，以从动齿轮上键联接为例，让考生实际操作。 5． 当被联接件之一不易作成通孔，且需要经常拆卸时，宜采用的螺纹联接形 式是螺栓联接、双头螺柱联接还是螺钉联接？ 答题要点：螺钉联接。 6． 在设计单级原柱齿轮减速器时，一般减速器中的最大齿轮的齿顶距箱体的 距离大于30—50mm ，简述其主要目的。 答题要点：圆柱齿轮和蜗杆蜗轮浸入油的深度以一个齿高为宜，但不应小于10mm ，为避免油搅动时沉渣泛起，齿顶到油池底面的距离不应小于30～50mm 7． 你所设计的齿轮减速器中的齿轮传动采用何种润滑方式？轴承采用何种润 滑方式？简述润滑过程。 答题要点：齿轮传动采用浸油润滑方式；轴承采用飞溅润滑或脂润滑方式。以飞溅润滑为例，当轴承利用机体内的油润滑时，可在剖分面联接凸缘上做出输油沟，使飞溅的润滑油沿着机盖经油沟通过端盖的缺口进入轴承 8． 简述减速器的油标的作用。 答题要点：检查减速器内油池油面的高度，经常保持油池内有适量的油，一般在箱体便于观察、油面较稳定的部位，装设油标。 9． 齿轮和轴满足何种条件时，应齿轮和轴一体，作成齿轮轴。
第三章 机械零件的强度 习题答案 3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-ζ，取循环基数60105?=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 [解] MPa 6.37310710 5180936 9 10111 =???==--N N ζζN MPa 3.324105.210 51809469 20112 =???==--N N ζζN MPa 0.227102.610 518095 69 30113 =???==--N N ζζN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s ζ，MPa 1701=-ζ，2.0=ζΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。 [解] )170,0('A )0,260(C 0 12ζζζΦζ-=- ζ Φζζ+=∴-121 0 MPa 33.2832 .01170 21210=+?=+= ∴-ζΦζζ 得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D ' 根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示
3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲 劳曲线。 [解] 因 2.14554 ==d D ，067.045 3==d r ，查附表3-2，插值得88.1=αζ，查附图3-1得78.0≈ζq ，将所查值代入公式，即 ()()69.1188.178.0111k =-?+=-α+=ζζζq 查附图3-2，得75.0=ζε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=ζβ，已知1=q β，则 35.211191.0175.069.1111k =???? ? ?-+=???? ??-+=q ζζζζββεK ()()() 35 .267.141,67.141,0,260,35.2170,0D C A ∴ 根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图 3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =ζ，应力幅MPa 20a =ζ，试分别按
机械设计基础典型试题二 一、选择题（每小题2分总分２０分） 1. 机构具有确定运动的条件是原动构件数 ( ) 机构的自由度数。 A.多于 B. 等于 C. 少于 2. 凸轮机构在从动杆运动规律不变情况下，若缩小凸轮基园半径，则压力角 ( ) 。 A. 减小 B. 不变 C. 增大 3. 在铰链四杆机构中，有可能出现死点的机构是 ( ) 机构。 A. 双曲柄 B. 双摇杆 C. 曲柄摇杆 4. 一标准直齿圆柱齿轮传动，如果安装时中心距A＞，其传动比i ( ) 。 A. 增大 B. 不变 C. 减小 5. 蜗杆传动效率较低，为了提高其效率，在一定的限度内可以采用较大的 ( ) 。 A. 模数 B. 蜗杆螺旋线升角 C. 蜗杆直径系数 D. 蜗杆头数 6. 当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且联接需要经常拆装时，适宜采用 ( ) 联接。 A. 螺栓 B. 螺钉 C. 双头螺柱 7. 带传动工作时产生弹性滑动的主要原因是 ( ) 。 A. 带的预拉力不够 B. 带的紧边和松边拉力不等 C. 带和轮之间的摩擦力不够 8. 有A、B两对齿轮传动，A对齿轮的齿宽系数比B对齿轮大，其它条件相同，则其齿向载荷分布不均 的程度 ( ) 。 A. A对小 B. B对小 C. A、B对相同 9. 凸缘联轴器和弹性圈柱销联轴器的型号是按 ( ) 确定的。
A. 许用应力 B. 许算转矩 C. 许用功率 10. 一根转轴采用一对滚动轴承支承，其承受载荷为径向力和较大的轴向力，并且有冲击、振动较 大。因此宜选择 ( ) 。 A. 深沟球轴承 B. 角接触球轴承 C. 圆锥滚子轴承 二、填空题（每小题 2分） 1. 两构件通过 ( ) 或 ( ) 接触组成的运动副称为高副；通过 ( ) 接触组成的运动副称为低 副。 2. 齿轮在轴上的周向固定，通常是采用 ( ) 联接，其截面尺寸是根据 ( ) 查取标准而确定的. 3. 一对标准斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是 ( ) 。 4. 软齿面的闭式齿轮传动的设计准则是 ( ) 。 5. 链传动的主要失效形式是，设计时从 ( ) 图中选择链条的链号。 6. 带传动工作时，带中的应力有 ( ) 、 ( ) 和 ( ) ，其中最大应力发生在 ( )处。 7. 蜗杆作主动件的蜗杆传动可以具有自锁作用，其含义是 ( ) ，实现自锁的条件是( )。 8. 转轴的设计步骤一般是先按 ( ) 粗略计算 d min ，然后进行 ( ) ，最后选择危险截面按 ( )校核计算。 9. 滑动轴承润滑作用是减少 ( ) ，提高 ( ) ，轴瓦的油槽应该开在 ( ) 载荷的部位. 10. 6313 轴承，其类型是 ( ) 轴承， ( ) 系列，内径 ( ) mm ， ( ) 级精度。
2012年机械设计自学考试备考试题 第二章 一、选择填空： 1．如果危险截面上的应力超过零件的强度极限,则发生的失效形式为 。C A ． 表面破坏 Ｂ. 残余变形 C ． 整体断裂 Ｄ. 功能失效 2．零件设计时,限制零件中的应力不超过允许的限度的设计准则称为 。A Ａ. 强度准则 Ｂ. 刚度准则 C ． 寿命准则 Ｄ. 振动稳定性准则 ３．按照机器的组成原理，变速箱是汽车的 。Ｂ A ． 原动机 Ｂ． 传动部分 Ｃ. 执行部分 D. 控制系统 4.为了防止零件发生破坏，应采用的设计准则是 。D A.刚度准则 B.寿命准则 Ｃ.振动稳定性准则 D. 强度准则 二、填空题： 1.传动件包括带传动、链传动、摩擦轮传动、蜗杆传动和___＿_____。齿轮传动 ２.驱动机器完成预定功能的部分称为__＿_____。原动机 3．金属材料尤其是钢铁使用最广；在机械产品中钢铁材料占_＿__＿。90％以上 4. 描述材料的疲劳特性可用最大应力、应力循环次数和______。应力比（或循环特性） 5．机械零件制造中使用最广的金属材料是_________。钢铁 6.机器的基本组成部分为原动机部分、传动部分和 。执行部分 7.按照机器的组成原理,发动机是汽车的 。原动机部分 ８.如果作用于零件上的应力超过材料的屈服极限，则零件将发生 。塑性变形 ９. 一部机器的质量基本上取决于______＿＿________。设计阶段 10．机器的设计阶段是决定机器质量的____＿＿__＿______＿。关键 第三章 一、选择填空： 1．零件表面经淬火、渗氮、喷丸、滚子碾压等处理后，其疲劳强度___＿__。B A.降低 B ．提高 Ｃ. 不变 D. 提高或降低视处理方法而定 2.应力的循环特性（应力比)常用“r ”表示，其值为________。D B ．a m σσ?C ? 3.变应力的应力幅值a σ为__＿_____。 A Ａ． 2min max σσ- B. 2min max σσ+ C ． 2max σ?D.min max σσ- ４.对称循环应力,其循环特性“r ”值是____＿___。 Ｄ A.1? B.0.５ C. 0 D ．-1 5.下列四种叙述中正确的是＿__＿__。D A.变应力只能由变载荷产生 B.静载荷不能产生变应力
《机械设计原理》作业参考答案 作业一 一、填空题: 1.零件 2.通用零件专用零件 3.零件构件 4.直接接触可动 5.运动副构件传递运动和力 6.主动构件从动构件机架 7.平面高副平面低副 8.机器机构 二、判断题： 1.× 2.× 3.× 4.√ 5.× 6.× 7.× 三、选择题： 1.C 2.B 3.B 4.D 5.C 6.D 四、综合题： 1.答：机器基本上是由动力部分、工作部分和传动装置三部分组成。动力部分是机器动力的来源。工作 部分是直接完成机器工作任务的部分，处于整个传动装置的终端，其结构形式取决于机器的用途。 传动装置是将动力部分的运动和动力传递给工作部分的中间环节。 2.答：低副是面接触的运动副，其接触表面一般为平面或圆柱面，容易制造和维修，承受载荷时单位面 积压力较低（故称低副），因而低副比高副的承载能力大。低副属滑动磨擦，摩擦损失大，因而效率较低；此外，低副不能传递较复杂的运动。 高副是点或线接触的运动副，承受载荷时单位面积压力较高（故称高副），两构件接触处容易磨损，寿命短，制造和维修也较困难。高副的特点是能传递较复杂的运动。 3.答：机构运动简图能够表达各构件的相对运动关系、揭示机构的运动规律和特性。其绘制步骤如下： （1）分析机构运动，确定构件数目。（2）确定运动副的类型和数量。（3）确定视图平面。 （4）徒手画草图并测量各运动副之间的相对位置。 （5）选择适当的长度比例尺μl= a mm／mm，并将实长换算为图长。（6）完成机构运动简图。 作业二 一、填空题： 1.转动副 2. 2 1 1 3.曲柄摇杆双曲柄双摇杆 4.双曲柄 5.曲柄滑块 6.转动导杆 7.对心曲柄滑块偏置曲柄滑块 8.整周转动往复直线移动 9.转动导杆摆动导杆 10.工作行程比空回行程所需时间短 11.凸轮从动件机架 12.低高 13.高副预期 14.盘形凸轮移动凸轮 15.尖顶滚子平底 二、判断题： 1.× 2.× 3.√ 4.× 5.× 6.√ 7.√ 8.× 9.× 10.√ 11．√ 12.× 13.× 14.× 15.× 16.√ 17.√ 18.√ 19.√ 20.√ 三、选择题： 1.B 2.A 3.D 4.A 5.A 6.D 7.A 8.A 9.A 10.C 四、综合题：
机械设计答案 第1章机械设计概论 1－2 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。 1－4 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。 1－7 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？
第一章绪论 1-2 现代机械系统由哪些子系统组成，各子系统具有什么功能？ 答：组成子系统及其功能如下： （1）驱动系统其功能是向机械提供运动和动力。 （2）传动系统其功能是将驱动系统的动力变换并传递给执行机构系统。 （3）执行系统其功能是利用机械能来改变左右对象的性质、状态、形状或位置，或对作业对象进行检测、度量等，按预定规律运动，进行生产或达到其他预定要 求。 （4）控制和信息处理系统其功能是控制驱动系统、传动系统、执行系统各部分协调有序地工作，并准确可靠地完成整个机械系统功能。 第二章机械设计基础知识 2-2 什么是机械零件的失效？它主要表现在哪些方面？ 答：（1）断裂失效主要表现在零件在受拉、压、弯、剪、扭等外载荷作用时，由于某一危险截面的应力超过零件的强度极限发生的断裂，如螺栓的断裂、齿轮轮齿根部的折断等。 （2）变形失效主要表现在作用在零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件产生塑性变形。 （3）表面损伤失效主要表现在零件表面的腐蚀、磨损和接触疲劳。 2-4 解释名词：静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷、静应力、变应力、接触应力。答：静载荷大小、位置、方向都不变或变化缓慢的载荷。 变载荷大小、位置、方向随时间变化的载荷。 名义载荷在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。 计算载荷计算载荷就是载荷系数K和名义载荷的乘积。 静应力不随时间变化或随时间变化很小的应力。 变应力随时间变化的应力，可以由变载荷产生，也可由静载荷产生。 2-6 机械设计中常用材料选择的基本原则是什么？ 答：机械中材料的选择是一个比较复杂的决策问题，其基本原则如下： （1）材料的使用性能应满足工作要求。使用性能包含以下几个方面： ①力学性能 ②物理性能 ③化学性能 （2）材料的工艺性能应满足加工要求。具体考虑以下几点： ①铸造性 ②可锻性 ③焊接性 ④热处理性 ⑤切削加工性 （3）力求零件生产的总成本最低。主要考虑以下因素： ①材料的相对价格 ②国家的资源状况 ③零件的总成本 2-8 润滑油和润滑脂的主要质量指标有哪几项？ 答：衡量润滑油的主要指标有：粘度（动力粘度和运动粘度）、粘度指数、闪点和倾点等。 衡量润滑脂的指标是锥入度和滴度。
机械设计课后习题答案 3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数60105?=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 [解] MPa 6.373107105180936910111=???==--N N σσN MPa 3.324105.2105180946920112=???==--N N σσN MPa 0.227102.61051809569 30113=???==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σ Φ，试绘制此 材料的简化的等寿命寿命曲线。 [解] )170,0('A )0,260(C 00 12σσσΦσ-=- σΦσσ+= ∴-1210 MPa 33.2832 .0117021210=+?=+=∴-σΦσσ 得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D ' 根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示
3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D=72mm，d=62mm，r=3mm。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB=420MPa，精车，弯曲，βq=1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。 [解] 因2.1 45 54 = = d D，067 .0 45 3 = = d r，查附表3-2，插值得88.1= α σ ，查附 图3-1得78.0≈ σ q，将所查值代入公式，即 ()()69.1 1 88 .1 78 .0 1 1 1 k= - ? + = - α + = σ σ σ q 查附图3-2，得75.0= σ ε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ， 已知1= q β，则 35 .2 1 1 1 91 .0 1 75 .0 69 .1 1 1 1 k = ?? ? ? ? ? - + = ?? ? ? ? ? - + = q σ σ σ σβ β ε K ()()() 35 .2 67 . 141 , 67 . 141 ,0, 260 , 35 .2 170 ,0D C A ∴ 根据()()() 29 . 60 , 67 . 141 , 0, 260 , 34 . 72 ,0D C A按比例绘出该零件的极限应力线图如下图 3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20 m = σ，应力幅MPa 20 a = σ，试分别按①C r=②C σ= m ，求出该截面的计算安全系数 ca S。 [解] 由题3-4可知35.2 ,2.0 MPa, 260 MPa, 170 s 1- = = = = σ σ K Φ σ σ
中国农业大学简答题（常见） 第一课螺纹连接 1.问：常用螺纹的类型主要有哪些？ 答：普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹。 2.问：哪些螺纹主要用于联接？哪些螺纹主要用于传动？ 答：普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹主要用于联接。梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹主要用于传动。 3.问：螺纹联接的基本类型有哪些？ 答：螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接、紧定螺钉联接。其它还有地脚螺栓联接、吊环螺钉联接和T型槽螺栓联接等。 4.问：螺纹联接预紧的目的是什么？ 答：预紧的目的在于增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对滑移。 5.问：螺纹联接防松的方法按工作原理可分为哪几种？ 答：摩擦防松、机械防松（正接锁住）和铆冲防松（破坏螺纹副关系）等。 6.问：受拉螺栓的主要破坏形式是什么？ 答：静载荷下受拉螺栓的损坏多为螺纹部分的塑性变形和断裂。变载荷下多为栓杆部分的疲劳断裂。 7.问：受剪螺栓的主要破坏形式是什么？ 答：螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断。 8.问：为了提高螺栓的疲劳强度，在螺栓的最大应力一定时，可采取哪些措施来降低应力幅？并举出三个结构例子。 答：可采取减小螺栓刚度或增大被联接件刚度的方法来降低应力幅。1）适当增加螺栓的长度；2）采用减小螺栓杆直径的腰状杆螺栓或空心螺栓；3）在螺母下面安装弹性元件。 9.问：螺纹联接设计时均已满足自锁条件，为什么设计时还必须采取有效的防松措施？ 答：在静载荷及工作温度变化不大时，联接一般不会自动松脱。但在冲击、振动、载荷变化、温度变化较大或高温下均造成联接间摩擦力减小或瞬时消失或应力松驰而发生联接松脱。 10.问：横向载荷作用下的普通螺栓联接与铰制孔用螺栓联接两者承受横向载荷的机理有何不同？当横向载荷相同时，两种 答：前者靠预紧力作用，在接合面间产生的摩擦力来承受横向力；后者靠螺栓和被联接件的剪切和挤压来承载。前者由于靠摩擦传力，所需的预紧力很大，为横向载荷的很多倍，螺栓直径也较大。 11.问：承受预紧力Fo和工作拉力F的紧螺栓联接，螺栓所受的总拉力F2是否等于Fo+F？为什么？ 答：不等于。因为当承受工作拉力F后，该联接中的预紧力Fo减为残余预紧力F1，故F2=F1+F 12.问：对于紧螺栓联接，其螺栓的拉伸强度条件式中的系数1.3的含义是什么？ 答：系数1.3是考虑到紧联接时螺栓在总拉力F2的作用下可能补充拧紧，故将总拉力增加30%以考虑此时扭转切应力的影响。 第二课带传动 1.问：带传动常用的类型有哪些？ 答：在带传动中，常用的有平带传动、V带传动、多楔带传动和同步带传动等。
1章 齿轮传动 一、补充题 1、 在齿轮传动的设计与计算中,对于下列参数与尺寸应标准化的有 (1)、(6) ;应圆整的有 (5)、(9) ;没有标准的化也不应圆整的有 (2)、(3)、(4)、(7)、(8)、(10) 。 （1）斜齿圆柱齿轮的法面模数m n ;(2)斜齿圆柱齿轮的端面模数m t; (3) 分度圆直径d; (4)齿顶圆直径d a ; (5) 齿轮宽度B; (6)分度圆压力角α;(7)斜齿轮螺旋角β;(8) 变为系数x; (9)中心距a; (10)齿厚s 2.材料为20Cr 的齿轮要达到硬齿面,适宜的热处理方法就是 (2) 。 (1)整体淬火;(2)渗碳淬火;(3)调质;(4)表面淬火 3.将材料为45钢的齿轮毛坯加工成为6级精度硬齿面直齿圆柱外齿轮,该齿轮制造工艺顺序应就是 (1) 为宜。 （1） 滚齿、表面淬火、磨齿;(2)滚齿、磨齿、表面淬火; （2） 表面淬火、滚齿、磨齿;(4)滚齿、调质、磨齿 4.在下列措施中, (2) 不利于减轻与防止齿面点蚀发生。 （1） 提高齿面硬度;(2)采用粘度低的润滑油; (3)降低齿面粗糙度值;(4)采用较大的变位系数 5.一对正确啮合的标准渐开线齿轮做减速传动时,如两轮的材料、热处理及齿面硬度均相同,则齿根弯曲应力 (1) 。 (1)21 F F σ>σ; (2)21F F σ=σ;(3)21F F σ<σ 6.有两个标准直齿圆柱齿轮,齿轮1的模数30511==Z ,mm m 齿数;齿轮2的模数50322==Z ,mm m 齿数,则齿形系数与应力校正系数的乘积11Sa Fa Y Y (1) 22Sa Fa Y Y (1)大于;(2)等于;(3)小于;(4)不一定大于、等于或小于 2章 V 带传动 一、 选择与填空 1.带传动正常工作时,紧边拉力F 1与松边拉力F 2满足关系 (2) 。 (1)F 1 =F 2 (2)F 1 - F 2 = F e (3)F 1 /F 1 =e f α (4)F 1 +F 2 =F 0 2、 若将传动比不为1的平带传动的中心距减少1/3,带长做相应调整,而其它条件不变,则带传动的最大有效拉力F ec (3) 。 (1) 增大 (2)不变 (3)降低
《机械设计》复习内容 第3章螺纹连接和螺旋传动 1、螺纹牙的截面形状有很多种，哪些适用于使用与连接，哪些适用于传动。 2、螺纹的计量单位如何？ 3、螺纹连接有哪些基本类型，各适用的场合如何？ 4、螺纹连接的防松措施有哪些？ 5、提高螺纹连接件强度的措施有哪些？ 6、螺栓组连接的计算（公式要记） 1）单个螺栓连接的强度计算： （1）普通螺栓连接 松螺栓连接 只受预紧力的螺栓连接 承受预紧力和横向工作载荷的紧螺栓连接 承受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓连接 （2）铰制孔螺栓连接 承受横向载荷 2）螺栓组的强度设计 （1）受横向载荷的螺栓组（两种情况：普通螺栓连接和铰制孔螺栓连接） （2）受转矩的螺栓组连接（两种情况：普通螺栓连接和铰制孔螺栓连接） （3）受轴向载荷的螺栓组（普通螺栓连接） 第4章键连接 1、键连接有哪些类型 2、普通平键的工作面是什么？ 3、普通平键通常的失效形式是什么？ 4、普通平键的键高和键长（即截面尺寸）如何选取？ 5、普通平键的长度如何选取？ 第5章带传动与链传动设计 1、带传动和链传动的特点各是什么？各应用在什么场合？ 2、影响带传动性能的主要因素有哪些？是如何影响的？ 3、带受哪些应力，什么位置的应力最大？ 4、什么是弹性滑动，什么是打滑？他们之间的区别是什么？ 5、控制小带轮的最小直径的原因是什么？ 6、小带轮的包角控制在什么范围内？ 7、带的主要失效形式是什么？设计准则？ 8、根据什么选择带的型号？ 9、链传动运动的不均匀的原因是什么？ 10、影响链传动平稳性的因素是什么？采取什么措施来减少传动的振动和冲击 11、链传动的主要失效形式有哪些？ 第6章齿轮传动设计
机械设计基础 1-5至1-12 指出（题1-5图~1-12图）机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，计算各机构的自由度，并判断是否具有确定的运动。
1-5 解 F =H L P P n --23=18263-?-?=1 1-6 解F =H L P P n --23=111283-?-?=1 1-7 解F =H L P P n --23=011283-?-?=2 1-8 解F =H L P P n --23=18263-?-?=1 1-9 解F =H L P P n --23=24243-?-?=2 1-10 解F =H L P P n --23=212293-?-?=1 1-11 解F =H L P P n --23=24243-?-?=2 1-12 解F =H L P P n --23=03233-?-?=3 2-1 试根据题2-1图所标注的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构还是双摇杆机构。 题2-1图
答 : a ）160907015011040=+<=+，且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。 b ）1707010016512045=+<=+，且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。 c ）132627016010060=+>=+，不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。 d ）1909010015010050=+<=+，且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。 2-3 画出题2-3图所示个机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。 题2-3图 解： 2-5 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如题2-5图所示，要求踏板CD 在水平位置上下各摆10度，且500CD l mm =，1000AD l mm =。（1）试用图解法求曲柄AB 和连杆BC 的长度；（2）用式（2-6）和式（2-6）’计算此机构的最小传动角。
3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801 =-σ，取循环基数60105?=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、 620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 [解] MPa 6.37310 710518093 6 9 10111 =???==--N N σσN MPa 3.324105.210 51809469 20112 =???==--N N σσN MPa 0.227102.610 518095 69 30113 =???==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。 [解] )170,0('A )0,260(C 012σσσΦσ -= - σ Φσσ+= ∴-1210 MPa 33.2832 .01170 21210 =+?=+= ∴-σΦσσ 得)2 33.283,233.283(D ' ，即)67.141,67.141(D ' 根据点 )170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示
5-5 图5-49是由两块边板和一块承重板焊接的龙门起重机导轨托架。两块边板各用4个螺栓与立柱相连接，托架所承受的最大载荷为20kN ，载荷有较大的变动。试问：此螺栓连接采用普通螺栓连接还是铰制孔用螺栓连接为宜？为什么？Q215，若用M6×40铰孔用螺栓连接，已知螺栓机械性能等级为8.8，校核螺栓连接强度。 [解] 采用铰制孔用螺栓连接为宜 因为托架所受的载荷有较大变动，铰制孔用螺栓连接能精确固定被连接件的相对位置，并能承受横向载荷，增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移，而普通螺栓连接靠结合面产生的摩擦力矩来抵抗转矩，连接不牢靠。 （1）确定M6×40的许用切应力[τ] 由螺栓材料Q215，性能等级8.8，查表5-8，可知MPa 640][s = σ，查表5-10，可知0.5~5.3][=τS ()MPa 128~86.1820 .5~5.3640 ][][][s === τ∴τS σ MPa 67.4265 .1640] [s === p p S σσ （2）螺栓组受到剪力F 和力矩（FL T =） ，设剪力F 分在各个螺栓上的力为i F ，转矩T 分在各个螺栓上的分力为j F ，各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离为r ,即mm 27545cos 2150 =? = r kN 2510275810300208 kN 5.22081 813 3 =????===?== ∴--r FL F F F j i 由图可知，螺栓最大受力 kN 015.945cos 255.22)25(5.2cos 2222 2 max =????++=++=θF F F F F j i j i () ][3191064 10015.94233 20max τ>=??π ?=π=τ∴-d F