机械设计1

第一章绪论分析与思考题1-1 机器的基本组成要素是什么?1-2 什么是零件?什么是构件?什么是部件?试各举三个实例。

1-3 什么是通用零件?什么是专用零件?试各举三个实例。

1-4 机械设计课程研究的内容是什么?第二章机械设计总论分析与思考题2-1 一台完整的机器通常由哪些基本部分组成?各部分的作用是什么?2-2 设计机器时应满足哪些基本要求?设计机械零件时应满足哪些基本要求?2-3 机械零件主要有哪些失效形式?常用的计算准则主要有哪些?2-4 什么是零件的强度要求?强度条件是如何表示的?如何提高零件的强度?2-5 什么是零件的刚度要求?刚度条件是如何表示的?提高零件刚度的措施有哪些?2-6 零件在什么情况下会发生共振?如何改变零件的固有频率?2-7 什么是可靠性设计?它与常规设计有何不同?零件可靠度的定义是什么?2-8 机械零件设计中选择材料的原则是什么?2-9 指出下列材料的种类，并说明代号中符号及数字的含义：HTl50，ZG230-450， 65Mn，45，Q235，40Cr，20CrMnTi，ZCuSnl0Pb5。

2-10 机械的现代设计方法与传统设计方法有哪些主要区别?第三章机械零件的强度一、选择与填空题3-1 零件表面的强化处理方法有_________________、___________________、_________________等。

3-2 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____________。

(1)增高 (2)不变 (3)降低3-3 机械零件受载时，在_____________________处产生应力集中，应力集中的程度通常随材料强度的增大而___________________。

3-4在载荷和几何形状相同的情况下，钢制零件间的接触应力_____________铸铁零件间的接触应力。

3-5 两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值__________。

第一章平面机构及其运动简图案例导入：通过硬纸片是否钉在桌面上及常见的推拉门、活页等例子，引入自由度、铰链、铰接、约束条件和运动副、运动链、机构等概念，介绍运动副的分类；以牛头刨床为例子导入运动简图，介绍用简单的符号和图形表示机器的组成和传动原理。

第一节平面运动副一、平面运动构件的自由度平面机构是指组成机构的各个构件均平行于同一固定平面运动。

组成平面机构的构件称为平面运动构件。

两个构件用不同的方式联接起来，显然会得到不同形式的相对运动，如转动或移动。

为便于进一步分析两构件之间的相对运动关系，引入自由度和约束的概念。

如图1-1所示，假设有一个构件2，当它尚未与其它构件联接之前，我们称之为自由构件，它可以产生3个独立运动，即沿x方向的移动、沿y方向的移动以及绕任意点A的转动，构件的这种独立运动称为自由度。

可见，作平面运动的构件有3个自由度。

如果我们将硬纸片（构件2）用钉子钉在桌面（构件1）上，硬纸片就无法作独立的沿x或y方向的运动，只能绕钉子转动。

这种两构件只能作相对转动的联接称为铰接。

对构件某一个独立运动的限制称为约束条件，每加一个约束条件构件就失去一个自由度。

图1-1 自由构件二、运动副的概念机构是具有确定相对运动的若干构件组成的，组成机构的构件必然相互约束，相邻两构件之间必定以一定的方式联接起来并实现确定的相对运动。

这种两个构件之间的可动联接称为运动副。

例如两个构件铰接成运动副后，两构件就只能绕轴在同一平面内作相对转动，称为转动副，见图1-2a)、b)所示。

又如图1-2d)所示，一根四棱柱体1穿入另一构件2大小合适的方孔内，两构件就只能沿轴线X作相对移动，称之为移动副；图1-2c)所示为车床刀架与导轨构成的移动副。

我们日常所见的门窗活叶、折叠椅等均为转动副，推拉门、导轨式抽屉等为移动副。

图1-2 平面低副三、运动副的分类两构件只能在同一平面作相对运动的运动副称为平面运动副。

构成运动副的点、线或面称为运动副元素，根据运动副元素的不同，平面运动副可分为低副和高副。

《机械设计基础1》期末复习填空题1.机械是机器和机构的统称。

2.从制造的角度看，机器是由若干个零件装配而成；从运动的角度看，机器是由若干个运动的单元所组成，这种运动单元称为构件。

3.平面任意力系向一点简化可得到一个与简化中心无关的力偶和一个与简化中心有关的力。

4.在平面力系中各力的作用线全部汇交于一点，那么称此力系为平面汇交力系。

5.在平面力系中各力的作用线既不汇交于一点，相互间也不全部平行，那么称此力系为空间力系。

6.零件产生剪切变形时，一般都伴随着挤压变形，即联接件的接触面发生压陷现象。

7.梁的三种基本形式为简支梁、外伸梁、悬臂梁。

8.利用材料的强度条件，可以解决三大类工程实际问题：校核强度、求最小截面尺寸（截面尺寸设计）、确定许用载荷。

9.平面高副是两构件以点或线接触构成的运动副，它给构件的相对运动引入一个约束条件；平面低副是两构件以面接触构成的运动副，它给构件的相对运动引入两个约束条件。

10.若平面四杆机构中的运动副都是转动副时，称为铰链四杆机构，根据其两两连架杆运动形式的不同有三种基本形式，分别是曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

11.轴向拉伸和压缩时，内力垂直于横截面并通过其形心，所以内力称为轴力。

12. 单位长度上的绝对变形称之为 相对变形或线应变 。

13. 塑性金属材料的极限应力是σs ，称为 许用应力 。

14. 剪力是剪切面上 分布内力 的合力。

15. 扭转变形的受力特点是：垂直于轴线的平面受到 大小相等 、 方向相反 的两个力偶作用。

16. 杆件各横截面绕轴线发生相对转动，这种变形称之为 扭转变形 。

17. 由轴传递的功率和转速，通过公式计算作用于轴上的外力偶矩。

18. 作用在轴上的外力是力偶，横截面上内力偶与之平衡，内力偶之矩称为 扭矩 。

19. 杆件的基本变形有：拉压变形，剪切变形、和 扭转变形 。

单选题1. 圆轴扭转剪应力 C 。

A. 与扭矩和极惯性矩都成正比；B. 与扭矩成反比，与极惯性矩成正比C. 与扭矩成正比，与极惯性矩成反比；D. 与扭矩和极惯性矩都成反比2. 插销穿过水平放置的平板上的圆孔（如右图），在其下端受有拉力P 。

第1-4章自测题1.零件的截面形状一定，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2.零件的形状、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3.零件表面经淬火、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4.绘制设计零件的σm－σa极限应力简图时，所必须的已知数据是___________。

（1）σ－1，σ0，σs,Kσ（2）σ－1，σ0，σs, KσD（3）σ－1，σs, ψσ，Kσ（4）σ－1，σ0，ψσ, KσD5.已知45钢调制后的力学性能为：σb=620MPa，σs=350MPa，σ-1=280MPa，σ0=450MPa。

则ψσ为__________。

（1）1.6 （2）2.2 （3）0.24 （4）0.266. 一零件由45钢制成，材料的力学性能为：σs=360MPa，σ-1=300 MPa，ψσ=0.2。

已知零件上的最大工作应力σmax=190MPa，最小工作应力σmin=110MPa，应力变化规律为σ=常数，弯曲疲劳极限的综合影响系数K d=2.0，试分别用图解法和计算法确定该零件的计m算安全系数。

题6图常见问答题：第一章1.问：机器的基本组成要素是什么？答：机械零件2.问：什么是零件？答：零件是组成机器的不可拆的基本单元，即制造的基本单元。

3.问：什么是通用零件？答：在各种机器中经常都能用到的零件，如：齿轮、螺钉等。

4.问：什么是专用零件？答：在特定类型的机器中才能用到的零件，如：涡轮机的叶片、内燃机曲轴等。

5.问：什么是部件？答：由一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合体叫做部件，如减速器、离合器等。

6.问：什么是标准件？答：经过优选、简化、统一，并给以标准代号的零件和部件称为标准件。

机械设计练习（一）一、单项选择题（每题1分,共20分）。

1. 采用螺纹联接时，若被联接件总厚度较大,且材料较软，强度较低，需要经常拆装的情况下,一般宜采用 . ( C )A。

普通螺栓联接 B.铰制孔用螺栓联接 C.双头螺柱联接2。

紧联接螺栓按拉伸强度计算时,考虑到拉伸和扭转的联合作用，应将拉伸载荷增至. ( B ）A.0.3倍B。

1。

3倍C。

1。

7倍3. 在承受轴向变载荷的紧螺栓联接中，采用空心杆螺栓的作用是。

（ B ）A。

减轻联接的重量B。

减小螺栓刚度，降低应力幅C。

增加联接的紧密性4. 螺纹的公称直径(管螺纹除外)是指它的。

( B ）A。

内径d1 B.大径d C。

中径d25。

在螺纹联接常用的防松方法中，当承受冲击或振动载荷时，无效的方法是 ( C )A。

采用开口销与六角开槽螺母B。

采用胶接或焊接的方法 C.设计时使螺纹联接具有自锁性能6。

承受轴向拉伸工作载荷的紧螺栓联接，设预紧力为F0，工作载荷为F，则螺栓承受的总拉力F2。

（ A ）A。

小于F0+F B.等于F0+F C。

大于F0+F7. 在滑动螺旋是设计计算中，限制螺纹工作面上的压力p，主要是为了.（ C)A.使材料硬度低的螺母避免被压坏B。

防止接触面上应力过大而产生疲劳点蚀C减轻工作面的磨损8。

常用螺纹的牙形有三角形、矩形、梯形和锯齿形等，其中用于联接和用于传动的牙形分别为。

（ A ）A.第一种和第三种B.第二种和第三种C。

第三种和第一种9. 普通螺纹联接中的松联接和紧联接之间的主要区别是：松联接的螺纹部分不承受。

( B ）A.拉伸作用B。

扭转作用C。

弯曲作用10。

用两个普通螺栓将两块钢板联接起来.已知每块板所受横向力为F，接合面间的摩擦系数f=0。

15，为使联接可靠,应使摩擦力比外载荷大20%，则每个螺栓需要的预紧力为( C )A。

0.5F B。

2F C。

4F11. 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附阻力的摩擦状态称为（ C )A.液体摩擦B。

1、机器由原动机部分、传动部分、执行部分、控制部分组成。

2、带传动的主要失效形式:带的疲劳损坏和打滑。

4、联接可分为可拆联接和不可拆联接。

5、螺纹联接又可分为：螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接。

6、螺纹联接的防松措施：摩擦防松、机械防松、永久防松。

7、销联接分类：定位销、联接销、安全销。

8、键联接分为：平键联接、半圆键联接、花键联接。

9、轴功用分类：传动轴、心轴、转轴。

10、联轴器分两大类：刚性联轴器和挠性联轴器。

11、轴承有：滑动轴承和滚动轴承；滑动轴承按承受载荷分为：向心轴承和推力轴承。

12、①含油轴承定义：一般将青铜、铁或铝等金属粉末与石墨调匀，压形成轴瓦，经高温烧结，即得到类似陶瓷结构的非致密、多孔性轴瓦，把它在润滑油中充分侵润后，微孔中充满了润滑油，故称为含油轴承。

含油轴承用粉末冶金材料制成。

②含油轴承特点：强度较低、不耐冲击，结构简单、价格便宜。

13、滚动轴承: 优点：①、摩擦阻力小，起动灵敏，效率高，发热少温升低；②、轴向尺寸有利于整机机构的紧凑和简化；③、径向间隙小，并且可以用预紧方法调整间隙，因此旋转精度高；④、润滑简单，耗油量小，维护保养方便；⑤、标准件，大批量生产供应市场，性价比高，使用更换也方便。

缺点：径向尺寸较大，承受冲击载荷的能力不高，高速运转时声响较大，工作寿命不长。

14、滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体和保持架。

15、a、滚动轴承的代号：由前置代号、基本代号、后置代号；b、基本代号由轴承类型代号、尺寸系列代号、内径代号组成。

16、滚动轴承结构形式：双支点单向固定支承、单支点双向固定支承、双支点游动支承。

17、润滑剂分为：润滑油和润滑脂。

18、滚动轴承的密封分为：接触式和非接触式。

28、铰链四杆机构的三种基本形式：①曲柄摇杆机构（农用人力脱粒机、液体搅拌机、儿童游乐场中的摇马、缝纫机）、②双曲柄机构（火车车轮的联动机构、雨伞）、③双摇杆机构（电风扇摇头机构、汽车刮水器）。

机械设计习题机械设计总论习题1-1、设计机器时应满足哪些基本要求?设计机械零件时应满足哪些基本要求?1-2 、机械零件主要有哪些失效形式?常用的计算准则主要有哪些?1-3 、什么是零件的强度要求?强度条件是如何表示的?如何提高零件的强度?1-4、机械的现代设计方法与传统设计方法有哪些主要区别?零件的强度习题2-1、已知循环特性r=0.125, σm= -225MPa,求σmax、、σmin、σa。

2-2、弯曲疲劳极限的综合影响系数Kσ的含义是什么?它与哪些因素有关?它对零件的疲劳强度和静强度各有何影响?2-3、在单向稳定变应力下工作的零件，如何确定其极限应力?2-4、疲劳损伤线性累积假说的含义是什么?写出其数学表达式。

摩擦、磨损及润滑习题3-1、机械中有几种摩擦？各有何特点？3-2、磨损过程分为几个阶段？怎样跑合可以延长零件的寿命？3-3、边界摩擦的特征为摩擦表面间形成一层很薄的边界膜，问有几种边界膜？它们之间的区别是什么？3-4、获得流体动压润滑的基本条件是什么？螺栓联接与螺旋传动习题5-1 如图所示的底板螺栓组联接爱外力FΞ的作用。

外力FΞ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？保证联接安全工作的必要条件有哪些？题5-1图5-2题目：图示刚性联轴器取4个M16小六角头铰制孔用螺栓，螺栓材料为45钢，受剪面处螺栓直径为φ17mm，其许用最大扭矩T=1.5kN·m（设为静载荷），试校核其强度。

联轴器材料HT250。

图5-2图5-3：上题的刚性联轴器中，若采用M16受拉螺栓，靠两半联轴器的接合面间产生的摩擦力来传递扭矩，螺栓材料为45钢，接合面间的摩擦系数f=0.16，安装时不控制预紧力，试决定螺栓数（螺栓数应为双数）。

5-4、如图，缸径D=500mm，蒸汽压力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。

23、基圆以内无渐开线。

………………………………………………（√）24、在直齿圆柱齿轮传动中，忽略齿面的摩擦力，则轮齿间受有圆周力、径向力和轴向力三个力作用。

……………………………………（×）25、蜗杆传动一般用于大速比的场合。

………………………………（√）26、蜗杆传动一般用于传动大功率、大速比的场合。

………………（×）27、定轴轮系的传动比等于始末两端齿轮齿数之反比。

……………（×）28、楔键的顶底面是工作面。

…………………………………………（√）29、设计键联接时，键的截面尺寸通常根据传递转矩的大小来选择。

…………………………………………………………………（×）30、在螺纹联接的结构设计中，通常要采用凸台或凹坑作为螺栓头和螺母的支承面，其目的是使螺栓免受弯曲和减小加工面。

…………（√）二、填空题（试题库出题至少20题）1.现代工业中主要应用的传动方式有：_机械传动_、_液压传动__、_气动传动__和电气传动等四种。

2.按两构件的接触形式的不同，运动副可分为_高副_和_低副_两大类。

3.螺纹按照其用途不同，一般可分为_联接螺纹_和传动螺纹__两大类。

4.滚动轴承主要由_内圈_ 、_外圈_ 、_滚动体和保持架等组成。

5.机械式联轴器分为_刚性联轴器、_挠性_联轴器和__安全__联轴器三大类。

6.齿轮轮齿的加工方法常用的分为_仿形法_和_范成法(展成法)_两大类。

7.机器或机构各部分之间应具有确定运动__运动。

机器工作时，都能完成有用的_机械功_或实现转换_能量_。

8.轴上安装零件有确定的位置，所以要对轴上的零件进行_周向_固定和_轴向固定。

9.构件是机器的运动单元体；零件是机器的制造单元体；部件是机器的装配单元体。

10.运动副是使两构件接触，同时又具有确定相对运动的一种联接。

平面运动副可分为低副和高副。

11.运动低副可分为转动副和移动副。

12.在机构中采用虚约束的目的是为了改善机构的工作情况和受力情况。

1.传动带的分类，带传动的设计准那么、运动分析、应力分析、弹性滑动现象。

分类：按工作原理不同，带传动分为摩擦型带传动和啮合型带传动。

摩擦型带传动，按传动带的横截面积外形不同，分为平带传动，圆带传动，V 带传动，多楔带传动；啮合型带传动也称为同步带传动。

设计准那么：在保证不打滑的条件下，带传动具有一定的疲乏强度和寿命。

运动分析：在安装带传动时，传动带即以一定的预紧力F0紧套在两个带轮上。

由于预紧力F0的作用。

带和带轮的接触面上就产生了正压力。

带传动不工作时传动带两边的拉力相等，都等于F0〔如以下左图所示〕。

F 1＋F 2＝2F 0紧边拉力F 1松边拉力F 2有效拉力F e ，总摩擦力F f 即等于带所传递的有效拉力，即有：F e ＝F f ＝F 1－F 2F 1＝F 0+F e /2 F 2＝F 0-F e /2P=F e v /1000最小初拉力〔F 0〕min 临界摩擦力Ffc 或临界有效拉力Fec,Fec=Ffc=2〔F 0〕min fa fa e e 1111+-应力分析：,/1000000A P =ρ弹性滑动现象：带传动在工作时，带受到拉力后要产生弹性变形。

在小带轮上，带拉力从F 1落低到F 2，带的弹性变量减少，因此带相对小带轮向后退缩，使带速度比小带轮速度v1小;在大带轮上，带拉力F2上升为F 1，带的弹性变量增加，因此带相对大带轮向前伸长，使带速度比大带轮速度v2大。

这种由于带的弹性变形面引起的带与带轮间的微量滑动，称为带传动的弹性滑动。

总有紧松边，因此总有滑动而无法防止。

2.螺纹连接的防松方法、螺栓联接计算防松答：一、摩擦防松：1对顶螺母2弹簧垫圈3自锁螺母二、机械防松：1开口销与六角开槽螺母2止动垫圈3串联钢丝三、破坏螺旋副运动关系防松：1铆合2冲点3涂胶粘剂螺栓联接计算1受横向载荷的螺栓组连接横向总载荷F∑，每个螺栓的横向工作剪力为F,z螺栓数目，i接合面数，f接合面摩擦系数，KS 防滑系数，各螺栓所需的预紧力均为F，那么平衡条件是fziF≥KSF∑得F≥KSF∑/fzi2受转矩的螺栓组连接3受轴向载荷的螺栓组连接4受倾覆力矩的螺栓且连接5松螺栓连接强度计算6紧螺栓连接强度计算4.齿轮的失效形式。