机械设计大题分析解析

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 0.227102.6105180956930113=⨯⨯⨯==--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-=- σΦσσ+=∴-121MPa 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2.14554==d D ，067.0453==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35.211191.0175.069.1111k =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=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 =②C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。

1、螺纹联接的防松的原因和措施是什么?答：原因——是螺纹联接在冲击，振动和变载的作用下，预紧力可能在某一瞬间消失，联接有可能松脱，高温的螺纹联接，由于温度变形差异等原因，也可能发生松脱现象，因此在设计时必须考虑防松。

措施——利用附加摩擦力防松，如用槽型螺母和开口销，止动垫片等，其他方法防松，如冲点法防松，粘合法防松。

2、提高螺栓联接强度的措施答：（1）降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围：a，为了减小螺栓刚度，可减螺栓光杆部分直径或采用空心螺杆，也可增加螺杆长度；b，被联接件本身的刚度较大，但被链接间的接合面因需要密封而采用软垫片时将降低其刚度，采用金属薄垫片或采用O形密封圈作为密封元件，则仍可保持被连接件原来的刚度值。

（2）改善螺纹牙间的载荷分布，（3）减小应力集中，（4）避免或减小附加应力。

3、轮齿的失效形式答：（1）轮齿折断，一般发生在齿根部分，因为轮齿受力时齿根弯曲应力最大，而且有应力集中，可分为过载折断和疲劳折断。

（2）齿面点蚀。

（3）齿面胶合。

（4）齿面磨损。

（5）齿面塑性变形。

4、齿轮传动的润滑答：开式齿轮传动通常采用人工定期加油润滑，可采用润滑油或润滑脂，一般闭式齿轮传动的润滑方式根据齿轮的圆周速度V的大小而定，当V<＝12时多采用油池润滑，当V>12时，不宜采用油池润滑，这是因为（1）圆周速度过高，齿轮上的油大多被甩出去而达不到啮合区，（2）搅由过于激烈使油的温升增高，降低润滑性能，（3）会搅起箱底沉淀的杂质，加速齿轮的磨损，常采用喷油润滑。

5、为什么蜗杆传动要进行热平衡计算及冷却措施答：由于蜗杆传动效率低，发热量大，若不及时散热，会引起箱体内油温升高，润滑失效，导致齿轮磨损加剧，甚至出现胶合，因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算。

措施：1）增加散热面积，合理设计箱体结构，铸出或焊上散热片，2）提高表面传热系数，在蜗杆轴上装置风扇，或在箱体油池内装设蛇形冷却水管。

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-⨯-⨯=11-6 解F =H L P P n --23=111283-⨯-⨯=11-7 解F =H L P P n --23=011283-⨯-⨯=21-8 解F =H L P P n --23=18263-⨯-⨯=11-9 解F =H L P P n --23=24243-⨯-⨯=21-10 解F =H L P P n --23=212293-⨯-⨯=11-11 解F =H L P P n --23=24243-⨯-⨯=21-12 解F =H L P P n --23=03233-⨯-⨯=32-1 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。

题2-5图解 : （ 1 ）由题意踏板CD 在水平位置上下摆动 10，就是曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置，此时曲柄与连杆处于两次共线位置。

《机械设计》课程试题（一）一、填空题(每空1分共31分)1、当一零件受脉动循环变应力时，则其平均应力是其最大应力的2、三角形螺纹的牙型角α＝，适用于，而梯形螺纹的牙型角α＝，适用于。

3、螺纹连接防松，按其防松原理可分为防松、防松和防松。

4、带传动在工作过程中，带内所受的应力有、和，最大应力发生在。

5、链传动设计时，链条节数应选数(奇数、偶数)。

链轮齿数应选数；速度较高时，链节距应选些。

6、根据齿轮设计准则，软齿面闭式齿轮传动一般按设计，按校核；硬齿面闭式齿轮传动一般按设计，按校核。

7、在变速齿轮传动中，若大、小齿轮材料相同，但硬度不同，则两齿轮工作中产生的齿面接触应力，材料的许用接触应力，工作中产生的齿根弯曲应力，材料的许用弯曲应力。

8、蜗杆传动的总效率包括啮合效率η、效率和效1= ，影响蜗杆传动总效率的主要因率。

其中啮合效率η1素是效率。

9、轴按受载荷的性质不同，分为、、。

10、滚动轴承接触角越大，承受载荷的能力也越大。

二、单项选择题(每选项1分,共11分)1、循环特性r=－1的变应力是应力。

A．对称循环变 B、脉动循环变 C．非对称循环变 D．静2、在受轴向变载荷作用的紧螺柱连接中，为提高螺栓的疲劳强度，可采取的措施是( )。

A、增大螺栓刚度Cb，减小被连接件刚度Cm B．减小Cb．增大Cm C．增大Cb和Cm D．减小Cb和Cm3、在螺栓连接设计中，若被连接件为铸件，则往往在螺栓孔处做沉头座孔．其目的是( )。

A．避免螺栓受附加弯曲应力作用 B．便于安装C．为安置防松装置4、选取V带型号，主要取决于。

A．带的线速度 B．带的紧边拉力c．带的有效拉力 D．带传递的功率和小带轮转速的主要几何参数5、对于标准齿轮传动，影响齿形系数YF是。

A．齿轮的模数 B．齿轮的压力角C．齿轮的齿数 D．齿轮的顶隙系数6、一斜齿圆柱齿轮传动，已知法向模数Mn＝4mm，齿数Z1=20，螺旋角β＝14032’2”，齿宽b1＝80，b2＝75mm，则该传动的齿宽系数φd等于——。

绪论1、机器的基本组成要素是什么【答】机械系统总是由一些机构组成，每个机构又是由许多零件组成。

所以，机器的基本组成要素就是机械零件。

2、什么是通用零件什么是专用零件试各举三个实例。

【答】在各种机器中经常能用到的零件称为通用零件。

如螺钉、齿轮、弹簧、链轮等。

在特定类型的机器中才能用到的零件称为专用零件。

如汽轮机的叶片、内燃机的活塞、曲轴等。

3、在机械零件设计过程中，如何把握零件与机器的关系【答】在相互连接方面，机器与零件有着相互制约的关系；在相对运动方面，机器中各个零件的运动需要满足整个机器运动规律的要求；在机器的性能方面，机器的整体性能依赖于各个零件的性能，而每个零件的设计或选择又和机器整机的性能要求分不开。

机械设计总论1、机器由哪三个基本组成部分组成传动装置的作用是什么【答】机器的三个基本组成部分是：原动机部分、执行部分和传动部分。

传动装置的作用：介于机器的原动机和执行部分之间，改变原动机提供的运动和动力参数，以满足执行部分的要求。

2、什么叫机械零件的失效机械零件的主要失效形式有哪些【答】机械零件由于某种原因丧失工作能力或达不到设计要求的性能称为失效。

机械零件的主要失效形式有1）整体断裂；2）过大的残余变形（塑性变形）；3）零件的表面破坏，主要是腐蚀、磨损和接触疲劳；4）破坏正常工作条件引起的失效：有些零件只有在一定的工作条件下才能正常工作，如果破坏了这些必要的条件，则将发生不同类型的失效，如带传动的打滑，高速转子由于共振而引起断裂，滑动轴承由于过热而引起的胶合等。

3、什么是机械零件的设计准则机械零件的主要设计准则有哪些【答】机械零件的设计准则是指机械零件设计计算时应遵循的原则。

机械零件的主要设计准则有：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则4、绘出浴盆曲线并简述其含义【答】浴盆曲线是失效率曲线的形象化称呼，表示了零件或部件的失效率与时间的关系，一般用实验方法求得。

浴盆曲线分为三段：第Ⅰ段代表早期失效阶段，失效率由开始时很高的数值急剧地下降到某一稳定的数值；第Ⅱ段代表正常使用阶段，失效率数值缓慢增长；第Ⅲ段代表损坏阶段，失效率数值由稳定的数值逐渐急剧上升。

机械设计基础试题及解析一、轮系的计算1．在图示轮系中，已知各轮齿数为Z1=Z3=30，Z2=90，Z2’=40，Z3’=40，Z４=30，试求传动比i1H，并说明Ｉ、Ｈ轴的转向是否相同？2．在图示轮系中，已知各轮齿数为Z1 =15，Z2=20， Z2’ = Z3’= Z４=30， Z3=40，Z 5= 90，试求传动比IⅠⅡ，并说明Ｉ、Ⅱ轴的转向是否相同？3.在图示轮系中，已知各轮齿数为Z1=1（右旋蜗杆）， Z2=40 ，Z2’= 24，Z3=72，Z,3=18，Z4= 114.1、该轮系属于何种轮系2、求轮系的传动比i1H，并在图中标出系杆Ｈ的转向。

4.在图示轮系中，已知各轮齿数为Z1= 20，Z 2=30，Z2’= 50， Z3=80， n1=50r/min，方向如图所示，试求nH的大小和方向。

5.在图示轮系中，已知各轮齿数为Z1= Z4=20，ⅠⅠⅡZ 2= Z 5=30，Z 3= Z 6=100，试求传动比i 1H 。

6.在图示轮系中，已知各轮齿数为Z 1=100， Z 2=40，Z 2’=30， Z 3=90， Z ,3=50， Z 4=2(右旋)， n 1=200r/min ，n 4=1250r/min ，转向如图所示，试求n Ｈ的大小及方向。

7.在图示轮系中，已知各轮齿数为Z 1=15， Z 2=25，Z 2’=20， Z 3=20， Z 4=60，Z 4’= 55， n 1=110r/min ，转向如图所示，试求n h 的大小及转向。

8.某起重装置，其运动简图所图所示，已知各轮齿数为Z 1=Z 2=20，Z 3=60，Z 4=2(蜗杆)， Z 5=40，n 1的转向如图所示，试求 1、该轮系属于何种轮系？ 2、i 15的大小;3、此时重物Ｗ是上升还是下落？三、作图题（按作图规则作图，图线清晰） 1.凸轮为一偏心圆盘。

圆盘半径Ｒ=25mm 心到圆盘中心的距离l AB =10mm 。

机械设计试卷一、选择题（共30分、每小题2分）1、链传动作用在轴和轴承上的载荷比带传动要小，这主要是因为（ C ）。

A、链传动只用来传递较小功率B、链速较高，在传递相同功率时圆周力小C、链传动是啮合传动，无需大的张紧力D、链的质量大，离心力大2、直齿圆柱齿轮传动，当齿轮直径不变，而减小模数增加齿数时，则（ C ）。

A、提高了轮齿的弯曲强度B、提高了齿面的接触强度C、降低了轮齿的弯曲强度D、降低了齿面的接触强度3、受中等冲击载荷、支承刚度较差、速度较高的两轴之间宜选用（ A ）。

A．弹性柱销联轴器 B．凸缘联轴器C. 十字滑块联轴器 D．万向联轴器4、带传动工作时，设小带轮为主动轮，则带的最大应力发生在带（ C ）。

A．进入大带轮处 B．离开大带轮处C. 进入小带轮处 D．离开小带轮处5、有一减速器传动装置由带传动、链传动和齿轮传动组成，其安排顺序以方案（ A ）为好。

A．带传动齿轮传动链传动B．链传动齿轮传动带传动C．带传动链传动齿轮传动D．链传动带传动齿轮传动6．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7．为联接承受横向工作载荷的两块薄钢板，一般采用的螺纹联接类型应是（ A ）。

A．螺栓联接 B. 双头螺柱联接C．螺钉联接 D. 紧定螺钉联接8．齿面硬度HB≤350HBS的闭式钢制齿轮传动中，主要失效形式为（ B ）。

A．齿面磨损 B．齿面点蚀C．齿面胶合 D. 轮齿折断9.不完全液体润滑滑动轴承，验算][pvpv 是为了防止轴承（ B ）。

A. 过度磨损B. 过热产生胶合C. 产生塑性变形D. 发生疲劳点蚀10、对于温度变化不大的短轴，考虑结构简单，轴承部件的轴向固定方式宜采用（ A ）。

A．两端固定 B．两端游动C．一端固定一端游动 D．A，B，C均可以11、在蜗杆传动设计中，除规定模数标准化外，还规定蜗杆直径d1取标准，其目的是（ B ）。

机械设计基础试题和答案及解析A卷⼀、简答与名词解释(每题5分，共70分)1. 简述机构与机器的异同及其相互关系答. 共同点：①⼈为的实物组合体；②各组成部分之间具有确定的相对运动；不同点：机器的主要功能是做有⽤功、变换能量或传递能量、物料、信息等；机构的主要功能是传递运动和⼒、或变换运动形式。

相互关系：机器⼀般由⼀个或若⼲个机构组合⽽成。

2. 简述“机械运动”的基本含义答. 所谓“机械运动”是指宏观的、有确定规律的刚体运动。

3. 机构中的运动副具有哪些必要条件？答. 三个条件：①两个构件；②直接接触；③相对运动。

4. 机构⾃由度的定义是什么？⼀个平⾯⾃由构件的⾃由度为多少？答. 使机构具有确定运动所需输⼊的独⽴运动参数的数⽬称机构⾃由度。

平⾯⾃由构件的⾃由度为3。

5. 机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多于机构的⾃由度时，机构的运动将发⽣什么情况？答. 机构具有确定运动条件：⾃由度＝原动件数⽬。

原动件数⽬<⾃由度，构件运动不确定；原动件数⽬>⾃由度，机构⽆法运动甚⾄构件破坏。

6. 铰链四杆机构有哪⼏种基本型式？答. 三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

7. 何谓连杆机构的压⼒⾓、传动⾓？它们的⼤⼩对连杆机构的⼯作有何影响？以曲柄为原动件的偏置曲柄滑块机构的最⼩传动⾓minγ发⽣在什么位置？答. 压⼒⾓α：机构输出构件（从动件）上作⽤⼒⽅向与⼒作⽤点速度⽅向所夹之锐⾓；传动⾓γ：压⼒⾓的余⾓。

α＋γ≡900。

压⼒⾓（传动⾓）越⼩（越⼤），机构传⼒性能越好。

偏置曲柄滑块机构的最⼩传动⾓γmin发⽣在曲柄与滑块移动导路垂直的位置8. 什么是凸轮实际轮廓的变尖现象和从动件（推杆）运动的失真现象？它对凸轮机构的⼯作有何影响？如何加以避免？答. 对于盘形凸轮，当外凸部分的理论轮廓曲率半径ρ与滚⼦半径r T相等时：ρ=r T，凸轮实际轮廓变尖（实际轮廓曲率半径ρ’=0）。

1. 带传动中设计中，小带轮的直径为什么不宜太小？【答案】因带轮的直径愈小，带弯曲得愈厉害，则带的弯曲应力愈大，带的寿命会降低，故带轮直径不宜过小。

2.V带传动中对带速有何要求？为什么？如果带速不在要求的范围，应如何调整？【答案】V带传动的带速要求在5m/s-25m/s的范围，因为传递相同功率的情况下，带速越小，需要的圆周力越大，容易打滑；如果带速过高，离心力较大，带与带轮之间的正压力减小，摩擦力减小，也容易产生打滑现象。

在V带传动设计中，若带速不在要求的范围，应重选小带轮直径。

3. V带传动对带轮包角有何要求？为什么？如果包角过小应如何进行调整？【答案】V带传动中带轮的包角要求α≥120°。

因为包角越大，带与带轮的接触弧长越长，摩擦力越大，传动能力越强。

在设计中，如果包角过小，应调整V带中心距。

4. 带传动中，张紧轮安装在内侧和外侧各有何利弊？对平带传动和V带传动，张紧轮分别应安装在什么位置？【答案】在带传动中，张紧轮安装在外侧，可增大带轮包角，提高传动能力，但皮带受反向弯曲，其寿命会降低；如果安装在外侧则会减小带轮包角，降低传动能力。

对平带传动张紧轮应安装在外侧靠近小带轮，以增大小带轮包角；对V 带传动应安装在内侧靠近大带轮，以免皮带反向弯曲。

5. 在一组V带中，当其中一根失效时，应怎样更换？为什么？【答案】如果一组V带中的其中一根损坏，应全组更换。

因为旧皮带因长期受拉而造成新旧带长度不一样，如果新旧带混在一起的话，其受载会不均匀，新带由于受力较大很容易损坏。

6. 在链传动、齿轮传动、带传动组成的多级传动中，带传动和链传动分别宜布置在哪一级？为什么？【答案】在链传动、齿轮传动、带传动组成的多级传动中，带传动应布置在高速级，因为在传递相同功率的情况下，速度较低，它需要的圆周力会较大，容易打滑。

而链传动应布置在低速级，因为链传动瞬时传动比不准确，在高速的情况下，会引起较大的冲击。

7. 螺纹连接的基本形式有哪些？分析它们各适合用于何种场合？【答案】螺纹联接的基本形式有：螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接和紧定螺钉联接。