第二章 零件的工作能力及计算准则 2-1 设计机器时应满足哪些

机械设计课程习题集（填空、简答、计算题部分）（第一章~第五章）第一章 机械设计概论填空题1-1 大多数机器都由( )、( )、( )三部分组成。

1-2 机械设计课程研究的对象是( )，研究的目的是( )。

1-3 进行机器设计时，除了要满足使用和经济方面的要求外，还要满足( )和( )方面的要求。

问答题1-4 写出下列标准代号的中文名称：GB JB ISO 1-5 解释下列名词： 零件构件 通用零件 专用零件1-6 简述机器和机械零件的设计过程。

1-7 简述机械零件标准化、系列化和通用化的意义。

1-8 机械零件有哪些主要的失效形式？ 1-9 设计机械零件时应满足哪些基本要求？第二章 机械零件的工作能力和计算准则选择题2-1 限制齿轮传动中齿轮的接触宽度是为了提高齿轮的( )。

A 硬度 B 强度 C 刚度 D 工艺性 2-2 因为钢材的种类和热处A -1B 0C 0.5D 1 2-4 改变轴的支承位置时，轴的刚度( )。

A 增大B 减小C 不变D 可能增大也可能减小 2-5 增大零件的刚度，其抗冲击的能力( )。

A 增大 B 减小 C 不变 D 不一定2-6 圆柱与圆柱间的接触应力σH 与所受载荷F 的关系是( )。

AF H ∝σ B 2/1F H ∝σ C 3/1F H ∝σ D 理对弹性模量影响甚小，欲采用合金钢和热处理来提高零件的( )并无实效。

A 硬度B 强度C 刚度D 工艺性 2-3 静应力的循环特性r=( )。

4/1F H ∝σ填空题2-7 稳定循环变应力的三种基本形式是( )、( )和( )。

2-8 有一传动轴的应力谱如图所示。

则其应力幅a τ=( )、平均应力τ τm τ=( )、循环特性r =( )。

2-9 低副连接的零件的连接表面产生的应力称为( )，高副连接的零件的连接表面产生的应力称为( )。

2-10 零件发生的( )现象称为振动。

2-11 零件或系统在规定的时间内和规定的条件下能正常工作的概率称为( )。

第2章 机械零件的工作能力本章提示:本章介绍了影响机械零件工作能力的各项因素，并提出了满足零件工作能力的计算准则。

强度准则是最重要的设计准则。

本章把各种零件强度计算的共性问题集中到一起，略去零件的具体内容，而突出阐述强度设计计算的基本理论和方法。

基本要求:1）了解机械零件强度的基本概念和强度条件表达式的一般形式。

2）熟悉变应力的类型和特征。

3）了解影响零件疲劳强度的因素及其考虑方法，并能查阅有关图表。

4）了解机械零件的表面强度概念 。

2.1 概述机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。

在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度，称为工作能力。

通常此限度是对载荷而言，所以习惯上又称为承载能力。

零件的失效可能由于：断裂或塑性变形；过大的弹性变形；工作表面的过度磨损或损伤；发生强烈的振动；联接的松弛；摩擦传动的打滑等。

例如，轴的失效可能由于疲劳断裂；也可能由于过大的弹性变形（即刚度不足），致使轴颈在轴承中倾斜，若轴上装有齿轮则轮齿受载便不均匀，以致影响正常工作。

在前一情况下，轴的承载能力决定于轴的疲劳强度；而在后一情况下则取决于轴的刚度。

显然，两者中的较小值决定了轴的承载能力。

又如，轴承的润滑、密封不良时，轴瓦或轴颈就可能由于过度磨损而失效。

此外，当周期性干扰力的频率与轴的自振频率相等或接近时，就会发生共振，这种现象称为失去振动稳定性，共振可能在短期内使零件损坏。

机械零件虽然有多种可能的失效形式，但归纳起来最主要的为强度、刚度、耐磨性、稳定性和温度的影响等几个方面的问题。

对于各种不同的失效形式，相应地有各种工作能力判定条件。

例如，当强度为主要问题时，按强度条件判定，即应力小于等于许用应力；当刚度为主要问题时，按刚度条件判定，即变形量小于等于许用变形量；等等。

判定条件可概括为计算量小于等于许用量。

这种为防止失效而制定的判定条件，通常称为工作能力计算准则。

设计机械零件时，常根据一个或几个可能发生的主要失效形式，运用相应的判定条件，确定零件的形状和主要尺寸。

0. 4机械零件的工作能力和计算准则
1.机械.件的工作能力
零件的工作能力是指在一定的运动、载荷和环境情况下，在顶定的使用期限内. 不发生失效的安全工作限度。

衡t零件工作能力的指标称为零件的工作能力准则。

主要准则有:强度、肘度，耐磨性、振动德定性和耐热性。

它们是汁算并确定零件葵本尺寸的主要依据.故称为计算准则.对于具体的军件，应根据它们的主要失效形式，
采用相应的汁算准喇。

帆械遥计基从
泊且反俄
┌────────────────────┐
│视出设计方泉(翻定可供比软的多种设计方案.│
│从中选取.佳方案，│
└────────────────────┘
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│幼构份」十眯成琦工加，的总城阅、│
│乖什田和往术文件)
│
└────────────────────┘
圈0-5机撼设计的一般过租
2.机械.件的计，准J.
1)任度准列
强度是保证机械零件T作能力的最基本要求。

若零件的强度不够，不仅因为零件的失效使机械不能正常工作.还可能导致安全事故.
零件的双度分为体积强度和表面接触强度.零件在载荷作用下，如果产生的应
力在较大的体积内.则这种应力状态下的零件强度称为体积强度(通常简称强度)。

若两零件在受载前后由点、线接触变为小表面积接触.且其表面产生很大的局部内力‘称为接触应力).这时军件的张度称为表固接触强度(简称接触强度)。

若军件的强度不够，就会出现整体断裂、表面接触疲劳或塑性变形等失效而丧失工作能力。

所以，设计军件时，必须满足张度要求.而强度的计算准。

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机械设计第二章机械零件的计算准则机械设计是指为了解决特定的工程问题而设计和制造机械部件，其中机械零件是机械设计的重要组成部分。

机械零件的计算准则是指在机械设计中，对机械零件的尺寸、材料和性能等方面进行合理计算和选择的准则。

机械零件的计算准则包括零件的强度计算、刚度计算、精度计算和动态计算等方面，下面将对这些方面进行详细介绍。

首先是机械零件的强度计算。

机械零件在工作过程中承受力的作用，必须满足一定的强度要求，以保证零件不发生破坏。

强度计算主要包括静态强度计算和疲劳强度计算两个方面。

静态强度计算是指在零件处于静止状态时，根据应力和应变的关系，计算零件是否满足强度要求。

疲劳强度计算是指在零件处于循环载荷作用下，计算零件的疲劳寿命，以确定零件的可靠性。

其次是机械零件的刚度计算。

刚度计算是指根据机械零件在工作过程中所需要承受的载荷，计算零件的刚度，以保证零件在工作过程中不发生过大的变形。

刚度计算包括静刚度计算和动刚度计算两个方面。

静刚度计算是指在零件处于静止状态时，计算零件的刚度。

动刚度计算是指在零件处于运动状态时，根据零件的动力学参数，计算零件的刚度。

再次是机械零件的精度计算。

精度计算是指对机械零件的尺寸、形状和位置等进行计算和控制，以保证机械零件的工作精度。

精度计算主要包括尺寸精度计算和形位精度计算两个方面。

尺寸精度计算是指根据零件的功能、工艺要求和装配要求，计算零件的尺寸公差，以保证零件的尺寸精度。

形位精度计算是指对机械零件的形状和位置进行计算和控制，以保证零件的形位精度。

最后是机械零件的动态计算。

动态计算是指根据机械零件的工作条件和工作要求，计算零件的动态性能，以保证零件在工作过程中的稳定性和可靠性。

动态计算主要包括振动计算和运动学计算两个方面。

振动计算是指根据零件的固有频率和工作频率，计算零件的振动模态和振动幅度，以避免零件的共振和破坏。

运动学计算是指根据零件的运动要求和工作条件，计算零件的运动学性能，以满足工作的要求。

第二章机械零件的工作能力和计算准则㈠基本内容：1. 载荷和应力的分类2.机械零件强度3.机械零件表面强度4.机械零件刚度5.其他：要点提示，布置学生自学.㈡教学重点与难点：1重点：零件失效和工作能力的概念；载荷与应力的分类及其相互关系；机械零件强度的概念；提高机械零件强度的措施.2难点：载荷与应力的相互对应关系；零件的极限应力和许用应力；零件强度的表达方法；结构设计与工艺设计对零件强度的影响；零件结构设计方面的某些禁忌问题.㈢基本要求：1掌握零件失效和工作能力的概念；2掌握载荷与应力的分类及其相互关系；3掌握机械零件强度的概念及相关的影响因素；4了解提高机械零件强度的措施.失效——机械零件丧失工作能力或达不到设计要求的性能。

工作能力——零件不发生失效时的安全工作限度。

§2.1载荷与应力的分类载荷分类相关的名词定义：静载荷——不随时间变化或变化缓慢的载荷。

变载荷——随时间作周期性或非周期性变化的载荷。

名义载荷——由额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷。

计算载荷——用于机械零件的设计计算、校核计算的载荷值；数值上等于名义载荷乘以载荷系数。

载荷系数——用来估计实际载荷随时间作用的不均匀性和在零件上分布不均匀性及其它影响零件受力情况的系数。

应力分类相关的名词定义：静应力——不随时间变化或变化缓慢的应力；只能在静载荷下产生。

变应力——随时间变化的应力；不仅可由变载荷产生，也可由静载荷产生。

变应力的参数：可由中的任意两个来表示。

；；稳定变应力——平均应力、应力幅和周期不随时间变化。

稳定变应力分三种，分别是对称循环变应力r= -1;非对称循环变应力-1<r<+1,r≠0;脉动循环变应力r=0。

非稳定变应力——平均应力、应力幅和周期之中至少有一个随时间变化。

非稳定变应力又可分为规律性非稳定变应力和随机性非稳定变应力。

随机性非稳定变应力可以通过“数理统计”的方法转变成规律性非稳定变应力，而规律性非稳定变应力又可以通过“疲劳损伤积累假说”的Miner定律转变成“等效的稳定变应力”。

机械设计教程第三版答案1一2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)使整个技术系统和需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。

设计机械系统和需部件时，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。

1一4机械需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需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:确保需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:确保雾件不发生过大的弹性变形。

3.寿命准则:通常与需件的疲劳、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。