机械设计件完整版附带习题答案

第一章绪论（1）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？（2）答: 组成子系统及其功能如下:（3）驱动系统其功能是向机械提供运动和动力。

（4）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。

第二章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。

第三章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。

第四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。

（1）2-6 机械设计中常用材料选择的基本原则是什么？（2）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:②力学性能③物理性能④化学性能①材料的工艺性能应满足加工要求。

具体考虑以下几点:②铸造性③可锻性④焊接性⑤热处理性⑥切削加工性①力求零件生产的总成本最低。

主要考虑以下因素:②材料的相对价格③国家的资源状况④零件的总成本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。

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MPa1801=-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 σσN3-2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 0012σσσΦσ-=-σΦσσ+=∴-1210MPa 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==dD ，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 。

机械设计基础（上）绪论复习思考题1、试述构件和零件的区别与联系？2、何谓机架、原动件和从动件？第一章机械的结构分析复习思考题1、两构件构成运动副的特征是什么？2、如何区别平面及空间运动副？3、何谓自由度和约束？4、转动副与移动副的运动特点有何区别与联系？5、何谓复合铰链？计算机构自由度时应如何处理？6、机构具有确定运动的条件是什么？7、什么是虚约束？习题1、画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。

（a）(b) (c)2、一简易冲床的初拟设计方案如图。

设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A连的目的。

试绘出其机构运动简图，分析其运动是否确定，并提出修改措施。

3、计算图示平面机构的自由度；机构中的原动件用圆弧箭头表示。

(a) (b) (c)(d) (e) (f)第二章平面机构的运动分析复习思考题1、已知作平面相对运动两构件上两个重合点的相对速度12A A V 及12B B V 的方向，它们的相对瞬心P 12在何处？2、当两构件组成滑动兼滚动的高副时，其速度瞬心在何处？3、如何考虑机构中不组成运动副的两构件的速度瞬心？4、利用速度瞬心，在机构运动分析中可以求哪些运动参数？5、在平面机构运动分析中，哥氏加速度大小及方向如何确定？习题1、 试求出下列机构中的所有速度瞬心。

(a) (b)(c) (d)2、图示的凸轮机构中，凸轮的角速度ω1=10s -1，R =50mm ，l A0=20mm ，试求当φ=0°、45°及90°时，构件2的速度v 。

题2图凸轮机构题3图组合机构3、图示机构，由曲柄1、连杆2、摇杆3及机架6组成铰链四杆机构，轮1′与曲柄1固接，其轴心为B，轮4分别与轮1′和轮5相切，轮5活套于轴D上。

各相切轮之间作纯滚动。

试用速度瞬心法确定曲柄1与轮5的角速比ω1/ω5。

4、在图示的颚式破碎机中，已知：x D=260mm，y D=480mm，x G=400mm，y G=200mm，l AB=l CE=100mm，l BC=l BE=500mm，l CD=300mm，l EF=400mm，l GF=685mm，ϕ1=45°,ω1=30rad/s 逆时针。

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-=-Θ 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 。

第三章部分题解参考3-5 图3-37所示为一冲床传动机构的设计方案。

设计者的意图是通过齿轮1带动凸轮2旋转后，经过摆杆3带动导杆4来实现冲头上下冲压的动作。

试分析此方案有无结构组成原理上的错误。

若有，应如何修改？习题3-5图习题3-5解图(a) 习题3-5解图(b) 习题3-5解图(c) 解 画出该方案的机动示意图如习题3-5解图(a)，其自由度为：14233 2345=-⨯-⨯=--=P P n F 其中：滚子为局部自由度计算可知：自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动，即结构组成原理上有错误。

解决方法：①增加一个构件和一个低副，如习题3-5解图(b)所示。

其自由度为：115243 2345=-⨯-⨯=--=P P n F ②将一个低副改为高副，如习题3-5解图(c)所示。

其自由度为：123233 2345=-⨯-⨯=--=P P n F 3-6 画出图3-38所示机构的运动简图（运动尺寸由图上量取），并计算其自由度。

习题3-6(a)图 习题3-6(d)图解(a) 习题3-6(a)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(a)解图(a)或习题3-6(a)解图(b)的两种形式。

自由度计算：1042332345=-⨯-⨯=--=P P n F习题3-6(a)解图(a)习题3-6(a)解图(b)解(d) 习题3-6(d)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(d)解图(a)或习题3-6(d)解图(b)的两种形式。

自由度计算：1042332345=-⨯-⨯=--=P P n F习题3-6(d)解图(a) 习题3-6(d)解图(b)3-7 计算图3-39所示机构的自由度，并说明各机构应有的原动件数目。

解(a) 10102732345=-⨯-⨯=--=P P n FA 、B 、C 、D 为复合铰链原动件数目应为1说明：该机构为精确直线机构。

当满足BE =BC =CD =DE ，AB =AD ，AF =CF 条件时，E 点轨迹是精确直线，其轨迹垂直于机架连心线AF解(b) 1072532345=-⨯-⨯=--=P P n FB 为复合铰链，移动副E 、F 中有一个是虚约束 原动件数目应为1说明：该机构为飞剪机构，即在物体的运动过程中将其剪切。

机械设计基础课后习题答案第三版课后答案(1-18章全) 完整版机械设计基础课后习题答案第三版高等教育出版社目录第1章机械设计概述1第2章摩擦、磨损及润滑概述 3第3章平面机构的结构分析12第4章平面连杆机构16第5章凸轮机构 36第6章间歇运动机构46第7章螺纹连接与螺旋传动48第8章带传动60第9章链传动73第10章齿轮传动80第11章蜗杆传动112第12章齿轮系124第13章机械传动设计131第14章轴和轴毂连接133第15章轴承138第16章其他常用零、部件152第17章机械的平衡与调速156第18章机械设计CAD简介163机械设计概述机械设计过程通常分为哪几个阶段?各阶段的主要内容是什么?答:机械设计过程通常可分为以下几个阶段:1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。

2.方案设计在满足设计任务书中设计具体要求的前提下,由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较,从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。

3.技术设计完成总体设计、部件设计、零件设计等。

4.制造及试验制造出样机、试用、修改、鉴定。

常见的失效形式有哪几种?答:断裂,过量变形,表面失效,破坏正常工作条件引起的失效等几种。

什么叫工作能力?计算准则是如何得出的?答:工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力。

对于载荷而言称为承载能力。

根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。

标准化的重要意义是什么?答:标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少,简化生产管理过程,降低成本,保证产品的质量,缩短生产周期。

第2章摩擦、磨损及润滑概述按摩擦副表面间的润滑状态,摩擦可分为哪几类?各有何特点?答:摩擦副可分为四类:干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。

干摩擦的特点是两物体间无任何润滑剂和保护膜,摩擦系数及摩擦阻力最大,磨损最严重,在接触区内出现了粘着和梨刨现象。

液体摩擦的特点是两摩擦表面不直接接触,被液体油膜完全隔开,摩擦系数极小,摩擦是在液体的分子间进行的,称为液体润滑。

机械设计习题及答案第一篇总论第一章绪论一．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。

第二章机械设计总论一．选择题2-1 机械设计课程研究的内容只限于_______。

(1) 专用零件的部件 (2) 在高速，高压，环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件 (3) 在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件 (4) 标准化的零件和部件2-2 下列8种机械零件：涡轮的叶片，飞机的螺旋桨，往复式内燃机的曲轴，拖拉机发动机的气门弹簧，起重机的起重吊钩，火车车轮，自行车的链条，纺织机的纱锭。

其中有_____是专用零件。

(1) 3种 (2) 4种 (3) 5种 (4) 6种2-3变应力特性可用σmax,σmin,σm, σa, r 等五个参数中的任意_____来描述。

(1) 一个 (2) 两个 (3) 三个 (4) 四个2-4 零件的工作安全系数为____。

(1) 零件的极限应力比许用应力 (2) 零件的极限应力比零件的工作应力(3) 零件的工作应力比许用应力 (4) 零件的工作应力比零件的极限应力2-5 在进行疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的____。

(1) 屈服点 (2) 疲劳极限 (3) 强度极限 (4) 弹性极限二．分析与思考题2-1 一台完整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?2-2 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?2-3 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?2-4 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?2-5 机械零件设计中选择材料的原则是什么?2-6 指出下列材料的种类，并说明代号中符号及数字的含义：HTl50，ZG230-450，2-7 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．选择题3-1 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_____。

3-1答：主要类型有：普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹五种。

特点及应用：普通螺纹是米制三角螺纹，牙型角 a=60，因牙型角较大，故当量摩擦系数也较大，自锁性能好，主要用于联接。

管螺纹是英制三角螺纹，牙型角 a=55度。

它有圆柱管螺纹和圆锥管螺纹之分，常用圆柱管螺纹。

这种螺纹联接常用于高温、高压及紧密性要求较高的管与管的联接中。

矩形螺纹牙型为正方形，牙型角 a=0度，因牙型角小，当量摩擦系数小，传动效率高，故常用于传动。

梯形螺纹牙型呈梯形，牙型角 a=30度。

因牙型角较小，所以传动效率较高，对中性较好，故为应用较多的传动螺纹。

锯齿形螺纹牙型呈锯齿形，工作面牙侧角。

传动效率高，牙根强度高。

因只有一个工作面，故多用于承受单方向轴向力的场合。

3-2答：螺栓有普通螺栓和铰制孔螺栓两种。

普通螺栓常用于被联接件比较薄，能够放置螺母及需要经常拆卸的场合。

铰制孔螺栓在承受横向载荷或（和）转矩以及需精确固定被联接件的相对位置时常采用铰制孔螺栓。

双头螺柱被联接件之一太厚不宜制成通孔，无法放置螺钉头，材料较软且需经常拆装时宜采用双头螺柱。

螺钉被联接件之一太厚，无法放置螺母，不需经常拆装的场合。

3-3 答：螺纹联接在冲击、振动、变载荷或高温环境下，将使螺旋副的摩擦力减小或瞬间消失，经多次重复后，最终导致联接松脱。

因此，设计时应采取有效的防松措施。

防松方法有摩擦防松、机械防松、铆冲防松等。

3-4 答：为提高联接刚性、紧密性和防松能力以及提高螺栓在变载荷下的疲劳强度，因此大多数螺纹联接都要拧紧。

拧紧力矩要克服螺纹副力矩和螺母底面的摩擦阻力矩。

3-5 答：提高螺栓联接强度的措施有：1 ．降低影响螺栓疲劳强度的应力幅；2 ．改善螺纹牙上载荷分布不均匀的现象；3 ．减小应力集中的影响；4 ．避免附加弯曲应力；5 ．采用合理的制造工艺方法。

3-6 由上图可知，在螺母下加弹性元件将使螺栓刚度由C b1 减小到C b2 ，可使螺栓承载截面的应力幅值减小，所以螺栓的疲劳强度提高。

1. 下图为某零件的许用极限应力图，A ’G ’C 为疲劳极限曲线，M 为工作应力点，下列3种情况下的极限应力点分别为：1）应力比r 为常数时，（ ）点。

2）m σ为常数时，（ ）点。

3）min σ为常数时，（ ）点。

2.如一零件的应力比r=0.6，a σ =80MPa ，则此时的m σ=（ ），m i n σ=（ ），m a x σ=（ ）。

3.某零件的s σ =500MPa ，1σ- =220MPa ，工作应力m σ =300MPa ，a σ =100MPa ，工作点位于塑性安全区，则该零件的安全系数为： A.1.78 B.5.0 C.1.25 D.1.674.某受稳定弯曲变应力作用的轴类零件，最大工作应力max σ =400MPa ，最小工作应力min σ =-100MPa 。

已知材料的对称循环疲劳极限1σ- =450MPa ，脉动循环疲劳极限0σ =700MPa ，屈服极限为s σ =800MPa 。

1）试绘出材料的极限应力图。

2）在极限应力图中表明工作应力点M ，以及极限应力点M1。

3）说明该零件可能的失效形式。

题一、图示为一气缸螺栓联接预紧时的受力—变形图。

当螺栓再承受F=1000~2000N 的工作载荷时，试求：螺栓总拉力F2应如何变化，其最大拉力和最小拉力为多少？ 螺栓受拉应力循环特性系数是多少？题二、图示为一托架的边板用6个铰制孔用螺栓与相邻机架联接，托架受一个大小为60kN 的载荷FQ 作用，试问哪个螺栓受力最大？题三.图示钢板用两只普通螺栓联接,已知横向工作载荷为R ，接合面之间的摩擦系数f =0.15,为使联接可靠，取防滑系数K s =1.2，则每个螺栓需要的预紧力F 0为 。

A.0.5R B.R C.2R D.4R题四. 受轴向力的紧螺栓联接，已知螺栓刚度b C =60.410⨯N/mm ，被联接件的刚度m C =61.610⨯N/mm ，螺栓所受的预紧力0F =8000N ，螺栓所受的工作拉力F =4000N ，求螺栓所受的总拉力2F 和残余预紧力1F 分别为多少？题五、如图所示为螺栓联接结构，当工作载荷F=5000N 加在下端后，在结合面A 处，仍要求一定的剩余预紧力，其大小为1.4F ，设材料的许用拉应力为200MPa ，R/2 R/2R求螺栓危险截面直径？一双线螺纹副，螺距为4mm，则螺杆相对螺母转过一圈时，它们沿轴向相对位移的距离应为（）。

第五章习题答案5-4 图5-48所示的底板螺栓组连接受外力F∑的作用。

外力F∑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?保证连接安全工作的必要条件有哪些？解：1. 载荷分解F∑X= F∑cos θF∑ y= F∑sin θM = F∑ y·l －F∑X·h2. 螺栓上的受力分析（1 ）在竖直方向上，螺栓承受的轴向拉伸工作载荷F = F∑ yz（2 ）在水平方向上，螺栓受力F∑X的作用，需要靠螺栓上的预紧力产生的摩擦力来阻止相对滑动，故 f ×N ≥K S×F∑X( p75 ，5-9 )其中正压力N = z ×F0−C m×F∑ yC m+C b注：K s——防滑系数C m——被连接件刚度C b——螺栓刚度即f ( z F0−C mF∑ y) ≥K S×F∑XC m+C b( 3 ) 在倾覆力矩M作用下，螺栓受的载荷a.若M >0 ，倾覆力矩为逆时针方向右边螺栓受到力的加载作用，使螺栓受力增大；左边螺栓受到力的减载作用，使螺栓受力减小；在这种情况下，右边受力最大，左边受力最小。

b.若M <0 ，倾覆力矩为顺时针方向左边螺栓受到力的加载作用，使螺栓受力增大；右边螺栓受到力的减载作用，使螺栓受力减小；在这种情况下，左边受力最大，右边.受力最小。

3. 保证正常工作的条件：a. 受力最大的螺栓满足强度条件b．受压最大接合面不能被压碎，即最大挤压应力σpmax≤[ σp]c．受压最小接合面不能有间隙，即最小挤压应力σpmin≥0 5-5 图5-49是由两块边板和一块承重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？1. 若采用铰制孔用螺栓连接a. 在20 kN 的横向应力作用下，每个螺栓的横向工作剪力为F = F ∑z = 208 =2.5 kNb ．在转矩T = 20 × 300 = 6000 N ·mm 的作用下，有∑F i z i=1× r i = T其中F i 表示第i 个螺栓所受的工作剪力； 又因为螺栓的剪切变形量与该螺栓轴线到螺栓组对称中心O 的距离成正比，而这里螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离相等。

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 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 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 。

[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 （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。

第一章1-1 机械的基本组成要素是什么？机械的基本组成要素是机械零件1-2 什么是零件？什么是构件？什么是部件？试各举三个实例。

零件是组成机器的不可拆的基本单元，即制造的基本单元。

如齿轮、轴、螺钉等。

构件是组成机器的运动的单元，可以是单一整体也可以是由几个零件组成的刚性结构，这些零件之间无相对运动。

如内燃机的连杆、凸缘式联轴器、机械手的某一关节等。

部件是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，如减速器、离合器、联轴器。

1-3 什么是通用零件？什么是专用零件？试各举三个实例。

通用零件在各种机器中经常都能用到的零件，如：齿轮、螺钉、轴等。

专用零件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、减速器的箱体等。

第二章2-1 以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？一台完整的机器通常由原动机、执行部分和传动部分三个基本部分组成。

原动机是驱动整部机器以完成预定功能的动力源；执行部分用来完成机器的预定功能；传动部分是将原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。

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？设计机器应满足使用功能要求、经济性要求、劳动保护要求、可靠性要求及其它专用要求。

设计机械零件应满足避免在预定寿命期内失效的要求、结构工艺性要求、经济性要求、质量小的要求和可靠性要求。

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？机械零件常见的失效形式：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。

常用的计算准则主要有强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则和可靠性准则。

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？强度要求为确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形。

强度条件为σ<[σ]。

提高机械零件的强度，可以采取：a、采用强度高的材料，使零件具有足够的截面尺寸；b、合理地设计零件的截面形状，增大截面的惯性矩；c、采用热处理和化学处理方法，提高材料的力学性能；d、提高运动零件的制造精度，降低工作时的动载荷；e、合理配置零件的位置，降低作用于零件上的载荷等。

机械设计-连接部分测试题一、填空：1、按照联接类型不同，常用的不可拆卸联接类型分为焊接、铆接、粘接和过盈量大的配合。

2、按照螺纹牙型不同，常见的螺纹分为三角螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹等。

其中三角螺纹主要用于联接，梯形螺纹主要用于传动。

3、根据螺纹联接防松原理的不同，它可分为摩擦防松和机械防松。

螺纹联接的防松，其根本问题在于防止螺纹副转动。

4、对于螺纹联接，当两被联接件中其一较厚不能使用螺栓时，则应用双头螺柱联接或螺钉联接，其中经常拆卸时选用双头螺柱联接。

5、普通螺栓联接中螺栓所受的力为轴向（拉）力，而铰制孔螺栓联接中螺栓所受的力为轴向和剪切力。

6、在振动、冲击或变载荷作用下的螺栓联接，应采用防松装置，以保证联接的可靠。

7、在螺纹中，单线螺纹主要用于联接，其原因是自锁，多线螺纹用于传动，其原因是效率高。

8、在螺纹联接中，被联接上应加工出凸台或沉头座，这主要是为了避免螺纹产生附加弯曲应力。

楔键的工作面是上下面，而半圆键的工作面是（两）侧面。

平键的工作面是（两）侧面。

9、花键联接由内花键和外花键组成。

10、根据采用的标准制度不同，螺纹分为米制和英制，我国除管螺纹外，一般都采用米制螺纹。

圆柱普通螺纹的公称直径是指大径，强度计算多用螺纹的（）径。

圆柱普通螺纹的牙型角为 60 度，管螺纹的牙型角为（）度。

二、判断：1、销联接属可拆卸联接的一种。

（√）2、键联接用在轴和轴上支承零件相联接的场合。

（√）3、半圆键是平键中的一种。

（×）4、焊接是一种不可以拆卸的联接。

（√）5、铆接是一种可以拆卸的联接。

（×）一般联接多用细牙螺纹。

（×）6、圆柱普通螺纹的公称直径就是螺纹的最大直径。

（√）7、管螺纹是用于管件联接的一种螺纹。

（√）8、三角形螺纹主要用于传动。

（×）9、梯形螺纹主要用于联接。

（×）10、金属切削机床上丝杠的螺纹通常都是采用三角螺纹。

（×）11、双头螺柱联接适用于被联接件厚度不大的联接。

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 。

机械设计复习题第二章螺纹连接一、填空题1.紧固连接件的基本类型包括、、和。

2.按螺栓主要受力状况不同可分为螺栓连接和螺栓连接。

3.对于螺纹的防松，就其工作原理来看，可分为、和三种。

4.对于受拉螺栓，只能承受静载荷的为螺栓。

5.设螺栓的刚度为c1，被连接件的刚度为c2，工作载荷F、预紧力F’和残余预紧力F’’。

写出以上三个载荷作用时的相互关系式。

（1）螺栓总拉力：（2）预紧力：（3）残余预紧力：6.当两个被联接件之一太厚，不易制成通孔且需要经常拆卸时，往往采用。

7.受翻转扭矩的螺栓组，靠近扭矩侧的螺栓受到了向上的拉力，其预紧力将减小。

8.螺栓组连接按受力形式可分为、、和受翻转力矩四种形式。

9.螺旋连接能满足的自锁条件是，防松的根本问题在于。

10紧螺栓连接在按拉伸强度计算时，为了安全，应将拉伸载荷增加到原来的倍。

11.对受轴向工作载荷作用的紧螺栓连接，当预紧力F′和轴向工作载荷F一定时，为减小螺栓所受的总拉力F0，通常采用的方法是减小的刚度或增大的刚度。

12.从防松工作原理上看，弹簧垫圈属于防松，止动垫圈与圆螺母配合属于防松措施。

13.螺纹拧紧的作用包括、和。

14.当所受轴向载荷通过时，螺栓组中各螺栓承受的相等。

二、简答题1.提高螺栓连接强度的措施包括哪些？2.螺栓连接的主要失效形式是什么？主要发生在什么部位？为什么？3.作出受拉螺栓连接螺栓的伸长量和所受工作载荷之间的关系，并推导出螺栓总拉力计算公式。

4.当螺纹副满足自锁条件时，为什么要进行螺纹防松？四、计算题1.（例2-1）已知一机器底座用10个螺栓与地基连接，如图所示。

螺栓之间的相对距离为100mm，所受的工作载荷为M=500N·m。

试设计此螺栓组连接的螺栓直径。

取相对系数刚度为2.图示螺栓联接中，采用两个M16（小径d1=13.835mm，中径d2=14.701.mm，）的普通螺栓，螺栓材料为45钢，8.8级，σs=640MPa，联接时不严格控制预紧力（取安全系数S S=4，被联接件接合面间的摩擦系数f=0.2。