【正文】 第1章　 機(jī)械設(shè)計(jì)概論思考題1. 什么是部件？什么是零件？什么是構(gòu)件？什么是通用零件？什么是專(zhuān)用零件？機(jī)械設(shè)計(jì)課程研究的是哪類(lèi)零件？從哪幾個(gè)方面來(lái)研究這類(lèi)零件？2. 機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足哪些基本要求？機(jī)械零件設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足哪些基本要求？3. 機(jī)械設(shè)計(jì)的一般步驟是怎樣的？第2章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則一、 填空題1. 在壓力作用下，以點(diǎn)、線(xiàn)相接觸的兩物體在接觸處產(chǎn)生的應(yīng)力稱(chēng)為 應(yīng)力。2. 零件在變應(yīng)力作用下的強(qiáng)度計(jì)算屬于 強(qiáng)度計(jì)算，它不同于靜強(qiáng)度計(jì)算。3. 零件的計(jì)算載荷與名義載荷的關(guān)系是 。4. 零件的名義載荷是指 載荷。5. 零件的實(shí)際載荷與計(jì)算載荷的差異對(duì)零件的強(qiáng)度影響，將在 中考慮。二、簡(jiǎn)答與思考題1. 解釋下列名詞：靜載荷、變載荷、穩(wěn)定循環(huán)變載荷、動(dòng)載荷、工作載荷、額定載荷、計(jì)算載荷、靜應(yīng)力、變應(yīng)力、疲勞及疲勞極限。靜載荷是否一定產(chǎn)生靜應(yīng)力？變載荷是否一定產(chǎn)生變應(yīng)力？2. 什么是變應(yīng)力的循環(huán)特性r？對(duì)于靜應(yīng)力、脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力和對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力，其r值各等于多少？3. 在一定的循環(huán)特性r下工作的金屬試件，其應(yīng)力循環(huán)次數(shù)與疲勞極限之間有怎樣的內(nèi)在聯(lián)系？怎樣區(qū)分試件的無(wú)限工作壽命和有限工作壽命？怎樣計(jì)算在有限壽命下工作的試件的疲勞極限？4. 兩個(gè)曲面形狀的金屬零件相互壓緊，其表面接觸應(yīng)力的大小由哪些因素確定？如果這兩個(gè)零件的材料、尺寸都不同，其相互接觸的各點(diǎn)上彼此的接觸應(yīng)力值是否相等？三、計(jì)算題1. 圖示為對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)。從動(dòng)件頂端承受壓力F=12kN。當(dāng)壓力角α達(dá)到最大值αmax=250時(shí)，相應(yīng)的凸輪輪廓在接觸點(diǎn)上的曲率半徑為R=75mm。已知：滾子半徑r=15mm，凸輪與滾子的寬度b=20mm；兩者材料的彈性模量和泊松比均為E=105Mpa和μ=；許用接觸應(yīng)力[σ]H=1500Mpa。試校核凸輪與滾子的表面接觸強(qiáng)度。題1圖第3章 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度一、 簡(jiǎn)答題1. 已知某零件的簡(jiǎn)化極限應(yīng)力圖及其危險(xiǎn)剖面上的σm、σa工作應(yīng)力點(diǎn)M（σm，σa），如圖示，當(dāng)其應(yīng)力變化規(guī)律按σm=C（常數(shù)）變化時(shí)，在圖中找出相應(yīng)的極限應(yīng)力點(diǎn)，并計(jì)算其安全系數(shù)。題1圖2. 試給出變應(yīng)力中①平均應(yīng)力σm， ②應(yīng)力幅σa ，③循環(huán)特性r的定義式。3. 分別在題1圖中畫(huà)出變應(yīng)力中循環(huán)特性r=r=0兩種變應(yīng)力下的應(yīng)力變化規(guī)律，并標(biāo)出 σmax 、σmin 、σa 和σm。4. 試簡(jiǎn)述某材料的極限應(yīng)力圖與該材料零件的極限應(yīng)力圖的區(qū)別。5. 已知零件材料的σσ0、σS以及零件某處的綜合影響系數(shù)（kσ）D，試給出該零件的簡(jiǎn)化極限應(yīng)力圖（σmσa圖），并說(shuō)明繪圖過(guò)程。二、分析與計(jì)算題1. 圖示一等截面轉(zhuǎn)軸，軸徑d=45mm，其上作用有軸向拉力FA=2000N，F(xiàn)r=6000N，試求軸危險(xiǎn)剖面上循環(huán)變應(yīng)力的σmax 、σmin 、σa 、σm和應(yīng)力循環(huán)特性r各是多少？題1圖2. 厚為10mm的高強(qiáng)度碳鋼件受有拉力F=60kN。板的平面尺寸如圖所示。該板的三個(gè)截面上分別有的圓孔、R10mm的半圓缺口、R10mm的圓角。試分別計(jì)算這三個(gè)截面上的最大應(yīng)力。題2圖 題2附圖3. 上題中，如載荷F在30~90kN之間作周期性的波動(dòng)。材料改為合金鋼，其機(jī)械性質(zhì)：。危險(xiǎn)截面上的有效應(yīng)力集中系數(shù)，尺寸系數(shù)，表面質(zhì)量系數(shù)，等效系數(shù)。按無(wú)限壽命考慮。試畫(huà)出極限應(yīng)力圖，并用作圖和計(jì)算兩種方法，確定安全系數(shù)S。4. 火車(chē)車(chē)輪輪對(duì)軸的尺寸及受力情況如圖所示。已知：軸的材料為碳鋼，；危險(xiǎn)截面ⅠⅠ、ⅡⅡ上的有效應(yīng)力集中系數(shù)，尺寸系數(shù)，表面質(zhì)量系數(shù)。試確定軸的安全系數(shù)S。計(jì)算時(shí)按無(wú)限壽命考慮，忽略剪力的作用。題4圖5. 上題中，已知：軸的轉(zhuǎn)速n=15r/min，載荷穩(wěn)定不變。要求使用壽命10年。每年工作300天，每天累計(jì)工作2小時(shí)。材料的疲勞曲線(xiàn)指數(shù)m=9，應(yīng)力循環(huán)基數(shù)N0=107。試按有限壽命計(jì)算：①軸的壽命系數(shù)kN；②軸的安全系數(shù)S。6. 上題中，如軸在每一小時(shí)內(nèi)的工作情況系按圖示的載荷圖譜作周期性的重復(fù)變動(dòng)。要求使用的天數(shù)不變，但每天工作8小時(shí)。其他所有條件都不變。試確定：①壽命系數(shù)kN；②安全系數(shù)S。圖中F0是載荷的最大值，與上題中的穩(wěn)定載荷值相等。題6圖7. 實(shí)心轉(zhuǎn)軸的危險(xiǎn)截面上受有周期性波動(dòng)的載荷：彎矩M=50—；扭矩T=0—。軸的材料為碳鋼，已知機(jī)械性能：，。若截面直徑d=25mm，有效應(yīng)力集中系數(shù)，尺寸系數(shù)，表面質(zhì)量系數(shù)，等效系數(shù)。試確定安全系數(shù)S。計(jì)算時(shí)可按無(wú)限壽命考慮，忽略剪力的作用。第4章 摩擦、磨損、潤(rùn)滑思考題1. 摩擦狀態(tài)有哪幾種？各有何特點(diǎn)？2. 按破壞機(jī)理分，磨損的基本類(lèi)型有哪四種？各有何特點(diǎn)？如何防止這些類(lèi)型的磨損發(fā)生？3. 潤(rùn)滑劑的作用是什么？常用潤(rùn)滑劑有哪幾種？4. 潤(rùn)滑油的主要性能指標(biāo)是什么？潤(rùn)滑脂的主要性能指標(biāo)是什么？第6章 螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)一、 填空與選擇題1. 受橫向轉(zhuǎn)矩的螺栓組采用鉸制孔時(shí)，每個(gè)螺栓所受的載荷是 。 （1）相等的 （2）與到幾何中心距離成正比 （3）與到幾何中心距離成反比 （3）都不等2. 在螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，被聯(lián)接件與螺母和螺栓頭接觸表面處需要加工，這是為了 。 （1）不致?lián)p傷螺栓頭和螺母 （2）增大接觸面積，不易松脫 （3）防止產(chǎn)生附加偏心載荷 （4）便于裝配3. 受橫向外載荷作用的緊螺栓聯(lián)接，螺栓中所受軸向的載荷F0等于 。 （1） （2） （3） 4. 在受軸向載荷的緊螺栓強(qiáng)度計(jì)算公式（）中，F(xiàn)0為 。（1）工作載荷 （2）預(yù)緊力（3）預(yù)緊力+工作載荷 （4）工作載荷+殘余預(yù)緊力5. 設(shè)計(jì)螺栓組時(shí)常把螺栓布置成軸對(duì)稱(chēng)的均勻的幾何形狀，這主要是為了 。 （1）美觀 （2）受力最小 （3）聯(lián)接方便 （4）結(jié)合面受力較均勻6. 在確定緊螺栓聯(lián)接的計(jì)算載荷時(shí)，預(yù)緊力比一般值提高30%，這是為了 因素。（1）螺紋上的應(yīng)力集中 （2）螺栓桿橫截面上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（3）載荷沿螺紋圈分布的不均勻性7. 在軸向力作用時(shí)，用預(yù)緊力來(lái)保證螺栓聯(lián)接的接縫不張開(kāi)，此預(yù)緊力 。 （1）可以是任意值 （2）小于作用力 （3）等于作用力 （4）大于作用力8. 圖示螺旋拉桿，若A向逆時(shí)針擰螺母拉緊螺桿時(shí)，螺紋應(yīng)取什么旋向 。（1）兩個(gè)均為左旋 （2）兩個(gè)均為右旋（3）螺紋1為左旋，螺紋2為右旋 （4）螺紋1為右旋，螺紋2為左旋題8圖9. 受軸向變載荷的緊螺栓聯(lián)接，在工作載荷F和殘余預(yù)緊力不變的情況下，要提高螺栓的疲勞強(qiáng)度，可以減小 剛度及增大 剛度。10. 螺紋聯(lián)接防松的實(shí)質(zhì)是 。11. 受剪鉸制孔螺栓在橫向剪力作用下，螺栓桿和孔壁間可能發(fā)生 和螺栓被 等失效形式。12. 螺紋聯(lián)接中常用的防松方法有 。13. 計(jì)算螺栓抗拉強(qiáng)度時(shí)用 直徑，分析螺紋的受力時(shí)用 直徑。二、簡(jiǎn)答題1. 受橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接有何特點(diǎn)？2. 為什么大多數(shù)螺紋聯(lián)接都要預(yù)緊？預(yù)緊力過(guò)大有什么結(jié)果？預(yù)緊力過(guò)小有什么結(jié)果？ 3. 螺紋升角的大小對(duì)自鎖和效率有何影響？寫(xiě)出自鎖條件及效率公式。4. 簡(jiǎn)述提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的四種措施。5. 為了避免螺栓承受偏心載荷，應(yīng)從結(jié)構(gòu)上采取哪些措施？6. 聯(lián)接和傳動(dòng)各常用什么螺紋？為什么？7. 螺紋是怎樣形成的？8. 若用降低螺栓剛度的辦法來(lái)提高螺栓聯(lián)接的疲勞強(qiáng)度，試作力和變形圖說(shuō)明之。9. 舉兩種常用螺紋聯(lián)接的類(lèi)型，并分別說(shuō)明應(yīng)用場(chǎng)合？10. 螺紋有哪些主要參數(shù)？各參數(shù)間有何關(guān)系？11. 螺距與導(dǎo)程有什么不同？?jī)烧哂惺裁搓P(guān)系？請(qǐng)用圖表示出三頭右旋螺紋，并注明導(dǎo)程及螺距。12. 螺旋副的傳動(dòng)效率與螺旋頭數(shù)有什么關(guān)系？請(qǐng)利用計(jì)算螺旋副效率的公式進(jìn)行分析。13. 常用螺紋按牙形分為哪幾種？各有何特點(diǎn)？主要用途怎樣？14. 三角形螺紋分為哪兩種？它們有什么特點(diǎn)？15. 為什么螺母的螺紋圈數(shù)不宜大于10？16. 擰緊螺母及松退螺母時(shí)的效率如何計(jì)算？效率隨哪些因素而變化？17. 螺紋聯(lián)接松脫的原因是什么？按防松原理防松的方法可分為幾類(lèi)？具體的防松方法和裝置各有哪些？18. 螺栓的主要失效形式有哪些？19. 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施有哪些？20. 推導(dǎo)圖示受扭矩作用的螺栓組聯(lián)接的螺栓受力計(jì)算式：(a)當(dāng)用受拉螺栓時(shí)；(b)當(dāng)用鉸制孔用受剪螺栓時(shí)。題20圖三、結(jié)構(gòu)改錯(cuò)題與計(jì)算題1. 如圖示，托架螺栓組聯(lián)接，試求在傾覆力矩M作用下，繞OO軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，最大受載螺栓的計(jì)算公式，并寫(xiě)出滿(mǎn)足螺栓不拉斷、接縫面A點(diǎn)不開(kāi)縫，B點(diǎn)不壓壞的強(qiáng)度條件。（寫(xiě)出結(jié)果式即可）題1圖 題2圖2. 圖示支承桿用三個(gè)M12鉸制孔螺栓聯(lián)接在機(jī)架上，鉸孔直徑d0=13mm，如螺桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度足夠，試求作用于該懸臂梁的最大作用力P。（不考慮構(gòu)件本身的強(qiáng)度。取螺栓材料的屈服極限σS=600Mpa，取剪切安全系數(shù)nτ=） 題3圖 題6圖3. 一薄板用兩個(gè)M10的普通螺栓聯(lián)接在厚機(jī)架上，尺寸如圖示，已知薄板上受力P=600N，板間摩擦系數(shù)f=，防滑系數(shù)Kf=，螺栓許用應(yīng)力[σ]=108Mpa，螺栓螺紋小徑d1=，試校核該螺栓聯(lián)接是否安全可靠。4. 凸緣聯(lián)軸器，用六個(gè)普通螺栓聯(lián)接，螺栓分布在D=100mm的圓周上，結(jié)合面摩擦系數(shù)f=，防滑系數(shù)Kf=，試求螺栓螺紋小徑。（螺栓[σ]=120Mpa）5. 試找出圖示螺紋聯(lián)接中的錯(cuò)誤，并就圖改正。d e f題5圖6. 圖示為某受軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接的載荷變形圖：（1）當(dāng)工作載荷為2000N時(shí)，求螺栓所受總拉力及被聯(lián)接件間殘余預(yù)緊力。（2）若被聯(lián)接件不出現(xiàn)縫隙，最大工作載荷是多少？7. 雙頭矩形螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其外徑d=90mm，中徑d2=81mm，螺距P=18mm，螺紋的摩擦系數(shù)f=，試求其效率并判斷是否自鎖？8. 有一受軸向變載荷作用的緊螺栓聯(lián)接，預(yù)緊力=4000N，軸向工作載荷在0 ~ 4000N之間變化，假設(shè)螺栓與被聯(lián)接件剛度相等，試計(jì)算： （1）螺栓所受最大和最小載荷是多少？ （2）被聯(lián)接件間的壓緊力最大和最小值是多少？9. 圖示汽缸內(nèi)徑D=500mm，蒸汽壓力F=0 ~ ，在法蘭上安裝有12個(gè)螺栓，，試確定單個(gè)螺栓所受的最大軸向拉力與最小軸向拉力。題9圖 題12圖10. 推導(dǎo)圖示兩種聯(lián)接的螺栓受力計(jì)算式，a圖為夾緊聯(lián)接，b圖為支座，兩個(gè)圖中的結(jié)構(gòu)主要尺寸相同，且上下各用一個(gè)螺栓。（提示：注意兩種結(jié)構(gòu)的失效形式有什么不同） 題10圖11. 上題圖a所示的夾緊聯(lián)接柄承受載荷Q = 600N，螺栓個(gè)數(shù)z=2，聯(lián)接柄長(zhǎng)度L=300mm，軸直徑dB=60mm，夾緊結(jié)合面摩擦系數(shù)f = ，試確定聯(lián)接螺栓的直徑。 解：（1）.求螺栓所需的預(yù)緊力 設(shè)聯(lián)接柄對(duì)軸的壓力為R，則 所以 （2）.確定螺栓直徑 選螺栓材料為A3鋼，則安全系數(shù) 根據(jù)手冊(cè)選M20六角螺栓。12. 圖示螺栓聯(lián)接中采用兩個(gè)M20的螺栓，其許用拉應(yīng)力為[σ]=160Mpa，被聯(lián)接件結(jié)合面間的摩擦系數(shù)f=，若考慮摩擦傳力的可靠系數(shù)kf=,試計(jì)算該聯(lián)接允許傳遞的靜載荷Q。13. 如圖所示，缸徑D=500mm，蒸汽壓力p=，螺栓分布圓直徑D0=640mm。為保證氣密性要求，螺栓間距不得大于150mm。試設(shè)計(jì)此氣缸蓋螺栓組聯(lián)接。 題13圖 題15圖14. 上題圖示的氣缸蓋聯(lián)接中，已知：工作壓力在0到2N/mm2之間變化，氣缸內(nèi)徑D=500mm，螺栓數(shù)目為20，用銅皮石棉墊片密封，試確定螺栓直徑。15. 設(shè)圖示螺栓剛度為c1，被聯(lián)接件剛度為c2，如果c2=8c1，預(yù)緊力=1000N，外載荷F=1100N，試求螺栓中的總拉力和被聯(lián)接件中的殘余預(yù)緊力。 解：螺栓中的總拉力為 聯(lián)接件中的殘余預(yù)緊力為 由此可見(jiàn)螺栓所承受的總拉力F0比它所受