机械设计弹簧习题及答案
《机械优化设计》第6章习题解答-2
8． 有一汽门用弹簧，已知安装高度H1=50.8mm,安装（初始）载荷F1=272N ，最大工作载荷F2=680N ，工作行程h=10.16mm 弹簧丝用油淬火的50CrV A 钢丝，进行喷丸处理； 工作温度126°C ；要求弹簧中径为20mm ≤D2≤50mm ，弹簧总圈数4≤n1≤50，支 承圈数n2=1.75，旋绕比C ≥6；安全系数为1.2；设计一个具有重量最轻的结构方案。
[解] 1．设计变量：影响弹簧的重量的参数有弹簧钢丝直径：d ，弹簧中径D1和弹簧总圈数n1，可取这三个参数作为设计变量：即：⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=H D x x x 212．目标函数：弹簧的重量为式中 ρ――钢丝材料的容重，目标函数的表达式为3221611262101925.0108.725.0)(x x x n D d x F --⨯=⨯⨯=π３．约束条件：１）弹簧的疲劳强度应满足min S S ≥式中 2.1m i n m i n =--S S ，可取最小安全系数，按题意S ――弹簧的疲劳安全系数，由下式计算：m s s s S ττττττττα⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=0002式中 ：劳极限，计算方法如下弹簧实际的脉动循环疲--0τ 初选弹簧钢丝直径：4mm ≤d ≤8mm ，其抗拉强度MPa b 1480=σ，取弹簧的循环工作次数大于710，则材料的脉动循环疲劳极限为MPa b 44414803.03.0'0=⨯==στ 设可靠度为90％，可靠性系数 868.0=r k ；工作温度为126°C ，温度修正系数 862.0126273344273344=+=+=T k t 再考虑到材料经喷丸处理，可提高疲劳强度10％，则弹簧实际的脉动循环疲劳极限为MPa k k t r 4.365444862.0868.01.1)1.01('00=⨯⨯⨯=+=ττ36/107.8mm kg -⨯=ρρπ12220.25n D d W =--s τ弹簧材料的剪切屈服极限，计算公式为MPa b s 74014805.05.0=⨯==στ--ατ弹簧的剪应力幅，计算公式为328d D F k a πτα= 式中 k ――曲度系数，弹簧承受变应力时，计算公式为14.02)(6.1615.04414d D C C C k ≈+--=a F ――载荷幅，其值为 N F F F a 2042/)272680(2/)(12=-=-=m τ――弹簧的平均剪应力，计算公式为328d D F k m sm πτ=式中s k ――应力修正系数，计算公式为 dD C k s /615.01615.012+=+= m F ――平均载荷，其值为 N F F F m 4762/)272680(2/)(12=+=+=由此，得到弹簧疲劳强度的约束条件为计算剪应力幅ατ：86.2186.023214.023.8308)/(6.1x x d D F d D d D F ka a =⋅==ππτα328 计算平均应力幅m τ： 21312246.74512.1212615.01x x x d D F D d d D F k m m s m +=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+==33288ππτ 计算弹簧的实际疲劳安全系数S ：m ms s s S τττττττττταα494.0506.14.365+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=0002 从而得到弹簧的疲劳强度约束条件为 012.1)(min 1≤-=-=SS S S x g ２）根据旋绕比的要求，得到约束条件016)(21min 2≤-=-=x x C C C x g ３）根据对弹簧中径的要求，得到约束条件050222≤-=-=≤-=-=1)4(0120)3(max max 242min 3x D D D g x D D D g ４）根据压缩弹簧的稳定性条件，要求：c F F ≤2式中 c F ――压缩弹簧稳定性的临界载荷，可按下式计算：K H D H F C ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=2022085.611813.0μ 式中 K ――要求弹簧具有的刚度，按下式计算： mm N h F F K /2.4016.1027268012=-=-= 0H ――弹簧的自由高度，按下式计算：当 mm K F 16.9240.26802===λ 时， 304.20)5.0(2.1)5.0(310+-=+-=x n H λμ――长度折算系数，当弹簧一端固定，一端铰支时，取 7.0=μ；则：[][]⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡+---+-=221398.1311304.20)5.0(268.320.3040.5)(13x x x x x F C 于是得 01680)(25≤-=-=CC C F F F F x g5）为了保证弹簧在最大载荷作用下不发生并圈现象，要求弹簧在最大载荷2F 时的高度2H 应大于压并高度b H ，由于13112)5.0()5.0(64.4016.108.50x x d n H h H H b -=-==-=-= 于是得到010123.00246.0)(131226≤--=-=x x x H H H x g b ６）为了保证弹簧具有足够的刚度，要求弹簧的刚度αK 与设计要求的刚度K 的误差小于1/100，其误差值用下式计算：401.02.40)75.1(8100/)(33241---=--=x x Gx K K K αθ式中 G ――弹簧材料的剪切弹性模量，取G=80000Mpa 。
机械设计习题库(含参考答案)
机械设计习题库（含参考答案）第一章机械设计概述一、选择题1. 机械设计的目的是（）。
A. 实现预定的功能B. 优化机械结构C. 提高机械性能D. 降低机械成本答案：A2. 机械设计的基本原则包括（）。
A. 可靠性、实用性、经济性、环境适应性B. 可靠性、经济性、美观性、安全性C. 可靠性、实用性、美观性、环境适应性D. 可靠性、实用性、经济性、安全性答案：D3. 机械设计的主要内容包括（）。
A. 机械系统方案设计、结构设计、运动设计、强度设计B. 机械系统方案设计、结构设计、运动设计、材料选择C. 机械系统方案设计、结构设计、运动设计、热设计D. 机械系统方案设计、结构设计、运动设计、控制设计答案：A4. 机械设计的基本方法包括（）。
A. 理论分析、实验研究、计算机辅助设计B. 理论分析、实验研究、类比设计C. 理论分析、实验研究、经验设计D. 理论分析、类比设计、经验设计答案：A5. 机械设计的基本步骤包括（）。
A. 需求分析、方案设计、结构设计、运动设计、强度设计、试验验证、优化设计B. 需求分析、方案设计、结构设计、运动设计、强度设计、试验验证、装配设计C. 需求分析、方案设计、结构设计、运动设计、强度设计、热设计、试验验证D. 需求分析、方案设计、结构设计、运动设计、强度设计、控制设计、试验验证答案：A二、填空题1. 机械设计的基本要求是（）。
答案：可靠性、实用性、经济性、环境适应性2. 机械设计的基本方法是（）。
答案：理论分析、实验研究、计算机辅助设计3. 机械设计的基本步骤包括（）。
答案：需求分析、方案设计、结构设计、运动设计、强度设计、试验验证、优化设计三、简答题1. 简述机械设计的基本原则。
答：机械设计的基本原则包括可靠性、实用性、经济性、环境适应性。
可靠性指机械在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力；实用性指机械的结构简单、操作方便、维护容易；经济性指机械的设计、制造和使用成本合理；环境适应性指机械能在各种环境下正常工作。
考研题库机械设计习题集-考研必备(含答案)
考研题库机械设计习题集-考研必备(含答案)3．圆柱螺旋压缩弹簧和拉伸弹簧受载时，弹簧丝截面上的应力是不同的，前者为压应力，后者为拉应力。
二．单项选择题1. 圆柱形螺旋弹簧的有效圈数按弹簧的要求计算得到。
(a)稳定性(b)刚度 (c)结构尺寸(d)强度 2. 圆柱形螺旋弹簧簧丝直径要求计算得到。
(a)强度(b)稳定性 (c)刚度(d)结构尺寸 3. 旋绕比C选得过大则弹簧。
(a)刚度过小，易颤动 (b)卷绕困难，且工作时内侧拉应力大 (c)易产生失稳现象(d)尺寸过大，结构不紧凑 4. 圆柱螺旋弹簧旋绕比C是的比值。
(a)弹簧丝直径d与中径D (b)中径D与弹簧丝直径d (c)自高度H与弹簧丝直径d (d)弹簧丝直径d自高度H5. 圆柱螺旋弹簧的刚度与成反比。
(a) 旋绕比C3 (b) 弹簧所受的轴向载荷F (c) 弹簧丝的直径d (d) 材料的剪切弹性模量G三．填空题1. 弹簧材料、弹簧丝直径及工作圈数一定时，弹簧旋绕比C = D/d值愈小，则弹簧刚度，卷制则愈。
2. 在弹簧的设计计算中，强度条件确定弹簧的；变形条件确定弹簧的。
3. 弹簧旋绕比C值愈大的弹簧，刚度，工作中易出现；对于圈数较多的压缩弹簧，当长细比较大时，则可能会出现。
4．按照所承受的载荷不同，弹簧可以分为、、和四种；而按照形状不同，弹簧可分为、、、和。
模拟题一. 单项选择题1. 平键的剖面尺寸通常是根据从标准中选取。
(a) 传递的转矩(b) 传递的功率(c) 轮毂的长度(d) 轴的直径2. 设计螺栓联接时，若被联接件为铸铁，则常在螺栓孔处制作沉头座或凸台，其目的是。
避免螺栓受附加弯曲应力作用便于安装为安置防松装置避免螺栓受拉力过大3. 当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且联接不需要经常拆装时，往往采用。
螺栓联接螺钉联接双头螺柱联接紧定螺钉联接 4. 带传动在工作中产生弹性滑动的原因是。
带与带轮间的摩擦系数较小带绕过带轮产生了离心力带的弹性与紧边和松边存在拉力差带传动的中心距过大 5. 设计链传动时，为了降低动载荷,一般采用。
《机械设计模拟考试题》-弹簧
10、 10、弹簧采用压强处理是为了提高 _____ ；采 用喷丸 处理是为了提高____ ____。 处理是为了提高____。 a）静力强度 c）刚度 b）疲劳强度 d）高温性能
二、简答题 1、弹簧材料应具备哪些性质？许用应力怎样选择？ 2、何谓弹簧指数？弹簧刚度？曲度系数？ 3、压缩和拉伸螺旋弹簧受到载荷作用时弹簧丝剖面上主 要产生 的是什么应力？应力分布如何？ 4、受压和受拉载荷时应力情况有什么不同？ 5、弹簧的最大工作载荷与极限载荷的关系？当最大载荷为定值 时，可用哪些办法来增大其相应的变形量？ 6、影响弹簧强度的参数有哪些？各参数对强度起什么作用？ 7、影响弹簧变形的参数有哪些？各参数的作用如何？ 8、弹簧的特性线表征了弹簧的什么性能？它在设计中起什么作 用？试画出拉压弹簧的特征丝。
（弹簧部分） 弹簧部分） 陈晓勇编
西南科技大学制造学院 2003.2.2
一、选择题 圆柱螺旋弹簧指数C 的比值。 1、 圆柱螺旋弹簧指数C是 _____ 的比值。 弹簧直径d与中径D a）弹簧直径d与中径D 中径与弹簧直径d b）中径与弹簧直径d 自由高度H与弹簧直径d c）自由高度H与弹簧直径d 弹簧直径d d）弹簧直径d与自由高度 弹簧指数选的过小则__ 选的过大则_____ 2、弹簧指数选的过小则__ ，选的过大则_____ 。 a）弹簧刚度太小 b）弹簧以产生失稳现象 卷绕困难， c）卷绕困难，且工作时内侧应力大 弹簧尺寸过大， d）弹簧尺寸过大，结构不紧凑 圆柱形螺旋弹簧的簧丝直径按弹簧的_____ 3、圆柱形螺旋弹簧的簧丝直径按弹簧的_____ 要求 计算得到；其工作圈数按弹簧的__ 计算得到；其工作圈数按弹簧的__ 要求计算得到 a）强度 b）稳定性 c刚度 d）结构尺寸
计算圆柱形螺旋弹簧簧丝剖面切应力时， 7 、计算圆柱形螺旋弹簧簧丝剖面切应力时，引用曲 度系数K ______。 度系数K是为了考虑 ______。 a）卷绕弹簧时所产生的内应力 b）簧丝表面可能存在的缺陷 c）簧丝靠近弹簧轴线一侧要发生应力集中 d）螺旋角和簧丝曲率对弹簧应力的影响以及 切向力产生的应力 圆柱形螺旋弹簧的曲度系数K 8、圆柱形螺旋弹簧的曲度系数K，其数值大小取 ______。 决于 ______。 弹簧指数C 簧丝直径d a）弹簧指数C b）簧丝直径d 弹簧中径D c）螺旋升角 d）弹簧中径D 采用冷卷法制成的弹簧， 9、采用冷卷法制成的弹簧，其热处理的方式 采用热卷法制成的弹簧， 为 ______ ，采用热卷法制成的弹簧，其 ______。 热处理的方式为 ______。 a）淬火 b）回火 c）淬火后回火 d）渗碳淬火
弹簧在机械工程中的应用案例考核试卷
D.提高弹簧的刚度
13.关于弹簧的制造工艺，以下哪种说法是正确的？( )
A.冷卷弹簧比热卷弹簧具有更高的强度和韧性
B.热卷弹簧的表面硬度高于冷卷弹簧
C.冷卷弹簧适用于大应力工作环境
D.热卷弹簧适用于小应力工作环境
14.以下哪种应用场合适宜使用气弹簧？( )
A.高速旋转机械
B.轻载机械臂
A.表面处理
B.使用耐腐蚀材料
C.增加弹簧的线径
D.减少弹簧的圈数
18.以下哪些是弹簧设计中的基本参数？( )
A.弹簧直径
B.弹簧的自由长度
C.弹簧的工作长度
D.弹簧的线材直径
19.以下哪些因素会影响弹簧的动态性能？( )
A.弹簧的质量
B.弹簧的刚度
C.弹簧的阻尼特性
D.外部激励频率
20.以下哪些场合可能会使用橡胶弹簧？( )
A.弹簧的自由长度
B.弹簧的形变量
C.弹簧的工作长度
D.弹簧的预压力
11.下列哪种情况不会导致弹簧应力过大？( )
A.超过弹簧的最大工作负荷
B.弹簧的预压力过大
C.弹簧的圈数过多
D.弹簧的自由长度过长
12.在弹簧设计中，以下哪种处理方法可以提高弹簧的疲劳寿命？( )
A.增加弹簧的线径
B.降低弹簧的工作应力
3.弹簧的自由长度越长，其弹性模量越小。（）
4.热卷弹簧比冷卷弹簧具有更高的强度和韧性。（）
5.拉簧和压簧在结构上的主要区别是拉簧的两端是自由的，而压簧的一端固定。（）
6.弹簧的疲劳寿命与弹簧的工作应力无关。（）
7.在所有弹簧材料中，不锈钢的耐腐蚀性是最强的。（）
8.弹簧的安装角度不会影响其性能。（）
弹簧测试题及答案
弹簧测试题及答案一、选择题1. 弹簧的弹性系数（劲度系数）K表示的是：A. 弹簧的刚度B. 弹簧的柔度C. 弹簧的硬度D. 弹簧的长度答案：A2. 当弹簧受到外力作用时，其长度会发生变化，这种变化称为：A. 弹性变形B. 塑性变形C. 永久变形D. 瞬时变形答案：A3. 胡克定律描述的是弹簧的哪种性质？A. 弹性系数B. 弹性变形C. 弹性势能D. 弹性力答案：D二、填空题4. 弹簧的弹性系数K与弹簧的______成正比，与弹簧的截面积成反比。
答案：长度5. 根据胡克定律，弹簧的弹性力F与弹簧的弹性系数K和弹簧的伸长量或压缩量x的关系可以表示为：F = ______。
答案：Kx三、简答题6. 描述一下弹簧的弹性变形与塑性变形的区别。
答案：弹性变形是指当外力作用在弹簧上时，弹簧会发生形变，但当外力移除后，弹簧能够恢复到原来的形状和尺寸。
塑性变形则是指外力作用下，弹簧发生形变后，即使外力移除，弹簧也不能恢复到原来的形状和尺寸，形成了永久性的形变。
四、计算题7. 已知弹簧的弹性系数K=500 N/m，弹簧原长为0.5 m，当施加200 N 的力时，求弹簧的伸长量。
答案：根据胡克定律，F = Kx，其中F为施加的力，K为弹性系数，x为伸长量。
将已知数值代入公式得：200 N = 500 N/m * x，解得x= 0.4 m。
五、实验题8. 设计一个实验来测量弹簧的弹性系数K。
答案：实验步骤如下：- 准备一个已知质量的砝码，一个弹簧，一个刻度尺，一个固定弹簧的装置。
- 将弹簧固定在装置上，确保弹簧垂直悬挂。
- 逐渐增加砝码的质量，记录下弹簧的总长度和相应的砝码质量。
- 绘制力-位移图，即砝码质量（力）与弹簧伸长量的关系图。
- 从图中找到斜率，斜率即为弹簧的弹性系数K。
注意：实验中要确保弹簧在弹性范围内工作，避免超过其弹性极限。
机械设计习题与解析答案
机械设计习题与解析答案机械设计是工程领域中的一个重要分支，它涉及到机械系统的设计、分析和制造。
在机械设计的学习过程中，习题和解析是帮助学生理解和掌握理论知识的重要手段。
以下是一些典型的机械设计习题以及对应的解析答案。
习题1：齿轮传动设计- 问题：设计一个齿轮传动系统，要求传递的功率为10 kW，转速为1500 rpm，传动比为3:1。
请确定齿轮的模数、齿数、中心距以及齿轮材料。
- 解析：- 首先，根据传动比和转速，可以计算出驱动齿轮和从动齿轮的转速。
- 然后，利用功率和转速，可以确定所需的扭矩。
- 根据扭矩和传动效率，可以确定齿轮的模数。
- 齿数可以根据模数和中心距来确定，通常需要考虑齿轮的承载能力和传动的平稳性。
- 齿轮材料应选择具有良好耐磨性和强度的材料，如合金钢。
习题2：轴承寿命计算- 问题：某机械的轴承承受的径向负荷为2000 N，轴承的额定寿命为10000小时。
若轴承的寿命与负荷成反比，计算在负荷增加到3000 N 时，轴承的额定寿命将减少到多少小时？- 解析：- 根据基本寿命公式，轴承寿命L与负荷P的关系可以表示为L = k/P，其中k是常数。
- 将初始条件代入公式，得到k = 10000 * 2000。
- 当负荷增加到3000 N时，新的寿命L' = k/3000。
- 计算得到L'的值，即新的额定寿命。
习题3：弹簧设计- 问题：设计一个压缩弹簧，使其在压缩到20mm时，能够储存10J的能量。
弹簧材料的弹性模量为210 GPa，泊松比为0.3。
- 解析：- 首先，根据能量储存公式E = 1/2 * k * (Δx)^2，可以计算出弹簧的刚度k。
- 然后，利用刚度公式k = G * A / L，可以确定弹簧的截面积A和未压缩长度L。
- 考虑到实际设计中需要考虑弹簧的稳定性和制造工艺，可能需要对截面积和长度进行适当调整。
习题4：联轴器选择- 问题：为一台功率为50 kW，转速为1000 rpm的电机选择合适的联轴器。
机械设计第16章
问题 1 得 1 分，满分 1 分 选择题 当簧丝直径d一定时，圆柱形螺旋弹簧的旋绕比C如取得太小，则 。
所选答案： A. 弹簧卷绕有困难
正确答案： A. 弹簧卷绕有困难
问题 2 得 1 分，满分 1 分 选择题 圆柱拉伸（压缩）螺旋弹簧受戴后，簧丝截面上的最大应力是 。
所选答案： A. 扭切应力f1和切应力f2之和
正确答案： A. 扭切应力f1和切应力f2之和
问题 3 得 1 分，满分 1 分 选择题 在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指 。
所选答案： A. 弹簧中径与簧丝直径之比值。
正确答案： A. 弹簧中径与簧丝直径之比值。
问题 4 得 1 分，满分 1 分 选择题 曲度系数K，其数值大小取决于____。
所选答案： A. 弹簧指数C
正确答案： A. 弹簧指数C
问题 5 得 1 分，满分 1 分 选择题 圆柱形螺旋弹簧的有效圈数按弹簧的____要求计算得到。
所选答案： A. 刚度 正确答案： A. 刚度
问题 6 得 1 分，满分 1 分 选择题 弹簧指数C选得大，则弹簧_____。
所选答案： A. 刚度过小，易颤动
正确答案： A. 刚度过小，易颤动
问题 7 得 1 分，满分 1 分 选择题 圆柱形螺旋压缩弹簧支承圈的圈数取决于____。
所选答案： A. 端部形式
正确答案： A. 端部形式
问题 8 得 1 分，满分 1 分 选择题 对于簧丝直径较大的弹簧，应采用合金钢制造，这是为了_____。
所选答案： A. 保证在热处理时淬透
正确答案： A. 保证在热处理时淬透
问题 9 得 1 分，满分 1 分 选择题 设计圆柱拉伸螺旋弹簧时，簧丝直径d的确定主要依据弹簧的 。
所选答案： A. 强度条件
正确答案： A. 强度条件
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1. 圆柱形螺旋压缩弹簧支承圈的圈数取决于____。
A.载荷大小 B.载荷性质 C.刚度要求 D.端部形式
2. 拧紧螺母时用的定力矩扳手，其弹簧的作用是_____。
A.缓冲吸振
B.控制运动 C.储存能量 D.测量载荷
3. 弹簧指数C选得小，则弹簧_____。
A.刚度过小，易颤动 B.卷绕困难，且工作时簧丝内侧应力大
C.易产生失稳现象 D.尺寸过大，结构不紧凑
4. 圆柱形螺旋弹簧的有效圈数按弹簧的____要求计算得到。
A.稳定性 B.刚度 C.结构尺寸 D.强度
5. 圆柱形螺旋扭转弹簧可按曲梁受____进行强度计算。
A.扭转 B.弯曲 C.拉伸 D.压缩
6. 曲度系数K，其数值大小取决于____。
A.弹簧指数C B.弹簧丝直径 C.螺旋升角 D.弹簧中径
7. 圆柱形螺旋弹簧的弹簧丝直径按弹簧的____要求计算得到。
A.强度 B.稳定性 C.刚度 D.结构尺寸
8. 计算圆柱螺旋弹簧弹簧丝剖面切应力时，引用曲度系数K是为了考虑
____。
A.卷绕弹簧时所产生的内应力 B.弹簧丝表面可能存在的缺陷
C.弹簧丝靠近弹簧轴线一侧要发生应力集中
D.螺旋角和弹簧丝曲率对弹簧应力的影响以及切向力所产生的应力
9. 弹簧指数C选得大，则弹簧_____。
A.尺寸过大，结构不紧凑 B.刚度过小，易颤动
C.易产生失稳现象 D.卷绕困难，且工作时簧丝内侧应力大
10. 弹簧采用喷丸处理是为了提高其_____。
A.静强度 B.疲劳强度 C.刚度 D.高温性能
［正确答案］
答案：D、D、B、B、B、A、A、D、B、B