机械设计习题集解析
机械设计试题库及答案解析
一、填空题 ( 每空 1 分共 24 分)1. 螺纹的公称直径是指螺纹的径，螺纹的升角是指螺纹径处的升角。
螺旋的自锁条件为。
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、螺纹联接防松，按其防松原理可分为防松、防松和防松。
4、选择普通平键时，键的截面尺寸(b × h) 是根据查标准来确定的, 普通平键的工作面是。
5、带传动的传动比不宜过大，若传动比过大将使，从而使带的有效拉力值减小。
6、链传动瞬时传动比是，其平均传动比是。
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、直齿圆柱齿轮作接触强度计算时取处的接触应力为计算依据，其载荷由一对轮齿承担。
9、对非液体摩擦滑动轴承，为防止轴承过度磨损，应校核，为防止轴承温升过高产生胶合, 应校核。
10、挠性联抽器按是否具行弹性元件分为挠性联轴器和挠性联轴器两大类。
二、单项选择题( 每选项 1 分, 共 10 分)1.采用螺纹联接时 , 若被联接件之—厚度较大，且材料较软，强度较低，需要经常装拆，则一般宜采用。
A 螺栓联接；B双头螺柱联接；C螺钉联接。
2. 螺纹副在摩擦系数一定时, 螺纹的牙型角越大, 则。
A.当量摩擦系数越小，自锁性能越好；B．当量摩擦系数越小，自锁性能越差；C.当量摩擦系数越大，自锁性能越差；D.当量摩擦系数越大，自锁性能越好；3、当键联接强度不足时可采用双键。
使用两个平键时要求键布置。
(1分)A在同—直线上 ; B 相隔 900 ; C ．相隔 1200； D 相隔 18004、普通平键联接强度校核的内容主要是。
A. 校核键侧面的挤压强度;B. 校核键的剪切强度；C.AB 两者均需校核；D．校核磨损。
5、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6、为了限制链传动的动载荷，在节距p 和小链轮齿数z1一定时 , ．应该限制。
机械设计课后习题答案及解析
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 。
机械设计习题集带答案
齿轮传动习题1.问：常见的齿轮传动失效有哪些形式？答：齿轮的常见失效为：轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变形等。
2.问：在不改变材料和尺寸的情况下，如何提高轮齿的抗折断能力？答：可采取如下措施：1)减小齿根应力集中;2)增大轴及支承刚度;3)采用适当的热处理方法提高齿芯的韧性;4)对齿根表层进行强化处理。
3.问：为什么齿面点蚀一般首先发生在靠近节线的齿根面上？答：当轮齿在靠近节线处啮合时，由于相对滑动速度低形成油膜的条件差，润滑不良，摩擦力较大，特别是直齿轮传动，通常这时只有一对齿啮合，轮齿受力也最大，因此，点蚀也就首先出现在靠近节线的齿根面上。
4.问：在开式齿轮传动中，为什么一般不出现点蚀破坏？答：开式齿轮传动，由于齿面磨损较快，很少出现点蚀。
5.问：如何提高齿面抗点蚀的能力？答：可采取如下措施：1)提高齿面硬度和降低表面粗糙度;2)在许用范围内采用大的变位系数和,以增大综合曲率半径;3)采用粘度高的润滑油;4)减小动载荷。
6.问：什么情况下工作的齿轮易出现胶合破坏？如何提高齿面抗胶合能力？答：高速重载或低速重载的齿轮传动易发生胶合失效。
措施为：1)采用角度变位以降低啮合开始和终了时的滑动系数;2)减小模数和齿高以降低滑动速度;3)采用极压润滑油;4)采用抗校核性能好的齿轮副材料;5)使大小齿轮保持硬度差;6)提高齿面硬度降低表面粗糙度。
7.问：闭式齿轮传动与开式齿轮传动的失效形式和设计准则有何不同？答：闭式齿轮传动：主要失效形式为齿面点蚀、轮齿折断和胶合。
目前一般只进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算。
开式齿轮传动：主要失效形式为轮齿折断和齿面磨损，磨损尚无完善的计算方法，故目前只进行弯曲疲劳强度计算，用适当增大模数的办法考虑磨损的影响。
8.问：硬齿面与软齿面如何划分？其热处理方式有何不同？答：软齿面：HB≤350，硬齿面：HB>350。
软齿面热处理一般为调质或正火，而硬齿面则是正火或调质后切齿，再经表面硬化处理。
机械设计复习时用参考试题全套及答案详解
机械设计试题（ A）卷（闭）一、选择、填充 (20分)1．十字滑块联轴器，是属挠性联轴器，只用在转速不高的场合(n≤200r／min)其原因是________.(a) 中间盘太重(b) 中间盘滑动磨损过大（c）中间盘材料太差。
2．滚动轴承都有不同的直径系列，若两个向心轴承代号中仅直径系列不同时，此两轴承的区别是________.(a) 外径和宽度不同，内径相同(b) 内径和宽度不同，外径相同(c) 滚动体数目不同,内外径相同(d) 滚动体直径大小不同，内外径相同，3．液体动力滑动轴承在稳定运转时，轴颈的位置如图示，试在图上图示：(3分)(1) 轴的转向(2) 油膜压力分布的大致图形O——轴承中心O1一—轴中心F——载荷4．闭式蜗杆减速机机盖(机座)上铸有筋片，其目的是为了散热防止温升过高，温升过高将导致______.(a) 蜗杆变形过大(b) 材料的机械性能下降．(c) 润滑条件恶化(d) 润滑油变质．5．齿轮传动中，提高圆柱齿轮的精度将能减小________系数。
6．图示为直齿圆柱齿轮齿根弯曲强度计算力学模型，齿宽为b，试在图中标出Υ、Fn、h、S, 并写出齿根弯曲应力公式(σ F=M/W)中M和W表达式． (6分)7．图示曲线为滚子链的额定功率曲线(似帐篷曲线)，其中OA段是______；AB段段是______，BC段是________.(a)由销轴和套筒胶合限定．(b)由链板疲劳强度限定．(c)滚子、套筒冲击疲劳强度限定。
8．标准D型V带传动，在初拉应力σ = F0/A=1.2Mpa ( A = 476m㎡)，传递圆周力800N时，若不计离心力的影响，则工作时紧边的拉力F1=______N；松边的拉力F2=________N．9．选择轴的剖面尺寸(b * h)是根据______标准中选出来的．(a) 传递扭矩的大小(b) 传递功率的大小(c) 轴径大小(d) 轮毂长度10．在图示零件的极限应力线图中，M为零件断面上的应力，其应力循环特性r =常数，OM1线与横轴间的夹角为? = 50°，则该零件受的是______。
机械设计大题分析解析
1.键和花键的应用和特点平键：特点：结构简单，对中性好，装拆，维护方便。
应用：用于轴径大于100mm ，对中性要求不高且载荷较大的重机械中花键：承载能力强，导向性好，对中性好，互换性好，加工复杂，成本高。
应用：主要用于定心精度高、载荷大或经常滑移的连接（飞机，汽车，拖拉机，机床制造）。
2．摩擦型带的弹性滑动1）由于拉力差引起的带的弹性变形而产生的滑动现象——弹性滑动 2）弹性滑动是不可避免的，是带传动的固有特性。
（∵ 只要带工作，必存在有效圆周力，必然有拉力差） 3）速度间关系：v 轮1>v 带>v 轮2。
量关系→滑动率ε表示：%2~1%100121≈⨯-=v v v ε 100060111⨯=n D v π 100060222⨯=n D v π 传动比)1(1221ε-==D D n n i 或2112)1(D n D n ε-= 4）后果：a ) v 轮2<v 轮1，i 不准确；b ) η↓；c ) 引起带的磨损；d ) 带温度↑，寿命↓。
3．齿轮传动的主要失效形式轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、和齿面胶合，塑性变形 4. 滚动轴承的基本概念滚动轴承室是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一中机械元件5.轴系的轴向固定常用的轴向固定有两种，一是双支撑单向固定（两端固定式），二是单支撑双向固定（一端固定，一端游动）1滚动轴承的寿命计算某轴由一对代号为30212的圆锥滚子轴承支承，其基本额定动载荷C = 97.8 kN。
轴承受径向力R1= 6000N，R2 =16500N。
轴的转速n =500 r/min，轴上有轴向力F A = 3000 N，方向如图。
轴承的其它参数见附表。
冲击载荷系数f d = 1。
求轴承的基本额定寿命。
一传动装置的锥齿轮轴用一对代号为30212的圆锥滚子轴承支承，布置如图。
已知轴的转速为1200r/min，两轴承所受的径向载荷R1= 8500N，R2 =3400N。
机械设计习题与参考问题详解
习题与参考答案一、单项选择题〔从给出的A、B、C、D中选一个答案〕1 当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数一样时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能。
A. 好B. 差C. 一样D. 不一定2 用于连接的螺纹牙型为三角形，这是因为三角形螺纹。
A. 牙根强度高，自锁性能好B. 传动效率高C. 防振性能好D. 自锁性能差3 假如螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，如此拧紧螺母时的效率取决于螺纹的。
A. 螺距和牙型角B. 升角和头数C. 导程和牙形斜角D. 螺距和升角4 对于连接用螺纹，主要要求连接可靠，自锁性能好，故常选用。
A. 升角小，单线三角形螺纹B. 升角大，双线三角形螺纹C. 升角小，单线梯形螺纹D. 升角大，双线矩形螺纹5 用于薄壁零件连接的螺纹，应采用。
A. 三角形细牙螺纹B. 梯形螺纹C. 锯齿形螺纹D. 多线的三角形粗牙螺纹6 当铰制孔用螺栓组连接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓。
A. 必受剪切力作用B. 必受拉力作用C. 同时受到剪切与拉伸D. 既可能受剪切，也可能受挤压作用7 计算紧螺栓连接的拉伸强度时，考虑到拉伸与扭转的复合作用，应将拉伸载荷增加到原来的倍。
8 采用普通螺栓连接的凸缘联轴器，在传递转矩时，。
A. 螺栓的横截面受剪切B. 螺栓与螺栓孔配合面受挤压C. 螺栓同时受剪切与挤压D. 螺栓受拉伸与扭转作用9 在如下四种具有一样公称直径和螺距，并采用一样配对材料的传动螺旋副中，传动效率最高的是。
A. 单线矩形螺旋副B. 单线梯形螺旋副C. 双线矩形螺旋副D. 双线梯形螺旋副10 在螺栓连接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是。
A. 提高强度B. 提高刚度C. 防松D. 减小每圈螺纹牙上的受力11 在同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应一样，这是为了。
A. 受力均匀B. 便于装配.C. 外形美观D. 降低本钱。
A. 对螺栓材料的强度要求B. 对螺栓的制造精度要求C. 对螺栓材料的刚度要求D. 对螺栓材料的耐腐蚀性要求13 螺栓强度等级为6.8级，如此螺栓材料的最小屈服极限近似为。
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。
机械设计习题集(3)解析
第1章机械设计概论思考题1. 什么是部件？什么是零件？什么是构件？什么是通用零件？什么是专用零件？机械设计课程研究的是哪类零件？从哪几个方面来研究这类零件？2. 机械设计应满足哪些基本要求？机械零件设计应满足哪些基本要求？3. 机械设计的一般步骤是怎样的？第2章机械零件的工作能力和计算准则一、填空题1. 在压力作用下，以点、线相接触的两物体在接触处产生的应力称为应力。
2. 零件在变应力作用下的强度计算属于强度计算，它不同于静强度计算。
3. 零件的计算载荷与名义载荷的关系是。
4. 零件的名义载荷是指载荷。
5. 零件的实际载荷与计算载荷的差异对零件的强度影响，将在中考虑。
二、简答与思考题1. 解释下列名词：静载荷、变载荷、稳定循环变载荷、动载荷、工作载荷、额定载荷、计算载荷、静应力、变应力、疲劳及疲劳极限。
静载荷是否一定产生静应力？变载荷是否一定产生变应力？2. 什么是变应力的循环特性r？对于静应力、脉动循环变应力和对称循环变应力，其r值各等于多少？3. 在一定的循环特性r下工作的金属试件，其应力循环次数与疲劳极限之间有怎样的内在联系？怎样区分试件的无限工作寿命和有限工作寿命？怎样计算在有限寿命下工作的试件的疲劳极限？4. 两个曲面形状的金属零件相互压紧，其表面接触应力的大小由哪些因素确定？如果这两个零件的材料、尺寸都不同，其相互接触的各点上彼此的接触应力值是否相等？三、计算题1. 图示为对心直动滚子从动件凸轮机构。
从动件顶端承受压力F=12kN。
当压力角α达到最大值αmax=250时，相应的凸轮轮廓在接触点上的曲率半径为R=75mm。
已知：滚子半径r=15mm，凸轮与滚子的宽度b=20mm；两者材料的弹性模量和泊松比均为E=2.1×105Mpa和μ=0.3；许用接触应力[ζ]H=1500Mpa。
试校核凸轮与滚子的表面接触强度。
题1图第3章机械零件的疲劳强度一、简答题1.已知某零件的简化极限应力图及其危险剖面上的ζm、ζa工作应力点M（ζm，ζa），如图示，当其应力变化规律按ζm=C（常数）变化时，在图中找出相应的极限应力点，并计算其安全系数。
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贵, 多用于高速、 重载及有特殊要求的轴材
料。 对于耐磨性要求较高的轴, 可选用20Cr、
20CrMnTi等低碳合金钢, 进行渗碳淬火处理。
对于在高温、 高速和重载条件下工作的轴,
可选用38CrMoAlA、 40CrNi等合金结构钢。
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•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
由于在一般工作温度下, 碳素钢和合金钢
的弹性模量相差无几, 因此, 不能用合金钢代
周建波教授 天津职业大学机电学院
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第10章 轴和轴毂联接
• 10.1 概述 • 10.2 轴的材料 • 10.3 轴及轴系的结构设计 • 10.4 轴的设计计算 • 10.5 轴毂联接
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轴是组成机器最基本的重要零件之一，其主要 功能是传递运动和转矩支撑回转零件（如齿轮、带 轮）。轴一般都要有足够的强度、合理的结构和良 好的工艺性。
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（2） 曲轴：
•
中心线为折线的轴称为曲轴, 如图10 - 2
所示。 它主要用在需要将回转运动与往复直
线运动相互转换的机械中。
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图 10 - 2 曲轴
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• （3） 挠性软轴：
•
能把旋转运动灵活地传到任何位置的钢丝
软轴称为挠性软轴, 如图10 - 3 所示。
•
•
由于阶梯轴上零件便于拆装和固定, 又利于
节省材料和减轻重量, 因此在机械中应用最普遍。
在某些机器中也有采用空心轴(见图10 - 1(c))
的, 以减轻轴的重量或利用空心轴孔输送润滑油、
冷却液等。
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图 10 - 1 直轴 (a) 光轴; (b) 阶梯轴; (c) 空心轴
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10.3 轴及轴系的结构设计
一、轴系的结构简介
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• 轴上各部分名称如图所示
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二、轴的结构简介jb1403.swf
（一） 零件在轴上的轴向固定
•
零件在轴上的轴向固定方法很多, 如图10
- 8 所示, 选择时要综合考虑零件在轴上的位
置、 轴向力的大小、 具体的安装条件等。
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• 2. 轴设计的一般步骤 • (1) 选择轴的材料； • (2) 初步估算轴的基本直径； • (3) 进行轴的结构设计； • (4) 进行轴的强度、 刚度或稳定性等验算； • (5) 绘制轴的工作图。
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10.2 轴的材料
1. 碳素钢
•
碳素钢比合金钢价廉, 对应力集中不敏感, 并
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表10 - 2 轴肩圆角半径
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•
（2）. 套筒
•
在轴的中部, 当两个零件间距离较小时, 常采用
套筒作相对固定, 如图10 - 9所示。使用套筒可简化轴
的结构, 避免在轴上制出螺纹、 环形槽等, 能有效地提
高轴的疲劳强度, 但增加了一些重量, 故套筒不应太长。
且因套筒与轴的配合较松, 所以也不宜用于高速轴。
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图 10 - 9 套筒的使用
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•
（3） 圆螺母
•
圆螺母可承受较大的轴向力, 但在螺纹处有应
（一）、轴的分类和应用特点 1、按轴线形状不同，轴可分为直轴、曲轴和软轴 三种。
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（1） 直轴： 中心线为一直线的轴称为直轴。 在轴的全长
上直径都相等的直轴称为光轴, 如图10 -1(a)所示; 各段直径不等的直轴称为阶梯轴, 如图10 - 1(b) 所示。
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工作中同时受弯矩和扭矩的轴称为转轴
图 10 - 5 转轴
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只受扭矩不受弯矩或所受弯矩很小的轴称为传动轴
图 10 - 6 传动轴
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只承受弯矩的轴称为心轴
图 10 - 7 心轴 (a) 机车车轴; (b) 自行车前轴 轴小结jb140101.swf
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•
（1）. 轴肩和轴环
•
阶梯轴上常采用轴肩或轴环定位, 如图10 - 8所
示。 轴肩或轴环是阶梯轴上截面变化的部分, 由定位
面和过渡圆角组成。 轴肩结构简单, 能承受较大的轴
向力, 应用较多。
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D h C1
d h
d
b
r
rR
(a)
(b)
图 10 —8 轴肩和轴环
替碳素钢来提高轴的刚度。
•
轴的毛坯通常用锻件和热轧圆钢。 对于
某些结构外形复杂的轴可采用铸钢或球墨铸铁,
后者具有吸震性、 耐磨性好、 价格低廉、
对应力集中敏感性差等优点。
•
表10 - 1列出了几种轴的常用材料及其力
学性能。
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表10 - 1 轴的常用材料及其主要力学性能
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可用热处理的方法改善其力学性能。 一般机械中常
用35、 45、 50钢等优质碳素钢, 并进行正火或调
质处理, 其中以45钢用得最为广泛。
•
不重要的、 受力较小的轴可采用Q235、 Q275
等碳素结构钢。
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• 2. 合金钢
•
合金钢具有较高的力学性能和良好的热处
理工艺性, 但对应力集中比较敏感, 且价格较
它由多组钢丝分层卷绕而成(见图10 - 4),
其特点是具有良好的挠性。 它常用于医疗器
械和小型机具等移动设备上。
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图 10 - 3 钢丝软轴
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图 10 - 4 钢丝软轴的结构
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2. 按承载情况不同分类 (1) 转轴： 工作中同时受弯矩和扭矩的轴称为转轴。 转轴在各种机器中最常见, 如减速箱中的齿轮 轴(见图10 - 5)。
(2) 传动轴: 只受扭矩不受弯矩或所受弯矩很小的轴称
为传动轴。 如汽车传动轴(见图10 - 6)。
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• (3) 心轴：
•
只承受弯矩的轴称为心轴。 心轴又分为
转动心轴和固定心轴, 前者如机车车轴(见图
10 - 7(a)), 后者如自行车的前轴(见图10 -
7(b))。
2020/11/1
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• 10.1.2 轴设计的要求和一般步骤
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1. 轴设计的基本要求
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不同机械对轴有不同的设计要求, 基本包括以
下三方面:
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(1) 合理的结构和良好的工艺性, 以保证零件具
有可靠的轴向和周向定位, 并利于加工；
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(2) 具有足够的强度, 以承受设计要求的工作载
荷；
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(3) 具有足够的刚度和良好的稳定性。