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机械设计课程思考题和习题

（适用教材：李建功主编《机械设计》（第四版））

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机械设计课程组

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第一章 机械设计总论

思 考 题

1－1 一部现代化的机器主要有哪几部分组成？

1－2 开发一部新机器通常需要经过哪几个阶段？每个阶段的主要工作是什么？ 1－3 作为一个设计者应具备哪些素质？ 1－4 机械设计课程的性质、任务和内容是什么？

1－5 机械设计课程有哪些特点？学习中应注意哪些问题？

1－6 什么是失效？什么是机械零件的计算准则？常用的计算准则有哪些？ 1－7 什么是校核计算？什么是设计计算？

1－8 什么是名义载荷？什么是计算载荷？为什么要引入载荷系数？ 1－9 静应力由静载荷产生，那么变应力是否一定由变载荷产生？

1－10 什么是强度准则？对于零件的整体强度，分别用应力和安全系数表示的强度条件各是什么？ 1－11 在计算许用应力时，如何选取极限应力？

1－12 什么是表面接触强度和挤压强度？这两种强度不足时，分别会发生怎样的失效？

1－13 刚度准则、摩擦学准则以及振动稳定性准则应满足的条件各是什么？这些准则得不到满足时，可能的失效形式是什么？

1－14 用合金钢代替碳钢可以提高零件的强度，是否也可以提高零件的刚度？ 1－15 什么是机械零件的“三化”？“三化”有什么实际意义？ 1－16 机械零件的常用材料有哪些？设计机械零件时需遵循哪些原则？

第二章 机械零件的疲劳强度设计

思 考 题

2－1 什么是疲劳破坏？疲劳断口有哪些特征？ 2－2 变应力有哪几种不同的类型？ 2－2 什么是疲劳极限？什么是疲劳寿命？

2－4 什么是疲劳曲线？什么是极限应力图？用它们可以分别解决疲劳强度计算中的什么问题？ 2－5 什么是有限寿命设计？什么是无限寿命设计？如何确定两者的极限应力？ 2－6 塑性材料和脆性材料的σm－σa极限应力图应如何简化？

2－7 影响机械零件疲劳强度的三个主要因素是什么？它们是否对应力幅和平均应力均有影响？ 2－8 如何根据几个特殊点绘出机械零件的σm－σa极限应力图？

2－9 机械零件受恒幅循环应力时，可能的应力增长规律有哪几种？如何确定每种规律下的极限应力点？如何计算安全系数？ .下载可编辑.

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2－10 什么是Miner法则？用它可以解决疲劳强度计算中的什么问题？ 2－11 如何计算机械零件受规律性变幅循环应力时的安全系数？

习 题

2－1 已知：45钢的σ－1＝270MPa，寿命指数m=9，循环基数N0＝10。求：1）循环次数分别为8000

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和620000次时的有限寿命疲劳极限σ－1N；2）应力幅为330MPa的对称循环应力作用下的疲劳寿命。

2－2 一板状零件所受工作拉力F在25～85kN之间周期性变化，危险截面的面积A=320mm，疲劳缺口系数Kσ＝1.45，尺寸系数εσ＝0.75，表面状态系数β＝0.9。零件材料为20CrMnTi，其力学性能为：σs＝835MPa，σ－1＝345MPa，σ0＝615MPa。试绘出该零件的简化法求γ＝C时的安全系数Sσ。

2－3 一零件的材料为合金钢，其危险截面上的最大工作应力σmax＝250MPa，最小工作应力σmin＝－50MPa，疲劳缺口系数Kσ＝1.32，尺寸系数εσ＝0.85，表面状态系数β＝0.9。该材料的力学性能为：σb＝900MPa，σs＝800MPa，σ－1＝440MPa，σ0＝720MPa。要求：1）按比例绘制零件的简化

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σm－σa极限应力图，并用图解法和解析

σm－σa极限

应力图；2）按σm＝C 求该零件的极限应力幅σa′、极限平均应力σm′和极限应力σγ′；3）按σm＝C 求该零件危险截面的安全系数Sσ。

2－4 某机械零件在一个工作周期T内的应力（皆为对称循环）变化如图2-27所示。已知：零件材料的σ－1＝350MPa，N0=10，m=9，综合影响系数KσD＝1.85。试计算该零件的安全系数Sσ。

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2－5 已知某材料的力学性能为：??1＝350MPa，m＝9，N0＝5×10，对此材料进行对称循环疲劳试验，依次加载应力为：（1）?1＝550MPa，循环次数n1＝5×10；（2）?2＝450 MPa，求：发生疲劳破坏时，?2的循环次数n2＝？

注：疲劳曲线方程：?mmN?C???1N0

64mm解：（1）由疲劳曲线方程 ?N?C???1N0

???1? 得 N???N0

???9???1?64350???N??5?10?8.6?10 N1?? ??0???550???1?mm9???1?65350???N2??N??5?10?5.2?10 ??0???450???2?n1n?2?1 （2）根据Miner法则

N1N2mn25?104??1 458.6?105.2?105 解得： n2?2.18?10

2－6 某机械零件材料为碳素钢，已知：该碳素钢的力学性能为?b=700 MPa，?s=600MPa，

??1=320MPa，?0=560MPa。该零件危险截面上的最大应力?max=220MPa，最小应力?min=- 60MPa，综合

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影响系数KσD=1.32。试：

（1）在图中按比例绘制该零件的简化极限应力图(计算并标出特殊点的坐标)。 （2）在图中标出应力增长规律为?m?C 时，该零件的极限应力点M。

σa （MPa）

A1(0, 242.4) B(280, 212.1) 1 M D N (80, 140) 135° G(600,0) 320??242.4MPa 1.32解：（1） A1点纵坐标： ??1K?Dσm （MPa）

B1点纵坐标：

?02K?D?560?212.1MPa

2?1.32B1点横坐标：

?02?560?280MPa 2折线A1DG为该零件的简化极限应力图 （2） 工作应力点的坐标： ?m??max??min2??220?(?60)?80MPa

2220?(?60)?140MPa

2?a??max??min2过N点且垂直于横轴的直线与极限应力线A1D的交点M即为该零件的极限应力点。9-4

第三章 摩擦、磨损及润滑基础

思 考 题

3－1 按照摩擦面的润滑状态不同，滑动摩擦分为哪几种？

3－2 什么是边界膜？边界膜的形成机理是什么？如何提高边界膜的强度？ 3－2 零件的磨损过程大致分为哪几个阶段？每个阶段的特征是什么？

3－4 根据磨损机理的不同，磨损通常分为哪几种类型？它们各有什么主要特点？ 3－5 粘度的表示方法通常分为哪几种？各种粘度的单位和换算关系是什么？ 3－6 润滑油的主要性能指标有哪些？润滑脂的主要性能指标有哪些？ 3－7 在润滑油和润滑脂中加入添加剂的作用是什么？

3－8 流体动力润滑和流体静力润滑的油膜形成原理有何不同？流体静力润滑的主要优缺点是什么？ 3－9 流体动力润滑和弹性流体动力润滑两者间有何本质区别？所研究的对象有何不同？ 3－10 试说明液体动力润滑油膜形成的必要条件。

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3－11 试说明雷诺方程有哪几个方面的应用。

第四章 螺纹联接及螺旋传动

思 考 题

4－1 螺纹的主要参数有哪些？何处直径为其公称直径？

4－2 常用螺纹牙型有哪几种？哪些主要用于联接？哪些主要用于传动？ 4－3 螺纹联接有哪几种基本类型？它们各自有何特点？各自适用于什么场合？ 4－4 何谓螺纹联接的预紧？预紧的目的是什么？怎样控制预紧力？ 4－5 螺纹联接防松的实质是什么？常用防松方法有哪些？

4－6 受剪螺栓联接的可能失效形式有哪些？设计中需计算何种强度？

4－7 单个受拉螺栓联接有哪几种不同的受力情况？每种受力情况下的强度计算有何相同之处？又有何差异？

4－8 对于承受预紧力和轴向工作拉力的螺栓联接，设计时应如何确定所需的剩余预紧力F??和预紧力F?？如何计算螺栓的总拉力F0？

4－9 国家标准中对螺栓、螺钉和螺柱的性能等级是如何规定的？

4－10 螺栓组联接受力分析和计算的目的是什么？螺栓组联接有哪几种典型的基本受载形式？每种受载形式下，应如何进行受力分析与计算？

4－11 提高螺纹联接强度的措施有哪些？

4－12 按用途不同，螺旋传动分为哪几种？滑动螺旋传动的螺杆和螺母分别常用什么材料？ 4－13 设计滑动螺旋传动时，通常需要计算哪些内容？如何确定螺纹的公称直径和螺距？

习 题

4－1 铣刀盘的夹紧装置如图4－35所示。拧紧轴上的螺母后，铣刀1被夹紧在两个夹紧盘2之间，并随主轴转动。已知：最大切削力F=4kN，夹紧盘与铣刀之间的摩擦因数μs＝0.1，轴的材料为45钢，其

σs＝360MPa。试设计轴端螺纹的直径（装配时不控制预紧力）。

习题4－1图

cb＝100N／mm，被联接件的刚度cm＝400N／mm，预紧力F′和轴向4－2 某螺栓联接中，螺栓的刚度

工作拉力F均为500N。1）试问工作中被联接件接合面是否会开缝？2）如果F在100N～500N之间变化，.下载可编辑.