《机械设计》教材讨论题、思考题及习题 绪论 讨论题 0-1就文中的三个实例分析每部机器,哪部分为原动部分、传动部分和执行部分?分别分析 它们是否满足机器的三个特征?并从中举例说明机构、机械零件及构件的含义 思考题 0-1什么是机器?什么是机构?它们各有何特征?一台完整的机器由哪几部分组成?并举 例说明。 0-2什么是机械零件、通用零件、专用零件、部件、标准件?指出下列零件各属于哪一类: 螺栓,齿轮,轴,曲轴,汽门弹簧,轧辊,飞机螺旋桨,汽轮机叶片,滑动轴承,滚动 轴承,联轴器。 0-3本课程研究的对象和主要内容是什么? 0-4本课程的性质与任务是什么?和前面学过的课程相比较,本课程有什么特点? 第一章机械零件设计的基础知识及设计方法简介 思考题 1-1机械设计的内容和一般程序是什么? 1-2机械零件常规设计计算方法有哪几种?各使用于何种情况? 1-3机械零件应满足哪些基本要求?设计的一般步骤是什么? 1-4机械零件的主要失效形式有哪些?什么是机械零件的工作能力?工作能力准则有哪 1-5合理地选择许用安全系数有何重要意义?影响许用安全系数的因素有哪些?设计时应 何选择? 1-6作用在机械零件上的载荷有几种类型?何谓静载荷、变载荷、名义载荷和计算载荷? 1-7作用在机械零件中的应力有哪几种类型?何谓静应力、变应力?静载荷能否产生变应
《机械设计》教材讨论题、思考题及习题 绪 论 讨论题 0-1 就文中的三个实例分析每部机器，哪部分为原动部分、传动部分和执行部分？分别分析 它们是否满足机器的三个特征？并从中举例说明机构、机械零件及构件的含义。 思考题 0-1 什么是机器？什么是机构？它们各有何特征？一台完整的机器由哪几部分组成？并举 例说明。 0-2 什么是机械零件、通用零件、专用零件、部件、标准件？指出下列零件各属于哪一类： 螺栓，齿轮，轴，曲轴，汽门弹簧，轧辊，飞机螺旋桨，汽轮机叶片，滑动轴承，滚动 轴承，联轴器。 0-3 本课程研究的对象和主要内容是什么？ 0-4 本课程的性质与任务是什么？和前面学过的课程相比较，本课程有什么特点？ 第一章 机械零件设计的基础知识及设计方法简介 思考题 1-1 机械设计的内容和一般程序是什么？ 1-2 机械零件常规设计计算方法有哪几种？各使用于何种情况？ 1-3 机械零件应满足哪些基本要求？设计的一般步骤是什么？ 1-4 机械零件的主要失效形式有哪些？什么是机械零件的工作能力？工作能力准则有哪 些？ 1-5 合理地选择许用安全系数有何重要意义？影响许用安全系数的因素有哪些？设计时应 如何选择？ 1-6 作用在机械零件上的载荷有几种类型？何谓静载荷、变载荷、名义载荷和计算载荷？ 1-7 作用在机械零件中的应力有哪几种类型？何谓静应力、变应力？静载荷能否产生变应 力？
1-8何谓材料的疲劳极限、疲劳曲线、金属材料的疲劳曲线分成哪几种类型?各有何特点? 指出疲劳曲线的有限寿命区和无限寿命区,并写出有限寿命区疲劳曲线方程,材料试件 的有限寿命疲劳极限aN如何计算?说明寿命系数KN的意义 1-9材料的极限应力图是如何作出的?简化极限应力图又是如何作出的?它有何用途? 1-10影响零件疲劳强度的主要因素有哪些?零件的简化极限应力图与材料试件的简化极限 应力图有何不同?如何应用? l-l1表面接触疲劳点蚀是如何产生的?根据赫兹公式( Hertz),接触带上的最大接触应力 应如何计算?说明赫兹公式中各参数的含义 1-12了解各种现代设计法的特点及其应用。 第二章摩擦、磨损及润滑概述 思考题 2-1摩擦状态有几种?根据什么来区分? 2-2目前有哪几种摩擦理论?各种理论的基本观点是什么? 2-3边界摩擦的特征是什么?如何提高吸附膜的强度? 2-4什么叫轴承特性系数?它的大小与摩擦系数的关系如何? 2-5磨损过程通常分哪几个阶段?磨损量与哪些因素有关? 2-6磨损可分为哪几种?各有何特点?如何防止和减轻这种磨损? 2-7润滑剂的作用是什么?工程中常用的润滑剂有几种? 2-8润滑油的主要性能指标是什么?粘度的表示方法有几种?各种粘度的单位是什么 2-9润滑脂的主要性能指标是什么? 2-10润滑油、脂中为什么要加入添加剂?举例说明之 2-l1实现流体润滑的方法有哪几种?它们的工作原理有什么不同? 2-12什么是弹性流体动力润滑? 第三章螺纹联接 讨论题 3-1根据螺纹副受力分析的结论。说明那些类型的螺纹用于联接?那些螺纹用于传动? 为什么? 3-2用钢索通过吊环螺钉吊起重物,钢索受最大拉力Fmx=10kN,螺钉刚度c1与被联接 件刚度c2之比为c1/e2=1/3 1)为使工作中螺钉与被联接件结合面不离缝,螺钉的预紧力至少应是多少?
1-8 何谓材料的疲劳极限、疲劳曲线、金属材料的疲劳曲线分成哪几种类型？各有何特点？ 指出疲劳曲线的有限寿命区和无限寿命区，并写出有限寿命区疲劳曲线方程，材料试件 的有限寿命疲劳极限rN 如何计算？说明寿命系数 KN 的意义。 1-9 材料的极限应力图是如何作出的？简化极限应力图又是如何作出的？它有何用途？ 1-10 影响零件疲劳强度的主要因素有哪些？零件的简化极限应力图与材料试件的简化极限 应力图有何不同？如何应用？ 1-11 表面接触疲劳点蚀是如何产生的？根据赫兹公式（Hertz），接触带上的最大接触应力 应如何计算？说明赫兹公式中各参数的含义。 1-12 了解各种现代设计法的特点及其应用。 第二章 摩擦、磨损及润滑概述 思考题 2-1 摩擦状态有几种？根据什么来区分？ 2-2 目前有哪几种摩擦理论？各种理论的基本观点是什么？ 2-3 边界摩擦的特征是什么？如何提高吸附膜的强度？ 2-4 什么叫轴承特性系数？它的大小与摩擦系数的关系如何？ 2-5 磨损过程通常分哪几个阶段？磨损量与哪些因素有关？ 2-6 磨损可分为哪几种？各有何特点？如何防止和减轻这种磨损？ 2-7 润滑剂的作用是什么？工程中常用的润滑剂有几种？ 2-8 润滑油的主要性能指标是什么？粘度的表示方法有几种？各种粘度的单位是什么？ 2-9 润滑脂的主要性能指标是什么？ 2-10 润滑油、脂中为什么要加入添加剂？举例说明之。 2-11 实现流体润滑的方法有哪几种？它们的工作原理有什么不同？ 2-12 什么是弹性流体动力润滑？ 第三章 螺纹联接 讨论题 3-1 根据螺纹副受力分析的结论。说明那些类型的螺纹用于联接？那些螺纹用于传动？ 为什么？ 3-2 用钢索通过吊环螺钉吊起重物，钢索受最大拉力 Fmax=10kN，螺钉刚度 c1 与被联接 件刚度 c2 之比为 c1/c2=1/3。 1）为使工作中螺钉与被联接件结合面不离缝，螺钉的预紧力至少应是多少？
2)若加在螺钉上的预紧力为10kN,问工作中螺钉的剩余预紧力至少是多少? 3)若钢索的拉力在0与10kN之间变动,预紧力始终维持10kN不变,问螺钉所受 全部拉力的平均值和变化幅度各是多少? 思考题及习题 3-1如题3-1图所示为一升降机构承受载荷Q为100kN,采用梯形螺纹,d=70mm, dh=65mm,p=10mm,线数n=4。支承面采用推力球轴承,升降台的上下移动处采用 导向滚轮,它们的摩擦阻力忽略不计。试计算: 1)工作台稳定上升时的效率,已知螺旋副当量摩擦系数为0.10 2)稳定上升时加于螺杆上的力矩; 3)若工作台以800mm/min的速度上升,试按稳定运转条件求螺杆所需转速和功率。 4)欲使工作台在载荷ρ作用下等速下降,是否需要制动装置?加于螺杆上的制动力 矩应为多少? 导向滚轮 乙 齿轮 ●】L 制动轮 推力球轴承 题3-1图 3-2如题3-2图所示,某机械上的拉杄端部采用粗牙普通螺纹联接,已知拉杆受最大载荷 F=15kN,载荷很少变动,拉杆材料为Q235钢,试确定拉杆螺纹的直径
2）若加在螺钉上的预紧力为 10kN，问工作中螺钉的剩余预紧力至少是多少？ 3）若钢索的拉力在 0 与 10kN 之间变动，预紧力始终维持 10kN 不变，问螺钉所受 全部拉力的平均值和变化幅度各是多少？ 思考题及习题 3-1 如题 3-1 图所示为一升降机构承受载荷 Q 为 100kN，采用梯形螺纹，d=70mm， d2=65mm，=10mm，线数 n=4。支承面采用推力球轴承，升降台的上下移动处采用 导向滚轮，它们的摩擦阻力忽略不计。试计算： 1）工作台稳定上升时的效率，已知螺旋副当量摩擦系数为 0.10； 2）稳定上升时加于螺杆上的力矩； 3）若工作台以 800mm/min 的速度上升，试按稳定运转条件求螺杆所需转速和功率。 4）欲使工作台在载荷 Q 作用下等速下降，是否需要制动装置？加于螺杆上的制动力 矩应为多少？ F 推力球轴承 制动轮 齿轮 导向滚轮 题3-1图 3-2 如题 3-2 图所示，某机械上的拉杆端部采用粗牙普通螺纹联接，已知拉杆受最大载荷 F=15kN，载荷很少变动，拉杆材料为 Q235 钢，试确定拉杆螺纹的直径
题3-2图 3-3如题3-3图所示为一凸缘联轴器,它是利用凸台对中的,方案Ⅰ表示用精制普通螺栓 联接,方案Ⅱ表示用铰制孔用螺栓联接。已知联轴器传递功率P2.8kW,转速 =η Or/min,螺栓中心圆直径D=l8mm,l=20mm,接合面间摩擦系数」=02,螺栓 材料为46级,Q235钢,联轴器材料为HI250。试确定上述两种螺栓的尺寸(=4) N 方案 方案Ⅱ 题3-3图 3-4龙门起重机导轨托架螺栓组联接(见题3-4图),托架由两块边板与承重板焊成,两 边板与立柱用8个螺栓联接,尺寸如图所示。已知托架承受载荷F=20kN:螺栓的强 度级别为56级,材料为35号钢。试求 用普通螺栓联接时螺栓的公称直径 2)用铰制孔用螺栓联接时螺栓的公称直径
F F 题3-2图 3-3 如题 3-3 图所示为一凸缘联轴器，它是利用凸台对中的，方案 I 表示用精制普通螺栓 联接，方案 II 表示用铰制孔用螺栓联接。已知联轴器传递功率 P=2.8kW，转速 n=70r/min，螺栓中心圆直径 D0=180mm，h=20mm，接合面间摩擦系数 fc=0.2，螺栓 材料为 4.6 级，Q235 钢，联轴器材料为 HT250。试确定上述两种螺栓的尺寸（z=4）。 D0 方案Ⅰ 方案Ⅱ 题3-3图 3-4 龙门起重机导轨托架螺栓组联接（见题 3-4 图），托架由两块边板与承重板焊成，两 边板与立柱用 8 个螺栓联接，尺寸如图所示。已知托架承受载荷 F=20kN；螺栓的强 度级别为 5.6 级，材料为 35 号钢。试求： 1）用普通螺栓联接时螺栓的公称直径； 2）用铰制孔用螺栓联接时螺栓的公称直径
20kN 汇柱 题3-4图 3-5吊车跑道托架(见题图3-5),用2个螺栓把它与钢梁联接起来,尺寸如图所示,当 托架承受载荷F=25kN时,试求螺栓的公称直径
立柱 300 150 150 题3-4图 20kN 3-5 吊车跑道托架（见题图 3-5），用 2 个螺栓把它与钢梁联接起来，尺寸如图所示，当 托架承受载荷 F=25kN 时，试求螺栓的公称直径
80 25KN 题3-5图 3-6螺纹的主要参数有哪些?其中导程与螺距、导程与升角的关系如何? 3-7常用螺纹按牙型分为哪几种?各有什么特点?适用于什么场合? 3-8两个牙型和中径相同的螺旋副,一个导程比另一个大,而轴向载荷Q和其他条件均 相同,试问旋转哪一个螺旋副的螺母所需的力矩较大?为什么?这两个螺旋副中 哪一个效率较高?若它们均为自锁的,哪一个自锁的性能更好? 3-9螺纹联接的基本类型有哪些?各适用于哪种场合? 3-10联接螺纹都具有良好的自锁性,为什么在螺纹联接中还需要采取防松措施?按防松 原理,防松的方法可分为几类?并分别举例说明 3-11松、紧螺栓联接有何区别?在强度计算上有什么不同? 3-12用受力变形图表示受轴向载荷的单个螺栓联接的工作载荷F,预紧力F’,剩余预紧 力F"和总拉力F0之间的关系,并列出Fo与其它力之间的关系式 3-13什么是受拉螺栓联接和受剪螺栓联接?试从结构特点、受力分析、失效形式和应用 场合进行比较。 3-14提高螺栓联接疲劳强度的措施有哪些?若某一受轴冋载荷作用的紧螺栓联接,其刚 度ε1、C2和总载荷Fo不变,试用受力变形图说明,当只增大预紧力F”时,螺栓联 接的疲劳强度有何变化? 3-15如题3-15图所示,试推导夹紧螺栓组联接中,螺栓的受力计算式(螺栓数为2)
660 300 520 380 25kN 800 180 题3-5图 3-6 螺纹的主要参数有哪些？其中导程与螺距、导程与升角的关系如何？ 3-7 常用螺纹按牙型分为哪几种？各有什么特点？适用于什么场合？ 3-8 两个牙型和中径相同的螺旋副，一个导程比另一个大，而轴向载荷 Q 和其他条件均 相同，试问旋转哪一个螺旋副的螺母所需的力矩较大？为什么？这两个螺旋副中， 哪一个效率较高？若它们均为自锁的，哪一个自锁的性能更好？ 3-9 螺纹联接的基本类型有哪些？各适用于哪种场合？ 3-10 联接螺纹都具有良好的自锁性，为什么在螺纹联接中还需要采取防松措施？按防松 原理，防松的方法可分为几类？并分别举例说明。 3-11 松、紧螺栓联接有何区别？在强度计算上有什么不同？ 3-12 用受力变形图表示受轴向载荷的单个螺栓联接的工作载荷 F，预紧力 F'，剩余预紧 力 F" 和总拉力 F0 之间的关系，并列出 F0 与其它力之间的关系式。 3-13 什么是受拉螺栓联接和受剪螺栓联接？试从结构特点、受力分析、失效形式和应用 场合进行比较。 3-14 提高螺栓联接疲劳强度的措施有哪些？若某一受轴向载荷作用的紧螺栓联接，其刚 度 c1、c2 和总载荷 F0 不变，试用受力变形图说明，当只增大预紧力 F' 时，螺栓联 接的疲劳强度有何变化？ 3-15 如题 3-15 图所示，试推导夹紧螺栓组联接中，螺栓的受力计算式（螺栓数为 2）
F 题3-15图 第四章键、花键、销、形面联接和过盈配合 思考题及习题 4-1一钢制圆柱齿轮与轴静联接,轴径d=100mm,齿轮轮毂长度为180mm,工作时有轻 微冲击。试确定普通平键联接的尺寸,并计算其能传递的最大转矩 4-2如题4-2图所示为套筒式联轴器,分别采用平键及半圆键与轴联接。已知:轴径 d}=38mm,联轴器材料为灰铸铁,外径D1=9omm,试分析计算两种联接允许传递的 转矩,并比较其优缺点
F F W D L 题3-15图 第四章 键、花键、销、形面联接和过盈配合 思考题及习题 4-1 一钢制圆柱齿轮与轴静联接，轴径 d=100mm，齿轮轮毂长度为 180mm，工作时有轻 微冲击。试确定普通平键联接的尺寸，并计算其能传递的最大转矩。 4-2 如题 4-2 图所示为套筒式联轴器，分别采用平键及半圆键与轴联接。已知：轴径 d=38mm，联轴器材料为灰铸铁，外径 D1=90mm，试分析计算两种联接允许传递的 转矩，并比较其优缺点
160 ( 题4-2图 第五章铆接、焊接和胶接 综述 思考题及习题 -1自行车中的传动装置是哪部分?可否不要链传动?为什么? I-2试按例1带式运输机工作时的已知条件对方案Ⅱ(图I)进行传动系统的运动及动 力设计 第六章摩擦轮传动 思考题 6-1摩擦轮传动的优点是什么?为什么现实生活中少用摩擦轮传动? 6-2摩擦轮传动与牵引传动的区别何在? 6-3实现牵引传动的基本条件是什么?
160 D d 1 b) 160 D d 1 a) 题4-2图 第五章 铆接、焊接和胶接 综述 思考题及习题 III-1 自行车中的传动装置是哪部分？可否不要链传动？为什么？ III-2 试按例 1 带式运输机工作时的已知条件对方案 II（图 II）进行传动系统的运动及动 力设计。 第六章 摩擦轮传动 思考题 6-1 摩擦轮传动的优点是什么？为什么现实生活中少用摩擦轮传动？ 6-2 摩擦轮传动与牵引传动的区别何在？ 6-3 实现牵引传动的基本条件是什么？
第七章带传动 讨论题 7-1一带式运输机的传动装置如图所示。已知小带轮直径dh=140mm,大带轮直径 dh2=400mm,运输带速度μ=0.3m/s,为了提高生产率,拟在运输机载荷(即拉力)F 不变及电动机和减速器传动能力都满足要求的条件下,欲将运输带的速度提高到 0.42m/s。有人建议把大带轮的直径减少到280mm,其余参数不变以实现这一要求, 此方案是否可行?若不行应如何修改? 讨论题7-1图 7-2由双速电机与Ⅴ带传动组成传动装置,靠改变电机输出轴转速可以得到两种转速 300r/min和600r/min,若电动机输出轴功率不变,带传动应按哪一种转速设计?为什 么? 思考题及习题 7-1摩擦带传动有哪些特点?它的工作原理是什么? 7-2为什么V带传动比平型带传动应用更广泛? 7-3什么叫弹性滑动?它是怎样产生的?能否避免?它对传动有何影响? 7-4带传动工作时,带中会产生哪些应力?其应力分布如何?它对带传动有何影响?带 中最大应力发生在何处?并写出最大应力的数学表达式 7-5在设计V带传动时,为什么应对V带轮的最小基准直径dmin加以限制 7-6Ⅴ带的楔角是40°,为何带轮轮槽角分别是34°、36°、38°?若主、从动带轮直径不 同,两轮轮槽角是否相同?为什么? 7-7带传动的失效形式有哪些?设计准则是什么? 7-8带轮基准直径d、带速ν、中心距a、带长ld、包角an、初拉力Fo和摩擦系数∫的大
第七章 带传动 讨论题 7-1 一带式运输机的传动装置如图所示。已知小带轮直径 d1=140mm，大带轮直径 d2=400mm，运输带速度 v=0.3m/s，为了提高生产率，拟在运输机载荷（即拉力）F 不变及电动机和减速器传动能力都满足要求的条件下，欲将运输带的速度提高到 0.42m/s。有人建议把大带轮的直径减少到 280mm，其余参数不变以实现这一要求， 此方案是否可行？若不行应如何修改？ 讨论题7-1图 F v 7-2 由双速电机与 V 带传动组成传动装置，靠改变电机输出轴转速可以得到两种转速 300r/min 和 600r/min，若电动机输出轴功率不变，带传动应按哪一种转速设计？为什 么？ 思考题及习题 7-1 摩擦带传动有哪些特点？它的工作原理是什么？ 7-2 为什么 V 带传动比平型带传动应用更广泛？ 7-3 什么叫弹性滑动？它是怎样产生的？能否避免？它对传动有何影响？ 7-4 带传动工作时，带中会产生哪些应力？其应力分布如何？它对带传动有何影响？带 中最大应力发生在何处？并写出最大应力的数学表达式。 7-5 在设计 V 带传动时，为什么应对 V 带轮的最小基准直径 dmin 加以限制？ 7-6 V 带的楔角是 40，为何带轮轮槽角分别是 34、36、38？若主、从动带轮直径不 同，两轮轮槽角是否相同？为什么？ 7-7 带传动的失效形式有哪些？设计准则是什么？ 7-8 带轮基准直径 d、带速 v、中心距 a、带长 Ld、包角1、初拉力 F0 和摩擦系数 f 的大
小对传动有何影响? 79V带传动传递的功率为55kW,小带轮的转速n1=1450/min,d1=d2=150mm,已知 带与轮间的当量摩擦系数∫=0.45。求有效拉力F,松边拉力F2,紧边拉力F1? 7-10带传动为何要有张紧装置?V带传动常用的张紧装置有哪些?张紧轮应放在什么 位置?为什么? 7-11设计某带式运输机传动系统中的普通V带传动。已知电动机型号为Y1!2M4, 定功率P=4kW,转速n=1440rmin,传动比r38,一天运转时间0h 7-12有一普通Ⅴ带传动,已知小带轮转速n1=1440r/min,小带轮基准直径d=180mm, 大带轮基准直径d=650mm,中心距a=9l6mm,B型带3根,工作载荷平稳,Y系 列电动机驱动,一天工作16h,试求该V带传动所能传递的功率 第八章链传动 讨论题 8-1链传动产生运动不均匀性的原因是什么?能否避免?影响运动不均匀性的因素有哪 些,怎样才能减少运动不均匀性 思考题与习题 8-1与带传动比较,链传动有哪些特点?链传动适用于哪些场合? 8-2滚子链的结构有哪些特点?各元件间的联接和相对运动关系如何? 8-3小链轮的齿数不宜过少,大链轮的齿数不宜过多,这是为什么?其齿数应如何选择 比较恰当 8-4链节数为什么常取偶数? 8-5如题8-5图所示为二级减速传动装置方案图。是否合理?为什么? 题8-5图
小对传动有何影响？ 7-9 V 带传动传递的功率为 5.5kW，小带轮的转速 n1=1450r/min，d1＝d2＝150mm，已知 带与轮间的当量摩擦系数 fv=0.45。求有效拉力 F，松边拉力 F2，紧边拉力 F1？ 7-10 带传动为何要有张紧装置？V 带传动常用的张紧装置有哪些？张紧轮应放在什么 位置？为什么？ 7-11 设计某带式运输机传动系统中的普通 V 带传动。已知电动机型号为 Y112M–4，额 定功率 P=4kW，转速 n1=1440r/min，传动比 i=3.8，一天运转时间 10h。 7-12 有一普通 V 带传动，已知小带轮转速 n1=1440r/min，小带轮基准直径 d1=180mm， 大带轮基准直径 d2=650mm，中心距 a=916mm，B 型带 3 根，工作载荷平稳，Y 系 列电动机驱动，一天工作 16h，试求该 V 带传动所能传递的功率。 第八章 链传动 讨论题 8-1 链传动产生运动不均匀性的原因是什么？能否避免？影响运动不均匀性的因素有哪 些，怎样才能减少运动不均匀性？ 思考题与习题 8-1 与带传动比较，链传动有哪些特点?链传动适用于哪些场合？ 8-2 滚子链的结构有哪些特点？各元件间的联接和相对运动关系如何？ 8-3 小链轮的齿数不宜过少，大链轮的齿数不宜过多，这是为什么？其齿数应如何选择 比较恰当。 8-4 链节数为什么常取偶数？ 8-5 如题 8-5 图所示为二级减速传动装置方案图。是否合理？为什么？ F v 题8-5图