机械设计复习题(一)(答案)(1)

一、判断题

１．对于联接螺纹，即使制造和装配足够精确，螺纹牙受力也是不均匀的。（ ∨ ） ２．零件受变应力作用，则作用在零件上的载荷是变载荷。（ × ） ３．联接承受横向力，则螺栓的失效形式是剪切强度不足。（ × ） ４．在高转速、有振动的场合，楔键联接没有平键联接好。（ ∨ ）

5．滚子链传动的动载荷随链条节距增大而增大，随链轮齿数增大而减小。（ ∨ ） 6．带传动的平均传动比等于常数，链传动的平均传动比随载荷的大小而改变（ × ） 7．带传动的弹性滑动是不可避免的。（ ∨ ）

8．带传动存在弹性滑动的根本原因之一是松、紧边存在拉力差。（ ∨ ） 9．润滑油的油性越好则其粘度越大。（ × ）

10．仅从提高螺纹联接的疲劳强度考虑，增大螺栓刚度是不合理的。（ ∨ ） 11．滚子链链轮的齿数z1取得过大，将使链传动的寿命明显减小。（ ∨ ） 12．对滑动轴承来讲，轴颈与轴瓦的摩擦和磨损是不可避免的。（ × ）

13．动力传动中，V带比平带传动应用广泛的主要原因是V带与带轮间的当量摩擦系数更大。

（ ∨ ） 14．带传动靠摩擦力工作，因此带轮的工作表面越粗糙越好，张紧力越大越好。（ × ） 15．零件具有良好的工艺性，意思是零件便于制造。（ ∨ ） 16．应力幅不变的应力称为稳定变应力。（ × ） 17．带传动张紧的目的是增大初拉力。（ × ） 18．紧螺栓联接的螺栓强度公式

4?1.3F'?dc2≤[? ]中，1.3是安全系数。（ × ）

19．对于受轴向载荷的紧螺栓联接，当螺栓、被联接件的刚度和预紧力都不变时，增大工作

载荷，残余预紧力必然减小。（ ∨ ） 20．滚子链的节距越大，则链条承载能力越强，因此高速重载下宜选用大节距链。（ × ） 21．V带传动具有缓冲隔振的能力，故广泛应用于加工机床的分度传动链系统中。（ × ） 22．机械零件在工作中产生失效，意味着零件破坏了。（ × ）

二、选择题

１．传动中用得最广的螺纹是（ a ）。

a. 三角形螺纹 b. 矩形螺纹 c. 梯形螺纹 d. 锯齿形螺纹 2．下述联接中，( a )一般不用于轴毂联接。

a. 螺纹联接 b. 键联接 c. 焊接 d. 过渡配合联接 3．在开口传动中，V带用得比平带多，这是因为( d )。

a. V带截面积大，强度大 b. V带与带轮接触面积大

c. V带无接头 d. V带与带轮间有更大的当量摩擦系数 4．疲劳曲线是指材料试件的（ c ）之间的关系曲线。

a. 疲劳极限?-1与应力循环次数N b. 疲劳极限?0与应力循环次数N c. 疲劳破坏应力?N与应力循环次数N d. 疲劳破坏应力?N与应力循环基数N0

5．在键联接设计中，普通平键的长度主要根据（ c ）选定。

a. 传递转矩的大小 b. 轴的直径大小 c. 轮毂的长度 d. 轮毂装配工艺 6．螺杆相对于螺母转过一周时，两者沿轴线方向相对移动的距离是（ b ）。 a. 一个螺距 b. 螺距×线数 c. 导程×线数 d. 导程/线数 7．带传动工作时的弹性滑动是由于（ d ）。

a. 小带轮包角过小 b. 带与带轮间的摩擦系数偏低 c. 带的初拉力不足 d. 带的松、紧边拉力不等 8．对于滑键和导向键，说法（ c ）是错误的。 a. 周向定位好 b. 用于动联接

c. 主要用于轴向定位 d. 主要用于周向定位 9．为使磨损均匀，链轮的齿数最好是（ c ）。

a. 两链轮齿数互质 b. 链轮齿数与链节数成比例 c. 链轮齿数与链节数互质 d. 两链轮的齿数成整数比 10．带传动传动比的准确公式是（ b ）。 a.

d2(1??)d2d2?d2 b. c. d. d1d1(1??)d1d1?11．平键的工作面是（ b ），楔键的工作面是（ a ），前者适合（ c ），后者适合（ d ）。 a. 上下面 b. 两侧面 c. 高速且对中良好 d. 低速且有单向轴向力 12．联接螺纹一般采用三角形螺纹是因为其（ d ）较好。

a. 制造工艺性能 b. 传动性能 c. 强度和刚度 d. 自锁性能 13．下面四种情况中，（ a ）可能形成雷诺动压润滑油膜。

14．V带带轮的最小直径取决于（ a ）。

a.带的型号 b.传动比 c.带的线速度 d.高速轴的转速 15．疲劳强度计算中，综合系数?k???k?????仅影响（ d ）。

a. 最大应力 b. 最小应力 c. 平均应力 d. 应力幅

16．受预紧力F’的紧螺栓，在轴向载荷F的作用下，螺栓的总拉力F0等于（ b、d ）。 a. F’+ F b. F”+ F c. F”+

c1c1F d. F’+F c1?c2c1?c217．当被联接件一个较薄，一个很厚而且又需经常拆卸时，最好采用（ a ）。 a. 双头螺柱联接 b. 螺钉联接 c. 紧定螺钉联接 d. 螺栓联接

18．在螺栓联接中，当被联接件为铸铁时，通常在被联接件上制出凸台或沉坑，其目的是

（ b ）。

a. 改善螺纹牙间载荷分布 b. 避免产生附加弯曲应力 c. 提高螺栓的自锁性能 d. 提高螺栓疲劳强度

19．在设计滚子链时，一般将链节数取成偶数，其主要目的是（ c ）。

a. 防止脱链 b. 提高传动平稳性 c. 避免使用过渡链节 d. 减小链重量 20．在销孔是盲孔或拆卸困难的场合，最好采用（ d ）。

a. 圆柱销 b. 圆锥销 c. 开尾圆锥销 d. 内螺纹圆锥销

三、填空题

１．机械零件产生疲劳失效的根本原因是（ 作用的变应力过大 ）。

２．按失效机理，磨损分为（ 磨粒磨损、疲劳磨损、粘着磨损和腐蚀磨损 ）。 ３．选择材料应遵循的原则是（ 满足使用要求且具有良好的工艺性、经济性 ）。 ４．提高铸件结构工艺性的原则措施有（ 便于造型腔、便于完美成型、便于保证铸件质量 ）。 ５．根据循环特性的不同，常见的稳定循环变应力有（ 3种 ），其中（ r=-1 ）的应力是

最危险的。 ６．提高联接螺栓强度的措施有（ 使螺纹牙受力均匀、避免附加弯曲应力、降低应力集中、

降低应力幅、对螺栓进行强化处理 ）。 ７．紧螺栓联接强度条件式

4?1.3F'≤[? ]中，系数1.3的含义是（ 将剪切应力折算成30%?dc2的正应力，从而对螺栓只进行拉伸强度计算 ）。

８．受拉螺栓的强度计算中，只计算螺杆的拉伸强度，而不计算螺纹牙、钉头的剪切强度，

这是因为（ 螺栓的几何尺寸是根据等强度原则确定的，只要螺栓的拉伸强度足够，螺纹牙和螺钉头的剪切强度就足够 ）。 ９．只受预紧力的螺栓联接中，螺栓危险截面上受有（ 拉应力和剪切 ）应力，计算螺栓直

径时按（ 拉 ）应力计算，乘上系数（ 1.3 ）来考虑（ 剪切 ）应力的影响。 10．梯形、锯齿形、三角形三种牙形的螺纹中，自锁性能最好的是（ 三角形螺纹 ）；传动

效率最高的是（ 锯齿形螺纹 ）。 11．链传动中，在传动比一定的情况下，小链轮齿数不宜过小，否则（ 速度波动和动载荷

过大 ）；小链轮齿数也不宜过大，否则（ 在链条稍有磨损的情况下，就容易发生跳齿失效 ）。 12．套筒滚子链的链长一般取为偶数个链节，是为了（ 避免使用过度链节 ）。

z2不能太大，13．链传动参数中，否则（ 在链条稍有磨损的情况下，就容易发生跳齿失效 ）。

14．套筒滚子链传动的瞬时传动比不恒定，其根本原因是（ 多边形效应，即链轮实际上相

当于正多边形轮子 ）。 15．V带传动中，带的速度太小会（ 因有效圆周力过大而导致带的根数过多 ），带的速度

太大会（ 因离心拉力过大而导致正压力减小，同样会导致带的根数过多；这种情况下带还容易疲劳 ）。 16．V带传动中，带中的应力有（ 松紧边拉应力、弯曲应力、离心力引起的拉应力 ），最

大应力发生在（ 紧边与小带轮相切的地方 ）。 17．一般大中心距水平布置的带传动紧边应（ 在下 ）；而链传动紧边应（ 在上 ）。 18．由于带传动存在（ 弹性滑动 ），因而带轮的线速度与带的速度不等。若传动过载，则

打滑首先发生在（ 紧边与小带轮相切处 ）。

19．机械中广泛采用油润滑是因为油润滑除了可降低摩擦系数外，还有（ 降温散热、防锈、

缓冲的 ）作用。

四、问答题

1．提高零件耐磨性的措施有哪些？

答：选用合理的材料组合，采用适当的润滑方式，适当提高零件表面的硬度，适当提高零件

的表面加工质量，对零件表面进行适当的强化，将磨损转移至低成本易更换的零件上。 2．带传动有哪些优缺点？答：带传动的优点是：结构简单、成本低廉，传动的中心距大，运行平稳无噪声，可缓冲隔振，具有过载保护作用。带传动的缺点是：存在弹性滑动，因而传动比不准确、效率较低，带的寿命较短，需要张紧，因而对轴的压力较大，外廓尺寸大，存在静电因而不宜用于易燃的场合。 3．影响零件强度的因素是哪些方面的因素？答：影响零件强度的因素有：载荷大小与性质，

零件形状与几何尺寸，受力状态，材料及其热处理方式，零件工况，零件的重要程度，零件制造质量等。 4．对于需切削加工的零件，结构设计时应遵循哪些原则？答：应遵循的原则有：要能够加

工（对现有设备而言），要便于加工（提高制造效率以降低成本），便于保证质量（质量不合格的零件将是废品）。 5．细牙螺纹常应用于哪些场合？答：细牙螺纹常用于无须经常拆卸且要求放松可靠的场合

（如存在震动）、细长或薄壁件、微调装置中。 6．螺纹联接放松的原则措施有哪几种？答：防松措施分为三类：利用附加摩擦力，采用机

械方法，破坏螺纹副。 7．链传动在什么情况下容易出现跳齿失效？为什么？答：大链轮的齿数过大，链条存在磨

损的情况下容易出现跳齿失效。这是因为链轮的齿高是确定的，而链条磨损后的啮合爬高增量随着大链轮齿数的增大而增大。 8．楔键联接为什么不宜用于高转速和有振动的场合？答：楔键联接会导致偏心，因而不适

合高转速；楔键联接靠摩擦力承载，而在振动情况下摩擦力不稳定。 9．套筒滚子链传动可能的失效形式有哪些？答：链板疲劳断裂，滚子和套筒的冲击疲劳破

碎，套筒和销轴发生胶合，滚子、套筒、销轴和链轮齿的磨损，低速重载情况下也可能发生静强度不足而被拉断。 10．影响带传动工作能力的因素有哪些？答：带的速度，初拉力，小带轮包角，带与带轮间

的当量摩擦系数，小带轮直径等。 11．提高联接螺栓强度的措施有哪些？答：使各圈螺纹牙的受力尽可能均匀，避免附加弯曲

应力，尽可能降低螺栓的应力幅，尽可能减小应力集中，对螺纹进行强化处理。

五、分析题

１．在螺栓联接中，有时采用图示的细光杆螺栓或空心螺栓。试

分析这样做的目的何在(用文字、公式或图说明均可)。 解：设螺栓的预紧力、总拉力、工作载荷分别为F’、F0、F，螺

栓和被联接件的刚度为c1、c2，螺栓危险截面的截面积为A，则存在如下关系

F0?F'?c1Fc1F ?a?

c1?c22(c1?c2)A不难看出，减小螺栓刚度c1可减小螺栓的最大载荷和应力幅，提高螺栓的疲劳强度。采用图示的细光杆螺栓或空心螺栓的目的正是减小螺栓刚度，从而提高螺栓联接的疲劳强度。

2．接长扳手如图所示。已知联接采用两个受剪螺栓。试分析：

从强度的观点来看，该联接结构有什么问题？应怎样改进？

解：将力F向螺栓组中心简化，两螺栓的受力如下图a，显然

两螺栓受力不等，这对于强度是不利的；若螺栓采用图b的方式布置，则两螺栓受力相等，强度。

3．图示为往复工作的液压油缸，油缸体和油缸盖采用受拉螺栓联接。联接有两种方式：图

a)采用短螺栓联接，图b)采用长螺栓联接，两种方案的螺栓直径相同。试分析：上述两个方案中，哪一个好些？

4．由套筒滚子链的功率曲线可知：只要小链轮的转速过大，即使传递的功率很小，滚子链

也会发生胶合失效。试分析这是为什么？

解：滚子链绕上链轮时，销轴、套筒、滚子间必然存在滑动摩擦，高转速情况下摩擦发热必

然很厉害。尽管有良好润滑，但由于销轴、套筒、滚子间的间隙较小，间隙中的润滑油流动困难，因而不能进行有效的对流散热。所以，只要小链轮的转速过大，滚子链就会发生胶合失效。

5．试分析图示钩头螺栓联接有何缺点

（图中e≈dc，dc为螺纹小径）。

解：图示钩头螺栓承受偏心拉伸，设对心拉伸时，螺栓的拉应力为??，则偏心拉伸时螺栓承受的最大拉应力为9?? ，这显然于强度极为不利。

六、结构、作图题

１．两板搭接承受横向载荷。采用受拉螺栓联接。

试完成联接结构图。

２．采用普通受拉螺栓联接的刚性凸缘联轴器如图

所示。试指出图中的结构错误。

解：受拉螺栓联接的特点是孔的直径比螺栓杆的直

径略大。正确的结构如图所示。

解：采用普通受拉螺栓联接的刚性凸缘联轴器的结

构特点是有定位榫口，为防止过定位，榫口凸台高度应比凹坑深度略小（如下图）。

3．两板搭接承受横向载荷。采用受剪螺栓联接。试完成该联接结构图（包括剖面线）。

解：受剪螺栓联接的特点是孔的直径与螺栓杆的直径相等。正确的结构如图所示。

4．图示液压缸缸盖和缸体采用螺栓联接的两种结构。问哪一种合理？为什么？

解：图b的结构合理，因图a所示的结构缸盖拆卸很困难，图b所示的结构在缸盖上均布2～

3个起盖螺钉孔，借助起盖螺钉，则缸盖容易拆卸。

5．钢丝绳牵引的况用小车如图所示。设钢丝绳与压板间的摩擦系数为?，试导出压紧螺栓

的强度条件。

提示 根据“钢丝绳的拉力Q应等于小车的下滑分力”可求得力Q，钢丝绳上下面都受到

夹持板给予的摩擦力，螺栓预紧力乘2等于可靠性系数乘摩擦力，这样即可求得预紧力，最后将预紧力代入只受预紧力的紧螺栓联接强度计算式。 参考答案

∵ 钢丝绳的拉力Q应等于小车的下滑分力：Q＝Wsin??；?

∵ 钢绳上、下面都受到夹持板给予的摩擦力，应有：4?F’＝Kf Q ； ∴ 有：F’＝

Kf4?Wsin?，强度条件为：?c＝

4?1.3F'?dc2＝

1.3KfWsin???dc2≤[?]

6．带式制动器如图所示。已知：带与鼓轮间的摩擦系数为0.28，鼓轮直径300mm，带宽

60mm，带允许最大拉力800N，求鼓轮顺时针和逆时针转动时所需制动力F和制动力矩T。

提示 由几何条件可求得带的包角，带允许的最大拉力显然就是紧边拉力，由

于包角和紧边拉力一定，所以顺、逆时针转动时的制动力矩不变，但由 于顺、逆时针转动时的松、紧边变了，因此制动力是不等的。 参考答案

包角?＝180＋arcsin(150/280)＝212.39＝3.707 1/s，?带允许的最大拉力为800N ＝紧边拉力F1max ， 因此 F2min＝F1max/e??＝800/e0.28??????＝283.34N， 于是 Fmax＝F1max－F2min＝516.66N

正反向转动时制动力矩相同，T＝0.5DFmax＝150×516.66＝77499 Nmm 逆时针转动时，F＝150F1max/650＝184.615 N 顺时针转动时，F＝150F2min/650＝65.386 N

7．一螺栓联接受预紧力F’＝4000N后，被联接件的变形为??，而螺栓的变形为2?。问： ① 螺栓的变形正好是被联接件变形的5倍时，作用于螺栓的工作载荷等于多少？ ② 当被联接件的变形刚好为零时，作用于螺栓的总拉力等于多少？ 提示 由题目可知c2＝2c1；螺栓的变形等于总拉力除以螺栓的刚度，被联接件的变形等

于残余预紧力除以被联接件的刚度；被联接件的变形等于零意味着残余预紧力为零。 参考答案

o

o

① ∵ c2＝2c1，∴

c1c212＝，＝； c1?c23c1?c23c2c1F，F0＝F’＋F

c1?c2c1?c2∵ ?1＝F0/c1＝5?2＝5F”/c2 ，而 F”＝F’—

∴

??c1c21?1?9????＝5，整理得：F＝F’＝4500N F'?FF'?F????c1?c1?c2?c2?c1?c2?8c2F＝0 → F＝1.5F’ ＝6000N

c1?c2② 被联接件的变形刚好为零时，应有 F”＝F’—

∴ F0＝F’＋

c11F＝4000＋×6000＝6000N。 c1?c238．汽缸盖与缸体采用8个受拉螺栓联接，汽缸内径D＝160mm，工作前每个螺栓

的预紧力为F’＝5024N，当工作气压 p 加上后，结合面不得产生间隙。问：如 被联接件刚度是螺栓刚度的4倍，允许的最大工作气压p＝？

提示 螺栓的工作拉力可由缸盖的力平衡条件求出，结合面不产生间隙意味着残余

预紧力不能等于零，由题意可推得相对刚度等于0.2。 参考答案

∵ c2＝4c2， ∴

c1c2＝0.2，＝0.8。

c1?c2c1?c2c2F ≥0，可求得 F≤1.25F’＝

c1?c2结合面不产生间隙意味着 F”≥0，即 F”＝F’—6280N

由F＝

?D2p4z有 允许的最大工作气压p≤

4zF?D2＝

4?8?62801602?≈2.5 MPa。

9．已知汽缸压强p＝0.5N/mm，直径D＝1100mm，如图所示，采用普通螺栓联

接，z＝20，均匀布置在D2＝1500mm的圆周上。汽缸有密封要求，其残余预

紧力F”＝1.5F（F为螺栓承受的工作载荷），相对刚度为

c1＝0.8，螺

c1?c2栓许用应力[??]＝80N/mm。试计算所需螺栓的直径及所需预紧力的大小。 参考答案

F＝

?D2p4z0.5?11002＝＝23758.294 N，F0＝F”＋1.5F＝2.5F＝59395.736 N

4?20dc≥

4?1.3F0?[?]＝

4?1.3?59395.736＝35.06 mm

80?F’＝F0—

c1F＝40389 N，取F’＝40500 N。

c1?c2

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