机械设计习题(河北理工大学)

机械设计期末复习题集

机械设计习题

第一章 机械设计概论

第二章 机械零件的疲劳强度

第三章 摩擦、磨损及润滑

第五章 螺纹联接和螺旋传动

第六章 键、花键、销联接

第八章 带 传 动

第九章齿轮传动

第十章 蜗杆传动

第十一章 链传动

第十二章 轴

第十三章 滚动轴承

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第十四章 滑动轴承

第十五章 联轴器和离合器

第十六章 弹簧

第一章 机械设计概论

分析与思考题

1-1 什么是通用零件?什么是专用零件?试各举三个实例。

1-2 机械设计课程研究的内容是什么?

1-3 设计机器时应满足哪些基本要求?设计机械零件时应满足哪

些基本要求?

1-4 机械零件主要有哪些失效形式?常用的计算准则主要有哪些?

1-5 什么是零件的强度要求?强度条件是如何表示的?如何提高零

件的强度?

1-6 什么是零件的刚度要求?刚度条件是如何表示的?提高零件刚

度的措施有哪些?

1-7 机械零件设计中选择材料的原则是什么?

1-8 指出下列材料的种类，并说明代号中符号及数字的含义：

HTl50，ZG230-450， 65Mn，45，Q235，40Cr，20CrMnTi，ZCuSnl0Pb5。 1-9 机械的现代设计方法与传统设计方法有哪些主要区别?

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第二章 机械零件的疲劳强度设计

一、分析与思考题

2-1 试举例说明什么零件的疲劳破坏属于低周疲劳破坏，什么零

件的疲劳破坏属高周疲劳破坏。

2-2 在材料的疲劳曲线上，为何需要人为规定一循环基数N0，并

将对应的极限应力称为材料的疲劳极限?

2-3 弯曲疲劳极限的综合影响系数Kζ的含义是什么?它与哪些因

素有关?它对零件的疲劳强度和静强度各有何影响?

2-4 在单向稳定变应力下工作的零件，如何确定其极限应力?

2-5 疲劳损伤线性累积假说的含义是什么?写出其数学表达式。

2-6 影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些?提高机械零件疲劳

强度的措施有哪些?

二、设计计算题

2-7 一零件由45钢制成，材料的力学性能为：σs=360MPa，σ

-1=300 MPa，ψζ=0.2。已知零件上的最大工作应力σmax=190MPa，最小工作应力σmin=110MPa，应力变化规律为σm=常数，弯曲疲劳极限的综合影响系数Kd=2.0，试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。

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题2-7图

2-8 某材料受弯曲变应力作用，其力学性能为：σ-1=350MPa，

m=9，N0=5³106。现用此材料的试件进行试验，以对称循环变应力σ

456l=500MPa作用10次，σ2=400MPa作用10次，σ3=300MPa作用10

次。试确定：

(1)该试件在此条件下的计算安全系数；

(2)如果试件再作用σ=450MPa的应力，还能循环多少次试件才破

坏?

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第三章 摩擦、磨损及润滑基础

分析与思考题

3-1 按照摩擦面间的润滑状态不同，滑动摩擦可分为哪几种?

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?

3-3 零件的磨损过程大致可分为哪几个阶段?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有哪几种?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 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?

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第五章 螺纹联接及螺旋传动

一、选择题

5-1 在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是__________。

（1）三角形螺纹 （2）梯形螺纹 （3）锯齿形螺纹 （4）矩形螺纹 5-2 在常用的螺纹联接中，自锁性能最好的螺纹是___________。

（1）三角形螺纹 （2）梯形螺纹 （3）锯齿形螺纹 （4）矩形螺纹 5-3 当两个被联接件不太厚时，宜采用____________。

（1）双头螺柱联接 （2）螺栓联接 （3）螺钉联接（4）矩形螺纹 5-4 当两个被联接件之一不太厚，不宜成通孔，且需要经常拆装时，往往采用__________。

（1）螺栓联接（2）螺钉联接（3）双头螺柱联接（4）紧定螺钉联接 5-5 当两个被联接件不太厚，不宜制成通孔，且联接不需要经常

拆装时，往往采用_________。

（1）螺栓联接（2）螺钉联接（3）双头螺柱联接（4）紧定螺钉联接 5-6 在拧紧螺栓联接时，控制拧紧力矩有很多方法，例如

________。

（1） 增加拧紧力 （2）增加扳手力臂

（2） 使用测力矩扳手或定力矩扳手

5-7 螺纹联接防松的根本问题在于_____________。

（1）增加螺纹联接能力 （2）增加螺纹联接的横向力 （3）防止螺纹副的相对转动 （4）增加螺纹联接的刚度

5-8 螺纹联接预紧的目的之一是_________。

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（1） 增加联接的可靠性和紧密性 （2）增加被联接件的刚性

（3） 减小螺栓的刚性

5-9承受预紧力和轴向变载荷的紧螺栓联接，当其螺栓的总拉力F0的最

大值和被联接件的刚度Cm不变时，螺栓的刚度Cb愈小，则________。

（1） 螺栓中总拉力的变化幅度最大 （2）螺栓中总拉力的变化幅度

愈小 （3）螺栓总拉力变化不变 （4）螺栓中的疲劳强度降

低

5-10对受轴向变横载的紧螺栓联接，在限定螺栓总拉力的情况下，提

高螺栓疲劳强度的有效措施是__________。

（1） 增大被联接件的刚度 （2）减小被联接件的刚度

（2） 增大螺栓的刚度

5-11现有一个单个螺栓联接，要求联接件的结合面不分离，假定螺栓

的刚度Cb与被联接的刚度Cm相等，联接的预紧力为F′，现开始对

联接施加轴向载荷，当外载荷达到与预紧力F′的大小相等时，则

________。

（1）被联接发生分离，联接失效 （2）被联接件即将发生分离，联

接不可靠 （3）联接可靠，但不再继续加载 （4）联接可靠，只要

螺栓强度足够，外载荷F还可继续增加到接近预紧力F′的两倍

5-12 有一汽缸盖螺栓连接，若汽缸内气体压力在1~2Mpa之间循环变

化，则螺栓中的应力变化规律为___________。

（1）对称循环应变力 （2）脉动循环应力（3）非对称循环应力

5-13在下列四种具有相同公称直径和螺距并采用相同的配对材料的传

动螺旋副中，传动效率最高的是________________。

（1） 单线矩形螺纹 （2）单线梯形螺纹（3）双线矩形螺纹

（3） 双线锯齿形螺纹

5-14 当一个承受变载荷的螺栓联接，其螺栓的静强度足够而疲劳强度

不足时，应首先考虑采用__________来提高其疲劳强度

（1）增加螺栓直径 （2）提高螺栓材料的屈服极限

（3）改用双螺母 （4）柔性螺栓

5-15 为了改善纹牙上的载荷分布，通常都以_______的方法来实现。

（1） 采用双螺母 （2）采用加高螺母 （3）采用减薄螺母

（4） 减少螺栓和螺母的螺距变化差

5-16被联接件受横向载荷作用时，若采用一组普通螺栓联接，则载荷

靠_________来传递。

（1）接合面之间的摩擦力 （2）螺栓的剪切和挤压

（2） 螺栓的剪切和被联接件的挤压

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5-17 确定紧联接螺栓中拉伸和扭转复合载荷作用下的当量应力时，通

常是接__________来进行诸的。

（1）第一强度理论 （2）第二强度理论 （3）第三强度理论

（3） 第四强度理论

二、分析与思考题

5-18 为什么螺纹联接大多数要预紧？什么叫螺纹联接的预紧力？

5-19 常用的控制预紧力的方法有哪些？它们有哪些优缺点？为了克服

这些缺点可采用什么方法？

5-20 螺纹联接为什么要防松？防松的根本问题是什么？

5-21 防松的基本原理有哪几种？具体的防松方法和装置各的哪些？

5-22相同的公称直径的粗牙普通螺纹与细牙普通螺纹相比，哪个自锁

性能好？哪个强度高？为什么薄壁零件的联接常采用细牙螺纹？

5-23什么叫螺纹的自锁现象？自锁条件如何？螺旋副的传动效率又如

何计算？

5-24试问螺纹的升角φ为多大时，螺旋副效率可达到最高值？

5-25螺纹联接的主要失效形式和计算准则是什么？

5-26何谓螺栓联接？何为紧螺栓联接？它们的强度计算方法有何区

别？

5-27对承受横向载荷或传递转矩的紧螺栓联接采用普通螺栓时，强度

计算公式中为什么要将预紧力提高到1.3倍来计算？若采用铰制孔用

螺栓时是否也这样考虑？为什么？

5-28在设计受倾覆力矩作用的底板螺栓组联接时，应满足哪些条件？

如何保证？

5-29常用的提高螺纹联接强度的措施有哪些？

5-30对于受变载荷作用的螺栓联接，可采用哪些措施来减小螺栓的应

力幅αa？

三、设计计算题

5-31 如图所示，两根梁用8个4.6级普通螺栓与两块钢盖板相联

接，梁受到的拉力F=28kN，摩擦系数f=0.2，控制预紧力，试确定所

需螺栓的直径。

解：已知螺栓数目z=8，接

合面数i=2，取防滑系数

Ks=1.2，则螺栓所需预紧力F

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为

KsF1.2 28000 N 10500N0.2 8 2F0≥fzi

查主教材中的表，得σS=240MPa，查表，取安全系数S=1.3，则[σ]=

σS/S

=240MPa/1.3=184.6MPa，所需螺栓的直径

d1

9.7mm

取整后得螺栓尺寸d=10mm，螺纹为M10。

注：解中有两处错误，请指出错处并说明原因。

5-32 受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已

知预紧力F0=1500N，当轴向工作载荷F=1000N时，求螺栓所受的总拉

力及被联接件之间的残余预紧力。

5-33 图示凸缘联轴器(GB/T5843-1986)的型号为YLDl0，允许传

递的最大转矩T= 630N²m，两半联轴器采用4个M12的铰制孔用螺

栓联接，螺栓规格为M12~60(GB/T

27-1988)，螺栓的性能等级为8.8

级，联轴器材料为HT200，试校核其联接强度。

题5-33图

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题5-34图

5-34 铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示。已知

L=300mm，a=60mm，试求螺栓组联接的三个方案中，受力最大的螺

栓所受的力各为多少?哪个方案较好?

5-35 如图所示的底板螺栓组联接受外力Fe的作用。外力Fe作用

在包含x轴并垂直于底板接合面的平面内。试分析底板螺栓组的受力

情况，并判断哪个螺栓受力最大?保证联接安全工作的必要条件有哪些

?

题5-35图

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四、结构设计与分析题

5-36 试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。

a)螺钉联接 b)双头螺柱联接

c)铰制孔用螺栓联接

d)紧定螺钉联接 e)吊环螺钉联接

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f)螺钉联接

题5-36图

第六章 键、花键和销联接

一、 选择题

6-1 普通平键联接的主要用途是使轴与轮毂之间________。

（1）沿轴向固定并传递轴向力 （2）沿轴向可作用相对滑动并具有

导向作用 （3）沿周向固定并传递转矩 （4）安装与拆卸方便

6-2 设计键联接的几项主要内容是：

a) 按轮毂长度选择键的长度 b) 按使用要求选择键的主要类型 c)

按轴的直径选择键的剖面尺寸 d) 对联接进行必要的强度校核。

在具体设计时，一般顺序是_______。

（1） b→a→c→d （2）b→c→a→d

（3） a→c→b→d （4）c→d→b→a

6-3 键的剖面尺寸通常是根据________按标准选择。

（1） 传递转矩的大小 （2）传递功率大小 （3）轮毂的长度

（5） 轴的直接

6-4 键的长度主要是根据__________来选择。

（1）传递转矩的大小 （2）轮毂的长度 （3）轴的直径

6-5 常用来制造键的材料是___________。

（1） 低碳钢 （2）中碳钢 （3）高碳钢 （4）合金钢

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6-6 轴的键槽通常是由________加工而得的。

（1）插削 （2）拉削 （3）钻及铰 （4）铣削

6-7 紧键联接和松键联接的主要区别在于：前者安装后，键与键之间

就存在有__________。

（1） 压紧力 （2）轴向力 （3）摩擦力

6-8 能够构成紧键联接的两种键是_______________.

（1） 楔键和半圆键 （2）平键和切向键 （3）半圆键和切向键

（4） 楔键和切向键

6-9 标准平键联接的承载能力，通常是取决于___________。

（1）轮毂的挤压强度 （2）键的剪切强度 （3）键的弯曲强度

（5） 键工作表面的挤压强度

6-10 平键联接能传递的最大转矩为T，现要传递的转矩为1.5T，则应

_____________。

（1） 把键长L增大到1.5倍 （2）把键宽b增到1.5倍

（2） 把键高增大到1.5倍 （4）安装一对平键

6-11 半圆键联接的主要是_____________.

(1) 对轴的强度削弱较轻 （2）键槽的应力集中较小 （3）工艺

性好、安装方便

6-12 半圆键和切向键的应用场合是_______________。

（1） 前者多用来传递较大转矩，后者多用来传递较小转矩 （2）

前者多用来传递较小转矩，后者多用来传递较大转矩 （3）

两者都用来传递较小转矩 （4）两者都用来传递较大转矩

6-13 花键联接与平键联接（采用多键时）相比较，______的观点是

错误的。

（1） 承载能力较大 （2）旋转零件在轴上有良好的对中性和沿轴

移动的导向性 （3）对轴的削弱比较严重 （4）可采用研磨

加工来提高联接和加工精度

6-14 花键联接的强度，主要取决于__________强度。

（1）齿根弯曲 （2）齿根剪力 （3）齿侧挤压 （4）齿侧接触

6-15 应用较广的花键齿形是_____________。

（1） 矩形三角形 （2）渐开线与三角形 （3）矩形与渐开线

（3） 矩形、渐开线与三角形

6-16 薄壁套筒与花键轴相联接，宜采用_________ 。

（1） 矩形齿 （2）渐开线齿 （3）三角形齿 （4）矩形齿与渐

开线齿

6-17滑动齿轮与轴采用矩形花键联接，轴的材料为45钢，调质处理，

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齿轮材料为40Cr钢经高频淬火硬度为50～55HRC,这时宜采用

__________定心。

（1）外径 （2）内径 （3）侧面

6-18有一矩形花键联接，因需在载荷作用下频繁移动，故花键轴毂孔

工作表面均经热处理达到硬度50HRC，这时宜采用_________定心。

（1）外径 （2）内径 （3）侧面

6-19 某起重设备中用矩形花键联接，轴的转速不高，但要传递很大的

转矩，这时宜采用___________定心。

1）外径 （2）内径 （3）侧面

二、分析与思考题：

6-20 平键联接的工作原理是什么？主要失效形式有哪些？平键的剖

面尺寸b³h和键的长度L是如何确定的？

6-21圆头（A型）、平头（B型）及单圆头（C型）普通平键各有何优

缺点？它们分别用在什么场合？轴上的键槽是如何加工出来的？

6-22导向平键联接和滑键联接有什么不同，各适用于何种场合？

6-23普通平键的强度条件怎样（用公式表示）？如果在进行普通平键

联接强度计算时，强度条件下不能满足，可采用哪些措施？

三、设计计算题

6-24 图示牙嵌离合器的左右两半分别用键与轴1、2相联接，在

空载下，通过操纵可使右半离合器沿导向平键在轴1上作轴向移动。

该轴传递的转矩T=1200N²m，轴径d1=80mm，右半离合器的轮毂长

度L1=130mm，行程l1=60mm，工作中有轻微冲击，离合器及轴的材料

均为钢材。试选择右半离合器的导向平键尺寸，并校核其联接强度。

解：1．选择导向平键

选A型导向平

键，查主教材表6-1

得平键的截面尺寸

b=22mm，

h=14mm，取键长

L=180 mm<L1+l1。

2．强度校核

材料均为钢，

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工作时有轻微冲击，查主教材表6-2，取[σP]=110MPa。k=0.5h=0.5³

14mm=7mm，l=L-b=180mm-22mm=158mm。

=27.1 MPa<[σP]

故此键联接能满足强度要求。

注：解中有两处错误，请指出错处并说明原因。 6-25 图示减速器的低速轴与凸缘联轴器及圆柱齿轮之间分别采

用键联接。已知轴传递的转矩T=1000N²m，齿轮的材料为锻钢，凸缘

联轴器材料为HT200，工作时有轻微冲击，联接处轴及轮毂尺寸如图

示。试选择键的类型和尺寸，并校核联接的强度。

2000T2000 1200 MPkld7 158 80

题6-25图

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题6-26图

6-26 图示的灰铸铁V带轮，安装在直径d=45mm的轴端，带轮基准直径dd=250mm，工作时的有效拉力Fe=1500N，有轻微振动，轮毂宽度L′=65mm。设采用钩头楔键联接，试选择该楔键的尺寸，并校核联接的强度。

6-27 轴与轮毂分别采用B型普通平键联接和中系列矩形花键联接。已知轴的直径(花键的大径)d=102mm，轮毂宽度L=150mm，轴和轮毂的材料均为碳钢，取许用挤压应力[σP]=100MPa，试计算两种联接各允许传递的转矩。

6-28 轴与轮毂采用两个Z2型胀套串联联接，轴的直径d=100mm，轴和轮毂的材料均为碳钢。该轴毂联接同时承受轴向力F0=100kN，转矩T=12kN²m，载荷平稳。试验算此联接是否可靠。

四、结构设计与分析题

6-29 试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。

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a)平键联接 b)双楔键联接 c)传递双向转矩的切向键联接

d)楔键联接 e)半圆键联接

f)圆锥销定位 题6-29图

第八章 带传动

一、 选择题

8-1平带、V带传动主要依靠____________传递运动和动力。

（1）带的紧边拉力 （2）带和带轮接触面间的摩擦力

（3）带的预紧力

8-2 在一般传递动力的机械中，主要采用___________传动。

（1）平带 （2）同步带 （3）V带 （4）多楔带

8-3 带传动中，在预紧力相同的条件下，V带比平带能传递较大的功率，是因为V带___________。

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（1）强度高 （2）尺寸小 （3）有楔形增压作用

（4）没有接头

8-4 V带传动中，带截面楔角为40°，带轮的轮槽角应____ 40°

（1）大于 （2）等于 （3）小于

8-5 带传动中，v1为主动轮圆周速度、V2为从动轮圆周速度、V为带速，这些速度之间存在的关系是____________。

（1）v1=v2=v （2）V1>V>V2 (3)V1<V<V2 (4)V1=V>V2 8-6 带传动正常工作时不能保证准确的传动比是因为_________。

（1）带的材料不符合虎克定律 （2）带容易变形和磨损

（3）带在轮上打滑 （4）带的弹性滑动

8-7 带传动工作时产生弹性滑动是因为_________。

（1）带的预紧力不够 （2）带的紧边和松动拉力不等 （3）带绕过带轮时有离心力 （4）带和带轮间摩擦力不够

8-8 带传动打滑总是_____________。

（1）在小轮上先开始 （2）在大轮上先开始 （3）在两轮上同时开始

8-9 带传动中，带每转一周，拉应力是_________ 。

（1）有规律变化 （2）不变的 （3）无规律变化的

8-10 带传动中，若小带轮为主动轮， 则带的最大应力发生在带__________处。

（1）进入主动轮 （2）进入从动轮 （3）退出主动轮 （4）退出从动轮

8-11 V带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了_____。

（1）使结构紧凑 （2）限制弯曲应力 （3）保证带和带轮接触面间有足够摩擦力 （4）限制小带轮上的包角

8-12 用_____提高带传动功率是不合适的。

（1）适当增大预紧力F0 (2)增大轴间距a （3）增加带轮表面粗糙度 （4）增大小带轮基准直径dd

8-13 V带传动设计中，选取小带轮基准直径的依据是_____。

（1）带的型号 （2）带的速度 （3）主动轮转速 （4）传动化 8-14 带传动采用张紧装置的目的是__________。

（1）减轻带的弹性滑动 （2）提高带的寿命 （3）改变带的运动方向 （4）调节带的预紧力

二、 分析与思考

8-15在推导单根V带传递的额定功率和核算包角时，为什么按小带轮

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进行？

8-16带传动中，弹性滑动是怎样产生的？造成什么后果？

8-17带传动中，打滑是怎样产生的？打滑的有利有害方面各是什么？ 8-18弹性滑动的物理意义是什么？如何计算弹性滑动率？

8-19带传动工作时，带上所受应力有哪几种？如何分布？最大应力在何处？

8-20带传动的主要失效形式是什么？带传动设计的主要依据是什么？ 8-21说明带传动设计中，如何确定下列参数：（1）带轮直径 （2）带速v （3）小带轮包角a1 （4）张紧力F0

（6） 带的根数z (6)传动比I。

8-22 在多根V带传动中，当一根带失效时，为什么全部带都要更换？ 8-23 为什么带传动的轴间距一般都设计成可调的？

8-24 试分析带传动中心距a、预紧力

F0及带的根数z的大小对带传动的工作

能力的影响。

8-25一带式输送机装置如图所示。已知

小带轮基准直径dd1=140mm，大带轮基

准直径dd2=400mm，鼓轮直径

D=250mm，为了提高生产率，拟在输送

机载荷不变(即拉力F不变)的条件下，

将输送带的速度v提高，设电动机的功

率和减速器的强度足够，且更换大小带

轮后引起中心距的变化对传递功率的影

响可忽略不计，为了实现这一增速要求， 题8-25图

试分析采用下列哪种方案更为合理，为什么?

(1)将大带轮基准直径dd2减小到280mm；

(2)将小带轮基准直径ddl增大到200mm；

(3)将鼓轮直径D增大到350mm。

三、设计计算题

8-26 已知一窄V带传动，主动轮转速，nl=1460 r/rain，两带轮基准直径ddl=140mm，dd2=400mm，中心距a=815mm，采用四根SPA型窄

V

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