1、机械设计课程配套习题集华东理工大学机械与动力工程学院机械设计及摩擦学研究室安琦 王建文等整理编写2010 年 7 月2第一章 绪论一、简答题1-1 什么叫机械零件？什么叫机械部件？ 1-2 机器设计应满足哪些基本要求？机械零件设计应满足哪些基本设计要求？其中最主要的要求是什么？ 1-3 设计开发一个机械新产品的一般过程是什么？ 1-4 设计一个机械零件的一般过程分为哪几个步骤？ 1-5 什么叫“三化”？实行三化的意义是什么？1-6 什么是部件？什么是零件？什么是构件？指出下列各项分别属于哪一种。联轴器，减速器，齿轮，弹簧，凸轮机构中的凸轮、键和轴的装配体。1-7 一部完整的机器由哪些部分所组成
2、？各部分的作用是什么？试以汽车为例说明这些组成部分各主要包括些什么？1-8 什么是通用零件？什么是专用零件？试各举三个实例。1-9 机械零件的条件性计算是什么意思？为什么采用条件性计算？二、选择题1-1 机械设计课程研究的内容只限于 。（1）专用零件和部件 （2）在高速、高压、环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件 （3）在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件 （4）标准化的零件和部件1-2 下列 8 种机械零件：螺旋千斤顶中的螺杆，机床的地脚螺栓，车床的顶尖，减速器中的齿轮，拖拉机发动机的气缸盖螺栓，船舶推进器上的多环推力轴承，颚式破碎机上的 V 带轮
3、，多气缸内燃机曲柄轴上的盘形飞轮。其中有 是通用零件。（1）3 种 （2）4 种 （3）5 种 （4）6 种1-3 下列 8 种机械零件：涡轮的叶片，飞机的螺旋桨，往复式内燃机的曲轴，拖拉机发动机的气门弹簧，起重机的起重吊钩，火车车轮，自行车的链条，纺织机的纱锭。其中有 是专用零件。（1）3 种 （2）4 种 （3）5 种 （4）6 种1-4 下列缩写词中 为国标代号。(1)GB (2)JB (3)YB (4)KY选择题答案：1-1（3） ，1-2 （2） ，1-3 （4）3第二章 机械零件的强度和设计准则一、简答题2-1 什么是机械零件的失效？机械零件可能的失效形式主要有哪些？2-2 什么是
4、零件的工作能力？什么是零件的承载能力？2-3 什么是静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷？什么是静应力和变应力？2-4 什么是变应力的循环特性 r？静应力、脉动循环变应力和对称循环变应力的 r 值各是多少？2-5 零件表面磨损强度的条件性计算包含哪些内容？提高零件表面磨损强度的主要措施有哪些？2-6 发动机连杆横截面上的应力变化规律如图所示，则该变应力的循环特性 r 为多少？题 2-6 图2-7 什么是静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷？什么是静应力和变应力？2-8 什么是变应力的应力比 r？静应力、脉动循环变应力和对称循环变应力的 r 值各是多少？2-9 图示各应力随时间变化的图形分别表示什么
5、类型的应力？它们的应力比分别是多少？2-10 什么是零件的工作应力、计算应力、极限应力和许用应力？2-11 在静应力下工作的零件其失效形式有哪些？用塑性材料制造的零件和用脆性材料、低塑性材料制造的零件，其极限应力各应是什么？ 题 2-9 图2-12 零件表面磨损强度的条件性计算包含哪些内容？提高零件表面磨损强度的主要措施有哪些？2-13 什么是机械零件的刚度？什么样的机械零件需按刚度要求设计，试举例说明？2-14 影响零件刚度的因素及提高零件刚度的措施有哪些？某轴用碳钢制造，经营算刚度不足，问改用合金钢制造而原尺寸保持不变，该轴的刚度能否提高？为什么？4二、选择题2-1 下列四种叙述中_是正确
6、的。（1）变应力只能由变载荷产生 （2）静载荷不能产生变应力（3）变应力是由静载荷产生的 （4）变应力是由变载荷产生的，也可能由静载荷产生2-2 发动机连杆横截面上的应力变化规律如图所示，则该变应力的应力比 r 为_。（1）0.24 （2）0.24 （3）4.17 （4）4.172-3 发动机连杆横截面上的应 力变化规律如题 22 图所示，则其应力幅 a 和平均应力 m 分别为_ 。 题 2-2 图（1） a-80.6MPa, m=49.4MPa （2） a=80.6MPa,m=-49.4MPa（3） a=49.4MPa,m=-80.6MPa （4） a=-49.4MPa,m=-80.6MPa
7、2-4 变应力特性可用 max、 min、 m、 a、r 等五个参数中的任意_来描述。（1）一个 （2）两个 （3）三个 （4）四个2-5 零件的工作安全系数为_。（1）零件的极限应力比许用应力 （2）零件的极限应力比零件的工作应力（3）零件的工作应力比许用应力（4）零件的工作应力比零件的极限应力2-6 机械零件的强度条件可以写成_。（1）， 或 SS，S S（2） ， 或 SS，S S（3） ， 或 SS，S S（4） ， 或 SS，S S式中 、 是危险截面处的最大应力；、是许用应力；S 、S 是危险截面处的实际安全系数；S 、S 分别为正应力和切应力时的许用安全系数。2-7 一直径 d=
8、18mm 的等截面直杆，杆长为 800mm，受静拉力 F=36kN，杆材料的屈服点 s=360MPa，取许用安全系数S =1.8，则该杆的强度 _。（1）不足 （2）刚好满足要求 （3）足够2-8 一零件用 45 钢制成，工作时受静拉力，危险截面处的最大应力 160MPa，材料的屈服极限为 s=360MPa，硬度 200HBS，许用拉应力=225MPa，则该零件的许用安全系数S _。（1）1.13 （2）1.25 （3）1.60 （4）22-9 一用 45 钢制造的零件，工作时受静拉力，危险截面处的最大应力 200MPa，许用应力=250MPa ，许用安全系数 S1.28，则该材料的屈服点s
9、_MPa。（1）156 （2）195 （3）256 （4）3202-10 一直径 d=25mm 的等截面直杆，受静拉力 F=40kN,杆的材料 45 钢，5s 320MPa，许用安全系数S 1.6，则该零件的许用载荷为_kN。（1）25 （2）98.17 （3）157.08 （4）251.332-11 在进行疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的_。（1）屈服点 （2）疲劳极限 （3）强度极限 （4）弹性极限2-12 两圆柱体相接触，接触面为矩形，接触面宽度中心处的最大接触应力 Hmax 与载荷 F 的关系为 Hmax_。（1）F （2）F 2 （3）F 1/3 （4）F 1/22-13 两球体
10、相接触，接触面为圆，位于圆心处的最大接触应力 Hmax 与载荷 F 的关系为 Hmax_。（1）F （2）F 1/2 （3）F 1/3 （4）F 2选择题答案：2-1 （4 ） ，2-2 （2） ， 2-3 （3） ，2-4 （2） ，2-5 （2） ，2-6 （3） ，2-7 （3） ，2-8 （3）2-9 （4） ，2-10 （2） ，2-11 （2） ，2-12 （4） ，2-13 （3）6第三章 机械零件的疲劳强度设计一、简答题3-1 机械零件在变应力条件下工作发生疲劳断裂而失效的过程怎样？3-2 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
11、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？3-3 什么是应力循环基数？一般碳钢和高硬度合金钢的循环基数是多少？3-4 按疲劳曲线(N)设计零件时，适用的条件是什么？当循环次数 N10 4 时，(N)曲线是否适用？为什么？在这种情况下应如何处理？3-5 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？3-6 机械零件受载时在什么地方产生应力集中？应力集中与材料的强度有什么关系？3-7 疲劳强度的综合影响系数 KD，K D的意义是什么？其计算公式是什么？3-8 怎样区分变应力是稳定的还是非稳定的？怎样进行在稳定变应力下的零件强度计算？
12、怎样进行在规律性非稳定变应力下的零件强度计算？3-9 在极限应力简图上，对各种加载情况（即 r=常数、 m常数、 min常数）如何判断零件是首先产生疲劳破坏还是首先产生塑性变形破坏？若有数学式子来判断，试写出其判断条件式。3-10 何谓疲劳损伤累积假说？线性疲劳损伤累积计算的数学表达式为何？3-11 零件在非稳定变应力下工作的安全系数如何计算？要求写出计算步骤和计算公式并加以必要的说明。二、选择题3-1 45 钢的持久疲劳极限 -1270MPa,，设疲劳曲线方程的幂指数 m=9，应力循环基数 N0=5106 次，当实际应力循环次数 N=104 次时，有限寿命疲劳极限为_MPa。（1）539 （
13、2）135 （3）175 （4）4173-2 有一根阶梯轴，用 45 钢制造，截面变化处过渡圆角的疲劳缺口系数 K=1.58，表面状态系数 0.28，尺寸系数 0.68，则其疲劳强度综合影响系数KD=_。（1）0.35 （2）0.88 （3）1.14 （4）2.833-3 形状、尺寸、结构和工作条件相同的零件，采用下列不同材料制造：a ）HT200； b）35 钢；c）40CrNi 钢。其中设计零件的疲劳缺口系数最大和最小的分别是_。（1）a）和 b） （2）c ）和 a） （3）b）和 c） （4）b）和 a） （5）a）和 c） （6）c ）和 b）73-4 零件的截面形状一定，如绝对尺寸
14、（横截面尺寸）增大，疲劳强度将随之_。（1）增高 （2）不变 （3）降低3-5 零件的形状、尺寸、结果相同时，磨削加工的零件与精车加工相比，其疲劳强度_。（1）较高 （2）较低 （3）相同3-6 零件表面经淬火、渗氮、喷丸、滚子碾压等处理后，其疲劳强度_。（1）增高 （2）降低 （3）不变 （4）增高或降低视处理方法而定3-7 影响零件疲劳强度的综合影响系数 KD或 KD与_等因素有关。（1）零件的应力集中、加工方法、过载（2）零件的应力循环特性、应力集中、加载状态 （3）零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中（4）零件的材料、热处理方法、绝对尺寸。3-8 已知设计零件的疲劳缺口系数 K=1.3、
15、尺寸系数 0.9、表面状态系数0.8 。则疲劳强度综合影响系数 KD为_。（1）0.87 （2）0.68 （3）1.16 （4）1.83-9 已知零件的极限应力 r=200MPa，许用安全系数S=2 ，影响零件疲劳强度的系数为 K=1.2， 0.83， 0.90。则许用应力为 r_MPa。（1）160.6 （2）106.7 （3）62.25 （4）110.73-10 绘制设计零件的 m a极限应力简图时，所必须的已知数据是 _。（1） 1 ， 0， s, K （2） 1 ， 0， s, （K ） D（3） 1 ， s, ， K （4） 1 ， 0， , KD3-11 在图示设计零件的 m a极
16、限应力简图中，如工作应力点 M 所在的 ON 线与横轴间夹角 45 o，则该零件受的是_。（1）不变号的不对称循环变应力 （2）变号的不对称循环变应力（3）脉动循环变应力 （4）对称循环变应力3-12 在题 311 图所示零件的极限应力简图中，如工作应力点 M 所在的 ON 线与横轴之间的夹角 90o 时，则该零件受的是_。 题 311 图（1）脉动循环变应力 （2）对称循环变应力（3）变号的不对称循环变应力 （4）不变号的不对称循环变应力3-13 已知一零件的最大工作应力 max=180MPa，最小工作应力 min=80MPa。则在图示的极限应力简图中，该应力点 M 与原点的连线 OM 与横
17、轴间的夹角 为_。（1）68 o5744（2）21 o215（3）66 o215（4）74 o28338题 313 图 题 314 图3-14 在图示零件的极限应力简图上，M 为零件的工作应力点，若加载于零件的过程中保持最小应力 min为常数。则该零件的极限应力点应为_。（1）M 1 （2）M 2 （3）M 3 （4）M 43-15 上题若在对零件加载的过程中保持应力比 r 为常数。则该零件的极限应力点应为_。（1）M 1 （2）M 2 （3）M 3 （4）M 43-16 314 题若在对零件的加载过程中保持平均应力 m常数。则该零件的极限应力点应为_。（1）M 1 （2）M 2（3）M 3
18、（4）M3-17 零件的材料为 45 钢，b=600MPa， s=355MPa， -1=270MPa， =0.2，零件的疲劳强度综合影响系数 KD=1.4。则在图示的零件极限应力简图中 角为_ 题 317 图（1）36 o5535 （2）41 o1422 （3）48 o45383-18 已知 45 钢调制后的力学性能为： b=620MPa， s=350MPa， -1=280MPa， 0=450MPa。则 为_。（1）1.6 （2）2.2 （3）0.24 （4）0.263-19 某零件用 45Mn2 制造，材料的力学性能为： b=900MPa， s=750MPa， -1=410MPa， =0.2
19、5。影响零件疲劳强度的系数为：K 1， 0.85， 0.8。则该零件受脉动循环变应力作用时，其极限应力为_。（1）223 （2）328 （3）551 （4）6563-20 在题 3 11 图所示零件的极限应力简图中，如工作应力点 M 所在的 ON 线与横轴间的夹角 50 o，则该零件受的是_。（1）脉动循环变应力 （2）对称循环变应力（3）变号的不对称循环变应力 （4）不变号的不对称循环变应力3-21 一零件由 40Cr 制成，已知材料的 b=980MPa， s=785MPa， -1=440MPa， =0.3。零件的最大工作应力 max=240MPa，最小工作应力 min=80MPa，疲劳强度
20、综合影响系数 KD=1.44。则当应力比 r=常数时，该零件的疲劳强度工作安全系数 S为_。（1）3.27 （2）1.73 （3）1.83 （4）1.273-22 一零件由 20Cr 制成，已知 -1=350MPa， s=540MPa， =0.3，零件的最大工作应力 max=185MPa，最小工作应力 min=85MPa，疲劳强度综合影响系数 KD=1.41。则当平均应力常数时该零件按应力幅计算的工作安全系数为_。（1）4.07 （2）2.89 （3）2.59 （4）1.763-23 若材料疲劳曲线方程的幂指数 m=9，则以对称循环应力 1=500MPa 作用于零件N1=104 次以后，它所造
21、成的疲劳损伤，相当于应力 2=450MPa 作用于零件_次。（1）0.3910 4 （2）1.4610 4 （3）2.5810 4 （4）7.4510 493-24 若材料疲劳曲线方程的幂指数 m=9，则以对称循环应力 1=400MPa 作用于零件N1=105 次以所造成的疲劳损伤，相当于应力 2=_MPa 作用于零件 N2=104 次所造成的疲劳损伤。（1）517 （2）546 （3）583 （4）6153-25 45 钢经调制后的疲劳极限 -1=300MPa，应力循环基数 N0=5106 次，疲劳曲线方程的幂指数 m=9，若用此材料做成的试件进行试验，以对称循环应力 1=450MPa 作用
22、 104次， 2=400MPa 作用 2104 次。则工作安全系数为_。（1）1.14 （2）1.25 （3）1.47 （4）1.653-26 45 钢经调制后的疲劳极限 1=300MPa，应力循环基数 N0=5106 次，疲劳曲线方程的幂指数 m=9，若用此材料做成的试件进行试验，以对称循环应力 1=450MPa 作用 104次， 2=400MPa 作用 2104 次后，再以 3=350MPa 作用于此试件，直到它破坏为止，试件还能承受的应力循环次数为_次。（1）6.2510 5 （2）9.3410 5 （3）1.0910 6 （4）4.5210 6三、设计计算题 3-1 一内燃机中的活塞连
23、杆，当气缸发火时，此连杆受压应力 max=150MPa，当气缸进气开始时，连杆承受拉应力 min=50MPa，试求：（1）该连杆的平均应力 m、应力幅a和应力比 r；（ 2）绘出连杆的应力随时间而变化的简图。3-2 一转动轴如图所示，轴上受有轴向力 Fa=1800N，径向力 Fr=5400N，支点间的距离 L=320mm，轴是等截面的，直径 d=45mm。试求该轴危险截面上的循环变应力的max、 min、 m、 a和 r。题 3-2 图 题 3-3 图3-3 某一转轴的局部结构如图所示，轴的材料为 Q235 普通碳钢，精车制成。若已知直径 D=120mm，d=110mm，圆角半径 r=5mm，
24、材料的力学性能为：b=450MPa， s=220MPa，试求截面变化处的疲劳强度综合影响系数 KD和 KD。3-4 一阶梯轴轴肩处的尺寸为 D=60mm，d=50mm，r=4mm，如材料的力学性能为：b=650MPa， s=360MPa， -1=200MPa， 0=320MPa。试绘制此零件的简化极限应力线图。3-5 一转轴的危险截面上作用有周期性波动的载荷：弯矩 M=100200Nm，转矩T=0100Nm。轴的材料为 45 钢，力学性能： s=400MPa， -1=270MPa， 0=480MPa， s=216MPa， -1=156MPa， 0=300MPa。若截面直径 d=25mm，疲劳缺
25、口系数 K=1.78，K =1.45，尺寸系数 =0.9， =0.93，表面状态系数=0.91， =0.95。试确定安全系数 S。计算时可按无限寿命考虑，忽略剪力的作用。3-6 一机械零件用 45 钢制造，材料的 b=650MPa， s=360MPa，如果受到交变应力作用，应力比 r=0.5， max=240MPa 问其工作应力点是处于疲劳强度区还是屈服强度区。若10r=0.2，r=0.5 应如何计算。3-7 一钢制零件，工作应力为： max=250MPa， min=50MPa。零件的疲劳强度综合影响系数 KD=1.35，材料的力学性能为 b=630MPa， s=455MPa， -1=285M
26、Pa， 0=510MPa。若许用安全系数对变应力取S =1.3、对静应力取S =1.5，并按无限寿命考虑，试分别用解析法和图解法校核该零件的安全系数。 3-8 有一轴工作时频繁的正反转，用 45 钢制造，调制处理，其对称循环疲劳极限 -1=300MPa， -1=155MPa，许用安全系数S=2，轴危险截面的直径 d=40mm，疲劳强度综合影响系数 KD=2.5，K D=1.5。当传递的转矩 T=500Nm 时，还允许承受多大弯矩 M。3-9 一滑轮轴在一个周期内的载荷和转速变化情况如图所示。若使用寿命预期为 8 年，每年工作 240 天，每天累计工作 2h；轴材料的疲劳曲线方程的幂指数 m=9，应力循环基数N0=107。试计算轴的寿命系数 KN。题 3-9 图374 一零件在非稳定对称循环弯曲应力下工作，在 1=600MPa 时应力循环了N11.510 5 次，试用疲劳损伤累积假说估算，若该零件再受 2=450MPa 的作用直至破坏，问该零件还能继续工作多少次循环。已知 -1=400MPa。选择题答案：3-1 （1） ，3-2 （
