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精选机械设计基础习题汇总精选精选
《机械设计基础》习题
机械设计部分
目录
8机械零件设计概论
9联接
10齿轮传动
11蜗杆传动
12带传动
13链传动
14轴
15滑动轴承
16滚动轴承
17联轴器、离合器及制动器
18弹簧
19机械传动系统设计
8机械零件设计概论
思考题
8-1机械零件设计的基本要求是什么？
8-2什么叫失效？
机械零件的主要失效形式有几种？
各举一例说明。
8-3什么是设计准则？
设计准则的通式是什么？
8-4复习材料及热处理问题。
复习公差与配合问题。
8-5什么是零件的工艺性问题？
主要包含哪几方面的问题？
8-6什么是变应力的循环特性？
对称循环应力和脉动循环应力的循环特性为多少？
8-7什么是疲劳强度问题？
如何确定疲劳极限和安全系数？
8-8主要的摩擦状态有哪四种？
8-9磨损过程分几个阶段？
常见的磨损有哪几种？
8-10常见的润滑油加入方法有哪种？
9联接
思考题
9-1螺纹的主要参数有哪些？
螺距与导程有何不同？
螺纹升角与哪些参数有关？
9-2为什么三角形螺纹多用于联接，而矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹多用于传动？
为
什么多线螺纹主要用于传动？
9-3螺纹副的自锁条件是什么？
理由是什么？
9-4试说明螺纹联接的主要类型和特点。
9-5螺纹联接为什么要预紧？
预紧力如何控制？
9-6螺纹联接为什么要防松？
常见的防松方法有哪些？
9-7在紧螺栓联接强度计算中，为何要把螺栓所受的载荷增加30%？
9-8试分析比较普通螺栓联接和铰制孔螺栓联接的特点、失效形式和设计准则。
9-9简述受轴向工作载荷紧螺栓联接的预紧力和残余预紧力的区别，并说明螺栓工作时所
受的总拉力为什么不等于预紧力和工作载荷之和。
9-10简述滑动螺旋传动的主要特点及其应用。
9-11平键联接有哪些失效形式？
普通平键的截面尺寸和长度如何确定？
9-12为什么采用两个平键时，一般布置在沿周向相隔180°的位置，采用两个楔键时，相
隔90°～120°，而采用两个半圆键时，却布置在轴的同一母线上？
9-13试比较平键和花键的相同点和不同点。
9-14简述销联接、焊接、粘接、过盈联接、弹性环联接和成形联接的主要特点和应用场合。
习题
9-1试证明具有自锁性螺旋传动的效率恒小于50%。
9-2试计算M24、M24×1.5螺纹的升角，并指出哪种螺纹的自锁性好。
9-3图示为一升降机构，承受载荷F=150kN，采用梯形螺纹，d=60mm，d2=56mm，P
=8mm，线数n=3。
支撑面采用推力球轴承，升降台的上下移动处采用导向滚轮，它
们的摩擦阻力近似为零。
试计算：
（1）工作台稳定上升时的效率（螺纹副当量摩擦系数为0.10）。
（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩。
（3）若工作台以720mm/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F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
是多少？
题9-3图
题9-4图
F
题9-5图
导向滚轮
9-4图示起重吊
钩最大起重
牵曳力FR
量F=50
kN，吊钩材
料为35钢。
齿轮
制动轮
推力球轴承
F
试确定吊钩尾部螺纹直径。
9-5图示为一用两个M12螺钉固定的牵曳钩，若螺钉材料为Q235钢，装配时控制预紧力，
F
结合面摩擦系数f=0.15，求其允许的最大牵曳力。
9-6图示为一刚性凸缘联轴器，材料为Q215钢，传递的最大转矩为1400N.m（静载荷）。
联轴器用4个M16的铰制孔用螺栓联接，螺栓材料为Q235钢，试选择合适的螺栓长
度，并校核该联接的强度。
题9-6图题9-7图
9-7图示为一用两个螺栓联接的钢制扳手。
已知扳紧力F=200N，有关尺寸如图所示。
试
分别采用普通螺栓联接和铰制孔螺栓联接两种方案设计此螺栓组，并分析比较设计结
果。
9-8在图示夹紧螺栓中，已知螺栓数为2，螺纹为M20，螺栓材料为35钢，轴径d=50mm，
杆长l=300mm,轴与夹壳之间的摩擦系数f=0.15,试求杆端部作用力F的最大允许值。
9-9图示为一钢制液压油缸，采用双头螺柱联接。
已知油压p=8MPa，油缸内径D=250
mm，为保证气密性要求，螺柱间距l不得大于4.5d（d为螺纹大径），试设计此双头
F
d
螺柱联接。
题9-8图题9-9图
9-10受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接件间采用橡胶垫片。
已知螺栓预紧力F=15000N，
当受轴向工作载荷F=10000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧
力。
滑块差动杆螺杆
机架F
9-11图示为一差动螺旋机构。
螺杆与机架固联，其螺纹为右旋，导程SA=4mm，滑块在机
架上只能左右移动。
差动杆内螺纹与螺杆形成螺纹副A，外螺纹与滑块形成螺纹副B，
当沿箭头方向转动5圈时，滑块向左移动5mm。
试求螺纹副B的导程SB和旋向。
题9-11图题9-12图
9-12图示为一小型压床，最大压力为F=30kN，采用梯形螺纹，螺杆材料为45钢正火处
理，螺母材料为ZCuAl10Fe3。
设压头支撑面平均直径Dm等于螺纹中径，操作时螺纹副当量摩擦系数fˊ=0.12，压头支撑面摩擦系数fc=0.10，操作人员每只手用力约200N，试求该压床的螺纹参数（要求自锁）和手轮直径D。
9-13在题9-6中，已知轴的材料为45钢，工作时有轻微冲击。
试为该联轴器选择平键，
确定键的尺寸，并校核其强度。
10齿轮传动
思考题
10-1齿轮传动中常见的失效形式有哪些？
齿轮传动的设计计算准则有哪些？
在工程设计
实践中，对于一般的闭式硬齿面、闭式软齿面和开式齿轮传动的设计计算准则是什
么？
10-2在齿轮传动设计时，提高齿轮的疲劳强度的方法有哪些？
10-3与直齿轮传动强度计算相比，斜齿轮传动的强度计算有何不同？
10-4如何确定齿轮传动中的许用接触强度和许用弯曲强度值？
10-5根据齿轮的工作特点，对轮齿材料的力学性能有何基本要求？
什么材料最适合做齿
轮？
为什么？
10-6齿轮传动设计的流程怎样？
如何用框图表示？
10-7在齿轮结构设计时，齿轮的结构主要由什么参数决定？
习题
10-1有一直齿圆柱齿轮传动，允许传递功率P，若通过热处理方法提高材料的力学性能，
使大、小齿轮的许用接触应力[σH2]、[σH1]各提高30%，试问此传动在不改变工作条
件及其他设计参数的情况下，抗疲劳点蚀允许传递的扭距和允许传递的功率可提高百
分之几？
10-2单级闭式直齿圆柱齿轮传动中，小齿轮的材料为45钢调质处理，大齿轮的材料为
ZG270-500正火，P=7.2kW，n1=960r/min，m=4mm，z1=25，z2=73，b1=84mm，b2=78mm，
单向转动，载荷有中等冲击，用电动机驱动，试验算此单级传动的强度。
10-3已知开式直齿圆柱传动i=2.3，P=3.2kW，n1=150r/min，用电动机驱动，单向转动，
载荷均匀，z1=21，小齿轮为45钢调质，大齿轮为45钢正火，试计算此单级传动的
强度。
10-4已知闭式直齿圆柱齿轮传动的传动比i=3.6，n1=1440r/min，P=25kW，长期双向转动，
载荷有中等冲击，要求结构紧凑，采用硬齿面材料。
试设计此齿轮传动，校核齿轮的
接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。
10-5在题图10-5中，当轮2为主动时，试画出作用在轮2上的圆周力Ft2、轴向力Fa2
和径向力Fr2的作用线和方向。
题图10-5题图10-6
10-6设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如题图10-6所示，试问：
1）低速级斜齿轮的螺
旋线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反；2）低速级螺旋角β应
取多大数值才能使中间轴上两个轴向力互相抵消。
10-7已知单级斜齿圆柱齿轮传动的P=18kW，n1=960r/min，电动机驱动，载荷平稳，双向
转动。
已知i=2.3，z1=21，mn=3mm，β=16°15′，b1=85mm，b2=80mm，小齿轮材
料为40MnB调质，大齿轮材料为35SiMn调质，试校核此闭式传动的强度。
10-8设计一单级闭式斜齿轮传动，已知P=10kW，n1=1460r/min，i=3.3，工作机有中等冲
击载荷。
要求采用电动机驱动，选用硬齿面材料，z1=19。
试设计此单级斜齿轮传动，
校核疲劳强度。
10-9已知闭式直齿圆锥齿轮传动的δ1＋δ2=90°，i=2.7，z1=16，P=7.5kW，n1=840r/min，
用电动机驱动，载荷有中等冲击，要求结构紧凑，故大、小齿轮的材料均选为40Cr
表面淬火，试计算此传动。
11蜗杆传动
思考题
11-1蜗杆传动的特点及应用场合是什么？
11-2为什么蜗轮的端面模数是标准值？
蜗杆传动的正确啮合条件是什么？
11-3蜗杆直径系数的含义是什么？
为什么要引入蜗杆直径系数？
11-4蜗杆传动的传动比计算公式是什么？
它是否等于蜗杆和蜗轮的节圆直径之比？
11-5如何进行蜗杆传动的受力分析？
各力的方向任何确定？
与齿轮传动的受力分析有什
么不同？
11-6蜗杆传动的主要失效形式是什么？
相应的设计准则是什么？
11-7在蜗杆传动的强度计算中，为什么只考虑蜗轮的强度？
蜗杆的强度任何考虑？
蜗杆的
刚度在什么情况下才需要计算？
11-8蜗杆传动的效率受哪些因素影响？
为什么具有自锁特性的蜗杆传动，其啮合效率通常
只有40%左右？
11-9为什么蜗杆传动要进行热平衡的计算？
采用什么原理进行计算？
当热平衡不满足要
求时，可以采取什么措施？
习题
11-1设某一标准蜗杆传动的模数m=5mm，蜗杆的分度圆直径d1=50mm，蜗杆的头数z1=2，
传动比i=20。
试计算蜗轮的螺旋角和蜗杆传动的主要尺寸。
11-2对图示的蜗杆传动，请根据已知的蜗杆的螺旋方向和转向，确定蜗轮的螺旋方向和转
向。
并在图中表出蜗杆和蜗轮的受力方向。
11-3图示为手动铰车中所采用的蜗杆传动。
已知m=8mm，d1=80mm，z1=1，i=40，卷筒
的直径D=250mm，试计算：
（1）欲使重物上升1m，应转动蜗杆的转数；
（2）设蜗
杆和蜗轮间的当量摩擦系数为0.18，检验该蜗杆传动是否满足自锁条件；（3）设重物
重Q=5kN，通过手柄转臂施加的力F=100N，手柄转臂的长度l的最小值。
题图11-2题图11-3
11-4试设计一单级圆柱蜗杆传动：
传动由电动机驱动，电动机的功率为7kW，转数为
1440r/min，蜗轮轴的转数为80r/min，载荷平稳，单向传动。
12带传动
思考题
12-1带传动主要类型有哪些？
各有什么特点？
12-2影响带传动工作能力的因素有哪些？
12-3带速为什么不宜太高也不宜太低？
12-4带传动中的弹性滑动和打滑是怎样产生的？
对带传动有何影响？
12-5带传动的主要失效形式是什么？
设计中怎样考虑？
12-6为什么带传动通常布置在机器的高速级？
12-7带传动在什么情况下才会发生打滑？
打滑通常发生在大带轮上还是小带轮上？
刚开
始打滑前，紧边拉力与松边拉力有什么关系？
12-8何谓滑动率？
滑动率如何计算？
12-9带传动中带为何要张紧？
如何张紧？
0
12-10为何V带轮的轮槽角要小于40？
为什么带轮的基准直径越小，轮槽槽角就越小？
12-13试分析带传动中参数1、D1、i和a的大小对带传动的影响。
12-14试分析比较普通V带、窄V带、多楔带、同步齿形带和高速带传动的特点和应用范
围。
习题
12-1一普通V带传动，已知带的型号为A，两轮基准直径分别为150mm和400mm，初
定中心距a=4500mm，小带轮转速为1460r/min。
试求：
（1）小带轮包角；
（2）选定带
的基准长度Ld；（3）不考虑带传动的弹性滑动时大带轮的转速；（4）滑动率=0.015时
大带轮的实际转速；（5）确定实际中心距。
12-2题12-1中的普通V带传动用于电动机与物料磨粉机之间，作减速传动，每天工作8
小时。
已知电动机功率P=4kW，转速n1=1460r/min，试求所需A型带的根数。
12-3一普通V带传动传递功率为P=7.5kW，带速=10m/s，紧边拉力是松边拉力的
两倍，即F1=2F2，试求紧边拉力、松边拉力和有效拉力。
12-4设计一破碎机用普通V带传动。
已知电动机额定功率为P=5.5kW，转速n1=1440
r/min，从动轮为n2=600r/min，允许误差±5%，两班制工作，希望中心距不超过650
mm。
12-5在例题12-1中，已知大带轮轴的直径d=50mm，试确定大带轮的材料、各部分尺寸
并绘制工作图。
13链传动
思考题
13-1与带传动相比，链传动有哪些优缺点？
13-2滚子链是如何构成的？
其最主要的参数是什么？
对传动有何影响？
13-3为什么一般链节数选偶数，而链轮齿数多取奇数？
13-4链传动中为什么小链轮的齿数不宜过少？
而大链轮的齿数又不宜过多？
13-5何谓链传动的多边形效应？
如何减轻多边形效应的影响？
13-6在什么条件下链传动瞬时传动比为恒定？
此时链速是否也恒定？
13-7链传动的紧边拉力和松边拉力各由哪几部分组成？
13-8简述滚子链传动的主要失效形式和原因。
13-9简述滚子链传动的布置、润滑和张紧要点。
13-10简述齿形链传动的特点。
习题
a
13-1在如图所示链传动中，小链轮为主动轮，中心距a=（30～50）p。
问在图a、b所示布
置中应按哪个方向转动才合理？
两轮轴线布置在同一铅垂面内（图c）有什么缺点？
应采取什么措施？
a）b）c）
题图13-1
13-2当其它条件相同时，试比较下列两种链传动设计方案的运动不均匀性和附加动载荷，
哪一种较好？
为什么？
（１）p=15.875mm，z1=31；（２）p=31.75mm，z1=15。
13-3一单排滚子链传动，链轮齿数z1=21、z2=53、链型号为10A、链长Lp=100节。
试求
两链轮的分度圆、齿顶圆和齿根圆直径以及传动的中心距。
13-4题13-3中，小链轮为主动轮，n1=600r/min，载荷平稳，试求：
（1）此链传动能传递
的最大功率；
（2）工作中可能出现的失效形式；（３）应采用何种润滑方式。
13-5设计一往复式压气机上的滚子链传动。
已知电动机转速n1=960r/min，功率P=3kW，
压气机转速n2=320r/min，希望中心距不大于650mm（要求中心距可以调节）。
13-6一单排滚子链传动，已知小链轮齿数z1=17、采用10A滚子链、中心距a=500mm，
水平布置，传递功率P=1.5kW，主动链轮转速n1=130r/min。
设工作情况系数KA=1.2，静力强度安全系数S=7，试验算此链传动。
14轴
思考题
14-1轴的功用是什么？
14-2什么是传动轴、心轴、转轴，他们的区别是什么？
14-3分析一下自行车的前轴、中轴和后轴的受载情况，他们各属于什么轴？
14-4轴的一般设计步骤是什么？
14-5轴的常用材料有那些？
14-6为什么当轴的刚度不够时，选用合金钢来代替普碳钢效果不明显？
14-7弯扭合成强度计算时，折算系数的意义是什么？
14-8在什么情况下要作轴的刚度计算？
习题
14-1有一台水泵，由电动机驱动，传递的功率P=4.5kW，轴的转速n=960r/min，设计时，
轴材料采用45号钢，试按强度要求计算出轴所需的最小直径。
14-2已知一传动轴直径d=32mm，转速n=1440r/min，如果轴上的扭切应力不允许超过50
2
N/mm
，问此轴能传递多少功率？
14-3在图示轴的结构图中存在多处错误，请指出错误点，说明出错原因，并加以改正。
题图14-3
14-4如图所示单级直齿圆柱齿轮减速器，用电机驱动，电动机的功率P=12kW，转速
n=1470r/min，齿轮的模数m=4mm，齿数z1=19，z2=72，若支承间跨距l=180mm（齿轮位于中央），轴材料为45号钢调质。
试计算减速器输出轴的最小直径，并进行轴结
构设计。
题图14-4
15滑动轴承
思考题
15-1滑动轴承的性能特点有哪些？
主要的应用场合有哪些？
15-2滑动轴承的主要结构型式有哪几种？
各有什么特点？
15-3轴承材料应具备哪些性能？
是否存在着能同时满足这些性能的材料？
15-4非液体润滑轴承的设计依据是什么？
限制p和pv的目的是什么？
15-5液体动压润滑的必要条件是什么？
叙述向心滑动轴承形成动压油膜的过程？
15-6找出一滑动轴承应用实例，确定滑动轴承类型，分析其特点和采用滑动轴承的原因。
习题
15-1有一滑动轴承，轴转速n=650r/min，轴颈直径d=120mm，轴承上受径向载荷F
=5000N，轴瓦宽度B=150mm，试选择轴承材料，并按非液体润滑滑动轴承校核。
15-2现有一非液体润滑径向滑动轴承，轴颈直径d=100mm，轴瓦宽度B=100mm，转速
n=1200r/min，轴承材料ZChPbSb16-16-2，试问该轴承能承受多大的径向载荷？
15-3已知一推力轴承，其轴颈结构为空心，大径d0=120mm，内径d1=90mm，转速n
=300r/min，轴瓦材料为青铜，试求该轴承能承受多大轴向载荷？
16滚动轴承
思考题
16-1在机械设计中，选择滚动轴承类型的原则是什么？
一般优先选用什么类型的轴承？
16-2滚动轴承的代号由几部分组成？
基本代号又分几项内容？
基本代号中各部分代号是
如何规定的？
16-3滚动轴承的应力特性和主要失效形式是什么？
16-4什么是滚动轴承的基本额定寿命？
什么是滚动轴承的基本额定动载荷？
16-5当量动载荷的意义和用途是什么？
如何计算？
16-6滚动轴承寿命计算一般式是什么？
考虑温度系数、载荷系数、可靠性系数后的计算公
式是什么？
16-7何时要进行滚动轴承的静载荷计算？
16-8滚动轴承装置结构设计时应考虑哪些问题？
16-9自行车前后轮采用的是何种轴承？
有什么结构特点？
习题
16-1试说明以下滚动轴承的类型、内径尺寸、精度：
6210、7207C/P5、N208、31306、51205。
16-2有一深沟球轴承，受径向载荷Fr=8000N，常温下工作，载体平稳，转速n=1440r/min，
要求设计寿命Lh=5000h，试计算此轴承所要求的额定动载荷。
16-3根据设计要求，在某一轴上安装一对7000C轴承（如图所示），已知两个轴承的径向
载荷分别是：
Fr1=1000N，Fr2=2060N，外加轴向力Fa=880N，轴颈d=40mm，转速n
=5000r/min，常温下运转，有中等冲击，预期寿命Lh=2000小时，试选择轴承型号。
题图16-3
17联轴器、离合器及制动器
思考题
17-1什么是刚性联轴器？
什么是弹性联轴器？
两者有什么区别？
17-2固定式刚性联轴器与可移式刚性联轴器的主要区别是什么？
17-3可移式刚性联轴器与弹簧联轴器的异同点是什么？
17-4参照机械设计手册，进一步了解联轴器、离合器和制动器的主要参数。
17-5拆解自动车上的超越离合器，绘出工作简图。
17-6观察、分析各种自动车上的制动器和制动系统，绘制出三种以上的制动系统原理简图。
习题
17-1电动机与水泵之间用联轴器联接，已知电动机功率P=11kW,转速n=960r/min，电动机
外伸轴端直径d1=42mm，水泵轴的直径为d’=38mm，试选择联轴器类型和型号。
17-2由交流电动直接带动直流发电机供应直流电。
已知所需最大功率P=18～20kW，转
速n=3000r/min，外伸轴轴径d=45mm。
（1）试为电动机与发电机之间选择一种类型
的联轴器，并说明理由；
（2）根据已知条件，定出型号。
18弹簧
思考题
18-1常用弹簧的类型有哪些？
各用在什么场合？
18-2对制造弹簧的材料有身哪些主要要求？
常用的材料有哪些？
18-3设计弹簧时为什么通常取弹旋绕比C为4～16？
弹簧旋绕比C的含义是什么？
18-4弹簧刚度kp的物理意义是什么？
弹簧刚kp与哪些因素有关？
18-5什么是弹簧的特性曲线？
它与弹簧的刚度有什么关系？
18-6圆柱螺旋拉，压弹簧受载后，弹簧丝截面上受有哪些载荷？
各产生什么样的应力？
18-7圆柱螺旋拉，压弹簧的弹簧丝最先损坏的一般是内侧还是外侧？
为什么？
18-8当圆柱螺旋压缩弹簧有失稳可能时，可采用什么防止措施？
习题
18-1已知一压缩螺旋弹簧的弹簧丝直径d＝6mm，中径D2=33mm，有效圈数n＝10。
采
3-105次。
求：
1）允许的最大工作载用II组碳素弹簧钢丝，受边载荷作用次数在10
荷及变形量；2）若端部采用磨平端支承圈结构时（图18-8a），求弹簧的并紧高度Hs
和自由高度H0；3）验算弹簧的稳定性。
18-2试设计一能承受冲击载荷的弹簧。
已知：
F1=40N，F2=240N，工作行程y＝40mm，中
间有30的芯轴，弹簧外径不大于45mm，材料用碳素弹簧钢丝II制造。
18-3设计一压缩螺旋弹簧。
已知：
采用d＝8mm的钢丝制造，D2=48mm。
该弹簧初始时
为自由状态，将它压缩40mm后，需要储能25N.m。
求：
1）弹簧刚度；2）若许用
切应力为400N/mm
２
时，此弹簧的强度是否足够？
3）有效圈数n。
18-4试设计一受静载荷的压缩螺旋弹簧。
已知条件如下：
当弹簧受载荷F1=178N时，其
长度H1=89mm；当F2=1160N时，H2=54mm；该弹簧使用时套在直径为30mm的
芯棒上。
现取材料为碳素弹簧钢丝，并要求所设计弹簧的尺寸尽可能小。
18-5一扭转
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