机械设计课程思考题和习题

（适用教材：李建功主编《机械设计》（第四版））

机械设计课程组

第一章 机械设计总论

思 考 题

1－1 一部现代化的机器主要有哪几部分组成？

1－2 开发一部新机器通常需要经过哪几个阶段？每个阶段的主要工作是什么？ 1－3 作为一个设计者应具备哪些素质？ 1－4 机械设计课程的性质、任务和内容是什么？

1－5 机械设计课程有哪些特点？学习中应注意哪些问题？

1－6 什么是失效？什么是机械零件的计算准则？常用的计算准则有哪些？ 1－7 什么是校核计算？什么是设计计算？

1－8 什么是名义载荷？什么是计算载荷？为什么要引入载荷系数？ 1－9 静应力由静载荷产生，那么变应力是否一定由变载荷产生？

1－10 什么是强度准则？对于零件的整体强度，分别用应力和安全系数表示的强度条件各是什么？ 1－11 在计算许用应力时，如何选取极限应力？

1－12 什么是表面接触强度和挤压强度？这两种强度不足时，分别会发生怎样的失效？

1－13 刚度准则、摩擦学准则以及振动稳定性准则应满足的条件各是什么？这些准则得不到满足时，可能的失效形式是什么？

1－14 用合金钢代替碳钢可以提高零件的强度，是否也可以提高零件的刚度？ 1－15 什么是机械零件的“三化”？“三化”有什么实际意义？ 1－16 机械零件的常用材料有哪些？设计机械零件时需遵循哪些原则？

第二章 机械零件的疲劳强度设计

思 考 题

2－1 什么是疲劳破坏？疲劳断口有哪些特征？ 2－2 变应力有哪几种不同的类型？ 2－2 什么是疲劳极限？什么是疲劳寿命？

2－4 什么是疲劳曲线？什么是极限应力图？用它们可以分别解决疲劳强度计算中的什么问题？ 2－5 什么是有限寿命设计？什么是无限寿命设计？如何确定两者的极限应力？ 2－6 塑性材料和脆性材料的σm－σa极限应力图应如何简化？

2－7 影响机械零件疲劳强度的三个主要因素是什么？它们是否对应力幅和平均应力均有影响？ 2－8 如何根据几个特殊点绘出机械零件的σm－σa极限应力图？

2－9 机械零件受恒幅循环应力时，可能的应力增长规律有哪几种？如何确定每种规律下的极限应力点？如何计算安全系数？

2－10 什么是Miner法则？用它可以解决疲劳强度计算中的什么问题？ 2－11 如何计算机械零件受规律性变幅循环应力时的安全系数？

习 题

2－1 已知：45钢的σ－1＝270MPa，寿命指数m=9，循环基数N0＝107。求：1）循环次数分别为8000和620000次时的有限寿命疲劳极限σ－1N；2）应力幅为330MPa的对称循环应力作用下的疲劳寿命。

2－2 一板状零件所受工作拉力F在25～85kN之间周期性变化，危险截面的面积A=320mm2，疲劳缺口系数Kσ＝1.45，尺寸系数εσ＝0.75，表面状态系数β＝0.9。零件材料为20CrMnTi，其力学性能为：σs＝835MPa，σ－1＝345MPa，σ0＝615MPa。试绘出该零件的简化σm－σa极限应力图，并用图解法和解析法求γ＝C时的安全系数Sσ。

2－3 一零件的材料为合金钢，其危险截面上的最大工作应力σmax＝250MPa，最小工作应力σmin＝－50MPa，疲劳缺口系数Kσ＝1.32，尺寸系数εσ＝0.85，表面状态系数β＝0.9。该材料的力学性能为：σb＝900MPa，σs＝800MPa，σ－1＝440MPa，σ0＝720MPa。要求：1）按比例绘制零件的简化σm－σa极限应力图；2）按σm＝C 求该零件的极限应力幅σa′、极限平均应力σm′和极限应力σγ′；3）按σm＝C 求该零件危险截面的安全系数Sσ。

2－4 某机械零件在一个工作周期T内的应力（皆为对称循环）变化如图2-27所示。已知：零件材料的σ－1＝350MPa，N0=107，m=9，综合影响系数KσD＝1.85。试计算该零件的安全系数Sσ。

2－5 已知某材料的力学性能为：??1＝350MPa，m＝9，N0＝5×10，对此材料进行对称循环疲劳试验，依次加载应力为：（1）?1＝550MPa，循环次数n1＝5×10；（2）?2＝450 MPa，求：发生疲劳破坏时，?2的循环次数n2＝？

注：疲劳曲线方程：?mmN?C???1N0

64mm解：（1）由疲劳曲线方程 ?N?C???1N0

得

m???N???1?N0

???m

9???1?64350???N1??N??5?10?8.6?10 ??0???550???1?m9???1?65350???N2??N??5?10?5.2?10 ??0???450???2?n1n2??1 （2）根据Miner法则

N1N2n25?104??1

8.6?1045.2?1055 解得： n2?2.18?10

2－6 某机械零件材料为碳素钢，已知：该碳素钢的力学性能为?b=700 MPa，?s=600MPa，

??1=320MPa，?0=560MPa。该零件危险截面上的最大应力?max=220MPa，最小应力?min=- 60MPa，

综合影响系数KσD=1.32。试：

（1）在图中按比例绘制该零件的简化极限应力图(计算并标出特殊点的坐标)。 （2）在图中标出应力增长规律为?m?C 时，该零件的极限应力点M。

σa （MPa） A1(0, M B1(28D N 解：（1） A1点纵坐标： ??1K?D 135?320 (60 ?242.4MPGa1.32560 ?212.1MPa2?1.32σm （MPa）

B1点纵坐标：

?02K?D?B1点横坐标：

?02?560?280MPa 2折线A1DG为该零件的简化极限应力图 （2） 工作应力点的坐标： ?m??max??min2?220?(?60)?80MPa

2?a??max??min2?220?(?60)?140MPa

2过N点且垂直于横轴的直线与极限应力线A1D的交点M即为该零件的极限应力点。9-4

第三章 摩擦、磨损及润滑基础

思 考 题

3－1 按照摩擦面的润滑状态不同，滑动摩擦分为哪几种？

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？ 3－2 零件的磨损过程大致分为哪几个阶段？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分为哪几种？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 在润滑油和润滑脂中加入添加剂的作用是什么？

3－8 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？ 3－9 流体动力润滑和弹性流体动力润滑两者间有何本质区别？所研究的对象有何不同？ 3－10 试说明液体动力润滑油膜形成的必要条件。 3－11 试说明雷诺方程有哪几个方面的应用。

第四章 螺纹联接及螺旋传动

思 考 题

4－1 螺纹的主要参数有哪些？何处直径为其公称直径？

4－2 常用螺纹牙型有哪几种？哪些主要用于联接？哪些主要用于传动？ 4－3 螺纹联接有哪几种基本类型？它们各自有何特点？各自适用于什么场合？ 4－4 何谓螺纹联接的预紧？预紧的目的是什么？怎样控制预紧力？ 4－5 螺纹联接防松的实质是什么？常用防松方法有哪些？

4－6 受剪螺栓联接的可能失效形式有哪些？设计中需计算何种强度？

4－7 单个受拉螺栓联接有哪几种不同的受力情况？每种受力情况下的强度计算有何相同之处？又有何差异？

4－8 对于承受预紧力和轴向工作拉力的螺栓联接，设计时应如何确定所需的剩余预紧力F??和预紧力F?？如何计算螺栓的总拉力F0？

4－9 国家标准中对螺栓、螺钉和螺柱的性能等级是如何规定的？

4－10 螺栓组联接受力分析和计算的目的是什么？螺栓组联接有哪几种典型的基本受载形式？每种受载形式下，应如何进行受力分析与计算？

4－11 提高螺纹联接强度的措施有哪些？

4－12 按用途不同，螺旋传动分为哪几种？滑动螺旋传动的螺杆和螺母分别常用什么材料？ 4－13 设计滑动螺旋传动时，通常需要计算哪些内容？如何确定螺纹的公称直径和螺距？

习 题

4－1 铣刀盘的夹紧装置如图4－35所示。拧紧轴上的螺母后，铣刀1被夹紧在两个夹紧盘2之间，并随主轴转动。已知：最大切削力F=4kN，夹紧盘与铣刀之间的摩擦因数μs＝0.1，轴的材料为45钢，其

σs＝360MPa。试设计轴端螺纹的直径（装配时不控制预紧力）。

4－2 某螺栓联接中，螺栓的刚度cb＝100N／mm，被联接件的刚度cm＝400N／mm，预紧力F′和

轴向工作拉力F均为500N。1）试问工作中被联接件接合面是否会开缝？2）如果F在100N～500N之间变化，试按比例绘出联接的载荷－变形图，并标出各力以及螺栓总拉力的变化范围。

4－3 一钢制压力容器的螺栓组联接，如图4－6所示。内径D＝500mm，蒸汽压力p=1.2MPa，螺栓分布圆直径D0＝640mm，为保证气密性要求，螺栓间距不得大于150mm，安装时控制预紧力，试设计此

联接。

4－4 图4－36所示为边板1用3个M16×70（其螺纹部分的长度为28mm）的铰制孔用螺栓与机架2相联接。已知边板厚度为20mm，机架的联接厚度为30mm，所受载荷FR＝900N，L=300mm，a=100mm，边板和机架的的材料均为Q235，螺栓的性能等级为4.6级。要求：1）按1：1的比例画出一个螺栓联接的结构图；2）分析螺栓组中各螺栓的受力，找出受力最大的螺栓并校核其强度。

4－5 图4－37所示为齿轮与卷筒之间的螺栓组联接，8个性能等级为6.6级的螺栓，均布于直径D0=500mm的圆周上。若卷筒上钢丝绳的拉力F=50kN，卷筒直径D=400mm，齿轮与卷筒之间的摩擦因数

习μs＝0.12，装配时不控制预紧力。试确定螺栓的直径，并列出螺栓的标准代号。

4－6 图4－38所示为用两个M10的螺钉固定的牵曳环，螺钉的性能等级为4.6级，装配时控制预紧力，结合面的摩擦因数μs＝0.3，取可靠性系数K=1.2。求所允许的牵曳力FR。

4－7 如图4－39所示的方形盖板用4个性能等级为6.6级的M16螺钉与箱体联接。工作中盖板上的吊环承受通过盖板中心O点的工作载荷FQ＝20kN，取剩余预紧力F″＝0.6F（F为单个螺栓的工作拉力），装配时不控制预紧力。要求：1）校核螺钉的强度；2）由于制造误差使吊环偏移，导致FQ由O点移至对角线上的O′点，OO′＝52mm。求此时受力最大的螺钉所受的工作拉力，并校核其强度。

4－8 图4－40所示为一平板零件2用螺栓组联接固定在机架1上。工作中所受载荷FΣ＝1000N，取

习题4－

习题4

可靠性系数K＝1.2，接合面摩擦因数μs＝0.15。图中给出了由6个螺栓构成的螺栓组的两个布置方案。要求：1）分析哪个方案所需螺栓直径较小？2）计算方案Ⅰ中螺栓所需的预紧力。

习

题4－

4－9 图4－41所示为一铸铁支架，用四个性能等级为6.6级的M16普通螺栓，固定在混凝土立柱上。已知载荷FQ＝8kN，接合面之间的摩擦因数μs＝0.3，混凝土的许用挤压应力〔σp〕＝2.5MPa，接合面的承载面积A＝4×104mm2，其抗弯截面模量W=5×106mm3，取可靠性系数K＝1.2，安全系数S=3，取预紧力F′＝9kN，。要求：1）校核是否能保证支架不下滑？2）校核螺栓的强度。3）校核是否能保证联接的接合面既不会开缝也不会被压溃？

4－10 图4－42所示为常用的螺纹联接。a）为普通螺栓联接，b）为螺钉联接，c）为双头螺柱联接，

d）为紧定螺钉联接。指出图中的结构错误，并画出正确结构图。

习题

4－10

4－11 试设计螺旋千斤顶（运动简图见图4－32a）的螺杆和螺母的主要尺寸。最大起重量为35kN，

最大起重高度为180mm，材料自选。

4－12 如图所示的夹紧联接柄承受载荷F=600N，螺栓个数Z=2，联接柄长度l=300mm，轴直径d=60mm，夹紧结合面摩擦系数μ=0.15，可靠性系数k=1,试确定联接螺栓的直径（螺栓材料为Q235钢）。 注：未淬火钢：[σ]=0.6σs， σs=240N/mm2

解：由受力平衡条件 μF′Zd=Fl(可靠性系数k=1)

得 螺栓的预紧力F′为：

F′= Fl /μZd=600×300/（0.15×2×60）=10000N 螺栓直径为d1： 4×1.3 F′/πd12≤[σ]

4?1.3F4?1.3?10000==10.72mm

??0.6?S??0.6?240根据d1≥10.72mm查螺纹标准，可得出该螺栓的公称直径M16

4－13 图示A板用4个性能等级为6.8级的普通螺栓固定在槽钢上，A板受力F＝2400N，安装时，各螺栓的预紧力皆为F?＝3000N，螺栓与被联接件的刚度之比为Cb＝1.5。问：选M12（d1＝10.106mm）的螺栓是否安全？

:Cm?1:5，取螺栓的安全系数S

解：（1）将F向螺栓组形心平移得 轴向力F＝400（N）和翻转力矩M，

M＝F（400＋75）＝2400×475＝1.14×106（N·mm）。 （2）工作拉力

F2400??600（N） z4MrM1.14?106?3800（N） M作用下 F2＝2?4r4?754rF作用下 F1＝

最大工作拉力为 Fmax＝F2－F1＝3800－600＝3200（N）

（3）总拉力

F0＝F??CbCb/CmFmax?F??Fmax

Cb?CmCb/Cm?11515 ＝3000??1?3200?3533.3（N）

（4）许用应力［?］＝

?sS?480?320（MPa） 1.5（5）螺栓的工作应力

??

1.3?4F0?d12＝

1.3?4?3533.3?57.3（MPa）≤［?］＝320（MPa）

??10.1062故，选M12的螺栓是安全的。

第五章 键、花键、销和形面联接

思 考 题

5-1 键联接的功用是什么？

5-2 松键联接和紧键联接在工作原理上有什么不同？比较它们的特点和各自的适用场合。 5-3 A、B、C型三种普通平键在轴上的键槽怎样加工？它们的应用情况如何？ 5-4 同样用于动联接的导向平键和滑键有什么区别？ 5-5 半圆键联接有何特点？

5-6 根据什么选择平键的截面尺寸和长度？ 5-7 平键联接的主要失效形式是什么？

5-8 为什么双键联接的强度计算只能按1.5个键计算? 5-9 花键联接有哪些特点？

5-10 矩形花键的定心方式为什么优选小径定心?

5-11 渐开线花键与矩形花键比较有何优点?其中45°压力角渐开线花键主要用于什么场合? 5-12 花键联接的主要失效形式有哪些？ 5-13 销联接有哪些主要用途？

习 题

5-1 有一直径d=80mm的轴端,安装一钢制直齿圆柱齿轮（图5-21），轮毂宽度L′=1.5d，工作时有轻微冲击。试确定平键联接的尺寸，并计算其允许传递的最大转距。

题5-2

5-2 图5-22所示为减速器的低速轴。轴端装有凸缘联轴器，两轴承之间装有圆柱齿轮，它们分别用键与轴相联。已知传递的转矩T=1000N·m，轴的材料为45钢，齿轮的材料为锻钢，联轴器的材料为灰铸铁，工作时有轻微冲击。试选择两处键的类型和尺寸，并校核键联接强度。

5-3 图5-23所示为变速箱中的双联滑移齿轮，传递的额定功率P=4kW，转速n=250r/min。齿轮在空载下移动，工作情况良好。试选择花键的类型和尺寸，并校核其花键联接强度。

题5-3

第六章 过盈联接、弹性环联接及铆、焊、粘接

思 考 题

6－1 过盈联接是怎样承受并传递外载荷的？其有何特点？主要应用于什么场合？ 6－2 过盈联接有哪几种装配方法？每种装配方法有何优缺点？

6－3 在圆柱面过盈联接的设计中，需解决的两个主要问题是什么？如何确定联接所需的最小过盈 量？如何选择配合公差？如何计算被联接件的强度？

6－4 弹性环联接是如何实现的？有何特点？

6－5 铆接、焊接和粘接各自有哪些特点？各自适用于什么场合？ 6－6 铆缝和焊缝各自有哪几种结构形式？

习 题

6－1 一齿轮套装在轴上，齿轮和轴的材料均为45钢，其σs＝360MPa，尺寸如图6-15所示，采用H7／p6配合，孔与轴配合面的粗造度均为Rz = 3.2μm，采用压入法装配。试：1）计算配合面间可能产生的最大压强；2）计算装配所需的最大压入力；3）校核两个零件的强度。

习题

6－2 如图6-16所示的组合式蜗轮， 轮芯和齿圈采用过盈联接。 轮芯材料为HT200，其σb＝

170MPa，齿圈材料为锡青铜CuSnP1，其σs＝200MPa，轮芯配合面的粗糙度Rz1＝6.3μm，齿圈配合面

的粗糙度Rz2＝10μm，采用胀缩法装配，传递的最大转矩T＝4000N?m。试设计该过盈联接。

第七章 带 传 动

思 考 题

7-1 带传动的工作原理是什么？有哪些特点？

7-2 说明带传动中紧边拉力F1、松边拉力F2、有效拉力F以及初拉力F0之间的关系。 7-3 带传动工作中发生弹性滑动的机理是什么？对传动有什么影响？ 7-4 打滑是怎样产生的？打滑的利弊是什么？ 7-5 试分析带传动工作时带中的应力情况。 7-6 带传动设计的主要依据和设计准则是什么？

习题

7-7 多根V带传动中，一根带失效，为什么要同时更换所有的V带？ 7-8 普通V带与V带轮轮槽楔角是否相同？为什么？ 7-9 为什么带传动的中心距一般设计成可调节的？ 7-10 带传动在使用中应注意哪些问题？

习 题

7-1 已知一带传动，传递功率P = 10 kW，带速v?12.5m/s，现测得初拉力F0?700 N。试求紧边拉力F1和松边拉力F2。

7-2 试设计某鼓风机用的普通V带传动。已知传递功率P = 7.5 kW，小带轮转速n1

=1460 r/min，鼓风机主轴转速n2=700 r/min，每天工作16 h，由Y系列三相异步电动机驱动。要求传动中心距a≤800 mm 。

7-3 试设计一牛头刨床中的普通V带传动。已知传递功率P = 4 kW，小带轮转速n1

=1440 r/min，要求传动比i?3.5，每天工作16h，由Y系列三相异步电动机驱动。由于结构限制，要求大带轮基准直径dd2不超过450 mm。

7-4 试设计某旋转式水泵用的普通V带传动。已知采用Y系列三相异步电动机驱动，电动机额定功率P = 11 kW，电动机转速n1 =1460 r/min，水泵轴转速n2=400 r/min，中心距约为1500 mm，每天工作24 h。

第八章 齿轮传动

思 考 题

8－1 齿轮传动与其他机械传动相比有何特点？

8－2 齿轮传动常见的失效形式有哪些？各种失效形式常在何种情况下发生？ 8－3 一般的闭式齿轮传动和开式齿轮传动的主要失效形式各是什么？ 8－4 闭式软齿面、闭式硬齿面齿轮传动及开式齿轮传动的设计准则有何不同？

8－5 常用的齿轮材料有哪些？它们的应用场合如何？钢制齿轮常用的热处理方法有哪些？它们各在何种情况下采用？

8－6 在设计软齿面齿轮传动时，为什么常使小齿轮的齿面硬度比大齿轮高30～50HBS？

8－7 载荷系数中的KA、Kv、Kβ、Kα各考虑的是什么因素对齿轮所受载荷的影响？它们各自与哪些因素有关？

8－8 对于齿轮相对两支承非对称布置的圆柱齿轮传动，从减小齿向载荷分布不均的角度考虑，齿轮应布置在什么位置比较合理？

8－9 将齿轮轮齿制成鼓形齿的目的是什么？对轮齿进行齿顶修形的目的是什么？

8－10 在计算圆柱齿轮的齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度时，分别应该注意哪些问题？ 8－11 影响齿轮传动齿面接触疲劳强度的主要因素有哪些？影响齿根弯曲疲劳强度的因素有哪些？ 8－12 一对圆柱齿轮传动，两齿轮的齿面接触应力是否相等？ 齿根弯曲应力又如何？ 8－13 在圆柱齿轮传动设计中，应如何选择小齿轮的齿数？如何设计两轮的齿宽？ 8－14 如何确定齿轮传动的润滑方法？如何确定齿轮传动的效率？ 8－15 齿轮主要有哪几种结构形式？设计中如何选择？

8－16 在两级圆柱齿轮传动中，如其中有一级为斜齿圆柱齿轮传动，它一般是安排在高速级还是低速级？为什么？在布置锥齿轮-圆柱齿轮减速器的方案时，锥齿轮传动是布置在高速级还是低速级？为什么？

习 题

8－1 有一直齿圆柱齿轮传动，原设计传递功率为P，主动轴转速为n1。若其它条件不变，当主动轴转速提高一倍，即n1'?2n1时，在保证轮齿工作应力不变的前提下，该齿轮传动能传递的功率P'应为多少？

8－2 在图8-43所示的二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器中，已知：动力从Ⅰ轴输入，Ⅲ轴输出，其转动方向如图所示，齿轮4的轮齿旋向为右旋。试解答：

（1） 标出输入轴Ⅰ和中间轴Ⅱ的转向；

（2） 确定并标出齿轮1、2和3的轮齿旋向，要求使Ⅱ轴上所受的轴向力尽可能小； （3） 标出各齿轮在啮合点处所受各分力的方向；

（4） 画出Ⅱ轴联同齿轮2和齿轮3一体的空间受力图。

8－3 图8-44所示二级斜齿圆柱齿轮减速器和一对开式直齿锥齿轮所组成的传动系统。已知动力由Ⅰ轴输入，转动方向如图示。为使Ⅱ轴和Ⅲ轴上的轴向力尽可能小，试确定图中各斜齿轮的轮齿旋向，并标出各轮在啮合点处所受切向力Ft、径向力Fr、轴向力Fx的方向。

习题8－3图

8－4 已知直齿锥齿轮—斜齿圆柱齿轮减速器的布置和转向如图8-45所示，欲使中间轴Ⅱ上的轴向力尽可能小，试画出作用在斜齿轮3、4和锥齿轮1、2上的切向力Ft、径向力Fr、轴向力Fx的方向。

习题8－4图

8－5 试设计某单级闭式直齿圆柱齿轮传动。已知：电动机驱动， P=30kW, n1?720r/min，传动比i＝4.5, 长期双向转动，载荷有中等冲击，z1?27，大小齿轮材料均为40Cr表面淬火。

8－6 已知某单级闭式斜齿圆柱齿轮传动，传递功率P＝传动比i?4.3，10kW转速n1?1240r/min，电动机驱动，双向转动，中等冲击，小齿轮材料为40MnB调质，大齿轮材料为45钢调质，z1计此斜齿轮传动。

8－7 某开式直齿锥齿轮传动，载荷均匀，原动机为电动机，单向转动，传递功率P?19kW，转速

?21,试设

n1=10r/min，z1=26，z2=83，m=8mm，b=90mm，小齿轮材料为45钢调质，大齿轮材料为ZG45正

火，试校核其强度。

8－8 某斜齿圆柱齿轮传动，已知：z1＝22，z2＝76，齿宽系数?d＝1，根据齿面接触疲劳强度计算和齿根弯曲疲劳强度计算要求：d1≥63mm，mn≥2mm。试确定该齿轮传动的几何尺寸：mn、a、d1、d2、b1、b2、?。

注：＊ mn的标准系列：1.5、2、2.5、3、4、5、6…… ＊ 螺旋角?＝8°～20°

解：（1）初选螺旋角 ??12

?mnz1d1cos?63?cos12?由 d1? 得 mn?。 ??2.8（mm）

cos?z122取标准值 mn?3（mm）

中心距 a?mn3(z1?z2)?(22?76)?150.284（mm） ?2cos?2?cos12 取 a?150（mm） 则

??arccosd1?mn(z1?z2)3?(22?76)?arccos?11.4783??11?28?42??

2a2?150

mnz13?22??67.347（mm） cos?cos11?28?42??mz3?76?232.653（mm） d2?n2?cos?cos11?28?42??b??dd1?1?67.347?67.347（mm）， 取 b?70（mm）

取 b2?b?70（mm）， b1?b2?10?70?10?80（mm）

注：本题主要看确定的各参数和尺寸之间的关系是否合理？b1、b2、a是否圆整？?、

d1、d2是否精确？

第九章 蜗杆传动

思 考 题

9-1 蜗杆传动有哪些主要特点？

9-2 按蜗杆的外形不同，蜗杆传动有哪些类型？圆柱蜗杆又有哪些主要类型？

9-3 为了提高蜗轮的转速，可否改用相同尺寸的双头蜗杆来代替单头蜗杆与原来的蜗轮相啮合？为什么? 9-4 蜗杆传动有哪些主要参数？其中哪些参数是标准值？ 9-5 蜗杆传动如何变位？变位的目的是什么？

9-6 蜗杆传动的可能失效形式有哪些？常用材料有哪些？如何确定蜗轮的结构形式？

9-7 影响蜗杆传动啮合效率的几何因素有哪些？。 9-8 如何确定闭式蜗杆传动的给油方法和润滑油粘度？

9-9 为什么连续传动的闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算？可采用哪些措施来改善散热条件？ 9-10 一把模数为m?5mm，齿形角?能否加工模数为m?5mm，齿形角??20?，分度圆直径d?40mm，头数z?2的右旋蜗轮滚刀，

习 题

?20?的各种螺旋角、各种齿数的蜗轮？为什么？

9-1 一阿基米德蜗杆传动，已知模数m?5mm，分度圆直径d1蜗轮齿数z2?50mm，蜗杆头数z1?4，蜗杆右旋，

?53。试：（1）求传动比i和标准中心距a；（2）其他参数不变，使中心距改为a1?160mm，

求变位系数；（3）计算变位后的蜗杆分度圆直径、节圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径；（4）计算变位后的蜗轮分度圆直径、节圆直径、喉圆直径和齿根圆直径

9-2 电动机驱动的普通蜗杆传动，如图9-12所示。已知模数m?6mm，蜗杆直径系数q数z1?9，蜗杆头

?2，蜗轮齿数z2?60，蜗杆轴输入功率P1?5.5kW，转速n1?2920rpm，载荷平稳，单向转

动，两班制工作，选用滚动轴承。试完成下列工作：（1）选择蜗轮、蜗杆材料；（2）确定蜗杆的旋向，蜗轮的转向；（3）求出作用在蜗杆和蜗轮轮齿上的各分力的大小并在图中标出各分力的方向；（4）确定传动的啮合效率和总效率。

9-3 设计一用于带式运输机的蜗杆传动，已知蜗轮转矩T2?350N.m，传动比i?21.5，蜗杆转速，传动平稳，无冲击，每天工作8小时，工作寿命8年（每年工作260日）。 n1?950r/min9-4 如图9-14所示，由斜齿圆柱齿轮和蜗杆传动及卷筒组成的起重装置，正在提升重物。已知：1轮主动，蜗杆3为右旋，要求Ⅱ轴上2、3两传动件的轴向力方向相反。试：（1）在图中标出各传动件的螺旋方向；（2）在图中画出斜齿轮2和蜗杆3的各分力方向；（3）在图中画出Ⅰ轴的转动方向。

9-5 如图9-15所示，为蜗杆传动和锥齿轮组成的传动系统。已知蜗杆1为主动件，要求4轮的转向如图所

习

示。（1）为使2、3两轮轴向力相互抵消，请标出蜗轮2的旋向以及1轮的转向；（2）标出2、3两轮的轴向力、切向力和径向力的方向。

9-6 如图所示为由蜗杆传动和斜齿圆柱齿轮传动组成的传动系统。已知：蜗杆主动，右旋，转向如图所示，要求2、3两轮的轴向力方向相反。

（1）确定并在图中标出3、4两轮的螺旋方向和4轮的转向。 （2）在图中画出2、3两轮的各分力方向。

解：

FX2 Ft2 Fr2 Ft3 Fr3 FX3

第十章 链 传 动

思 考 题

10-1 与带传动和齿轮传动相比，链传动有什么优、缺点？

10-2 链传动的运动不均匀性是如何引起的？对传动有什么影响？能否避免？ 10-3 正常润滑条件下，链传动主要失效形式是什么？试说明失效机理。 10-4 链发生铰链磨损后，会导致什么结果？为什么？

10-5 在链传动设计中，链轮齿数的选择主要考虑了哪些因素的影响？ 10-6 在确定链节距时，主要考虑了哪些因素？是如何考虑的？

10-7 链传动既然属于啮合传动，为什么也要张紧？又是如何实现张紧的？

10-8 良好的润滑措施对链传动有什么积极意义？在链传动的使用维护中应注意哪些问题？ 10-9 在设计链传动的总体布置时，应如何考虑传动比和中心距的影响？有什么针对性措施？ 10-10 齿形链传动有什么优点？主要用于什么场合？

习 题

10-1 试设计一用于往复式压气机主轴驱动的链传动，动力由电动机输入。已知传递功率P = 3 kW，电动机转速n1?960 r/min，压气机主轴转速n2?300r/min，中心距不可调。

10-2 试设计一带式输送机用的链传动。已知传递功率P = 7.5 kW，主动链轮转速n1 =1460 r/min，从动链轮转速n2=430 r/min，电动机驱动，要求传动中心距a≤800 mm 。

10-3 试设计一压气机用的链传动。已知电动机型号为Y225M-8，额定功率P = 22 kW，转速n1 =730 r/min，压气机主轴转速n2=250 r/min。要求中心距a≤650 mm，每天工作16 h，载荷平稳，水平布置。

10-4 一由电动机驱动的滚子链传动，已知链轮齿数z1?15，z2?49，采用单排12A滚子链，中心距

a?650mm，水平布置。传递功率P?2.2kW，主动轮转速n1?960r/min，工作时有中等冲击，采用滴油

润滑。试验算该链传动的工作能力。(提示：首先确定链传动其它参数，然后根据实际工作条件验算其工作能力是否满足要求，注意润滑条件对传动能力的影响)

第十一章 轴

思 考 题

11-1 按承载情况，轴分为哪三种类型？各举2~3个实例。

11-2 轴的常用材料有哪些？若优质碳素钢轴的刚度不足，改用合金钢能否解决问题，为什么？ 11-3 轴的结构设计要满足哪些基本要求？说明轴的结构设计步骤。 11-4 轴上零件的周向和轴向固定方法有哪些？各适用于什么场合？ 11-5 在齿轮减速器中，为什么低速轴的直径要比高速轴粗得多？ 11-6 转轴所受弯曲应力的性质如何？其所受扭切应力的性质又怎样考虑？

11-7 为什么一般将轴设计成阶梯形？确定阶梯轴各段直径和长度的原则和依据是什么？ 11-8 轴的强度计算常见的有哪几种方法？各在什么情况下使用？ 11-9 怎样确定轴的危险截面？

11-10 按疲劳强度精确校核轴时，主要考虑哪些因素？其校核计算的主要步骤是什么？

11-11 在进行轴的疲劳强度计算时，若同一截面上有几个应力集中源，应如何确定疲劳缺口系数？ 11-12 什么是轴的共振？什么是轴的临界转速？什么是刚性轴？什么是挠性轴？设计高速运转的轴时，如何考虑轴的转速范围？

习 题

11-1已知一传动轴传递的功率为40kW，转速n=1000r/min，如果轴上的扭切应力不能超过40MPa，求该轴的直径。

11-2 齿轮减速器输入轴的功率为5kw，转速为350r/min，当选择该轴的材料分别为45钢或40Cr时，试分别确定该输入轴的最小直径。

11-3 指出图11-25中各轴系结构的不合理之处，并画出改进后的结构图。

习题11-3

11-4 两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器的输出轴III（图11-26a）传递的功率P?5KW，转速

n?60r/min。给出轴的部分尺寸和表面粗糙度如图11-26b，已知斜齿轮4的法向模数mn?4mm法面压力角?n，

?20?，齿数z4?112，螺旋角??9?22?（左旋），轴的材料为

45钢调质。试分别

用当量弯矩法和安全系数法校核该轴的强度。

11-5 一直径为50mm的钢轴上装有两个圆盘，布置如图11-27所示。不计轴本身重量，试计算此轴的

习

题11-4

第一阶临界转速定性如何？

nc1。若轴的工作转速n?960r/min，分析该轴属于刚性轴还是挠性轴？轴工作时的稳

习题11-5图

第十二章 滚动轴承

思 考 题

12-1 轴承的功用是什么？

12-2 与滑动轴承相比，滚动轴承有何优、缺点？

12-3 滚动轴承有哪些主要类型？如何选择滚动轴承类型？

12-4 球轴承与滚子轴承相比，哪一种承载大？哪一种更适宜高速？哪一种价更廉？ 12-5 什么是接触角α？接触角α的大小意味着什么？

12-6 滚动轴承的代号由哪几部分组成？其中基本代号表示哪些内容？ 12-7 说明轴承代号30207、6209/P2、7305AC、N308的含义。 12-8 滚动轴承的主要失效形式和计算准则是什么？

12-9 什么是基本额定寿命？什么是基本额定动载荷？什么是当量动载荷？

12-10 向心角接触轴承的内部轴向力是怎样产生的？

12-11 轴系在什么情况下采用两端固定支承？在什么情况下采用一端固定、一端游动支承？ 12-12 什么是滚动轴承的预紧？预紧的目的是什么？预紧方法有哪些？ 12-13 应如何选择滚动轴承的配合？

12-14 滚动轴承润滑和密封的目的分别是什么？如何选择润滑方式？

习 题

12-1 以下各轴承受径向载荷FR 、轴向载荷FA作用，试计算各轴承的当量动载荷。 （1）N207轴承：FR =3500N， FA=0； （2）51306轴承：FR =0 N， FA=5000N； （3）6008轴承：FR =2000N， FA=500； （4）30212轴承：FR =2450N， FA=780N； （5）7309AC轴承：FR =1000N， FA=1650N。

12-2图12-37所示为用两个深沟球轴承支承的轴，采用两端固定值承。已知轴的转速n=1000r/min，轴颈直径d=40mm，载荷平稳，温度低于100℃，预期寿命为5000h，两支点的径向反力FR1=4000N，FR2=2000N，外部轴向力FX=1500N，方向如图所示。试选择这对轴承的型号。

习题12-2图

习

题

12-3 图12-38所示的轴用一对7207AC轴承支承。已知：支点处的径向反力FR1=875N，FR2=1520N，外部轴向力FX=400N，轴的转速n=520r/min，运转中有中等冲击，常温下工作，试计算轴承的寿命。

12-4 圆锥齿轮减速器的输入轴由一对代号为30205的圆锥滚子轴承支承，尺寸如图12-39所示。已知齿轮齿宽中点处的分度圆直径dm=56mm，齿轮的切向力Ft=1240N，径向力Fr=400N，轴向力Fx=240N。试计算轴承的当量动载荷。

12-5 如图12-40所示，某轴上安装有两个斜齿圆柱齿轮，两齿轮的轴向力分别为Fx1=3000N，Fx2=5000N。已求出两轴承所受径向载荷分别为FR1=8600N，FR2=12500N，若选一对7210B型轴承支承该

轴，问哪个轴承的寿命短？。

习

题

12-6 指出轴系结构图中的错误，错误处依次用1、2、3……标出，然后说明理由。

12-7 指出轴系结构图中的错误，说明原因，并画出正确的轴系结构图。

习题

习题

第十三章 滑动轴承

思 考 题

13-1 滑动轴承的性能特点有哪些？主要的应用场合？ 13-2 滑动轴承的主要结构型式有哪几种？各有什么特点？

13-3 为什么滑动轴承要分成轴承座和轴瓦，有时又在轴瓦上敷上一层轴承衬? 13-4 在滑动轴承上开设油孔和油槽时应注意哪些问题? 13-5 滑动轴承常见的失效形式有哪些? 13-6 对滑动轴承材料的性能有哪几方面的要求? 13-7 常用轴瓦材料有哪些，适用于何处？

13-8 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？ 13-9 滑动轴承润滑的目的是什么(分别从液体润滑和非液体润滑两类轴承分析)? 13-10 滑动轴承常用的润滑剂种类有哪些?选用时应考虑哪些因素?

13-11 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？ 13-12 在设计滑动轴承时，相对间隙ψ的选取与速度和载荷的大小有何关系?

13-13 对已设计好的液体动力润滑径向滑动轴承，试分析在仅改动下列参数之一时，将如何影响该轴承的承载能力。

(1) 转速由n=500r/min改为n=700r/min；

(2) 宽径比B/d由1.0改为0.8；

(3) 润滑油由采用46号全损耗系统用油改为68号全损耗系统用油； (4) 轴承孔表面粗糙度由Rz=6.3μm改为Rz=3.2μm。

13-14 在设计液体润滑轴承时，当出现下列情况之一后，可考虑采取什么改进措施(对每种情况提出两种改进措施)?

(1) 当hmin<[h]时；

(2) 当条件p<[p]，v<[v]，pv<[pv]不满足时； (3) 当计算入口温度ti偏低时。

13-15 液体动力润滑轴承承载能力验算合格的基本依据是什么?

习 题

13-1 有一径向滑动轴承，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。

13-2 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？

13-3 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？

13-4 一起重用滑动轴承，轴颈直径d=70mm，轴瓦工作宽度B=70mm，径向载荷F=30000N，轴的转速n=200r/min，试选择合适的润滑剂和润滑方法。

13-5 已知一支承起重机卷筒的非液体摩擦的滑动轴承所受的径向载荷F=25000N，轴颈直径d=90mm，宽径比B/d=1，轴颈转速n=8r/min，试选择该滑动轴承的材料。

13-6 起重机卷筒轴采用两个非液体润滑径向滑动轴承支承，已知每个轴承上的径向载荷F=100kN，轴颈直径d=90mm，转速n=90r/min。拟采用整体式轴瓦，试设计此轴承，并选择润滑剂牌号。

13-7 一液体动力润滑径向滑动轴承，承受径向载荷F=70kN，转速n=1500r/min，轴颈直径d=200mm，宽径比B/d=0.8，相对间隙ψ=0.0015，包角α=180°，采用32号全损耗系统用油(无压供油)，假设轴承中平均油温tm=50℃，油的粘度η=0.018Pa·s，求最小油膜厚度hmin。

13-8 某汽轮机用动力润滑径向滑动轴承，轴承直径d=80mm，转速n=1000r/min，轴承上的径向载荷F=10kN，载荷平稳，试确定轴瓦材料、轴承宽度B、润滑油牌号、流量、最小油膜厚度、轴与孔的配合公差及表面粗糙度，并进行轴承热平衡计算。

第十四章 联轴器、离合器和制动器

思 考 题

15-1联轴器和离合器的作用是什么？它们的功用有什么不同？

15-2试比较牙嵌离合器和摩擦离合器的特点，分别举例说明牙嵌离合器和摩擦离合器的实际应用。 15-3常用联轴器的种类有哪些？如何选用联轴器？

15-4单万向联轴器的主要缺点是什么？双万向联轴器要保证主、从动轴的转速时时相等，安装条件是什么？

15-5制动器的作用和基本要求是什么？制动器由哪几部分组成？

习 题

15-1离心式水泵与电动机之间用凸缘联轴器相连。已知：电动机功率P=22KW，转速n=1470r/min，外

伸端的轴径d=48mm，水泵外伸端轴径d=42mm。试选择联轴器的型号。

15-2试选择一齿轮减速器输入端的联轴器。已知电动机型号为Y132M1-6（查手册，电动机外伸端直径d=38mm，长度L=80mm，转速n=960r/min），实际最大输出功率P=4KW，减速器输入轴端的直径d=40mm，工作载荷平稳。

第十五章 弹 簧

思 考 题

15－1 金属弹簧按形状和承受载荷的不同，有哪些主要类型？哪种弹簧应用最广？ 15－2 什么是弹簧的特性曲线？什么是定刚度弹簧？什么是变刚度弹簧？ 15－3 什么样的弹簧吸振能力强？

15－4 对制造弹簧的材料有哪些主要要求？常用金属材料有哪些？ 15－5 旋绕比C的大小对圆柱螺旋拉、压弹簧的性能有怎样的影响？

15－6为什么要考虑弹簧的稳定性？稳定性和哪些因素有关?为了保证弹簧的稳定，可以采用哪些措施？

习 题

15－1 有两个圆柱形螺旋压缩（拉伸）弹簧，一个是另一个有效圈数的2/3，其他参数相同。问：（1）若长弹簧在载荷F作用下弹簧丝内最大切应力为?，则短弹簧在同样载荷作用下弹簧丝内最大切应力?1是多少？（2）若长弹簧的极限载荷是Flim，则短弹簧的极限载荷Flim1是多少？（3）若长弹簧在载荷F作用下的变形量为?，则短弹簧在同样载荷作用下的变性量?1是多少？（4）若长弹簧的刚度为c，则短弹簧的刚度c1是多少？

15－2 一圆柱螺旋压缩弹簧，外径D?33mm，弹簧丝直径d?3mm，有效圈数n?5，弹簧材料为C级碳素弹簧钢丝，最大工作载荷Fmax?100N，载荷有冲击。试校核该弹簧的强度并计算在最大工作载荷下弹簧的变形量?max。

15－3设计一圆柱螺旋压缩弹簧。已知其最小工作负荷Fmin?150N，最大工作载荷Fmax?250N，工作行程??5mm，要求弹簧外径D?16mm，该弹簧为不经常工作的一般用途弹簧，两端皆为固定端。