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1、機(jī)械設(shè)計(jì)習(xí)題卡第一章 緒論(1)組成機(jī)械的基本單元是什么?機(jī)械零件是組成機(jī)械的基本制造單元。(2)何謂零件？何謂部件?零件是組成機(jī)器的不可拆的基本單元，即制造的基本單元。一組協(xié)同工作的零件所組成的獨(dú)立制造或獨(dú)立裝配的組合體稱為“部件”。(3)機(jī)械零件可歸納為哪兩種類型?試各舉兩個(gè)典型實(shí)例說明，本課程的研究對(duì)象是什么?通用零件：各種機(jī)械中經(jīng)常用到的一般參數(shù)的零件，如螺釘，齒輪等專用零件：在特定類型的機(jī)器中才能用到的零件，如渦輪機(jī)的葉片、飛機(jī)的螺旋槳等本課程的研究對(duì)象：普通條件下工作，且具有一般參數(shù)的通用零件(4)什么叫在普通條件下工作，且具有一般參數(shù)的通用零件？試從你所學(xué)專業(yè)的機(jī)械設(shè)備中，對(duì)聯(lián)接

2、零件，傳動(dòng)零件、軸系零件和其他零件各舉兩例。普通工作條件無嚴(yán)格定義，通常指常溫、常壓、低速等。一般參數(shù)也無嚴(yán)格定義。國家標(biāo)準(zhǔn)一般公差 未注公差的線性和角度尺寸的公差 (GB/T1804-2000)中基本尺寸定義為0.5-4000mm，可以認(rèn)為一般參數(shù)的零件的尺寸在0.5-4000mm之間。連接零件：鍵、螺栓傳動(dòng)零件：帶、齒輪軸系零件：滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承其他零件：彈簧、機(jī)座(5)為什么說本課程起著基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的承前啟后的作用？(6)在了解本課程的性質(zhì)、內(nèi)容和任務(wù)以后，總結(jié)本課程的特點(diǎn)和你所采取的學(xué)習(xí)方法。第二章 機(jī)械設(shè)計(jì)總論(1)對(duì)機(jī)器提出的主要要求包括什么？使用功能要求；經(jīng)濟(jì)性要求；勞動(dòng)

3、保護(hù)和環(huán)境保護(hù)要求；壽命與可靠性要求；其他專用要求等。(2)機(jī)器設(shè)計(jì)應(yīng)滿足哪些基本要求?機(jī)械零件設(shè)汁應(yīng)滿足哪些基本要求?分析下列機(jī)械零件應(yīng)滿足的基本要求是什么：電動(dòng)機(jī)軸，普通減速器中的齒輪軸，起重機(jī)吊鉤，精密機(jī)床主軸汽門彈簧。農(nóng)業(yè)機(jī)械中的拉曳鏈，聯(lián)合收割機(jī)中的V帶。避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效；結(jié)構(gòu)工藝性要求；經(jīng)濟(jì)性要求；質(zhì)量小要求；可靠性要求。(3)設(shè)計(jì)機(jī)械的經(jīng)濟(jì)性要求包括哪些方面?a.零件本身的生產(chǎn)成本；b.盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化的零、部件以取代特殊加工的零、部件。(4)何謂機(jī)械的可靠度?機(jī)械中零件之間組成的模式不同，其可靠度如何計(jì)算？在規(guī)定的使用時(shí)間(壽命)內(nèi)和預(yù)定的環(huán)境條件下，機(jī)械能正常地完成其功

4、能的概率。機(jī)械零件的可靠度通過概率統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算。(5)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序怎樣?計(jì)劃階段；方案設(shè)計(jì)階段；技術(shù)設(shè)計(jì)階段；技術(shù)文件的編制。(6)機(jī)械零件的失效形式有哪些？針對(duì)這些失效形式相應(yīng)建立的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是什么?主要失效形式：整體斷裂；過大的殘余變形；零件的表面破壞；破壞正常工作條件引起的失效。斷裂斷裂強(qiáng)度準(zhǔn)則過大的殘余變形剛度準(zhǔn)則零件表面破壞壽命準(zhǔn)則破壞正常工作條件引起的失效振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則 與零件的工作條件相關(guān)，這只是一個(gè)例子(7)機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟有哪些？1.根據(jù)零件的使用要求，選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)機(jī)器的工作要求，計(jì)算在零件上的載荷。3.分析零件的可能失效形式，確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

5、。4.根據(jù)零件的工作要求及對(duì)零件的特殊要求，選擇適當(dāng)?shù)牟牧稀?.根據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，確定零件的基本尺寸。6.根據(jù)工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化等原則進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。7.進(jìn)行校核計(jì)算。8.畫出零件的工作圖，并寫出設(shè)計(jì)說明書。(8)機(jī)械零件的常用材料有哪些？這些材料各有何特點(diǎn)，適用在何種場(chǎng)合?金屬材料：較好的力學(xué)性能、價(jià)格便宜、容易獲得。高分子材料：原料豐富、密度小，在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)有很好的彈性，耐腐蝕性好等，缺點(diǎn)：容易老化，阻燃性差，耐熱性不好等。陶瓷材料：硬度極高、耐磨、耐腐蝕性、熔點(diǎn)高、剛度大以及密度比鋼鐵低；缺點(diǎn)：斷裂韌度低、價(jià)格昂貴、加工工藝性差等。復(fù)合材料：較高的強(qiáng)度和彈性模量，而質(zhì)量又特別小；缺點(diǎn)：

6、價(jià)格貴，耐熱性、導(dǎo)電性較差等。(9)鑄鐵和鋼的區(qū)別是什么?普通碳鋼與優(yōu)質(zhì)碳鋼的區(qū)別是什么?鑄鐵和鋼的區(qū)別是含碳量不同，鋼是含碳量為0.03%2%；含碳量2%4.3%的鐵碳合金為鑄鐵。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼又稱普通碳素鋼，對(duì)含碳量、性能范圍以及磷、硫和其他殘余元素含量的限制較寬。普通碳鋼分為三類：甲類鋼（A類鋼）是保證力學(xué)性能的鋼。乙類鋼（B類鋼）是保證化學(xué)成分的鋼。特類鋼(C類鋼）是既保證力學(xué)性能又保證化學(xué)成分的鋼，常用于制造較重要的結(jié)構(gòu)件。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，硫、磷及其他非金屬夾雜物的含量較低。根據(jù)含碳量和用途的不同，這類鋼大致又分為三類：小于0.25%C為低碳鋼。0.250.60%

7、C為中碳鋼。大于0.6%C為高碳鋼。(10)什么叫做合金鋼，與碳鋼相比有何優(yōu)缺點(diǎn)？合金鋼除含有普通碳鋼的鐵、碳外，根據(jù)性能需求還添加有其它合金元素，比如常見的鉻、鎳、鉬、錳、硅等，以提高其機(jī)械性能，通常價(jià)格較普通碳鋼高。(11)選擇機(jī)械零件材料時(shí)，通?？紤]的機(jī)械性能、物理化學(xué)性能和工藝性能有哪些？ 機(jī)械性能強(qiáng)度，硬度，耐磨性，沖擊韌性，塑性 物理化學(xué)性能密度，導(dǎo)熱性，導(dǎo)電性，導(dǎo)磁性，耐熱性，耐酸性，耐腐蝕性性等 工藝性能易熔性，液態(tài)流動(dòng)性，可塑性，可焊性，可加工性，可熱處理性等(12)為節(jié)約原材料，尤其是節(jié)約貴重材料而選用廉價(jià)材料，可采取哪些具體措施?舉例說明1.對(duì)材料進(jìn)行熱處理和表面處理，如

8、為提高齒輪表面硬度，常對(duì)齒輪零件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。2.采用型材，如型鋼焊接而成的機(jī)架。3.采用組合結(jié)構(gòu)，如蝸輪采用齒圈式組合結(jié)構(gòu)(由青銅齒圈與鑄鐵輪芯組成)。(13)選用機(jī)械零件材料時(shí)，應(yīng)考慮的基本要求有哪些?1.使用性能要求2.工藝性能要求3.經(jīng)濟(jì)性(14)機(jī)械零件在進(jìn)行結(jié)構(gòu)沒計(jì)時(shí)，主要應(yīng)從哪些方面去考慮和改善它的結(jié)構(gòu)工藝性?零件的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)從毛坯制造、機(jī)械加工過程及裝配等幾個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)加以綜合考慮，工藝性是和機(jī)器生產(chǎn)批量大小及具體生產(chǎn)條件相關(guān)。(15)機(jī)械設(shè)計(jì)中，為什么要實(shí)行零件和部件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化與通用化?你能舉出一些標(biāo)準(zhǔn)化、系列化與通用化的零部件嗎？1.能以最先進(jìn)的方法在專門化工廠中對(duì)那

9、些用途最廣泛的零件進(jìn)行大量、集中的制造，以提高質(zhì)量，降低成本；2.統(tǒng)一了材料和零件的性能指標(biāo)，使其能夠進(jìn)行比較，并提高了零件性能的可靠性。3.采用了標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)及零、部件，可以簡化設(shè)計(jì)工作、縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。另外，也同時(shí)簡化了機(jī)器的維修工作。例如對(duì)同一結(jié)構(gòu)、同一內(nèi)徑的滾動(dòng)軸承，制造出不同外徑及寬度的產(chǎn)品。(16)我國現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)化有哪些?GB、JB、YB、QB、ISO和0CT、DIN、JIS、BS各代表什么標(biāo)準(zhǔn)?我國目前實(shí)行四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)體制：國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。GB: 中國國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn) JB: 中國機(jī)械行業(yè)（含機(jī)械、電工、儀器儀表等）強(qiáng)制性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB: 中國黑色冶金行

10、業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB：中國輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ISO：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn) 0CT：前蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)DIN：德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS：日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)BS：英國國家標(biāo)準(zhǔn)(17)目前常用的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)新方法有哪幾種?計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)等第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度(1)零件的名義載荷與計(jì)算載荷，兩者之間的區(qū)別及其關(guān)系如何？名義載荷：根據(jù)額定功率，按力學(xué)公式計(jì)算出的載荷。計(jì)算載荷：考慮載荷的時(shí)間不均勻性、分布的不均勻性以及其它影響因素對(duì)名義載荷進(jìn)行修正得到的載荷，即載荷系數(shù)K名義載荷。(2)何謂機(jī)械零件的強(qiáng)度?它可以分成哪兩類?各舉兩個(gè)實(shí)例。材料在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。強(qiáng)

11、度是衡量零件本身承載能力（即抵抗失效能力）的重要指標(biāo)。強(qiáng)度是機(jī)械零部件首先應(yīng)滿足的基本要求。機(jī)械零件的強(qiáng)度分為靜應(yīng)力強(qiáng)度和變應(yīng)力強(qiáng)度兩個(gè)范疇。靜應(yīng)力強(qiáng)度：機(jī)械零件在整個(gè)工作壽命期內(nèi)應(yīng)力變化次數(shù)少于103，如松螺栓連接、鍵連接等的強(qiáng)度計(jì)算。變應(yīng)力強(qiáng)度：軸向變載荷的緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算、齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度強(qiáng)度計(jì)算等。(3)強(qiáng)度條件的一般形式有哪些？并說明式中各符號(hào)代表的意義。根據(jù)許用應(yīng)力建立的計(jì)算準(zhǔn)則，通過判斷危險(xiǎn)截面的最大許用應(yīng)力是否小于或等于許用應(yīng)力： 根據(jù)安全系數(shù)建立的計(jì)算準(zhǔn)則，通過判斷危險(xiǎn)截面上實(shí)際的安全系數(shù)是否大于或等于許用安全系數(shù)：(4)機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的強(qiáng)度理論有哪幾個(gè)?各適用于何種場(chǎng)

12、合？靜強(qiáng)度理論：靜應(yīng)力脆性斷裂的強(qiáng)度理論：最大拉應(yīng)力理論和最大伸長線應(yīng)變理論屈服的強(qiáng)度理論：最大切應(yīng)力理論和形狀改變比能理論疲勞強(qiáng)度理論：變應(yīng)力下的疲勞強(qiáng)度理論低應(yīng)力下的脆斷(斷裂強(qiáng)度理論)：低應(yīng)力脆斷(工作應(yīng)力遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力)接觸強(qiáng)度理論：齒輪接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算、滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算。(5)對(duì)零件的工作應(yīng)力應(yīng)如何進(jìn)行分類？承受拉伸載荷的零件就一定產(chǎn)生拉伸應(yīng)力嗎？如果不是，試舉例說明。只要設(shè)定一個(gè)分類標(biāo)準(zhǔn)，就可以對(duì)任何集合進(jìn)行分類，因此，不存在“對(duì)零件的工作應(yīng)力如何進(jìn)行分類”的問題。承受拉伸載荷的零件不一定產(chǎn)生拉應(yīng)力。比如零件在做拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)零件達(dá)到屈服極限時(shí)，當(dāng)載荷繼續(xù)增加，零件中的拉應(yīng)力并不增

13、長(或增長不明顯)，此時(shí)增加的拉伸載荷在零件并未產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。(6)穩(wěn)定循環(huán)交應(yīng)力的主要參數(shù)有哪些，它們的相互關(guān)系怎樣?五個(gè)參數(shù)：、，其中只有兩個(gè)是獨(dú)立的。(7)變載荷下一定產(chǎn)生變應(yīng)力，那么靜載荷下也一定產(chǎn)生靜應(yīng)力嗎?舉例說明之。不一定產(chǎn)，如旋轉(zhuǎn)的軸上作用一集中力，而軸表面上任意一點(diǎn)的應(yīng)力則是變應(yīng)力。(8)下列零件均受靜載荷作用(見圖)，試判斷零件上A點(diǎn)的應(yīng)力性質(zhì)(拉、壓、彎、扭或接觸應(yīng)力)，是靜應(yīng)力還是變應(yīng)力?應(yīng)力變化的規(guī)律(即應(yīng)力變化循環(huán)特性系數(shù)r的大小或范圍)及應(yīng)力變化圖(即-圖)是怎樣的？(a) 靜應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力，。(b) 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，拉、壓應(yīng)力，。(c) 不對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，拉

14、、壓應(yīng)力， (d) 滾動(dòng)體與套圈間的接觸應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力， (9)什么是材料的疲勞曲線？試用圖線描述碳鋼材料的疲勞曲線形狀，說明應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N與疲勞極限的關(guān)系。有色金屬及高硬度合金鋼的疲勞曲線又是怎樣?金屬材料的疲勞曲線(曲線)是取同一值、不同值時(shí)做試驗(yàn)得到的，它表示在給定應(yīng)力比的條件下，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)與疲勞極限的關(guān)系曲線。曲線AB使材料試件發(fā)生破壞的最大應(yīng)力基本不變，或者說下降很小，此階段是靜應(yīng)力強(qiáng)度的狀況。曲線BC段，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，使材料發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力不斷下降，這一階段的疲勞破壞伴隨著材料的塑性變形，此階段稱為低周疲勞。曲線CD段代表有限壽命階段，在此范圍內(nèi)，試件經(jīng)過一定次

15、數(shù)的交變應(yīng)力作用后總會(huì)發(fā)生疲勞破壞。CD段的曲線方程為。D點(diǎn)以后的線段代表了試件無限壽命階段，即作用在試件上的變應(yīng)力的最大應(yīng)力小于D點(diǎn)的應(yīng)力，則應(yīng)力無論變化多少次，材料都不會(huì)發(fā)生破壞。有色金屬和高硬度合金鋼屬于塑性材料，其疲勞曲線應(yīng)與碳鋼類似，其上的具體數(shù)值應(yīng)該有所不同。(10)影響零件疲勞強(qiáng)度的因素有哪些，如何影響？零件疲勞強(qiáng)度的綜合影響系數(shù)和如何定義，計(jì)算公式怎樣?影響零件疲勞強(qiáng)度的主要因素有：材料的性能、應(yīng)力循環(huán)特征、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，應(yīng)力集中、絕對(duì)尺寸和零件表面質(zhì)量等。零件疲勞強(qiáng)度的綜合影響系數(shù)的定義為，即材料對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限與零件對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限的比值。其計(jì)算公式為，式中：零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)；零件的尺寸系數(shù)；零件的表面質(zhì)量系數(shù)；零件的強(qiáng)化系數(shù)。(11)某旋轉(zhuǎn)軸受徑向力F10kN作用如圖，已知跨距L2m，直徑d50mm，軸的角速度為求中間剖面上A點(diǎn)的應(yīng)力隨時(shí)間變化的表達(dá)式，并求A點(diǎn)的、和軸的抗彎截面系數(shù) 作用在剖面A處的彎矩軸在不變彎矩下旋轉(zhuǎn)