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1、东北大学专业硕士，机械设计基础第一章 机械设计基础知识思 考 题1-1 机械零件设计应满足哪些基本准则？1-2 什么叫机械零件的失效？机械零件主要的主要失效形式有哪些？1-3 提高机械零件强度的措施有哪些？1-4 在什么条件下要按刚度准则设计机械零件？提高零件的刚度有哪些措施？ 1-5 选用机械零件材料时主要考虑什么原则？ 1-6 举例说明什么叫静载荷、变载荷、静应力和变应力？1-7 什么是零件的工作应力、计算应力、极限应力和许用应力？1-8 影响材料的极限应力的因素有那些？1-9 线性疲劳损伤累积方程（Miner方程）的意义是什么？1-10 影响材料疲劳强度的主要因素有哪些？原因是什么？这些
2、因素对变应力的哪一部分有影响？1-11 什么是有效应力集中系数？机械零件设计中，常见的应力集中源有哪些？有三个形状尺寸一样，工作条件也相同，分别用铸铁、低强度钢、高强度钢制造的零件，哪个零件的有效应力集中系数最大？1-12 什么叫接触应力和接触强度？影响接触应力大小的因素有哪些？1-13 举例说明零件的结构及工艺对被设计零件疲劳强度的影响。习 题 1-1 从手册中查找下面各材料的名称和性能数据，并填入表中：材料牌号材料名称抗拉强度极限B/ MPa屈服强度极限s / MPa延伸率5 / %硬 度HB弹性模量E / MPaHT200ZG270-500Q23545调质40CrQA19-41-2 已知
3、min500 MPa，a = 300 MPa，求 max，m，r,并画出变应力图。1-3 图示为一转轴，在轴上作用有轴向力Fa3000 N和径向力Fr6000N，支点间距L300 mm，轴的直径d50mm，求力Fr 作用面上的max，min，m，a，r，并画出变应力图。1-4 已知一合金结构钢的简化疲劳极限线图如图所示。等效系数0.43，若零件工作应力点M 恰在 OE 线上，其最大工作应力max426 MPa，最小工作应力min106 MPa，有效应力集中系数k1.42，绝对尺寸系数 0.91，表面状态系数 1，试求按简单加载情况下零件的安全系数（按无限寿命考虑）。1-5 某钢制零件承受非对称
4、循环（循环特性 r-0.4）的两级应力（不稳定变应力）作用，第一级名义应力最大值 1500 MPa，作用105次，第二级名义应力最大值 2400 MPa，作用2105次，如该钢材的标准平滑试件试验得的 -1500 MPa，0 =800 MPa，循环基数 N0 = 107次，材料常数 m = 9，该零件的有效应力集中系数 k =1.62，绝对尺寸系数 0.83，表面状态系数 0.95。试估算该零件的计算安全系数。例 题例1-1 某转动心轴，其危险剖面上的平均应力为 m = 20 MPa，应力幅 a = 30 MPa，试求最大应力 max 、最小应力 min 和循环特性 r。 解 最大应力为 ma
5、x =m + a = 20 + 30 = 50 MPa最小应力为 min = m - a = 20 - 30 = -10 MPa循环特性为 该变应力为非对称循环变应力。例1-2 某静止构件受弯曲应力 b150 MPa，扭转剪应力 r50 MPa；材料为35钢（B540 MPa，s320 MPa）。试分别用第一、三、四强度理论求计算应力 ca，并校核静强度是否安全？用哪个强度理论较为合理？ 解 （1）求材料的许用拉应力由于 s/B = 3205400.593，按表用内插法得许用拉应力MPa（2）按第一、三、四强度理论求计算应力 ca按第一强度理论得MPa按第三强度理论得 MPa按第四理论强度得
6、MPa（3）结论由于许用拉应力 212 MPa 均大于按第一、三、四强度理论所求得的计算应力 ca，所以该构件强度足够，较为安全。但由于35钢塑性较好，故用三、四强度理论较合理。例1-3 如图所示，某轴受弯矩 M 作用。已知：材料为优质碳素结构钢，其抗拉强度极限 B =600 MPa；D =60 mm；d =55 mm；r =1.5 mm；表面精车削加工（表面粗糙度Ra =1.6 m）；调质处理。求过渡圆角处的有效应力集中糸数 k 、绝对尺寸系数 和表面状态系数 。解 （1）有效应力集中糸数 k为求（Dd）/r = 3.33 及 r/d = 0.0273 参数下的 k 值，须先从附表1-2中查
7、出（Dd）/r = 2 以及 r/d = 0.02 和0.03下的k值，然后通过插值计算才可求得所要求的 k 值。计算步骤如下： 查附表1-2，在（Dd）/r =2 和 B = 600 MPa 条件下，r/d = 0.02 时，k = 1.47，r/d = 0.03 时，k = 1.67；通过内插法可求得（Dd）/r = 2，r/d = 0.0273时的应力集中糸数为再查附表1-2，在（Dd）/r = 4 和 B = 600 MPa 条件下，r/d = 0.02 时，k =1.86，r/d = 0.03时，k =1.88；通过内插法可求得（Dd）/r = 4，r/d = 0.0273时的应力集
8、中糸数为最后再通过内插法计算即可求得（Dd）/r 3.33 和 r/d = 0.0273 时的有效应力集中糸数为（2）绝对尺寸糸数 查查附表1-4，当 d55 mm，材料为碳素结构钢时， = 0.81。（3）表面状态系数 查附表1-5，当材料的 B600 MPa 及表面精车削加工（Ra1.6 m）田寸，0.95。在疲劳强度计算中，应根据具体晴况选取 值。例如，零件表面只经过切削加工或不加工时，则应按附表1-5选取 值；若零件表面不仅机械加工而且经过强化工艺处理，则应按附表1-6 选取 值。例1-4 一优质碳素结构钢零件，其B560 MPa，s280 MPa，-1250 MPa。承受工作变应力
9、max155 MPa，min30 MPa。零件的有效应力集中系数 k = 1.65，绝对尺寸糸数 = 0.81，表面状态糸数 =0.95（精车）。如取许用安全系数S1.5。校核此零件的强度是否足够。解 （1）计算应力幅和平均应力 应力幅 MPa平均应力MPa（2）计算疲劳强度安全糸数椐表1.5查得等效糸数0.30（拉压应力，车削表面）。计算安全系数为（3）计算静强度安全糸数 由上述计算结果可知，该零件的疲劳强度和静强度安全系数均大于许用安全糸数S1.5，故零件强度足够。 例1-5 一转轴受规律性非稳定非对称循环变应力作用，其各级变应力的a和m初的名义值见下表的第二、第三列。各级变应力的循环次数
10、见第四列。材料力45钢调质，-1250MPa，m9，N0107。k = 1.76， = 0.78，表面状态糸数 =0.95，0.34。许用安全糸数S1.5。求该轴的计算安全糸数S。解 （1）计算各级变应力的当量应力i根据式（1-33） i 的计算结果见下表的第五列。例1-5表 MPa应力级序号应力幅a平均应力m循环次数ni当量应力i12312011090202020310471044106292268220.6（2）求当量应力循环次数Nv因 3 小干材料的-1，故对零件不会造成疲劳损伤，在求Nv时不计入。根据式（1-39） （3）求寿命糸数KN根椐式（1-40）（4）求计算安全糸数S根据式（1
11、-41）结论：该转轴疲劳强度足够安全。第二章 螺纹联接及轴毂联接思 考 题2-1 常用螺纹有哪些类型？其中哪些用于联接，哪些用于传动，为什么？哪些是标准螺纹？2-2 螺纹联接预紧的目的是什么？如何控制预紧力？2-3 拧紧螺母时，螺栓和被联接件各受什么载荷？拧紧力矩要克服哪些阻力矩？2-4 联接螺纹能满足自锁条件，为什么在设计螺纹联接时还要考虑防松问题？根据防松原理，防松分哪几类？可拆卸的防松中哪类工作可靠，为什么？2-5 在受横向载荷的螺纹联接中，螺栓是否一定受剪切？为什么？2-6 为改善螺纹牙上载荷分配不均现象，常采用悬置螺母或内斜螺母，试分析其原因。2-7 画出题2-7图中各螺纹联接的正确
12、结构并选择标准螺纹联接件。2-8 平键的标准截面尺寸如何确定？键的长度如何确定？2-9 矩形花键和渐开线花键如何定心？ 2-10 过盈配合联接中有哪几种装配方法？哪种方法能获得较高的联接紧固性？为什么？2-11 影响过盈配合联接承载能力的因素有哪些？为提高承载能力可采取什么措施？ 习 题2-1 用图示的扳手拧紧M16的螺母，扳手有效长度L= 400 mm，求实现预紧力 QP =13500 N 的拧紧力F。2-2 图示为普通螺栓组联接，载荷R5000 N，L280 mm，l100 mm，接合面间的摩擦系数 f0.3。试确定预紧力。2-3 如图所示，用六个M16的普通螺栓联接的钢制液压油缸，螺栓8.8级，安全系数S3，缸内油压 p2.5 MPa，为保证紧密性要求，剩余预紧力Qp1.5F。求预紧力的取值范围。（缸盖与油缸结合面处采用金属垫片）2-4 图示减速器端盖用四个螺钉固定在铸铁箱体上，端盖与箱体间采用金属垫片。端盖受轴向载荷F6000 N，试确定预紧力及螺钉直径。2-5 在图示的夹紧联接中，柄部承受载荷P600 N，柄长L350 mm，轴直径db60mm，螺栓个数 z2，接合面摩擦系数 f0.15，试确定螺栓直径。2-6 在图示的气缸盖联接中，气缸内径 D400 mm，螺栓个数z16，
