机械工程原理及工程应用习题集

机械工程原理及工程应用习题集姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.机械设计的基本原理包括：

（1）运动学原理

（2）动力学原理

（3）静力学原理

（4）热力学原理

2.机械系统由以下几部分组成：

（1）机械零件

（2）传动装置

（3）控制系统

（4）执行机构

3.机械零件按受力状态可分为：

（1）受力零件

（2）传动零件

（3）支承零件

（4）辅助零件

4.机械设计的主要任务包括：

（1）确定机械的结构

（2）确定机械的参数

（3）确定机械的制造工艺

（4）确定机械的成本

5.机械传动系统中的传动比是指：

（1）主动轮转速与从动轮转速之比

（2）主动轮扭矩与从动轮扭矩之比

（3）主动轮半径与从动轮半径之比

（4）主动轮功率与从动轮功率之比

6.机械运动副的主要功能是：

（1）实现运动传递

（2）实现力传递

（3）实现能量转换

（4）实现运动与力的控制

7.机械零件的失效形式主要包括：

（1）断裂

（2）磨损

（3）腐蚀

（4）疲劳

8.机械设计中，为了保证机械系统的稳定性，通常采用以下方法：

（1）增加系统刚度

（2）减小系统刚度

（3）增加系统阻尼

（4）减小系统阻尼

答案及解题思路：

1.答案：（1）（2）（3）（4）

解题思路：机械设计的基本原理涵盖了从静态到动态的多个方面，包括运动学、动力学、静力学和热力学，这些都是机械设计不可或缺的原理。

2.答案：（1）（2）（3）（4）

解题思路：机械系统是由多个组件构成的，其中机械零件是基础，传动装置连接零件，控制系统负责指挥动作，执行机构执行具体任务。

3.答案：（1）（2）（3）（4）

解题思路：机械零件按其功能可以分为受力零件、传动零件、支承零件和辅助零件，它们共同构成了机械系统的完整结构。

4.答案：（1）（2）（3）（4）

解题思路：机械设计的目标不仅仅是结构设计，还包括参数优化、制造工艺选择和成本控制，以保证机械的高效、可靠和成本效益。

5.答案：（1）

解题思路：传动比通常指的是转速之比，这是评价传动系统效率的关键参数。

6.答案：（1）（2）

解题思路：机械运动副的主要功能是实现运动和力的传递，而能量转换和运动与力的控制通常是由控制系统和执行机构完成的。

7.答案：（1）（2）（3）（4）

解题思路：机械零件可能因多种原因失效，包括材料强度不足导致的断裂、摩擦引起的磨损、环境因素导致的腐蚀以及反复载荷引起的疲劳。

8.答案：（1）（3）

解题思路：为了提高机械系统的稳定性，可以通过增加系统刚度来提高抵抗变形的能力，以及增加系统阻尼来减少不必要的振动和噪声。二、填空题1.机械设计的基本原则包括可靠性、经济性、【适用性、安全性】。

解题思路：机械设计的基本原则通常包括可靠性、经济性、适用性、安全性、环境适应性等，这些原则共同保证机械设计既满足使用要求，又符合经济效益和环境标准。

2.机械传动系统中的传动比是指【主动轴转速与从动轴转速之比】。

解题思路：传动比是机械传动系统中一个重要的参数，它反映了主动轴与从动轴之间转速的比值，是分析传动系统功能的基础。

3.机械零件按受力状态可分为【静力零件和动力零件】。

解题思路：根据零件在机械中的受力情况，机械零件可分为静力零件和动力零件。静力零件主要承受静态载荷，而动力零件则承受动态载荷。

4.机械运动副的主要功能是【实现相对运动】。

解题思路：机械运动副是机械系统中实现两个或多个构件之间相对运动的元素，其主要功能是实现精确、平稳的相对运动。

5.机械零件的失效形式主要包括【断裂、磨损、腐蚀、疲劳】。

解题思路：机械零件在长期使用过程中可能出现的失效形式包括断裂、磨损、腐蚀和疲劳等，这些失效形式都会影响机械系统的正常工作。

6.机械设计中，为了保证机械系统的稳定性，通常采用方法【动态平衡、稳定性分析】。

解题思路：为了保证机械系统的稳定性，设计过程中会采用动态平衡和稳定性分析方法，保证系统在运行过程中保持稳定。

7.机械设计的主要任务包括【满足使用要求、保证结构合理、实现高效节能】。

解题思路：机械设计的主要任务是在满足使用要求的基础上，保证结构合理，实现高效节能，同时兼顾成本和环保等因素。

8.机械系统由组成【零件、组件、子系统】。

解题思路：机械系统是由多个零件、组件和子系统组成的复杂整体，各部分相互联系、相互作用，共同完成特定的功能。三、判断题1.机械设计的基本原理不包括动力学原理。（×）

解题思路：机械设计的基本原理包括静力学原理、动力学原理和材料力学原理。动力学原理是研究物体运动状态及其变化规律的科学，因此在机械设计中是不可或缺的。

2.机械零件按受力状态可分为传动零件和支承零件。（×）

解题思路：机械零件按受力状态通常分为受力零件、传力零件和连接零件。传动零件和支承零件是按功能分类的，而非按受力状态。

3.机械传动系统中的传动比是指主动轮扭矩与从动轮扭矩之比。（×）

解题思路：机械传动系统中的传动比是指主动轮转速与从动轮转速之比，而不是扭矩之比。扭矩比取决于传动效率。

4.机械运动副的主要功能是实现能量转换。（×）

解题思路：机械运动副的主要功能是保证运动的准确性、平稳性和可靠性，而不是直接实现能量转换。能量转换通常是通过能量传递介质（如齿轮、皮带等）来实现的。

5.机械零件的失效形式不包括磨损。（×）

解题思路：机械零件的失效形式包括磨损、疲劳、断裂、腐蚀等多种形式。磨损是机械零件常见的失效形式之一。

6.机械设计中，为了保证机械系统的稳定性，通常采用减小系统刚度方法。（×）

解题思路：为了保证机械系统的稳定性，通常采用增加系统刚度的方法，以提高系统的抗振性和承载能力。减小系统刚度可能导致系统不稳定。

7.机械设计的主要任务包括确定机械的结构和参数。（√）

解题思路：机械设计的主要任务确实包括确定机械的结构和参数，以满足设计要求和工作功能。

8.机械系统由机械零件、传动装置、控制系统和执行机构组成。（√）

解题思路：机械系统通常由这些基本组成部分构成，它们共同工作以实现机械的功能。四、简答题1.简述机械设计的基本原则。

（解答部分：

机械设计的基本原则包括：

保证机械的可靠性，即设计出能够稳定、安全工作的机械系统。

追求机械的经济性，包括成本控制和生产效率。

保证机械的易用性，即便于操作和维护。

保证机械的设计满足规定的功能要求和功能指标。

兼顾机械的设计美观和人性化，提升用户体验。

）

2.简述机械传动系统中的传动比的作用。

（解答部分：

传动比在机械传动系统中的作用包括：

通过改变传动比，可以调节输出速度和扭矩，实现不同工况下的要求。

传动比决定了机械系统的速度范围和效率。

传动比有助于实现力的放大，提高机械系统的输出能力。

通过调整传动比，可以使机械系统的结构更为紧凑。

）

3.简述机械零件的失效形式及其原因。

（解答部分：

机械零件的失效形式及其原因包括：

疲劳断裂：由于反复应力引起的断裂，原因是材料疲劳、应力集中等。

拉伸断裂：由于过大的拉伸应力引起的断裂，原因是材料强度不足。

压缩破坏：由于过大的压缩应力引起的破坏，原因是材料脆性。

摩擦磨损：由于机械零件之间的摩擦和磨损导致的失效。

腐蚀：由于环境介质对零件材料的化学侵蚀造成的破坏。

）

4.简述机械设计中，为了保证机械系统的稳定性，通常采用的方法。

（解答部分：

机械设计中保证机械系统稳定性的方法有：

动力学平衡设计：保证系统在工作过程中满足力的平衡。

增加系统刚度：提高系统抵抗外力变形的能力。

采用缓冲和减震装置：吸收和减缓系统振动。

设置安全保护装置：如紧急制动、过载保护等。

进行系统模拟和仿真：分析系统的动态行为，预测潜在的不稳定性。

）

5.简述机械设计的主要任务。

（解答部分：

机械设计的主要任务包括：

明确设计任务和目标，包括功能、功能、成本等要求。

确定合适的结构形式和原理。

进行机械零部件的选型和设计。

考虑制造、安装、维护和使用过程中的问题。

完成机械系统的功能试验和验证。

）

答案及解题思路：

1.机械设计的基本原则：

答案：可靠性、经济性、易用性、功能功能满足、美观和人性化。

解题思路：分析机械设计的根本目标，提取基本原则。

2.机械传动系统中的传动比的作用：

答案：调节速度和扭矩、决定速度范围和效率、实现力的放大、优化结构。

解题思路：考虑传动比在实际机械系统中的作用。

3.机械零件的失效形式及其原因：

答案：疲劳断裂、拉伸断裂、压缩破坏、摩擦磨损、腐蚀。

解题思路：列出常见的失效形式并分析其产生的原因。

4.机械设计中，为了保证机械系统的稳定性，通常采用的方法：

答案：动力学平衡设计、增加刚度、缓冲减震、安全保护、系统仿真。

解题思路：思考稳定性的保证手段。

5.机械设计的主要任务：

答案：明确设计任务、确定结构形式、选型设计、考虑使用维护、功能试验验证。

解题思路：分析机械设计的全流程。五、计算题1.已知一齿轮传动系统，主动轮转速为n1=200r/min，从动轮转速为n2=120r/min，求传动比i。

解题思路：

传动比i定义为从动轮转速与主动轮转速的比值，即i=n2/n1。

答案：

i=n2/n1=120r/min/200r/min=0.6

2.已知一轴系，主动轴的扭矩为T1=500N·m，从动轴的扭矩为T2=300N·m，求传动比i。

解题思路：

传动比i也可以通过扭矩的关系来计算，但在实际中，扭矩通常不直接用于计算传动比。这里假设题目中的“传动比i”指的是扭矩的比值，即i=T1/T2。

答案：

i=T1/T2=500N·m/300N·m=1.6667

3.已知一齿轮，齿数z1=20，齿数z2=40，求传动比i。

解题思路：

在齿轮传动中，传动比i可以通过两个齿轮的齿数来计算，即i=z2/z1。

答案：

i=z2/z1=40/20=2

4.已知一轴系，主动轴的转速为n1=300r/min，从动轴的转速为n2=150r/min，求传动比i。

解题思路：

传动比i可以通过从动轮转速与主动轮转速的比值来计算，即i=n2/n1。

答案：

i=n2/n1=150r/min/300r/min=0.5

5.已知一齿轮，齿数z1=30，齿数z2=60，求传动比i。

解题思路：

传动比i可以通过两个齿轮的齿数来计算，即i=z2/z1。

答案：

i=z2/z1=60/30=2六、论述题1.论述机械设计中，如何提高机械系统的可靠性。

（1）提高设计标准：根据机械系统的使用环境和载荷条件，合理选择材料、设计结构，保证其在预定工况下的可靠性。

（2）进行疲劳强度分析：对机械系统中的关键部件进行疲劳强度计算，避免疲劳断裂。

（3）优化润滑系统：合理设计润滑系统，保证机械系统在运行过程中得到良好的润滑，降低磨损。

（4）采用冗余设计：在关键部件上设置备份，以提高机械系统的可靠性。

（5）实施定期检查和维护：对机械系统进行定期检查和维护，及时发觉并处理潜在问题。

2.论述机械设计中，如何降低机械系统的制造成本。

（1）优化设计方案：在满足使用要求的前提下，简化结构，减少零件数量，降低制造成本。

（2）选择合适的材料：根据机械系统的使用环境和功能要求，选择成本低、功能良好的材料。

（3）提高加工精度：采用先进的加工工艺，提高零件加工精度，减少加工余量，降低材料浪费。

（4）应用标准化设计：采用标准化零件，减少非标零件的生产和库存成本。

（5）合理选用加工设备：根据加工需求，选择合适的加工设备，提高生产效率，降低设备投资。

3.论述机械设计中，如何保证机械系统的稳定性。

（1）合理选择支承结构：根据机械系统的负载和运动特性，选择合适的支承结构，保证其在运行过程中的稳定性。

（2）优化运动副设计：合理设计运动副，降低运动副的摩擦和磨损，提高系统的稳定性。

（3）采用阻尼设计：在关键部件上设置阻尼器，降低系统振动，提高稳定性。

（4）合理布局零部件：合理布置零部件，降低零部件间的干涉，提高系统稳定性。

（5）进行系统动力学分析：对机械系统进行动力学分析，优化系统参数，提高稳定性。

4.论述机械设计中，如何实现机械系统的优化设计。

（1）运用现代设计方法：采用有限元分析、优化算法等现代设计方法，提高设计效率和质量。

（2）综合考虑设计因素：在设计中，综合考虑结构、材料、工艺、成本等因素，实现系统优化。

（3）进行多目标优化：针对机械系统的多个功能指标，进行多目标优化设计，实现综合功能提升。

（4）借鉴先进经验：参考国内外先进的设计案例，吸取经验，提高设计水平。

（5）不断改进和创新：在设计中，注重改进和创新，不断提高设计质量和水平。

5.论述机械设计中，如何提高机械系统的功能。

（1）优化传动系统：根据机械系统的负载和速度要求，选择合适的传动方式，提高传动效率。

（2）改进控制系统：采用先进的控制技术，提高机械系统的控制精度和响应速度。

（3）优化冷却系统：合理设计冷却系统，降低机械系统的温度，提高其功能。

（4）优化结构设计：通过优化结构设计，提高机械系统的承载能力和抗振功能。

（5）采用新型材料和工艺：采用新型材料和先进工艺，提高机械系统的功能和寿命。

答案及解题思路：

答案：

1.提高机械系统的可靠性主要通过提高设计标准、疲劳强度分析、优化润滑系统、冗余设计和定期检查维护等方面实现。

2.降低机械系统的制造成本可以通过优化设计方案、选择合适的材料、提高加工精度、应用标准化设计和合理选用加工设备等方法实现。

3.保证机械系统的稳定性主要通过合理选择支承结构、优化运动副设计、采用阻尼设计、合理布局零部件和系统动力学分析等方面实现。

4.实现机械系统的优化设计可以通过运用现代设计方法、综合考虑设计因素、进行多目标优化、借鉴先进经验和不断改进创新等方法实现。

5.提高机械系统的功能可以通过优化传动系统、改进控制系统、优化冷却系统、优化结构设计和采用新型材料和工艺等方法实现。

解题思路：

解题思路应围绕提高机械系统的可靠性、降低制造成本、保证稳定性、实现优化设计和提高功能等方面展开，结合实际案例和机械工程原理，阐述具体的实施方法和注意事项。解题过程中，应注意逻辑清晰、论证充分、语言严谨。七、应用题1.设计一简单机械传动系统，包括主动轮、从动轮、传动轴等，并计算传动比。

题目：

设计一个简单的机械传动系统，其中主动轮直径为120mm，从动轮直径为90mm。请计算该系统的传动比。

答案：

传动比=从动轮直径/主动轮直径

传动比=90mm/120mm=0.75

解题思路：

传动比是表示主动轮与从动轮转速比例的数值。计算传动比时，只需将两个轮的直径进行比值计算即可。

2.设计一齿轮传动系统，包括主动齿轮、从动齿轮、传动轴等，并计算传动比。

题目：

设计一个齿轮传动系统，其中主动齿轮齿数为40，从动齿轮齿数为80。传动轴直径为30mm。请计算该系统的传动比。

答案：

传动比=从动齿轮齿数/主动齿轮齿数

传动比=80/40=2

解题思路：

在齿轮传动系统中，传动比可以通过两个齿轮的齿数比来计算。传动轴直径在此计算中不影响传动比。

3.设计一轴系，包括主动轴、从动轴、传动轴等，并计算传动比。

题目：

设计一个轴系，其中主动轴转速为1000rpm，从动轴转速为500rpm。传动轴直径为40mm。请计算该轴系的传动