太原理工大学机械设计练习册分析思考题及答案

太原理工大学机械设计基础 期末 复习题 第一章 机械设计概论 1，一部完整的机器由哪些部分所组成？各部分的作用是什么？试以汽车为例说明这些组成 部分各主要包括些什么？ 答：包括：动力部分，执行部分，控制部分，辅助部分，传动部分。 2,人们常说的机械的含义是什么？机器和机构各指的是什么？ 答：机械是机器和机构的总称。机器是人类进行生产以减轻体力劳动和提高生产率的主要工 具。有两个或两个以上构件通过活动联接形成的构件系统称为机构。 3，什么是部件？什么是零件？什么是构件？ 答：为完成同一使命在结构上组合在在一起并协同工作的零件成为部件。组成机器的不可拆 的基本单 元称为机械零件。 构件是 机械 系统中实际存在的可更换部分，它实现特定的功能， 符合一套接口标准并实现一组接口。 4，什么是通用零件？什么是专用零件？ 答：各种机器中普遍使用的零件称为通用零件。只有在一定类型的机器中使用的零件称为专 用零件。 5，什么是标准件？ 答：经过优选，简化，统一并经以标准代号的零件和部件称为标准件。 6：机器设计应满足哪些基本要求？机械零件设计应满足哪些基本设计要求？ 答：（ 1），在使用方面，机器应能在给定的工作期限内具有高的工作可靠性，并能始终正常 工作；在经济方面，应从机器费用，产品制造 成本等多种因素中综合衡量，以能获得最大经 济效益的方案为最佳设计方案；机器外观造型应比例协调，大方，给人以时代感，美感，安 全感；限制噪声分贝数。（ 2）工作可靠，又要成本低廉，应正确选择材料，合理规定公差等 级以及认真考虑零件的加工工艺性和装配工艺性。 7,机械零件的计算可分为哪两种？它们大致可包含哪些内容？ 答：可分为设计计算和校核计算两种。设计计算根据零件的工作情况和选定的工作能力准则 拟定出安全条件，用计算方法求出零件危险截面的尺寸，然后根据结构与工艺条件和尺寸协 调的原则，使结构进一步具体化。校核计算是先参照 已有实物，图纸和经验数据初步拟定零 件的结构布局和有关尺寸，然后根据工作能力准则核验危险截面是否安全。 第二章 机械零件的工作能力和计算准则 1，什么是机械零件的失效？机械零件可能的失效形式主要有哪些？ 答：机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时，称为失效。包括：因强度不足而断裂： 过大的弹性变形或塑性变形；摩擦表面的过度磨损，打滑或过热；联接松动；压力容器，管 道等的泄漏；运动精度达不到要求等。 2，什么是零件的工作能力？什么是零件的承载能力？ 答：零件不发生失效时的安全工作限度称为工作能力。对载荷而言的工作能力称 为承载能力。 3，什么是静载荷，变载荷，名义载荷，计算载荷？什么是静应力和变应力？ 答：不随时间变化或变化缓慢的载荷称为静载荷。随时间作周期性变化或非周期变化的载荷 称为变载荷。 根据额定功率用力学公式计算出的载荷称为名义载荷 。不随时间变化或变化缓 慢的应力称为静应力。随时间变化的应力称为变应力。 4，稳定循环变应力 max， min， a， m， r，五个参数分别代表什么？试列出根据已 知零件的 max， min 计算 a， m，及 r的公式 答： max 最大应力， min 最小应力， a 应力幅， m 平均应 力， r 循环特性。 a= （ max- min） /2， m=（ max+ min） /2， r= min/ max。 5，提高零件强度的措施有哪些？ 答： a合理布置零件，减少所受载荷； b降低载荷集中，均匀载荷分布； c采用等强度结构； d 选用合理截面； e减小应力集中。 6，两个曲面形状的金属零件互相压紧，其表面接触应力的大小由哪些因素确定？如果这两 个零件的材料，尺寸都不同，其相互接触的个点上彼此的接触应力值是否相等？ 答：材料的弹性模量，泊松比，作用力大小。相等。 7，受交变接触应力作用的零件其失效是何性质？提 高接触疲劳强度的主要措施有哪些？ 答：表面疲劳磨损或者称为点蚀。措施：将外接触改为内接触；在结构设计上将点接触改为 线接触；提高零件表面硬度；在一定范围内提高接触表面的加工质量；采用粘度较高的润滑 油。 8，什么是零件的表面挤压应力？ 答：通过局部配合间的接触来传递载荷的零件，在接触面上的压应力称为挤压应力。 9，零件表面磨损强度的条件性计算包含哪些内容？提高零件表面磨损强度的的主要措施有 哪些？ 答：滑动速度低载荷大时，可只限制工作表面的压强 p；滑动速度较高时，还要限制摩擦功 耗，以免工作温度过高而使润滑失效；高 速时，还要限制滑动速度，以免由于速度过高而加 速磨损，降低零件工作寿命。措施：选用合适的摩擦副材料；提高表面硬度；降低表面粗糙 度值；采用有效地润滑剂和润滑方法；表面镀层，氧化处理；防止尘土落入两摩擦表面间； 限制工作温度过高。 第三章 机械零件的疲劳强度设计 1，机械零件的疲劳强度的计算方法有哪两种？其计算准则各是什么？ 答： a 安全 -寿命设计：在规定的工作期间内，不允许零件出现疲劳裂纹，一旦出现，即认 为失效。 b破损 -安全计算：允许零件存在裂纹并缓慢扩展，但须保证在规定的工作周期内， 仍能安全可靠地工作。 2,机械零件在变应力条件下工作发生疲劳断裂而失效的过程怎样？ 答：第一阶段是零件表面上应力较大处的材料发生剪切滑移，产生初始裂纹，形成疲劳源， 可以有多个或数个；第二阶段是裂纹尖端在切应力下发生反复塑性变形，使裂纹扩展直至发 生疲劳断裂。 3，什么是应力循环基数？一般碳钢和高硬度合金钢的循环基数是多少？ 答： 应力循环基数（ No），即在疲劳试验曲线上对应于接触强度极限的应力循环次数 。一般 碳钢： 10*6 10*7 高硬度合金钢： 10X10*7 25X10*7. 4,按疲劳曲线（ N）设计零件时，适用的条件是什么？当 循环次数 N（具体选择时应考虑表 中的匹配关系）。当设计非标准和分度传动时， z2 的 选择可不受限制。 6，选择蜗杆，涡轮材料的原则是什么？ 答：蜗轮蜗杆不能都用硬材料来制造，其中之一应该用减摩性良好的软才来来制造。 8，蜗杆传动设计中为何特别重视发热问题？如何进行热平衡计算？常用的散热措施有哪 些？ 答：因为蜗杆传动在其啮合平面间会产生很大的相对滑动速度，摩擦损失大，效率低，工作 时会产生大量的热。在闭式蜗杆传动中，若散热不良，会因油温不断升高，使润滑失效而导 即，要求达到热平衡时的工作油温 t1 06 70 如不满足热平衡条件可采取以下的措施 降低其温升： 1，在箱体外壁增加散热片，以增大散热面积； 2，在蜗杆轴端设置风扇，以增 大散热系数； 3，若上述还不能满足热平衡条件，可在箱体油池中装设蛇形冷水管，或采用 压力喷油循环润滑。 第十四章 链传动 1，套筒滚子链已标准化，链号为 20A的链条节距 p等于多少？有一滚子链标记为： 10A-2X100GB1243.1-83，是说明它表示什么含义 ? 答： p=31.75。查表！ 2，影响链传动速度不均匀性的主要因素是什么？为什么在一般情况下链传动的瞬时传动比 不是恒定的？在什么条件 下瞬时传动比才恒定？ 答：链速做周期性的变化；从动链轮由于链速不是常数和 角的不断变化，造成角速度也是 变化的；只有当两链轮的齿数相等，紧边的长度恰为链节距的整数倍时。 3，链传动在工作时引起动载荷的主要原因是什么？能否避免？如何减小动载荷？ 答： 1）因为链速和从动轮角速度周期性变化，从而产生了附加的动载荷；链沿垂直方向分 速度也做周期性变化；当链节进入链轮的瞬间，链节和轮齿以一定的相对速度相啮合，产生 冲击；张紧不好，链条松弛，会有惯性冲击 2）不能； 3）采用较小的链节距并限制链轮的 极限转速；进行链张紧。 4，链 传动的许用功率曲线是在什么试验条件下得出来的？若设计的链传动与试验的条件不 同要进行那些修正？ 答： 1)z1=19， Lp=100，单列链水平布置，载荷平稳，工作做环境正常，按推荐的润滑方式 润滑，使用寿命 15000h；链因磨损儿引起的链节距的相对伸长量 p/p 3%。 2） kz小链轮 齿数系数， kp多排链排数系数， KA 5，为什么链传动的平均运动速度是个常数，而瞬时运动速度再做周期性变化？这种变化给 传动带来什么影响？如何减轻这种影响？ 答：链速是做着由小到大，又由大到小的变化。给链传动带来了速度的不均匀性，工作上的 不平稳性和有规律的震动。当两链轮的齿数相等，紧边的长度又恰为链节距的整数倍，可以 减轻这种影响。 6，链传动设计中，确定小链轮齿数时考虑哪些因素？ 答：考虑传动速度，当速度 v 大，小链轮齿数 z1应多些；考虑传动比，当传动比大， z1应 少些，当传动比小， z1 可多些；使 zmin 9（一般 17）， zmax 120。 7，链传动张紧的主要目的是什么？链传动怎样布置时必须张紧？ 答：目的：张紧力并不决定链的工作能力，而只是决定垂度的大小，防止引起啮合不良和链 条振动现象的发生；链传动中如果松边垂度过大的话。 第十六章 轴 1，在 同一工作条件下，若不改变轴的结构和尺寸，仅将轴的材料由碳钢改为合金钢，为什 么只提高了轴的强度而不能提高轴的刚度？ 答：轴的刚度只与尺寸有关，与弹性模量有关系，与材料无关。 2，轴上零件的轴向固定方法有哪几种？各自有什么特点？ 答： 1）有：轴肩，挡圈，圆螺母，套筒，圆锥形轴头等； 2）轴肩：可承受较大的轴向力； 螺钉锁紧挡圈用紧定螺钉固定在轴上，在轴上零件两侧各用一个挡圈时，可任意调节轴上零 件的位置，装拆方便，但不能承受大的轴向力，且盯端坑会引起轴应力集中；当轴上零件一 边采用轴肩定位时，另一边可采用套筒定位，以便 于装拆；如果要求套筒很长时，可不采用 套筒而用螺母固定轴上零件，螺母也可以用于轴端；轴端挡圈常用于轴端零件的固定；圆锥 形轴头对中好，常用于转速较高，也常用于轴端零件的固定。 3，轴的强度设计方法有哪几种？它们各适用何种情况？ 答：许用切应力计算： 1）传递以转矩为主的传动轴 2）初步估算轴径以便进行结构设计 3） 不重要的轴；许用弯曲应力计算：主要用于计算一般重要的，弯扭结合的轴，计算精度中等； 安全系数校核计算：主要用于重要的轴，计算精度较高但计算较复杂，且需要足够的资料。 4，如何提高轴的疲劳强度？如何提高轴的刚度 ？ 答 :合理布置轴上零件，减小轴受转矩；改进轴上零件结构，减小轴受弯矩；采用载荷分担 的方法减小轴的载荷；采用力平衡或局部相互抵消的办法就爱你小周的载荷；改变支点位置， 改善轴的强度和刚度；减少应力集中；改善表面质量提高轴的疲劳强度。 5，轴的功用是什么？根据所受载荷不同，轴可分为哪几类？自行车的前轴，中轴，后轴及 脚踏板分别是什么轴？ 答：做回转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动，大多数轴还起着传递转矩的作用。 分为转轴，心轴和传递轴。前轴为心轴，中轴为心轴，后轴为转轴，脚踏板的轴为心轴。 6，轴按弯扭合成强 度条件计算时，其当量弯矩计算式中为什么要考虑系数 ？当转矩 T 产 生的扭转剪应力 T的循环特征 r=-1时， =？ 答：因为实际中机器运转不可能完全均匀，且有扭转震动的存在，称为应力校正系数。为 1。 第十七章 滑动轴承 1，滑动轴承主要适用于哪些场合？ 答：转速极高的轴承、载荷特重的轴承、冲击很大的轴承、要求特别精密的轴承、剖分式轴 承、有特殊要求的轴承。 2，非液体摩擦滑动的轴承的失效形式和设计准则各是什么？ 答：磨损和胶合。维护边界膜不被破坏，尽量减少轴承材料的磨损。 3，非液体摩擦滑动轴承需要进行那些计算？其目的各 是什么？ 答：验算： p p，以防止轴承过度的磨料磨损； pv pv，以防止轴承温升过高而发生胶 合； v v，以防止局部高压强区的 pv 值过大而磨损。 4，根据滑动轴承可能发生的失效形式，分析对轴瓦材料有哪些性能要求。 答： 良好的减摩性、耐磨性 ； 良好的抗胶合性、顺应性，嵌入性和跑合性 ； 足够的强度（抗 压和疲劳强度 )； 良好的耐腐蚀性、热化学性能（传热性和热膨胀性）和调滑性（对油的吸 附能力 ）； 良好的工艺性和经济性等。 5，试画出动压轴承的油膜形成过程。 答：略。 6，提高液体动压润滑轴承承载能力的措施有哪 些？ 答： 维持边界油膜不受破坏 ， 以减少发热和磨损（计算准则），并根据边界膜的机械强度和 破裂温度来决定轴承的工作能力 。 7，根据液体摩擦滑动轴承的承载机理，试述形成动压油膜的必要条件。 答： （ 1）相对运动两表面必须形成一个收敛楔形 ； （ 2）被油膜分开的两表面必须有一定的相 对滑动速度 vs，其运动方向必须使润滑从大口流进，小口流出 ； （ 3）润滑油必须有一定的粘 度，供油要充分。 第十八章 滚动轴承 1，向心角接触轴承为什么要成对使用，反向安装？ 答： 单个的角接触轴承只能承受单面的轴向力，所以一般用组合安装。一般有 3种组合： 正 面组合、反面组合、串联组合，根据实际情况进行选择。反面组合的优点是可以承受径向负 荷和双向轴向负荷，特别适用于承受力矩。 2，试说明轴承代号 6201的主要含义？ 答： 6201是轴承的基本代号， 6是类型代号：表示深沟球轴承系列，（ 0） 2是尺寸系列代号， 其中（ 0）表示宽度系列代号， 2表示直径系列代号，后面的 01是内径系列代号。 3，何谓滚动轴承的基本额定寿命？何谓滚动轴承的基本额定动载荷？ 答： 1）是指 90%的可靠度，常用材料和加工质量，常规运转条件下的寿命。 2）将基本额定 寿命为一百万转时轴承所能承受的恒定载荷 取为基本额定动载荷 C。 4，何谓角接触轴承的正装和反装，这两种安装方式对轴系刚度有何影响？ 答：轴承外圈窄边相对称为正装，又叫面对面安装，轴承外圈窄边相背称为反装，又叫 背靠背安装。 当传动零件悬臂安装时，反装的轴系 刚度比 正装的轴系高，这是因为反装的 轴承压力中心距离较大，使轴承的反力、变形及轴的最大弯矩和变形均小 于正装。当传动零 件介于两轴承中间时，正装使轴承压力中心距离减小而有助于提高轴的刚度，反装则相反。 5，滚动轴承的组合设计要考虑哪些问题？ 答： 轴系支承端结构；轴承与相关零件的配合 ； 轴承的 润滑与密封 ； 提高轴承系统的刚度 。 6，滚动轴承的失效形式有哪些？选择轴承时进行的寿命计算，静载