机械设计期末复习资料.pdf

第一章 1、机器的基本组成要素是什么？ 机械零件 2、什么是通用零件？什么是专用零件？试各举三个实例。 通用零件：各种机器中经常都能用到的零件。实例：螺钉、齿轮、链轮。 专用零件：在特定类型机器中才能用到的零件。实例：内燃机的活塞、汽轮机的 叶片、内燃机曲轴、 、减速 器的箱体等。 第二章 1、一台完整的机器通常由哪些基本部分组成？各部分的作用是什么？ 一台完整的机器通常由 原动机、 执行部分和 传动部分三个基本部分组成。 原动机是驱动整部机器以完成预定功能的动力源； 执行部分用来完成机器的预定功能； 传动部分是将原动机的运动形式、 运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形 式、运 动及动力参数。 2-3 机械零件主要有哪些失效形式？常用的计算准则主要有哪些？ 机械零件常见的失效形式：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破 坏正常 工作条件引起的失效等。 常用的计算准则主要有强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则和可靠 性准则。 第三章 3-1 零件表面的强化处理方法有 表面化学热处理、高频表面淬火、表面强化加 工等。 3-2 零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之 降低 。 3-3 机械零件受载时，在 截面形状突变 处产生应力集中，应力集中的程度 通常随材料强度的增大而 增大 。 3-4 在载荷和几何形状相同的情况下， 钢制零件间的接触应力 大于 铸铁零件 间的接触应 力，这是因为钢材的弹性模量 大于 铸铁的弹性模量。 3-5 两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值 相等 。 3-13 疲劳损伤线性累积假说的含义是什么？写出其数学表达式。 3-15 影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？提高机械零件疲劳强度的措施 有哪些？ 影响机械零件疲劳强度的主要因素有零件的应力集中大小， 零件的尺寸，零件的 表面质量以及零件的强化方式。 提高的措施是： 1）降低零件应力集中的影响；2）提高零件的表面质量；3）对 零件进行热处理和强化处理；4）选用疲劳强度高的材料；5）尽可能地减少或消 除零件表面的初始裂纹等。 3-18 某材料的对称循环弯曲疲劳极限-1=350MPa，屈服极限S=550MPa，强 度极限 B=750MPa，循环基数 N0=5106，m=9，试求对称循环次数 N 分别 为 5104、5105、5 107 次时的极限应力。 第四章 4-1 按照摩擦面间的润滑状态不同，滑动摩擦可分为哪几种？ 答：滑动摩擦可分为干摩擦、边界摩擦、流体摩擦、混合摩擦。 4-4 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？ 润滑剂的极性分子吸附在金属表面上形成的分子膜称为边界膜； 边界膜按其形成机理的不同分为吸附膜和反应膜； 吸附膜是由润滑剂的极性分子 （或分子的化学键和力） 吸附于金属表面形成的膜； 反应膜是由润滑剂中的元素与金属起化学反应形成的薄膜。 在润滑剂中加入适量的油性添加剂或极压添加剂，都能提高边界膜强度。 4-5 零件的磨损过程大致可分为哪几个阶段？每个阶段的特征是什么？ 零件的磨损过程大致分为: 三个阶段，即磨合阶段、稳定磨损阶段以及剧烈磨 损阶段。 磨合阶段使接触轮廓峰压碎或塑性变形，形成稳定的最佳粗糙面。 磨合是磨损的 不稳定阶段，在零件的整个工作时间内所占比率很小。稳定磨损阶段磨损缓慢， 这一阶段的长短代表了零件使用寿命的长短。 剧烈磨损阶段零件的运动副问隙增 大，动载荷增大，噪声和振动增大，需更换零件。 4-8 粘度的表示方法通常有哪几种类型？各种粘度的单位和换算关系是什么？ （4-4） ? ? （4-5） 当 1.35? 3.2时 ?= 8.0? ?.? ? 当3.2? 16.2时 ?= 7.6? ?.? ? 当?16.2时 ?= 7.41? 4-11 流体动力润滑和流体静力润滑的油膜形成原理有什么不同？流体静力润滑 的主要优点是什么？ 流体动力润滑是利用摩擦面间的相对运动而自动形成承载油膜的润滑。 流体静力润滑是从外部将加压的油送入摩擦面间，强迫形成承载油膜的润滑。 流体静力润滑的承载能力不依赖于流体粘度，故能用低粘度的润滑油， 使摩擦副 既有高的承载能力，又有低的摩擦力矩。 流体静力润滑能在各种转速情况下建立 稳定的承载油膜。 第五章 5-1 普通螺纹的公称直径指的是螺纹的 大径 ，计算螺纹的摩擦力矩时使用的 是螺纹的 中径 ，计算螺纹危险截面时使用的是螺纹的 小径 。 5-2 螺纹升角增大，则连接的自锁性 降低 ，传动的效率 提高 ；牙型角 增大，则连接的自锁性 提高 ，传动的效率 降低 。 5-3 在铰制孔用螺栓连接中，螺栓杆与孔的配合为 过渡配合 。 5-4 在螺栓连接的破坏形式中，约有 90 %的螺栓属于疲劳破坏，疲劳断裂常发 生在 螺纹根部 。 5-5 在承受横向载荷或旋转力矩的普通紧螺栓组连接中， 螺栓杆 受扭转切应力 和拉应力 作用。 5-7 常用螺纹有哪几种类型？各用与什么场合？对连接螺纹和传动螺纹的要求 有何不同？ 常见的螺纹有普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹等。前两种 螺纹主要用于连接，后三种螺纹主要用于传动。 5-9 连接螺纹都具有良好的自锁性， 为什么有时还需要防松装置？试各举两个机 械防松和摩 擦防松的例子。 在冲击、振动或变载荷的作用下，螺旋副间的摩擦力可能减小或瞬间消失，这种 现象多次重复后，就会使连接松脱，在高温或温度变化较大的情况下，于螺纹联 接件和被联接件 的材料发生蠕变或应力松弛，也会使联接中的预紧力和摩擦力 逐渐减小，最终导致联接失效。 因此螺纹联接需要防松。 例如，开口销与六角开槽螺母、止动垫圈为机械防松； 顶螺母、弹簧垫圈为摩擦防松。 5-10 普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接的主要失效形式是什么？计算准则是什 么？ 普通螺栓连接的主要失效形式是螺栓杆螺纹部分断裂， 设计准则是保证螺栓 的静力拉伸强度或疲劳拉伸强度。 铰制孔用螺栓连接的主要失效形式是螺栓杆和孔壁被压溃或螺栓杆被剪断， 设计准则是保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度。 5-18 滑动螺旋的主要失效形式是什么？其基本尺寸 （即螺杆直径及螺母高度） 通 常是根据什么条件确定的？ 滑动螺旋的主要失效形式是螺纹磨损， 滑动螺旋的基本尺寸为螺杆直径和螺母高 度，通常是根据耐磨性条件确定的。 5-21 如图所示，一牵引钩用 2 个 M12（d1=10.106mm）的普通螺栓固定于机体 上， 已知接合面间摩擦系数 f=0.2， 防滑系数 Ks=1.2， 螺栓材料强度级别为 6.8 级， 安全系数为 s=3，试计算该螺栓组连接允许的最大牵引力 F。 第六章 6-1 设计键连接，键的截面尺寸通常根据 (4) 轴的直径 按标准选择。 （1）所传递转矩的大小 （2）所传递功率的大小 （3）轮毂的长度 （4）轴的直径 6-2 普通平键连接的主要失效形式是 接合面的挤压破坏 ，导向平键连接的主 要失效形式 是 结合面的过度破损 。 6-3 与平键连接相比， 楔键连接的主要缺点是 (4) 轴和轴上零件对中性差 。 （1）键的斜面加工困难 （2）键安装时易损坏 （3）键楔紧后在轮毂中产生初应力 （4）轴和轴上零件对中性差 6-4 矩形花键连接采用 小径 定心；渐开线花键连接采用 齿形 定心。 6-8 试述键在轴上位置布置的原因：采用两个平键（双键连接）时，通常在轴的 圆周上相隔 180位置布置；采用两个楔键时，常相隔 90120；而采用两个 半圆键时，则布置在轴的同一母线上。 6-10 在材料和载荷性质相同的情况下，动连接的许用压力比静连接的许用挤压 应力小，试说明其原因。 因为动连接的失效形式为过渡磨损，而磨损的速度快慢主要与压力有关。压 力的大小首先应满足静强度条件，即小于许用挤压应力，然后，为了使动连接具 有一定的使用寿命，特意将许用压力值定得较低。 如果动连接的相对滑动表面经 过淬火处理，其耐磨性得到很大的提高，相应地提高其许用压力值。 6-13 销有哪几种类型？各用于何种场合？销连接有哪些失效形式？ 定位销：用于固定零件的相互位置，是组合加工和装配时的重要辅助零件。 联接销：传递不大的载荷。失效形式为剪断和压溃。 安全销：作安全装置中的过载剪断元件。 销连接的失效形式为销和孔壁的挤压破坏以及销的剪断。 第八章 8-1 带传动正常工作时， 紧边拉力 F1和松边拉力 F2满足关系 F1 - F2 = Fe 。 8-2 V 带传动的中心距与小带轮的直径一定时，若增大传动比，则带在小带 轮上的包角将 减小 ，带在大带轮上的弯曲应力将 减小 。 8-3 V 带传动在工作过程中，带内应力有 拉应力 、离心拉应力 、弯曲应 力 ，最大应力 max=1+b1+c ，发生在 带的紧边开始绕上小带轮处。 8-4 带传动中，主动轮圆周速度 v1，从动轮圆周速度 v2，带速 v，它们之 间存在的关系是 V1VV2。 8-5 在平带或 V 带传动中，影响临界有效拉力 Fec 的因素是 预紧力 F0 、 包角和摩擦系数 f 。 8-6 摩擦型带传动常用的类型有哪几种？各应用在什么场合？ 摩擦型带传动可分为平带传动，圆带传动，V 带传动和多锲带传动。 平带传动应用在传动中心距较大的情况下； 圆带传动多用于小功率情况； V 带传动适用于需要较大传递功率的场合； 多锲带传动用于传递功率较大同时要求结构紧凑的场合。 8-8 同步带传动的原理是什么？它有和独特的优点？ 8-13 带传动中的弹性滑动是如何发生的？打滑又是如何发生的？两者有何区别？ 对带传动 各产生什么影响？打滑首先发生在哪个带轮上？为什么？ 在带传动中，带的弹性滑动是因为带的弹性变形以及传动动力时松、紧边的拉力 差造成的，是带在轮上的局部滑动，弹性滑动是带传动所共固有的，是不可避免 的。弹性滑动是带传动的传动比增大。 当带传动的负载过大，超过带与轮间的最大摩擦力时，将发生打滑，打滑时带在 轮上 全面滑动，打滑时带传动的一种失效形式，是可以避免的。打滑首先发生 在小带轮上， 因为 小带轮上带的包角小， 带与轮间所能产生的最大摩擦力较小。 8-17 在多根 V 带传动中，当一根带疲劳断裂时，应如何更换？为什么？ 第九章 9-1 与齿轮传动相比较， 链传动的主要特点之一是 （3） 安装精度要求较低 。 （1）适合于高速 （2）制造成本高 （3）安装精度要求较低 （4）有过载保护 9-2 滚子链是由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板所组成，其 内链板与套筒 之间、 外链板与销轴 之间分别为过盈配合，而 滚子与套筒 之间、 套筒与销 轴 之间分别为间隙配合。 9-3 链条的磨损主要发生在 销轴与套筒 的接触面上。 9-4 在链传动中，链轮的转速 越高 ，节距 越大 ，齿数 越少 ，则传动的 动载荷越大。 9-5 链传动的主要失效形式有 链条疲劳破坏、链条铰链的磨损、链条铰链的 胶合、链条静力破坏 四种，在润滑良好、中等速度的链传动中，其承载能力主 要取决于 链条的疲劳强度 。 9-6 与带传动相比，链传动的有何优缺点？ 优点：与摩擦型的带传动相比，链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因而能 保持准确的 平均传动比，传动效率较高；又因链条不需要想带那样张得很紧， 所以作用于轴上的径向压 力较小；链条多采用金属材料制造，在同样的使用条 件下，链传动的整体尺寸较小，结构较 为紧凑；同时，链传动能在高温和潮湿 的环境中工作； 与齿轮传动相比，链传动的制造与安装精度要求较低，成本也低。在远距离 传动时，其 结构比齿轮传动轻便得多。 缺点：只能实现平行轴间链轮的同向传动， 运转时不能保持恒定的瞬时传动 比，磨损后易发生跳齿，工作时有噪声，不宜用在载荷变化很大、高速和急速反 向的传动中。 9-11 为什么链传动的平均传动比是常数，而在一般情况下瞬时传动比不是常 数？ 9-13 若只考虑链条铰链的磨损，脱链通常发生在哪个链轮上？为什么？ 9-14 为什么小链轮齿数不宜过多或过少？ 小链轮的齿数 Z1过少，运动不均匀性和动载荷增大，在转速和功率给定的 情况下，Z1过小使得链条上的有效圆周力增大，加速了链条和小链轮的磨损。 小链轮的齿数 Z1过大将使得大链轮齿数 Z2过大，既增大了链传动的结构尺 寸和重量， 又造成链条在大链轮上易于跳齿和脱链，降低了链条的使用寿命。 第十章 10-1 在齿轮传动的设计计算中，对下列参数和尺寸应标准化的有 斜齿轮的法 面模数 mn、分度圆压力角 ；应圆整的有 斜齿轮中心距 a、齿宽 B ；没有 标准化也不应圆整的有 斜齿轮的端面模数 mt、直齿轮中心距 a 、齿厚 s 、螺 旋角 、锥距 R 、齿顶圆直径 da 。 10-2 材料为 20Cr 的硬齿面齿轮，适宜的热处理方法是 渗碳淬火 。 10-3 将材料为 45 钢的齿轮毛坯加工成为 6 级精度的硬齿面直齿圆柱外齿轮， 该齿轮制造工 艺顺序应是 （1）滚齿、表面淬火、磨齿 。 （1）滚齿、表面淬火、磨齿 （2）滚齿、磨齿、表面淬火 （3）表面淬火、滚齿、磨齿 （4）滚齿、调质、磨齿 10-4 在齿轮传动中， 仅将齿轮分度圆的压力角增大， 则齿面接触应力将 减小 。 10-5 在齿轮传动中，将齿轮进行齿顶修缘的目的是 为了减小动载荷 ，将轮齿 加工成鼓形 齿的目的是 为了改善载荷沿齿向的分布不均 。 10-6 影响齿轮传动动载系数 Kv大小的两个主要因素是 齿轮的圆周速度大小和 精度高低 。 10-7 一对正确啮合的标准渐开线齿轮作减速传动时，如两轮的材料、热处理及 齿面硬度均 相同，则齿根弯曲应力 F1F2 。 10-8 一对钢制齿轮与一对载荷、尺寸参数都完全相同的铸铁齿轮相比具有较大 的齿面接触 应力，这是由于钢材具有 （2）较大的弹性模量 。 （1）较高的许用接触应力 （2）较大的弹性模量 （3）较大的塑性 10-9 齿轮的弯曲疲劳强度极限F lim 和接触疲劳强度极限H lim 是经持久疲劳试验并 按失效概率为 1% 来确定的，实验齿轮的弯曲应力循环特性为 脉动 循环。 10-11 在不改变齿轮的材料和尺寸的情况下，如何提高轮齿的抗折断能力？ 减小齿根处的应力集中； 增大轴和轴承处的支承刚度； 采用合适的热处理方 法，使齿面具有足够硬度，而齿芯具有足够的韧性；对齿根表面进行喷丸、滚压 等强化处理。 10-12 为什么齿面点蚀一般首先发生在靠近节线的齿根面上？在开式齿轮传动 中，为什么一般不出现点蚀破坏？如何提高齿面抗点蚀的能力？ 在节线附近通常为单对齿啮合， 齿面的接触应力大； 在节线附近齿面相对滑 动速度小，不易形成承载油膜，润滑条件差，因此易出现点蚀。 在开式齿轮传动中，由于齿面磨损较快，在点蚀发生之前，表层材料已被磨 去，因此，很少在开式齿轮传动中发现点蚀。 10-14 闭式齿轮传动与开式齿轮传动的失效形式和设计准则有何不同？为什 么？ 闭式齿轮传动的主要失效形式为 轮齿折断、 点蚀和胶合 。设计准则为保证 齿面接触疲 劳强度和保证齿根弯曲疲劳强度。采用合适的润滑方式和采用抗胶 合能力强的润滑油来考虑 胶合的影响。 开式齿轮传动的主要失效形式为齿面磨损和轮齿折断， 设计准则为保证齿根 弯曲疲劳强 度。采用适当增大齿轮的模数来考虑齿面磨损对轮齿抗弯能力的影 响。 第十一章 11-1 在蜗杆传动中，蜗杆头数越少，则传动效率越 低 ，自锁性越 好 。一 般蜗杆头数 常取 1、2、4、6 。 11-3 对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是为了防止温升过高导致 （4）润滑条件恶化 。 （1）材料的机械性能下降 （2）润滑油变质 （3）蜗杆热变形过大 （4）润滑条件恶化 11-4 蜗杆传动的当量摩擦系数 fV 随齿面相对滑动速度增大而 减小 。 11-5 蜗杆传动的相对滑动速度 vS 5m/s 时采用 油池 润滑；vS 10m/s 时应采用 喷油润滑 11-6 蜗杆传动与齿轮传动相比有何特点？常用于什么场合？ 1、传动比大，结构紧凑； 2、传动平稳，噪声低； 3、当V 时，具有自锁性； 4、齿面滑动速度大，效率低。 适用于大传动比的运动传递，而在动力运输中的应用受到限制。 11-10 在普通圆柱蜗杆传动中，为什么将蜗杆的分度圆直径规定为标准值？ 蜗轮滚刀与对应的蜗杆具有相同的分度圆直径， 因此，只要有一种分度圆直 径的蜗杆，为了加工与之相啮合的蜗轮，就得有一种对应的蜗轮滚刀。为了限制 蜗轮滚刀的数目，以及便于蜗轮滚刀的标准化，故将蜗杆的分度圆直径标准化， 并与标准模数对应。 11-15 图示蜗杆传动均是以蜗杆为主动件。 试在图上标出蜗轮 （或蜗杆） 的转向， 蜗轮齿的 螺旋线方向，蜗杆、蜗轮所受力的方向。 （作图题） 11-16 蜗杆传动中为何常以蜗杆为主动件？蜗轮能否作为主动件？为什么？ 在机械系统中，原动机的转速通常比较高，因此，齿轮传动和蜗杆传动通常 用于减速传 动，故常以蜗杆为主动件。在蜗杆传动中，蜗杆头数少时通常反行 程具有自锁性，这时蜗杆 不能作为主动件；当蜗杆头数多时，效率提高，反行 程传动不自锁，蜗轮可以作为主动件，但这种增速传动与齿轮传动相比，齿面相 对滑动速度大，对材料要求高，易发生磨损和胶合破坏，因此很少应用。 第十二章 12-1 宽径比 B/d 是这设计滑动轴承时首先要确定的重要参数之一，通常取 B/d = 0.31.5 。 12-2 巴氏合金通常用于做滑动轴承的 （2）轴承衬 。 （1）轴套 （2）轴承衬 （3）含油轴瓦 （4）轴承座 12-3 在不完全液体润滑滑动轴承设计中，限制 p 值的主要目的是 防止轴承过度磨损 ； 限制 pv 值得主要目的是 防止轴承胶合破坏 。 12-4 向心滑动轴承的偏心距 e 随着载荷增大而 增大 ，随着转速增高而 减小 。 12-5 （2）对轴承材料要求高 不是静压滑动轴承的特点。 （1）启动力矩小 （2）对轴承材料要求高 （3）供油系统复杂 （4）高、低速运转性能均好 12-9 一般轴承的宽径比在什么范围内？为什么宽径比不宜过大或过小？ 一般轴承的宽径比 B/d 在 0.31.5 范围内。若宽径比过大，则润滑油不易 从轴承中泄出，造成轴颈与轴承间的油温升高，油的粘度下降，使得轴承的承载 能力下降。若宽径比过 小，则润滑油从轴承侧面的泄出量大，轴承的承载能力 过低。 12-13 对滑动轴承材料的性能有哪几方面的要求？ （1）良好的减磨性、耐磨性和抗咬粘性； （2）良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性； （3）足够的强度和抗腐蚀能力； （4）良好的导热性、工艺性和经济性等 12-19 试说明流体动压油膜形成的必要条件。 形成动压油膜的必要条件是: 1、相对滑动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙; 2、被油膜分开的两表而必须有足够的相对滑动速度; 3、润滑油必须有一定的粘度，供油要充分。 12-22 流体动力润滑轴承承载能力验算合格的基本依据是什么？ 第十三章 13-1 说明下列型号滚动轴承的类型、内径、公差等级、尺寸系列和结构特点： 6303、51 316、N316/P6、30306、6306/P5、30206。并指出其中具有下列特征的 轴承： （1）径向承载能力最高和最低的轴承分别是 N316/P5 和 51316 ； （2）轴向承载能力最高和最低的轴承分别是 51316 和 N316/P6 ； （3）极限转速最高和最低的轴承分别是 6306/P5 和 51316 ； （4）公差等级最高的轴承是 6306/P5 ； （5）承受轴向径向联合载荷的能力最高的轴承是 30306 。 13-2 若一滚动轴承的基本额定寿命为 537000 转，则该轴承所受的当量动载荷 大于 基本额定动载荷。 13-5 采用滚动轴承轴向预紧措施的主要目的是 （1）提高轴承的旋转精度 。 （1）提高轴承的旋转精度 （2）提高轴承的承载能力 （3）降低轴承的运转噪声 （4）提 高轴承的使用寿命 13-6 各类滚动轴承的润滑方式， 通常可根据轴承的 （4） 内径与转速的乘积 dn 。 （1）转速 n （2）当量动载荷 P （3）轴颈圆周速度 v （4）内径与转速的乘积 dn 13-16 滚动轴承支承的轴系，其轴向固定的典型结构形式有三类： （1）两支点各 单向固定； （2）一支点双向固定； （3）两支点游动。试问这三种类型各使用于 什么场合？ 两支点各单向固定的支承方式用于工作温度变化较小且支承跨度不大的短 轴； 一支点双向固定，另一支点游动的支承方式用于支承跨度较大或工作温度较 大的轴；两支点游动的支承方式用于人字齿轮传动的游动齿轮轴。 第十四章 14-2 滚子链联轴器因链条的套筒与其相配件间存在间隙， 不宜用于 逆向传动、 起动频繁或立轴传动等场合。 14-3 弹性联轴器的弹性元件有定刚度与变刚度之分，非金属材料的弹性元件是 变刚度 ， 其刚度多随载荷增大而 增大 。 14-4 多盘摩