机械设计第八版习题.doc

三、问答题1.对于做双向传动的齿轮来说，它的齿面接触应力和齿根弯曲应力各属于什么循环特性？在做强度计算时应怎样考虑？答：齿面接触应力是脉动循环，齿根弯曲应力是对称循环，在做弯曲强度计算时，应将图中查出的极限应力值乘以0.72.齿轮的精度等级与齿轮的选材及热处理方法有什么关系？答：一般齿轮材料主要选用锻钢（碳钢或合金钢），对于精度要求较低的齿轮，将齿轮毛坯经正火或调质处理后切齿即成，这时精度可达8级，精切合金钢主要是渗碳淬火，最后进行滚齿等精加工，其精度可达7,6级甚或5级，对于尺寸较大的齿轮，可适用铸钢或球墨铸铁，正火后切齿也可达8级精度； 3.提高齿轮的抗弯疲劳强度和齿面抗点蚀能力有哪些可能的措施？答：提高齿轮抗弯疲劳强度的措施有：增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，可降低齿根应力集中；增大轴和支承的刚度，可减小齿面局部受载；采取合适的热处理方法使齿根部具有足够的韧性；在齿根部进行喷丸、液压等表面强度，降低齿轮表面粗糙度，齿轮采用正变位等。提高齿面抗点蚀能力的措施有：提高齿面硬度；降低表面粗糙度；增大润滑油粘度；提高加工精度以减小动载荷；在许可范围内采用较大变位系数正传动，可增大齿轮传动的综合曲率半径。4.若轴的强度或刚度不足时，可分别采取哪些措施？答：轴的强度不足时，可采取增大轴的直径；改变轴的材料类型；增大过渡圆角半径；对角半径；对轴的表面进行热处理和表面硬化加工处理。提高表面加工质量；用卸载槽等方法降低过盈配合处的应力集中程度。5.在进行轴的疲劳强度计算时，如果同一截面上有几个应力集中源，应该如何取定应力集中系数？答：应去同截面上几个应力集中源中有效应力集中系数中的最大值为该剖面的有效应力集中系数。6.为什么要进行轴的静强度校核计算？校核计算时为什么不考虑应力集中等因素的影响？答：静强度校核的目的在于评定轴抵抗塑性变形的能力，这时那些瞬时载荷很大，或应力循环的不对称性较为严重的轴是很必要的，校核计算时不考虑应力集中等因素的影响，因为应力集中不影响静应力的大小，只影响到应力副的值。7、对闭式蜗杆传动要进行热平衡计算，为什么？答：蜗杆传动效率低,发热量大,若温升过高,会产生急剧磨损或胶合8、何谓带传动的弹性滑动和打滑？二者的性质有何不同？答：带在紧边和松边时弹性伸长量不同,因此必然在包角范围内产生收缩或伸长,与带轮表面产生相对滑动。打滑是一种全面的相对滑动；弹性滑动是带传动固有特性；打滑是一种失效形式.9.带传动的弹性滑动与打滑有什么区别?答：弹性滑动是由于带本身是挠性件引起的，只要带工作就会存在弹性滑动，是不可避免的。打滑现象是由于过载引起的，在工作过程中是可以避免的。10同滚动轴承相比，液体摩擦滑动轴承有哪些特点？答： 1) 在高速重载下能正常工作，寿命长；2) 精度高；滚动轴承工作一段时间后，旋转精度3) 滑动轴承可以做成剖分式的 能满足特殊结构需要。如曲轴上的轴承；4) 液体摩擦轴承具有很好的缓冲和阻尼作用，可以吸收震动，缓和冲击。5) 滑动轴承的径向尺寸比滚动轴承的小。6) 起动摩擦阻力较大。11. 齿向载荷分布系数K的物理意义是什么？改善齿向载荷分布不均匀状况的措施有哪些？答：K的物理意义考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿应力的影响系数。措施：1) 齿轮的制造和安装精度2) 轴、轴承及机体的刚度3) 齿轮在轴上的布置合理选择4) 轮齿的宽度设计时合理选择5) 采用软齿面通过跑合使载荷均匀6) 硬齿面齿轮将齿端修薄、或做成鼓形齿7) 齿轮要布置在远离转矩输入端的位置。12. 试述齿轮传动的设计准则答：（1）软齿面闭式齿轮传动：通常先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。（2）硬齿面式齿轮传动：通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。（3）高速重载齿轮传动，还可能出现齿面胶合，故需校核齿面胶合强度。（4）开式齿轮传动：目前多是按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并考虑磨损的影响将模数适当增大（加大1015%）。13分别说明普通螺纹、梯形螺纹的特点和应用场合。答：普通螺纹自锁性能好，强度高（2分），主要用于连接（1分）。梯形螺纹效率比矩形螺纹略低，但牙根强度较高，易于对中，磨损后可以补偿（2分）；在螺旋传动中应用最普遍。（1分）14分别说明硬齿面闭式齿轮传动和闭式蜗杆传动的主要失效形式与设计准则。答：硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是齿根弯曲疲劳折断；其设计准则是按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度 。闭式蜗杆传动的主要失效形式是齿面胶合、点蚀和磨损；其设计准则是按齿面接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力，在选择许用应力时适当考虑胶合和磨损的影响，同时应进行热平衡计算。15什么是摩擦型带传动中的弹性滑动现象？可否避免？它对带传动有何影响？答：由带的弹性变形而引起带与带轮之间的相对滑动现象称为弹性滑动。弹性滑动是带传动中不可避免的现象。它会引起以下后果：从动轮的圆周速度总是落后于主动轮的圆周速度，并随载荷变化而变化，导致此传动的传动比不准确。损失一部分能量，降低了传动效率，会使带的温度升高，并引起传动带磨损。16.齿轮传动中的载荷系数K为四个系数的乘积，K=KAKVKK，分别说明KV和K的名称及引入该系数是为了考虑哪些方面的影响。答：动载系数；K考虑由于齿轮制造精度、运转速度等轮齿内部因素引起的附加动载荷影响系数。齿向载荷分布系数，K考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿应力的影响系数。13. 按照轴所受载荷类型的不同，轴分为那几种类型？并分别举例说明。答：（1）仅受弯矩M的轴心轴，只起支撑零件作用，如自行车前轴。（2）仅受转矩T的轴传动轴，只传递运动和转矩不起支撑作用，如汽车后轮传动轴。（3）既受弯矩又受转矩的轴转轴，既起支撑又起传运动和转矩作用，如减速器的输出轴。14给出滚动轴承的当量静载荷P0的定义。答：当量静载荷是一个假想载荷，其作用方向与基本额定静负荷相同，而在当量静载荷作用下，轴承的受载最大滚动体与滚道接触处的塑性变形总量与实际载荷作用下的塑性变形总量相同。15、螺纹联接的主要类型以及各自的使用场合答：（1）螺栓联接，适用于被联接件不太厚和两边都有足够装配空间的场合。（2）双头螺柱联接，适用于被联接件之一太厚，不便制成通孔。或材料比较软且需经常拆装的场合（3）螺钉联接，适用于被联接零件之一太厚而又不需要经常拆装的场合。（4）紧定螺钉联接。利用拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面或顶入该零件的凹坑中以固定两零件的相互位置，并可传递不大的载荷。16.螺纹联接的基本类型有哪些？各有什么特点及各用于什么场合？（8分）答：螺纹联接的基本类型有螺栓联接，双头螺柱联接，螺钉联接和紧定螺钉联接； 螺栓联接又分为普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接两种，普通螺栓联接结构特点是被联接件上的通孔和螺栓杆间留有间隙，故孔的加工精度要求低，结构简单，装拆方便，适用于被联接件不太厚和两边都有足够装配空间的场合；铰制孔用螺栓联接的孔和螺栓杆多采用基孔制过渡配合，故孔的加工精度要求高，适用于利用螺杆承受横向载荷或需精确固定被联接件相对位置的场合；双头螺柱联接，是将双头螺柱的一端旋紧在一被联接件的螺纹孔中，另一 端则穿过另一被联接件的孔，再放上垫圈，拧上螺母。双头螺柱联接适用于被联接零件之一太厚，不便制成通孔，或材料比较软且需经常拆装的场合；螺钉联接是将螺钉穿过一被联接件的孔，并旋人另一被联接件的螺纹孔中。螺钉联接适用于被联接零件之一太厚而又不需经常拆装的场合；紧定螺钉联接是利用拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面或顶入该零件的凹坑中，以固定两零件的相互位置，并可传递不大的载荷。13普通平键联接的类型有几种，轴端联接一般采用哪一种类型的平键？键的尺寸是如何选出的。试举一例。答：普通平键分为圆头(A型) 、平头(B型)和半圆头(C型)。轴端联接一般采用半圆头(C型)。键的尺寸是根据键联接的轴径和长度由标准中查得。如轴径为60时，轴长为60时，键的尺寸应为 b=18mm，h=11mm，L=50mm 标记为 键1650 GB10967914.螺纹联接为什么要防松？常用的防松方法有几种？答：联接螺纹都能满足自锁条件，且螺母和螺栓头部支承面处的摩擦也能起防松作用，故在静载荷下，螺纹联接不会自动松脱。但在冲击、振动或变载荷的作用下，或当温度变化很大时，螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬间消失，影响联接的安全性，甚至会引起严重事故。所以在重要场合，必须采取有效的防松措施。15.螺栓组结构设计中为避免螺栓承受偏心载荷，一般采用什么方法？答：常用的防松方法有摩擦防松、直接锁住和破坏螺纹副等三种。16.带传动中的弹性滑动和打滑有什么不同？可以避免吗？传动比不准确的原因是什么？可以解决吗？答：弹性滑动是带传动不可避免的物理现象，由弹性带引起的。打滑是由于过载引起的，可以避免。传动比不准确的原因是由于带有弹性滑动，如改变带的材质可以解决。28螺栓组结构设计中应注意什么？答：为了装拆的方便，应留有装拆紧固件的空间。如螺栓与箱体、螺栓与螺栓的扳手活动空间，紧固件装拆时的活动空间等。为了联接可靠，避免产生附加载荷，螺栓头、螺母与被联接件的接触表面均应平整，并保证螺栓轴线与接触面垂直。在铸、锻件等粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座，当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈等。在联接的结合面上，合理地布置螺栓及螺栓数，以使接合面受力均匀且便于加工。 为了便于制造和装配，同一组螺栓不论 其受力大小，应采用同样材料和尺寸17为什么斜齿轮的承载能力比直齿轮的高？螺旋角的取值范围通常是多少？为什么？斜齿轮的啮合接触线比直齿轮长，重合度直齿轮，所以承载能力比直齿轮高。螺旋角的取值范围通常是820，螺旋角越小，则对传动平稳性的改善就越小，斜齿轮的优点就越不明显。螺旋角越大，产生的轴向力越大，从而使轴承及传动装置的尺寸也相应增大，故一般螺旋角应在820范围内。1、 试分析影响带传动所能传递最大有效圆周力Fmax 的主要因素。；与初拉力、包角和摩擦系数有关。大、大、大，则产生的摩擦力大，传递的最大有效圆周力也大。2、试说明齿形系数与齿轮的哪些参数有关，对齿根弯曲应力有何影响？答：齿形系数反映了轮齿几何形状对齿根弯曲应力的影响，凡是影响齿廓形状的参数如齿数、变位系数和分度圆压力角都影响。如果齿数增大、变位系数和分度圆压力角增大，均可以使齿根增厚，齿形系数减小，减小。 3、为提高轮齿的抗折断能力，可采取哪些措施？可适当增大齿根圆角半径以减小应力集中；合理提高齿轮的制造精度和安装精度；正确选择材料和热处理方式；以及对齿根部位进行喷丸、輾压等强化处理。4、螺纹联接防松的实质是什么？按工作原理分，防松的方法有哪几类？答：防松的实质是防止螺纹副间的相对转动。防松的方法有摩擦防松、机械防松、永久防松。5、什么是滚动轴承的基本额定动负荷？其方向是如何确定的？答：轴承工作温度在100C以下，基本额定寿命L=1x10.6r时，轴承所能承受的最大载荷，称为基本额定动负荷。对于向心轴承，其方向为径向载荷；对于推力轴承，其方向为轴向载荷；对于角接触轴承，其方向为载荷的径向分量。6、简述非液体摩擦径向滑动轴承校核计算的主要内容？答：（1）验算压强：滑动轴承压强p许用压强p；验算pv值：pvpv; 验算轴径圆周速度v：vv。18为什么两端固定式轴向固定适用于工作温度不高的短轴，而一端固定一端游动式则适用于工作温度高的长轴？答：工作温度不高短轴，由于受热后伸长量不大，采用两端固定式不会引起轴的变形。工作温度高的长轴则适用于采用一端固定一端游动式，以保证轴有足够的伸长空间。19齿轮的失效形式主要有那几种?答：轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合以及塑性变形等。20、带传动张紧的目的？常用的张紧形式有哪几种？答：（1）v带工作一段时间后，就会由于塑性变形而松弛，有效拉力降低，为了保证带传动的正常工作，应定期张紧。（2）滑道式定期张紧、摆架式定期张紧、利用自身重量的自动张紧、调位式内张紧轮张紧等。21一对直齿圆柱齿轮传动，在传动比i、中心距a及其它条件都不变的情况下，若减小模数m并相应地增加齿数z1和z2，试问这对弯曲疲劳强度和接触疲劳强度各有什么影响？ 在闭式传动中，若强度条件允许，这种减小模数增加齿数的设计方案有什么好处？ 答：（1）一对直齿圆柱齿轮传动，在传动比，中心距及其它条件不变的情况下，若减小模数并相应地增加齿数时，会使弯曲强度下降，对接触疲劳强度无影响。（2）在闭式传动中，若弯曲强度条件允许，减小模数，增加齿数，可以使重合度增加，传动的平稳性增加，模数齿顶圆直径也小，既可节省材料，又减少了切齿的工作量。22试标出图中两种传动形式的蜗杆、蜗轮和齿轮和转动方向，哪种传动形式比较合理？为什么？ 答：（1）第一种（左）形式较合理2） 由于蜗杆传动的啮合效率是随着滑动速度vs的增加而增大，为了提高蜗杆传动的效率，应尽可能增大vs，即增大蜗杆的转速n1，所以蜗杆传动应尽可能布置在高速级。30试分析参数dd1、a1、v、i、a对V带传动有何影响？如何选取？答：dd1不宜过小，否则会使带的包角减小，同时增加带的弯曲应力，应不小于表标准中的最小直径，并符合带轮直径系列。a1小，有效拉力小，降低带传动的工作能力。包角a1越大，有效拉力越大应使包角120速度过大，则会因离心力过大而降低带和带轮间的正压力，从而降低摩擦力和传动的工作能力，同时离心力过大又降低了带的疲劳强度。带速v也不能过小（一般不应小于5 m/s）。带速太小说明所选的ddl太小，这将使所需的圆周力过大，从而使所需的胶带根数过多。中心距小虽能使传动紧凑，但带长太小，单位时间内胶带绕过带轮次数增多，即带的应力循环次数增加，将降低带的寿命。此外，中心距小又减小了包角1，降低了摩擦力和传动能力。中心距过大时除有相反的利弊外，高速时还易引起带的颤动。故应合理选择。试分析参数dd1、a1、v、i、a对V带传动有何影响？如何选取？27. 怎样计算直齿圆柱齿传动的圆周力、径向力？答：Ft1=2T1/d1 Fr1=Ft1tg20025. 两轴相互平行的情况下采用什么类型的齿轮传动并叙述其优点。答：直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮（传动平稳、承载大）26. 在机械传动系统中，为什么经常将带传动布置在高速级？带传动正常运行的条件是什么？答：因为带传动具有缓冲吸振，传动平稳，噪声小的特点。正常运行的条件是带和带轮间不发生打滑，带在一定限度内不发生疲劳损坏。29自行车的前轴、中轴、后轴各是心轴还是转轴？答：前轴、后轴只承受弯矩，不传递转矩，故为心轴，中轴承受弯矩和转矩，故为转轴。 31为了修配一对齿轮查阅了原设计资料，知大小齿轮均使用45钢正火。试指出设计的不妥之处和轮齿的失效形式，并提出改进的措施。答：小齿轮应采取调质，大齿轮采用正火，轮齿的失效形式为齿面疲劳点蚀。小齿轮的硬度应比大齿轮的硬度值应高出3050HBS。32模数大、弯曲强度也大，那么一对齿轮传动的齿面接触强度必为相等，故弯曲强度也应相同，对吗？答：不对。两轮的弯曲强度不相等，因弯曲强度与齿数有关33有两对直圆柱齿轮传动，其中一对齿轮的m=2mm，z1=50，z2=200，b=75mm，另一对齿轮的m=4mm，z1=25，z2=100，b=75mm，当载荷及其它条件均相同时，试问：1）两对齿轮的接触疲劳强度是否相同？为什么？2）两对齿轮的弯曲疲劳强度是否相同？为什么？答：1）相同。接触应力为一对作用力与反作用力。2）弯曲疲劳强度不相同，因弯曲强度与齿数有关。34制造轴的材料有几种？若轴的刚度不够，是否可采用高强度合金钢提高轴的刚度？为什么？答：轴的材料主要有碳素钢和合金钢。若轴的刚度不够，不应采用高强度合金钢来提高轴的刚度。因合金钢在常温下的弹性模量与普通碳素钢基本相同。35带速越高，带的离心力越大，不利于传动，但在多级传动中，常将带传动放在高速级，这是为什么？答：带传动放在高速级可使传动紧凑，同时有过载保护作用36若普通V带传动的结构尺寸（a、dd1、dd2、）型号及带根数Z一定时，其所能传递的功率是否完全确定？答：不能，还与带传动的工作性质及原动机，工作机的类型有关。323. 什么叫标准齿轮？答：压力角200模数为标准值，分度圆齿厚等于齿槽宽的齿轮24. 为什么要限制齿轮的最少齿数？答：范成法加工齿轮齿数低于17发生根切7一对传动齿轮中两齿轮轮齿面上的接触应力是否相同？弯曲应力是否相同？答：不同，弯曲应力还与齿轮的齿数有关38软齿面齿轮为何应使小齿轮的硬度比大齿轮高（2050）HBS？答：为使两齿轮的寿命接近，通常使小齿轮的硬度比大齿轮高（2050）HBS39在轴的弯扭组合强度校核中，a表示什么？为什么要引入a ？答：在轴的弯扭组合强度校核中，a为根据转矩性质而定的折合系数，大多数转轴的弯曲应力为对称循环变化的，而有时扭转切应力随所受转矩性质不同常常并非是对称循环变化的应力（如频繁地起动、停车时应力为脉动循环变化）。故引入a后，可采用同一计算式计算，又比较符合实际情况。二.填空题1.螺纹联接是指：利用螺纹零件把需要固定在一起的零件固连起来。螺旋传动是指利用螺纹零件实现回转运动转换成直线运动2.螺纹的公称直径是指它的外径，螺纹“M12X1.5”的含义为细牙螺纹外径12mm，螺距1.5。3某调整螺纹，用双头粗牙螺纹，螺距为3mm，为使螺母相对螺杆沿轴向移动12mm， 则螺杆应转_2_圈。4.国标规定，三角带有Y Z A B C D E七种类型，代号B2240表示：B型基准长度2240mm。5.齿轮传动的标准安装是指：分度圆与节圆重合6.滚动轴承代号“6215”的含义是深沟球轴承 直径系列2 内径75mm。7.额定动载荷是指额定寿命106寿转，L=1(106转)时轴承所能承受的最大载荷8.转轴是指既承受弯矩也承受扭矩，传动轴是指只承受扭矩9.一个阶梯轴由轴头 轴颈 轴身三部分组成。10.螺纹联接是一种可拆联接11.普通螺纹联接中的松螺纹和紧螺纹联接的主要区别是：松螺纹联接的螺纹部分不承受扭转的作用12.三角带传动和平型带传动相比较，其主要优点是传动效率高。13.标准三角带型号的选定，取决于传递的功率14.工作条件与型号一定的三角带，其寿命随小带轮直径的增大而增大25.带传动的中心距与小带轮的直径一致时，若增大传动比，则小带轮上的包角减小26.在具体设计三角带传动时，a：确定带轮直径D1，D2，b：选用带的型号，c：确定带的长度L，d：确定带的根数Z，e：选定初步中心距a0，f：计算实际中心距a，g： 计算作用在轴上的压力F。以上各项目进行的顺序为b-a-e-c-f-d-g _。17由于带传动存在弹性滑动，所以不能保证恒定的传动比， 。18在一定的条件下，f为一定值时，要增加带传动的传动能力，就应增加初拉力和小带轮包角；19齿数愈少，齿根厚度就愈小；轮齿的弯曲应力就愈小；因此，齿形系数Yf就愈大 。20蜗杆传动的失效形式主要有摩损和胶合。21根据受载荷的不同，轴分为心轴，传动轴，转轴。 心轴主要承受弯矩；转轴主要承受扭矩；传动轴既承受弯矩，也承受扭矩。22根据磨擦状态分，滑动轴承的磨擦状态一般分为滚动摩擦，滑动摩擦两类。按承受载荷的方向不同，将滑动轴承分为向心轴承，推力轴承。23滚动轴承的典型结构由外圈，内圈，滚动体，保持架等四部分组成。24联轴器根据内部是否有弹性零件，分为弹联轴器，刚性联轴器；25理想的齿轮材料性能应是齿面硬；齿芯韧。26选择润滑油粘度的一般原则是：重载低速，应选粘度高的油；高速应选粘度低的油；工作温度低应选粘度低的油。27螺纹联接的基本类型有螺栓联接，双头螺柱联接，螺钉联接，紧定螺钉联接；28传动带工作时受有三种应力，它们是：由初拉力引起的拉应力；由离心力引起的离心应力应力以及由于弯曲引起的弯曲应力应力。29在其他条件不变的情况下，载荷增加一倍时，轴承的寿命将减为原来的12.5%。30当n10r/min时，滚动轴承的主要失效是疲劳点蚀;此时应按寿命计算;确定轴承型号。31选择润滑油的一般原则是：轴承的载荷大，轴颈的圆周速度低和工作温度高时，应选用粘度高的润滑油；反之，则应选用粘度低的润滑油。32、滚动轴承的内圈与轴颈的配合采用基孔制，滚动轴承的外圈与轴承座的配合采用基轴制。33、蜗杆传动的常见的失效形式有胶合、疲劳点蚀、磨损34、联轴器分为刚性联轴器和挠性联轴器35、V带在运转过程中，最大应力发生在带绕入主动小带轮处36、零件在轴上的固定形式包括轴向固定和周向固定37. 螺纹联接防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转动38. 蜗杆传动，为了提高传动效率，在一定限度内可采用较大的蜗杆分度圆上螺旋升角计算题1设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，试问：（1）低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反？（2）低速级螺旋角b应取何值才能使中间轴的轴向力互相抵消？答：Fa= FX +S=6875N ，Fa= S=1875N2图示为一齿轮轴，其上装有一对型号为7208E的轴承。已知Fx=5000N，Fr=8000N，Fr=