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机械设计基础 填空部分复习题 第一章第一章 运动简图运动简图 1 两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接称为运动副运动副 按照其接触特性 又可将它分为 低副低副 和 高副高副 两构件通过面接触组成的运动副称为 低副低副 平面机构中又可将其分为 回转副回转副 和 移动副移动副 两构件通过点或直线接触组成的运动副称为 高副高副 2 平面机构具有确定运动的条件是 自由度自由度 等于原动件个数原动件个数 且 自由度 自由度 0 3 机械零件由于某种原因 不能 正常工作正常工作 时 称为失效 机械零件在 不发生失效不发生失效 的条件下 零件能安 全工作的限度 称为工作能力 4 随时间时间变化的应力称为变应力 具有周期性变化的变应力称为循环变应力循环变应力 按照随时间变化的情况 应 力可分为 静应力静应力 和变应力变应力 变应力可归纳为 对称循环对称循环变应力 非对称循环非对称循环变应力和脉动循环脉动循环变应力 三种基本类型 变应力的五个基本参数是 maxmax minmin m m a a r r 应力循环中的 最小应力最小应力 与 最大应力最大应力 之比 可用来表示变应力中应力变化的情况 通常称为变应力的循环特性r 当r 1 表示为 静静 应力 r 0 表示为 脉动脉动 应力 它的 min 0 m a max 2 当r 1 表示为对称对称 应力 它的 max a a m 0 非对称循环变应力的r变化范围为 1 0 和0 1之间 5 在变应力中 表示 应力应力 与 应力循环次数应力循环次数 之间的关系曲线称为材料的疲劳曲线 在变应力作用下 零 件的主要失效形式是 疲劳破坏疲劳破坏 在静应力下 塑性材料的零件按不发生 塑性变形塑性变形 条件进行强度计算 故应取材料的 屈服极限屈服极限 作为极限应力 而脆性材料的零件按不发生 断裂断裂 的条件进行计算 故应取材 料的 强度极限强度极限 作为极限应力 变应力下 零件的许用极限应力与零件材料的疲劳极限有关 同时还应 考虑 应力集中应力集中 系数 尺寸尺寸 系数和 表面状态表面状态 系数 6 一非对称循环变应力 其 max 100N mm2 min 50N mm2 计算其应力幅 a 75 N mm2 平均应力 m 25 N mm2 循环特性r 0 5 第二章第二章 连杆机构连杆机构 1 铰链四杆机构中的固定件称为机架机架 与其用回转回转 副直接相连接的构件称为 连架杆连架杆 不与固定件相连 接的构件称为 连杆连杆 按照 连架杆连架杆 是曲柄还是摇杆 可将铰链四杆机构分为三种基本型式曲柄摇杆曲柄摇杆 机构机构 双曲柄机构双曲柄机构 和 双摇杆机构双摇杆机构 2 机构压力角的定义是 作用到从动件上的 力 与该力作用点的 速度方向 所夹的锐角 平面机 构中 压力角 越小越小 则传动角 越大越大 机构的传动性能越好 导杆机构的传动角是900 压力角是00 其传力性能很好很好 曲柄摇杆机构中 当 摇杆摇杆 为主动件时 在曲柄曲柄 和 连杆连杆 共线时 会出 现死点现象 在平面四杆机构中 极位夹角越大 则行程速比系数就 越大越大 急回性能也 越明显越明显 若极位夹角为零 则其行程速比系数等于1 就意味着该机构的急回性能没有没有 在连杆机构设计中 习惯上用传动角来判断传力性能 在出现死点时 传动角等于 00 压力角等于 900 在机构设 计中 若要提高传动效率 须 增大增大 传动角 3 含有单个移动副的平面四杆机构有 曲柄滑块机构 导杆机构 摇块机构 或定块机构 等 第三章第三章 凸轮机构凸轮机构 1 凸轮机构按凸轮形状可分为 盘形凸轮机构盘形凸轮机构 移动凸轮机构移动凸轮机构和圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构 按从动件的型式可分为滚滚 子从动件子从动件 尖顶从动件尖顶从动件和平底从动件平底从动件 三种 在图解法设计滚子从动件凸轮中 把滚子中心的轨迹称为凸 轮理论轮廓理论轮廓 为使凸轮型线在任何位置既不变尖 更不相交 就要求滚子半径必须小于理论轮廓外凸部理论轮廓外凸部 分分的最小曲率半径 2 凸轮机构中 从动件采用等加速等减速运动规律时 将引起 柔性柔性 冲击 采用等速运动规律时 会引起 刚性刚性 冲击 选择凸轮基圆半径时 要保证其压力角的要求 其它条件不变的情况下 结构越紧凑 基圆 的半径越小 压力角就 越大越大 机械效率 越低越低 凸轮机构的压力角随基圆半径的减小而增大增大 为减小 推力和避免自锁 压力角应越小越好越小越好 1 第四章第四章 间歇运动的机构间歇运动的机构 1 实现间歇运动的机构有 棘轮机构 槽轮机构 凸轮间歇运动机构 和 不完全齿轮机构 第五章第五章 齿轮机构齿轮机构 1 一对直齿圆柱齿轮正确啮合的条件为m1 m2 m 和 1 2 连续传动的条件为 重合度 重合度 1 标准斜齿 轮正确啮合的条件为法向模数相等法向模数相等 法向螺旋角相等法向螺旋角相等和螺旋角大小相等 方向相反螺旋角大小相等 方向相反 mn1 mn2 m n1 n2 和 1 2 一对锥齿轮的正确啮合条件是R1 R2 m1大大 m2大大 m 和 1 2 齿轮的加工方法 按其切齿原理可分为 仿形法仿形法 和 范成法范成法 两种 2 斜齿轮的端面压力角 大于大于 法向压力角 其法向法向 参数 法向法向 模数和压力角 作为标准值 其发生根切 的最少齿数 小于小于 直齿轮 齿条的基圆半径为 一个正常齿制标准渐开线斜齿轮发生根切现象 时的最少齿数至少小于 17 斜齿轮与直齿轮相比 它有许多优点 但其最大的缺点是产生轴向力产生轴向力 3 渐开线齿廓上各点的压力角是变化的 国家标准规定分度圆分度圆上齿廓的压力角为标准值且等于200 而齿 顶圆上的压力角 大于大于 分度圆上的压力角 大于大于20 齿条的齿顶线上的压力角 0 等于等于 分度线上的压力 角 标准渐开线直齿轮齿顶圆上的齿距 等于等于 分度圆上的齿距 在渐开线齿轮啮合过程中 其齿廓间 的压力方向 不变不变 一对渐开线齿轮制成后 若安装时两轮的中心距稍有偏差 与标准中心距相比 其 角速度不变不变 啮合角 变大变大 4 按照工作条件 齿轮传动可分为 开式开式 传动和 闭式闭式 传动两种 重要的齿轮传动都采用闭式闭式 传动 圆柱 齿轮及齿轮副有 12 个精度等级 1 级精度最高 常用的是 6 9级精度 最常见的轮齿失效形式有轮齿轮齿 折断折断 齿面点蚀齿面点蚀 齿面胶合齿面胶合 齿面磨损齿面磨损 和齿面塑性变形五种 闭式齿轮传动中 润滑方式根据齿轮 的速度大小而定 可分为浸油浸油润滑和 喷油喷油 润滑方式 5 经过 调节调节 和 正火正火 两种热处理后的齿轮齿面称为软齿面 其齿面硬度HBS 350350 齿轮的齿面硬度值 HB 350350 时 称为硬齿面 热处理方法有表面淬火表面淬火 渗碳淬火渗碳淬火 和 渗氮渗氮 其主要失效形式在闭式传动 中是弯曲折断弯曲折断 而当处于高速重载下则易产生 胶合胶合 破坏 在闭式传动中 硬齿面齿轮齿面接触承载能 力较 高高 其主要失效形式是 弯曲折断弯曲折断 故应按 弯曲弯曲 强度设计 求出齿轮的 模数模数 后 再按 接触接触 强度校核 在闭式传动中软齿面齿轮的主要失效形式是 疲劳点蚀疲劳点蚀 故应按 接触接触 强度设计 然后再 按弯曲弯曲 强度校核 而在开式传动中 齿轮的主要失效形式是 磨损磨损 故一般应按 弯曲弯曲 强度设计 若传动要求结构紧凑 一般选用 硬硬 齿面传动 6 当大小一对齿轮都是软齿面时 考虑到小齿轮齿根 较薄较薄 弯曲强度 较低较低 受载次数较多较多 故在选 材上和热处理中 一般使小齿轮齿面硬度比大齿轮的高 齿轮弯曲强度中 一对传动比不等于 1 的齿轮 传动 齿形系数 不不 等 两齿轮的许用弯曲应力一般不不 等 因此应验算 两两 个齿轮的弯曲应力 齿轮 弯曲强度计算中 标准齿轮的齿形系数YF仅与齿轮 齿数齿数 有关 而与 模数模数 无关 对标准齿轮仅取决于 齿数 且YF随齿数齿数 的增加而 减小减小 7 在斜齿轮传动中 其标准模数是齿轮的 法面法面 模数 锥齿轮传动的标准模数是齿轮的 大端大端 模数 在蜗 杆传动中 蜗杆的 轴面轴面 模数等于蜗轮的 端面端面 模数 并定为标准模数 在斜齿轮传动中 由于螺旋角 的存在 使齿轮的 接触接触 强度和 弯曲弯曲 强度提高 但由此将使轴和轴承上受有 轴向力轴向力 的作用 故一般 螺旋角限制在 8 20 范围之内 第八章第八章 带带 链传动链传动 1 带传动和链传动是通过 中间挠性体中间挠性体 传递运动和动力的 不同的是带传动属于 磨擦磨擦 传动 而链传动 属于 啮合啮合 传动 在传动中 带传动宜布置在 高高速级 松边宜布置在 上上 边 链传动宜布置在低低 速级 松边宜布置在 下下 边 2 传动带按横截面形状可分为 平平 带 三角三角 带和 特殊截面特殊截面 带三大类 带传动的主要张紧方法有调节调节 中心距中心距 和 加张紧装置加张紧装置 两种 带传动的主要失效形式是 打滑打滑 和发生 疲劳疲劳 损坏 故带传动的设计依 据是保证带 不打滑不打滑 及具有一定的 疲劳寿命疲劳寿命 3 弹性滑动是由带材料的 弹性变形弹性变形 和带轮两侧胶带上的 拉力差拉力差 引起的滑动 称为弹性滑动 它是 不可 避免的 而打滑是由 过载过载 引起的 在带传动中 当过载产生打滑时 可采用的措施有 a 增加预紧增加预紧 2 b 加大包角加大包角 c 加大磨擦系数加大磨擦系数 等来增大带传动的承载能力 避免打滑 4 在带传动中 胶带中的应力是由拉力拉力 产生的拉应力 离心力离心力 产生的拉应力及弯曲弯曲应力三部分组成 其中数值最大 起主要作用的是 弯曲弯曲 应力 带的最大应力发生在 紧紧 边与 小带小带 轮的接触处 其值为 1 c b1 5 在带传动中 若小带轮选得过小 带的截面尺寸越 大大 则带的 弯曲弯曲 应力过大 带的寿命将降低 小带轮过小还会使小带轮的 包角包角 减小 从而使带的承载能力下降 所以带传动中小带轮的直径必须大大 于于某个极限值 反之 若小带轮直径选得过大 虽能延长带的寿命 但会使带传动的 外廓尺寸外廓尺寸 增大 带传动中 其它条件不变的情况下 带速越 高高 带的材料质量越 大大 离心拉应力越大 6 V型带在规定的张紧力 位于带轮基准直径上的周线长度称为基准基准长度 V型带的公称长度称为 内周内周 长 度 带传动中 当预紧力相同的情况下 V带比平带传递的功率 大大 这是因为 V 带的当量摩擦系数 较大的缘故 7 链传动设计时 链节数应尽量取 偶偶 数 以避免采用受附加 弯矩弯矩 作用的过渡链节 同时 链轮齿数宜 采用 奇奇 数 以使轮齿工作时的 磨损磨损 均匀 当小链轮齿数过 少少 时会影响链传动的工作平稳性 而 大链轮齿数过 多多 时 则在链条磨损时易产生跳齿脱链现象 链条的节距越大 链条的强度 增大增大 则链传动的承载能力越 大大 但传动中的动载荷 增大增大 由此在链传动中引起的冲击越 大大 故 链节距选择的原则是 在满足强度的条件下 链节距应尽量小一些小一些 第九章第九章 螺纹联接螺纹联接 1 联接有可拆和不可拆两种 可拆联接有 螺纹螺纹 联接 键键 联接和 销销 联接等 不可拆联接有 焊接焊接 铆接铆接 等 2 螺纹按照螺纹线的数目 可分为单线螺纹和 多线多线 螺纹 其中 单线单线 螺纹常用于联接 螺纹按其平面 图形的形状 可分为 三角三角 形 梯梯 形和 锯锯 形等等 按其螺旋的旋向 可分为 左旋左旋 和右旋右旋 常用的旋向是 右旋右旋 螺纹联接的基本类型有 螺栓螺栓 联接 双头螺柱双头螺柱 联接 螺钉螺钉 联接以及紧定螺紧定螺 钉钉 联接等四种 当被联接件之一厚度较大 并需经常拆卸时 可采用螺栓螺栓 联接 而不需经常 拆卸的可采用双头螺柱双头螺柱 联接 3 普通螺纹的公称直径是螺纹的 大径大径 计算时其危险截面直径为小小 径 管螺纹的公称直径上管子的 公公 称直径称直径 其螺纹的牙型通常为 三角三角 型 圆锥管螺纹的优点是紧密性紧密性 比圆柱管螺纹高 与粗牙螺纹相 比 在公称直径相同时 三角形细牙螺纹的螺距 小小 小径 大大 升角 小小 故它的 自锁自锁 性能好 强度高 4 螺栓联接中 普通螺栓联接通过在联接上加 预紧预紧 力 从而在接合面上产生 摩擦摩擦 力来承受外加横向载 荷的 普通螺栓联接所能产生的摩擦力大小主要取决于预紧力预紧力 接合面上摩擦系数接合面上摩擦系数 及接合面数接合面数 第十章第十章 键销联接键销联接 1 键主要用来实现轴和轴上零件之间的 周向周向 固定以传递 握握 矩 键可分为 平键平键 半圆键半圆键 楔楔 键键 切向键切向键 等 当需要采用双键联接时 两个普通平键应相隔 180 度布置 强度校核按 1 5 个 键校核 两个切向键应相隔 120 130 度 2 平键的剖面尺寸应根据 轴径轴径 选定 键长则根据 轮毂长度轮毂长度 确定 平键联接的主要失效形式是工作面的 压溃压溃 和 磨损磨损 平键的工作面为 两侧面两侧面 常用的平键有普通平键普通平键和导向平键导向平键 普通平键主要用于 静静 联接 其主要失效形式是 挤压破坏挤压破坏 故应进行 挤压挤压 强度计算 导向平键主要用于动动 联接 其主要失 效形式是 磨损磨损 故应进行耐磨性耐磨性计算 3 花键联接根据其齿形不同 可分为 矩形矩形 三角形三角形 和 渐开线渐开线 三种 花键联接与平键联接相比 具有具有 承载能力高承载能力高 对轴强度削弱小对轴强度削弱小和对中定心好对中定心好等优点 4 销分为 圆柱销圆柱销 和 圆锥销圆锥销 需多次装拆或用于定位时 常用圆锥销圆锥销 第十二章第十二章 轴轴 1 由于合金钢与普通钢的弹性模量E差别不大 所以轴的材料选用合金钢主要是为了提高 强强度 而不是提 3 4 高 刚刚度 同时通常要进行适当的热处理热处理才能得到充分利用 因为钢材的种类和热处理对其弹性模量的影 响很小小 欲采用合金钢和热处理来提高轴的刚度 效果几乎没有几乎没有 而且合金钢对应力集中的敏感性较高高 2 根据承受载荷的不同 轴可分为 转转 轴 传动传动 轴和 心心 轴三种 既传递转矩 又承受弯矩的轴是 转转 轴轴 只传递转矩 不承受弯矩的轴是传动轴传动轴 不传递转矩 只承受弯矩的轴是 心轴心轴 自行车的前轴 是心心 轴 中间轴是 转转 轴 后轴是 心心 轴 零件在轴上的轴向固定 常采用轴肩轴肩 套筒套筒 圆螺母圆螺母或轴轴 端挡圈端挡圈等形式 轴与轴上零件的周向固定多采用键键 花键花键 或过盈配合过盈配合等联接方式 3 常用的轴的强度计算有扭转强度计算扭转强度计算与弯扭合成强度计算弯扭合成强度计算两种方法 在轴的弯扭合成强度计算中 一般 转轴的弯曲应力是 对称对称 循环变应力 而扭转剪应力的循环特性取决于转矩的性质 它可以是 不变的不变的 脉动的脉动的 或者 对称对称 变化的 因此根据转矩性质引入了一个 折合折合 系数 若转矩变化规律不清楚 一 般按 脉动脉动 循环变化考虑 4 轴设计时 一般先按 扭转扭转 强度估算轴的直径 然后进行结构设计 再按 弯握合成弯握合成 强度对轴进行强度 验算 计算中的折合系数 是根据 转矩转矩 性质而定的 0 3 表示是 不变不变 转矩 0 6 表示是 脉动脉动 变化的转矩 第十三章第十三章 轴承轴承 1 按两物体表面的润滑情况 摩擦状态可分为 干干 摩擦 边界边界 摩擦 液体液体 摩擦和 混合混合 摩擦四种 润滑油的粘度是表征液体流动的 内摩擦内摩擦 性能 它随压力的升高而 增大增大 随温度的升高而 降低降低 滑 动轴承中选择润滑