机械设计复习题

第一章第一章 机械设计概论机械设计概论 第二章第二章 机械零件的工作能力和计算准则机械零件的工作能力和计算准则 1 一 选择题一 选择题 1 机械设计课程研究的内容只限于 3 1 专用零件和部件 2 在高速 高压 环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺 寸特大或特小的通用零件和部件 3 在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件 4 标准化的零件和部件 2 下列四种叙述中 4 是正确的 1 变应力只能由变载荷产生 2 静载荷不能产生变应力 3 变应力是由静载荷产生的 4 变应力是由变载荷产生的 也可能由静载荷产生 3 变应力特性可用 max min m a r 等五个参数中的任意 2 来描述 1 一个 2 两个 3 三个 4 四个 4 零件的工作安全系数为 2 1 零件的极限应力比许用应力 2 零件的极限应力比零件的工作应力 3 零件的工作应力 比许用应力 4 零件的工作应力比零件的极限应力 5 机械零件的强度条件可以写成 3 1 或 S S S S 2 或 S S S S 3 或 S S S S 4 或 S S S S 式中 是危险截面处的最大应力 是许用应力 S S 是危险截面处的实际安全系数 S S 分别为正应力和切应力时的许用安全系数 6 一直径 d 18mm 的等截面直杆 杆长为 800mm 受静拉力 F 36kN 杆材料的屈服点 s 360MPa 取许用安全系数 S 1 8 则该杆的强度 3 1 不足 2 刚好满足要求 3 足够 7 一直径 d 25mm 的等截面直杆 受静拉力 F 40kN 杆的材料 45 钢 s 320MPa 许用安全系 数 S 1 6 则该零件的许用载荷为 2 kN 1 25 2 98 17 3 157 08 4 251 33 8 在进行疲劳强度计算时 其极限应力应为材料的 2 1 屈服点 2 疲劳极限 3 强度极限 4 弹性极限 9 两圆柱体相接触 接触面为矩形 接触面宽度中心处的最大接触应力 Hmax 与载荷 F 的关系 为 Hmax 4 1 F 2 F2 3 F1 3 4 F1 2 二 分析与思考题二 分析与思考题 1 机械设计的基本要求包括哪些方面 1 满足使用要求 生产率力高 2 安全可靠 有足够的使用寿命 3 制造 运行费用低 4 操作维护方便 5 其它要求 运输方便 造型美观 2 2 机械设计的一般程序如何 1 分析设计任务 明确设计目的 要求 2 方案设计 根据任务书的要求 拟定机械系 统的组成与总体布置注 满足同一使用要求可 以有不同的方案 例 门 单门 双门 旋转门等 3 运动和动力设计 对选定的方案进行运动和动力分析 确定原动机功率 各零件的运动和动 力参数 4 施工设计 考虑零件工作的能力及结构工艺性 确定零件的形状尺寸公差配合 绘 制整机装配图和零件工作图 5 实验 修改设计 3 对机械零件设计有哪些一般步骤 1 建立计算模型 拟定零件的计算简图2 确定作用在零件上的载荷 3 选择材料 4 根据 零件可能的失效形式 选用相应的设计准则 确定零件的形状和主要尺寸 5 根据加工工艺的 要求 标准规范等 圆整设计尺寸 6 根据加工和装配要求确定零件的其他尺寸 7 绘制零 件工作图 编写设计说明书 4 对机械零件设计有哪些常用计算准则 强度准则 刚度准则 寿命准则 振动稳定性准则 可靠性准则 1 强度准则 衡量机械零件工作能力的基本准则 强度 零件抵抗整体断裂 表面接触疲劳及塑性变形的能力 零件的工作应力 材料的许用应力 lim lim 材料的极限应力 S 安全系数 例 轴强度不足断裂等 2 刚度准则 刚度 零件抵抗弹性变形的能力 Y 零件工作时的挠度 挠角 转角 y 零件工作时的挠度 挠角 转角的许用值 例 机床主轴刚度不足 零件加工精度低 注 改变材料对提高刚度无效 改变零件截面 减少跨度是提高刚度的有效措施 3 寿命准则 设计寿命 L L 要求寿命 4 耐磨性准则 耐磨性 零件抵抗磨损失效的能力 磨损导致零件尺寸和形状的变化 过度磨损导致精度 强度 磨损的种类 磨料磨损 粘着磨损 疲劳磨损 腐蚀磨损 p 两摩擦表面间的压强 v 两摩擦表面间的相对速度 p p 3 pv pv 5 振动稳定性准则 限定回转零件的工作频率偏离系统固有频率 避免共振 F1 18fp f 激振频率 fv 固有频率 5 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 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 常见失效形式有 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 连接松动 压力容器 管道等得泄露 运动精度达不到要求等 一一 失失效效的的概概念念 机械零件在规定的使用条件下 规定寿命期限内 不能完成规定功能 失效 二二 常常见见失失效效形形式式 1 整体断裂 过载断裂 疲劳断裂塑性变形 2 表面破坏 点蚀 剥落 胶合 磨损 擦伤 3 过大变形 过大弹变 刚度不足 塑性变形 强度不足 4 强烈的振动 5 功能失效 6 什么是零件的工作能力 什么是零件的承载能力 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 7 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 不随时间变化或变化缓慢的载荷称为 静载荷静载荷 随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷称 为变载荷变载荷 在稳定和理想的工作条件下 作用在零件上的载荷称为 名名 义义 载载 荷荷 再设计计算中 常把载荷分为名义载荷和计算载荷 计算载荷计算载荷等于名义载荷乘以载荷系数 8 什么是变应力的应力比 r 静应力 脉动循环变应力和对称循环变应力的 r 值各是多少 最小应力与最大应力之比称为变应力的循环特性 静应力 脉动循环变应力 对称循环变应力 9 图示各应力随时间变化的图形分别表示什么类型的应力 它们的应力比分别是多少 4 10 什么是零件的工作应力 计算应力 极限应力和许用应力 材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力 定义单位面积上的这种反作用力为 工作应力 根据计算载荷求的应力称为计算应力 工作的时候 工件被破坏的应力值 称为零件的极限应 力 机械设计中允许零件或构件承受的最大应力值称为许用应力 11 在静应力下工作的零件其失效形式有哪些 用塑性材料制造的零件和用脆性材料 低塑性材料制造的 零件 其极限应力各应是什么 静应力时零件的主要失效形式 塑性变形 断裂 脆性材料的极限应力为 B 强度极限 塑性材料的 极限应力为 s 屈服极限 12 如图所示 各轴均受静载荷的作用 试判断零件上 A 点的应力是静应力还是变应力 并确定应力循环 特性 r 的大小或范围 a b c 第三章第三章 机械零件的疲劳强度设计机械零件的疲劳强度设计 一 选择题一 选择题 1 45 钢的持久疲劳极限 1 270MPa 设疲劳曲线方程的幂指数 m 9 应力循环基数 N0 5 106次 当 实际应力循环次数 N 104次时 有限寿命疲劳极限为 MPa 1 539 2 135 3 175 4 417 2 有一根阶梯轴 用 45 钢制造 截面变化处过渡圆角的疲劳缺口系数 K 1 58 表面状态系数 0 28 尺寸系数 0 68 则其疲劳强度综合影响系数 K D 1 0 35 2 0 88 3 1 14 4 2 83 3 零件的截面形状一定 如绝对尺寸 横截面尺寸 增大 疲劳强度将随之 1 增高 2 不变 3 降低 4 零件的形状 尺寸 结果相同时 磨削加工的零件与精车加工相比 其疲劳强度 1 较高 2 较低 3 相同 5 零件表面经淬火 渗氮 喷丸 滚子碾压等处理后 其疲劳强度 1 增高 2 降低 3 不变 4 增高或降低视处理方法而定 6 影响零件疲劳强度的综合影响系数 K D或 K D与 等因素有关 1 零件的应力集中 加工方法 过载 2 零件的应力循环特性 应力集中 加载状态 3 零件的表面状态 绝对尺寸 应力集中 4 零件的材料 热处理方法 绝对尺寸 7 绘制设计零件的 m a极限应力简图时 所必须的已知数据是 1 1 0 s K 2 1 0 s K D 3 1 s K 4 1 0 K D 8 在图示设计零件的 m a 极限应力简图中 如工作应力点 M 所在的 ON 线与横轴间夹角 45o 则该零件受的是 1 不变号的不对称循环变应力 5 2 变号的不对称循环变应力 3 脉动循环变应力 4 对称循环变应力 9 在题 8 图所示零件的极限应力简图中 如工作应力点 M 所在的 ON 线与横轴之间的夹角 90o 时 则 该零件受的是 1 脉动循环变应力 2 对称循环变应力 3 变号的不对称循环变应力 4 不变号的不对称循环变应力 10 已知一零件的最大工作应力 max 180MPa 最小工作应力 min 80MPa 则在图示的极限应力简图 中 该应力点 M 与原点的连线 OM 与横轴间的夹角 为 1 68o57 44 2 21o2 15 3 66o2 15 4 74o28 33 题题 3 13 图图 题题 3 14 图图 11 在图示零件的极限应力简图上 M 为零件的工作应力点 若加载于零件的过程中保持最小应力 min 为常数 则该零件的极限应力点应为 1 M1 2 M2 3 M3 4 M4 12 上题若在对零件加载的过程中保持应力比 r 为常数 则该零件的极限应力点应为 1 M1 2 M2 3 M3 4 M4 13 11 题若在对零件的加载过程中保持平均应力 m 常数 则该零件的极限应力点应为 1 M1 2 M2 3 M3 4 M 14 一零件由 40Cr 制成 已知材料的 b 980MPa s 785MPa 1 440MPa 0 3 零件的最大工作 应力 max 240MPa 最小工作应力 min 80MPa 疲劳强度综合影响系数 K D 1 44 则当应力比 r 常 数时 该零件的疲劳强度工作安全系数 S 为 1 3 27 2 1 73 3 1 83 4 1 27 15 45 钢经调制后的疲劳极限 1 300MPa 应力循环基数 N0 5 106次 疲劳曲线方程的幂指数 m 9 若 用此材料做成的试件进行试验 以对称循环应力 1 450MPa 作用 104次 2 400MPa 作用 2 104次后 再 以 3 350MPa 作用于此试件 直到它破坏为止 试件还能承受的应力循环次数为 次 1 6 25 105 2 9 34 105 3 1 09 106 4 4 52 106 2 分析与思考题分析与思考题 1 机械零件疲劳强度的计算方法有哪两种 其计算准则各是什么 6 安全 寿命计算 其设计准则是 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 这是应按 N 曲线进行寿命疲劳计算 或按 p N 曲线进行低周循环疲劳计算 破损 安全设计 其准则是 允许零件存在裂纹并缓慢扩展 但必须保证在规定的工作期间内 仍能安全可靠地工作 这是 按 da dN K 曲线进行的疲劳强度计算 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 一阶段是零件表面上的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 疲劳源可以有一个 或数个 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 在疲劳试验曲线上对应于接触强度极限的应力循环次数 称为应力循环基数 N0 4 试区分金属材料的几种应力极限 B s 1 0和 r 在零件设计中确定许用应力时 应当怎样根 据具体工作情况选取这些应力极限 b 强度屈服极限 s 屈服极限 1 材料对称循环弯曲弯曲疲劳极限 0 材料脉 动循环弯曲疲劳极限 r 有限寿命疲劳极限 5 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 答 有应力集中 零件尺寸 表面状态 环境介质 加载顺序和频率等 其中前三个最重要 6 疲劳强度的综合影响系数 K D K D的意义是什么 其计算公式是什么 答 K D k K D k P41 7 怎样区分变应力是稳定的还是非稳定的 怎样进行在稳定变应力下的零件强度计算 怎样进行在规律 性非稳定变应力下的零件强度计算 答 在每次循环中 平均应力 m 应力幅 a 和周期都不随时间 t 变化的应力称为稳定变应力 若其中 之一随时间变化的则称为非稳定变应力 8 何谓疲劳损伤累积假说 疲劳损伤累积计算的数学表达式为何 答 在每一次应力作用下 零件寿命就要受到微量的疲劳损伤 当疲劳损伤累积到一定程度达到疲劳寿命 极限时便发生疲劳折断 F N1 N 1 N2 N 2 Nn N n Ni N i n i 1 9 零件在非稳定变应力下工作的安全系数如何计算 要求写出计算步骤和计算公式并加以必要的说明 P46 10 怎样求复合应力状态下的安全系数 P51 三 设计计算题三 设计计算题 1 如图所示某旋转轴受径向载荷 F 12kN 作用 已知跨距 L 1 6m 直径 d 55mm 轴的角速度为 求 中间截面上 A 点的应力随时间变化的表达式 并求 A 点的 max min a和 m 7 2 一阶梯轴轴肩处的尺寸为 D 60mm d 50mm r 4mm 如材料的力学性能为 B 650MPa s 360MPa 1 200MPa 0 320MPa 试绘制此零件的简化极限应力线图 3 一钢制零件 工作应力为 max 250MPa min 50MPa 零件的疲劳强度综合影响系数 K D 1 35 材料的力学性能为 B 630MPa s 455MPa 1 285MPa 0 510MPa 若许用安全系数对变应力取 S 1 3 对静应力取 S 1 5 并按无限寿命考虑 试分别用解析法和图解法校核该零件的安全系数 题题 4 图图 4 一滑轮轴在一个周期内的载荷和转速变化情况如图所示 若使用寿命预期为 8 年 每年工作 240 天 每天累计工作 2h 轴材料的疲劳曲线方程的幂指数 m 9 应力循环基数 N0 107 试计算轴的寿命系数 KN 第六章第六章 螺纹联接及螺旋传动螺纹联接及螺旋传动 一 选择题一 选择题 1 在常用的螺旋传动中 传动效率最高的螺纹是 1 三角形螺纹 2 梯形螺纹 3 锯齿形螺纹 4 矩形螺纹 2 在常用的螺纹联接中 自锁性能最好的螺纹是 1 三角形螺纹 2 梯形螺纹 3 锯齿形螺纹 4 矩形螺纹 3 当两个被联接件不太厚时 宜采用 1 双头螺柱联接 2 螺栓联接 3 螺钉联接 4 紧定螺钉联接 4 当两个被联接件之一太厚 不宜制成通孔 且需要经常拆装时 往往采用 1 螺栓联接 2 螺钉联接 3 双头螺柱联接 4 紧定螺钉联接 5 当两个被联接件之一太厚 不宜制成通孔 且联接不需要经常拆装时 往往采用 1 螺栓联接 2 螺钉联接 3 双头螺柱联接 4 紧定螺钉联接 6 普通螺纹的牙型角 为 60o 当摩擦系数 0 10 时 则该螺纹副的当量摩擦系数 v 1 0 105 2 0 115 3 0 1115 4 0 104 7 在拧紧螺栓联接时 控制拧紧力矩有很大方法 例如 1 增加拧紧力 2 增加扳手力臂 3 使用测力矩扳手或定力矩扳手 8 8 螺纹联接防松的根本问题在于 1 增加螺纹联接的轴向力 2 增加螺纹联接的横向力 3 防止螺纹副的相对转动 4 增加螺纹联接的刚度 9 承受预紧力 F 的紧螺栓联接在受工作拉力 F 时 剩余预紧力为 F 其螺栓所受的总拉力 F0 为 1 2 3 4 10 承受预紧力和轴向变载荷的紧螺栓联接 当其螺栓的总拉力 F0 的最大值和被联接件的刚度 Cm 不变 时 螺栓的刚度 Cb 愈小 则 1 螺栓中总拉力的变化幅度愈大 2 螺栓中总拉力的变化幅度愈小 3 螺栓中总拉力的变化幅度不变 4 螺栓中的疲劳强度降低 11 承受预紧力和轴向变载荷的紧螺栓联接 当其螺栓的总拉力 F0 的最大值和螺栓的刚度 Cb 不变时 被 联接件的刚度 Cm 愈小 则 1 螺栓中总拉力的变化幅度愈大 2 螺栓中总拉力的变化幅度愈小 3 螺栓中总拉力的变化幅度不变 4 螺栓疲劳强度愈高 12 承受横向载荷或旋转力矩的紧螺栓联接 该联接中的螺 1 受剪切作用 2 受拉伸作用 3 受剪切和拉伸作用 4 既可能受剪切作用又可能受拉 伸作用 13 现有一单个螺栓联接 要求被联接件的结合面不分离 假定螺栓的刚度 Cb 与被联接的刚度 Cm 相等 联接的预紧力为 F 现开始对联接施加轴向载荷 当外载荷达到与预紧力 F 的大小相等时 则 1 被联接发生分离 联接失败 2 被联接件即将发生分离 联接不可靠 3 联接可靠 但不能再继续加载 4 联接可靠 只要螺栓强度足够 外载荷 F 还可继续增加到接近预 紧力的两倍 14 有一气缸盖螺栓联接 若气缸内气体压力在 0 2MPa 之间循环变化 则螺栓中的应力变化规律为 1 对称循环变应力 2 脉动循环变应力 3 非对称循环变应力 4 非稳定循环变应力 15 为了改善螺纹牙上的载荷分部 通常都以 的方法来实现 1 采用双螺母 2 采用加高的螺母 3 采用减薄的螺 4 减少螺栓和螺母的螺距变化差 16 被联接件受横向载荷作用时 若采用一组普通螺栓联接 则载荷靠 来传递 1 接合面之间的摩擦力 2 螺栓的剪切和挤压 3 螺栓的剪切和被联接件的挤压 17 设计螺栓组联接时 虽然每个螺栓的受力不一定相等 但对该组螺栓仍均采用相同的材料 直径和长 度 这主要是为了 1 外形美观 2 购买方便 3 便于加工和安装 18 确定紧联接螺栓中拉伸和扭转复合载荷作用下的当量应力时 通常是按 来进行计算的 1 第一强度理论 2 第二强度理论 3 第三强度理论 4 第四强度理论 19 当采用铰制孔用螺栓联接承受横向载荷时 螺栓杆受到 作用 1 弯曲和挤压 2 拉伸和剪切 3 剪切和挤压 4 扭转和弯曲 9 20 滑动螺旋传动 其失效形式多为 1 螺纹牙弯断 2 螺纹磨损 3 螺纹牙剪切 4 螺纹副咬死 二 分析与思考题二 分析与思考题 1 螺纹的主要参数有哪些 各参数间的关系如何 在设计中如何应用 答 d 螺纹大径 d1 螺纹小径 d2 螺纹中径 p 螺距 n 线数 S 导程 螺纹升角 牙型角 牙型斜角 旋向 2 根据螺纹旋向的不同 螺纹可以分为哪几种 如何判断螺纹的旋向 答 机械制造中一般采用右旋螺纹 由特殊要求时才采用左旋螺纹 按照螺旋线的数目螺纹还可以分为左 旋螺纹和右旋螺纹 为了制造方便螺纹的线数一般不超过 4 时多线螺纹 这时为了制造方便 3 常见螺栓的螺纹是右旋还是左旋 是单线还是多线 为什么 常见螺纹是右旋单线 4 圆柱螺纹的公称直径指的是哪个直径 计算螺纹的摩擦力矩时使用哪个直径 计算螺纹危险截面时使 用的是哪个直径 5 螺纹联接为什么要防松 防松的根本问题是什么 答 实际工作中 外载荷有振动 变化 材料高温蠕变等会造成摩擦力减少 螺纹副中正压力在某一瞬间 消失 摩擦力为零 从而使螺纹联接松动 如经反复作用 螺纹联接就会松驰而失效 因此 必须进行防 松 否则会影响正常工作 造成事故 防松根本问题是 消除 或限制 螺纹副之间的相对运动 或增大 相对运动的难度 6 防松的基本原理有哪几种 具体的防松方法和装置各有哪些 答 基本原理 可分为利用摩擦 直接锁住和破坏螺纹副关系三种 方法和装置 1 摩擦防松 双螺 母 弹簧垫圈 尼龙垫圈 自锁螺母等 2 机械防松 开槽螺母与开口销 圆螺母与止动垫圈 弹簧 垫片 轴用带翅垫片 止动垫片 串联钢丝等 3 永久防松 端铆 冲点 点焊 4 化学防松 粘 合 7 什么叫螺纹的自锁现象 自锁条件如何 螺旋副的传动效率又如何计算 答 自锁现象 某些机械 就其结构而言是能够运动的 但由于摩擦的存在 却会出现无论驱动力如何增 大 也无法使机械运动的现象 机械的自锁实质就是其中的运动副发生了自锁 移动副发生自锁的条件为 在移动副中 如果作用于滑块上的驱动力作用在其摩擦角之内 即传动角 摩擦角 则发生自锁 转动副发生自锁的条件为 作用在轴颈上的驱动力为单力 F 且作用于摩擦角之内 即 a 臂长 摩擦圆半径 10 螺旋副的自锁条件为 v tan 1 f cos arctant fr 螺旋副的传动效率为 tan tant v tan tanv 8 螺纹联接的主要失效形式和计算准则是什么 9 何为松螺纹联接 何为紧螺栓联接 它们的强度计算方法有何区别 10 试画出螺纹联接的力 变形图 并说明联接在受到轴向工作载荷后 螺纹所受的总拉力 被联接件的 剩余预紧力和轴向工作载荷之间的关系 NP83 11 进行螺栓组联接受力分析的目的是什么 答 目的 找出受力最大的螺栓 然后验算或者设计 12 承受横向载荷的铰制孔用螺栓联接 其工作原理是什么 螺栓的危险截面在哪里 螺栓受到什么力的 作用 产生什么应力 13 对承受横向载荷或传递力矩的紧螺栓联接采用普通螺栓时 强度计算公式中为什么要将预紧力提高到 1 3 倍来计算 若采用铰制孔用螺栓时是否也这样考虑 为什么 14 按螺旋副摩擦性质的不同 螺旋传动可分为哪几类 试说明它们的优缺点 答 可分为滑动螺旋 滚动螺旋和静压螺旋 静压螺旋实际上是采用静压静压流体润滑的滑动螺旋 活动 螺旋构造简单 加工方便 易于自锁 但摩擦大 效率低 一般为 30 40 磨损快 低速时可能爬 行 定位精度和轴向刚度较差 滚动螺旋和静压螺旋没有这些缺点 前者效率在 90 以上 后者效率可达 99 但构造比较复杂 加工不便 静压螺旋还需要供油系统 15 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 主要根据哪些计算准则来确 定 答 失效形式是螺纹磨损 而螺杆的直径和螺母的高度也常由耐磨性要求决定 P119 16 对受轴向变载荷的紧螺栓联接 在限定螺栓总拉力的情况下 提高螺栓疲劳强度的有效措施是 A 增大被联接件的刚度 B 减小被联接件的刚度 C 增大螺栓的刚度 三 设计计算题 1 试推导如图所示受转距 T 作用的螺栓组联接的螺栓受力计算式 1 当用普通螺栓时 2 当用铰制孔用螺栓时 11 2 设螺栓刚度 C1 被联接件的刚度 C2 若 C2 8C1 预紧力 F 1kN 外载荷 F 1 1kN 试求螺栓中的总拉力 F0 和被联接件中的剩余预紧力 F 3 如图示为一盛水容器 载重为 G 自重不计 缸与盖之间用螺栓联接 总的预紧力 F G 容器中 的水为常压 问 1 水缸吊起后 水会不会从结合面处漏出 所用垫片是软些好还是硬些好 为什么 2 若盛水容器的自重为载重的一半 则为保证结合面处不漏水 螺栓的相对刚度系数应为多大 4 图示用两个 M10 的螺钉固定一牵曳环 若螺钉材料为 Q235 钢 装配时控制预紧力 结合面为毛面 摩擦系数 s 0 3 可靠系数 K 1 2 求所允许的牵曳力 FR 为多少 5 如图示的方形盖板用四个 M16 的螺钉与箱体相联接 盖板中心 O 点装有吊环 已知 FQ 20kN 尺寸 如图示 要求 1 当取剩余预紧力 F 0 6F F 为工作拉力 螺钉材料的性能等级为 6 6 级装配不控制 预紧力时 校核螺钉的强度 2 由于制造误差吊环由 O 点移至对角线上 O 点 且 OO 5mm 问哪 个螺栓的受力最大 并校核其强度 12 6螺栓组联接的三种方案如图示 已知 L 300mm a 60mm 试求螺栓组三个方案中 受力最大的螺 栓所受的力各为多少 哪个方案较好 7 有一储气罐 罐盖用 12 个 M20 的普通螺栓 小径 均布联接 安装时每个 d117294 mm 螺栓的预紧力 F 18000N 气罐内径 D 400mm 气压 p 1MPa 螺栓采用 45 钢 许用拉应力 160Mpa 螺栓的相对刚度 试求 1 单个螺栓的总拉力 F0 2 试校核螺栓强度 C CC 1 12 08 取计算直径 dc d1 8 图示一铸铁吊架用两只普通螺栓固定在梁上 吊架承受的载荷 FQ 10000N 螺栓材料为 13 Q235 安装时不控制预紧力 取安全系数 取剩余预紧力为工作拉 S MPa 400 SS 4 力的 0 4 倍 求 1 计算螺栓的总拉力 F0 2 确定螺栓所需最小直径 d1 第七章第七章 键 花键和销联接键 花键和销联接 一 选择题一 选择题 1 普通平键联接的主要用途是使轴与轮毂之间 1 沿轴向固定并传递轴向力 2 沿轴向可作相对滑动并具有导向作用 3 沿周向固定并传递力 矩 4 安装与拆卸方便 2 设计键联接的几项主要内容是 a 按轮毂长度选择键的长度 b 按使用要求选择键的主要类型 c 按轴的直径选择键的剖面尺寸 d 对 联接进行必要的强度校核 在具体设计时 一般顺序是 1 b a c d 2 b c a d 3 a c b d 4 c d b a 3 楔键和 两者的接触面都具有 1 100 的斜度 1 轴上键槽的底面 2 轮毂上键槽的底面 3 键槽的侧面 4 平键联接如不能满足强度条件要求时 可在轴上安装一对平键 使它们沿圆周相隔 1 90o 2 120o 3 135o 4 180o 5 花键联接与平键联接 采用多键时 相比较 的观点是错误的 1 承载能力比较大 2 旋转零件在轴上有良好的对中性和沿轴移动的导向性 3 对轴的削弱比 较严重 4 可采用研磨加工来提高联接质量和加工精度 6 普通平键工作中 其工作面是 其主要的失效形式是 和 二 分析与思考题二 分析与思考题 1 键联接有哪些主要类型 各有何主要特点 平键和半圆键联接的共同特点 1 键的侧面是工作面 2 一般情况下 不影响被联接件的定心 斜键联 接只用于静联接 14 2 平键联接的工作原理是什么 主要失效形式有哪些 平键的剖面尺寸 b h 和键的长度 L 是如何确定的 答 平键的工作原理 键的侧面是工作面 靠键和键槽互压传递转矩 按轴颈 d 确定 b h 按轮毂长度 确定 L 的 压溃 静压力 磨损 动连接 键的剪短 3 导向平键联接和滑键联接有什么不同 各适用于何种场合 答 导键固定在轴上而毂可以沿着键移动 滑键固定在毂上而随毂一同沿着轴上键槽移动 当轴向移动距 离较大时 宜采用滑键 因为如同导键 键将很长 增加制造困难 4花键联接和平键联接相比有哪些优缺点 为什么矩形花键和渐开线型花键应用较广 三角形花键多用 在什么场合 答 花键优点 1 齿对称布置 使轴毂受力均匀 2 齿轴一体而且齿槽较浅 齿根的应力集中较小 被 连接件的强度削弱较少 3 齿数多 总接触面积大 压力分布较均匀 不过 齿的制造要用专门的设备 和工具 这就是花键联接的应用到一定的限制 矩形花键联接具有定心精度高 应力集中较小 承载能力 较大等优点 故应用较广 渐开线花键连键具有承载能及大 使用寿命长 定心精度高等特点 宜用于载 荷较大 尺寸也较大的联接 5 什么叫无键联接 它有何优缺点 答 用于载荷很轻或薄壁零件的轴毂联接 也可用作锥形轴上的辅助联接 型面连接是用非圆截面的柱面 体或锥面体的轴与相同轮廓的毂孔配合以传递运动和转矩的可拆连接 它是无键连接的一种型式 由于 型面连接要用到非圆形孔 以前因其加工困难 限制了型面连接的应用 6 销有哪几种 其结构特点是什么 各用在何种场合 按用途分 定位销 用来固定零件之间的相对位置 它是组合加工和装配时的重要辅助零件 通常不受载荷或只受 很小的载荷 故不作强度校核计算 其直径按结构确定 数目一般不少于 2 个 连接销 用来实现两零件之间的连接 可用来传递不大的载荷 其类型可根据工作要求选定 其尺寸可 根据连接的结构特点按经验或规范确定 必要时再按剪切和挤压强度条件进行校核计算 安全销 作为安全装置中的过载剪切元件 安全销在过载时被剪断 因此 销的直径应按剪切条件确定 为了确保安全销被剪断而不提前发生挤压破坏 通常可在安全销上加一个销套 按形状分 圆柱销 为过盈配合 经多次拆装后 定位精度会降低 有 u8 m6 h8 h11 四种直径偏差可供选择 以满足不同要求 圆锥销 有 1 50 的锥度 可反复多次拆装 槽销 不易松动 能承受振动和变载荷 不铰孔 可多次装拆 销轴 销轴用于两零件铰接处 构成铰 链连接 开口销 第十一章第十一章 带传动带传动 一 选择题一 选择题 1 平带 V 带传动主要依靠 传递运动和动力 1 带的紧边拉力 2 带和带轮接触面间的摩擦力 3 带的预紧力 2 在一般传递动力的机械中 主要采用 传动 1 平带 2 同步带 3 V 带 4 多楔带 3 平带传动要实现两平行轴同方向回转 可采用 传动 15 1 交叉 2 半交叉 3 开口 4 角度 4 V 带传动中 带轮的基准直径是图上的 1 d1 2 d2 3 d3 4 d4 5 下列普通 V 带中以 型带的截面尺寸最小 1 A 2 C 3 E 4 Z 6 带传动中 在预紧力相同的条件下 V 带比平带能传递较大的功率 是因为 V 带 1 强度高 2 尺寸小 3 有楔形增压作用 4 没有接头 7 V 带传动中 带截面楔角为 40o 带轮的轮槽角应 40o 1 大于 2 等于 3 小于 8 带传动中 v1 为主动轮圆周速度 v2 为从动轮圆周速度 v 为带速 这些速度之间存在的关系是 1 v1 v2 v 2 v1 v v2 3 v1 v v2 4 v1 v v2 9 带传动正常工作时不能保证准确的传动比是因为 1 带的材料不符合虎克定律 2 带容易变形和磨损 3 带在带轮上打滑 4 带的弹性滑动 10 带传动工作时产生弹性滑动是因为 1 带的预紧力不够 2 带的紧边和松边拉力不等 3 带绕过带轮时有离心力 4 带和带轮间摩擦力不够 11 带传动打滑总是 1 在小轮上先开始 2 在大轮上先开始 3 在两轮上同时开始 12 带传动中 带每转一周 拉应力是 1 有规律变化的 2 不变的 3 无规律变化的 13 带传动中 若小带轮为主动轮 则带的最大应力发生在带 处 1 进入主动轮 2 进入从动轮 3 退出主动轮 4 退出从动轮 14 V 带传动设计中 限制小带轮的最小直径是为了 1 使结构紧凑 2 限制弯曲应力 3 保证带和带轮接触面间有足够摩擦力 4 限制小带轮 上的包角 15 V 带传动设计中 选取小带轮基准直径的依据是 16 1 带的型号 2 带的速度 3 主动轮转速 4 传动比 16 带传动采用张紧装置的目的是 1 减轻带的弹性滑动 2 提高带的寿命 3 改变带的运动方向 4 调节带的预紧力 17 下列 V 带传动中 图的张紧轮位置是最合理的 18 同一 V 带和传动 若主动轮转速不变 用于减速 小带轮主动 比用于增速 大带轮主动 所能传递 的功率 1 大 2 相等 3 小 19下列 V 带传动中 上图 的回转方向是合理的 20 实践证明 带传动传递载荷时 带的弹性滑动发生在 1 全部接触弧上 2 带 离开主 从动轮以前的那一部分接触弧上 3 带进入主 从动轮的那一部分接触弧上 21 同一 V 带传动用在减速时 小带轮为主动轮 和用在增速时 大带轮为主动轮 相比较 若主 动轮转速不变 则传动所传递的功率较大的是 22 带传动在工作过程中 带内所受的应力有 和 带 的最大应力发生在 二 分析与思考题二 分析与思考题 1 普通 V 带传动和平带传动相比 有什么优缺点 答 V 带传动和槽摩擦轮传动相似 都是利用楔形增压原理 是在同样大的张紧力 摩擦轮传动为压紧力 下长生较大的摩擦力 在一定程度上能补偿由于包角和张紧力的减小所产生的不利影响 一般说来 V 带 传动适用于短中心距和较大的传动比 这两个因素使包角减小 在垂直或倾斜的传动中都能工作的很好 V 带传动又没有接头 运行平稳 数根同时使用 即使损坏一根 机器不致立刻停车 V 带传动的缺点是 带的使用寿命较平带短 带轮价格较贵 传动效率较平带传动要低一些 2 说明带传动中紧边拉力 F1 松边拉力 F2 和有效拉力 F 张紧力 F0 之间的关系 P182 P190 17 3 在推导单根 V 带传递的额定功率和核算包角时 为什么按小带轮进行 4 带传动中 弹性滑动是怎样产生的 造成什么后果 答 弹性滑动 由于带的弹性变形而引起的带与带轮之间的相对滑动现象 弹性滑动是带传动 中不可避 免的现象 是正常工作时固有特性 弹性滑动会引起下列后果 1 从动轮的圆周速度总是落后于主动 轮的圆周速度 2 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 5 带传动中 打滑是怎样产生的 打滑的有利有害方面各是什么 答 打滑是由于过载引起的 避免过载就可以避免打滑 带在大轮上的包角大于小轮上的包角 所以打滑 总是在小轮上先开始的 造成带的严重磨损并使带的运动处于不稳定状态 6 弹性滑动率的物理意义是什么 如何计算弹性滑动率 答 从动轮的圆周速度低于主动轮 其相对降低率 称为滑动率 v1 v2 v1 n1D1 n2D2 n1D1 1 n2D2 n1D1 1 D2 D1i I n1 n2 传动比 一般为 1 2 7 带传动工作时 带上所受应力有哪几种 如何分布 最大应力在何处 答 有紧边应力 1 松边应力 2 和张紧应力 0 这三种应力分别由紧边拉力 F1 松边拉力 F2 和张紧力 F0 产生 离心应力 c 由离心拉力产生 沿带横截面上都相等 弯曲应力 b 由带弯曲而 产生的 P183 最大应力发生在紧边进入小带轮处 在一般情况下 弯曲应力最大 离心应力比较小 8 带传动的主要失效形式是什么 带传动设计的主要依据是什么 答 带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏 带传动设计的主要依据是 在保证不打滑的条件下 具 有一定疲劳强度和寿命 9 试说明带传动设计中 如何确定下列参数 1 带轮直径 2 带速 v 3 小带轮包角 1 4 张紧力 F0 5 带的根数 z 6 传动比 i 答 1 带轮直径 根据小带轮转速和计算功率查表而来 2 带速 v 3 小带轮包角 1 一般不小于 120 度 个别情况可小于 70 度 4 张紧力 F0 P190 5 带的根数 z P190 6 传动比 i 通常情况下不大于 7 个别情况下可到 10 10 带的楔角 与带轮的轮槽角 是否一样 为什么 1 1 在图示的 V 带塔轮传动结构示意图中 d1 d4 d2 d5 d3 d6 轴 1 为主动轴 若从动轴 2 上的阻力 矩 T2 不变 问哪对轮组合输出功率最小 为什么 12 有一双速电动机与 V 带组成的传动装置 改变电动机转速可使从动轴得到 300r min 和 600r min 两种 转速 若从动轴输出功率不变 试问在设计带传动时应按哪种转速计算 为什么 13 带传动的主要失效形式有那些 带传动工作时为什么会出现弹性滑动的现象 弹性滑动可否避免 18 14 带传动中心距 a 和初拉力 F0的大小对带传动会有什么样的影响 第十二章第十二章 齿轮传动齿轮传动 一一 选择题选择题 1 在机械传动中 理论上能保证瞬时传动比为常数的是 1 带传动 2 链传动 3 齿轮传动 4 摩擦轮传动 2 在机械传动中 传动效率高 结构紧凑 功率和速度适用范围最广的是 1 带传动 2 摩擦轮传动 3 链传动 4 齿轮传动 3 成本较高 不宜用于轴间距离较大的单级传动是 1 带传动 2 链传动 3 齿轮传动 4 能缓冲减振 并能起到过载安全保护作用的是 1 带传动 2 链传动 3 齿轮传动 5 一般参数的闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是 1 齿面点蚀 2 轮齿折断 3 齿面磨粒磨损 4 齿面胶合 6 一般参数的闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是 1 齿面点蚀 2 轮齿折断 3 齿面塑性变形 4 齿面胶合 7 高速重载且散热条件不良的闭式齿轮传动 其最可能出现的失效形式是 1 轮齿折断 2 齿面磨粒磨损 3 齿面塑性变形 4 齿面胶合 8 齿轮因齿面塑性变形而失效最可能出现在 齿轮传动中 1 高速轻载的闭式硬齿面 2 低速重载的闭式软齿面 3 润滑油粘度较高的硬齿面 9 一般参数的开式齿轮传动 其主要的失效形式是 1 齿面点蚀 2 轮齿折断 3 齿面胶合 4 齿面塑性变形 10 设计一般闭式齿轮传动时 计算接触强度是为了避免 失效 1 胶合 2 磨粒磨损 3 齿面点蚀 4 轮齿折断 11 设计一般闭式齿轮传动时 齿根弯曲疲劳强度计算主要针对的失效形式是 1 齿面塑性变形 2 轮齿疲劳折断 3 齿面点蚀 4 磨损 12 磨损尚无完善的计算方法 故目前设计开式齿轮传动时 一般按弯曲疲劳强度设计计算 用适当增大 模数的方法以考虑 的影响 1 齿面点蚀 2 齿面塑性变形 3 磨粒磨损 4 齿面胶合 13 对齿轮轮齿材料的基本要求是 1 齿面要硬 齿芯要韧 2 齿面要硬 齿芯要脆 3 齿面要软 齿芯要脆 4 齿面要软 齿芯要韧 14 对于一对材料相同的钢制软齿面齿轮传动 常用的热处理方法是 1 小齿轮淬火 大齿轮调质 2 小齿轮淬火 大齿轮正火 3 小齿轮调质 大齿轮正火 4 小齿轮正火 大齿轮调质 15 计算载荷中的使用系数 KA 不包含 对齿轮实际承受载荷的影响 1 工作机性能 2 原动机性能 3 载荷变动情况 4 齿轮制造及装配误差 16 对于重要的齿轮传动 可将齿轮进行齿顶修缘 目的是 1 减小齿间载荷分配不均 2 减小齿向载荷的分布不均 3 减小附加动载荷 17 为了降低齿轮传动中齿向载荷分布不均的程度 可以 1 增大重合度 2 进行轮齿齿顶修缘 3 将轮齿作鼓形修整 4 降低齿轮支承系统的刚度 18 齿轮接触疲劳强度计算中的节点区域系数 ZH与 无关 19 1 变为系数 2 分度圆压力角 3 分度圆螺旋角 4 齿数 19 斜齿轮和锥齿轮强度计算中的齿形系数 YFa 和应力修正系数 Ysa 应按 查图表 1 实际齿数 2 当量齿数 3 不发生根切的最小齿数 20 一减速齿轮传动 主动轮 1 用 45 调质钢 从动轮 2 用 45 钢正火 则它们的齿面接触应力的关系为 1 H1 H2 21 为了有效提高齿面接触强度 可 1 保持分度圆直径不变而增大模数 2 增大分度圆直径 3 保持分度圆直径不变而增加齿数 22 对于闭式硬齿面齿轮传动 宜取较少齿数以增大模数 其目的是 1 提高齿面的接触强度 2 减小滑动系数 提高传动效率 3 减小轮齿的切削量 4 保证轮 齿的抗弯强度 23 设计开式齿轮传动时 在保证不根切的情况下 宜取较少齿数 其目的是 1 增大重合度 提高传动平稳性 2 减小齿面发生胶合的可能性 3 增大模数 提高轮齿的抗 弯强度 4 提高齿面接触强度 24 在设计圆柱齿轮传动时 通常使小齿轮的宽度比大齿轮宽一些 其目的是 1 使小齿轮和大齿轮的强度接近相等 2 为了使传动更平稳 3 为了补偿可能的安装误差以保 证接触线长度 25 设计斜齿圆柱齿轮传动时 螺旋角 一般在 8 20 范围内选取 太小斜齿轮传动的优点不明显 太大则 会引起 1 啮合不良 2 制造困难 3 轴向力太大 4 传动平稳性下降 26 Hlim 和 Flim 值是试验齿轮在持久寿命期内按 通过长期持续重复载荷作用或经长期持续的脉动 载荷作用而获得的齿面接触疲劳极限应力和齿根弯曲疲劳极限应力 1 可靠度为 90 2 失效概率为 1 3 失效概率为 99 4 可靠度为 10 27 直齿锥齿轮传动的强度计算方法是以 的当量圆柱齿轮为计算基础 1 小端 2 大端 3 齿宽中点处 28 下列计算正交支持锥齿轮传动的传动比公式中 是不正确的 1 i d2 d1 2 i z2 z1 3 i tg 2 ctg 1 4 i tg 1 29 在圆锥齿轮和圆柱齿轮的二级传动机构中 通常将圆锥齿轮安排在 A 高速级 B 低速级 C 都可以 30 齿轮的疲劳点蚀通常首先出现在 二 分析与思考题分析与思考题 1 齿轮传动有那些主要类型 各种类型的特点和应用场合如何 齿轮传动与其它机械传动相比特点怎样 试 举出若干现代机械中应用齿轮传动的实例 答 按轴线相对位置和齿向分类 平行轴齿轮传动 1 直齿圆柱齿轮传动 a 外啮合直齿圆柱齿轮传动 多用于速度较低的传动 尤其适用于变速箱的换档齿轮 b 内啮合圆柱齿轮传动 重合度大 轴间距 离小 结构紧凑 效率较高 c 齿轮齿条传动 用于连续转动到往复移动的运动变换 20 2 平行轴斜齿轮传动 a 外啮合斜齿圆柱齿轮传动 适用于速度较高 载荷较大或要求结构较紧凑的 场合 b 外啮合人字齿轮传动 承载能力较高 轴向力能够抵消 多用于重载传动 相交轴齿轮传动 a 直齿锥齿轮传动 适用于速度较低 32 时 应采用 1 油脂润滑 2 油杯润滑 3 油环或飞溅润滑 4 压力循环润滑 5 在非液体润滑滑动轴承中 限制 p 值的主要目的是 1 防止轴承衬材料过度磨损 2 防止轴承衬材料发生塑性变形 3 防止轴承称材料因压力过大而过度发 热 4 防止出现过大的摩擦阻力矩 27 6 在非液体润滑滑动轴承设计中 限制 p 值的主要目的是 1 防止轴承因过度发热而产生胶合 2 防止轴承过度磨损 3 防止轴承因发热而产生塑性变形 7 静压轴承与动压轴承相比较 不能作为静压轴承的优点 1 能在极低速下正常工作 2 机器起动和停车时 也能保证液体摩擦 3 油膜刚度较大 4 设备及维护 费用低 8 试说明两板间能建立液体润滑的必要条件是什么 判断下面哪种情况有可能建立液体润滑 9 在滑动轴承中 相对间隙 是一个重要的参数 它是 之比 1 直径间隙 与公称直径 2 半径间隙 与公称直径 3 最小间隙 hmin 与直径间隙 4 最小间隙 hmin 与公称直径 10 动压向心滑动轴承最小油膜厚度 hmin 的计算公式是 1 2 3 4 11 滑动轴承中为把润滑油导入整个摩擦表面间 应在轴瓦的 开设油沟 二 分析与思考题分析与思考题 1 滑动轴承有什么特点 主要应用在什么场合 答 整体式结构 结构简单 成本低 只能用于轴端轴颈 磨损后间隙无法调整 对开式结构 装拆 方便 磨损后可用垫片调间隙 也可靠修刮轴瓦 用于滚动轴承不能采用的场合 特高速 特大冲击与 振动 径向尺寸要求小 必须剖分安装 腐蚀介质环境 2 滑动轴承的润滑状态有哪几种 3 滑动轴承为什么常开设油孔及油槽 油孔及油槽应设在什么位置 为什么 油槽一般有哪些结构 设计时应 注意什么 4 混合润滑轴承的计算准则是什么 5 液体动压向心滑动轴承的相对间隙 对轴承性能有何影响 设计中若最小油膜厚度过小或温升过高 各应 如何调整相应间隙值 6 什么叫液体动压滑动轴承的索氏数 其量纲是什么 它的大小受哪些因素影响 轴承的承载能力与其有何 关系 7 液体动压向心滑动轴承进行热平衡计算的目的是什么 如何计算 8 哪些参数可以标志液体动压向心滑动轴承承载能力的大小 28 三 设计计算题设计计算题 1 有一混合摩擦润滑向心滑动轴承 轴颈直径 d 100mm 轴承宽度 B 100mm 轴的转速 n 1200r min 轴承材 料为 ZCuSn10P1 问该轴承最大能承受多大的径向载荷 2 一液体动压润滑向心滑动轴承 包角 180 轴的刚度较大 安装对中性好 无偏斜 轴颈直径 d 100mm 轴承 宽度 B 100mm 轴承直径间隙 0 150mm 轴颈与轴瓦表面粗糙度分别为 Rx1 1 6 m 和 Rx2 6 3 m 轴转速 n 750r min 采用全损耗系统用油 L AN46 轴承平均工作温度 tm 50 试求该轴承所能承受的最大径向载荷 十八章十八章 滚动轴承滚动轴承 1 选择题选择题