华东交通大学机械设计复习要点及重点习题讲解

1、绪论 1、机器的基本组成要素是什么？ 【答】 机械系统总是由一些机构组成，每个机构又是由许多零件组成。所以，机器的基本组成要素就 是机械零件。 2、什么是通用零件？什么是专用零件？试各举三个实例。 【答】 在各种机器中经常能用到的零件称为通用零件。如螺钉、齿轮、弹簧、链轮等。 在特定类型的机器中才能用到的零件称为专用零件。如汽轮机的叶片、内燃机的活塞、曲轴等。 3、在机械零件设计过程中，如何把握零件与机器的关系？ 【答】 在相互连接方面，机器与零件有着相互制约的关系； 在相对运动方面，机器中各个零件的运动需要满足整个机器运动规律的要求； 在机器的性能方面，机器的整体性能依赖于各个零件的性能，而

2、每个零件的设计或选择又和机器整机的性 能要求分不开。 二 机械设计总论 1、机器由哪三个基本组成部分组成？传动装置的作用是什么？ 【答】 机器的三个基本组成部分是：原动机部分、执行部分和传动部分。 传动装置的作用：介于机器的原动机和执行部分之间，改变原动机提供的运动和动力参数，以满足执 行部分的要求。 2、什么叫机械零件的失效？机械零件的主要失效形式有哪些？ 【答】 机械零件由于某种原因丧失工作能力或达不到设计要求的性能称为失效。 机械零件的主要失效形式有 1）整体断裂； 2）过大的残余变形（塑性变形） ； 3）零件的表面破坏，主要是腐蚀、磨损和接触疲劳； 4）破坏正常工作条件引起的失效：有些

3、零件只有在一定的工作条件下才能正常工作，如果破坏了这 些必要的条件，则将发生不同类型的失效，如带传动的打滑，高速转子由于共振而引起断裂，滑动轴承由 于过热而引起的胶合等。 3、什么是机械零件的设计准则？机械零件的主要设计准则有哪些？ 【答】 机械零件的设计准则是指机械零件设计计算时应遵循的原则。 机械零件的主要设计准则有：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则 4、绘出浴盆曲线并简述其含义？ 答】 浴盆曲线是失效率曲线的形象化称呼， 表示了零件 或部件的失效率与时间的关系， 一般用实验方法求 得。 浴盆曲线分为三段：第段代表早期失效阶 段，失效率由开始时很高的数值急剧地下降到

4、某一 稳定的数值；第段代表正常使用阶段，失效率数 值缓慢增长；第段代表损坏阶段，失效率数值由 稳定的数值逐渐急剧上升。 5、设计机械零件时应满足哪些基本要求？ 【答】 机械零件的基本设计要求有：避免在预定寿命期内失效的要求；结构工艺性要求；经济性要求； 质量小要求；可靠性要求。 6、简述机械零件的一般设计步骤？ 【答】 机械零件的一般设计步骤是： （1）选择零件的类型和结构； （2）计算作用载荷； （3）选择材料； （4）确定基本尺寸； （5）结构设计； （6）校核计算； （7）绘图和编写技术文件。 7、机械零件的常规设计方法有哪些？计算机辅助设计、可靠性设计、优化设计、并行设计属于常规设计

5、方法吗？ 【答】 机械零件的常规设计方法有： （1）理论设计：根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计称为理论设计。理论设计中 常采用的处理方法有设计计算和校核计算两种。前者是指由公式直接算出所需的零件尺寸，后者是指对初 步选定的零件尺寸进行校核计算； （2）经验设计：根据从某类零件已有的设计与使用实践中归纳出的经验关系式，或根据设计者本人 的工作经验用类比的办法所进行的设计； （3）模型实验设计：对于一些尺寸巨大而且结构又很复杂的重要零件件，尤其是一些重型整体机械 零件，为了提高设计质量，可采用模型实验设计的方法。 计算机辅助设计、可靠性设计、优化设计、并行设计属于现代设计方法。 8

6、、简述机械零件金属材料的一般选用原则？ 答】 机械零件金属材料的在选用时主要考虑下列因素： 1、载荷、应力及其分布状况 ,零件的工作情况； 2、零件的尺寸及质量； 3、零件结构的复杂程度及材料的加工可能性； 4、材料的经济性； 5、材料的供应状况。 9、什么是机械零件的标准化？实行标准化有何重要意义？ 【答】 零件的标准化就是对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、制图要求等制定出各种各 样大家共同遵守的标准。 标准化的意义主要表现为： 1）能以最先进的方法在专门化工厂中对那些用途最广的零件进行大量、集中的制造，以提高质量、 降低成本； 2）统一了材料和零件的性能指标，使其能够进行比较，提

7、高了零件性能的可靠性； 3）采用了标准结构及零、部件，可以简化设计工作，缩短设计周期，提高设计质量，同时也简化了 机器的维修工作。 三 机械零件的强度 1、影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？在设计中可以采用哪些措施提高机械零件的疲劳强度？ 【答】 影响机械零件疲劳强度的主要因素有零件几何形状、尺寸大小、加工质量及强化因素。 零件设计时，可以采用如下的措施来提高机械零件的疲劳强度： 1）尽可能降低零件上应力集中的影响是提高零件疲劳强度的首要措施。应尽量减少零件结构形状和 尺寸的突变或使其变化尽可能地平滑和均匀。在不可避免地要产生较大的应力集中的结构处，可采用减荷 槽来降低应力集中的作用； 2

8、）选用疲劳强度大的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺； 3）提高零件的表面质量； 4）尽可能地减小或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长零件的疲劳寿命有着比提高 材料性能更为显著的作用。 2、已知某材料的1 180 MPa，循环基数取 N0 5 106 ，m=9，试求循环次数 N 分别为 7000，25000， 620000 次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 N 【解】 由公式 rNr m N 0 得 N1 = 7000 时 1N1 1809 7000 5 106 373.6 MPa N2 = 25000 时 1 5 106 25000 324.3 MPa N3 = 6

9、20000 时 1N2 1N3 1809 5 106 620000 227.0 MPa 3 、已知一材料的力学性能 s 260 MPa， 1 170 MPa，0.2 ，试按比例绘制该材料的简化极限 应力线图。 解】由公式 3-6 2 1 0 得 0 2 1 2 170 1 1 0.2 283.33 MPa 简化极限应力线图上各点的坐标分别为 A （0，170）； D （141.7，141.7）；C（260，0） 按比例绘制的简化极限应力线图如图所示。 4 、如在题 3 中取零件的 K 1.2 ，零件危险截面上的平均应力 m 20 MPa ，应力幅 a 30 MPa ， 1） 按比例绘制该零件的

10、简化极限应力线图，并在图上标出工作点M； 2） 分别按 r C 和 m C 在零件的简化极限应力线图上标出极限应力点 S1 和 S2； 3） 分别按 r C 和 m C 求出该截面的计算安全系数 Sca 。 【解】 1）绘制零件的简化极限应力线图 零件极限应力线图上各点的坐标分别为： 170141.7 A(0，170 ) (0,141.7)；D(141.7，141.7) (141.7,118.1),C(260，0) 1.21.2 工作点 M 坐标为 ( a, m ) (30,20) 2）标出极限应力点 S1 和 S2 r C 和 m C时在零件的简化极限应力线图上 的极限应力点 S1和 S2如

11、图所示。 3）按 r C 和 m C 求该截面的计算安全系数 Sca 显然，两种情况可能的失效形式均为疲劳失效。 故安全 系数分别为： Sca 170 1 4.25 K a m 1.2 30 0.2 20 C时 Sca (K K ( a m) 170 (1.2 0.2) 20 3.17 1.2(30 20) 摩擦、磨损及润滑概述 1、如何用膜厚比衡量两滑动表面间的摩擦状态？ 【答】 膜厚比（ ）用来大致估计两滑动表面所处的摩擦（润滑）状态。 （Rq12 Rq22 ）1/2 式中， hmin 为两滑动粗糙表面间的最小公称油膜厚度， Rq1 、 Rq2 分别为两表面轮廓的均方根偏差。 膜厚比 1时

12、，为边界摩擦（润滑）状态；当13时，为混合摩擦（润滑）状态；当3 时 为流体摩擦（润滑）状态。 2、机件磨损的过程大致可分为几个阶段？每个阶段的特征如何？ 【答】 试验结果表明，机械零件的一般磨损过程大致分为三个阶段，即磨合阶段、稳定磨损阶段及剧 烈磨损阶段。 1 ） 磨合阶段：新的摩擦副表面较粗糙，在一定载荷的作用下，摩擦表面逐渐被磨平，实际接触面 积逐渐增大，磨损速度开始很快，然后减慢； 2 ） 稳定磨损阶段：经过磨合，摩擦表面加工硬化，微观几何形状改变，从而建立了弹性接触的条 件，磨损速度缓慢，处于稳定状态； 3 ） 剧烈磨损阶段：经过较长时间的稳定磨损后，因零件表面遭到破化，湿摩擦条件

13、发生加大的变 化（如温度的急剧升高，金属组织的变化等） ，磨损速度急剧增加，这时机械效率下降，精度降 低，出现异常的噪声及振动，最后导致零件失效。 3、何谓油性与极压性？ 【答】油性（润滑性）是指润滑油中极性分子湿润或吸附于摩擦表面形成边界油膜的性能，是影响边 界油膜性能好坏的重要指标。油性越好，吸附能力越强。对于那些低速、重载或润滑不充分的场合，润滑 性具有特别重要的意义。 极压性是润滑油中加入含硫、氯、磷的有机极性化合物后，油中极性分子在金属表面生成抗磨、耐高 压的化学反应边界膜的性能。它在重载、高速、高温条件下，可改善边界润滑性能。 4、润滑油和润滑脂的主要质量指标有哪几项？ 【答】润滑

14、油的主要质量指标有：粘度、润滑性（油性） 、极压性、闪点、凝点和氧化稳定性。 润滑脂的主要质量指标有：锥（针）入度（或稠度）和滴点。 5、什么是粘度？粘度的常用单位有哪些？ 【答】粘度是指润滑油抵抗剪切变形的能力，标志着油液内部产生相对运动运动时内摩擦阻力的大小， 可定性地定义为它的流动阻力。粘度越大，内摩擦阻力越大，流动性越差。粘度是润滑油最重要的性能指 标，也是选用润滑油的主要依据。 粘度的常用单位有 Pa s（国际单位制） ， dyn s cm2 （P泊，cP厘泊），St（斯），cSt（厘斯）， Et （恩氏 度）， SUS （赛氏通用秒） ， R （雷氏秒）等。 6、流体动力润滑和流体

15、静力润滑的油膜形成原理在本质上有何不同？ 【答】流体动力润滑是借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的 压力来平衡外载荷，具有一定粘性的流体流入楔形收敛间隙产生压力效应而形成。 流体静力润滑是靠液压泵（或其它压力流体源） ，将加压后的流体送入两摩擦表面之间，利用流体静 压力来平衡外载荷。 四 螺纹连接和螺旋传动 1、简要分析普通螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，并说明哪些螺纹适合用于连接，哪些 螺纹适合用于传动？哪些螺纹已经标准化？ 【答】普通螺纹：牙型为等边三角形，牙型角 60 度，内外螺纹旋合后留有径向间隙，外螺纹牙根允许 有较大的圆角，以减小应力集中

16、。同一公称直径按螺距大小，分为粗牙和细牙，细牙螺纹升角小，自锁性 好，抗剪切强度高，但因牙细不耐磨，容易滑扣。应用：一般连接多用粗牙螺纹。细牙螺纹常用于细小零 件，薄壁管件或受冲击振动和变载荷的连接中，也可作为微调机构的调整螺纹用。 矩形螺纹：牙型为正方形，牙型角 0 ，传动效率较其它螺纹高，但牙根强度弱，螺旋副磨损后， 间隙难以修复和补偿，传动精度降低。 梯形螺纹：牙型为等腰梯形，牙型角为 30 度，内外螺纹以锥面贴紧不易松动，工艺较好，牙根强度 高，对中性好。主要用于传动螺纹。 锯齿型螺纹：牙型为不等腰梯形，工作面的牙侧角 3 度，非工作面牙侧角 30 度。外螺纹牙根有较大 的圆角，以减小

17、应力集中，内外螺纹旋合后，大径无间隙便于对中，兼有矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹 牙型螺纹牙根强度高的特点。用于单向受力的传动螺纹。 普通螺纹适合用于连接，矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹适合用于传动。 普通螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹已经标准化。 2、将承受轴向变载荷连接螺栓的光杆部分做的细些有什么好处？ 【答】可以减小螺栓的刚度，从而提高螺栓连接的强度。 3、螺纹连接为何要防松？常见的防松方法有哪些？ 【答】连接用螺纹紧固件一般都能满足自锁条件，并且拧紧后，螺母、螺栓头部等承压面处的摩擦也 都有防松作用，因此在承受静载荷和工作温度变化不大时，螺纹连接一般都不会自动松脱。但在冲击、振 动、变载荷及

18、温度变化较大的情况下，连接有可能松动，甚至松开，造成连接失效，引起机器损坏，甚至 导致严重的人身事故等。所以在设计螺纹连接时，必须考虑防松问题。 螺纹连接防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。具体的防松装置或方法很多，按工作原理可分为摩擦 防松、机械防松和其它方法，如端面冲点法防松、粘合法防松，防松效果良好，但仅适用于很少拆开或不 拆的连接。 4、简要说明螺纹连接的主要类型和特点。 【答】螺纹联接的主要类型有螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接和紧定螺钉联接四种。主要特点是： ）螺栓联接：有普通螺栓联接和铰制孔螺栓联接两种。普通螺栓联接被联接件的通孔与螺栓杆之间 有间隙，所以孔的加工精度可以低些，

19、不需在被联接件上切制螺纹，同时结构简单、装拆方便，所以应用 最广。铰制孔螺栓联接螺栓杆与孔之间没有间隙，能确定被联接件的相对位置，并能承受横向载荷。 2）螺钉联接：螺钉直接旋入被联接件的螺纹孔中。适用于被联接件之一较厚，或另一端不能装螺母 的场合。由于不用螺母，所以易于实现外观平整、结构紧凑；但要在被联接件上切制螺纹，因而其结构比 螺栓联接复杂一些。 不适用于经常拆装的场合。如经常拆装，会使螺纹孔磨损，导致被联接件过早失效。 3）双头螺柱联接：使用两端均有螺纹的螺柱，一端旋入并紧定在较厚被联接件的螺纹孔中，另一端 穿过较薄被联接件的通孔，加上垫片，旋上螺母并拧紧，即成为双头螺柱联接。这种联接在

20、结构上较前两 种复杂，但兼有前两者的特点，即便于拆装，又可用于有较厚被联接件或要求结构紧凑的场合。 ）紧定螺钉联接：将紧定螺钉拧入一零件的螺纹孔中，其末端顶住另一零件的表面，或顶入相应的 凹坑中，以固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或扭矩,多用于固定轴上零件的相对位置。 5、简要说明平垫圈、斜垫圈和球面垫圈的用途？ 【答】垫圈的主要作用是增加被联接件的支承面积或避免拧紧螺母时擦伤被联接件的表面。常用的是 平垫圈。当被联接件表面有斜度时，应使用斜垫圈，特殊情况下可使用球面垫圈。 6、在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，为何应制成凸台或沉头座？ 【答】 1）降低表面粗造度，保证连接的紧密性；

21、 2）避免螺栓承受偏心载荷； 3）减少加工面，降低加 工成本。 7、如图所示的底板螺栓组连接受外力的 F 作用，外力 F 作用在包含 x 轴并垂直于底板结合面的平面内。 试分析底板螺栓组的受力情况，判断哪个螺栓受力最大？保证连接安全工作的必要条件有哪些？ 解】 将 F 等效转化到底板面上，可知底板受到轴向力 F y ，横向力 F x 和倾覆力矩 M 。 （1）底板最左侧螺栓受力最大，为防止螺栓拉断，应 验算该螺栓的拉伸强度，要求拉应力 ； （2）为防止底板右侧压碎，应验算底板右侧边缘的最 大挤压应力，要求最大挤压应力 pmax ； （3）为防止底板左侧出现间隙，应验算底板左侧边缘 的最小挤压应

22、力，要求最小挤压应力 pmin 0 ； （4）为防止底板向右滑移，应验算底板在横向力作用 下是否会滑动，要求摩擦力 Ff F x 8、如图所示，两块金属板用两个 M12 的普通螺栓连接。若结合面的摩擦系数 f 0.3 ，螺栓预紧力控制 在屈服极限的 70%，螺栓用性能等级为 4.8 的中碳钢制造，求此连接所能传递的最大横向载荷 F 【解】 参考书给出的答案有问题：螺栓数目为 2，接合面数为 1，取防 滑系数为 Ks 1.2 ，性能等级为 4.8 的碳钢 s 320 MPa 。螺 栓所需预紧力 F0为 F0 KsF 0 0 fzi 因此，所能传递的最大载荷为 6 1.12 108 0.7 320

23、 10 0.3 2 1 1.2 正确解法： 1、M12 的螺纹内径为 d1 10.106 mm ； 2、确定螺栓的预紧力 d 性能等级为 4.8 的碳钢 s 320 MPa ，由题意，预紧力为 F0 0.7 sA1 0.7 s 1 4 采用橡胶垫片密封，取螺栓的相对刚度 Cb Cb Cm 0.9 3、由公式 fziF0 K sF 、受轴向载荷的紧螺栓连接，被连接钢板间采用橡胶垫片。已知螺栓预紧力F0 15000 N，当受轴向工 作载荷 F 10000 N 时，求螺栓所受的总拉力及被连接件之间的残余预紧力。 【解】 z 2， i 1， f 0.3，取 K s 1.2 ，因此，该连接能传递的最大横

24、向载荷为 Fmax fziF0 0.3 2 1 0.7 320 10.106 8983.93 N maxK s1.2 4 由教材公式（ 5-18），螺栓总拉力 F2 F0CbF 1500 0.9 10000 24000 N Cb Cm 由教材公式（ 5.15），残余预紧力为 F1 F2 F 24000 10000 14000 N 键、花键、无键连接和销连接 1、分析比较平键和楔键的工作特点和应用场合 【答】平键连接的工作面是两侧面，上表面与轮毂槽底之间留有间隙，工作时，靠键与键槽的互压传 递转矩，但不能实现轴上零件的轴向定位，所以也不能承受轴向力。具有制造简单、装拆方便、定心性较 好等优点，应

25、用广泛。 楔键连接的工作面是上下面，其上表面和轮毂键槽底面均有 1:100 的斜度，装配时需打紧，靠楔紧后 上下面产生的摩擦力传递转矩，并能实现轴上零件的轴向固定和承受单向轴向力。由于楔紧后使轴和轮毂 产生偏心，故多用于定心精度要求不高、载荷平稳和低速的场合。 2、平键连接有哪些失效形式？普通平键的截面尺寸和长度如何确定？ 【答】平键连接的主要失效形式是较弱零件（通常为轮毂）的工作面被压溃（静连接）或磨损（动连 接，特别是在载荷作用下移动时） ，除非有严重过载，一般不会出现键的剪断。键的截面尺寸 b h 应根据 轴径 d 从键的标准中选取。 键的长度 L可参照轮毂长度从标准中选取， L 值应略

26、短于轮毂长度。 3、为什么采用两个平键时， 一般布置在沿周向相隔 180的位置，采用两个楔键时， 则应沿周向相隔 90 120，而采用两个半圆键时，却布置在轴的同一母线上？ 【答】两个平键连接，一般沿周向相隔 180 布置，对轴的削弱均匀，并且两键的挤压力对轴平衡，对轴不 产生附加弯矩，受力状态好。 采用两个楔键时，相隔 90 120 布置。若夹角过小，则对轴的局部削弱过大。若夹角过大，则两个楔键 的总承载能力下降。当夹角为 180 时，两个楔键的承载能力大体上只相当于一个楔键盘的承载能力。 采用两个半圆键时，在轴的同一母线上布置。半圆键对轴的削弱较大，两个半圆键不能放在同一横截 面上。只能放

27、在同一母线上。 4、如图所示的凸缘半联轴器及圆柱齿轮，分别用键与减速器的低速轴相连接。试选择两处键的类型及尺 寸，并校核其强度。已知：轴的材料为 45 钢，传递的转矩为 T 1000 N.m，齿轮用锻钢制造，半联轴器 用灰铸铁制成，工作时有轻微冲击。 【解】 （1）确定联轴器段的键 根据结构特点， 选 A 型平键。 由轴径 d 70mm ， 查手册得键的截面尺寸为 b 20mm， h 12mm， 取键的公称长度 L 110mm 。 键的标记：键 20 110 GB/T1069 -1979 键的工作长度为 l L b 110 20 90mm ， 键与轮毂键槽接触高度为 k h/ 2 6mm ，根

28、据联轴 器材料铸铁，载荷有轻微冲击，查教材表 6-1，取许用 挤压应力 p 55MPa ，则其挤压强度 题4 图 3 2T 103 kld 2 1000 1000 6 90 70 52.91MPa 55MPa 满足强度要求。 （注：该键也可以选择长度 L 125mm。） （2）确定齿轮段的键 根据结构特点，选 A 型平键。由轴径 d 90mm ，查手册得键的截面尺寸为 b 25mm ， h 14 mm ，取键的公称长度 L 80mm 。 键的标记：键 25 80 GB/T1069 -1979 键的工作长度为 l L b 80 25 55mm ，键与轮毂键槽接触高度为 k h/2 7mm ，根

29、据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，查教材表6-1，取许用挤压应力 p 110 MPa ，则其挤压强度 p 2T 2 1000 10 57.72 MPa p 110 MPa 满足强度要求。 p kld 7 55 90 p 五 带 传 动 1、影响带传动工作能力的因素有哪些？ 1 1/ef 【答】由公式（ 8-7） Fec 2F0 f ec 0 1 1/ef 影响带传动工作能力的因素有： （1）预紧力：预紧力越大，工作能力越强，但应适度，以避免过大拉应力； （2）包角：包角越大越好，一般不小于 120 度； （3）摩擦系数：摩擦系数越大越好。 2、带传动的带速为什么不宜太高也不宜太低？ 2 【答】由

30、公式（ 8-10 ） c 可知，为避免过大的离心应力，带速不宜太高； A 1）由公式（ 8-3）和（ 8-4）可知，紧边拉力 FeP F1 F0e F0 1000 2 因此，为避免紧边过大的拉应力 1 F1 ，带速不宜太低。 A 3、带传动中的弹性滑动和打滑是怎样产生的？对带传动有何影响？ 【答】带传动中的弹性滑动是由于带松边和紧边拉力不同，导致带的弹性变形并引起带与带轮之间发 生相对微小滑动产生的，是带传动固有的物理现象。 带传动中由于工作载荷超过临界值并进一步增大时，带与带轮间将产生显著的相对滑动，这种现象称 为打滑。打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急剧降低，甚至使传动失效，这种情况应当避

31、免。 4、带传动的主要失效形式和设计准则是什么？ 【答】带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏。 带传动的设计准则是在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。 5、V 带传动的 n1 1450 r/min ，带与 带轮的当量摩擦系数 fv 0.51，包角 1 180 ，预 紧力 F0 360 N 。试问： 1) 该传动所能传递的最大有效拉力为多少； 2) 若 dd1 100 mm ，其传递的最大转矩为多少； 3) 若传动效率为 0.95，弹性滑动忽略不计，求从动轮的输出功率 解】(1) Fec 2F0 1 1/efa 2 360 1 1/e0.51478.35N 1 1/ efa 1

32、 1/e0.51 (2) 传递的最大扭矩 dd1100 T Fec d1 478.35 23917.5N .mm 22 (3) 输出功率 P Fec 0.95 1000 Fec n1 dd1 60 1000 1000 0.95 478.35 1450 100 60 1000 1000 0.95 3.63 kW 6、V 带传动传递的功率 P 7.5 kW ， 带速10 m/s ，紧边拉力是松边拉力的两倍，即F1 2F2 ，试 求紧边拉力 F1 、有效拉力 Fe和预紧力 F0 。 解】由 P Fe kW ， 1000 Fe 1000P 1000 7.5 750N 10 由 Fe F1 F2 ，又

33、F1 2F2 ，得 F1 2F2 2 750 1500N Fe 由 F1 F0e ，得 2 Fe750 F0 F1 e 1500 1125N 0 1 22 7 、有一带式输送装置，其异步电动机与齿轮减速器之间用普通 V 带传动，电动机功率 P 7 kW ，转速 n1 960 r/min ，减速器输入轴的转速 n2 330 r/min ，允许误差为 5% ，运输装置工作时有轻微冲击， 两班制工作，试设计此带传动。 11 解】 1）确定计算功率 由表 8-7 查得 K A 1.2 ，计算功率为 Pca K AP 1.2 7 8.4 kW 2）选取 V带型号 根据 Pca 8.4 kW,n1 960

34、 r/min ，由图 8-11选用 B型带。 3）确定带轮的基准直径，并验算带速 确定小带轮基准直径 由表 8-6 和表 8-8，取小带轮的基准直径 dd1 150 mm 验算带速 按式 8-13 d d1n1150 960 d1 1 7.54 m/s 60 1000 60 1000 由于 5 m/s 30 m/s ，故带速合适。 确定大带轮基准直径 传动比 i n1 960 2.91 ，根据式 8-15a，有 n2 330 dd2 id d1 2.91 150 436.5 根据表 8-8，圆整为 dd2 450 mm 验算带速误差 由式 8-14 ，从动轮实际转速 n2 dd1n1(1) 1

35、50 960 (1 0.02) dd2 450 313.6 r/min 带速误差n2 n2 330 313.6 100% 4.97% 5% ，满足要求。 n2330 4）确定 V 带的中心距和基准长度 确定小带轮基准直径 根据式 8-20 0.7(dd1 dd2) 420 a0 2(dd1 dd2) 1200 ，初定中心距 a0 600mm ， 计算带的基准长度 按式 8-22 Ld0 2a0 2 (dd1 dd2 2 ) (dd2 dd1) ) 4a 2 600 (150 450) 2 (450 150) 2 4 600 2180 mm 由表 8-2 选带的基准长度 Ld 2240mm 计算

36、实际中心距 由式 8-23 a a0 Ld Ld0 2 600 2240 2180 2 630 mm 由式 8-24，中心距的变化范围为 12 amin a 0.015Ld 600 0.015 2240 566.4 mm amax a 0.03L d 600 0.03 2240 667.2 mm 5) 验算小带轮上的包角 dd2 d d1 450 150 180 d2 d1 57.3 180 57.3 152.7 120 a 630 包角合适。 6) 计算带的根数 计算单根 V 带的额定计算功率 由 dd1 150 mm 和 n1 960 r/min ，查表 8-4a 得 P0 2.60 kW

37、 查表 8-4b 得 P0 0.30 kW 查表 8-5得 K 0.92 ，查表 8-2得 KL 1.0 ，根据式 8-26 Pca (P0P0)K K L 8.4 (2.60 0.30) 0.92 1.0 3.15 取 4 根。 7) 计算单根 V 带的最小初拉力 (F0)min 由表 8-3 得 B 型带的单位长度质量 q 0.18 kg/m (F0 )min 500 (2.5 K )Pca q 2 Kz 500 (2.5 0.92) 8.4 0.92 4 7.54 0.18 7.542 249.4 N 13 8) 计算压轴力 FP 压轴力的最小值为 1 152.7 (FP )min 2z

38、(F0)min sin 1 2 4 249.4 sin 1938.85 22 9) 带轮结构设计(略) 六 链 传 动 1、与带传动相比，链传动有哪些优缺点？ 【答】与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保证准确的平均传动比， 传动效率较高；又因链条不需要像带那样张得很，所以作用于轴上的径向压力较小；在同样的条件下，链 传动结构较为紧凑。同时链传动能在高温和低温的情况下工作。 2、何谓链传动的多边形效应？如何减轻多边形效应的影响？ 【答】链传动运动中由于链条围绕在链轮上形成了正多边形，造成了运动的不均匀性，称为链传动的 多边形效应。这是链传动固有的特性。 减轻链传动多边

39、形效应的主要措施有： 1）减小链条节距； 2）增加链轮齿数 ; 3）降低链速。 3、简述滚子链传动的主要失效形式和原因。 【答】滚子链传动的主要失效形式和原因如下： 1）链的疲劳破坏：链在工作时，周而复始地由松边到紧边不断运动着，因而它的各个元件都是在变 应力作用下工作，经过一定循环次数后，链板将会出现疲劳断裂，或者套筒、滚子表面将会出现疲劳点蚀 （多边形效应引起的冲击疲劳） 。 2）链条铰链的磨损：链条在工作过程中，由于铰链的销轴与套筒间承受较大的压力，传动时彼此又 产生相对转动 ,导致铰链磨损 ,使链条总长伸长 ,从而使链的松边垂度变化 ,增大动载荷 ,发生振动 ,引起跳齿 ,加 大噪声以

40、及其它破坏 ,如销轴因磨损削弱而断裂等。 3）链条铰链的胶合：当链轮转速高达一定数值时，链节啮入时受到的冲击能量增大，销轴和套筒间 润滑油被破坏，使两者的工作表面在很高的温度和压力下直接接触，从而导致胶合。因此，胶合在一定程 度上限制了链的传动的极限转速。 4）链条静力拉断：低速（0.6 m/s）的链条过载，并超过了链条静力强度的情况下，链条就会被 拉断。 4 、在如图所示链传动中，小链轮为主动轮，中心距a （3050） p 。问在图 a、b 所示布置中应按哪个方 向转动才合理？两轮轴线布置在同一铅垂面内（图c）有什么缺点？应采取什么措施？ 题4 图 【答】 a）和 b）按逆时针方向旋转合理。

41、 c）两轮轴线布置在同一铅垂面内下垂量增大， 下链轮的有效啮合齿数减少， 降低了传动能力， 应采取 （ 1）调整中心距（ 2）加张紧轮（ 3）两轮偏置等措施。 5、选择并 验算一输送装置用的传动链。已知 链传动传递的功率 P 7.5 kW ，主动链轮 转速 n1 960 r/min ，传动比 i 3 ，工作情况系数 K A 1.5 ，中心距 a 650 mm （可以调节）。 解】（1）选择链轮齿数 z1,z2 。假定链速 v 3 8m / s ，由教材表 9-8 取主动链轮齿数 z1 23，则 从动链轮齿数 z2 iz1 3 23 69 14 (2)确定链节距 p。计算功率 Pca K AP

42、1.5 7.5 11.25kW 由教材图 9-13 按小链轮转速估计链工作在额定功率曲线顶点的左侧。查教材表 9-10 得 z1 1.08 23 1.08 K Z ( 1 )1.08 ( )1.08 1.23 19 19 初选中心距 a 40p 则 Lp 2a z1 z2 (z2 z1)2 p p 2 ( 2 ) 2 2 40p p 23 69 (69 23)2 p p 127.34 40p 取 L p 128 ，根据教材表 9-10 得 KL Lp 0.26 128 0.26 ( ) ( ) 100 100 1.07 选取单排链，由教材表 9-11得 Kp 1，所需传递的功率为 P0 Pca

43、 11.25 KZKLKP 8.55kW 1.23 1.07 1 根据 P0 8.55kW和n1 960r / min ，由教材图 9-13选链号为 10A 的单排链。同时也证实原估计链 工作在额定功率曲线顶点的左侧是正确的。由教材表 9-1 查得链节距 p 15.875mm 3)确定链长 L 及中心距 a LpP 1000 128 15.875 1000 2.03m a 4(Lp z1 2 z2 2 )2 8( z2 z1 2 )2 15.875 (128 23 69) (128 23 69)2 8(69 23)2645.61mm 4 2 2 2 中心距减小量 a (0.002 0.004)

44、a (0.002 0.004) 645.61 1.29 2.58mm 实际中心距 a a a 645.61 (1.29 2.58) 644.32 643.03mm 取 a 644mm ，接近 650mm ，符合题目要求。 （4）验算链速。 vz1pn1 60 1000 23 15.875 960 60 1000 5.482m/ s 与原假设相符。根据教材图 9-14 采用油浴或飞溅润滑。 （5）压轴力计算。有效圆周力 P 7.5 Fe 1000 1000 1283.81N v5.482 按水平传动，取压轴力系数 K Fp 1.15 ，则压轴力 Fp 1.15 1283.81 1476.38N

45、七 齿 轮 传 动 1、齿轮传动常见的失效形式有哪些？简要说明闭式硬齿面、闭式软齿面和开式齿轮传动的设计准则。 4）齿 【答】齿轮传动常见的失效形式有以下几种： （1）轮齿折断；（ 2）齿面点蚀；（3）齿面磨损； 面胶合；（5）塑性变形。 闭式硬齿面的设计以保证齿根弯曲疲劳强度为主；闭式软齿面的设计通常以保证齿面接触疲劳强度为 主；开式齿轮传动的设计目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。 2、简要分析说明齿轮轮齿修缘和做成鼓形齿的目的。 【答】齿轮轮齿修缘是为了减小齿轮传动过程中由于各种原因引起的动载荷。做成鼓形是为了改善载 荷沿接触线分布不均的程度。 3、软齿面齿轮传动设计时，为何小齿轮

46、的齿面硬度应比大齿轮的齿面硬度大3050 HBS ？ 【答】金属制的软齿面齿轮配对的两轮齿中，小齿轮齿根强度较弱，且小齿轮的应力循环次数较多， 当大小齿轮有较大硬度差时，较硬的小齿轮会对较软的大齿轮齿面产生冷作硬化的作用，可提高大齿轮的 接触疲劳强度。所以要求小齿轮齿面硬度比大齿轮大 3050HBS。 4、试分析图示斜齿圆柱齿轮所受的力（用受力图表示出各力的作用位置和方向）。 【解】 Fa2 16 题5 图 5、设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，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 应取多大数值才能使中间轴上两个轴向力互

47、相抵消。 【解】 （1）由于中间轴上两齿轮分别为主动 和从动轮，且旋转方向相同，因此为使轴向 力方向相反，必须使齿轮 3 的螺旋方向与齿 轮 2的相同。齿轮 2为左旋，故齿轮 3 必须 左旋，齿轮 4 右旋。 （2）使中间轴上轮 2 和轮 3 的轴向力 互相完全抵消，需要满足 Fa2 Fa3。 Fa2 Ft2tan 2, Fa3 Ft3 tan 3 因齿轮 2和齿轮 3传递的转矩相同 T Ft2d2 Ft3 d3 ，且 22 d2 z2mn2 /cos 2, d3 z3mn3 / cos 3 整理后可得 tan 3 Ft2 d3 z3mn3 cos 2 tan 2 Ft3 d2 z2mn2 c

48、os 3 因此 sin 3 z3mn3 sin 2 5 sin15 0.1438 z2mn23 51 3 8.27 8 162 6 、齿轮传动设计时，为何小齿轮的齿宽应比大齿轮的齿宽大510 mm？ 【答】将小齿轮的齿宽在圆整值的基础上人为地加宽 510mm，以防止大小齿轮因装配误差产生轴向错 位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的工作载荷。 7、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。 在作弯曲强度计算时应将图中查出的极限应力值乘以0.7。 8、设计小型航空发动机中的一对斜齿圆柱

49、齿轮传动。已知P1 130 kW ， n1 11640 r/min ， z1 23 ， z2 73，寿命 Lh 100 h ，小齿轮作悬臂布置，使用系数 KA 1.25。 解】 1）选择齿轮的材料和精度等级 根据教材表 10-1 选大小齿轮材料均为 20CrMnTi 渗碳淬火。小齿轮齿面硬度取 62HRC, 大齿轮齿面硬 度取 38HRC ，芯部 300HBS。选精度等级为 6 级。 2）按齿根弯曲疲劳强度设计 小齿轮传递的转矩 130 106658 N.mm 11640 6 P16 T1 9.55 10 9.55 10 初选载荷系数： Kt 1.6 确定齿宽系数：小齿轮作悬臂布置，据教材表

50、10-7 选取 d 0.5 初选螺旋角： 14 计算斜齿轮的当量齿数： z1 23 zv1 cos3 cos314 25.2, zv2 z2 cos3 73 cos73314 19.9 确定齿形系数和应力集中系数： 查教材表 10-5 得 YFa1 2.62, YSa1 1.59, YFa2 2.22, YSa2 1.77 确定斜齿轮端面重合度： a a1 a2 0.78 0.88 1.66 查教材图 10-26 得 a1 0.78, a2 0.88, 确定弯曲强度许用应力： 循环次数 N1 60n1 jLh 60 11640 1 100 7.0 107 N2 60n2 jLh 60 1164

51、0 23/73 1 100 2.2 107 由教材图 10-18 查得 K FN1 K FN2 1 取安全系数SF 1.5 由教材图 10-20（d）得FN1 FN 2 930 MPa 按对称循环变应力确定许用弯曲应力为 K FN1 FN1 1 930 F1 F2 0.7 FN1 FN1 0.7 434 MPa F1 F2SF1.5 由弯曲强度计算齿轮的模数： 因YFa1YSa2 YFa2YSa2, F1 F2 ，将齿轮 1的参数代入设计公式中得 18 mnt3 2KT1Y cos2 d z12 a YFaYSa 2 2 1.6 106658 0.89 cos2 142.62 1.59 2 4

52、34 0.5 232 1.66 1.84mm 取标准值 mn 2mm 验算载荷系数： 小齿轮的分度圆直径 d1 z1mn cos 23 2 47.4 mm cos14 齿轮的圆周速度 d1n1 3.141 47.4 116470 28.9 m/s 由教材图 10-8 查得： 60 1000 K 1.16 60 1000 假设 K AFt /b 100 N/mm ，由教材图 10-3 查得 K Fa K Ha 1.1 齿宽 b dd1 0.5 47.4 23.7 mm 齿宽与齿高比 由教材表 10-4 查得 b/h b 23.7 5.3 2.25mn2.25 2 K H 1.15 ，由教材图 1

53、0-13 查得 K F 1.12 弯曲强度载荷系数 K K AK vK Fa K F1.25 1.16 1.1 1.12 1.79 11修正模数： mn mnt3 K/Kt 1.84 3 1.79/1.6 1.91mm 因此取标准值 mn 2 mm 合适。 12 确定螺旋角： 中心距 z1 z2 mn 2 cos 23 73 2 98.94 mm cos14 arccos(z1 z2)mn 圆整中心距 a 99 mm 后，螺旋角 2a arccos(23 73) 2 14 828 2 99 13 斜齿轮的相关参数 d1 z1mn cos d2 z2mn cos 23 2 47.437mm co

54、s14 828 73 2 150.562mm cos14 828 19 b dd1 0.5 47.437 23.7mm 对齿宽圆整： b2 24mm, b1 28mm 3）齿面接触强度校核 确定接触强度载荷系数 K K AKvK Fa K F1.25 1.16 1.1 1.15 1.83 确定接触强度许用应力： 查教材图 10-21（e）得 查教材图 10-19 中曲线 2得 取安全系数SH 1.0 H lim1 H lim 2 1500MPa K HN1 1.0, KHN 21.08 H 1 K HN1 H lim1 SH 1.0 1500 1.0 1500 MPa H2 K HN 2 H

55、lim 2 1.08 1500 1.0 1620 MPa 确定弹性影响系数：据教材表 10-6 查得 ZE 189.8 MPa 确定区域载荷系数：据教材图 10-30 查得 ZH 2.43 校核接触强度 ZE ZH 2KT1 bd12 a 189.8 2.43 2 1.83 106658 3.17 1 24 47.4373 1.66 3.17 1140MPa H 20 满足接触强度要求，以上所选参数合适 1、简述蜗杆传动的特点和应用场合？ 【答】蜗杆传动的主要特点有： （1）传动比大，零件数目少，结构紧凑； （ 2）冲击载荷小、传动平稳， 噪声低；（3）当蜗杆的螺旋升角小于啮合面的当量摩擦角时

56、，蜗杆传动具有自锁性；（4）摩擦损失较大， 效率低；当传动具有自锁性时，效率仅为0。4 左右；（5）由于摩擦与磨损严重，常需耗用有色金属制造 蜗轮（或轮圈），以便与钢制蜗杆配对组成减摩性良好的滑动摩擦副。 蜗杆传动通常用于空间两轴线交错，要求结构紧凑，传动比大的减速装置，也有少数机器用作增速装 置。 2、蜗杆直径系数的含义是什么？为什么要引入蜗杆直径系数？ 【答】蜗杆直径系数是蜗杆分度圆直径和模数的比值。 d1 q m 引入蜗杆直径系数是为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的标准化。 3、为什么蜗轮的端面模数是标准值？蜗杆传动的正确啮合条件是什么？ 【答】 1）在中间平面上， 普通圆柱蜗杆传动就相

57、当于齿条与齿轮的啮合传动。 所以在设计蜗杆传动时， 均取中间平面上的参数（如模数、压力角等）和尺寸（如齿顶圆、分度圆等）为基准，并沿用齿轮传动的 计算关系。对于蜗轮来说，端面模数等于中间平面上的模数。 2）蜗杆传动的正确啮合条件是：蜗杆的轴向模数等于蜗轮的端面模数，蜗杆的轴向压力角等于蜗轮 的端面压力角，蜗杆中圆柱上螺旋线的导程角等于蜗轮分度圆上的螺旋角，且螺旋线方向相同。即 ma1 mt 2 m ； a1t2 ； 4、蜗杆传动的主要失效形式是什么？相应的设计准则是什么？ 【答】蜗杆传动的失效形式主要有齿面点蚀、齿根折断、齿面胶合及过度磨损等。 在开式传动中多发生齿面磨损和轮齿折断，因此应以保

58、证齿根弯曲疲劳强度作为开式传动的主要设计 准则。 在闭式传动中，蜗杆副多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，通常是按齿面接触疲劳强度进行设计，而 按齿根弯曲疲劳强度进行校核。 对于闭式传动，由于散热较为困难，还应作热平衡核算。 5、试分析画出图 5 所示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用 位置和方向。 【解】 1）各轴的回转方向如图所示； 2）蜗轮轮齿的螺旋方向： 由于两个蜗杆均为右旋，因此两个蜗轮也必为右旋。 3）蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置和方向如图所示 九 滑 动 轴 承 1、滑动轴承的失效形式有哪些？ 【答】滑动轴承的失效形式有：磨粒磨损、刮伤、咬合（胶合

59、） 、疲劳剥落和腐蚀，还可能出现气蚀、 21 流体侵蚀、电侵蚀和微动磨损等损伤。 2、滑动轴承材料应具备哪些性能？是否存在着能同时满足这些性能的材料？ 【答】滑动轴承材料性能应具有以下性能： （1）良好的减摩性、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、经济性等。不存 在一种轴承材料能够同时满足以上这些性能。 3、非液体润滑轴承的设计依据是什么？限制 p和 p 的目的是什么？ 【答】非液体润滑轴承常以维持边界油膜不遭破坏作为设计的最低要求。 限制 p 的目的是保证润滑油不被过大的压力挤出，间接保证轴瓦不致过度

60、磨损。 轴承的发热量与其单位面积上的摩擦功耗 fp 成正比，限制 p 的目的就是限制轴承的温升，防止吸 附在金属表面的油膜发生破裂。 4、液体动压润滑的必要条件是什么？简述向心滑动轴承形成动压油膜的过程？ 【答】形成流体动力润滑（即形成动压油膜）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）被油膜分开的两表面必须有足够的相对滑动速度 （亦即滑动表面带油时要有足够的油层最大速度） ， 其运动方向必须使润滑油由大口流进，从小口流出； 3）润滑油必须有一定的粘度，供油要充分。 向心滑动轴承形成动压油膜的基本过程为： 1）轴颈静止时，轴颈处于轴承孔的最低位置，并与轴瓦接触，两表面