机械设计课后简答题答案

1、3-9弯曲疲劳极限的综合影响系数 K3的含义是什么？它与哪些因素有关？ 它对零件的疲劳强度和静强度各有什么影响？答：在对称循环时，K3是试件的与零件的疲劳极限的比值；在不对称循环时，K 3是试件的与零件的极限应 力幅的比值。K3与零件的有效应 力集中系数（T k3、尺寸系数3、表面质 量系数卩3和强化系数卩q有关。K3对零件的疲劳强度有影响，对零件的静 强度没有影响。3-10零件的等寿命疲劳曲线与材料试件的等疲劳曲线有何区 别？在相同的应力变化规律下，零件和材料试件的失效形式是否总是相同的？ 为 什么？答：区别在于零件的等寿命疲劳曲线相对于试件的等寿命疲劳曲线|下移了一段距离（不是平行下移）。

2、在相同的应力变化规律下，两者的失效 形 式通常是相同的，如图中 ml和m2。但两者的失效形式也有可能不同，如 图中n 1和n2。这是由于 K3的影响，使得在极限应力线图中零件发生疲劳破坏的范围增大。3-11试说明承受循环变应力的机械零件，各在什么情 况下按静强度条件和疲劳强度条件计算？承受循环变应力的机械零件，当应力循环次数小于1000时，应按静强度条件计算；当应力循环次数大于1000时, 在一定的应力变化规律下，如果极限应力点落在极限应力线图中的屈服曲线GC上时，也应按静强度条件计算；如果极限应力点落在极限应力线图中的疲劳 曲线AG上时，则应按疲劳强度条件计算3-12在单向稳定应变应力下工作

3、的 零件，如何确定其极限应力？答：在单向稳定变应力下工作的零件，应当在零 件的极限应力线图中，根据零件的应力变化规律，由计算的方法或由作图的方 法确定其极限应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。5-7常用的螺纹有哪几种类型？各用于什么场合？对连接螺纹和 传动螺纹的要求有何不同

4、？答：常用螺纹有普通螺纹、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。 对连接螺纹 的要求是自锁性好，有足够的连接强度；对传动螺纹的要求是传动 精度高，效率高，以及具有足够的强度和耐磨性。5-9连接螺纹都具有良好的 自锁性，为什么有事还需要放松装置？试举出两个机械放松和摩擦放松的例子。答：因为螺纹连接在工作中会受到冲击、振动或变载荷作用，以及在咼温或温|度变化范围较大的环境中工作， 使得连接中的摩擦力和预紧力减 小，有可能松 脱现象，为保证连接的可靠性，在设计时必须采取有效的放松措施。 机械防松： 止动垫圈、串联钢丝、开口销与六角开槽螺母，摩擦放松

5、：对顶螺母、弹簧垫圈、自锁螺母，永久止动：铆合。冲点、涂胶粘剂。5-10普通螺栓连接和绞制孔用螺栓连接的主要失效形式和设计准则是什么？答：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。5-11计算普通螺栓连接时，为什么只考虑危险截面的拉伸强度，而不考虑螺栓头、螺母、和 螺纹牙的强度？ 答：螺栓头、螺母和螺纹牙的结构尺寸是根据与螺杆的等强度 条件及使用经验规定的，实践中很少发生失效，因此，通常不需要进行强度计算。5-12.普通螺栓连

6、接收到的轴向工作载荷或横向工作载荷为脉动循环时， 螺栓上的总载荷是什么循环？答：普通紧螺栓连接所受轴向工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷为不变号的不对称循环变载荷，0r 1时，大带轮上带的弯曲应力小，对带的损伤减少，在相同的使用寿命情况下，允许带传递更大一些的功率，因此 引入额定功率增量 P0。8-12带与带轮的摩擦系数对带传动有什么影响？为 了增加传动能力，将带轮的工作面加工的粗糙些以增大摩擦系数这样做是否合 理？为什么？ 答：摩擦系数f增大，则带的传动能力增大，反之则减小。这 样做不合理，因为若带轮工作面加工得粗糙， 则带的磨损加剧，带的寿命缩短。8-13带传动中的弹性滑动时如何产生的？

7、打滑又是如何长生的？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？答： 在带传动中，带的弹性滑动是因为带的弹性变形以及传递动力时松、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 固有的，是不可避 免的。弹性滑动使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，打滑是带传动的一 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。8-14在设计带传动时，为什么要限制小带轮的最小基准直径和带的最小最大速 度？答：小带轮的基准直径过小，

8、将使 V带在小带轮上的弯曲应力过大，使 带的使用寿命下降。小带轮的基准直径过小，也使得带传递的功率过小，带的传动能力没有得到充分利用，是一种不合理的设计。带速v过小，带所能传递 的功率也过小（因为P=Fv），带的传动能力没有得到充分利用；带速v过大，离心力使得带的传动能力下降过大， 带传动在不利条件下工作，应当避免。8-16题目太长，要点打出，大家自己看题目应该明白。 此题有图为带式输送机 装置，小带轮的直径d仁140,大带轮基准直径为d2=400,鼓 轮直径D=250为 了提高生产效率有以下三个方案，分析方案的合理性？为什么？方案一：将大 带轮的直径减小到280方案二：将小带轮的直径 增大至

9、200方案三：将鼓轮 直径D增大到350答：输送机的F不变，v提高30%左右，则输出功率增大 30%左右。三种方案都可以使输送带的速度 v提高，但V带传动的工作能力却 是不同的。（1） 2dd减小，V带传动的工作能力没有提高 （P0, KI, Ka, P0 基本不变），传递功率增大30%将使小带轮打滑。故该方案不合理。（2） 1dd增大，V带传动的工作能力提高（P0增大30%左右，KI , Ka, P0基本不变）， 故该方案合理。（3） D增大不会改变V带传动的工作能力。故该 方案不合理。9-11为什么链传动的传动比是常数，而在一般情况下瞬时传动比不是常 数？答：链传动为链轮和链条的啮合传动，

10、平均传动比i12二Z2/Z1为常数。由于链传动的多边形效应，瞬时传动比is是变化的10-11在不改变齿轮的材 料和尺寸的情况下，如何提高齿轮的抗折断能力？答：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出现在靠近接线的齿根面上？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？答：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

11、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。提高齿面硬度可以有效地提高齿面抗点蚀的能力，润滑油可以减少摩 擦，减缓点蚀。10-14闭式齿轮传动与开式齿轮传动是失效形式和设计准则有 何不同？为什么？ 答：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。10-15通常所谓软齿面与硬齿面的硬度界限是如何划分的？

12、软齿面齿轮和硬齿面齿轮在加工方法上有何区别？为什么？答：软齿面齿轮的齿面硬度w 350HBS硬齿面齿轮的齿面硬度350HBS软齿面齿轮毛坯经正火或调质处理之后进行切齿加工，加 工方便，经济性好。硬齿面齿轮的齿面硬度高，不能采用常规刀具切削加工。通常是先对正火或退火状态的毛坯进行切齿粗加工（留有一定的磨削余量），然后对齿面进行硬化处理（采用淬火或渗碳淬火等方法），最后进行磨齿精加工，加工工序多，费用高，适用于高速、重载以及精密机器的齿 轮传动。10-16 导致载荷沿齿轮接触线分布不均匀的原因有哪些？如何减轻载荷的不均匀程 度？答：轴、轴承以及支座的支承刚度不足， 以及制造、装配误差等都会导致 载

13、荷沿轮齿接触线分布不均，另一方面轴承相对于齿轮不对称布置，也会加大载荷在接触线上分布不均的程度。 改进措施有：增大轴、轴承以及支座的刚度； 对称布置轴承；尽量避免将齿轮悬臂布置； 适当限制 齿轮的宽度；提高齿轮的 制造和安装精度等。10-仃 在齿轮强度计算时，为什么要引入载荷系数 K ?载 荷系数K是由那几部分构成的？各考虑了什么因素的影响？答：齿轮上的公称载荷Fn是在平稳和理想条件下得来的，而在实际工作中，还应当考虑到原 动机及工作机的不平稳对齿轮传动的影响，以及齿轮制造和安装误差等造成的 影响。这些影响用引入载荷系数 K来考虑，K=KAKva KB。KA为使用系数， 用于考虑原动机和工作机

14、对齿轮传动的影响；Kv为动载系数，用于考虑齿轮的精度和速度对动载荷大小的影响；Ka为齿间载荷分配系数，用于考虑载荷 在两对（或多对）齿上分 配不均的影响；KB为齿向载荷分布系数，用于考虑 载荷沿轮齿接触线长度方向上分布不均的影响。10-18齿面接触疲劳强度计算公式是如何建立的？为什么要选择节点作为齿面接触应力的计算点？答：齿面接触疲劳强度计算公式是按齿轮在节点啮合时的受力情况推导出来的。选择节 点作为计算点可以使计算公式得以简化，同时节点处的接触应力值与齿面最大 接触应力值（位于单对齿啮合极限点）相差很小。因此，通常以节点啮合进行 齿面的接触疲劳强度计算。10-19标准直齿圆柱齿轮传动，若传动

15、比i ,转矩 T1,齿宽b均保持不变，试问在下列条件下齿轮的弯曲应力与接触应力各将发 生什么变化？ 1，模数m不变，齿数Z1增加；2,齿数Z1不变，模数m增 大3，齿数Z1增加一倍 答：（1）1z增大则1d增大，在1T不变的条件 下，nF将减小。对于接触应力，1d增大和nF减小都使得He减小。对于弯 曲应力，nF减小使得Fe减小，1z增加使得FaYsaY减小，也同样使Fe减 小。m增大则1d增大，在1T不变的条件下，nF将减小。对于接触应力， 1d增大和nF减小都使得He减小。对于弯曲应力，nF减小和m增大都使 得Fe减小。1z增加一倍，m减小一半，则1d不变，Fn也不变。对于接 触应力，1d

16、不变则He不变。对于弯曲应力，1z增大使得Fe少量减小，而 m减小 则使得Fe大量增大。因此，Fe增大。10-20 一对圆柱齿轮传动大 小齿轮的接触应力是否相等？如果大小齿轮的材料即热处理情况相同，期许用接 触应力是否相同？答：在任何情况下，大、小齿轮的接触应力都相等。 若大、小齿轮的材料和热处理情况相同，许用接触应力不一定相等，这与两齿轮的接 触 疲劳寿命系数Khn是否相等有关，如果 Khn仁Khn2,则两者的许用接触应 力相等，反之则不相等10-21配对齿轮齿面有一定的硬度差时，对软齿面有 什 么影响？ 答：当相互啮合的两齿轮之一为软齿面齿轮时，或两齿轮均为软齿面齿轮时，较硬齿面的齿轮将会

17、对较软齿面的齿轮的齿面造成冷作硬化效应，从而使较软齿面的齿面硬度得以提高，即提高了较软齿面齿轮的疲劳极限。10-22 在齿轮设计公式中为什么要引入齿宽系数？它主要与那两方面因素有关？答:在进行齿轮尺寸的设计计算时，齿轮的分度圆直径di和齿宽b都是待求参数，而使用弯曲疲劳强度或接触疲劳强度设计计算时，只能将 其中的分度圆直径di作为设计值，而将齿宽b转化为与di成比例的齿宽系数 d,设计时 d由表查取，齿宽系数的大小主要与支承方式以及齿面硬度有关。10-23为什么小齿轮比大齿轮齿宽？答：在直齿、斜齿圆柱齿轮传动中，轴系零件和支承箱体存在加工和装配偏差，使得两齿轮轴向错位而减少了轮齿的接触宽度。

18、为此将小齿轮 设计得比大齿轮宽一些，这样即使有少量轴向错位，也能保证轮 齿的接触宽度为大齿轮宽度11-6蜗杆传动与齿轮传动相比有何特点？常用于 什么场合？ 答：特点：a,可以实现大的传动比零件数目少，结构很紧凑，2,冲击载荷小，传动平稳，噪声低3,蜗杆传动具有自索性4，蜗杆传动与涡旋 齿 轮传动相似，在啮合出相对滑动，当滑动速度很大，总昨天见不够良好时，会 产生较严重的摩擦和磨损，从而引起过分发热，使润滑情况变化。蜗杆传动通常用于减速装置， 也有个别机器用于增速装置。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？答：蜗轮滚刀与对应的蜗杆具有相同的分度圆直径，因此，只要

19、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12 - 8在滑动轴承上开设有空和油槽要注意哪些问题？答：油孔和油槽应开在轴承的非承载区，轴向油槽在轴承宽度方向上不能开通，以免漏油。剖分式轴承的油槽通常开在轴瓦的剖分面处，当 载荷方向变动范围超过 180时，应采用环形油槽，且布置在轴承宽度中部。12-9 一般轴承的宽径比在什么范围内？为什么不宜过大或过小？答：一般轴承的宽径比B/d在 范围内。若宽径比过大，贝V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

20、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 - 15在设计滑动轴承时，相对间隙的选取与速度和载荷的大小有什么关系？答：滑动轴承速度高时，油的温升高，为了降低油的温升，设计时相对间隙应取得大一些；速度低时则取 得小一些，这也有利于提高承载 能力。滑动轴承的承载能力F与相对间隙 的平方成反比。因此载荷大时，相对间隙应取得小一些；载荷小时则取得大 一些，这也有利于降 低油温。12-17验算滑动轴承的压力p，速度v，和压 力与速度的乘积pv ,是不完全液体润滑油轴承设计的内容， 对液体动力润滑油 轴承是否需要进行 此验算，为什么？答：液

21、体动力润滑轴承在起动时仍处于 不完全润滑状态，因此，仍对轴瓦材料有要求，仍应进行压力p，速度v和压 力与速度的乘积pv的验 算。12 - 18答：液体润滑轴承与不完全液体润滑 轴承的区别在于前者有一套连续供油系统，保证轴承间隙中充满润滑油，液体 润滑轴承用于重要 轴承。不完全液体润滑轴承没有连续供油的系统，不能保证连续供油，不完全润滑轴承用于一般轴承。12 - 19答：形成动压油膜的必要 条件是：相对滑动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙；被油膜分开的两 表面必须有足够的相对滑动速 度；润滑油必须有一定的粘度，供油要充分。 12-20对已设计好的液体动力润滑径向滑动轴承，试分析在仅改动下面参数之

22、一时，将如何影响该轴承的承载能力。（1）转速由500转每分改 为700转每 分；（2）宽径比B/d由 改为（3）润滑油由采用46号全损耗油系统改为68号全损耗油系统；（4）轴承孔表面粗糙度由改为 答：液体动力润滑径向滑动轴承的承载能力可通过公式（12-21）和（12-24）分析。 （1） 转速n提高，则承载能力F提高。（2）宽径比B/d减小，则承载能力F降 低。（3）润滑油的粘度n提高，则承载能力F提高。（4）表面粗糙度值 减小，则允许的最小油膜厚度减小，偏心率x增大。因此，承载能力提高。12 21答：（1）当最小油膜厚度minh的计算值小于许用油膜厚度h时，说 明轴承的承载能力不够。可考虑采

23、用以下方法进行改进，如增大,d B , B/d ,n,或减小W等。（2）可考虑改选材料，增大B等来提高承载能力。（3）当入口温度it的计算值偏低时，说明轴承的温升过 高，承载量过大。可考虑 增大d , B等来提高承载能力。12 23答：液体润滑轴承的润滑油除了起润 滑作用外，还起到带走摩擦面间热量的作用；不完全润滑轴承的润滑油主要起 润滑作用。12 24答：润滑剂分为润滑脂、润滑油和固体润滑剂。润滑脂用 于要求不高、难于经常供油、或者低速重载以及做摆动运动的轴承中；固体 润滑剂只用于一些有特殊要求的场合；其他情况下均可采用润滑油。13-9为什么30000和70000型轴承常成对使用？成对使用时

24、，什么叫正装和反装？什 么叫面对面和背靠背？试比较正装和反装的特点。答因为30000型和70000型轴承只能承受单方向的轴向载荷，成对安装时才能承受双向轴向载荷。正装 和反装是对轴的两个支承点而言， 两支 承点上的轴承大口相对为正装， 小口相 对为反装。“面对面”和“背靠背”安装是对轴的一个支承点而言，一个支承 点上的两个轴承大口相对 为“面对面”安装，小口相对为“背靠背”安装。正 装使得轴的支承跨距减小，适合于载荷作用于支承跨距之间的简支梁。反装使得轴的支承 跨距增大，适合于载荷作用于支承跨距之外的悬臂梁。13-11滚动轴承基本额定动载荷 C的含义是什么？当滚动轴承上作用的当量动载荷不 超过

25、C时，轴承是否就不会发生点蚀破坏？为什么？答：C的含义：是轴承的基本额定寿命恰好为10的六次方时轴承所能承受的载荷。当P10%小于（C/ P）时，概率 V 10%总有点蚀出现的可能性，仅概率大小不同。13 - 13滚动轴承常见的失效形式有哪些？公式 L=（C/P） 是针对那种失效形式建立起来的？计算出 的L是什么含义？ 答：中速和高速工作条件下的滚动轴承的常见失效形式为 点蚀，低速或摆动工作条件下的滚动轴承的常见失效形式为塑性变形。公式 L=（C/P） s是针对点蚀失效建立的，计算出的L是循环次数，单位为1000000 转13-16滚动轴承支撑的轴系，其轴向固定的典型结构形式有三类：1.两支点

26、 各单向固定2，一支点单向固定，另一支点游动 3.两支点游动。试问这三种类型各适用于什么场合？答：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 大或工作温度变化较大的轴；两支点游动的支承方式用于人字齿轮 传动的游动齿轮轴。13-19在锥齿轮传动中，小齿轮的轴常支撑在套杯里， 采 用这种结构形式有何优点？答：小锥齿轮轴通常采用悬臂支承方式，将轴和轴承支承在套杯里，这种结构可以通过两组调整垫片方便地调整小锥齿轮的轴向位置以及轴承 游隙的大小。13 -20滚动轴承常见的润滑方式有那几种？具 体选用时如何考虑？ 答：滚动轴承

27、的常用润滑方式有油润滑和脂润滑两采用 哪种润滑方式一般由轴承的 dn值（d为滚动轴承的内径，n为轴承转速）确 定，dn值 小时采用脂润滑，dn值大时采用油润滑。13 - 21接触式密封有哪 几种常见的结构形式？分别适用于什么速度范围？答：接触式密封可分为毡圈油圭封 唇型密圭寸圈和密圭寸环。 毡圈油圭寸用于v v 45m/s或v v 78m/s （轴 表面抛光）；唇型密封圈用于v v 10m/s或v v 15m/s （轴颈磨光）；密封环 用于v v 100m/s的场合。15 7轴的疲劳计算方法有哪几种？各适用什么场 合？答：扭转强度条件用于仅（主要）承受扭矩的传动轴的计算，也用于转 轴结构设计时

28、的初步估算轴径。弯扭合成强度条件用于转轴的强度校核计算。疲劳强度条件用于校核计算变应力情况下轴的安全程度。静强度条件用于校核 计算轴对塑性变形的抵抗能力。15 8按弯扭合成强度校核轴时，危险截面如 何确定？确定时考虑的因素有何区别？答：按弯扭合成强度校核轴时，危险截面应选在弯曲应力和扭转切应力大的截面，考虑的因素主要是轴上的弯矩、 扭矩和轴径。按疲劳强度校核轴时，危险截面应选在弯曲应力和扭转切应力较 大且应力集中系数大的截面，考虑的因素除了轴上的弯矩、扭矩和轴径外，还 应 考 虑 综合影 响 系 数 的 影 响。15 10校核发现轴的疲劳强度不符合要求，在不增大轴径的情况下如何提高疲 劳强度？ 答：可采取的措施有：增大过渡圆角半径；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；用开卸载槽等方法降低过盈配 合处 的应力集中程度；改