机械设计思考题答题要点

1、第1章 机械及机械零件设计概要思考题：1 在机械零件设计中，确定许用应力时，极限应力要根据零件的材料性质和应力种类选定，试区分金属材料的几种极限应力：B（B）、S（S）、-1（-1）、0（0）、r（r），它们各适用于什么工作情况？对于脆性材料，在静应力作用下 脆性断裂lim（lim）=B（B） 对于塑性材料，在静应力作用下 塑性变形lim（lim）=S（S） 对于塑性材料，在对称循环变应力作用下 疲劳断裂lim（lim）=-1（-1） 对于塑性材料，在脉动循环变应力作用下 疲劳断裂lim（lim）=0（0）3稳定变应力有那几种类型？它们的变化规律如何？稳定循环变应力的种类： -1<r&l

2、t;+1不对称循环变应力r=0脉动循环变应力r=-1对称循环变应力r=+1静应力 第2章 机械零件的强度思考题：1 什么叫疲劳曲线？绘制疲劳曲线的根据是什么？如何划分有限寿命区和无限寿命区？N疲劳曲线应力循环特性r一定时，材料的疲劳极限rN （rN）与应力循环次数N之间关系的曲线。绘制疲劳曲线的根据是：rN （rN）和NN在104ND之间为有限寿命区；N超过ND为无限寿命区2 采用有限寿命设计的目的是什么？如何计算有限寿命下零件材料的疲劳极限？有色金属和高强度合金钢无无限寿命区。3 绘制疲劳极限应力线图（ma）的根据是什么？简化的极限应力线图（ma）是由哪些实验数据绘制而成的？以m为横坐标、a

3、为纵坐标，即可得材料在不同应力循环特性r下的ma 的关系曲线。简化的极限应力线图（ma）是由-1、0、S实验数据绘制而成的4 在确定材料疲劳极限应力线图时，应考虑哪些对零件疲劳极限起作用的影响因素？材料疲劳极限应力线图在强度计算中有什么用处？影响机械零件疲劳强度的主要因素：应力集中、零件尺寸、表面质量、表面强化材料疲劳极限应力线图可用来判断零件的工作状态，零件的工作应力点落在折线以内安全，落在折线以外不安全，落在折线上，有可能安全，有可能不安全。5 在单向稳定变应力作用下，怎样进行机械零件的疲劳强度计算？r=C m =C min=C 第5章 螺纹联接思考题：1 常用的螺纹按牙形分为哪几种？其中

4、哪一种没有标准化？为什么三角形螺纹主要用于联接？三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹；其中矩形螺纹没有标准化，因为三角形螺纹自锁性好，所以主要用于联接。2 普通粗牙螺纹和细牙螺纹在强度、自锁性和耐磨性方面有何不同？粗牙螺纹螺距大，强度低，自锁性差，耐磨性好。细牙螺纹螺距小，强度高，自锁性好，耐磨性差。3 螺纹联接的主要类型有哪些？各有什么特点？适用于什么场合？1）螺栓联接2）螺钉联接 （特点及适用场合见教材）3）双头螺栓联接4 普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接在联接结构和传递横向载荷的工作原理上有何特点？普通螺栓联接螺栓杆和孔壁之间有间隙；靠拧紧螺母时的预紧力F0在接合面间产生的擦力来传递

5、横向外载荷F铰制孔用螺栓联接联接螺栓杆和孔壁之间紧密配合，没有间隙；由螺栓杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷F进行工作。5 对螺纹联接进行预紧的目的是什么？在预紧的过程中螺杆的受力有何特点？在设计计算中是如何考虑的？增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对滑移。 在预紧的过程中螺杆的受力是拉扭复合作用。6 螺纹联接件中用的螺纹都满足自锁条件，为什么在使用中仍可能发生松动？是否所有的螺纹联接都必须进行防松？简述原因。 赖以自锁的是螺纹副间保持有足够的阻止相对运动的摩擦力，这个摩擦力只有在静载 荷作用时才会保持不变。实际工作中，外载荷有冲击、振动，材料高温蠕变等会造成 螺纹

6、副中的正压力发生变化，有可能使正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使 螺纹副间产生相对滑动，这种现象多次重复，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。所有的螺纹联接都必须进行防松7 螺纹联接防松的根本问题是什么？按工作原理防松的方法可分为几类？试举12实例予以说明。消除（或限制）螺纹副之间的相对转动，或增大螺纹副之间相对运动的难度。 摩擦防松：双螺母、弹簧垫圈等。机械防松 ：弹簧垫片、串联钢丝等。8 普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接在主要失效形式和设计准则上有何不同？ 普通螺栓联接主要失效形式是螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂，设计准则是保证螺栓的静强度和疲

7、劳拉伸强度。 铰制孔用螺栓联接主要失效形式是螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断，设计准则是保证剪切强度和挤压强度。9 普通螺栓联接中存在的主要失效形式有多种，为什么仅对螺杆危险断面拉伸强度进行计算？ 普通螺栓联接按照等强度原则设计，不发生断裂就不会发生塑性变形，故仅对螺杆危险断面拉伸强度进行计算。10结合单个紧螺栓联接受力变形线图，说明螺杆总拉力F2，轴向工作载荷F，预紧力F0，残余预紧力F1之间的关系。 （见教材）11结构设计中，为什么要求将支承表面加工平整且与螺孔轴线垂直？为减小加工面积常采用哪些结构措施？结构设计中，要求将支承表面加工平整且与螺孔轴线垂直，以免引起偏心载荷而削弱螺栓的强度

8、；为减小加工面积常采用凸台、沉头座、斜垫片。 12联接件刚度cb和被联接件刚度cm对联接的疲劳强度有何影响？对静强度有无影响？ 较小联接件刚度cb和增大被联接件刚度cm可降低螺栓的应力幅，提高联接的疲劳强度。若同时Cb、 Cm，需适当增加F0 ，会使静强度降低。13为什么螺栓发生断裂的部位多在第一圈受载螺牙处？为提高该处强度可采取哪些措施？ 内外螺纹螺距变化性质不同，导致第一圈螺牙处受载最大，故螺栓发生断裂的部位多在第一圈受载螺牙处。 为提高该处强度可采取的措施：悬置螺母；环槽螺母；内斜螺母；环槽内斜螺母；钢丝螺套第6章 键联接思考题：1 平键联接在结构、工作原理和使用上各有何特点？（1）键的

9、两侧面为工作面，工作时靠键与键槽侧面的挤压和键的剪切传递转矩；（2）键的上表面和轮毂的键槽底面间留有间隙。 平键联接结构简单、装拆方便、对中性好；加工容易，工作可靠，多用于高精度联接。但只能周向固定，不能承受轴向力，不能对轴上零件进行轴向固定。2半圆键联接有何特点？适用于什么场合？键的两侧面为工作面，键的上表面和轮毂的键槽底面间留有间隙适用于锥形轴与轮毂的联接。3普通平键和导向平键在使用上有何不同？对应的主要失效形式各是什么？ 普通平键属于静联接，导向平键属于动联接。对静联接失效形式是：键、轴、毂三者中强度较弱者工作面被压溃；对动联接失效形式是：工作面的过度磨损。4键的尺寸是根据什么选择的？平

10、键的尺寸主要是键的截面尺寸b×h及键长L。1）b×h根据轴径d由标准中查得；2）键的长度参考轮毂的长度确定，一般应略短于轮毂长，并符合标准中规定的尺寸系 列。5根据工作需要采用双键联接时，对平键、半圆键应如何布置？简述理由。两个平键沿周向相隔180°布置，两个半圆键应布置在轴的同一条母线上，第8章 带传动思考题：1 带传动的工作原理、主要特点是什么？同步齿形带与之相比有何不同？试简要分析。带传动是依靠带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力。同步齿形带与之相比工作原理不同，同步齿形带带的内周具有凸齿，与具有相应凹槽的带轮组成啮合传动。2 普通V带的公称长度和计算长度是如

11、何规定的？ 3 柔韧体摩擦的欧拉公式适用于什么情况？从欧拉方程出发，试分析：1） 在其他条件相同的情况下，V带比平带工作能力大。 当量摩擦系数大2） 带传动的打滑一般发生在小带轮处。 小带轮处包角小4 什么是带传动的打滑和弹性滑动？两者的主要区别是什么？对传动有什么影响？带传动中因过载所导致的带和轮之间的全面滑动，成为打滑；带传动中因带的弹性变形变化所导致的带与带轮之间的相对运动，称为弹性滑动。5 带工作时带上的应力由那几部分组成？最大应力为多少？发生在何处？ 其中以何种应力所占比例最大？这种应力的变化对传动带寿命有什么影响？试画出带传动的应力分布图。（见作业）6 带传动的失效形式和设计计算准

12、则是什么？带传动的主要失效形式是：打滑和传动带的疲劳破坏。带传动的设计准则：在保证不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。7 分析下列参数：传动比i、小带轮直径D1、带轮中心距a、张紧力F0等对带传动的影响？如何选取这些参数？（见教材）8 带的根数计算公式中引入的系数kA、kL、k、P0的名称及物理意义是什么？（见教材）9 带传动设计中，若带的根数过多，或小带轮上的包角过小，应如何调整设计参数？（见教材）10 带传动为什么要进行张紧？常用的张紧方法有哪些？各适用于什么场合？根据带的摩擦传动原理，带必须在预张紧后才能正常工作；运转一定时间后，带会松弛，为了保证带传动的能力，必须重新张紧，才能正

13、常工作。定期张紧、自动张紧、张紧轮张紧第9章 链传动思考题：1 套筒滚子链的链板为什么通常做成“8”字形？等强度2 什么是链传动的多边形效应，为减轻该效应，传动参数（如p、Z、n）选取时应如何考虑？链传动的运动不均匀性是由于围绕在链轮上的链条形成了正多边形这一特点所造成的，故称为链传动的多边形效应。为减轻该效应应选取较小的p，较大的z，较小的n设计时，链节数以取为偶数，链轮齿数取为奇数为宜。3 链传动的动载荷是由那几方面引起的？vx周期性变化®链及从动轮产生加速度®动载荷；vy周期性变化®链条铅垂方向抖动®链条产生很大的且变化的张力®动载荷；

14、链节和轮齿啮合瞬间的相对速度也将引起冲击和动载荷； 由于张紧不好而有较大松边垂度®动载荷；4 在确定链轮的齿数时，通常要求15Z120，为什么？链轮齿数过小多边形效应显著，过大容易导致脱链。第10章 齿轮传动思考题：1 什么是传动比？什么是齿数比？两者有何区别？传动比主从动轮的角速度之比或转速之比，用i表示。齿数比主从动轮齿数的反比，用u表示。两者的定义不同，但大小都等于齿数的反比。2 齿轮传动的主要失效形式有哪些？各发生在什么条件之下？有何减免的措施？轮齿折断 齿面磨损主要发生在开式齿轮传动中 齿面点蚀主要发生在润滑良好的闭式齿轮传动中 齿面胶合主要发生在高速重载齿轮传动中 塑性变

15、形主要发生在齿面较软，低速重载或频繁起动的齿轮传动中3 齿面点蚀首先发生在什么部位？齿面点蚀首先发生在节点靠近齿根的部位。4 对齿轮材料的基本要求是什么？齿面硬、芯部韧。5 何谓软齿面齿轮？何谓硬齿面齿轮？在设计一对软齿面齿轮时，为什么应使小齿轮的硬度比大齿轮高（即HBS1HBS2=3050）？软齿面齿轮（齿面硬度350HBS）硬齿面齿轮（齿面硬度350HBS）钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在2050HBS或更多。原因：1）小齿轮的应力循环次数较多,小硬大软，可使两齿轮寿命接近相等； 2）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 。6 对齿轮

16、进行受力分析时，为什么应首先分清主、从动轮？在画齿轮受力图时，为什么应特别注意力的作用点的位置？圆周力的方向与主从动轮有关，左右手定则只适用于主动轮。在画齿轮受力图时，里必须画在啮合部位及齿宽中点附近。7 齿轮传动的载荷系数K=KAKVKK中各系数的名称和物理意义是什么？其影响因素有哪些？用什么方法可以减小动载荷系数和载荷分布系数？KA：使用系数，主要考虑外部附加动载荷的影响。影响因素：1）原动机的运转特性；2）工作机的载荷变化；3）冲击、过载。Kv：动载系数，主要考虑内部附加动载荷的影响。影响因素：1）基节误差和齿形误差瞬时传动比改变动载；2）单、双齿啮和区受载不同变形不同啮合刚度变化动载；

17、 K：齿向载荷分布系数。主要考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿承载能力的影响。影响因素：1）齿轮在轴上非对称布置；2）轴的扭转变形；3）齿轮制造、安装误差。K：齿间载荷分布系数。主要考虑齿与齿间载荷分布不均匀对轮齿承载能力的影响。齿顶修形可以减小动载荷系数，鼓形齿可以减小因扭转变形导致的齿向载荷分布不均。8 齿根弯曲疲劳强度计算针对那种失效形式？其力学模型是什么？计算点选在何处？危险截面如何确定？齿根弯曲疲劳强度计算针对轮齿折断，其力学模型是悬臂梁，计算点选在全部载荷作用于齿顶，且由一对齿来承受，危险截面用30°切线法确定。提高齿根弯曲疲劳强度的主要措施是增大模数。9 齿面接触疲劳强

18、度计算针对那种失效形式？其力学模型是什么？计算点选在何处？齿面接触疲劳强度计算针对点蚀，其力学模型是两平行光滑圆柱体接触，计算点选在节点，提高齿面接触疲劳强度的主要措施是增大中心距（或增大小齿轮的分度圆直径）。10 齿轮传动的强度计算公式中的参数YFa、Ysa的名称及物理意义是什么？ 数值的大小与什么参数有关？ YFa齿形系数 Ysa应力校正系数仅与齿形有关而与模数m无关11 设计齿轮传动时，都需先选齿数Z1，试分析对开式传动、闭式硬齿面传动和闭式软齿面传动应如何选取Z1？简述其原因。 一般情况下，闭式齿轮传动: z1=2040 开式齿轮传动: z1=1720 12 设计圆柱齿轮传动时，为什么

19、取b1=b2+（510）mm？设计圆锥齿轮时是否也如此？设计圆柱齿轮传动时，取b1=b2+（510）mm，是为了保证接触线的长度。设计圆锥齿轮时不需要如此？13 一对齿轮传动，齿根弯曲应力F1、F2哪个大？应对哪一个齿轮进行计算？如何判断？ 一对齿轮传动，齿根弯曲应力F1大，应对两个齿轮分别进行计算14 一对齿轮传动，齿面接触应力H1、H2哪个大？应对哪一个齿轮进行计算？如何判断？两对齿轮的H1 ºH2 ，但H 1 H 2，计算时应对H 1和H 2中小者进行计算。15 一对闭式软齿面齿轮传动，在传动比i、中心距a及其他条件不变的前提下，仅减小模数m并相应增大齿数Z1、Z2，对其弯曲强

20、度和接触强度有何影响？一对闭式软齿面齿轮传动，在传动比i、中心距a及其他条件不变的前提下，仅减小模数m并相应增大齿数Z1、Z2，其弯曲强度降低，接触强度不变。16 现有甲、乙两对齿轮传动，已知甲对m=10mm，Z1=20，Z2=40；乙对m=5mm，Z1=40，Z2=80。其他条件全部相同。并不计各载荷系数的影响，试问那对齿轮的接触强度高？那对齿轮的弯曲强度高？为什么？两对齿轮的接触强度相同，甲对齿轮的弯曲强度高。第11章 蜗杆传动思考题：1 与齿轮传动相比，普通圆柱蜗杆传动的主要特点是什么？（见教材）2 为什么对蜗杆直径标准化？设计中是否必须取标准值？减少刀具的数量、使刀具标准化。设计中必须

21、取标准值。3 普通圆柱蜗杆传动的主要失效形式是什么？在承载能力计算上与齿轮传动相比有何异同？ 主要失效形式：蜗轮轮齿的胶合、点蚀和磨损。 4 对蜗杆蜗轮材料的主要要求是什么？ 1）足够的强度； 2）良好的减摩、耐磨性；3）良好的抗胶合性。5 为什么闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算？热平衡计算的基本依据是什么？若不满足热平衡条件，可采取什么措施？由于蜗杆传动效率低，对于长期运转的蜗杆传动，会产生较大的热量。在闭式蜗杆传动中，如果产生的热量不能及时散去，则油温将不断升高，润滑油变稀，破坏润滑状态，从而导致齿面磨损加剧，甚至发生胶合。因此，对于闭式蜗杆传动，要进行热平衡计算，以保证油温在规定的范围内。

22、当达到平衡温度时，摩擦损耗产生的热量应等于从箱体外壁散发到周围空气中去的热量。加散热片；在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通；加冷却水管或机油冷却器6 齿轮多采用整体式结构，而蜗轮多采用组合式或拼注式结构，为什么？ 为了减摩，通常蜗轮用有色金属，蜗轮多采用组合式或拼注式结构是为了节省有色金属以及保证轮辐和轮毂部分的刚度。7 蜗杆传动效率的高低主要取决于什么参数？蜗杆头数， z1gh第13章 滚动轴承思考题：1 写出3类、6类、7类、N类滚动轴承的名称。并说明它们各能承受何种载荷（径向、轴向）？3圆锥滚子轴承，轴向+径向6深沟球轴承，径向7角接触球轴承，轴向+径向N圆柱滚子轴承，径向2 说出下列型号

23、滚动轴承名称、内径、公差等级、直径系列。7206C/p5/c4、 30416AC 试说明下列各轴承的内径有多大？哪个轴承的公差等级最高？哪个允许的极限转速最高？哪个承受径向载荷能力最高？哪个不能承受径向载荷？ N307/P4、6207/P2、30207、5307/P6 （见作业）3 什么是滚动轴承的接触角？接触角滚道的法线方向与半径方向所夹之锐角4 选择滚动轴承类型时，主要应考虑哪些因素？为什么3类和7类轴承常成对使用？什么叫轴承的正装和反装？3类和7类轴承只受径向载荷Fd时，会产生内部轴向力Fd 由于Fd有使内、外圈分离的趋势，所以向心推力轴承必须成对使用、对称安装。正装（大端面对面） 反装

24、（大端背靠背）5 什么是滚动轴承的基本额定寿命？按公式L=（C/P）算出的L是什么单位？同一轴承，仅将其当量动载荷增加一倍，其基本额定寿命将如何变化？基本额定寿命一批同样的轴承在相同条件下，其中有10的轴承发生点蚀破坏前的转数或工作小时数，用L10表示。按公式L=（C/P）算出的L的单位是106转同一轴承，仅将其当量动载荷增加一倍，其基本额定寿命将为原来的（1/2）倍6 滚动轴承基本额定动载荷C、当量动载荷P的含义是什么？在额定寿命期限内，轴承是否会出现疲劳点蚀破坏？ 基本额定动载荷轴承的基本额定寿命恰好为106转时，轴承所能承受的载荷值。7 滚动轴承常见的失效形式有哪些？公式L=（C/P）是

25、针对那种失效形式建立起来的？正常的疲劳点蚀；塑性变形；磨损。针对点蚀。8 为什么设计成对安装的轴承装置时，应尽量使这对轴承具有相同的类型、尺寸？选择时，以哪一个轴承为依据？ 保证轴上两个支承的座孔的同轴度 当量动载荷大的9 滚动轴承轴向固定的典型结构形式有三种：（1）两支点各单向固定（2）一个支点双向固定；另一支点游动（3）两支点都游动。试问这三种形式各适用于什么场合？ 1）两端单向固定支承适用于工作温度较低的短粗轴。 2）一端双向固定一端游动支承适用于L³300400mm，工作温度较高的细长轴，以避免轴热涨伸长而引起的不必要的附加应力。 3）两端游动支承适用于浮动轴。10滚动轴承回

26、转套圈和不回转套圈选用的配合性质有什么不同？常选用什么配合？ 在径向载荷不变的情况下，对不回转的套圈采用较松的配合，对回转的套圈采用较紧 的配合； 轴承内圈与轴基孔制；轴承外圈与轴承座孔基轴制。第14章 轴思考题:1 何谓心轴、转轴、传动轴？自行车的前轴、中轴、后轴各是什么轴？传动轴只传递扭矩，不传递弯矩；心轴只传递弯矩，不传递扭矩；转轴即传递扭矩，又传递弯矩；自行车的前轴、后轴是心轴，中轴是转轴。2 轴的材料主要是碳钢和合金钢，它们各适用于什么场合？为什么用合金钢代替碳钢或改变热处理方式不能提高轴的刚度？碳素钢一般场合，常用45钢；合金钢重要场合。 强度、耐磨性取决于钢类型及热处理方式，刚度与钢类型及热处理