机械设计复习要点与重点习题集(机械类)

机械设计复习重点与重点习题集(机械类)机械设计复习重点与重点习题集(机械类)机械设计复习重点与重点习题集(机械类)复习课本，课后每章作业题，以及打印习题做过作业题每个都必定掌握，没掌握看书，涉及到公式记住，讲过的题必定掌握方法，一绪论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，每个机构又是由好多零件组成。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。在特定种类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，怎样掌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限制的关系；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，改变原动机供应的运动和动力参数，以满足执行部分的要求。2、什么叫机械零件的无效？机械零件的主要无效形式有哪些？【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无效。机械零件的主要无效形式有1）整体断裂；2）过大的节余变形（塑性变形）；3）零件的表面损坏，主若是腐化、磨损和接触疲倦；4）损坏正常工作条件引起的无效：有些零件只有在必然的工作条件下才能正常工作，若是损坏了这些必要的条件，则将发生不同样种类的无效，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依照的原则。机械零件的主要设计准则有：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动牢固性准则、可靠性准则三机械零件的强度1、影响机械零件疲倦强度的主要要素有哪些？在设计中能够采用哪些措施提高机械零件的疲倦强度？【答】影响机械零件疲倦强度的主要要素有零件几何形状、尺寸大小、加工质量及增强要素。零件设计时，能够采用以下的措施来提高机械零件的疲倦强度：1）尽可能降低零件上应力集中的影响是提高零件疲倦强度的首要措施。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圆滑和平均。在不能防范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）采用疲倦强度大的资料和规定能够提高资料疲倦强度的热办理方法及增强工艺；3）提高零件的表面质量；4）尽可能地减小或除掉零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长零件的疲倦寿命有着比提高资料性能更为显然的作用。2、已知某资料的1180MPa，循环基数取N05106，m=9，试求循环次数N分别为7000，25000，620000次时的有限寿命波折疲倦极限。【解】由公式rNN0得rmNN1=7000时1N11mN018095106373.6MPaN170003、已知一资料的力学性能应力线图。

s260MPa，1170MPa，0.2，试按比率绘制该资料的简化极限【解】由公式3-6210得0212170MPa011简化极限应力线图上各点的坐标分别为A（0，170）；D（，）；C（260，0）按比率绘制的简化极限应力线图以下列图。略2、机件磨损的过程大体可分为几个阶段？每个阶段的特点怎样？【答】试验结果表示，机械零件的一般磨损过程大体分为三个阶段，即磨合阶段、牢固磨损阶段及激烈磨损阶段。1）磨合阶段：新的摩擦副表面较粗糙，在必然载荷的作用下，摩擦表面逐渐被磨平，实质接触面积逐渐增大，磨损速度开始很快，尔后减慢；2）牢固磨损阶段：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，处于牢固状态；3）激烈磨损阶段：经过较长时间的牢固磨损后，因零件表面碰到破化，湿摩擦条件发生加大的变化（如温度的急剧高升，金属组织的变化等），磨损速度急剧增加，这机会械效率下降，精度降低，出现异常的噪声及振动，最后以致零件无效。四螺纹连接和螺旋传动1、简要解析一般螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，并说明哪些螺纹合合用于连接，哪些螺纹合合用于传动？哪些螺纹已经标准化？【答】一般螺纹：牙型为等边三角形，牙型角60度，内外螺纹旋合后留有径向缝隙，外螺纹牙根赞同有较大的圆角，以减小应力集中。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，简单滑扣。应用：一般连接多用粗牙螺纹。细牙螺纹常用于微小零件，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，传动效率较其他螺纹高，但牙根强度弱，螺旋副磨损后，缝隙难以修复和补偿，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，以减小应力集中，内外螺纹旋合后，大径无缝隙便于对中，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。一般螺纹合合用于连接，矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹合合用于传动。一般螺纹、、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】能够减小螺栓的刚度，从而提高螺栓连接的强度。3、螺纹连接为什么要防松？常有的防松方法有哪些？【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，所以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，造成连接无效，引起机器损坏，甚至以致严重的人身事故等。所以在设计螺纹连接时，必定考虑防松问题。螺纹连接防松的根本问题在于防范螺旋副相对转动。详尽的防松装置或方法好多，按工作原理可分为摩擦防松、机械防松和其他方法，如端面冲点法防松、粘合法防松，防松收效优异，但仅合用于很少翻开或不拆的连接。4、简要说明螺纹连接的主要种类和特点。【答】螺纹联接的主要种类有螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接和紧定螺钉联接四种。主要特点是：１）螺栓联接：有一般螺栓联接和铰制孔螺栓联接两种。一般螺栓联接被联接件的通孔与螺栓杆之间有缝隙，所以孔的加工精度能够低些，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缝隙，能确定被联接件的相对地址，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。合用于被联接件之一较厚，或另一端不能够装螺母的场合。由于不用螺母，所以易于实现外观平展、结构紧凑；但要在被联接件上切制螺纹，所以其结构比螺栓联接复杂一些。不合用于经常拆装的场合。如经常拆装，会使螺纹孔磨损，以致被联接件过早无效。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。４）紧定螺钉联接：将紧定螺钉拧入一零件的螺纹孔中，其尾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地址，并可传达不大的力或扭矩,多用于固定轴上零件的相对地址。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防范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，特别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，为什么应制成凸台或沉头座？【答】1）降低表面粗造度，保证连接的亲密性；2）防范螺栓承受独爱载荷；3）减少加工面，降低加工成本。7、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F015000N，当受轴向工作载荷F10000N时，求螺栓所受的总拉力及被连接件之间的节余预紧力。【解】Cb采用橡胶垫片密封，取螺栓的相对刚度CbCm由教材公式（5-18），螺栓总拉力F2F0CbF15000.91000024000NCbCm由教材公式（），节余预紧力为F1F2F240001000014000N键、花键、无键连接和销连接bh应依照1、解析比较平键和楔键的工作特点和应用途合。【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缝隙，工作时，靠键与键槽的互压传达转矩，但不能够实现轴上零件的轴向定位，所以也不能够承受轴向力。拥有制造简单、装拆方便、放心性较好等优点，应用广泛。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，装置时需打紧，靠楔紧后上下面产生的摩擦力传达转矩，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独爱，故多用于放心精度要求不高、载荷平稳和低速的场合。2、平键连接有哪些无效形式？一般平键的截面尺寸和长度怎样确定？【答】平键连接的主要无效形式是较弱零件（平时为轮毂）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搬动时），除非有严重过载，一般不会出现键的剪断。键的截面尺寸轴径d从键的标准中采用。键的长度L可参照轮毂长度从标准中采用，L值应略短于轮毂长度。3、为什么采用两个平键时，一般部署在沿周向相隔180°的地址，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，却部署在轴的同一母线上？【答】两个平键连接，一般沿周向相隔180部署，对轴的削弱平均，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部署。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，在轴的同一母线上部署。半圆键对轴的削弱较大，两个半圆键不能够放在同一横截面上。只能放在同一母线上。4、以下列图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。试选择两处键的种类及尺寸，并校核其强度。已知：轴的资料为45钢，传达的转矩为T1000，齿轮用锻钢制造，半联轴器用灰铸铁制成，工作时有略微冲击。【解】（1）确定联轴器段的键依照结构特点，选A型平键。由轴径d70mm，查手册得键的截面尺寸为b20mm，h12mm，取键的公称长度L110mm。键的标记：键20110GB/T1069-1979键的工作长度为lLb1102090mm，键与轮毂键槽接触高度为kh/26mm，依照联轴器材料铸铁，载荷有略微冲击，查教材表6-1，取许用题4图挤压应力[p]55MPa，则其挤压强度2T103210001000p]pkld69052.91MPa55MPa[70满足强度要求。（注：该键也能够选择长度L125mm。）（2）确定齿轮段的键依照结构特点，选A型平键。由轴径d90mm，查手册得键的截面尺寸为b25mm，14mm，取键的公称长度L80mm。键的标记：键2580GB/T1069-1979键的工作长度为lLb802555mm，键与轮毂键槽接触高度为kh/27mm，根据齿轮资料为钢，载荷有略微冲击，查教材表6-1，取许用挤压应力[p]110MPa，则其挤压强度2T10321000103p75557.72MPa[p]110MPa满足强度要求。kld90五带传动1、影响带传动工作能力的要素有哪些？【答】由公式（8-7）Fec2F011/ef11/ef影响带传动工作能力的要素有：（1）预紧力：预紧力越大，工作能力越强，但应适当，以防范过大拉应力；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】由公式（8-10）c可知，为防范过大的离心应力，带速不宜太高；A1）由公式（8-3）和（8-4）可知，紧边拉力F1FePF0F010002所以，为防范紧边过大的拉应力1F1，带速不宜太低。A3、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样，以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高出临界值并进一步增大时，带与带轮间将产生显然的相对滑动，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，甚至使传动无效，这种情况应当防范。4、带传动的主要无效形式和设计准则是什么？【答】带传动的主要无效形式是打滑和疲倦损坏。带传动的设计准则是在保证带传动不打滑的条件下，拥有必然的疲倦强度和寿命。六链传动1、与带传动对照，链传动有哪些优缺点？【答】与属于摩擦传动的带传动对照，链传动无弹性滑动和打滑现象，所以能保证正确的平均传动比，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。同时链传动能在高平易低温的情况下工作。2、何谓链传动的多边形效应？怎样减少多边形效应的影响？【答】链传动运动中由于链条围绕在链轮上形成了正多边形，造成了运动的不平均性，称为链传动的多边形效应。这是链传动固有的特点。减少链传动多边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无效形式和原因。【答】滚子链传动的主要无效形式和原因以下：1）链的疲倦损坏：链在工作时，周而复始地由松边到紧边不断运动着，所以它的各个元件都是在变应力作用下工作，经过必然循环次数后，链板将会出现疲倦断裂，也许套筒、滚子表面将会出现疲倦点蚀（多边形效应引起的冲击疲倦）。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，传动时相互又产生相对转动,以致铰链磨损,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,加大噪声以及其他损坏,如销轴因磨损削弱而断裂等。3）链条铰链的胶合：当链轮转速高达必然数值时，链节啮入时碰到的冲击能量增大，销轴和套筒间润滑油被损坏，使两者的工作表面在很高的温度和压力下直接接触，从而以致胶合。所以，胶合在必然程度上限制了链的传动的极限转速。4）链条静力拉断：低速（0.6m/s）的链条过载，并高出了链条静力强度的情况下，链条就会被拉断。七齿轮传动1、齿轮传动常有的无效形式有哪些？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。【答】齿轮传动常有的无效形式有以下几种：（1）轮齿折断；（2）齿面点蚀；（3）齿面磨损；（4）齿面胶合；（5）塑性变形。闭式硬齿面的设计以保证齿根波折疲倦强度为主；闭式软齿面的设计平时以保证齿面接触疲倦强度为主；开式齿轮传动的设计目前仅以保证齿根波折疲倦强度作为设计准则。2、简要解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。做成鼓形是为了改进载荷沿接触线分布不均的程度。3、软齿面齿轮传动设计时，为什么小齿轮的齿面硬度应比大齿轮的齿面硬度大30～50HBS？【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很多，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倦强度。所以要求小齿轮齿面硬度比大齿轮大30~50HBS。八蜗杆传动1、简述蜗杆传动的特点和应用途合？【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，蜗杆传动拥有自锁性；（4）摩擦损失较大，效率低；当传动拥有自锁性时，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优异的滑动摩擦副。蜗杆传动平时用于空间两轴线交叉，要求结构紧凑，传动比大的减速装置，也有少许机器用作增速装置。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。q

d1m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，一般圆柱蜗杆传动就相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，且螺旋线方向同样。即ma1mt2m；a1t2；4、蜗杆传动的主要无效形式是什么？相应的设计准则是什么？【答】蜗杆传动的无效形式主要有齿面点蚀、齿根折断、齿面胶合及过分磨损等。在开式传动中多发生齿面磨损和轮齿折断，所以应以保证齿根波折疲倦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无效。所以，平时是按齿面接触疲倦强度进行设计，而按齿根波折疲倦强度进行校核。对于闭式传动，由于散热较为困难，还应作热平衡核算。九滑动轴承1、滑动轴承的无效形式有哪些？【答】滑动轴承的无效形式有：磨粒磨损、刮伤、咬合（胶合）、疲倦剥落和腐化，还可能出现气蚀、流体伤害、电伤害和微动磨损等伤害。2、滑动轴承资料应具备哪些性能？可否存在着能同时满足这些性能的资料？【答】滑动轴承资料性能应拥有以下性能：（1）优异的减摩性、耐磨性和抗咬粘性。（2）优异的摩擦适应性、嵌入性和磨合性。（3）足够的强度和抗腐化能力。（4）优异的导热性、工艺性、经济性等。不存在一种轴承资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照是什么？限制p和p的目的是什么？【答】非液体润滑轴承常以保持界线油膜不遭损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分磨损。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，防范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定形成收敛的楔形缝隙；2）被油膜分开的两表面必定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），其运动方向必定使润滑油由大口流进，从小口流出；3）润滑油必定有必然的粘度，供油要充分。1.今有一离心泵的径向滑动轴承。已知：轴颈直径d=60mm，轴的转速n=1500r/min，轴承径向载荷F=2600N，轴承资料为ZCuSn5Pb5Zn5。试依照不完好液体润滑轴承计算方法校核该轴承可否可用？（按轴的强度计算，轴颈直径不得小于48mm）。解题重点：（1）依照给定的资料为ZCuSn5Pb5Zn5，可查得：p=8MPa，=3m/s，P=12MPa·m/s。（2）按已知数据，选定宽径比B/d=1，得dn601500m/s601000601000F2600MPap60dB60MPam/s可见υ不满足要求，而p、pυ均满足。不能用十转动轴承1、转动轴承的主要无效形式是什么？【答】转动轴承的正常无效形式是转动体或内外圈滚道上的点蚀损坏。对于慢慢摇动及转速极低的轴承，主要无效形式是转动轴承接触面上由于接触应力过大而产生的永久性过大的凹坑。除点蚀和永久性变形外，还可能发生其他多种形式的无效，如：润滑油不足使轴承烧伤，润滑油不清洁使轴承接触部位磨损，装置不当使轴承卡死、内圈涨破、挤碎内外圈和保持架等。这些无效形式都是可以防范的。2、什么是转动轴承的基本额定寿命？什么是转动轴承的基本额定动载荷？【答】一组轴承中，

10%的轴承发生点蚀损坏，

90%的轴承不发生点蚀损坏前的转数（以

106为单位）或工作小时数称为转动轴承的基本额定寿命，以

L10表示。转动轴承的基本额定动载荷就是使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，用字母

C

表示。3、何时需要进行转动轴承的静载荷计算？【答】对于在工作载荷下基本上不旋转的轴承（比方起重机吊钩上用的推力轴承），也许慢慢地摇动以及转速极低的轴承，需要进行转动轴承的静载荷计算。4、试说明下面各轴承的种类和内径，并说明哪个轴承的公差等级最高？哪个赞同的极限转速最高？哪个承受径向载荷的能力最大？哪个不能够承受径向载荷？N307/P4

6207/P2

30207

51307/P6【答】各轴承的内径均为

35mm；6207/P2为深沟球轴承，公差等级最高；赞同的极限转速最高；N307/P4

为圆柱滚子轴承，承受径向载荷能力最高；30207为圆锥滚子轴承；51307/P6为双列推力球轴承，不能够承受径向载荷。7、以下列图，依照工作条件，决定在轴的两端采用两个

70000AC角接触球轴承。工作中有中等冲击，转n

1800

r/min

d

35mm

r1

N，r2

N轴向载荷为

Fae

870

N，作用方向指向轴承

1，试确定其工作寿命。【解】1）确定轴承型号依照题目要求，能够采用的轴承型号为7xx07AC，在此选用7207AC轴承，其基本参数为：基本额定动载荷Cr29.0kN基本额定静载荷C0r19.2kN题7图Fa/Fr≤eFa/Fr＞e派生轴向力Fd判断系数eXYXYr102）计算派生轴向力Fd1r10.683390N；Fd2r21040N3）计算两个轴承的轴向力如图，由于Fd2Fae707.2870NFd1N故轴承1被放松，轴承2被压紧，所受轴向力分别为Fa1Fd12305.2N；Fa2Fd1Fae870N4）计算两个轴承的当量动载荷由题意，在表13-6中取载荷系数fp1.5，对于轴承Fa10.68e1，由