机械设计课堂提问

+运动副能完成一定的功零件刚性组合构件机构机器能实现能量转换通称机械√①

应力计算时的载荷不精确性；②力学模型与实际状况的差异；③材料机械性能的不均匀性；④零件使用场合的重要性。答

案寿命系数KN的物理意义是什么？是否所有材料都有持久疲劳极限？折线A"D"G"C是如何得来的？

工作应力点M的最大应力为多少？对应的极限应力为多少？

为什么零件的疲劳极限和材料的疲劳极限不一样？

什么零件是循环特性保持不变（r＝C）的情况？在图上画出M点的极限应力。√反映有限寿命(N≤N0)设计时，疲劳极限的可提高程度。√不是，有些有色金属、高强度合金钢没有持久疲劳极限，因为从σ-N曲线上看，没有水平部分。√在等寿命曲线（σa-σm）上，利用三个特殊点（对称循环、脉动循环、静力）所确定的两条直线确定的。答案√M点：极限应力：√因为几何形状、尺寸大小、加工质量及强化因素不同。√绝大多数转轴的应力状态。答案什么样的裂纹容易产生点蚀，为什么？

在设计和使用零件时，对三个磨损阶段，应该力求

磨合磨损阶段，

稳定磨损阶段，

急剧磨损阶段。

从使用的角度分析，减少磨料磨损的有效措施有哪些？

用学过的摩擦学理论，对曲线作出解释。（f—表面光洁度曲线）√裂纹开口朝向运动方向的裂纹容易产生点蚀。√缩短，延长，推迟。√①对润滑系统采取必要的密封措施，使外界的杂质不进入或尽量减少进入系统的机会；②对润滑油系统加装过滤器，使润滑产生的颗粒或外界进入的杂质能够得到及时的过滤。答

案

在工作温度变化较大的场合使用，应该选择具有什么特性的润滑油？

低速重载的机器，应该选择具有什么特性的润滑油？润滑油使用过程中，为什么粘度会增大？为什么要设计可拆联接？牙根强度最大的是什么螺纹？用于计算强度的螺纹直径是什么直径？√应选用粘温特性好的润滑油。√应选用极压性好的润滑油。√润滑油会被氧化，会产生摩擦聚合物，存在杂质和磨损颗粒。√考虑结构、安装、运输、维护的需要。√牙根强度最大的螺纹是三角形螺纹。√用于计算强度的螺纹直径是内径。答

案

联接一薄板与一厚板，且经常拆卸，应选用什么螺栓联接？判断图示联接是什么螺栓联接？判断图示螺纹的旋向。

从受力角度分析，为什么三角形螺纹用于联接，而矩形螺纹用于传动？

讨论螺栓预紧解决什么问题？预紧的目的是什么？螺纹满足自锁条件，为什么要采取防松措施？弹簧垫圈的防松原理是什么？答案√应选用双头螺柱联接。√普通螺栓联接。√右旋螺纹√三角形螺纹由于存在楔形增压现象，使摩擦力增大，有利于防松，提高联接的可靠性，所以用于联接；而传动希望摩擦阻力小，矩形螺纹正好能满足这一要求，所以用于传动。答案√预紧的目的在于增加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和相对滑移。讨论螺栓预紧是设法控制预紧力，因为预紧力的大小影响联接的可靠性，预紧力过小联接不可靠，预紧力过大，会使联接件过载而断裂。√联接用的螺纹设计成ψ＜φv

，满足自锁的要求，但，他是靠摩擦防松，在实际工作时，由于载荷有变化、存在振动冲击等因素，螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬间消失，这种现象多次重复后，就会使联接松脱，因此，需要采取防松措施。答案√①螺纹联接的自锁是通过螺纹牙之间的摩擦来实现的。在预紧力的作用下，弹簧垫圈被压紧，一旦在振动和冲击的影响下，使螺纹之间的压力瞬间消失，被压紧的弹簧垫圈会释放压力，以弥补消失的压力，保证螺纹之间的摩擦力，达到防松的目的。②弹簧垫圈开口的尖点顶着螺母的底面和被联接件表面，阻止螺母松脱的转动。

受横向载荷的紧螺栓联接，承受外载荷前后，预紧力F0没有变化，所以，F与F0无关。说法对吗？仅受预紧力F0作用的紧螺栓联接，其螺栓的计算应力

ca＝4的原因是考虑1.3F0

/πd1

，将拉应力增大30%2A安装时可能产生的偏心载荷B载荷可能有波动C拉伸和扭转的复合作用D螺栓材料的机械性能不稳定承受轴向载荷的紧螺栓联接，相对刚度取的大些好还是小些好？为什么？说明如图哪种布置更合理，为什么？承受横向载荷的普通螺栓组联接，如图布置是否合理，为什么？√不对。尽管在承受横向外载荷前后，螺栓的预紧力F0没有变化，但是预紧力F0的大小是根据外载荷F的大小，根据力的平衡原理确定的，所以，

F与F0是有关的。√

C√相对刚度取的小些好。因为有利于减小螺栓的受力。答案答案√右图方案对螺栓的疲劳强度有利。因为用O型密封圈密封，被联接件刚度较大，在相同的预紧力和工作载荷下，可以降低螺栓的最大拉力和应力幅。√合理。因为结构对称、螺栓组的中心与被联接件的几何形心重合，各螺栓的受力均匀。

试分析如图普通螺栓组联接的受力？写出受力分析的公式。

如图所示螺栓组联接的正常工作条件是什么？

受转矩的用普通螺栓组联接和用铰制孔螺栓组联接的受力分析有何不同？螺纹牙上载荷分布不均的原因？

如图受力中，左侧不出现缝隙的条件为试解释其物理意义。√工作转矩与接合面产生的摩擦力矩平衡√①保证螺栓有足够的拉伸强度；②保证联接件之间不产生相对滑移；③保证联接结合面受力增大的一侧（下侧）不被压溃；④保证联接结合面受力减小的一侧（上侧）不出现缝隙。答案√普通螺栓联接靠摩擦力传递外载荷，是摩擦力矩与转矩的平衡；铰制孔螺栓联接靠螺杆的挤压和剪切传递外载荷，是挤压力矩与转矩的平衡。√螺栓和螺母的刚度和变形性质不同，造成螺纹牙上各圈的受力不均。√螺栓预紧力产生的力矩减去由外载力矩M引起的对地板减小的力矩，系数是指作用在被连接件上的外载力矩。答案平键工作时，主要承受A拉应力和弯曲应力

C拉应力和剪切应力B剪切应力和弯曲应力

D挤压应力和剪切应力根据什么选择键的尺寸？普通平键联接在选定尺寸后，主要验算其A挤压强度

C弯曲强度B剪切强度

D耐磨性薄壁零件的联接用什么花键？如图的键联接是否合理？为什么？如图的键联接是否合理？为什么？√

D√根据轴的直径选择键的剖面尺寸，参考轮毂的宽度选择键的长度。√

A√采用三角形花键联接。√不合理。a键与另两个键不在同一条直线上，

b键不能用平头键。b答案a√a键不合理，一方面轴承不用键；另一方面不能联接两个零件。b键不能用平头键。a答案b

在过盈联接中，当其它条件相同时，仅将实心轴改为空心轴，则联接所能传递的载荷将a.增大

b.不变

c.减小

影响过盈联接承载能力最为敏感的因素是配合面的a.直径尺寸c.过盈量b.表面粗糙度d.摩擦系数一般机械传动，若要采用带传动，应优先选用a.圆型带传动c.V型带传动b.同步带传动d.平型带传动√

C

/C

/C√①根据传递的载荷计算结合面压力；②根据结合面压力计算过盈量；③根据压力计算联接零件强度；④计算装配温度。√①工作机的转速与原动机的转速不一致；②工作机构通常要改变速度（调原动机速度不经济）；③原动机输出一个回转运动，而工作机需要多样的运动；④一个原动机带多个运动形式和速度不同的工作机构。答

案

V带传动的a和d1一定，若增大i，则带在小带轮上的包角将

，带在大带轮上的弯曲应力将

；普通V带传动中，为什么要验算带速v？带传动作增速传动时，带的最大应力发生在A 带离开大带轮处C 带离开小带轮处B 带绕上大带轮处D 带绕上小带轮处水平布置的带传动中，带的最大应力发生在A 下边与小带轮接触点C 紧边与小带轮接触点B下边与主动轮接触点D松边与小带轮接触点带传动产生打滑的原因是A 紧边拉力F1大于摩擦力极限值B 松边拉力F2大于摩擦力极限值C 圆周力Fe大于摩擦力极限值D

0.5（F1+F2）大于摩擦力极限值图示带传动装置，小带轮为主动轮，使用时，小带轮在上，大带轮在下，试确定小带轮的合理转动方向，并说明原因。√包角将减小，大带轮上的弯曲应力将减小。√①带速高，离心应力大，影响带的寿命；②带速高，应力循环速度加快，降低带的寿命；③带速高，摩擦温度在提高，带的磨损在加快，降低带的寿命。√

C√

C√

C√逆时针回转答

案

图示塔轮带传动中，d1=d6、d2=d5、d3=d4，轴Ⅰ为主动轴，n1和从动轴Ⅱ的阻力矩T2一定，试判断哪一对轮组合的传动能力最小？原因何在？

V带的楔角φ与带轮槽角φ1之间的关系如何？如何实施在保证不打滑的前提下，使带有一定的疲劳强度和寿命的设计准则？为什么带传动的弹性滑动是不可避免的？带传动一般应放在高速级还是低速级，为什么？

若带速v

提高一倍，它能传递的功率P0是否也随之提高一倍？为什么？答案√保证不打滑应满足柔润体摩擦欧拉公式；使带有一定的疲劳强度和寿命应满足，控制应力循环次数。√①弹性滑动是由于绕过带轮的带两边的拉力不等引起变形不等，导致带在带轮上产生的微小滑动，

也就是只要绕过带轮的带两边的拉力不等，弹性

滑动必然存在；②作为带传动系统，只要传递外

载荷，就存在绕过带轮的带两边的拉力不等，所

以，弹性滑动是不可避免的。√带传动一般放在高速级。因为，在传递相同功率条件下，带速较高，圆周力可以减小，有可能减少带的根数或采用剖面积较小的型号的带，使传动结构紧凑，成本降低。√带速v提高一倍，所传递的功率P0不可能提高一倍。因为从功率公式可以看出，随着速度的改变，也相应的改变，所以P0和v不是线性关系。答案链传动中，限制链轮最少齿数的目的之一是减少传动的运动不均匀性和动载荷防止链节磨损后脱链使小链轮轮齿受力均匀防止润滑不良时轮齿加速磨损

链传动设计中，当载荷大、中心距小、传动比大时，宜选用A.大节距单排链C.小节距单排链B.小节距多排链D.大节距多排链链磨损后将会导致销轴的破坏C.链板的破坏B.套筒的破坏D.链条和链轮的啮合问题润滑良好、中等速度的链传动，承载能力主要取决于什么？链传动的极限功率在实际使用中需要进行哪些项目的修正？

图示传动方案是否合理√A.减少传动的运动不均匀性和动载荷√B.小节距多排链√D.链条和链轮的啮合问题√链板的疲劳强度√Kz—小链轮齿数系数；KL—链长系数；KP—多排链系数。√将链传动置于高速级不合理。因为链传动的运动不均匀性和动载荷在高速时更为严重。答

案齿轮传动中，轮齿的齿面疲劳点蚀，通常首先发生在什么位置？硬齿面齿轮传动的主要失效形式和设计准则是什么？试分析齿轮传动中为何一对齿轮的两齿面要有一定的硬度差。传动比较大时，为什么不采用一个齿数很多的大齿轮和一个齿数很少的小齿轮啮合，而采用多级齿轮传动？

其它条件相同，下列两对齿轮，哪一对齿轮的接触强度大？为什么？（1）z1＝20，z2＝40，m＝4，＝20º＝20º（2）z1＝40，z2＝80，m＝2，

现有一对齿轮，已知m、z1

、z2

，经验算不满足σH≤[σH]的条件，试提出几项改进措施？答案√点蚀首先发生在靠近节线的齿根部分√失效：疲劳折断或磨损；设计准则：σF≤[σF]√小齿轮齿面硬度比大齿轮高，因为：①小齿轮的应力循环次数是大齿轮的i倍；②小齿轮的齿根部厚度小于大齿轮；③可提高跑合性能；④可起冷作硬化作用，以提高接触疲劳强度。√①大小齿轮的直径相差大，导致整体尺寸大；②小齿轮的啮合次数多，大小齿轮的寿命相差大。答案√接触疲劳强度相等。因为σH只与中心距a（或直径d）有关，而与模数m、齿数z的单一因素无关，现两对齿轮的a（d）相等。√增大直径；改选更好的材料；改进热处理工艺，提高表面硬度；增加齿轮宽度。

在保证强度的情况下，为什么要增大齿数z1、降低模数m？

实际齿数相同时，直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮三者齿形系数间的关系为A直齿轮的最大C圆锥齿轮的最大B斜齿轮的最大

D三者数值相同

齿轮传动设计中，若满足了σH≤[σH]的要求，而不满足σF≤[σF]的要求，你将如何改进设计？

图示定轴轮系中，若齿轮1为主动且转向不变，试问：齿轮2在工作过程中是单向受载还是双

向受载？是何应力循环特征？

若齿轮2为主动且转向不变，试问：齿轮2在工作过程中是单向受载还是双向受载？是何应力循环特征？

直齿圆柱齿轮的[σH]取小值，而斜齿圆柱齿轮取0.5（[σH]1+[σH]2），为什么？

试分析如图所示系统的受力（要求轴向力抵消），标出齿轮的螺旋线方向。ba2aFr2Fa2Ft21aFt1Fr1Fa13bFt3Fr3Fa34b答案Ft4Fr4Fa4答案√有利于增大重叠系数，改善传动的平稳性；齿高降低：减少金属切削量，降低费用，减小滑动速度，减小磨损和胶合；模数减小，齿厚变薄，齿根弯曲强度降低。√

A√在保证中心距不变的情况下，增大模数，减少齿数。√①齿轮1为主动时，齿轮2在工作过程中是双向受载；对称循环应力特征；②齿轮2为主动时，齿轮2在工作过程中是单向受载；脉动循环应力特征。答案√①直齿圆柱齿轮是整齿进入啮合整齿退出啮合，而齿面点蚀是首先发生在节线附近，再向齿顶和齿根扩展，所以，一旦某个齿轮发生点蚀，就是涉及到整条啮合线，所以，首先发生点蚀齿轮的许用应力就是一对齿轮的许用应力；②斜齿圆柱齿轮是逐渐进入啮合逐渐退出啮合，某个齿轮发生点蚀，只是局部啮合线上有点蚀，有点蚀啮合线上的载荷向没有点蚀的啮合线上转移而已，所以，接触强度与两个齿轮都有关。

为什么要引入q

？m一定时，q值的大小对蜗杆有何影响？蜗轮齿数多少对传动有何影响？蜗杆传动的失效为什么主要发生在蜗轮齿面上？

对传递动力的蜗杆传动，为了提高效率，在一定限度内可以采用A

较大的模数

B

较大的蜗杆直径系数C

较少的头数

D

较大的导程角蜗杆减速器传动比可达很大值，所以能实现A输入较小的功率，获得较大的输出功率B输入较小的转矩，获得较大的输出转矩C输入较大的转矩，获得较小的输出转矩D输入较低的转速，获得高的输出转速√为了限制蜗轮滚刀的数目，便于滚刀的标准化；

m一定时，q增大则d1增大，可以提高蜗杆的刚度和强度。√d2不变，z2越多，m越小，使轮齿的弯曲强度降低；m不变，则蜗轮直径d2增大，加大了蜗杆的支承长度，使蜗杆的刚度下降√①通常蜗轮材料比蜗杆材料软；②蜗轮的轮齿类似斜齿轮，而蜗杆的轮齿是连续齿，齿宽比蜗轮齿宽大，强度自然也比蜗轮高；所以，失效主要发生在蜗轮齿面上。√

D；B答

案列举几个滑动轴承适用的场合。对开式径向滑动轴承如何对中？整体式滑动轴承的特点是什么？

采用轴端面作支承面的普通推力轴承，将轴颈端面挖空的目的是A使压强分布均匀

C提高轴的强度B使运动速度分布均匀

D提高轴的刚度

对于宽径比较大的滑动轴承，为了避免因轴变形引起的轴承边缘磨损，可采用A整体式滑动轴承

C调心式滑动轴承B剖分式滑动轴承

D锥孔式滑动轴承√①工作转速特别高的场合；②要求对轴的支承位置特别精确的场合；③特重型的场合；④承受巨大冲击振动载荷的场合；⑤根据使用要求必须做成剖分式的场合；⑥径向尺寸较小的场合。√在轴承座的剖分面上做出凹槽，在轴承盖的剖分面上做出凸台，利用凹槽和凸台进行对中。√制造工艺简单，刚度大，价格便宜，但安装不方便，要作轴向移动，磨损后间隙无法调整，只能扩孔后加轴套。√A，C答

案

非全液体摩擦滑动轴承，验算压强p≤[p]的目的是避免轴承产生A.过度磨损C.胶合B.温升过高D.压溃含油轴承的自润滑原理是什么？开设油槽的基本原则是什么？

单级齿轮传动，其轴用滑动轴承支撑，需要开设纵向油槽，如何开？√A√①轴转动产生的抽吸作用，把润滑油抽到摩擦表面；②摩擦引起温度提高的热涨作用，把润滑油挤到摩擦表面。√①便于润滑油流到摩擦表面；②少影响或不影响承载能力。√单级齿轮传动是属于径向载荷相对轴承不转的情况，纵向油槽应开在轴瓦上。答

案

试论述滑动轴承的宽径比与承载能力之间的关系。试论述最小油膜厚度与承载能力之间的关系？最小油膜厚度大小受什么因素影响？

两个滑动轴承进行运转试验，提高转速时，发现甲轴承摩擦阻力下降，乙轴承摩擦阻力上升，那么甲轴承处于

摩擦状态，乙轴承处于

摩擦状态。全液体摩擦滑动轴承为什么要进行耗油量设计？

试分析滑动轴承参数p、ψ对轴承工作能力的影响。答案√宽径比大，侧漏比例小，承载能力提高；但是带走的摩擦热小，温度升高，粘度降低，承载能力下降。√当α给定时，hmin越小，χ

越大，Cp越大，承载能力F越大.√hmin受到如下因素的限制：轴颈和轴承表面粗糙度；轴的刚性；轴承与轴颈的几何形状误差；hmin还和轴与轴瓦的热变形、润滑油中污染物颗粒大小等有关。答案√甲轴承处于混合摩擦状态，乙轴承处于液体摩擦状态。√进行耗油量设计是为了保证滑动轴承的正常工作，因为，充足的供油是产生液体摩擦的必要条件；供油为了补充端泄的油；但是，过大的供油会加大摩擦阻力，降低机械效率。答案√滑动轴承的压强p越高，有利于保证运转的平稳性，减小轴承的尺寸，但压强过高，油膜厚度过薄、且易遭破坏，使轴承工作表面损伤；相对间隙ψ越小，轴承的承载能力和旋转精度越高，但轴承中油的流量小，易于发热，温升增高，油的粘度下降，影响轴承的工作能力。试论述滑动轴承形成承载的过程。转速和载荷不大、精度要求不高的支承，若采用滑动轴承，一般设计成

摩擦。滚动轴承若不带保持架，则滚动体的

会增加。对于载荷不大、多支点的支承，宜选用A.深沟球轴承C.角接触球轴承B.调心球轴承D.调心滚子轴承答案轴颈与轴瓦之间有间隙，在外载荷的作用下，轴颈与轴瓦之间自然形成收敛间隙；无论轴颈的转动方向如何，都是使润滑油由大口到小口；所以，它能形成承载，承载过程为：轴颈开始转动时，转速很低，轴颈和轴承主要是金属直接接触，产生的摩擦力方向与轴颈表面圆周速度方向相反，迫使轴颈向摩擦力方向偏移；随着转速的提高，带人油楔中的油量增大，压力也逐渐增大，并能达到支承外载，推动轴颈向速度方向偏移，并逐渐向上托起；转速的进一步增大，使压力继续增大，进一步把轴颈推向轴承的中心，此时，摩擦仅为液体摩擦，摩擦力减小，油楔角减小，压力下降，直到与外载荷平衡。答案√非全液体√摩擦和磨损√

B·

软齿面齿轮的主要失效形式是点蚀，其设计准则为σH≤[σH]，滚动轴承的主要失效形式也是点蚀，而其设计准则为寿命计算，为什么？某轴选用6211轴承支承，经过计算，发现承载能力不够，在轴颈直径不变的前提下，试提出两种改选方案。某轴选用7312C／C4轴承支承，经过计算，发现承受轴向载荷能力不够，如何改选轴承？某根长轴，宜选用什么类型的轴承支承较好？·

为什么（什么情况下）要考虑大于半圈滚动体受载？·

试画出该图轴承的内部派生轴向力的方向。答案√由于齿轮是单件设计和生产，只要齿面发生点蚀，该齿轮就失效，所以，软齿面齿轮设计时

以接触强度为设计依据。滚动轴承是批量生产，一批轴承中各个轴承发生点蚀的时间长短不一，衡量这批轴承的工作能力不能以一个轴承发生

点蚀的时间长短（即寿命）为依据，所以，规

定用寿命。√①可以改选滚子类轴承（线接触）；②改选中系列（3）或重系列（4）轴承。√改选7312AC／C4、7312B／C4轴承支承。√无档边的短圆柱滚子轴承、滚针轴承。√载荷方向相对支承不变的滚动轴承，只要达到半圈滚动体受载就可以满足要求，而载荷方向相对支承变化的滚动轴承，为了提高转动的平稳性，需要大于半圈的滚动体受载，最好达到整圈滚动体受载。答案

滚动轴承的载荷增大一倍时，轴承寿命改变了多少？

滚动轴承的转速提高一倍时，轴承寿命改变了多少？为什么轴承内圈的定位高度不许超过规定值？什么是滚动轴承的预紧？预紧的目的是什么？根据什么决定滚动轴承采用油润滑还是脂润滑？试判断如图结构上与轴承相关部分有什么错误？答案答案√载荷增大一倍，球轴承为原寿命的八分之一，滚子轴承为原寿命的十分之一。√转速增大一倍，其寿命为原寿命的二分之一。√为了拆卸轴承方便；防止运动件和不动件之间发生碰撞。答案√滚动轴承的预紧是指轴承安装时设法在内、外圈间施加一定的预紧力，使滚动体和内、外圈接触处产生一定的预变形