机械设计 课后思考题与习题参考答案 李秀红

思考题与习题参考答案第2章机械零件强度与刚度设计机械零件疲劳强度的计算方法有哪两种？其计算准则各是什么？答：(1)安全--寿命设计，在规定的工作时间内不允许出现疲劳裂纹(2)破损--安全设计,允许零件存在裂纹并缓慢扩展，但需保证在规定的时间内仍能安全可靠地工作机械零件在变应力条件下工作发生疲劳断裂而失效的过程怎样？2-2什么是应力循环基数？一般碳钢和高硬度合金钢的循环基数是多少？答：循环基数是指在疲劳试验曲线上对应于接触强度极限的应力循环次数。一般碳钢取N0=107，合金钢取N0=25×107。按疲劳曲线(σ－N)N＜104时，(σ－N)曲线是否适用？为什么？在这种情况下应如何处理？答:在循环特征r下的变应力,经过N次循环后，材料不发生破坏。不适用。因为疲劳极限较高,接近屈服极限,几乎与循环次数的变化无关。一般可按照静应力强度计算。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？答：1）应力集中，零件尺寸，表面状态，环境介质，加载顺序和频率。2)降低应力集中的影响；选用疲劳强度高的材料或规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺，提高零件的表面质量；尽可能的减小或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸。机械零件受载时在什么地方产生应力集中？应力集中与材料的强度有什么关系？答:零件受载时,在几何形状突然变化处要产生应力集中;降低应力集中,可以提高零件的疲劳强度。怎样区分变应力是稳定的还是非稳定的？怎样进行在稳定变应力下的零件强度计算？怎样进行在规律性非稳定变应力下的零件强度计算？1)按每次循环中平均应力m,应力幅a和周期来进行区分。在每次循环中,平均应力m、应力幅a和周期都不随时间t变化的变应力称为稳定变应力;在每次循环中,平均应力m、应力幅a和周期中有一项随时间t变化的变应力称为非稳定变应力。2)稳定变应力下零件的强度计算:首先求出零件危险截面上最大(小)应力maxmin,进而求出平均应力m和应力幅a,在零件的极限应力图上确定一个工作点,再根据应力变化规律求出安全系数,使求出的安全系数大于等于许用安全系数。3)在规律性非稳定变应力下零件的强度计算:先将非稳定变应力折算成单一的与其总寿命损伤率相等的等效稳定变应力(简称等效应力)v,然后再按稳定变应力进行疲劳强度计算。2-8在极限应力简图上，对各种加载情况（即r=常数、σm＝常数、σmin＝常数）如何判断零件是首先产生疲劳破坏还是首先产生塑性变形破坏？2-9一钢制轴类零件的危险剖面承受max200MPa，min100MPa，综合影响系数K=2，材料的S＝400MPa－1＝250MPa0＝400MPa。试：1）画出材料的简化极限应力线图，并判定零件的破坏形式。2）r=const时该零件的安全系数。1)材料的简化极限应力线图:根据题意可得点A'和点C的坐标分别为:1C(s1D'(0/20/2)，D'(400/2，400/2)1A'C'C。2)零件的简化极限应力线图:根据题意可得各点坐标如下:A(0，1/K(0，125);C(s(400，0);D(0/2，0/2K(200，100)1AGC。标出工作点并判定零件的破坏形式:零件危险截面上的平均应力m(maxmin)/2=150MPa，应力幅a(max-min)/2=50MPa。图1简化极限应力线图M(m，a)M(150，50)1r=C的应力1M点的极限应力为疲劳极限，也就是说，工作应力M点时，可能发生的是疲劳失效。4)S

'max

'm'a

OM'1.8max

ma OM5)安全系数法：

10S

1

1.8 0

(K

)Dam第3章摩擦、磨损和润滑何谓摩擦、磨损和润滑？它们之间的相互关联如何？--由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；润滑-减轻摩擦和磨损所应采取的措施。关联：运动副之间的摩擦将按摩擦面间的润滑状况，滑动摩擦可分哪几种？答：根据摩擦面间存在润滑剂的情况，滑动摩擦分为干摩擦、边界摩擦（边界润滑、流体摩擦（流体润滑）及混合摩擦（混合润滑。根据磨损机理的不同，磨损通常分为哪几种类型?它们各有什么主要特点?磨粒磨损：在摩擦过程中，由于硬颗粒或摩擦副表面的硬微凸体对固体表面挤压和沿表面运动所引起的损失或材料流失。疲劳磨损：指由于摩擦表面材料微体积在重复变形时疲劳破坏而引起的机械磨损。流体侵蚀磨损：流体侵蚀磨损是指由液流或气流的冲蚀作用引起的机械磨损。机械零件的磨损过程分为哪三个阶段？答：磨损过程分为：磨合阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段。润滑剂的作用是什么？常用润滑剂有哪几种？答：作用：在摩擦面间加入润滑剂不终可以减少摩擦，减轻磨损，保护零件不遭锈蚀，4润滑油的主要性能指标有哪些？润滑脂的主要性能指标有哪些？在润滑油和润滑脂中加入添加剂的作用是什么?答：润滑油的主要指标包括黏度（动力粘度、运动黏度、条件黏度、润滑性（油性、（针（或稠度改善润滑剂的物理性能，如降低凝点、消除泡沫、提高黏度、改进其黏-温特性等。第4章现代设计技术现代设计方法的定义是什么？和传统设计方法有什么区别？现代设计方法的特征是什么？分别简述这些特征。传统设计技术的延伸和发展多学科交叉融合与多种设计技术综合设计手段的数字化与虚拟化设计过程的智能化与并行化4.1.2部分。表示机械结构可靠性的指标有哪些？他们的定义是什么？可靠度是产品在规定的时间内、规定的条件下完成规定功能的概率。失效概率是指产品在规定的条件下、规定的时间内发生失效的概率，也称为不可靠度，是评估产品可靠性的主要指标之一。维修率是指产品在使用过程中需要维护的频率或维护时间占总运行时间的百分比。计算机辅助设计的软件有哪些？请列举几个，并简述其功能。ANSYS是一款具有多种用途的有限元计算软件，起计算主要涉及到固体力学，流体力学，电力，电磁场，温度场以及碰撞等问题，被广泛应用在各个行业。ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。SolidWorks是一种实现三维建模的软件，功能强大，组件繁多，易学易用，操作方便，能够建立各种复杂的大型模型，帮助设计人员进行设计。什么是优化设计的三要素？简述优化设计的流程优化设计的三要素是设计变量，约束条件，目标函数。优化结果分析。反求设计与传统设计方法的区别是什么？（反求样本第5章螺纹连接常用螺纹的主要类型有哪些?其主要用途是什么?螺纹升角<p的大小，对螺纹副的自锁性和效率有何影响?试简述之。答：螺纹升角φ的大小对螺纹副的自锁性和效率有着直接的影响。较小的螺纹升角有利摩擦防松：对顶螺母、弹簧垫圈、自锁螺母等。机械防松：六角开槽螺母和开口销、止动垫片、串联钢丝等。破坏螺纹副运动关系防松：冲点、涂黏合剂等。1受拉紧螺栓连接中，螺栓的强度计算公式d2: 4X1.3F’中的系数“1.3”是考虑什么1兀6因素而引入的?答：系数“1.3”在螺栓强度计算公式中考虑的是螺纹部分所受扭矩的影响。分离。因此，预紧力的施加也是必要的，不预紧的情况下无法保证连接的可靠性和安全性。5-37所示为某机构上的拉杆端部采用普通螺纹连接。已知拉杆所受最大载荷F16kNQ235钢，屈服极限6s240MPa,试确定拉杆螺纹的最小直径(安全系数可取S=1.6)。5-375-7图解：该题为普通螺栓松连接问题许用拉应力 6=6s=240=150MPaS4Fπ6拉杆螺纹的小径d4Fπ6

1.64X16000πX1504X16000πX150

=11.654mm5-38所示螺栓连接中，采用两个M16小径d113.835mm，中径d2=14.701mm45640（取安全系数S=4µs=0.s=1.2，试计算该连接允许传递的静载荷FR。5-385-8图51）和式（53。许用拉应力 6=6s=640=160MPaS 4设每个受拉普通螺栓所需的预紧力为F'，则有zF'µsm2:KsFR因此 F

::;zF'µsm=2X0.2X2F'=2F'又由强度条件可知

R Ks

1.2 3 兀d 兀dF'::; 1 =4X1.3

兀X13.8352X4X1.3

=18502N综上即可求得：FR::;12334.7N。5-39所示油缸，油压p=3MPaD=160mmz=8，螺栓材料6=150MPa1.5倍，试计算螺栓最小直径。5-395-9图解：螺栓工作拉力FpD2/(4z)31602/327540N残余预紧力F1.5F螺栓总拉力F0FF1.5FF2.5F2.5754018850N(41.3F0)/(3.14(41.3F0)/(3.14150)如图5-404个M16d0=17mm65mm28mmQ235钢，屈服极限6s=240MPa，HT250,强度极限6B=250MPa。联轴器传递转矩T=2000N∙m，载荷较平稳，试校核螺纹连接强度。图5-40题5-10图解：该题为受剪螺栓连接承受扭矩载荷问题F，则有

DzF22:TF2:2T=2X2000000=6452NzD兀切应力 T=兀40

4X155兀=6452兀4根据表5-6和表5-7，受剪螺栓连接许用切应力因此T::;T，安全。

T=6s2.5

=240=96MPa2.5受剪螺栓连接的挤压面长度h=65-28-23=14mm根据表5-6和表5-7，有对于铸铁，许用挤压应力6p

=6B=250=100MPa1 2.5 2.5对于钢，许用挤压应力6p

=6s=240=160MPa2 1.5 1.5受剪螺栓连接的挤压应力可求得6p因此，6p::;6p1，安全。

=Fd0h

=645217X14

=27.11MPa15-0M1（小径1=1.835md2=1.71m）的受拉螺栓连接，以摩擦力来传递转矩。接合面摩擦系数µs=0.15，载荷较平稳，传递摩擦力可靠性系数（防滑系数）Ks1.245钢，屈服极限6s480MPa，安装时不控制预紧力，取安全系数S=4，试确定所需螺栓数目z。解：该题在5-10基础上修改，属于受拉普通螺栓连接承受扭矩载荷问题许用拉应力 6=6s=480=120MPaS 4F，则有

DzF22:TF2:2T=2X2000000=25806.5zD zX155 z根据强度条件，有兀d26 兀X13.8352X120F'::; 1 =4X1.3

4X1.3

=13869.7N根据不滑移条件，有可求得25806.5Ks25806.5KsF'µsm

zF'µsm2:KsFz2:KsF25806.5X1.213869.7X0.15X1F'25806.5X1.213869.7X0.15X1=

=3.858因此，所需螺栓数目为4。5-41所示的两个普通螺栓组连接方案，已知：载荷F12000N，尺寸l400mm，a=100mm。请分别比较两个方案中受力最大螺栓的横向力为多少？并分析比较哪种螺栓的布置方案合理。b)图5-41题5-12图解：螺栓组连接受力分析题5-12图A题5-12图Bs s5-42P5000a=3°µ=012K=12kb=02，s skb+km=160=13.835mm）普通螺栓，此连接是否可靠？连接结构图 b)受力分析图图5-42题5-13图解：P所示可以获得三个力（力矩，分别为1、2和M。对于螺栓组来讲，1是轴向力，P2是横向力，M为倾覆力矩。

P1=Psina=5000Xsin30°=2500NP2=Pcosa=5000Xcos30°=4330NM=P1X160+P2X150=1049500N∙mm（1）在轴向力P1作用下，各螺栓所受到的轴向载荷为F=P1=2500=625N1 z 4（2）在倾覆力矩M作用下，最上面的螺栓受轴向力较大，其所受载荷为Fmax

=

=1049500X140=1874N4X1402L2L2+L2+⋯+1 2zF=F1+Fmax=625+1874=2499N（3）在横向力P2作用下，托架和立柱之间的结合面容易发生滑移，根据不滑移条件，可求得各螺栓的预紧力F'。可以理解为，假设倾覆力矩M只改变压紧力的分布，而各螺栓既承受轴向载荷，又承受横向载荷时，轴向载荷使螺栓的预紧力从F'降低为F''。有F’’=F’- kmFkb+km1kmkb+km

=1- kbkb+km

=1-0.2=0.8根据不滑移条件，F'变为残余预紧力F''，有µsmzF’’2:KsP2m=1，z=4，代入可求得F'=11325N综上所述，最上面受力较大的螺栓，其总拉力F0为F=F’+ kb0 kb+km

F=11325+0.2X2499=11824.8N根据强度条件校核，有3.14X13.835216 =1.3F0=4X1.3F0=4X1.3X11824.8=102.3MPa::;6=160MPa3.14X13.83521max

兀

兀d2141因此，螺栓满足强度要求，此连接可靠。第6章轴毂连接轴毂连接有哪些类型？它们各自有何特点？答：轴毂连接有键连接、花键连接、过盈连接、销连接等。（1）键连接：键连接是一种常见的轴毂连接方式，通过键实现轴和轴上零件间的周向固定以传递运动和转矩。（2）花键连接：由内花键和外花键组成，具有承载能力高、多齿传力、对轴、毂削弱小、对中性好、成本高等特点。（3）过盈连接：利用零件间的配合过盈来实现连接，结构简单，定心精度好，可承受（4）销连接：主要用途是固定两个零件之间的相对位置。键的主要功用是什么?键可以分哪几种类型?半圆键有何特点?常用于何处?楔键连接和切向键连接有何特点?常用于何处?当同一轴段采用两个平键时，这两个键应如何布置?答：当同一轴段采用两个平键时，这两个键应相隔180°布置。考虑到载荷在两个键上分布的不均匀性，双键连接的强度要按1.5个键计算。花键连接有何特点，有几种类型?花键连接的类型主要包括：矩形花键：具有沿周向均布的多个键齿，齿侧为工作面。键开线花键：具有特定的线型花键齿。80120mm。试设计该键连接，并确定该连接所能传递的最大静载荷。6-1可确定普通平键的尺寸bX=120-5~10mm。对于静连接的平键连接，有

6=4T::;6pdhl p因此即可求出该键连接所能传递的最大静载荷。6-20所示的凸缘联轴器，允许传递的最大静载荷为T=630N∙m，材料为HT250。试设计联轴器中的平键连接，并校核该键连接的强度。图6-20题6-6图解：普通平键连接静连接，解题思路和题6-5相似。6-1可确定普通平键的尺寸bX=120-5~10mm。对于静连接的平键连接，强度校核条件为6=4T::;6pdhl p其中，许用应力6p可根据表6-2计算。第7章铆接、焊接和胶接铆缝和铆钉分别有哪几种类型？铆缝的损坏形式及铆缝设计应注意哪些问题？（铆接结构应具有良好的开敞性，为机械化铆接创造条件2（）（）冲孔铆接的承载能力比钻孔铆接的承2%（5）铆钉材料6焊缝的形式包括哪些类型？答：电弧焊常用的焊缝形式主要包括对接焊缝、角焊缝和塞焊缝。影响焊缝强度的因素包括哪些？答：影响焊缝强度的主要因素包括焊接材料、焊接工艺和焊缝结构。胶接的接头形式包括哪些？答：常用的胶接接头形式主要包括对接、搭接、平接、角接、T形接和套接等。第8章带传动带传动的主要特点是什么？适用于什么场合？（2）（3）适用于主、（4）结构简单，易制造，成本低廉。（2（传动4带在使用过程中需要张紧装置。v=5m/s带传动与平带传动的传动能力有何不同？为什么？如何提高带的传动能力？答：在相同条件下，V带能传递较大的功率；传递功率相同时，V带传动的结构更为紧凑。平带传动依靠带与平滑轮面之间的摩擦来传递动力，VV形槽中，带的传动比平带产生更大的摩擦力。增大初拉力、增大包角、增大带与带轮间的摩擦因数可以提高带传动的工作能力。带传动的主要失效形式是什么？设计准则是什么？答：1.带传动的主要失效形式：疲劳破坏由于变应力的反复作用，运转一定时间后，带发生疲劳破坏。磨损带和带轮之间的相对滑动，会引起疲劳磨损，降低初拉力和带的使用寿命。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。简述带传动产生弹性滑动的原因和不良后果。答：传动带是弹性体，工作时由于带的紧边拉力和松边拉力不相等，其弹性变形也不相等，从而使得带与带轮之间产生微量的相对滑动现象，称为弹性滑动影响带传动传动能力的因素有哪些？答：带的速度、初拉力、小带轮包角、带与带轮间的当量摩擦系数等带传动张紧的目的是什么？有哪些常用的张紧方法？答：传动带不是完全的弹性体，在张紧力作用下，工作一段时间后，将由于塑性变形和磨带传动中的打滑是怎么产生的？其对带传动有什么影响？（临界F01125N，试求紧边拉力F1和松边拉力F2。F1F0F2F022

11257501500N21125750750N2试求有效圆周力Ft和紧边拉力F1。P解：FtvP

750010

750NPFtv得到：

F1000Pe v

700010

700NFeF1F2700联立：

F2F1 2解得：

F2700N，

F11400N已知带传动所能传递的最大功率P=6kW，主动轮直径dd1=100mmn1=1460r/min，包角α=150f=0.51FtF1F2F0。v

n1dd1601000

14601007.64m/s601000小带轮包角：1150150/1802.62弧度有效圆周力：Ft1000P/v6000/7.64785.3NF1联立：F

e1fve2.620.513.802解得：

FeF1F2785.3280.5N；1065.8N初拉力：

F0(F1F2)/2(280.51065.8)/2673.2N第9章链传动引起链传动速度不均匀的原因是什么？其主要影响因素有哪些？为什么一般情况下链传动的瞬时传动性比不是恒定的？那么在什么情况下能使其瞬时传动性比恒定呢？答：1)链传动速度不均匀的原因是链条围绕在链轮上形成了正多边形，即产生了多边形效应。与链节铰链在从动轮上的相位角。链传动的瞬时传动比i

1R2cos，在传动过程中，角和角不是时时相等的，s2R1s

cos因此瞬时传动比i随角和角的变化而不断变化。要使瞬时传动比isR2z2ap和角的变化才会时时相等，则is恒为1。9-1631按什么方向旋转比较合理（在图中标出）？并说明原因。答：1)链传动张紧的目的，主要是为了避免在链条的垂直过大时产生啮合不良和链条的振602)1所示的方向旋转比较合理。其原因是当小链轮按该图所示的方向旋转时，链传动工作时，产生动载荷的原因有哪些？答：动载荷产生的主要原因有：链条和从动链轮作周期性的变速运动。链条沿垂直方向的分速度vy作周期性变化，使链条发生横向振动。链节与链轮啮合瞬间有一定的相对速度。a的大小，对链传动有何影响？答：中心距小时：当链速不变，中心距小、链节数少的传动，在单位时间内同一链节的屈伸次数增多，因此会加速链的磨损。中心距大时：若中心距太大，会发生松边上、下颤动现象，使传动运行不平稳。答：节距越大，承载能力就越高，但总体尺寸增大，多边形效应显著,振动、冲击和噪音也严重。小节距的多排链传递速度高、功率大，总体尺寸较小，缺点是各排链受载不均。z1z2不允许过多，这是为什么？链传动的失效形式有几种？设计链传动的主要依据是什么？答：链传动的失效形式有以下几种。（1）链节板由于疲劳强度不足而破坏；（2）因铰链销轴磨损使链节距过度伸长，从而破坏正确啮合和造成脱链现象；（3）润滑不当或转速过高时，销轴和套筒表面发生胶合破坏；（4）经常起动、反转、制动的链传动，由于过载造成冲击破断；（5）低速重载的链传动发生静拉断。设计链传动的主要依据是：链轮齿数、中心距、链接数、链条型号、节距、链速和链长。9-17所示的链传动主动轮小链轮的转向，并说明原因。1)主动轮的转向应如答图2解所示(逆时针旋转)，这样紧边在上方，松边在下方。2)若松边在上时，可能有少数链节垂落到小链轮上或下方的链轮上，因而有咬链的危险。图9-16题9-2图 图9-17题9-8图pd1170.47mm，790r/minq2.6kg/mz1和链所受的。解：1）计算小链轮齿数z1

d1

sin

p180z1得sin

180z1

pd1

25.4170.47

0.149180所以z1

8.569则

180z18.569

212）计算链的离心拉力Fc①链速vv p601000

2179025.47.02m/s601000②离心拉力FccFqv22.67.022128.24N128NcPa，链节距pq0.6kg/m130r/min，主动链轮齿数17KA1强度。解:（1）计算链速v

z1pn

1712.7130 0.47m/s0.6m/s可知此传动为低速601000 601000QnS

KA

校核其静力强度。（2）极限拉伸载荷FQ由滚子链规格和主要参数表查p=12.7mm的08A的链条，得FQ=13.8kN（单排。（3）链的工作拉力FF=1000P/v=1000×1.5/0.47=3191.49NQn 13.81032故S 7.04，静力强度满足要求。KAF 13191.49P=20kWn1=720r/minn2=200r/min700mm解：1.选择链轮齿数设v＝3~8m/s，参照表9-6取小链轮齿数z1＝21；则大链轮的齿数zizn1z

72021z

76n2 1 1n2

200 2初定中心距，计算链节数初定中心距a0＝40p，计算链节数Lp：L2a0z1z2p(z2z1)2P p 2 a 2π0)240p2176p(76212)p130.42

2 40p 2π取链节数LP132确定链条的节距由表9-3、9-5以及图9-12，查得工作情况系数KA＝1.3：KZ1.11，KL1.07，采用单排链KP1则

KAPKZKLKP

1.3201.111.071

21.89kW查图9-11，选用16A滚子链，其链节p＝25.4mm。验算链速 p

2172025.46.4m/s15m/s合适601000 601000且6.4m/s在3~8m/s内，与原假定相符。5.实际中心距：a≈40p＝40×25.4=1016mmvp9.6.3节选用油浴或飞溅润滑。计算作用在轴上的力F1000P1000203125Nt v 6.4所以作用在轴上的力：FQ1.2Ft3750N链轮设计（略）第10章齿轮传动常见的齿轮失效有哪些形式？失效的原因是什么？应采取哪些措施来减缓失效的发生？润滑良好的闭式软齿面齿轮传动常见的失效形式有哪些？其相应的设计计算准则是什么？开式齿轮传动常见的失效形式有哪些？应根据哪种失效形式来设计？为什么？m。10-5齿面点蚀首先出现在轮齿的什么部位？为什么？合，轮齿受力最大，在变应力作用下，易形成裂纹，润滑油渗入到裂纹中，形成楔挤作用，会加速裂纹扩展、表层金属剥落，出现点蚀现象。Kv，主要影响因素有哪些？如何减小作用在轮齿上的内部附加动载荷？Kβ，其值主要受哪些因素影响？可采取哪些措施来减小齿向载荷分布不均的程度？KFa的物理意义是什么？它与哪些因素有关？同一齿数的标准直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮的齿形系数是否相等？z和变位系x有关。同一齿数的标准直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮的齿形系数不相等。选择齿轮材料有哪些依据？常用的齿轮材料有哪些？主要考虑哪些因素？闭式软齿面齿轮传动在设计中为什么要保证大小齿轮有硬度差？30～50HBW，这样可使大小齿轮寿命接近。此外，大小齿轮齿面的硬度差还有利于齿面跑合，减小胶合的危险。z1及齿宽系数ϕd？它们的大小对齿轮传动有何影响？z1≥17。软齿面闭式齿轮传动，传动尺寸主要取决z1=20～40。齿数增多，可增大重合度，提高传动的平稳性；当中心距一定时，齿数硬齿面闭式齿轮传动，传动尺寸有可能要取决于轮齿弯曲疲劳强度，齿数不宜过多。开式齿轮传动，传动尺寸主要取决于轮齿弯曲疲劳强度，齿数不宜过多。一般可以取z1=17～20。b1b2？在强度计算b1b2计算？b2。σF是否相等？如两轮的材料和热处一对圆柱齿轮传动，大小齿轮的齿根弯曲应力σF不相等。如两轮的材料和热处理均相同则其许用弯曲应力［σF］不相等。如其许用弯曲应力相等，则大小齿轮的弯曲强度不相等。大小齿轮轮齿上的接触应力σH是否相等？两齿轮的许用接触应力［σH］是否相等？如不相等在接触强度计算中应代入哪个齿轮的许用接触应力？大小齿轮轮齿上的接触应力σH相等。两齿轮的许用接触应力［σH］不相等。接触强度计算中应代入大齿轮的许用接触应力（数值小的。常见的圆柱齿轮的结构有哪几种？应如何选用？dds（d<da160mmda500mm的重要齿轮可选用腹板式结构齿轮。顶圆直径400mm≤da≤1000mm可选用铸造齿轮。对于尺寸很大的齿轮，为节约贵重钢材，可选用组合式结构。单件生产的大齿轮，可采用焊接结构。齿轮传动的润滑方式如何选择？其功率损耗主要包括哪几部分？开式、半开式齿轮传动，或速度较低的闭式齿轮传动，通常采用人工定期润滑。闭式齿轮传动当v<12m/s时，常采用浸油润滑；当齿轮圆周速度v>12m/s，应采用喷油润滑。10-3612ZN1ZN2YN1YN2。12n1=160r/min，n2=40r/min；工作总th=8000h。10-3610-20图轮主动时：1轮接触应力为脉动循环变应力；2轮接触应力为脉动循环变应力。1轮弯曲应力为脉动循环变应力；2轮弯曲应力为对称循环变应力。应力循环次数NL1=60jn1th=60×1×160×8000=7.68×107NL2=60jn2th=60×1×40×8000=1.92×107接触寿命系数ZN1=1.2；ZN2=1.26弯曲寿命系数YN1=1；YN2=11轮弯曲应力为脉动循环变应力；2轮弯曲应力为脉动循环变应力。应力循环次数NL1=60jn1th=60×1×160×8000=7.68×107NL2=60jn2th=60×2×40×8000=3.84×107接触寿命系数ZN1=1.2；ZN2=1.23弯曲寿命系数YN1=1；YN2=110-371的转动方向及螺旋线方向，欲使轴Ⅱ所受轴向力最小，试分析：1）齿轮2、3、4的螺旋线方向及转动方向并将各自的旋向及转向标在图上；）各齿轮的受力情况（用三个分力表示出各力的作用点位置及方向；m1=n=32=5β1°m3=n=5，z3=17。则低速级螺旋角β2应取多大数值才能使中间轴的轴向力互相抵消。10-3710-21图齿轮2右旋；齿轮3右旋；齿轮4左旋。Fa2

Fa3Ft2tan{31=Ft3tan{322TⅡtan{31d2 =2TⅡtan{31

2TⅡtan{32d32TⅡtan{32mn2z2cos{31

= mn3z3cos{32sin{3=mn3z3sin{3

=5X17sin15°2 mn2z2

1 3X51β3=8.2671°10-38所示为直齿锥齿轮—斜齿圆柱齿轮减速器，试分析：1）将各齿轮的转动方向标在图上；2）欲使轴Ⅱ所受轴向力最小，判断斜齿圆柱齿轮的螺旋线方向并标在图上；3）分析各齿轮的受力（用三个分力表示出各力的作用位置及方向。10-3810-22图ⅠⅠ第11章蜗杆传动与齿轮传动相比，蜗杆传动有何特点？蜗杆传动的主要参数有哪些？应如何选择？蜗杆传动有哪些主要失效形式？其相应的设计准则是什么？蜗杆传动的失效形式主要有胶合、磨损、疲劳点蚀等。闭式蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？热平衡计算不满足要求时可采取哪些措施？续工作的闭式蜗杆传动进行热平衡计算。热平衡计算不满足要求时可采取的措施有：1）增加散热面积。合理设计箱体结构，在箱体外表面铸出或焊上散热片。2）提高表面传热系数。在蜗杆轴端加装风扇；在箱体油池内安装循环冷却水管；采用压力喷油循环冷却。蜗杆、蜗轮的材料如何选择？11-18所示蜗杆传动中各轴的转向、蜗轮轮齿螺旋线方向及蜗杆、蜗轮各受力方向。11-18图蜗轮2、4右旋；输出轴逆时针转动。11-7图11-19所示为手动绞车。已知：m=8mm，q=8，z1=1，z2=40，D=200mm。问：（1）欲使重物W上升1m，手柄应转多少转？转向如何？（2）若当量摩擦因数fv=0.2，该传动啮合效率η1是多少？该机构是否能自锁？n2=1000=1000=5

11-19图兀D 200兀 兀n=z2n=200=63.66r1z12 兀手柄逆时针转动r=arctanz1=arctan1q 8pv=arctan0.2r<pv，机构可自锁tanr+pv1n= tanr+pv1

=0.37511-8在图11-20所示的传动系统中，已知输出轮6的转向。3、412的螺旋线方向。判断各轮的转向并标在图上。判断各轮的受力方向（用三个分力表示）并标在图上。11-2011-8图蜗杆1左旋；蜗轮2左旋；齿轮3左旋；齿轮4右旋。第12章滑动轴承滑动轴承主要适用于哪些场合？答：滑动轴承主要适用于高速、重载或结构上需要剖分等滚动轴承无法胜任的场合。1)工作转速特别高2)对轴的支承位置要求特别精确3)特重型轴承4)承受巨大冲击和振动载荷的轴承5)按装配要求必须做成剖分式的轴承6)当要求径向尺寸较小时7)特殊工作条件下工作的轴承(如腐蚀性介质)。非液体摩擦滑动轴承的失效形式和设计准则各是什么？答：不完全液体润滑滑动轴承的主要失效形式是磨损和胶合，其设计准则是维持边界油膜不破裂。1）限制平均压强p，防止轴承过度磨损2）限制pv值，防止轴承温升过高而发生胶合3）限制滑动速度v，防止加速磨损根据滑动轴承可能发生的失效形式，分析对轴瓦材料有哪些性能要求。根据液体摩擦滑动轴承的承载机理，试述形成动压油膜的必要条件。答：1)两相对运动的表面形成收敛性油楔。2)两表面间有一定的相对滑动速度。3)润滑油有一定的粘度。4)供油充足。计算液体摩擦滑动轴承时，为什么要进行热平衡计算？热平衡方程是根据什么原则建立的？举出5个热平衡计算中用到的物理量。答：1）因为摩擦发热使油温升高,粘度降低。不考虑则得不到准确的承载能力。2）根据摩擦发热 润滑油带走热量＋传导散热的热平衡的原则。3）发热——考虑油的摩擦(内摩擦)摩擦系数，轴承载荷，速度。散热——轴承散热面积，传热系数，润滑油比热容，耗油量，温升。B/d对轴承的工作性能有何影响?设计时应如何合理选取？答：B/dB/d差敏感性大，易产生“边缘接触”B/d选择要恰当，不能过大，也不能过小，一般取B/d=0.5~1.5，载荷越小，取值也越小，目前取值有减小趋势。有一不完全液体润滑(混合润滑)B/d＝1.2，轴颈的直径[p]＝5MPa，[v]=3m/s，[pv]=10MPa·m/s，要求轴承在n1=320r/minn2=640r/min两种转速下均能正常工作，试求设计时轴承的计算载荷大小。解：B/d＝1.2，d=80 mm，所以B=1.2×80=96mmn=320r/min时，v1

πdn601000

π803201.34m/s[v]601000pF1Bd

p

[p]Bd5809638400Npv

vpvFpv]dB/v

108096/1.3457373NBd 1 1 1所以n=320r/min时，最大允许载荷F1=38.4kN。n=640r/min时，v22v12.68m/s[v]由F2[p]Bd5809638400N由F2[pv]dB/v2108096/2.6828657N所以n=640r/min时，最大允许载荷为F1=28.7kN。为适应两种转速下工作,设计时取轴承计算载荷F1=28.7kN。100mm0.1mm，偏心距离为0.06mmhmin大小。0.1mmr=50mme=0.06mmhmine0.10.060.04mm第13章滚动轴承滚动轴承的失效形式有哪些？选择轴承时进行的寿命计算、静载荷计算及极限转速校核是针对哪种失效？略为什么角接触球轴承和圆锥滚子轴承常成对使用？角接触轴承的附加轴向力是怎样产生的？如何确定其大小和方向？6208/P2、N208/P6、7208AC、30208/P6。答：6208/P240mm202的深沟球轴承；N208/P660240mm，002328/64m，公差等级6级，尺寸系列为02的圆锥滚子轴承。何为角接触轴承的“正装”和“反装”，这两种安装方式对轴系刚度有何影响？1-28337轴承反安装（背对背安装，已知左轴承受径向载荷Fr=40NFr40NFA=30N（方向自右向左，轴n20/in100hfd=1.1，试计算轴承的基本额定动载荷。注337轴承FS=Fr=.02.当 P=ra>eP=0.Fr+Fa。2Y FrFs1解：

Fr110002Y

13-2813-6图N 水平向左Fs2

Fr211002Y

水平向右FS1FA4500FS2

轴有向“左”移动的趋势，轴承1被放松，轴承2被压紧。Fa1FS11000NFa1e

Fa2Fs1FA4500NFr1Fa2eFr2CrP

P1=fdFr1=4400Nfd(22)1.11010000101000020003 16670 h 1183616670

44002450099.3KN

11836N一齿轮减速器的中间轴由代号为6212Fr=6000N，n=400r/min5000h，问：（1）该轴承还能继续使用多长时间？（2）若从此后将载荷改为原载荷的50%，轴承还能继续使用多长时间？解：依题意：P=Fr=6000N查得：C=36800N，106C

106

368003L10h

60nP

604006000

9613h1）可以继续工作时间：9613-5000=4613h2）改为半载可以继续工作时间：4613×23=36904h30208（7208）C＝34000Nnlim＝h5000r/min，承受当量动载荷P＝3000N，要求预期寿命L'=50000h，求允许的最高转速为多h少？106106C60L'Ph解：n= =

10/3106 106 3400060X500003000斜齿轮采用一对7207AC轴承支承，如图13-29所示。已知斜齿轮的圆周力Ft=3500N，径向力，轴向力Fr=1200N，Fa=900N，轴的转速n=1450r/min，轴承载荷系数轴承类型eeeSXYXY70000AC100.410.850.700.70f=12f=1C24轴承类型eeeSXYXY70000AC100.410.850.700.70（1）（）V

13-2913-9图Fr40Fa30210N100R2V

R1V

1200210990NR1H

Ft401400N100R2HFtR1H350014002100NR21H R2210R21H R2210214002R22H 2VR2R22H 2VR2

1416N21002210029902承“2”被压紧

(2)FS10.7Fr10.71400980NFS20.7Fr20.723001610FS1Fa1880>FS2，轴有向“右”移动的趋势，轴承“1”被放松，轴980N 21880NFa1Fr1

980e1400

P1fd

Xr1

1.214001680NFa218800.7826eFr2

23222fdXr2a224123008518803049N由于P2P1，所以按P2计算。16670fC16670254003Lh

t

6645hn

1450

3049第14章联轴器和离合器联轴器和离合器的作用是什么？他们有什么区别？联轴器和离合器的作用是用来连接两轴使其共同回转并传递动力。联轴器和离合器之间的主要区别是：1）联轴器在机械运行的过程中无法实现被连接两轴运动与动力的分离，需要在停机的状态下通过对联轴器进行拆卸才能使两轴分离；2）离合器则可以在机械运行的过程中实现被连接轴的分离或接合。联轴器的种类都有哪些？分别具有什么特点？根据是否可以补偿被连接两轴相对位移，联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器，详细各种联轴器的具体分类见图14-2。刚性联轴器不可以补偿被连接轴之间产生的位移：套筒联轴器径向尺寸小，容易制造，挠性联轴器可以补偿被连接轴之间产生的位移。刚性联轴器和挠性联轴器的区别是什么？挠性联轴器可以分成几种类型？每种类型的工作原理是什么？离合器有哪些类型？分别在什么情况下使用？摩擦式离合器适用于高速旋转轴的连接，但是主动轴和从动轴的角速度偏差要求较低。15章轴轴的功用是什么？根据所受载不同，轴可分为哪几类？自行车的前轴、中轴、后轴分别是什么轴？答：轴的功用是一般通过轴承与机架相连，支承装在轴上的回转零件（如带轮、齿轮等，轴上零件的轴向固定方法有哪几种？各有什么特点？答：轴上零件轴向固定的方法有轴肩(或轴环)、挡圈、套筒、圆螺母、圆锥形轴头等。轴轴端挡圈常用于轴端零件的固定，可承受剧烈振动和冲击载荷。圆锥形轴头对中好，常用于转速较高时，也常用于轴端零件的固定。轴的强度设计方法有那几种？它们各适用于何种情况？答：轴的强度设计方法主要有三种：按扭转强度计算；按当量弯矩计算；安全系数校核计算。1）2）许用弯曲应力计算必须在轴的结构设计初步完成后，轴的形状和尺寸均已确定，外3）安全系数校核计算主要用于重要的轴，计算精度较高，但计算较复杂，且常需有足如何提高轴的疲劳强度？如何提高轴的刚度？,改善轴的强度和刚度：减少应力集中的影响：1)轴形状的突然变化处宜采用较大的过渡圆角。若圆角半径受到限制，可以改用内圆角、凹切圆角或肩环以保证圆角尺寸；2)过盈配合的轴，可在轴上或轮毂上开减载槽。15-1中轴系的结构错误（用笔圈出错误之处，并简要说明错误原因，不要求改正）。图15-1题15-5图1)挡板与轴端应有间隙; 2)平键顶部与轮槽间应有间隙;3)联轴器与端盖应不接触,轴应有定位台肩;