机械设计复习习题及参考答案

1、第1章第1-1章机械的基本要素是什么？机械的基本要素是机械零件1-2什么是零件？什么是组件？什么是组件？试着给每个人举三个例子。零件是机器不可分割的基本单元，即制造的基本单元。例如齿轮、轴、螺钉等。部件是机器的一个运动单元，它可以是一个整体，也可以是由几个部分组成的刚性结构，这些部分之间没有相对运动。如内燃机连杆、法兰联轴器、机械手接头等。部件是由一组协作部件组成的独立制造或组装的组件，如减速器、离合器和联轴器。1-3什么是常见零件？什么是特殊零件？试着给每个人举三个例子。通用零件常用于各种机器，如齿轮、螺钉、轴等。专用零件只能用于特定类型的机器，如涡轮叶片、内燃机曲轴、减速器外壳等。第2章第

2、2章第2-1节一台完整机器的基本部件是什么？每个部分的功能是什么？一台完整的机器通常由三个基本部分组成：原动机、执行部分和传动部分。原动机是驱动整个机器完成预定功能的动力源。执行部分用于完成机器的预定功能；传动部分将原动机的运动形式、运动和动力参数转化为执行部分所需的运动形式、运行和动力参数。2-2设计机器时应该满足哪些基本要求？设计机械零件时应该满足哪些基本要求？设计的机器应满足使用功能、经济性、劳动保护、可靠性等特殊要求。机械零件的设计应满足在预定寿命期内避免失效、结构可制造性、经济性、低质量和可靠性的要求。2-3机械零件的主要失效形式是什么？常用的计算标准是什么？机械零件常见的失效形式包

3、括整体断裂、过度残余变形、零件表面损伤和正常工作条件下引起的失效。常用的计算准则包括强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则和可靠性准则。2-4零件的强度要求是什么？力量状态是如何表达的？如何提高零件的强度？强度要求是确保零件不会断裂或过度变形。力量状态是。为了提高机械零件的强度，我们可以采取以下措施：一、使用高强度材料使零件具有足够的截面尺寸；b、合理设计零件的截面形状，增加截面惯性矩；c、采用热处理和化学处理方法提高材料的力学性能；d、提高运动部件的制造精度，降低工作时的动载荷；e、合理分配零件位置，减轻零件负荷等。2-5零件的刚度要求是什么？刚度要求是如何表达的？提高零件刚性的措施是

4、什么？刚度要求是零件在工作过程中的弹性变形不应超过允许极限。刚度条件：在yy公式中，y、是零件工作时的挠度、转角和扭转角；y，是相应的允许挠度、转角和扭转角。提高零件刚度的措施：提高零件整体变形刚度的措施：增加截面尺寸或截面惯性矩；缩短支撑跨度或采用多支点结构。提高零件表面接触刚度的措施：增加结合面以降低压力；采用精加工降低表面粗糙度。2-6在什么情况下零件会产生共鸣？如何改变零件的固有频率？当一个部件的固有频率与激励源的频率一致或成为其整数倍时，该部件将发生共振。改变零件和系统的刚性；改变支撑位置；增加或减少辅助支撑可以改变零件的固有频率。2-7什么是可靠性设计？它与传统设计有何不同？零件可

5、靠性的定义是什么？可靠性设计：通过概率和统计分析和处理设计变量的产品设计。与常规设计相比，设计变量被视为随机变量，而不是确定性变量。零件的可靠性：零件在规定的使用时间和预定的环境条件下正常完成其功能的概率。2-8机械零件设计中选择材料的原则是什么？载荷和应力的大小和性质；零件的工作条件；零件的尺寸和质量；零件结构的复杂性和材料加工的可能性；材料经济；材料的可用性。2-9指出下列材料的类型，并解释代码中符号和数字的含义：HT150:最小抗拉强度为150兆帕的灰铸铁；ZG230-450:最小屈服强度为230兆帕、最小抗拉强度为450兆帕的铸钢；65Mn:含碳量为0.65%，锰含量小于1.5%的合金

6、钢；45:优质碳素结构钢，含碳量为0.45%；Q235:屈服强度为235 MPa的普通碳素结构钢；40Cr:中碳合金钢，碳含量为0.40%，铬含量为1.5%；20铬锰钛：低碳合金钢，碳含量为0.20%，铬、锰和钛含量为vv2。8-5在平带或三角带传动中，影响临界有效拉力Fec的因素是预载荷Fo、包角和摩擦系数f。8-6摩擦带传动的常见类型有哪些？申请在哪里？摩擦带传动可分为平带传动、圆带传动、三角带传动和多楔带传动。传动中心距大时采用平带传动；环形带传动主要用于低功率情况；v带传动适用于需要大传动功率的场合；多楔皮带传动用于传动功率大、结构紧凑的场合。8-7在单根普通三角带的基本额定功率表中，

7、单根皮带的额定功率PO值随小滑轮速度的增加而变化的特点是什么？试着解释一下原因。PO随着小滑轮速度的增加而增加。当速度超过某个值时，随着小滑轮速度的进一步增加，PO减小。这是因为在皮带传动能力的允许范围内，皮带传动的功率随着小皮带轮转速的增加而增加(皮带速度增加)。然而，当转速超过某个值时，由于离心力的影响，由带传递的有效张力Fe减小。因此，当小皮带轮的转速进一步增加时，皮带的传动能力PO降低。8-13皮带传动中弹性滑动是如何发生的？打滑是怎么发生的？这两者有什么区别？它对皮带传动有什么影响？滑动首先发生在哪个滑轮上？为什么？在皮带传动中，皮带的弹性滑动是由皮带的弹性变形和驱动动力时松边与紧边

8、之间的张力差引起的，即皮带在车轮上的局部滑动。弹性滑动是皮带传动固有的，也是不可避免的。弹性滑动增加了皮带传动的传动比。当皮带传动的负荷过大，超过皮带与车轮之间的最大摩擦力时，就会打滑。打滑时，皮带会在车轮上滑动。打滑时，可以避免皮带传动的故障形式。打滑首先发生在小皮带轮上，因为皮带在小皮带轮上的包角很小，并且皮带和皮带轮之间的最大摩擦力很小。8-14设计皮带传动时，为什么要限制小滑轮的最小参考直径和皮带的最小和最大速度？如果小滑轮的基准直径过小，小滑轮上三角带的弯曲应力会过大，从而降低三角带的使用寿命。小滑轮的基准直径过小，使得皮带传递的动力过小，皮带的传递能力没有得到充分利用，这是一种不合

9、理的设计。皮带速度v太小，皮带能传递的功率太小(因为P=Fv)，皮带的传递能力没有得到充分利用；皮带速度v过大，离心力使皮带的传动能力下降太多，皮带传动在不利条件下工作，应避免。第9章第9-1章与齿轮传动相比，链传动的主要特点之一是(3)。(1)适用于高速，(2)制造成本高，(3)对安装精度要求低，(4)过载保护9-2滚子链由滚子链、套筒、销轴、内圈和外圈组成9-3链条的磨损主要发生在销和套筒的接触面上。9-4在链传动中，链轮速度越高，节距越大，齿数越少，传动的动载荷越大。9-5链传动的主要失效形式是链条疲劳失效、链条铰链磨损、链条铰链胶合和链条静态失效。在润滑良好的中速链传动中，其承载能力主

10、要取决于链条的疲劳强度。9-6与皮带传动相比，链传动有哪些优点和缺点？优点：与摩擦带传动相比，链传动没有弹性滑动和整体滑动现象，因此能保持精确的平均传动比，具有较高的传动效率；因为链条不需要像皮带那样拉紧，所以作用在轴上的径向压力很小；大多数链条由金属材料制成，在相同的使用条件下，链传动整体尺寸小，结构紧凑；同时，链传动可以在高温和潮湿的环境中工作。与齿轮传动相比，链传动对制造和安装精度要求较低，成本较低。在长距离传动中，它的结构比齿轮传动轻得多。缺点：只能实现平行轴之间链轮的同向传动，不能在运行中保持恒定的瞬时传动比。磨损后容易跳齿，运行时噪音大，不适合负荷变化大、速度快、倒档快的变速器。9

11、-7在多排链传动中，链条排数过多的缺点是什么？由于链条制造精度的影响，链条排数太大，使得每排链条承受的载荷难以均匀。9-8链轮材料的基本要求是什么？大链轮和小链轮的硬度要求有什么不同？链轮材料的基本要求是足够的耐磨性和强度。由于小链轮的齿数比大链轮的齿数多，并且小链轮的齿数也受到链条的很大冲击，所以小链轮应该采用更好的材料，具有更高的硬度。与滚子链相比，9-9齿链有哪些优点和缺点？与滚子链相比，齿形链具有传动平稳、噪音低、抗冲击性能好、效率高、工作可靠等优点，因此经常用于高速、大传动比、小中心距等恶劣工况。然而，与滚子链相比，齿形链结构更加复杂，制造困难，价格昂贵。滚子链用于一般工作场所。9-

12、14为什么小链轮的齿数不能太多或太少？当小链轮的齿数z1过小时，运动不均匀性和动载荷增加。当给定速度和功率时，过小的z1会增加链条上的有效圆周力，并加速链条和小链轮的磨损。小链轮的齿数z1过多会使大链轮的齿数z2过大，这不仅增加了链传动的结构尺寸和重量，还会导致链条在大链轮上容易跳脱，从而降低链条的使用寿命。第10章第10-1章在齿轮传动的设计和计算中，应规范以下参数和尺寸：斜齿轮的法向模数mn和分度圆的压力角；斜齿轮的中心距和齿宽应为圆形；斜齿轮的端面模数mt、正齿轮的中心距A、齿厚S、螺旋角、锥距R和齿顶圆直径da都是不规范的，不应该倒圆。10-2材质为20Cr硬齿面齿轮，合适的热处理方法

13、为渗碳淬火。10-3 45钢齿轮毛坯加工成硬齿面六级精密直圆柱外齿轮。这种齿轮的制造顺序应该是(1)滚齿、表面淬火和磨削。(1)滚齿、表面淬火、磨削(2)滚齿、磨削、表面淬火(3)表面淬火、滚齿、磨削(4)滚齿、淬火和回火、磨削10-4在齿轮传动中，只有增大齿轮分度圆的压力角才能减小齿面上的接触应力。10-5在齿轮传动中，修整齿轮齿顶的目的是为了减少动载荷，而将齿轮齿加工成鼓轮齿的目的是为了改善不均匀分布10-8与具有相同载荷和尺寸参数的一对铸铁齿轮相比，一对钢齿轮具有更大的齿面接触应力，这是由于(2)钢的弹性模量更大。(1)较高的许用接触应力，(2)较高的弹性模量，(3)塑性10-9齿轮较高

14、的弯曲疲劳强度极限F lim和接触疲劳强度极限h lim由失效概率为1%的持久疲劳试验确定，试验齿轮弯曲应力的循环特性为脉动循环。10-10直齿锥齿轮传动的强度计算方法是基于齿宽中点的等效圆柱齿轮。10-11如何在不改变齿轮材料和尺寸的情况下提高齿轮齿的抗断裂能力？降低齿根处的应力集中；增加轴和轴承处的支撑刚度；采用适当的热处理方法，使齿面具有足够的硬度，齿芯具有足够的韧性；通过喷丸和滚压强化齿根表面。10-12为什么齿面点蚀通常首先出现在节线附近的齿根表面？在开式齿轮传动中，为什么不发生点蚀损坏？如何提高齿面的抗点蚀性？节线附近通常只有一对齿啮合，齿面接触应力较大；靠近节线的齿面相对滑动速度

15、小，难以形成轴承油膜，润滑条件差，容易发生点蚀。在开式齿轮传动中，由于齿面磨损很快，在点蚀发生之前，表面材料已经磨损，因此在开式齿轮传动中很少发现点蚀。10-13在什么工作条件下齿轮容易发生胶合故障？齿轮齿的胶合故障通常发生在哪里？如何提高齿面的抗胶合能力？高速重载齿轮易于热胶合，而一些低速重载齿轮易于冷胶合。粘结失效通常发生在相对滑动速度较高的齿轮齿尖和齿根处。10-14封闭式齿轮传动和开放式齿轮传动在故障形式和设计标准上有什么不同？为什么？闭式齿轮传动的主要失效形式是断齿、点蚀和胶合。设计准则是保证齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度。考虑胶合的影响，采用合适的润滑方式和抗胶合能力强的润滑油

16、。开式齿轮传动的主要失效形式是齿面磨损和齿断裂，设计准则是保证齿根的弯曲疲劳强度。通过适当增加齿轮模数，考虑齿面磨损对轮齿抗弯性能的影响。10-15软齿面和硬齿面之间的硬度边界是如何划分的？软齿面齿轮和硬齿面齿轮的加工方法有什么区别？为什么？软齿面齿轮的齿面硬度为350硬度，硬齿面齿轮的齿面硬度为350硬度。齿面柔软的齿轮毛坯采用正火或调质处理，方便、经济。硬齿面齿轮的齿面硬度很高，不能用传统工具切削。通常情况下，将正火或退火状态的毛坯粗切(留有一定的磨削余量)，然后对齿面进行淬火(采用淬火或渗碳淬火)，最后对齿轮进行精磨，加工工序多，成本高，适用于高速、重载、精密机械齿轮传动。10-16齿接触线上载荷分布不均匀的原因是什么？如何减少不均匀的负荷分配？轴、轴承和支架的支撑刚度不足，以及制造和装配误差，将导致沿轮齿接触线的载荷分布不均匀。另一方面，轴承相对于齿轮的不对称布置将