机械设计复习要点及重点习题机械类.docx
《机械设计复习要点及重点习题机械类.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计复习要点及重点习题机械类.docx（19页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
机械设计复习要点及重点习题机械类
复习课本，课后每章作业题，以及打印习题
握方法,
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，每个机构又是由许多零件组成。
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。
在特定类型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，如何把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制约的关系;
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。
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，改变原动机提供的运动和动力参数，以满足执行部分的要求。
2、什么叫机械零件的失效机械零件的主要失效形式有哪些
【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失效。
机械零件的主要失效形式有
破坏正常工作条件引起的失效：
有些零件只有在一定的工作条件下才能正常工作，如果破坏了这些必要的条件，则将发生不同类型的失效，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遵循的原则。
机械零件的主要设计准则有：
强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则
机械零件的强度
1、影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些在设计中可以采用哪些措施提高机械零件的疲劳强度
【答】影响机械零件疲劳强度的主要因素有零件几何形状、尺寸大小、加工质量及强化因素。
零件设计时，可以采用如下的措施来提高机械零件的疲劳强度:
1）尽可能降低零件上应力集中的影响是提高零件疲劳强度的首要措施。
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平滑和均匀。
在不可避免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）选用疲劳强度大的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺;
3）提高零件的表面质量;
4）尽可能地减小或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长零件的疲劳寿命有着比提高
材料性能更为显着的作用。
620000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。
【解】由公式rN
应力线图。
170
283.33MPa
110.2
简化极限应力线图上各点的坐标分别为
A（0,170）;D（141.7,141.7）；C（260,0）
按比例绘制的简化极限应力线图如图所示。
2、机件磨损的过程大致可分为几个阶段每个阶段的特征如何
【答】试验结果表明，机械零件的一般磨损过程大致分为三个阶段，即磨合阶段、稳定磨损阶段及剧烈磨损阶段。
积逐渐增大，磨损速度开始很快，然后减慢；
件，磨损速度缓慢，处于稳定状态；
化（如温度的急剧升高，金属组织的变化等），磨损速度急剧增加，这时机械效率下降，精度降
低，出现异常的噪声及振动，最后导致零件失效。
四螺纹连接和螺旋传动
答】普通螺纹：
牙型为等边三角形，牙型角60度，内外螺纹旋合后留有径向间隙，外螺纹牙根允许
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，容易滑扣。
应用：
一般连接多用粗牙螺纹。
细牙螺纹常用于细小零
矩形螺纹：
牙型为正方形，牙型角
0，传动效率较其它螺纹高，但牙根强度弱，螺旋副磨损后，间隙难以修复和补偿，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，大径无间隙便于对中，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。
普通螺纹适合用于连接，矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹适合用于传动。
普通螺纹、、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】可以减小螺栓的刚度，从而提高螺栓连接的强度。
3、螺纹连接为何要防松常见的防松方法有哪些
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，因此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，造成连接失效，引起机器损坏，甚至导致严重的人身事故等。
所以在设计螺纹连接时，必须考虑防松问题。
螺纹连接防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。
具体的防松装置或方法很多，按工作原理可分为摩擦防松、机械防松和其它方法，如端面冲点法防松、粘合法防松，防松效果良好，但仅适用于很少拆开或不拆的连接。
4、简要说明螺纹连接的主要类型和特点。
【答】螺纹联接的主要类型有螺栓联接、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：
有普通螺栓联接和铰制孔螺栓联接两种。
普通螺栓联接被联接件的通孔与螺栓杆之间
有间隙，所以孔的加工精度可以低些，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间隙，能确定被联接件的相对位置，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。
适用于被联接件之一较厚，或另一端不能装螺母的场合。
由于不用螺母，所以易于实现外观平整、结构紧凑；但要在被联接件上切制螺纹，因而其结构比螺栓联接复杂一些。
不适用于经常拆装的场合。
如经常拆装，会使螺纹孔磨损，导致被联接件过早失效。
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，其末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位置，并可传递不大的力或扭矩，多用于固定轴上零件的相对位置。
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避免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，特殊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，为何应制成凸台或沉头座
【答】1）降低表面粗造度，保证连接的紧密性；2）避免螺栓承受偏心载荷；3）减少加工面，降低加
F015000N,当受轴向工
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
作载荷F10000N时，求螺栓所受的总拉力及被连接件之间的残余预紧力。
【解】
由教材公式（5-18），螺栓总拉力
键、花键、无键连接和销连接
1、分析比较平键和楔键的工作特点和应用场合。
【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间隙，工作时，靠键与键槽的互压传
递转矩，但不能实现轴上零件的轴向定位，所以也不能承受轴向力。
具有制造简单、装拆方便、定心性较好等优点，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，装配时需打紧，靠楔紧后
上下面产生的摩擦力传递转矩，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偏心，故多用于定心精度要求不高、载荷平稳和低速的场合。
2、平键连接有哪些失效形式普通平键的截面尺寸和长度如何确定
【答】平键连接的主要失效形式是较弱零件（通常为轮毂）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移动时），除非有严重过载，一般不会岀现键的剪断。
键的截面尺寸bh应根据
轴径d从键的标准中选取。
键的长度L可参照轮毂长度从标准中选取，L值应略短于轮毂长度。
3、为什么采用两个平键时，一般布置在沿周向相隔180°的位置，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，却布置在轴的同一母线上
【答】两个平键连接，一般沿周向相隔180布置，对轴的削弱均匀，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。
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，在轴的同一母线上布置。
半圆键对轴的削弱较大，两个半圆键不能放在同一横截面上。
只能放在同一母线上。
4、如图所示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。
试选择两处键的类型及尺寸，并校核其强度。
已知：
轴的材料为45钢，传递的转矩为T1000，齿轮用锻钢制造，半联轴器用灰
铸铁制成，工作时有轻微冲击。
【解】
满足强度要求。
据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，查教材表6-1,取许用挤压应力［p］110MPa，则其挤压强度
带传动
1、影响带传动工作能力的因素有哪些
1/ef
1
【答】由公式（8-7）Fee2F0-
11/e
影响带传动工作能力的因素有:
包角：
包角越大越好，一般不小于120度;
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）e-可知，为避免过大的离心应力，带速不宜太高;
因此，为避免紧边过大的拉应力1
F1
—，带速不宜太低）
A
3、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，导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超过临界值并进一步增大时，带与带轮间将产生显着的相对滑动，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，甚至使传动失效，这种情况应当避免）
4、带传动的主要失效形式和设计准则是什么
答】带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏。
带传动的设计准则是在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。
1、与带传动相比，链传动有哪些优缺点
答】与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保证准确的平均传动比，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。
同时链传动能在高温和低温的情况下工作。
2、何谓链传动的多边形效应如何减轻多边形效应的影响
答】链传动运动中由于链条围绕在链轮上形成了正多边形，造成了运动的不均匀性，称为链传动的多边形效应。
这是链传动固有的特性。
减轻链传动多边形效应的主要措施有：
3、简述滚子链传动的主要失效形式和原因。
答】滚子链传动的主要失效形式和原因如下：
1）链的疲劳破坏：
链在工作时，周而复始地由松边到紧边不断运动着，因而它的各个元件都是在变应力作用下工作，经过一定循环次数后，链板将会出现疲劳断裂，或者套筒、滚子表面将会出现疲劳点蚀
多边形效应引起的冲击疲劳）
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，传动时彼此又产生相对转动,导致铰链磨损,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,加大噪声以及其它破坏,如销轴因磨损削弱而断裂等。
3）链条铰链的胶合：
当链轮转速高达一定数值时，链节啮入时受到的冲击能量增大，销轴和套筒间润滑油被破坏，使两者的工作表面在很高的温度和压力下直接接触，从而导致胶合。
因此，胶合在一定程
4）链条静力拉断：
低速（拉断。
度上限制了链的传动的极限转速。
0.6m/s）的链条过载，并超过了链条静力强度的情况下，链条就会被
七齿轮传动
1、齿轮传动常见的失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】齿轮传动常见的失效形式有以下几种：
（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弯曲疲劳强度为主；闭式软齿面的设计通常以保证齿面接触疲劳强度为
主；开式齿轮传动的设计目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。
2、简要分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。
做成鼓形是为了改善载荷沿接触线分布不均的程度。
30〜50HBS
3、软齿面齿轮传动设计时，为何小齿轮的齿面硬度应比大齿轮的齿面硬度大
【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较多,
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
1、简述蜗杆传动的特点和应用场合
【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,
（4）摩擦损失较大,
噪声低；（3）当蜗杆的螺旋升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动具有自锁性;
效率低；当传动具有自锁性时，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良好的滑动摩擦副。
蜗杆传动通常用于空间两轴线交错，要求结构紧凑，传动比大的减速装置，也有少数机器用作增速装置。
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。
di
q—
m
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，普通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，且螺旋线方向相同。
即
ma1mt2m；a1t2；
4、蜗杆传动的主要失效形式是什么相应的设计准则是什么
【答】蜗杆传动的失效形式主要有齿面点蚀、齿根折断、齿面胶合及过度磨损等。
在开式传动中多发生齿面磨损和轮齿折断，因此应以保证齿根弯曲疲劳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失效。
因此，通常是按齿面接触疲劳强度进行设计，而按齿根弯曲疲劳强度进行校核。
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、滑动轴承的失效形式有哪些
【答】滑动轴承的失效形式有：
磨粒磨损、刮伤、咬合（胶合）、疲劳剥落和腐蚀，还可能岀现气蚀、流体侵蚀、电侵蚀和微动磨损等损伤。
2、滑动轴承材料应具备哪些性能是否存在着能同时满足这些性能的材料
顺应性、嵌入性和磨合性。
（3）足够的强度和抗腐蚀能力。
（4）良好的导热性、工艺性、经济性等。
不存在一种轴承材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据是什么限制P和P的目的是什么
【答】非液体润滑轴承常以维持边界油膜不遭破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岀，间接保证轴瓦不致过度磨损。
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，防止吸
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须形成收敛的楔形间隙;
2）被油膜分开的两表面必须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）其运动方向必须使润滑油由大口流进，从小口流岀;
3）润滑油必须有一定的粘度，供油要充分。
径向载荷F=2600N，轴承材料为ZCuSn5Pb5Zn5试根据不完全液体润滑轴承计算方法校核该轴
解题要点:
（1）根据给定的材料为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
dn3.14601500„“/
4.71m/s
601000601000
F2600
P—0.722MPa
dB6060
p0.7224.713.40MPam/s
可见U不满足要求，而P、pu均满足。
不可用
十滚动轴承
1、滚动轴承的主要失效形式是什么
【答】滚动轴承的正常失效形式是滚动体或内外圈滚道上的点蚀破坏。
对于慢慢摆动及转速极低的轴承，主要失效形式是滚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，还可能发生其它多种形式的失效，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，装配不当使轴承卡死、内圈涨破、挤碎内外圈和保持架等。
这些失效形式都是可以避免的。
2、什么是滚动轴承的基本额定寿命什么是滚动轴承的基本额定动载荷
【答】一组轴承中，10%的轴承发生点蚀破坏，90%的轴承不发生点蚀破坏前的转数（以106为单位）
或工作小时数称为滚动轴承的基本额定寿命，以L10表示。
106转时，轴承所能承受的载荷值，用
滚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字母C表示。
3、何时需要进行滚动轴承的静载荷计算
，或者慢慢地摆动以
【答】对于在工作载荷下基本上不旋转的轴承（例如起重机吊钩上用的推力轴承）及转速极低的轴承，需要进行滚动轴承的静载荷计算。
4、试说明下面各轴承的类型和内径，并说明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的能力最大哪个不能承受径向载荷
N307P46207P23020751307/P6
【答】各轴承的内径均为35mm；
6207P2为深沟球轴承，公差等级最高；允许的极限转速最高;
N307P4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;
513077P6为双列推力球轴承，不能承受径向载荷。
7、如图所示，根据工作条件，决定在轴的两端选用两个70000AC角接触球轴承。
工作中有中等冲击，转
速n1800r/min，轴颈d35mm已知两轴承的径向载荷分别为3390N，Fr21040N,外加轴向载荷为Fae870N，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
根据题目要求，可以选用的轴承型号为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
联轴器和离合器
1、简述联轴器与离合器的功用和区别。
以传递运动与转矩，有时也可用
【答】联轴器和离合器主要用来联接轴与轴（或轴与其它回转零件）作安全装置。
联轴器和离合器的区别是：
在机器运转时，联轴器联接的两轴不能分离，只有在机器停车并将联接器拆开后，两轴才能分离。
而离合器在机器运转过程中不需停车便可使两轴随时接合或分离2、什么是刚性联轴器什么是挠性联轴器哪类联轴器有缓冲吸振的能力
【答】根据对各种相对位移有无补偿能力，联轴器可以分为刚性联轴器和挠性联轴器两种。
刚性联轴器无位移补偿能力，挠性联轴器有位移补偿能力。
挠性联轴器有无弹性元件和有弹性元件的挠性联轴器两种，后者具有缓冲吸振的能力。
十二轴
1、何谓传动轴、心轴和转轴自行车的前轴、中轴和后轴各属于什么轴
【答】工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。
只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。
只承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）的轴称为传动轴。
自行车的前轴和后轴属于心轴，中轴属于转轴。
2、轴的常用周向和轴向定位方式有哪些
【答】轴的常用周向定位方式有：
键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。
轴的常用轴向定位方式有：
轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等。
3、若轴的强度不足或刚度不足时，可分别采取哪些措施
【答】轴的强度不足时，可采取：
增大轴的直径；改变材料类型；增大过渡圆角半径；对轴的表面进行热处理和表面硬化加工处理；提高表面加工质量；用开卸载槽等方法降低过盈配合处的应力集中程度;
改进轴的结构形状等措施。
刚度不足时只能采取增大轴径，改变轴外形等措施。
该轴结构设计中的主要错误有:
①一一轴上零件左侧无法轴向固定；②一一键槽过长；③一一轴承端盖与轴应有间隙，并且要有密封装置；④一一角接触轴承应正装；⑤一一套筒外径应小于轴承内圈外径尺寸；⑥一一轴段长度应小于齿轮
:
⑨一一轴承端
轮毂宽度；⑦——轴承内圈无法定位；⑧——角接触轴承应成对使用（此设计中应正装）盖两处均应加轴承间隙调整垫片；⑩一一装轴承处的轴段外径应区别开来，以保证加工精度。
要会画岀正确的图
升级会员 