机械设计复习重点(吕宏--王慧主编)Word下载.doc
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（1）选择零件的类型和结构；
（2）计算作用载荷；
（3）选择材料；
（4）确定基本尺寸；
（5）结构设计；
（6）校核计算；
（7）绘图和编写技术文件。
7、机械零件的常规设计方法有哪些？
计算机辅助设计、可靠性设计、优化设计、并行设计属于常规设计方法吗？
【答】机械零件的常规设计方法有：
（1）理论设计：
根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计称为理论设计。
理论设计中常采用的处理方法有设计计算和校核计算两种。
前者是指由公式直接算出所需的零件尺寸，后者是指对初步选定的零件尺寸进行校核计算；
（2）经验设计：
根据从某类零件已有的设计与使用实践中归纳出的经验关系式，或根据设计者本人的工作经验用类比的办法所进行的设计；
（3）模型实验设计：
对于一些尺寸巨大而且结构又很复杂的重要零件件，尤其是一些重型整体机械零件，为了提高设计质量，可采用模型实验设计的方法。
计算机辅助设计、可靠性设计、优化设计、并行设计属于现代设计方法。
8、简述机械零件金属材料的一般选用原则？
【答】机械零件金属材料的在选用时主要考虑下列因素：
1、载荷、应力及其分布状况,零件的工作情况；
2.零件的尺寸及质量；
3.零件结构的复杂程度及材料的加工可能性；
4.材料的经济性；
5.材料的供应状况。
9、什么是机械零件的标准化？
实行标准化有何重要意义？
【答】零件的标准化就是对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、制图要求等制定出各种各样大家共同遵守的标准。
标准化的意义主要表现为：
1）能以最先进的方法在专门化工厂中对那些用途最广的零件进行大量、集中的制造，以提高质量、降低成本；
2）统一了材料和零件的性能指标，使其能够进行比较，提高了零件性能的可靠性；
3）采用了标准结构及零、部件，可以简化设计工作，缩短设计周期，提高设计质量，同时也简化了机器的维修工作。
第二章带传动
1、影响带传动工作能力的因素有哪些？
【答】由公式（8-7）
影响带传动工作能力的因素有：
（1）预紧力：
预紧力越大，工作能力越强，但应适度，以避免过大拉应力；
（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？
【答】由公式（8-10）可知，为避免过大的离心应力，带速不宜太高；
1）由公式（8-3）和（8-4）可知，紧边拉力
因此，为避免紧边过大的拉应力，带速不宜太低。
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著的相对滑动，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。
5、V带传动的，带与带轮的当量摩擦系数，包角，预紧力。
试问：
1）该传动所能传递的最大有效拉力为多少；
2）若，其传递的最大转矩为多少；
3）若传动效率为0.95，弹性滑动忽略不计，求从动轮的输出功率。
【解】
（1）
（2）传递的最大扭矩
.mm
（3）输出功率
6、V带传动传递的功率kW，带速，紧边拉力是松边拉力的两倍，即，试求紧边拉力、有效拉力和预紧力。
【解】由，得
由，又，得
由，得
7、有一带式输送装置，其异步电动机与齿轮减速器之间用普通V带传动，电动机功率，转速，减速器输入轴的转速，允许误差为，运输装置工作时有轻微冲击，两班制工作，试设计此带传动。
【解】1）确定计算功率由表8-7查得，计算功率为
kW
2）选取V带型号根据，由图8-11选用B型带。
3）确定带轮的基准直径，并验算带速
⑴确定小带轮基准直径由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径
⑵验算带速按式8-13
由于，故带速合适。
⑶确定大带轮基准直径
传动比，根据式8-15a，有
根据表8-8，圆整为。
⑷验算带速误差由式8-14，从动轮实际转速
带速误差，满足要求。
4）确定V带的中心距和基准长度
⑴确定小带轮基准直径根据式8-20
，初定中心距，
⑵计算带的基准长度按式8-22
由表8-2选带的基准长度
⑶计算实际中心距由式8-23
mm
由式8-24，中心距的变化范围为
5）验算小带轮上的包角
包角合适。
6）计算带的根数
⑴计算单根V带的额定计算功率
由和，查表8-4a得kW
查表8-4b得kW
查表8-5得，查表8-2得，根据式8-26
取4根。
7）计算单根V带的最小初拉力
由表8-3得B型带的单位长度质量kg/m
N
8）计算压轴力压轴力的最小值为
9）带轮结构设计（略）
第三章链传动
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：
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，胶合在一定程度上限制了链的传动的极限转速。
4）链条静力拉断：
低速（m/s）的链条过载，并超过了链条静力强度的情况下，链条就会被拉断。
a
4、在如图所示链传动中，小链轮为主动轮，中心距。
问在图a、b所示布置中应按哪个方向转动才合理？
两轮轴线布置在同一铅垂面内（图c）有什么缺点？
应采取什么措施？
a） b） c）
题4图
【答】a）和b）按逆时针方向旋转合理。
c）两轮轴线布置在同一铅垂面内下垂量增大，下链轮的有效啮合齿数减少，降低了传动能力，应采取
（1）调整中心距
（2）加张紧轮（3）两轮偏置等措施。
5、选择并验算一输送装置用的传动链。
已知链传动传递的功率，主动链轮转速，传动比，工作情况系数，中心距（可以调节）。
（1）选择链轮齿数。
假定链速，由教材表9-8取主动链轮齿数，则从动链轮齿数。
（2）确定链节距p。
计算功率
由教材图9-13按小链轮转速估计链工作在额定功率曲线顶点的左侧。
查教材表9-10得
初选中心距则
取，根据教材表9-10得
选取单排链，由教材表9-11得，所需传递的功率为
根据和，由教材图9-13选链号为10A的单排链。
同时也证实原估计链工作在额定功率曲线顶点的左侧是正确的。
由教材表9-1查得链节距。
（3）确定链长L及中心距。
中心距减小量
实际中心距
取，接近，符合题目要求。
（4）验算链速。
与原假设相符。
根据教材图9-14采用油浴或飞溅润滑。
（5）压轴力计算。
有效圆周力
按水平传动，取压轴力系数，则压轴力
第四章齿轮传动
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。
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，可提高大齿轮的接触疲劳强度。
所以要求小齿轮齿面硬度比大齿轮大30~50HBS。
4、试分析图示斜齿圆柱齿轮所受的力（用受力图表示出各力的作用位置和方向）。
Fr1
Fr2
Fr3
Fr4
Ft1
Ft3
Ft4
Fa2
Fa1
Fa3
Fa4
Ft2
题5图
5、设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，问：
1）低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反；
2）低速级螺旋角应取多大数值才能使中间轴上两个轴向力互相抵消。
（1）由于中间轴上两齿轮分别为主动和从动轮，且旋转方向相同，因此为使轴向力方向相反，必须使齿轮3的螺旋方向与齿轮2的相同。
齿轮2为左旋，故齿轮3必须左旋，齿轮4右旋。
（2）使中间轴上轮2和轮3的轴向力互相完全抵消，需要满足。
因齿轮2和齿轮3传递的转矩相同，且
整理后可得
因此
6、齿轮传动设计时，为何小齿轮的齿宽应比大齿轮的齿宽大5～10mm？
【答】将小齿轮的齿宽在圆整值的基础上人为地加宽5~10mm，以防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的工作载荷。
7、对于做双向传动的齿轮来说，它的齿面接触应力和齿根弯曲应力各属于什么循环特性？
在做强度计算时应怎样考虑？
【答】齿面接触应力是脉动循环，齿根弯曲应力是对称循环。
在作弯曲强度计算时应将图中查出的极限应力值乘以0.7。
8、设计小型航空发动机中的一对斜齿圆柱齿轮传动。
已知，，，，寿命，小齿轮作悬臂布置，使用系数。
【解】1）选择齿轮的材料和精度等级
根据教材表10-1选大小齿轮材料均为20CrMnTi渗碳淬火。
小齿轮齿面硬度取62HRC,大齿轮齿面硬度取38HRC，芯部300HBS。
选精度等级为6级。
2）按齿根弯曲疲劳强度设计
①小齿轮传递的转矩
②初选载荷系数：
③确定齿宽系数：
小齿轮作悬臂布置，据教材表10-7选取
④初选螺旋角：
⑤计算斜齿轮的当量齿数：
⑥确定齿形系数和应力集中系数：
查教材表10-5得
⑦确定斜齿轮端面重合度：
查教材图10-26得
⑧确定弯曲强度许用应力：
循环次数
由教材图10-18查得
取安全系数
由教材图10-20（d）得
按对称循环变应力确定许用弯曲应力为
⑨由弯曲强度计算齿轮的模数：
因，将齿轮1的参数代入设计公式中得
取标准值。
⑩验算载荷系数：
小齿轮的分度圆直径
齿轮的圆周速度
由教材图10-8查得：
假设，由教材图10-3查得
齿宽
齿宽与齿高比
由教材表10-4查得，由教材图10-13查得
弯曲强度载荷系数
修正模数：
因此取标准值合适。
确定螺旋角：
中心距
圆整中心距后，螺旋角
斜齿轮的相关参数
对齿宽圆整：
3）齿面接触强度校核
①确定接触强度载荷系数
②确定接触强度许用应力：
查教材图10-21（e）得
查教材图10-19中曲线2得
取安全系数
③确定弹性影响系数：
据教材表10-6查得
④确定区域载荷系数：
据教材图10-30查得
⑤校核接触强度
满足接触强度要求，以上所选参数合适。
第五章蜗杆传动
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，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；
（4）摩擦损失较大，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。
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
；
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。
5、试分析画出图5所示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置和方向。
【解】1）各轴的回转方向如图所示；
2）蜗轮轮齿的螺旋方向：
由于两个蜗杆均为右旋，因此两个蜗轮也必为右旋。
3）蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置和方向如图所示
第六章键、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，一般不会出现键的剪断。
键的截面尺寸应根据轴径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。
采用两个楔键时，相隔布置。
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N.m，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。
（1）确定联轴器段的键
根据结构特点，选A型平键。
由轴径，查手册得键的截面尺寸为，，取键的公称长度。
键的标记：
键
键的工作长度为，键与轮毂键槽接触高度为，根据联轴器材料铸铁，载荷有轻微冲击，查教材表6-1，取许用挤压应力，则其挤压强度
满足强度要求。
（注：
该键也可以选择长度mm。
）
（2）确定齿轮段的键
键的工作长度为，键与轮毂键槽接触高度为，根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，查教材表6-1，取许用挤压应力，则其挤压强度满足强度要求。
第七章滚动轴承
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。
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、何时需要进行滚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（例如起重机吊钩上用的推力轴承），或者慢慢地摆动以及转速极低的轴承，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？
N307/P46207/P23020751307/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；
允许的极限转速最高；
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，不能承受径向载荷。
5、欲对一批同型号滚动轴承做寿命试验。
若同时投入50个轴承进行试验，按其基本额定动载荷值加载，试验机主轴转速为r/min。
若预计该批轴承为正品，则试验进行8小时20分时，应约有几个轴承已失效。
【解】8小时20分时转动的转数为
此寿命刚好为，且轴承在基本额定载荷下试验，所以其失效率应为10%，应约有个轴承已失效。
6、某深沟球轴承需在径向载荷N作用下，以r/min的转速工作3800h。
试求此轴承应有的基本额定动载荷。
【解】根据式13-3有
kN
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r/min，轴颈mm已知两轴承的径向载荷分别为N，N，外加轴向载荷为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
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kN
基本额定静载荷kN题7图
Fa/Fr≤e
Fa/Fr＞e
派生轴向力Fd
判断系数e
X
Y
0.68
1
0.41
0.87
2）计算派生轴向力
N；
3）计算两个轴承的轴向力
如图，由于
故轴承1被放松，轴承2被压紧，所受轴向力分别为
4）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，对于轴承1，由于
故轴承1的X=1，Y=0，其当量动载荷为N
对于轴承2，由于，故轴承2的X=0.41，Y=0.87
其当量动载荷为
5）计算两个轴承的寿命
由题意，温度系数。
由公式13-5a，轴承1、2的寿命分别为
第八章滑动轴承
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，还可能出现气蚀、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
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