机械设计复习要点及重点习题Word格式.docx
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流体静力润滑是靠液压泵（或其它压力流体源），将加压后的流体送入两摩擦表面之间，利用流体静
压力来平衡外载荷。
四螺纹连接和螺旋传动
1、简要分析普通螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，并说明哪些螺纹适合用于连接，哪些
螺纹适合用于传动？
哪些螺纹已经标准化？
【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件，薄壁管件或受冲击振动和变载荷的连接中，也可作为微调机构的调整螺纹用。
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
工成本。
7、如图所示的底板螺栓组连接受外力的F作用，外力F作用在包含x轴并垂直于底板结合面的平面内试分析底板螺栓组的受力情况，判断哪个螺栓受力最大？
保证连接安全工作的必要条件有哪些？
【解】
将F等效转化到底板面上，可知底板受到轴向力
Fy，横向力FX和倾覆力矩M。
（1）底板最左侧螺栓受力最大，为防止螺栓拉断，应
（2）
（3）
为防止底板向右滑移，应验算底板在横向力作用
下是否会滑动，要求摩擦力Ff
8、如图所示，两块金属板用两个M12的普通螺栓连接。
若结合面的摩擦系数f0.3，螺栓预紧力控制
在屈服极限的70%，螺栓用性能等级为4.8的中碳钢制造，求此连接所能传递的最大横向载荷F
参考书给岀的答案有问题：
螺栓数目为2,接合面数为1,取防滑系数为Ks1.2，性能等级为4.8的碳钢s320MPa。
螺栓所需预紧力F0为F0上^巳
fzi
因此，所能传递的最大载荷为
6
0.7320100.321
1.2
正确解法:
1、M12的螺纹内径为d110.106mm;
z2，i1,f0.3,取Ks1.2，因此，该连接能传递的最大横向载荷为
9、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F。
15000N，当受轴向工
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。
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。
采用两个楔键时，相隔90~12°
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。
五带传动
1、影响带传动工作能力的因素有哪些?
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）
2
e可知，为避免过大的离心应力，带速不宜太高;
A
1）由公式（8-3）和（8-4）可知，紧边拉力
页眉
FeP
FiFo-2Fo1000-
F1
因此，为避免紧边过大的拉应力i1，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ni1450r/min，带与带轮的当量摩擦系数fv0.51，包角i180，预紧力
Fo360N。
试问：
1）该传动所能传递的最大有效拉力为多少；
2）若dd1100mm，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，求从动轮的输岀功率
（2）传递的最大扭矩
（3）输岀功率
1000P
Fe
皿卫750N
10
由FeF1F2，又F12F2，得
F12F2
750
1500N
由FiFo空，得
Fe
FoF1—
1500
1125N
六
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（0.6m/s）的链条过载，并超过了链条静力强度的情况下，链条就会被拉断。
4、在如图所示链传动中，小链轮为主动轮，中心距a（30〜50）p。
问在图a、b所示布置中应按哪个方
a）
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？
【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。
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。
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（用受力图表示岀各力的作用位置和方向）
［解］
Fa2
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。
呱工5血叫野-17
（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Fa2Fa3。
Fa2Ft2tan2,Fa3Ft3tan3
因齿轮2和齿轮3传递的转矩相同TFt2d^Ft3虫，且
22
d2Z2mn2/cos2,d3Z3mn3/cos3
整理后可得
tan
3
Ft2d3
Ft3d2
Z3mn3cos2
Z2mn2cos3
因此
Z3“ln3.
sin3sin
5
17.
sin15
0.1438
Z2mn2
51
38.27816'
2"
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岀的极限应力值乘以0.7。
八蜗杆传动
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。
di
q
m
弓I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
miaimt2m；
alt2；
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、试分析画岀图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
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？
【答】滑动轴承材料性能应具有以下性能：
（1）良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性。
（2）良好的摩擦
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。
向心滑动轴承形成动压油膜的基本过程为：
1）轴颈静止时，轴颈处于轴承孔的最低位置，并与轴瓦接触，两表面间自然形成一收敛的楔形空间；
2）轴颈开始转动时，速度极低，带入轴承间隙中的油量较少，这时轴瓦对轴颈摩擦力的方向与轴颈表面圆周速度方向相反，迫使轴颈在摩擦力的作用下沿孔壁爬升；
3）随着转速的增大，轴颈表面的圆周速度增大，带入楔形空间的油量也逐渐增多。
这时楔形油膜产
生了一定的动压力，将轴颈浮起。
当轴颈达到稳定运转时，轴颈便稳定在一定的偏心位置上。
这时，轴承处于流体动力润滑状态，油膜产生的动压力与外载荷相平衡。
由于轴承内的摩擦阻力仅为液体的内阻力，故摩擦系数达到最小值。
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Lio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；
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