武汉理工大学机械设计考研资料知识讲解.docx

武汉理工大学机械设计考研资料知识讲解.docx

《武汉理工大学机械设计考研资料知识讲解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《武汉理工大学机械设计考研资料知识讲解.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

武汉理工大学机械设计考研资料知识讲解

武汉理工大学机械设计考研资料

第一章机械设计总论

一、机械设计的基本要求

1、实现预定功能，工作可靠。

2、经济性好：

设计和制造周期短，成本低，产品工作效率高，能耗低维护管理费用少。

3、操作方便，运行安全。

4、标准化系列化程度高，便于简化设计工作，提高产品的质量。

5、其他要求：

环保、噪音、外观等。

二、机械零件的主要失效方式有哪些?

1、断裂：

过载断裂——工作应力超过了材料的强度极限引起的。

疲劳断裂——工作应力超过了材料的疲劳极限引起的。

2、变形：

塑性变形——工作应力超过了材料的屈服极限引起的。

过大弹性变形——零件的刚度不够。

3、表面破坏：

压溃和过度磨损——零件表面的压应力p过大。

表面疲劳损坏——工作表面的接触应力过大

胶合——零件工作温升太高

三、通常的应力变化规律有那几种，多数转轴中的应力属于哪一种变化规律？

通常的应力变化规律有：

应力比不变；平均应力不变；应力最小应力不变三种规律，多数转轴中的应力变化规律属于应力比不变的那一种。

四、按摩擦状态不同分，摩擦可以分为哪几种？

按摩擦状态分可分为：

干摩擦，边界摩擦，液体摩擦和混合摩擦。

五、磨损按机理分为哪几种?

磨损按机理可分为：

粘着磨损，磨粒磨损，表面疲劳磨损，腐蚀磨损，冲蚀磨损和微动磨损。

六、机械零件设计准则是什么？

1、强度准则：

针对断裂、塑性变形和表面疲劳磨损。

2、刚度准则：

针对零件过大弹性变形。

3、耐磨性准则：

针对过度磨损和胶合损坏。

4、正东和噪音准则：

针针对高速机械的振动失稳。

5、可靠性准则。

6、热平衡准则。

七、润滑剂的主要作用是什么，常见的润滑剂有哪些？

润滑剂的主要作用是：

降低摩擦，减少或防止磨损，降低摩擦功耗，降低零件工作温升，防锈、缓冲和吸振等作用。

常见的润滑剂有：

气体润滑剂、固体润滑剂、液体润滑剂、半固体润滑剂。

八、形成动压润滑油膜的条件是什么？

1、两工作表面间必须形成契行间隙；

2、两工作表面间充满具有一定粘度的润滑剂；

3、两工作表面间存在相对的速度，且速度方向保证润滑剂从大端面流进小断面流出。

九、简述径向滑动轴承形成动压润滑油膜的过程？

径向滑动轴承的轴颈和轴承孔之间必须有间隙；静止时，轴颈位于轴承孔最下端，并与轴瓦接触，此时两表面之间自然形成一收敛契形间隙，轴颈开始运动时，轴颈圆周速度比较小，带入轴承契形间隙的润滑油比较少，轴瓦对轴颈的摩擦力与轴颈的圆周速度方向相反，迫使轴颈沿轴承孔壁向右爬升，随着转速的增大，轴颈的圆周速度越来越大，带入轴承契形间隙的油量增多，这时右侧油膜产生一定动压力使轴颈稳定在一定的偏心位置，形成了动压油膜润滑。

第二章轴毂连接设计

一、简述平键连接的类型和应用场合？

平键主要有：

普通平键、导键、滑键。

普通平键通过两侧面传递运动和转矩，两侧面是工作面，键的上端面和轮毂键槽的底面由间隙，用于静连接，即轴和轮毂之间没有相对移动；导键和滑键主要用于动连接，即轴和轮毂之间有相对移动，导键用于相对移动量不是太大的场合，而滑键用于相对移动量较大的场合。

二、键选择的原则？

键的类型根据连接的结构特点、使用要求和工作条件来选择。

一般键的尺寸（键宽b和键高h）根据轴的直径在标准中选取，键的长度等于或略小于毂的长度，导键的长度按毂的长度和滑动距离来确定，键的长度还应符合标准系列。

三、花键连接的特点：

花键连接是由轴和毂孔上的键齿和键槽组成的，键齿的两侧面是工作表面，可用于静连接和动连接。

由于花键键齿比较浅，所以花键连接对轴和毂的强度削弱较少，应力集中小，对中性和导向性好；但花键要用专用加工工具，刀具和量具，成本高。

花键连接一般用于重载荷或变载荷及定心精度要求比较高的场合。

第三章螺纹连接和螺旋传动

一、螺纹连接由哪几种类型，各用于什么场合？

1、螺栓连接：

主要用于被连接件不太厚且两侧有足够装配空间的场合。

2、双头螺柱连接：

主要用于被连接件一厚一薄不易于制成通孔，材料较软且需经常拆装的场合。

3、螺钉连接：

用于被连接件一厚一薄，受力不大，需经常拆装的场合。

4、紧定螺钉连接：

适用于受力和转矩都不太大的场合，常用于轴和轴上零件的连接。

二、常用螺纹按牙型分为哪几种，用于什么场合？

螺纹按牙型可分为：

三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。

三角形螺纹的牙型角为60°，当量摩擦系数大，自锁性好，用作连接螺纹。

矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹的牙型角分别为0°、30°、33°，传动效率高，故用作传动螺纹。

三、紧连接螺纹强度计算中，将拉伸载荷增加到原来的1.3倍，这是为什么?

螺栓材料是塑性材料，受拉伸和扭转复合应力，对于只受预紧力的紧螺栓，考虑到扭切应力的影响，故强度计算时把拉伸载荷增加30%。

四、螺栓连接为什么要防松，有哪些措施？

在冲击、振动和变载的情况下，螺纹连接之间的摩擦力可能瞬间消失，导致螺纹连接自松，影响正常工作甚至发生严重事故；在温度变化较大或高温工作情况下，由于螺栓和被连接件材料的温度变形差和材料糯变，螺纹也可能发生自松，所以在螺纹连接设计时必须考虑防松装置，螺纹放松的实质时防止螺纹副之间的相对滑动。

主要防松措施：

1、摩擦放松，如用弹簧垫片、对顶螺母、自锁螺母等。

2、机械放松，如开槽螺母和开口销、止动垫片垫片、串联金属丝等。

3、破坏螺纹副关系，如冲点法和粘接法等。

五、提高螺栓疲劳强度的方法有哪些？

1、改善螺纹牙间的载荷分配；如采用钢丝螺套。

2、减小螺栓的应力幅；如适当增加螺栓长度和采用空心螺栓。

3、采用合理的制造工艺；如冷镦头部和滚压螺纹的螺栓。

4、避免附加弯曲应力；采用凸台与沉头座、球球面垫圈等来保证螺栓连接的精度。

5、减小应力集中；采用较大的过渡圆角半径，或螺纹收尾改为退刀槽等。

六、螺纹预紧的目的是什么？

螺纹预紧的目的时提高螺纹连接的刚度、紧密性和防松能力。

对于受拉螺栓，适当增加预紧力可以提高螺栓的疲劳强度；对于受剪螺栓适当增加预紧力可以增大被连接件之间的摩擦力。

第四章带传动设计

一、试述带传动中两种滑动，以及他们对带传动的影响？

1、弹性滑动：

是带的弹性变形量发生变化而引起的带与带轮之间微量的不明显的相对滑动；影响：

1、它使带传动的效率降低，使带与带轮的磨损增加和温度升高；2、使从动轮圆周速度低于主动轮圆周速度。

2、打滑：

是因为带所传递的有效拉应力Fe超过了极限有效拉应力Felim而引起的带与带轮接触面之间发生的显著的相对滑动；影响：

使带的疲劳磨损急剧增加，从动轮速度急剧下降，甚至传动失效。

弹性打滑与打滑的本质区别：

弹性打滑时带传动的固有特性，设计时不可避免，只发生在带离开带轮前的那段接触弧上。

打滑：

是带传动的失效形式，设计时必须避免，发生在带传动的全过程。

二、为什么在普通V带传动中要规定小带轮直径d1必须大于最小带轮直径dmin，但为什么小带轮直径又不能过大？

小带轮直径小于最小带轮直径dmin，会使带的弯曲应力过大导致带的疲劳强度降低过多，包角太小传动效率低。

在传递的转矩一定时，采用较大的小带轮直径，可以减小带传动的有效拉应力，减少带的根数，但如果小带轮直径过大，会增加带传动的外廓尺寸，给安装和制造带来不便。

三、带传动中所受的各种应力，带传动的失效形式和设计准则。

带传动中所受的应力有：

紧边拉应力σ1、松边拉应力σ2、弯曲应力σb、离心应力σc。

带传动的失效形式是：

打滑和疲劳破坏（脱层和疲劳断裂）；

设计准则是：

在保证带不打滑的情况下，带传动充分发挥传动能力，并且具有足够的疲劳强度和寿命。

四、提高v带传动承载能力的措施有哪些：

1、增加带的根数

2、提高单根V带的额定功率P

3、增大摩擦系数

4、采用新型带；如多契带和齿形带

五、带传动的带速为什么限制在5-25m/s范围内

带传动中，如果带速过大会使离心应力增大，从而带与带轮之间的压力减小，会产生打滑；如果带速过小，带所传递的有效拉应力增大，增加了带的根数，因此将带速限制在上述范围内。

六、带传动为什么要张紧，张紧的方法有哪些，采用张紧轮时应如何布置

因为带不是完全弹性体，在拉力作用下才产生拉力伸长，张紧力逐渐减小而松弛，所以需要张紧，常用的张紧方法有定期张紧和自动张紧；采用张紧轮时应位于松边内侧靠近大带轮处。

第五章链传动设计

一、链传动应怎样布置

链传动中，两轮轴应该相互平行，两链轮应位于同一平面内，一般采用水平或近水平布置并且松边在下。

二、链传动中动载荷与那些因素有关，高速重载情况下选用什么样的链传动。

链传动中动载荷分为外部附加动载荷和内部附加动载荷。

外部附加动载荷：

由于工作载荷和原动机工作特性产生的振动、冲击等因素而引起的动载荷，一般根据工作情况系数来加以考虑。

内部附加动载荷因素：

1、链和从动轮速度的周期性变化产生的加速度，当β=+φ/2时加速度最大。

2、链条的横向分速度的周期性变化产生振动甚至发生共振。

3、链节和轮齿啮合时的相对速度产生的冲击和动载荷。

4、链条和链轮的制造误差和安装误差。

5、链条用了一段时间后会应力松弛，在起动、止动、反转、突然加载和卸载的情况下也会产生附加动载荷。

高速重载下应选用小节距多列链来传动。

三、链条的失效形式有哪些

1、铰链磨损2、链板疲劳破坏3、点蚀和多次冲击折断

4、销轴与套筒的胶合5、过载拉断

四、链条预紧的目的和预紧的方法

链条预紧的目的主要是为了避免链条悬垂度过大，啮合时产生横向振动，同时为了增大啮合包角；预紧方法主要有：

1、调节中心距预紧。

2、采用张紧装置，中心距不可调时采用张紧轮，张紧轮位于松边外侧靠近小链轮处。

第六章齿轮传动设计

一、齿轮的失效形式主要有哪些，分别发生在什么场合

1、轮齿断裂；主要发生在脆性材料齿轮轮齿根部

2、齿面磨损；主要发生在开式齿轮传动中

3、齿面点蚀；主要发生在润滑良好的闭式软齿面齿轮传动中

4、齿面胶合；多发生在高速重载散热条件差的齿轮传动中

5、齿面塑性变形；多发生在低速重载或频繁启动的软齿面传动中

二、与直齿轮传动相比，斜齿轮传动有哪些优点

1、啮合性能好，斜齿轮轮齿之间是一种逐渐啮合过程，齿轮上的受力先是逐渐由小到大，再由大到小的过程，因此斜齿轮传动较为平稳，冲击和噪音小，适用于大功率的传动。

2、重合度较大，在同等条件下，斜齿轮的啮合过程比直齿轮长，即重合度大，降低了斜齿轮所承载的载荷，提高了齿轮的疲劳强度，延长了齿轮的使用寿命，且传动平稳结构紧凑。

三、如何提高齿轮轮齿的抗折断能力？

如何提高齿轮齿面抗点蚀能力？

提高抗折断能力措施：

1、选用合适的材料和热处理方法，以保证高齿根芯部有足够的韧性。

2、采用正变位齿轮传动，以增加齿根厚度。

3、增大齿根过渡圆角半径，消除齿根加工刀痕。

4、对齿根部采用喷丸和碾压等强化处理工艺。

提高齿面抗点蚀能力措施：

1、提高齿面硬度和润滑油粘度

2、采用合理的边位系数

3、降低齿面粗糙度

四、齿面点蚀为什么首先出现在节线附近靠近齿根的表面上

1、轮齿在节线附近啮合时，同时啮合的齿对少，齿面受力和接触应力最大。

2、节线处齿廓相对滑动速度低且方向有变化，不易形成润滑油膜，摩擦力大。

3、润滑油挤进裂缝使裂纹扩张。

五、怎样提高渐开线圆柱齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度

提高弯曲疲劳强度措施：

1、增大模数，增大模数可以使齿根弯曲疲劳应力显著减小

2、适当增大齿宽，齿宽过大反而会引起偏载使应力增大

3、采用大变位系数

4、提高制造精度

5、选择适当热处理方法及选用弯曲疲劳强度较高的材料

提高齿面接触疲劳强度措施：

1、增大齿轮直径和传动中心距，可以使接触疲劳应力显著减小

2、适当增大齿宽或齿宽系数

3、采用正变位传动齿轮

4、提高制造精度

5、采用适当的热处理以及选用接触疲劳强度较大的材料

六、斜齿轮传动中，增大螺旋角β对传动性能有什么影响

β增大可以使重合度增大，提高齿轮传动的平稳性和承载能力；但β过大轴向力增加，支撑轴承尺寸变大，效率变低轴承装置复杂。

β过小斜齿轮的优点不明显，对于人字齿，因轴向力可以相互抵消，故β可以取大些。

七、齿轮传动设计准则：

对于闭式齿轮传动，当一对齿轮或一轮为软齿面时，齿面的损伤主要是疲劳点蚀，也可能发生轮齿断裂和其他失效形式，故应按接触疲劳强度设计主要尺寸，然后校核弯曲疲劳强度。

若一对齿轮均为硬齿面时，齿轮的主要失效形式时轮齿断裂，也可可能发生点蚀、胶合等失效形式，应按弯曲疲劳强度设计确定模数，然后校核接触疲劳强度。

对于开式齿轮传动，其主要失效形式时齿面磨损，但往往又因齿轮磨薄后发生折断，故按轮齿齿根弯曲疲劳强度设计，适当降低许用应力来考虑磨损影响。

第七章蜗杆传动设计

一、蜗杆传动中引入蜗杆直径系数的原因是什么？

为什么阿基米德蜗杆传动应用广泛？

加工时，常用与蜗杆具有相同参数的蜗轮滚刀来加工蜗轮，这样有一种参数的蜗杆就必须有一种与之配对的蜗轮滚刀，为了减少蜗轮滚刀数目，便于刀具的标准化，引入了蜗轮直径系数，将蜗轮分度圆直径d1定为标准值，d1与模数m的比值叫做直径系数。

由于阿基米德蜗杆传动具有传动比大，结构紧凑，传动平稳，振动、冲击和噪音均很小，而且在一定具有自锁性等优点而被广泛应用，

二、为什么闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算；如果不满足热平衡要求可以猜缺哪些措施？

由于蜗杆传动效率低，工作时会产生大量的热量。

在闭式蜗杆传动中，若散热不良，会使润滑油温度身高，使润滑失效而导致齿面胶合。

所以，对闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算，以保证油温稳定在规定范围内。

措施：

1、在向体外增加散热片，以增大散热面积，还应注意散热片的配置方向要有利于热传导。

2、在蜗杆轴端设置风扇，进行人工通风，以增大散热系数。

3、在上述方法仍不能满足热平衡要求时，可在箱体有池内设置蛇形冷却管。

4、采用压力喷油循环润滑。

三、蜗杆传动变位特点和目的是什么？

蜗杆传动变位与齿轮传动变位相似，也是利用刀具相对于蜗轮毛坯的径向位移来实现的。

但由于加工蜗轮的滚刀的形状和尺寸要与蜗杆的齿廓形状和尺寸相同，为了保持刀具尺寸不变，故只对蜗杆进行变位，而蜗杆的尺寸保持不变。

但变位后蜗杆的节圆改变，而蜗轮的节圆始终与分度圆重合。

蜗杆传动变位的目的是凑中心距和传动比，使之符合标准值。

四、蜗杆传动的特点是什么

由于蜗杆传动具有传动比大，结构紧凑，传动平稳，振动、冲击和噪音均很小，以及在一定条件下具有自锁性等特点而获得广泛应用。

蜗杆传动由于蜗杆螺牙和蜗轮齿间的相对滑动大，摩擦发热大，故传动效率较其他传动低，只适宜中小功率的场合。

第八章轴的设计

一、轴的强度计算方法有哪几种？

各适用于何种类型的轴？

1、按扭转强度计算：

适用于传动轴的初估直径的计算。

2、按弯曲强度计算：

适用于心轴的强度计算。

3、按弯扭合成强度计算：

适用于转轴的强度计算。

4、按危险截面安全系数校核计算：

适用于重要轴的精确计算。

二、按轴的承载情况，轴可以分为哪些类型，各举一例？

1、心轴——只受弯矩的轴，如滑轮轴和自行车的前轮轴。

2、传动轴——只受转矩的轴，如汽车的主传动轴和转向轴。

3、转轴——既受转矩又受弯矩的轴，如减速器中的轴。

三、轴上零件的周向定位有哪些方法，详细说明适用的场合？

轴上零件的周向定位有哪些方法，采用这些方法是应该注意什么？

轴上零件的周向定位常用平键、花键和过盈配合等。

平键连接结构简单、拆装方便、加工容易，对中性好，应用广泛。

花间适用于承受重载荷或变载荷及定心精度高的场合。

过盈配合常用于曲轴、滚动轴承轴的轴、螺旋桨和轴的连接，优点是结构简单、定心性好，承载能力高。

承受变载荷和冲击的性能好。

轴上零件的轴向定位方法有：

1、轴肩或轴环；设计时应注意A、为了保证轴上零件与轴断面靠近，轴的过渡圆角半径应小于相配零件圆角半径或倒角尺寸。

B、轴肩高度要合适

2、轴套；为了保证轴上零件定位和固定可靠，轴的各段长度应略小于轴上零件轮毂各段长度

3、圆螺母：

它可以承受较大的轴向力，但螺纹会削弱轴的强度

4、紧定螺钉和弹簧挡圈；只能承受不大的轴向力

5、轴端挡圈和圆锥面；适用于轴上零件和轴的同轴度要求较高或受冲击载荷的轴

四、有一传动系统，拟用齿轮传动、链传动和带传动，试合理安排顺序并说明理由？

1、带传动：

具有机构简单、传动平稳、造价低廉及缓冲吸振等特点，打滑又起到了过载保护，所以放在首位与原动机相连、

2、齿轮传动：

具有效率高、传动比稳定、结构紧凑工作可靠寿命长等优点，所以放在中间

3、链传动不均匀，并且容易引起附加动载荷，应放在低速级，所以放在最后

五、轴结构设计是主要考虑的因素

1、轴的结构和形状满足使用要求，轴上零件定为可靠，保证轴和轴上零件有准确的相对工作位置。

2、轴的结构应有利于提高轴的强度和刚度，力求受力情况合理，避免或减少应力集中。

3、轴的加工及装配性能好

六、提高周强度和刚度的方法

1、合理分布轴上零件以减小轴上载荷

2、改进轴上零件结构减小轴的载荷

3、改进轴的结构形状以消除或减小应力集中

4、改善轴的表面品质以提高轴的疲劳强度

5、轴支撑间的的跨距应尽量小以提高轴的刚度

七、轴设计的步骤

1、选材

2、初估轴的直径

3、轴的结构设计，包括轴上零件的固定和定位，加工和装配性能，提高轴强度的措施

4、轴的强度计算

5、如有特殊要求时，还需有轴的刚度和稳定性要求计算

第九章滑动轴承设计

一、整体式和剖分式径向滑动轴承各有什么特点：

整体式径向滑动轴承结构简单、容易制造、成本低，但轴瓦磨损后间隙无法调整，并且只能从轴颈端部装拆，因此它仅用于低速轻载或间隙工作的机械。

剖分式径向滑动轴承拆装方便，并且轴瓦磨损后可以通过调整垫片厚度来调节轴承间隙。

二、对滑动轴承的轴瓦材料有哪些要求，说出几种轴瓦材料并说明如何选用。

轴瓦材料要求有足够强度，良好的塑性、减摩性、耐磨性、抗腐蚀性，抗胶合能力强，良好的导热性，并易跑合和制造。

1、铸铁：

只易用于低速轻载和不受冲击的场合。

2、轴承合金：

适用于高速重载的场合，一般只用作轴承衬的材料。

3、铜合金：

适用于中速重载和低速重载的场合。

三、试述非液体摩擦润滑滑动轴承的主要失效形式及设计准则

非液体摩擦滑动轴承的主要失效形式时磨损和胶合。

由于目前对胶合和磨损尚没有完善的设计计算方法，一般仅从限制轴承的压强P及压强和轴颈圆周速度的乘积PV来进行条件设计。

限制轴承压强P来保证摩擦面之间有一定的润滑剂，避免轴承过度磨损而降低寿命；限制PV值来防止轴承过热而发生胶合，对于压强小的轴承，还应限制轴承圆周速度V以免加速磨损。

实践证明，按这种方法进行设计，基本能保证轴承的工作能力。

第十章滚动轴承设计

一、圆锥滚子轴承的主要特征有哪些

1、能承受较大的径向载荷和单轴向载荷

2、相对于球轴承，极限转速较低

3、轴承的内外圈可以分离

4、安装时需要调整间隙

5、一般要求对称安装，成对使用且适用于转速不太高、轴刚性较好的场合

二、常见的滚动轴承的轴向组合布置方式有哪几种，各适用于什么场合？

1、两端固定式；适用于工作温度不太高的短轴。

2、一端固定、一端游动式；适用于工作温度较高，跨距较大的长轴。

3、两端游动式；适用于能轴向双向移动的轴。

三、滚动轴承的失效形式和设计准则？

失效形式：

1、疲劳点蚀（滚动轴承的主要失效形式）

2、塑性变形

3、磨损

设计准则：

对于一般工作条件下的回转滚动轴承，经常发生点蚀，主要进行寿命计算，必要时进行静强度校核；对于不转动、摆动或转速低的轴承，要求控制塑性变形，只需进行静强度计算；对于高速轴承，主要发生磨损和胶合，除进行寿命计算外，还需校验极限转速。

第十一章联轴器

一、联轴器可以分为哪几类

1、刚性联轴器：

它适用于被连接两轴要求严格对中以及工作中无相对移动的场合

2、挠性联轴器：

它用于被连接两轴有较大的安装误差和工作中有相对移动的场合

二、简要说明选择联轴器的原则，刚性联轴器有哪几种，分别用于什么场合？

联轴器选择的原则：

联轴器的类型主要是根据机器的工作特点、性能要求，结合联轴器的性能选择合适的类型。

一般说来对载荷平稳，同轴度好，无相对位移的可选用刚性联轴器；难以保持两轴严格对中有相对位移的应选择挠性联轴器；对传递转矩较大的重型机械可选用齿轮联轴器；对需要有一定补偿量，单向转动而冲击载荷不大的低速传动的水平轴，可以选用滚子链联轴器；对于高速轴，选用挠性联轴器；对于轴线相交的轴，选用万向联轴器。

刚性联轴器主要有：

十字滑块联轴器、齿式联轴器、万向联轴器；其中十字滑块联轴器径向尺寸小，结构简单，用于低速载荷平稳的两轴连接；齿式联轴器传递的转矩大，用于低速重型机械中；万向联轴器用于两轴有较大偏角或工作中有较大位移的场合。

苦心人天不负！