机械设计基础下.docx
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机械设计基础下
机械设计基础(下)
第一章机械设计概论
复习思考题
1、机械设计的基本要求包括哪些方面?
2、机械设计的一般程序如何?
3、对机械零件设计有哪些一般步骤?
4、对机械零件设计有哪些常用计算准则?
5、对机械零件材料的选择应考虑哪些方面的要求:
习题
1.何谓机械零件的失效?
何谓机械零件的工作能力?
2.机械零件常用的计算准则有哪些?
第二章机械零件的强度
复习思考题
1、静应力与变应力的区别?
静应力与变应力下零件的强度计算有何不同?
2、稳定循环变应力的种类有哪些?
画出其应力变化曲线,并分别写出最大应力σmax、最小应力σmin、平均应力σm、应力幅σa与应力循环特性γ的表达式。
3、静应力是否一定由静载荷产生?
变应力是否一定由变载荷产生?
4、机械零件疲劳破坏的特征有哪些?
机械零件疲劳强度与哪些因素有关?
5、如何由σ-1、σ0和σs三个试验数据作出材料的简化极限应力图?
6、相对于材料,影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些?
综合影响因素Kσ的表达式为何?
如何作零件的简化极限应力图?
7、应力集中、零件尺寸和表面状态是否对零件的平均应力σm和应力幅均有影响?
8、按Hertz公式,两球体和圆柱体接触时的接触强度与哪些因素有关?
习题
1.某材料的对称循环弯曲疲劳极限
MPa。
取循环基数N0=5×106,m=9,试求循环次数N分别为7000、25000、62000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。
2.已知材料的机械性能为σs=260MPa,σ-1=170MPa,ψσ=0.2,试绘制此材料的简化根限应力线图。
3.圆轴轴肩处的尺寸为:
D=54mm,d=45mm,r=3mm。
如用上题中的材料,设其强度极限B=420MPa,试绘制此零件的简化极限应力线图,零件的βσ=βq=1。
4.如上题中危险剖面上的平均应力σm=20MPa,应力幅σa=30MPa,试分别按①
=C,②σm=C,求出该载面的计算安全系数Sca。
第三章摩擦、磨损与润滑
复习思考题
1、滑动摩擦为哪几种类型?
各有何特点?
2、典型的磨损分哪三个阶段?
磨损按机理分哪几种类型?
3、润滑油和润滑脂的主要性能指标有哪些?
4、什么是流体的粘性定律?
5、粘度的常用单位有哪些?
影响粘度的主要因素是什么?
如何影响?
6、流体润滑有哪些类型?
各有何特点?
习题
1.根据摩擦面间存在润滑剂的状况,滑动摩擦分为哪几种?
2.获得流体动力润滑的基本条件是什么?
3.评价润滑脂和润滑油性能的指标各有哪几个?
第四章螺纹联接和螺旋传动
复习思考题
1、受横向转矩的螺栓组采用铰制孔时,每个螺栓所受的载荷是。
①相等的;②与到几何中心距离成正比;③与到几何中心距离成反比;④都不变
2、在螺栓联接的结构设计中,被联接件与螺母和螺栓头接触表面处需要加工,这是为了。
①不致损伤螺栓头和螺母;②增大接触面积,不易松脱;③防止产生附加偏心载荷;④便于装配。
3、在受轴向载荷的紧螺栓强度计算公式
,Q为。
①工作载荷;②预紧力;③预紧力+工作载荷;④工作载荷+残余预紧力。
4、设计螺栓组时常把螺栓布置成轴对称的均匀的几何形状,这主要是为了。
①美观;②受力最小;③联接方便;④接合面受力较均匀。
5、在确定紧螺栓联接的计算载荷时,预紧力QP比一般值提高30%,这是考虑了。
①螺纹上的应力集中;②螺栓杆横截面上的扭转应力;③载荷沿螺纹圈分布的不均匀性;④螺纹毛刺的部分挤压。
6、受横向载荷的普通螺栓联接有何缺点?
7、为什么大多数螺纹联接都要预紧?
预紧力QP过小后果是什么?
预紧力QP过大有什么结果?
8、简述提高螺纹联接强度的四种措施:
9、若用降低螺栓刚度的办法来提高螺栓联接的疲劳强度,试作力和变形图说明之。
10、举二种常用螺纹联接的类型,并分别说明应用场合?
11、螺纹联接中摩擦防松、机械防松装置各有哪几种?
(各举出二例)。
12、螺旋传动有哪些类型?
滚珠螺旋传动有何特点?
习题
1.如图所示为某受轴向工作载荷的紧螺栓联接的载荷变形图:
(1)当工作载荷为2000N时,求螺栓所受总拉力及被联接件间残余预紧力。
(2)若被联接件间不出现缝隙,最大工作载荷是多少?
2.如图所示支承杆用三个M12铰制孔螺栓联接在机架上,(铰孔直径d0=13mm)若螺杆与孔壁的挤压强度足够,试求作用于该悬壁梁的最大作用力F。
(不考虑构件本身的强度,螺栓材料的屈服极限σs=600MPa,取剪切安全系数nτ=2.5)。
3.如图凸缘联轴器,用六个普通螺栓联接,螺栓分布在D=100mm的圆周上,接合面摩擦系数f=0.16,防滑系数KS=1.2,若联轴器传递扭矩为150N·m,试求螺栓螺纹小径。
(螺栓[σ]=120MPa)
第五章键、花键、无键联接及销联接
复习思考题
1、平键联接的可能失效形式为。
①疲劳点蚀;②弯曲疲劳破坏;③胶合;④压溃、摩损、剪切破坏等
2、楔键联接与平键联接相比,前者对中性。
①好;②差;③相同;④无法比较
3、半圆键联接具有特点。
①对轴强度削弱小;②工艺性差、装配不方便;③调心性好;④承载能力大
4、渐开线花键的定心方式有哪些?
5、花键联接与平键联接相比,有哪些特点?
习题
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联接。
试选择两处键的类型及尺寸,并校核其联接强度。
已知轴的材料为45号钢,传递的转矩T=1000N·m,齿轮用锻钢制成,半联轴器用灰铸铁制成,工作时有轻微冲击。
第六章铆接、焊接与胶接
复习思考题
1、按工作要求铆缝分哪些类型?
2、常用焊接方法有哪些?
焊缝的类型有哪些?
3、胶接接头应如何设计?
如何选择粘胶剂?
第七章带传动
复习思考题
1、带传动正常工作时,小带轮上的滑动角小带轮的包角。
①大于;②小于;③小于或等于;④大于或等于。
2、设计中限制小带轮的直径D1≥D1min是为了。
①限制带的弯曲应力;②限制相对滑移量;③保证带与轮面间的摩擦力;④带轮在轴上安装需要。
3、带传动的设计准则是。
①保证带具有一定寿命;②保证带不被拉断;③保证不发生滑动情况下,带又不被拉断;④保证传动不打滑条件下,带具有一定的疲劳强度。
4、在相同的条件下,为什么三角胶带比平型带的传动能力大?
5、带传动为什么要限制其最小中心距?
6、在三角胶带传动中,为什么一般推荐使用的带速v≤25m/s?
7、带传动的弹性滑动是什么原因引起的?
它对传动的影响如何?
8、带传动的打滑经常在什么情况下发生?
打滑多发生在大轮上还是小轮上?
刚开始打滑时,紧边拉力松边拉力有什么关系?
9、给出带的应力分布图注明各种应力名称及最大合成应力的位置?
习题
1.V带传动传递的功率P=7.5kW,平均带速v=10m/s,紧边拉力是松边拉力的两倍(F1=2F2)。
试求紧边拉力F1,有效圆周力Fe和预紧力F0。
2.V带传动传递的功率P=5kW,小带轮直径D1=140mm,转速n1=1440r/min,大带轮直径D2=400mm,V带传动的滑动率ε=2%,①求从动轮转速n2;②求有效圆周力Fe。
3.C618车床的电动机和床头箱之间采用垂直布置的V型带传动。
已知电动机功率P=4.5kW,转速n=1440r/min,传动比i=2.1,二班制工作,根据机床结构,带轮中心距a应为900mm左右。
试设计此V带传动。
第八章链传动
复习思考题
1、链传动设计中限制小链轮齿数不小于9齿是为了。
①防止脱链现象;②防止小链轮转速过高;③提高传动平稳性;④保证链轮轮齿的强度。
2、链传动中当其它条件不变的情况下,传动的平稳性随链条节距P的。
①减小而提高;②减小而降低;③增大而提高;④增大而不变。
3、链传动中合理的链条长。
①应等于奇数倍链节距;②应等于偶数倍链节距;③可以为任意值;④按链轮齿数来决定
4、链传动为何小链轮齿数Z1不宜过少?
而大链轮齿数Z2又不宜过多?
5、影响链传动不平稳的因素有哪些?
6、链传动有哪几种主要的失效形式?
习题
一链式运输机驱动装置采用套筒滚子链传动,链节距p=25.4mm,主动链轮齿数z1=17,从动链轮齿数z2=69,主动链轮转速n1=960r/min,试求:
(1)链条的平均速度v;
(2)链条的最大速度vmax和最小速度vmin;
(3)平均传动比i。
第九章齿轮传动
复习思考题
1、锥齿轮弯曲强度计算中的齿形系数YFa应按确定:
①max{[σ]H1,[σ]H2};②min{[σ]H1,[σ]H2};③[σ]H1;④[σ]H2
2、由直齿和斜齿圆柱齿轮组成的减速器,为使传动平稳,应将直齿圆柱齿轮布置在。
①高速级;②低速级;③高速级或低速级;④哪一级,无法判断。
3、齿轮传动中,当齿轮分度圆直径不变时,将模数加大,其接触疲劳强度将,弯曲强度将。
①提高;②降低;③不变;④无法判明变动情况。
4、一对齿轮啮合传动时,大、小齿轮上齿面的接触应力。
①σH1=σH2;②σH1>σH2;③σH1<σH2;④不能判明大小关系。
5、开式齿轮传动中,保证齿根弯曲应力σF≤[σ]F,主要是为了避免齿轮的失效。
①轮齿折断;②齿面磨损;③齿面胶合;④齿面点蚀。
6、在齿轮传动中,提高其抗点蚀能力的措施之一是。
①提高齿面硬度;②降低润滑油粘度;③减小分度圆直径;④减少齿数。
7、在齿轮传动中,为减少动载,可采取的措施是。
①改用好材料;②提高齿轮制造精度;③降低润滑油粘度;④加大模数。
8、在齿轮传动中,为改善齿端偏载现象,可采取的措施之一是。
①增加齿宽;②将齿轮轮齿作成鼓形齿;③把齿轮悬臂布置;④加大齿面硬度。
9、在齿轮传动的载荷计算中,为什么要引入动载荷系数Kv?
Kv与哪些因素有关?
10、为提高齿面的抗点蚀能力,试至少举出三种办法。
11、为提高齿轮轮齿抵抗弯曲折断的能力,试至少举出三种措施。
12、在齿轮传动中,为减少动载荷,试至少举出三种措施。
13、在齿轮传动中,为减轻齿轮的齿端偏载,试至少举出三种措施。
习题
1.齿轮传动主要有哪几种失效?
2.齿轮传动强度计算中引入的载荷系数K考虑了哪几方面的影响?
分别加以说明。
3.图示为蜗杆、齿轮传动装置。
右旋蜗杆I为主动件,为使轴Ⅱ、Ⅲ上传动件的轴向力能相抵消,试确定:
(1)蜗杆的转向1;
(2)一对斜齿轮3、4轮齿的旋向;
(3)用图表示轴Ⅱ上传动件的受力(用各分力表示)情况。
4.图示两级斜齿轮传动,已知第一对齿轮:
z1=20,z2=40,mn1=5mm,°;第二对齿轮;z3=17,z4=52,mn2=7mm。
今使轴Ⅱ上传动件的轴向力相互抵消,试确定:
(1)斜齿轮3、4的螺旋角β2的大小及轮齿的旋向;
(2)用图表示轴Ⅱ上传动件的受力情况(用各分力表示)。
第十章蜗杆传动
复习思考题
1、磨削时没有理论误差精度较高的普通圆柱蜗杆是
①延伸渐开线蜗杆;②渐开线蜗杆;③阿基米德蜗杆;④圆弧面蜗杆
2、标准蜗杆传动的中心距计算公式应力
①
;②
;
③
;④
3、蜗杆蜗轮啮合面间的滑动速度Va与蜗杆的圆周速度V1之间有如下关系
①Va=V1;②;Va>V1;③Va4、蜗杆传动的主要失效形式是
①齿面疲劳点蚀;②齿根的弯曲折断;③齿面的胶合和磨损;④齿面的塑性变形
5、蜗杆传动的油温最高不应超过
①30℃;②50℃;③80℃;④120℃
6、其他条件相同时,若增加蜗杆头数,则滑动速度
①增加;②减小;③保持不变;④不一定
7、蜗杆传动为什么要引入直径系数q?
8、蜗杆的热平衡核算不满足要求时可采取哪些措施。
习题
1.闭式蜗杆传动为什么要进行热平衡计算?
2.试分析图示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋线方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向(用各分力表示)。
3.图中所示为手动绞车。
已知:
m=8,q=8,z1=1,z2=40,D=200mm。
问:
(1)欲使重物W上升1m,手柄应转多少转?
转向如何?
(2)若当量摩擦系数fv=0.2,该传动啮合效率η1是多少?
该机构能否自锁?
第十一章轴
复习思考题
1、轴上零件的轴向定位方法有哪些?
2、自行车的前轴是。
心轴;②转轴;③传动轴;④光轴
3、若不改变轴的结构和尺寸,仅将轴的材料由碳素钢改为合金钢,轴的刚度。
不变;②降低了;③增加了;④不定
4、轴的强度计算公式
中α的含意是什么?
其大小如何确定?
5、当旋转轴上作用恒定的径向载荷时,轴上某定点所受的弯曲应力是对称循环应力、脉动循环应力还是恒应力?
为什么?
6、公式d≥A
有何用处?
其中A取决于什么?
计算出的d应作为轴上哪部分的直径?
7、按许用应力验算轴时,危险剖面取在哪些剖面上?
为什么?
8、轴的刚度计算内容包括哪些?
9、什么叫刚性轴?
什么叫挠性轴?
习题
1.由电机直接驱动的离心水泵,功率3kW,轴转速为960r/min,轴材料为45钢,试按强度要求计算轴所需的直径。
2.如图所示为某减速器输出轴的结构图,试指出其设计错误,并画出其改正图。
第十二章滑动轴承
复习思考题
1、滑动轴承的宽径比B/d愈小,则。
①轴承温升愈大;②摩擦功耗愈小;③承载能力愈大;④端泄愈小。
2、流体动压润滑轴承进行P、v、Pv的验算是因为。
①启动时属于液体润滑状态;②运行时属于液体润滑状态;③运行时会发生金属过度磨损;④启动时会发生金属过度磨损。
3、影响流体动力润滑后滑动轴承承载能力因素有:
①轴承的直径;②宽径比B/d;③相对间隙;④轴承包角
4、流体动力润滑轴承在稳定运转工作时,油膜不致被破坏的条件是什么?
5、流体动压轴承的工作过程可分为哪三个阶段?
6、向心滑动轴承有哪几种结构类型?
7、简要说明设计非液体摩擦向心滑动轴承时,计算p、v值是解决了什么问题?
8、试分析滑动轴承相对间隙
的大小对承载能力有什么影响?
9、试说明单油楔圆柱形流体动压滑动轴承的工作过程如何?
并绘图说明其轴颈中心位置的变化。
10、形成流体动压润滑的基本条件是什么?
习题
1.非全液体润滑滑动轴承验算p、v、pv三项指标的物理本质是什么?
为什么液体动力润滑滑动轴承设计时首先也要验算此三项指标?
2.某不安全液体润滑径向滑动轴承,已知:
轴径直径d=200mm,轴承宽度B=200mm,轴颈转速n=300r/min,轴瓦材料为ZCuSn10P1,试问它可以承受的最大径向载荷是多少?
第十三章滚动轴承
复习思考题
1、向心推力滚动轴承承受轴向载荷的能力是随接触角的增大而。
①增大;②减小;③不变;④不一定
2、典型的滚动轴承由哪四部分组成?
3、什么是滚动轴承的接触角?
4、滚动轴承最常见的失效形式是什么?
5、安装滚动轴承时为什么要施加预紧力?
6、增加滚动轴承刚度的办法有哪些?
7、什么是轴承的寿命?
什么是轴承的额定寿命?
8、为什么向心推力轴承必须成对安装使用?
9、什么是滚动轴承的当量动载荷P?
P应如何计算?
10、轴向载荷是如何影响角接触滚动轴承滚动体的载荷分布的?
11、滚动轴承的支承形式有哪些?
各有何特点?
12、选择滚动轴承配合的原则有哪些?
习题
1.试说明下列各轴承的内径有多大?
哪个轴承的公差等级最高?
哪个允许的极限转速最高?
哪个承受径向载荷能力最大?
哪个不能承受径向载荷?
6208/P2、30208、5308/P6、N2208
2.设某斜齿轮轴根据工作条件在轴的两端反装两个圆锥滚子轴承,如图所示。
已知轴上齿轮受力切向力Ft=2200N,径向力Fr=900N,轴向力Fa=400N,齿轮分度圆直径d=314mm,轴转速n=520r/min,运转中有中等冲击载荷,轴承预期计算寿命L’h=15000h。
设初选两个轴承型号均为30205,其基本额定动载荷和静载荷分别为C=32200N、C0=37000N,计算系数e=0.37,Y=1.6,Y0=0.9。
试验算该对轴承能否达到预期寿命要求。
3.指出图中齿轮轴系上的错误结构并改正之。
滚动轴承采用脂润滑。
第十四章联轴器、离合器与制动器
复习思考题
1、机械式联轴器有哪些类型?
各有何特点?
分别适用于什么场合?
2、如何确定联轴器的类型与尺寸?
3、牙嵌式离合器与摩擦式离合器各适用于什么场合?
4、超越离合器的工作原理如何?
适用于哪些场合?
5、制动器与离合器的区别是什么?
常开式制动器与常闭式制动器各适用于什么场合?
习题
1.试说明联轴器与离合器的不同功用。
2.离心式水泵与驱动电动机用尼龙柱销联轴器联接,传递功率38kW,转速为960r/min。
两端被联接轴直径分别为d1=60mm,d2=50mm。
试选择联轴器的型号。
第十五章弹簧
复习思考题
1、按承载性质和外形弹簧各分为哪几种主要类型?
2、什么是弹簧的刚度?
什么是弹簧的阻尼系数?
3、如何确定弹簧的材料及许用应力?
4、什么是弹簧的弹簧指数?
它与弹簧的工作性能有什么关系?
第十六章机架零件
复习思考题
1、对机架零件设计的一般要求有哪些?
2、不同截面形状的机架,对强度和刚度的影响如何?
3、如何合理布置机架的肋板以增加机架的强度和刚度?