机械设计复习习题及参考 答案

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1、第一章第一章 1-1 机械的基本组成要素是什么？ 机械的基本组成要素是 机械零件 1-2 什么是零件？什么是构件？什么是部件？试各举三个实例。 零件是组成机器的不可拆的基本单元，即制造的基本单元。如齿轮、轴、螺钉等。 构件是组成机器的运动的单元，可以是单一整体也可以是由几个零件组成的刚性结构， 这些零件之间无相对运动。如内燃机的连杆、凸缘式联轴器、机械手的某一关节等。 部件是由一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合体， 如减速器、 离合 器、联轴器。 1-3 什么是通用零件？什么是专用零件？试各举三个实例。 通用零件在各种机器中经常都能用到的零件，如：齿轮、螺钉、轴等。 专用零件在

2、特定类型的机器中才能用到的零件，如：涡轮机的叶片、内燃机曲轴、减速 器的箱体等。 第二章第二章 2-1 以台完整的机器通常由哪些基本部分组成？各部分的作用是什么？ 一台完整的机器通常由 原动机、 执行部分和 传动部分三个基本部分组成。 原动机是驱动整部机器以完成预定功能的动力源； 执行部分用来完成机器的预定功能； 传动部分是将原动机的运动形式、 运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、 运 动及动力参数。 2-2 设计机器时应满足哪些基本要求？设计机械零件时应满足哪些基本要求？ 设计机器应满足使用功能要求、经济性要求、劳动保护要求、可靠性要求及其它专用要 求。 设计机械零件应满足避免在预定

3、寿命期内失效的要求、结构工艺性要求、经济性要求、 质量小的要求和可靠性要求。 2-3 机械零件主要有哪些失效形式？常用的计算准则主要有哪些？ 机械零件常见的失效形式：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常 工作条件引起的失效等。 常用的计算准则主要有强度准则、 刚度准则、 寿命准则、 振动稳定性准则和可靠性准则。 2-4 什么是零件的强度要求？强度条件是如何表示的？如何提高零件的强度？ 强度要求为确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形。强度条件为vv2 。 8-5 在平带或 V 带传动中，影响临界有效拉力Fec的因素是 预紧力 Fo 、包角和 摩擦系数 f 。 8-6 摩擦型带传

4、动常用的类型有哪几种？各应用在什么场合？ 摩擦型带传动可分为平带传动，圆带传动，V 带传动和多锲带传动。 平带传动应用在传动中心距较大的情况下； 圆带传动多用于小功率情况； V 带传动适用于需要较大传递功率的场合； 多锲带传动用于传递功率较大同时要求结构紧凑的场合。 8-7 在单根普通 V 带的基本额定功率表中，单根带的额定功率 PO值随小带轮转速增大而有 何变化特点？试说明其原因。 PO随小带轮转速增大而增大，当转速超过一定值后，PO随小带轮转速的进一步增大而下 降。这是因为P=Fev，在带传动能力允许的范围内，随着小带轮转速的增大（带速 v 增大） 带传递的功率增大。然而当转速超过一定值后

5、，由于离心力的影响，使得带所能传递的有效 拉力Fe下降，因此，小带轮转速进一步增大时，带的传动能力 PO下降。 8-13 带传动中的弹性滑动是如何发生的？打滑又是如何发生的？两者有何区别？对带传动 各产生什么影响？打滑首先发生在哪个带轮上？为什么？ 在带传动中，带的弹性滑动是因为带的弹性变形以及传动动力时松、紧边的拉力差造 成的，是带在轮上的局部滑动，弹性滑动是带传动所共固有的，是不可避免的。弹性滑动是 带传动的传动比增大。 当带传动的负载过大，超过带与轮间的最大摩擦力时，将发生打滑，打滑时带在轮上 全面滑动，打滑时带传动的一种失效形式，是可以避免的。打滑首先发生在小带轮上，因为 小带轮上带的

6、包角小，带与轮间所能产生的最大摩擦力较小。 8-14 在设计带传动时，为什么要限制小带轮最小基准直径和带的最小、最大速度？ 小带轮的基准直径过小， 将使 V 带在小带轮上的弯曲应力过大， 使带的使用寿命下降。 小带轮的基准直径过小，也使得带传递的功率过小，带的传动能力没有得到充分利用，是一 种不合理的设计。 带速 v 过小，带所能传递的功率也过小（因为P=Fv） ，带的传动能力没有得到充分利 用； 带速 v 过大， 离心力使得带的传动能力下降过大， 带传动在不利条件下工作， 应当避免。 第九章第九章 9-1 与齿轮传动相比较，链传动的主要特点之一是 （3） 。 （1）适合于高速 （2）制造成本

7、高 （3）安装精度要求较低 （4）有过载保护 9-2 滚子链是由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板所组成，其 内链板与套筒 之间、 外 链板与销轴 之间分别为过盈配合， 而 滚子与套筒 之间、 套筒与销轴 之间分别为间隙配 合。 9-3 链条的磨损主要发生在 销轴与套筒 的接触面上。 9-4 在链传动中，链轮的转速 越高 ，节距 越大 ，齿数 越少 ，则传动的动载荷越大。 9-5 链传动的主要失效形式有 链条疲劳破坏、链条铰链的磨损、链条铰链的胶合、链条静 力破坏 四种，在润滑良好、中等速度的链传动中，其承载能力主要取决于 链条的疲劳强 度 。 9-6 与带传动相比，链传动的有何优缺点？ 优点：

8、与摩擦型的带传动相比，链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因而能保持准确的 平均传动比，传动效率较高；又因链条不需要想带那样张得很紧，所以作用于轴上的径向压 力较小；链条多采用金属材料制造，在同样的使用条件下，链传动的整体尺寸较小，结构较 为紧凑；同时，链传动能在高温和潮湿的环境中工作 与齿轮传动相比，链传动的制造与安装精度要求较低，成本也低。在远距离传动时，其 结构比齿轮传动轻便得多。 缺点：只能实现平行轴间链轮的同向传动，运转时不能保持恒定的瞬时传动比，磨损后 易发生跳齿，工作时有噪声，不宜用在载荷变化很大、高速和急速反向的传动中。 9-7 在多排链传动中，链的排数过多有何不利？ 由于链条制造

9、精度的影响，链条的排数过多，将使得各排链承受的载荷不易均匀。 9-8 对链轮材料的基本要求是什么？对大、小链轮的硬度要求有何不同？ 对链轮材料的基本要求是具有足够的耐磨性和强度。 由于小链轮轮齿的啮合次数比大链 轮的多，小链轮轮齿受到链条的冲击也较大，故小链轮应采用较好的材料，并具有较高的硬 度。 9-9 齿形链与滚子链相比，有何优缺点？ 与滚子链相比，齿形链传动平稳，噪声小，承受冲击性能好，效率高，工作可靠，故常 用于高速、 大传动比和小中心距等工作条件较为严酷的场合。 但是齿形链比滚子链结构复杂， 难于制造，价格较高。滚子链用于一般工作场合。 9-14 为什么小链轮齿数不宜过多或过少？ 小

10、链轮的齿数 z1过少，运动不均匀性和动载荷增大，在转速和功率给定的情况下，z1 过小使得链条上的有效圆周力增大，加速了链条和小链轮的磨损。 小链轮的齿数 z1过大将使得大链轮齿数 z2过大，既增大了链传动的结构尺寸和重量， 又造成链条在大链轮上易于跳齿和脱链，降低了链条的使用寿命。 第十章第十章 10-1 在齿轮传动的设计计算中，对下列参数和尺寸应标准化的有 斜齿轮的法面模数mn、 分度圆压力角 ； 应圆整的有 斜齿轮中心距 a、 齿宽 B ； 没有标准化也不应圆整的有 斜 齿轮的端面模数mt 、直齿轮中心距 a 、齿厚 s 、螺旋角 、锥距 R 、齿顶圆直径da 。 10-2 材料为 20C

11、r 的硬齿面齿轮，适宜的热处理方法是 渗碳淬火 。 10-3 将材料为 45 钢的齿轮毛坯加工成为 6 级精度的硬齿面直齿圆柱外齿轮， 该齿轮制造工 艺顺序应是 （1）滚齿、表面淬火、磨齿 。 （1）滚齿、表面淬火、磨齿 （2）滚齿、磨齿、表面淬火 （3）表面淬火、滚齿、磨齿 （4）滚齿、调质、磨齿 10-4 在齿轮传动中，仅将齿轮分度圆的压力角增大，则齿面接触应力将 减小 。 10-5 在齿轮传动中， 将齿轮进行齿顶修缘的目的是 为了减小动载荷 ， 将轮齿加工成鼓形 齿的目的是 为了改善载荷沿齿向的分布不均 。 10-6 影响齿轮传动动载系数KV大小的两个主要因素是 齿轮的圆周速度大小和精度

12、高低 。 10-7 一对正确啮合的标准渐开线齿轮作减速传动时，如两轮的材料、热处理及齿面硬度均 相同，则齿根弯曲应力 F1F2 。 10-8 一对钢制齿轮与一对载荷、尺寸参数都完全相同的铸铁齿轮相比具有较大的齿面接触 应力，这是由于钢材具有 （2）较大的弹性模量 。 （1）较高的许用接触应力 （2）较大的弹性模量 （3）较大的塑性 10-9 齿轮的弯曲疲劳强度极限F lim 和接触疲劳强度极限H lim 是经持久疲劳试验并 按失效概率为 1% 来确定的，实验齿轮的弯曲应力循环特性为 脉动 循环。 10-10 直齿锥齿轮传动的强度计算方法是以 齿宽中点处 的当量圆柱齿轮为计算基础的。 10-11

13、 在不改变齿轮的材料和尺寸的情况下，如何提高轮齿的抗折断能力？ 减小齿根处的应力集中；增大轴和轴承处的支承刚度；采用合适的热处理方法，使齿 面具有足够硬度，而齿芯具有足够的韧性；对齿根表面进行喷丸、滚压等强化处理。 10-12 为什么齿面点蚀一般首先发生在靠近节线的齿根面上？在开式齿轮传动中， 为什么一 般不出现点蚀破坏？如何提高齿面抗点蚀的能力？ 在节线附近通常为单对齿啮合， 齿面的接触应力大； 在节线附近齿面相对滑动速度小， 不易形成承载油膜，润滑条件差，因此易出现点蚀。 在开式齿轮传动中， 由于齿面磨损较快， 在点蚀发生之前， 表层材料已被磨去， 因此， 很少在开式齿轮传动中发现点蚀。

14、10-13 在什么工况下工作的齿轮易出现胶合破坏？胶合破坏通常出现在轮齿的什么部位？ 如何提高齿面抗胶合的能力？ 高速重载的齿轮穿易出现热胶合， 有些低速重载的齿轮传动会发生冷胶合。 胶合破坏通 常发生在轮齿相对滑动速度大的齿顶和齿根部位。 10-14 闭式齿轮传动与开式齿轮传动的失效形式和设计准则有何不同？为什么？ 闭式齿轮传动的主要失效形式为 轮齿折断、 点蚀和胶合 。 设计准则为保证齿面接触疲 劳强度和保证齿根弯曲疲劳强度。 采用合适的润滑方式和采用抗胶合能力强的润滑油来考虑 胶合的影响。 开式齿轮传动的主要失效形式为齿面磨损和轮齿折断， 设计准则为保证齿根弯曲疲劳强 度。采用适当增大齿

15、轮的模数来考虑齿面磨损对轮齿抗弯能力的影响。 10-15 通常所谓软齿面与硬齿面的硬度界限是如何划分的？软齿面齿轮和硬齿面齿轮在加 工方法上有何区别？为什么？ 软齿面齿轮的齿面硬度350HBS，硬齿面齿轮的齿面硬度350HBS。 软齿面齿轮毛坯经正火或调质处理之后进行切齿加工，加工方便，经济性好。 硬齿面齿轮的齿面硬度高， 不能采用常规刀具切削加工。 通常是先对正火或退火状态的 毛坯进行切齿粗加工（留有一定的磨削余量） ，然后对齿面进行硬化处理（采用淬火或渗碳 淬火等方法） ，最后进行磨齿精加工，加工工序多，费用高，适用于高速、重载以及精密机 器的齿轮传动。 10-16 导致载荷沿轮齿接触线分

16、布不均的原因有哪些？如何减轻载荷分布不均的程度？ 轴、轴承以及支座的支承刚度不足，以及制造、装配误差等都会导致载荷沿轮齿接触线 分布不均， 另一方面轴承相对于齿轮不对称布置， 也会加大载荷在接触线上分布不均的程度。 改进措施有：增大轴、轴承以及支座的刚度；对称布置轴承；尽量避免将齿轮悬臂布置； 适当限制齿轮的宽度；提高齿轮的制造和安装精度等。 10-17 在进行齿轮强度计算时，为什么要引入载荷系数 K？载荷系数 K 是由哪几部分组成？ 各考虑了什么因素的影响？ 齿轮上的公称载荷Fn是在平稳和理想条件下得来的，而在实际工作中，还应当考虑到 原动机及工作机的不平稳对齿轮传动的影响， 以及齿轮制造和安装误差等造成的影响。 这些 影响用引入载荷系数 K 来考虑，K=KAKVKK KA为使用系数，用于考虑原动机和工作机对齿轮传动的影响；KV为动载系数，用于考 虑齿轮的静度和速度对动载荷大小的影响；K为齿间载荷分配系数，用于考虑载荷在两对 （或多对）齿上分配不均的影响；K为齿向载荷分布系数，用于考虑载荷沿轮齿接触线长 度方向上分布不均的