机械设计期末考试复习题

1机械设计总复习一、简答题1、开式和闭式两种齿轮传动中，哪种传动一般不会出现点蚀现象？说明原因。答：开式齿轮传动一般不会出现点蚀，这主要是因为开式齿轮磨损速度一般大于疲劳裂纹扩展速度。也就是开式齿轮传动因为磨损严重，接触疲劳裂纹发生后，即被迅速磨去，因而不会发生点蚀。2、机器的基本组成要素是什么？答：机械系统总是由一些机构组成，每个机构又是由许多零件组成。所以，机器的基本组成要素就是机械零件。3、什么是通用零件？什么是专用零件？试各举三个实例。答：在各种机器中经常能用到的零件称为通用零件。如螺钉、齿轮、弹簧、链轮等。在特定类型的机器中才能用到的零件称为专用零件。如汽轮机的叶片、内燃机的活塞、曲轴等。4、在机械零件设计过程中，如何把握零件与机器的关系？答:在相互连接方面，机器与零件有着相互制约的关系；在相对运动方面，机器中各个零件的运动需要满足整个机器运动规律的要求；在机器的性能方面，机器的整体性能依赖于各个零件的性能，而每个零件的设计或选择又和机器整机的性能要求分不开。5、流体形成稳定动压润滑油膜的条件是什么？简述向心滑动轴承形成动压油膜的过程？1）润滑油要具有一定的粘度；2）两摩擦表面要具有一定的相对滑动速度；3）相对滑动的表面间要形成收敛的楔形间隙；4）有充足的供油量。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。6、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100万转为单位）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100万转时，轴承所能承受的载7、2机器由哪三个基本组成部分组成？传动装置的作用是什么？答:机器的三个基本组成部分是：原动机部分、执行部分和传动部分。传动装置的作用：介于机器的原动机和执行部分之间，改变原动机提供的运动和动力参数，以满足执行部分的要求。8、什么叫机械零件的失效？机械零件的主要失效形式有哪些？答:机械零件由于某种原因丧失工作能力或达不到设计要求的性能称为失效。机械零件的主要失效形式有1）整体断裂；2）过大的残余变形（塑性变形）；3）零件的表面破坏，主要是腐蚀、磨损和接触疲劳；4）破坏正常工作条件引起的失效：有些零件只有在一定的工作条件下才能正常工作，如果破坏了这些必要的条件，则将发生不同类型的失效，如带传动的打滑，高速转子由于共振而引起断裂，滑动轴承由于过热而引起的胶合等。9、设计机械零件时应满足哪些基本要求？【答】机械零件的基本设计要求有：避免在预定寿命期内失效的要求；结构工艺性要求；经济性要求；质量小要求；可靠性要求。10、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。11、试分析张紧力F0的大小对带传动的影响。答：张紧力F0越大，则带传动的承载能力就越大，但同时带中所受的拉应力也越大，带的磨损加剧，从而降低带的寿命；张紧力越小，虽可减小带中的拉应力，提高带的寿命，但带传动的承载能力会降低，工作时易跳动和打滑。12、下图所示为某零件与机架通过螺栓联接的示意图，试分析该联接在载荷F作用下可能发生的失效形式。答：如图，该联接可能发生的失效形式有：1）左端受力最大的螺栓被拉断；32）在载荷F产生的力矩作用下，接合面左端可能分离，零件或机架的右接合面处可能被压坏；3）在载荷F作用下，零件相对机架产生滑移。13、以磨损量为纵坐标、时间为横坐标画图表示机械零件的正常磨损过程，在图中相应位置标示正常磨损过程经历的几个磨损阶段，简述各阶段磨损情况。答：磨损图如右图所示。磨合磨损阶段：是指在机器使用初期，为改善机器零件的适应性、表面形态和摩擦相容性的磨损过程；稳定磨损阶段：磨损率保持不变，属于正常工作阶段；失效磨损阶段：磨损率急剧增加，使工作条件迅速恶化，导致失效。14、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。15、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。16、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。17、简述齿向载荷分布系数K和齿间载荷分配系数K分别考虑的是什么因素对齿轮所受载荷的影响？。答：1）齿向载荷分布系数K考虑的是由于轴的变形和齿轮制造误差等引起载荷沿齿宽方向分布不均匀性的影响；2）齿间载荷分配系数K考虑的是同时啮合的各对轮齿间载荷分配不均匀的影响。18、简述齿面点蚀的种类及其概念。答：齿面点蚀分为初期点蚀和扩展性点蚀。初期点蚀是指工作初期由于啮合的齿面接触不良造成局部应力过高而出现麻点，齿面经一段时间跑合后，接触应力趋于均匀，麻点不再扩展，甚至消失的现象。扩展性点蚀是指随工作时间增加，齿面点蚀面积不断扩展，麻点尺寸、数量不断增多的现象，此时会产生强烈的振动和噪声，导致齿轮失效。19、分析比较平键和楔键的工作特点和应用场合。磨合磨损稳定磨损失效磨损磨损量时间4【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。20、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。21、影响带传动工作能力的因素有哪些？【答】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。22、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。23、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。24、简述螺纹连接过程中预紧和防松的重要性。答：预紧可夹紧被连接件，使连接接合面产生压紧力（即预紧力），它能防止被连接件的分离、相对滑移或接合面开缝。适当的预紧力，可提高连接的可靠性、紧密性。静载下，连接螺纹副中由于预紧和自锁，螺母和螺栓头部的支承面摩擦力可有效地放止连接松脱，但在冲击、振动及变载荷作用下或当高温、温度变化较大时，连接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或瞬时消失，使螺母松脱，导致连接失效。而螺纹连接一旦失效，轻者影响机器正常5运转，重则机毁人亡，因此，螺纹连接过程中不仅要有适当的预紧，还必须采取有效、合理的防松措施。25、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。26、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。27、简述提高螺纹联接强度的措施。答：（1）降低影响螺栓疲劳强度的应力幅；（2）改善螺纹牙上载荷分部不均的现象；（3）减小应力集中的影响；（4）采用合理的制造工艺方法。28、轴的结构设计中要考虑那些因素？答：（1）轴上零件（传动件、轴承）的布置，应使轴处于最佳的受力状态。（2）有利于轴上零件具有准确的工作位置（定位）和牢靠的固定。（3）轴的结构应满足“结构工艺性要求”。对轴自身而言，应便于加工；对轴上零件而言，要便于安装、拆卸、调整。（4）尽量减少应力集中，提高轴的疲劳强度。29、齿轮的强度计算准则有几种？在软、硬齿面搭配的设计中，为什么大齿轮的齿面硬度要低于小齿轮？答：齿轮的强度计算准则有：（1）保证齿根弯曲疲劳强度；（2）保证齿面接触疲劳强度。在软、硬齿面搭配的设计中，大齿轮的齿面硬度要低于小齿轮是因为：对于金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为30～50HBS或更多，当小齿轮与大齿轮的齿面具有较大的硬度差、且速度又较高时，较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面会起较显著的冷作硬化效应，从而提高大齿轮齿面的疲劳极限。30、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。6【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。31、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。32、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。33、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