机械设计思考题答案.docx

2012机械设计思考题参考答案（此为自行整理的答案，仅供参考）第一篇1. 机器的基本组成要素是什么？p1（课本，下同）答：机器的基本组成要素是机械零件。2. 机械零件分哪两大类？答：通用零件，专用零件。3. 什么叫部件？(摘自百度文库)为完成共同任务而结合起来的一组零件成为部件，是装配的单元，eg.滚动轴承、联轴器4. 机器的基本组成部分是什么？p3答：原动机部分，传动部分，执行部分。5. 机械零件的主要失效形式有那些？p10-11答：整体断裂，过大的残余变形，零件的表面破坏，破坏正常工作条件引起的失效。6. 机械零件的设计准则是什麽？其中最基本的准则是什麽？p11-14答：机械零件的设计准则是设计时对零件进行计算所依据的准则；其中最基本的准则有强度准则，刚度准则，寿命准则，振动稳定性准则，可靠性准则。(是强度准则，刚度准则，寿命准则，振动稳定性准则，可靠性准则；最基本的准则是强度准则)7. 什麽叫静应力、变应力和稳定循环变应力？稳定循环变应力有那三种形式？静应力：应力幅等于零的应力（p24）；大小和方向不随时间转移而产生变化或变化较缓慢的应力。其作用下零件可能产生静断裂或过大的塑性变形，即应按静强度进行计算。（百度文库）变应力：大小和方向均随时间转移而产生变化的应力。它可以是由变载荷引起的，也可能因静载荷产生的（如电动机重量给梁带来的弯曲应力）。变应力作用的零件主要发生疲劳失效。（百度文库）稳定循环变应力：变应力的最大、最小应力始终不变。（百度文库）（不稳定循环变应力：变应力的最大、最小应力呈周期性变化。）稳定循环变应力：单向稳定变应力，单向不稳定变应力，双向稳定变应力三种形式。8. 什麽是疲劳极限？何为有限寿命疲劳极限阶段和无限寿命疲劳阶段？疲劳极限：在疲劳试验中，应力交变循环大至无限次而试样仍不破损时的最大应力。（百度百科）有限寿命疲劳极限阶段：在-N曲线上，试件经过一定次数的交变应力作用后总会发生疲劳破坏的范围，即CD段；无限寿命疲劳阶段：在-N曲线上，作用的变应力的最大应力小于持久疲劳极限（即D点的应力），无论应力变化多少次，材料都不会破坏的范围，即D点以后的线段。P239. 表示变应力的基本参数有那些？它们之间的关系式是什麽？(课件)(1) 最大应力：max(2) 最小应力：min(3) 平均应力：m= (4) 应力幅值：a= (5) 应力循环特性 r：r = 描述规律性的交变应力可有5个参数，但其中只有2个参数是独立的。10. 影响零件疲劳强度的因素有那些？如何提高零件的疲劳强度？p32影响零件疲劳强度的因素：几何形状；材料缺陷；剖面形状；表面质量；表面强化处理。提高零件的疲劳强度的措施：1、尽可能降低零件上的应力集中的影响；2、选用疲劳强度高的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺；3、提高零件的表面质量；4、尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹。第二篇1. 螺纹的基本参数，常用螺纹的种类、特性及其应用。P62答：基本参数：大径d，小径d1，中径d2，线数n，螺距P，导程S，螺纹升角，牙型角，接触高度h；常用螺纹的种类、特性及其应用见教材P62表5-1。2. 螺纹连接的基本类型有哪些？各应用于什么场合？p64答：螺栓连接，应用极广；双头螺柱连接，适用于结构上不能采用螺栓连接的场合；螺钉连接，多用于受力不大，或不需要经常拆装的场合；紧定螺钉：锥端，适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸的场合；平端，常用于顶紧硬度较大的平面或经常拆卸的场合； 圆柱端，适用于紧定空心轴上的零件位置。P673. 在实际应用中，绝大多数螺纹联接都需要预紧，其目的是什么？p68答：预紧的目的在于增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移。4. 螺纹联接松脱的原因是什么？防松的实质是什么？常用的防松方法有那些？p70答：在冲击、振动或变载荷的作用下，螺旋副间的摩擦力可能减小或瞬间消失，这种现象多次重复后，就会使连接松脱；防松的根本问题在于防止螺旋副在受载时发生相对转动；常用的防松方法：摩擦防松（对顶螺母、弹簧垫圈、自锁螺母），机械防松（开口销与六角开槽螺母、止动垫圈、串联钢丝），破坏螺旋副运动关系防松（铆合、冲点、涂胶粘剂）。5. 松螺栓联接和紧螺栓联接的区别是什么？在计算中如何考虑这些区别？p80答：松螺栓连接装配时，螺母不需要拧紧，在承受工作载荷之前，螺栓不受力；紧螺栓连接装配时，螺母需要拧紧，在拧紧力矩作用下，螺栓除受预紧力的拉伸而产生拉伸应力外，还受螺纹摩擦力矩的扭转而产生扭转切应力，使螺栓处于拉伸与扭转的复合应力状态下。区别：对于M10-M64普通螺纹钢制紧螺栓连接，在拧紧时虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时可以只按拉伸强度计算，并将所受的拉力（预紧力增大30%来考虑扭转的影响。6. 对于受轴向载荷的紧螺栓联接，若考虑螺栓和被联接件的刚度影响，螺栓受到的总拉力是否等于预紧力和工作拉力之和？为什么？p82-p83答：这种紧螺栓连接承受轴向拉伸工作载荷后，由于螺栓和被连接件的弹性变形，螺栓所受的总拉力并不等于预紧力和工作拉力之和。7. 螺栓组联接的结构设计（P73）螺栓组联接的受力分析（P74）8. 键链接的主要目的是什么？p103答：通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。9. 键联接有哪些类型？平键和楔键在结构和工作原理上有什么不同？p103-104答：键连接的主要类型有：平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接；平键：键的两侧面是工作面，工作时，靠键同键槽侧面的挤压来传递转矩；楔键：键的上下两面是工作面，键的上表面和与它配合的轮毂键槽底面均具有1：100的斜度，工作时，靠键的楔紧作用来传递转矩，同时还可以承受单向的轴向载荷，对轮毂起到单向的轴向固定作用。第三篇带传动1. 带传动有何特点？p143答：带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点。(摩擦式带传动有弹性滑动和打滑的现象，传动比不稳定。)2. 带传动的类型有那些？p144答：按照工作原理的不同，带传动可分为摩擦型带传动和啮合型带传动。在摩擦型带传动中，根据传动带的横截面形状的不同，又可以分为平带传动、圆带传动、V带传动和多楔带传动。3. 与平带传动相比，V带传动有何特点？p144答：在同样的张紧力下，带传动较平带传动能产生更大的摩擦力；允许的传动比大，结构紧凑。4. 常用普通V带有哪几种型号？窄V带有哪几种型号？答：普通V带的带型分为Y、Z、A、B、C、D、E7种；窄V带也有7种。5. 带传动正常工作时，紧边与松边拉力F1、F2与预紧力F0应满足什么关系？答：F1-F0=F0-F26. 何为带传动的弹性滑动和打滑？各是什么原因引起的？对带传动的影响是什么？二者的性质有何不同？p150答：弹性滑动：定义及原因：由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的微量滑动。影响：从动轮的圆周速度v2主动轮的圆周速度v1，速度降低的程度可用滑动率来表示：其中： 因此，传动比为：性质：因为带传动总有紧边和松边，所以弹性滑动也总是存在的，是无法避免的。打滑：定义及原因：当总摩擦力增加到临界值时，弹性滑动的区域也就扩大到了整个接触弧，此时如果再增加带传动的功率，则带与带轮间就会发生显著的相对滑动，即整体打滑。/（若带的工作载荷进一步加大，有效圆周力达到临界值Fec后，则带与带轮间会发生显著的相对滑动，即产生打滑。）影响：打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急速降低，带传动失效，这种情况应当避免。但是，当带传动所传递的功率突然增大而超过设计功率时，这种打滑却可以起到过载保护的作用。7. 欧拉公式的含义是什麽？（课件）带传动的最大有效拉力Fec 由欧拉公式确定即欧拉公式给出的是带传动在极限状态下各力之间的关系，或者说是给出了一个具体的带传动所能提供的最大有效拉力Fec 。由欧拉公式可知：预紧力F0最大有效拉力Fec 包角最大有效拉力Fec 摩擦系数 f最大有效拉力Fec 当已知带传递的载荷时，可根据欧拉公式确定应保证的最小初拉力F0。切记：欧拉公式不可用于非极限状态下的受力分析！/欧拉公式表示了带的最大传动能力，在临界打滑的情况下，紧边和松边拉力之比为。从公式可见：增大摩擦系数、增大包角、尽量使传动在靠近最佳速度下工作都可以提高带的传动能力，此外还可以采用新型带传动、采用高强度带材料等。8. 带传动时，带中所受的应力有那几种？带中所受最大应力应在何处？p148-149答：拉应力、弯曲应力、离心拉应力；带中可能产生的瞬时最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮处。9. 带传动的主要失效形式是什么？设计准则是什麽？ （课件）答：带传动的主要失效形式是打滑和传动带的疲劳破坏。带传动的设计准则：在不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。10. 带轮主要用哪些材料制造?带轮的结构形式有哪些？根据什麽来选带轮的结构形式？（课件）答：通常采用铸铁，常用材料的牌号为HT150和HT200。转速较高时宜采用铸钢或用钢板冲压后焊接而成，小功率时可用铸铝或塑料V带轮的典型结构有：实心式、 腹板式、 孔板式和 轮辐式。 带轮的结构设计，主要是根据带轮的基准直径选择结构形式。链传动1. 链传动基本组成部分？与带传动和链传动相比链传动有那些特点？p165答：由链条和链轮组成；与摩擦型的带传动相比：a. 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；b. 又因链条不需要像带那样张得很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；c. 链条采用金属材料制造，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；d. 同时，链传动能在高温和潮湿的环境中工作。2. 滚子链的结构由哪些元件组成？链节数最好是奇数还是偶数？p166答：由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板组成；最好是偶数。3. 滚子链标记为：16A-2X138 GB1234.1-83的含义是什么？p167答：A系列、节距25.4mm、双排、138节的滚子链。4. 为什么在一般情况下，链传动的瞬时传动比不是常数？p173答：链传动瞬时传动比为：其中与均在周期内不断变化，因此由公式可知，链传动的瞬时传动比是变化的，故并非常数。链传动的传动比变化与链条绕在链轮的多边形特征有关。/链传动链传动的不均匀性的特征，是由于围绕在链轮上的链条形成了正多边形这一特点所造成的，也称为链传动的多边形效应。5. 链传动的主要失效形式由哪些？p175答：链的疲劳破坏、链条铰链的磨损、链条铰链的胶合、链条的静力破坏。齿轮传动1. 齿轮传动的主要特点是什么？缺点是什麽？p186答：效率高，结构紧凑，工作可靠、寿命长，传动比稳定；缺点是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用与传动距离过大的场合。2. 齿轮传动有那些失效形式？各是什麽原因造成的？p186-188、课件答：轮齿折断：因为在齿根过渡部分的载面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用，当轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断；齿面磨损：当啮合齿面间落入磨料性物质（如砂粒、铁屑等）时，齿面即被逐渐磨损而致报废。这是开式齿轮传动的主要失效形式之一；齿面点蚀：齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象；齿面胶合：对于高速重载的齿轮传动，齿面间的压力大，瞬时温度高，润滑效果差，当瞬时温度过高时，相啮合的两齿面就会发生粘在一起的现象，由于此时两齿面又在作相对滑动，相粘接的部位即被撕破，于是在齿面上沿相对滑动的方向形成伤痕。塑性变形：由于在过大的压力作用下，轮齿表面材料处于屈服状态，在齿面切向力作用下产生的材料塑性流动。3. 一般齿轮传动的设计准则是什么？课件对一般工况下的齿轮传动，其设计准则是： 保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。 保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面抗胶合能力的准则进行设计。4. 闭式齿轮传动和开式齿轮传动的设计准则是什麽？说明原因。P189、课件答： 闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。原因：在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主；开式齿轮传动，按理应保证齿面抗磨损及齿根抗折断能力两准则计算，但对齿面抗磨损能力的计算方法迄今尚不够完善，故目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。5. 齿轮强度计算为什么要用计算载荷？载荷系数有那些影响因素？其中各影响因素的主要内容是什麽？p192、课件原因：a.在实际传动中，由于原动机及工作机性能的影响，以及轮齿的制造误差，特别是基节误差和齿形误差的影响，会使法向载荷增大；b.在同时啮合的齿对间，载荷的分配并不是均匀的，即使在一对齿上，载荷也不可能沿接触线均匀分布。因此在计算齿轮传动的强度时，应按接触线单位长度上的最大载荷，即计算载荷；载荷系数的影响因素：K为载荷系数，其值为：KKA Kv K KKA 使用系数；K齿间载荷分配系数；Kv 动载系数；K齿向载荷分布系数a.使用系数KA：是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加载荷影响的系数；b.动载系数KV：是考虑齿轮啮合刚度变化、制造装配误差等引起的附加动载荷影响的系数；c.齿间载荷分配系数K：是考虑由于齿距误差及弹性变形等因素，使载荷在各啮合齿间分配不均匀的影响系数；d.齿向载荷分布系数K：考虑载荷在齿面上分布不均的影响系数； 6. 齿型系数YFa的物理意义是什么？应力校正系数YSa主要考虑的是对什么的影响？p200 课件答：YFa为齿形系数，是一个无因次量，是仅与齿形有关而与齿的大小（模数m）无关的系数，其值可根据齿数查表获得。（与齿数有关）主要考虑的是载荷作用于齿顶时的影响。7. 齿宽系数d的定义及选择原则？p205答：d=b/d1；由齿轮的强度计算公式可知，轮齿愈宽，承载能力也愈高，因而轮齿不宜过窄；但增大齿宽又会使齿面上的载荷分布更趋不均匀，故齿宽系数应取得适当。8. 一对相啮合的大小齿轮，其齿轮的接触应力是否相等？齿根弯曲应力是否相等？p203答：相等；相等。9. 载荷作用在何处时齿根弯曲应力最大？而弯曲疲劳强度计算时，为什么通常假设载荷作用于齿顶。P199答：齿根所受的最大弯矩发生在齿轮啮合点位于单对齿啮合区最高点时；对于制造精度较低的齿轮传动，由于制造误差大，实际上多由在齿顶处啮合的齿轮分担较多的载荷，为便于计算，通常假设载荷作用于齿顶。10. 一般用途的齿轮传动规定的标准压力角为多少？p204答：2011. 如何选择齿数？p205答：闭式齿轮传动，小齿轮一般取z1=2040；开式（半开式）齿轮传动，小齿轮一般取1720；为使轮齿免于根切，对于=20的标准直齿圆柱齿轮，应取z117；小齿轮确定后大齿轮按齿数比u=z2/z1计算，z2和z1一般互为质数。12. 斜齿轮传动有何特点？螺旋角应如何确定？p214轴向力与tan成正比，为了不使轴承承受过大的轴向力，斜齿圆柱齿轮传动的螺旋角不宜选得过大，常在=820之间选择。13. 齿轮的主要结构类型有那些？什麽情况下加工成齿轮轴？p229 参考书主要结构类型：a.实心结构；b.腹板式结构；c.带加强肋的腹板式结构；d.轮辐式结构的齿轮。对于直径很小的钢制齿轮，当为圆柱齿轮时，若齿根圆到键槽底部的距离e2（为端面模数），当为锥齿轮时，按齿轮小端尺寸计算而得到的e1.6时，均应将齿轮和轴做成一体，即齿轮轴。（当齿轮的齿顶圆直径小于160mm时，可以做成实心结构或腹板结构的齿轮；当齿顶圆直径小于500mm时可以做成腹板结构齿轮，其中当齿顶圆直径大于300mm时可以设加强筋板；当齿轮的齿顶圆直径更大时可以采用轮辐式结构）14. 在齿轮加工时，常用的热处理方法有哪些？（百度知道）普通极轻载荷齿轮可以不热处理；一般轻载荷的齿轮用正火或调质齿轮.较重要齿轮用表面淬火或整体淬火就可以。重要齿轮是要用调质+表面淬火、渗碳淬火；轻载精密齿轮碳氮共渗或软氮化。15. 齿面磨损产生的的原因、后果及减轻或防止磨损的主要方法答：齿轮在传动时，相啮合的齿面间有相对滑动，因此就要发生摩擦和磨损，增加动力消耗，降低传动效率，主要方法为在轮齿啮合面间加注润滑剂。第四篇滑动轴承1. 在不完全液体润滑滑动轴承设计中，限制pv值的主要目的是什么？p286答：轴承的发热量与其单位面积上的摩擦功耗fpv成正比，限制pv值就是限制轴承的温升。2. 滑动轴承本身具有哪些独特的优点？（参考书）a. 滑动轴承因面接触而承载能力大；b. 轴承工作面上的油膜有减振、抗冲击和消除噪声的作用，处于液体润滑状态的活动轴承，摩擦系数非常小，磨损很轻，寿命很长；c. 可以达到很高的回转精度，制造成本比滚动轴承低；d. 轴承的径向尺寸小，可制成剖分结构，便于长轴的中间支撑。所以在不便于采用滚动轴承的高速、高精度、重载、结构上要求剖分的场合，普遍采用滑动轴承。3. 滑动轴承分类p275答：按承受载荷方向：径向轴承，止推轴承；按滑动表面间润滑状态：液体润滑轴承，不完全液体润滑轴承，自润滑轴承；按液体润滑承载机理：液体动力润滑轴承，液体静压润滑轴承。滚动轴承1. 滚动轴承主要由哪些零件组成？p307答：内圈，外圈，滚动体，保持架。2. 滚动体主要由哪些形状？p307答：球，圆柱滚子，圆锥滚子，球面滚子，非对称球面滚子，滚针等。3. 与滑动轴承相比，滚动轴承主要由哪些特点？p275、参考书摩擦系数小，起动阻力小，已标准化，选用润滑、维护都很方便。/优点：a. 在一般工作条件下，摩擦系数比滑动轴承小，比较稳定，不随轴承速度而变化。所以采用滚动轴承的机器启动力矩小，功率损耗小；b. 径向游隙比较小，运转精度高；c. 对于同尺寸的轴径，滚动轴承宽度比滑动轴承小，可使轴向结构紧凑；d. 大部分滚动轴承能同时承受径向和轴向负荷，使轴承的组合结构简单；e. 消耗润滑剂少，便于密封，易于维护；f. 不需要用有色金属；g. 标准化程度高，易于购买和选用，成本低。当然，滚动轴承也存在一些缺点：a. 承受冲击载荷的能力差；b. 高速重载时寿命会受影响；c. 转速很高时，振动和噪声大；d. 径向尺寸比滑动轴承大；e. 轴承不能剖分，难以用于长轴的中间轴承。4. 按外载荷不同，滚动轴承可分为哪三大类？p308答：向心轴承，推力轴承，向心推力轴承。5. 滚动轴承代号的构成？p311答：前置代号，基本代号，后置代号。6. 选择滚动轴承类型的主要依据是什么？p313答：轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。7. 滚动轴承的正常失效形式是什么？p317答：内外圈滚道或滚动体上的点蚀破坏。8. 什么是滚动轴承的基本额定寿命？p318答：规定一组在相同条件下运转的近于相同的轴承，将其可靠度为90%时的寿命作为标准寿命，即按一组轴承中10%的轴承发生点蚀破坏，而90%的轴承不发生点蚀破坏前的转数（以转为单位）或工作小时数作为轴承的寿命，并把这个寿命叫做基本额定寿命，以表示。9. 什么是滚动轴承的基本额定动载荷？p319答：就是使轴承的基本额定寿命恰好为r（转）时，轴承所能承受的载荷，用字母C代表。10. 滚动轴承内孔与轴、外径与外壳孔的配合各采用什么基准制？p329答：基孔制；基轴制。11. 滚动轴承润滑和密封的目的是什么？(p332)密封装置可分为哪两大类？(p334)答：轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力，还可以起着散热、减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀等作用；轴承的密封装置是为了阻止灰尘、水、酸气和其他杂物进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的；密封装置可分为接触式和非接触式两大类。联轴器1. 按对相对位移有无补偿能力，联轴器可分为哪两大类？p344答：刚性联轴器，挠性联轴器。2. 各种联轴器的特点是什么？（P343）轴1. 轴的材料主要是什么？最常用的是什么？p361-362答：碳钢和合金钢；最常用的是45钢。2. 轴上为什么要有过渡圆角、到角、中心孔、砂轮越程槽和螺纹退刀槽？答：为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45的倒角；需要磨削加工的轴端，应留有砂轮越程槽；需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽；为了减少装夹工件的时间，同一轴上不同轴段的键槽应布置（或投影）在轴的同一母线上，为了减少加工道具种类和提高劳动生产率，轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同的尺寸。3. 提高轴的强度的常用措施是什么？p367-368答：合理布置轴上零件以减小轴的载荷，改进轴上零件的结构以减小轴的载荷，改进轴的结构以减小应力集中的影响，改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度。4. 轴的作用是什么？心轴、转轴、传动轴的区别？p360答：支承回转零件及传递运动和动力；工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴，只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴，只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。5. 轴上零件的轴向固定有那些方法？有何特点？轴上零件的周向固定有那些方法？有何特点？（P364）答：轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等来保证的；常用的周向定位零件有键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。6. 轴的强度计算方法有几种？p370-374答：4种。a.按扭矩强度条件计算；b.按弯矩合成强度条件计算；c.按疲劳强度条件进行精确校核；d.按静强度条件进行校核。7. 轴设计的主要内容是什么？答：轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。8. 看图改错