機(jī)械設(shè)計(jì)習(xí)題卡

機(jī)械設(shè)計(jì)習(xí)題卡

第一章緒論

⑴組成機(jī)械的基本單元是什么？

機(jī)械零件是組成機(jī)械的基本制造單元。

(2)何謂零件？何謂部件？

零件是組成機(jī)器的不可拆的基本單元，即制造的基本單元。

一組協(xié)同工作的零件所組成的獨(dú)立制造或獨(dú)立裝配的組合體稱為“部件”。

(3)機(jī)械零件可歸納為哪兩種類型?試各舉兩個(gè)典型實(shí)例說明，本課程的研究對象是什么？

通用零件：各種機(jī)械中經(jīng)常用到的一般參數(shù)的零件，如螺釘，齒輪等

專用零件：在特定類型的機(jī)器中才能用到的零件，如渦輪機(jī)的葉片、飛機(jī)的螺旋槳等

本課程的研究對象：普通條件下工作，且具有一般參數(shù)的通用零件

⑷什么叫在普通條件下工作，且具有一般參數(shù)的通用零件？試從你所學(xué)專業(yè)的機(jī)械設(shè)備中,

對聯(lián)接零件，傳動零件、軸系零件和其他零件各舉兩例。

普通工作條件無嚴(yán)格定義，通常指常溫、常壓、低速等。

一般參數(shù)也無嚴(yán)格定義。國家標(biāo)準(zhǔn)《一般公差未注公差的線性和角度尺寸的公差》

(GB/T1804-2000)中基本尺寸定義為0.5-4000mm,可以認(rèn)為一般參數(shù)的零件的尺寸在

0.5-4000mm之間。

連接零件：鍵、螺栓

傳動零件：帶、齒輪

軸系零件：滾動軸承、滑動軸承

其他零件：彈簧、機(jī)座

⑸為什么說本課程起著基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的承前啟后的作用？

⑹在了解本課程的性質(zhì)、內(nèi)容和任務(wù)以后，總結(jié)本課程的特點(diǎn)和你所采取的學(xué)習(xí)方法。

第二章機(jī)械設(shè)計(jì)總論

(1)對機(jī)器提出的主要要求包括什么？

使用功能要求；經(jīng)濟(jì)性要求；勞動保護(hù)和環(huán)境保護(hù)要求；壽命與可靠性要求；其他專用

要求等。

(2)機(jī)器設(shè)計(jì)應(yīng)滿足哪些基本要求?機(jī)械零件設(shè)汁應(yīng)滿足哪些基本要求?分析下列機(jī)械零

件應(yīng)滿足的基本要求是什么：電動機(jī)軸，普通減速器中的齒輪軸，起重機(jī)吊鉤，精密機(jī)床主

軸.汽門彈簧。農(nóng)業(yè)機(jī)械中的拉曳鏈，聯(lián)合收割機(jī)中的V帶。

避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效；結(jié)構(gòu)工藝性要求；經(jīng)濟(jì)性要求；質(zhì)量小要求；可靠性要求。

(3)設(shè)計(jì)機(jī)械的經(jīng)濟(jì)性要求包括哪些方面？

a.零件本身的生產(chǎn)成本；

b.盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化的零、部件以取代特殊加工的零、部件。

⑷何謂機(jī)械的可靠度?機(jī)械中零件之間組成的模式不同，其可靠度如何計(jì)算？

在規(guī)定的使用時(shí)間(壽命)內(nèi)和預(yù)定的環(huán)境條件下，機(jī)械能正常地完成其功能的概率。

機(jī)械零件的可靠度通過概率統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算。

(5)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序怎樣？

計(jì)劃階段；方案設(shè)計(jì)階段；技術(shù)設(shè)計(jì)階段；技術(shù)文件的編制。

⑹機(jī)械零件的失效形式有哪些？針對這些失效形式相應(yīng)建立的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是什么？

主要失效形式：整體斷裂；過大的殘余變形；零件的表面破壞；破壞正常工作條件引起

的失效。

斷裂斷裂與強(qiáng)度準(zhǔn)則

過大的殘余變形-剛度準(zhǔn)則

零件表面破壞今壽命準(zhǔn)則

破壞正常工作條件引起的失效“振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則［與零件的工作條件相關(guān)，這只是一個(gè)

例子］

(7)機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟有哪些？

1.根據(jù)零件的使用要求，選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)機(jī)器的工作要求，計(jì)算在零件上的載荷。

3.分析零件的可能失效形式，確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

4.根據(jù)零件的工作要求及對零件的特殊要求，選擇適當(dāng)?shù)牟牧?/p>

5.根據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，確定零件的基本尺寸。

6.根據(jù)工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化等原則進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

7.進(jìn)行校核計(jì)算。

8.畫出零件的工作圖，并寫出設(shè)計(jì)說明書。

⑻機(jī)械零件的常用材料有哪些？這些材料各有何特點(diǎn)，適用在何種場合？

金屬材料：較好的力學(xué)性能、價(jià)格便宜、容易獲得。

高分子材料?：原料豐富、密度小，在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)有很好的彈性，耐腐蝕性好等，

缺點(diǎn)：容易老化，阻燃性差，耐熱性不好等。

陶瓷材料：硬度極高、耐磨、耐腐蝕性、熔點(diǎn)高、剛度大以及密度比鋼鐵低；缺點(diǎn)：斷

裂韌度低、價(jià)格昂貴、加工工藝性差等。

復(fù)合材料：較高的強(qiáng)度和彈性模量，而質(zhì)量又特別??；缺點(diǎn)：價(jià)格貴，耐熱性、導(dǎo)電性

較差等。

(9)鑄鐵和鋼的區(qū)別是什么?普通碳鋼與優(yōu)質(zhì)碳鋼的區(qū)別是什么？

鑄鐵和鋼的區(qū)別是含碳量不同，鋼是含碳量為0.03%?2%；含碳量2%?4.3%的鐵碳合

金為鑄鐵。

普通碳素結(jié)構(gòu)鋼又稱普通碳素鋼，對含碳量、性能范圍以及磷、硫和其他殘余元素含量

的限制較寬。普通碳鋼分為三類：甲類鋼(A類鋼)是保證力學(xué)性能的鋼。乙類鋼(B類鋼)

是保證化學(xué)成分的鋼。特類鋼(C類鋼)是既保證力學(xué)性能又保證化學(xué)成分的鋼，常用于制

造較重要的結(jié)構(gòu)件。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，硫、磷及其他非金屬夾雜物的含量較低。根據(jù)

含碳量和用途的不同，這類鋼大致又分為三類：①小于0.25%C為低碳鋼。②0.25?0.60%C

為中碳鋼。③大于0.6%C為高碳鋼。

(10)什么叫做合金鋼，與碳鋼相比有何優(yōu)缺點(diǎn)？

合金鋼除含有普通碳鋼的鐵、碳外，根據(jù)性能需求還添加有其它合金元素，比如常見的

銘、銀、鋁、鎰、硅等，以提高其機(jī)械性能，通常價(jià)格較普通碳鋼高。

(11)選擇機(jī)械零件材料時(shí)，通?？紤]的機(jī)械性能、物理化學(xué)性能和工藝性能有哪些？

?機(jī)械性能

強(qiáng)度，硬度，耐磨性，沖擊韌性，塑性

?物理化學(xué)性能

密度，導(dǎo)熱性，導(dǎo)電性，導(dǎo)磁性，耐熱性，耐酸性，耐腐蝕性性等

?工藝性能

易熔性，液態(tài)流動性，可塑性，可焊性，可加工性，可熱處理性等

(12)為節(jié)約原材料，尤其是節(jié)約貴重材料而選用廉價(jià)材料，可采取哪些具體措施?舉例說

明

1.對材料進(jìn)行熱處理和表面處理，如為提高齒輪表面硬度，常對齒輪零件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。

2.采用型材，如型鋼焊接而成的機(jī)架。

3.采用組合結(jié)構(gòu)，如蝸輪采用齒圈式組合結(jié)構(gòu)(由青銅齒圈與鑄鐵輪芯組成)。

(13)選用機(jī)械零件材料時(shí)，應(yīng)考慮的基本要求有哪些？

1.使用性能要求

2.工藝性能要求

3.經(jīng)濟(jì)性

(14)機(jī)械零件在進(jìn)行結(jié)構(gòu)沒計(jì)時(shí)，主要應(yīng)從哪些方面去考慮和改善它的結(jié)構(gòu)工藝性？

零件的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)從毛坯制造、機(jī)械加工過程及裝配等幾個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)加以綜合考慮，

工藝性是和機(jī)器生產(chǎn)批量大小及具體生產(chǎn)條件相關(guān)。

(15)機(jī)械設(shè)計(jì)中，為什么要實(shí)行零件和部件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化與通用化?你能舉出一些標(biāo)

準(zhǔn)化、系列化與通用化的零部件嗎？

1.能以最先進(jìn)的方法在專門化工廠中對那些用途最廣泛的零件進(jìn)行大量、集中的制造，

以提高質(zhì)量，降低成本；

2.統(tǒng)一了材料和零件的性能指標(biāo)，使其能夠進(jìn)行比較，并提高了零件性能的可靠性。

3.采用了標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)及零、部件，可以簡化設(shè)計(jì)工作、縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

另外，也同時(shí)簡化了機(jī)器的維修工作。

例如對同一結(jié)構(gòu)、同一內(nèi)徑的滾動軸承，制造出不同外徑及寬度的產(chǎn)品。

(16)我國現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)化有哪些?GB、JB、YB、QB、ISO和「OCT、DIN、JIS、BS各代表什

么標(biāo)準(zhǔn)？

我國目前實(shí)行四級標(biāo)準(zhǔn)體制：國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

GB:中國國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)

JB:中國機(jī)械行業(yè)(含機(jī)械、電工、儀器儀表等)強(qiáng)制性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

YB:中國黑色冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

QB：中國輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

ISO：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)

rocT：前蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)

DIN：德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

JIS：日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

BS:英國國家標(biāo)準(zhǔn)

(17)目前常用的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)新方法有哪幾種？

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)等

第三章機(jī)械零件的強(qiáng)度

(1)零件的名義載荷與計(jì)算載荷，兩者之間的區(qū)別及其關(guān)系如何？

名義載荷：根據(jù)額定功率，按力學(xué)公式計(jì)算出的載荷。

計(jì)算載荷：考慮載荷的時(shí)間不均勻性、分布的不均勻性以及其它影響因素對名義載荷進(jìn)

行修正得到的載荷，即載荷系數(shù)KX名義載荷。

(2)何謂機(jī)械零件的強(qiáng)度?它可以分成哪兩類?各舉兩個(gè)實(shí)例。

材料在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。強(qiáng)度是衡量零件本身承載能力

(即抵抗失效能力)的重要指標(biāo)。強(qiáng)度是機(jī)械零部件首先應(yīng)滿足的基本要求。

機(jī)械零件的強(qiáng)度分為靜應(yīng)力強(qiáng)度和變應(yīng)力強(qiáng)度兩個(gè)范疇。

靜應(yīng)力強(qiáng)度：機(jī)械零件在整個(gè)工作壽命期內(nèi)應(yīng)力變化次數(shù)少于1。3,如松螺栓連接、鍵

連接等的強(qiáng)度計(jì)算。

變應(yīng)力強(qiáng)度：軸向變載荷的緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算、齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度強(qiáng)度計(jì)算等。

⑶強(qiáng)度條件的一般形式有哪些？并說明式中各符號代表的意義。

根據(jù)許用應(yīng)力建立的計(jì)算準(zhǔn)則，通過判斷危險(xiǎn)截面的最大許用應(yīng)力是否小于或等于許用

應(yīng)力：

根據(jù)安全系數(shù)建立的計(jì)算準(zhǔn)則，通過判斷危險(xiǎn)截面上實(shí)際的安全系數(shù)是否大于或等于許

用安全系數(shù)：

%=加訃4

cr

sT=^->[^]

⑷機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的強(qiáng)度理論有哪幾個(gè)?各適用于何種場合？

靜強(qiáng)度理論：靜應(yīng)力

脆性斷裂的強(qiáng)度理論：最大拉應(yīng)力理論和最大伸長線應(yīng)變理論

屈服的強(qiáng)度理論：最大切應(yīng)力理論和形狀改變比能理論

疲勞強(qiáng)度理論：變應(yīng)力下的疲勞強(qiáng)度理論

低應(yīng)力下的脆斷(斷裂強(qiáng)度理論)：低應(yīng)力脆斷(工作應(yīng)力遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力)

接觸強(qiáng)度理論：齒輪接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算、滾動軸承壽命計(jì)算。

(5)對零件的工作應(yīng)力應(yīng)如何進(jìn)行分類？承受拉伸載荷的零件就一定產(chǎn)生拉伸應(yīng)力嗎？

如果不是，試舉例說明。

只要設(shè)定一個(gè)分類標(biāo)準(zhǔn)，就可以對任何集合進(jìn)行分類，因此，不存在“對零件的工作應(yīng)

力如何進(jìn)行分類”的問題。

承受拉伸載荷的零件不一定產(chǎn)生拉應(yīng)力。比如零件在做拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)零件達(dá)到屈服極

限時(shí)，當(dāng)載荷繼續(xù)增加，零件中的拉應(yīng)力并不增長(或增長不明顯)，此時(shí)增加的拉伸載荷在

零件并未產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。

(6)穩(wěn)定循環(huán)交應(yīng)力的主要參數(shù)有哪些，它們的相互關(guān)系怎樣？

五個(gè)參數(shù)：*嘰!、4、r,其中只有兩個(gè)是獨(dú)立的。

(7)變載荷下一定產(chǎn)生變應(yīng)力，那么靜載荷下也一定產(chǎn)生靜應(yīng)力嗎?舉例說明之。

不一定產(chǎn)，如旋轉(zhuǎn)的軸上作用一集中力，而軸表面上任意一點(diǎn)的應(yīng)力則是變應(yīng)力。

(8)下列零件均受靜載荷作用(見圖)，試判斷零件上A點(diǎn)的應(yīng)力性質(zhì)(拉、壓、彎、扭或接

觸應(yīng)力)，是靜應(yīng)力還是變應(yīng)力?應(yīng)力變化的規(guī)律(即應(yīng)力變化循環(huán)特性系數(shù)r的大小或范圍)

及應(yīng)力變化圖(即。-T圖)是怎樣的？

(a)靜應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力，r=\0

(b)對稱循環(huán)變應(yīng)力，拉、壓應(yīng)力，r=-\Q

(c)不對稱循環(huán)變應(yīng)力，拉、壓應(yīng)力，-1＜廣＜1

(d)滾動體與套圈間的接觸應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力,r=0

（9）什么是材料的疲勞曲線？試用圖線描述碳鋼材料的疲勞曲線形狀，說明應(yīng)力循環(huán)次數(shù)

N與疲勞極限區(qū)的關(guān)系。有色金屬及高硬度合金鋼的疲勞曲線又是怎樣？

金屬材料的疲勞曲線（b—N曲線）是取同一r值、不同N值時(shí)做試驗(yàn)得到的，它表示在

曲線AB使材料試件發(fā)生破壞的最大應(yīng)力基本不變，或者說下降很小，此階段是靜應(yīng)力

強(qiáng)度的狀況。

曲線BC段，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，使材料發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力不斷下降，這一階

段的疲勞破壞伴隨著材料的塑性變形，此階段稱為低周疲勞。

曲線CD段代表有限壽命階段，在此范圍內(nèi)，試件經(jīng)過一定次數(shù)的交變應(yīng)力作用后總會

發(fā)生疲勞破壞。CD段的曲線方程為或N=C（%<NWN。）。

D點(diǎn)以后的線段代表了試件無限壽命階段，即作用在試件上的變應(yīng)力的最大應(yīng)力小于D

點(diǎn)的應(yīng)力，則應(yīng)力無論變化多少次，材料都不會發(fā)生破壞。

有色金屬和高硬度合金鋼屬于塑性材料，其疲勞曲線應(yīng)與碳鋼類似，其上的具體數(shù)值應(yīng)

該有所不同。

(10)影響零件疲勞強(qiáng)度的因素有哪些，如何影響？零件疲勞強(qiáng)度的綜合影響系數(shù)和

Kr如何定義，計(jì)算公式怎樣?

影響零件疲勞強(qiáng)度的主要因素有：材料的性能、應(yīng)力循環(huán)特征一、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N,

應(yīng)力集中、絕對尺寸和零件表面質(zhì)量等。

Ka=區(qū)

零件疲勞強(qiáng)度的綜合影響系數(shù)的定義為0一，即材料對稱循環(huán)彎曲疲勞極限

與零件對稱循環(huán)彎曲疲勞極限°上的比值。其計(jì)算公式為1%譏,A,式

中：魚零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)；勿零件的尺寸系數(shù)；乩零件的表面質(zhì)量系數(shù)；4零件

的強(qiáng)化系數(shù)。

(11)某旋轉(zhuǎn)軸受徑向力F=10kN作用如圖，已知跨距L=2m,直徑d=50mm,軸的角速

度為3.求中間剖面上A點(diǎn)的應(yīng)力隨時(shí)間變化的表達(dá)式，并求A點(diǎn)的bmax、bmin、°■〃和區(qū)”

源33.14x(50x10-3)’

W=*=------------------L=1.2266X105

軸的抗彎截面系數(shù)3232

“FLFL10X103X2…

M=------=——=--------------=5000N-m

作用在剖面A處的彎矩2244

軸在不變彎矩下旋轉(zhuǎn)，其表面A點(diǎn)的應(yīng)力為對稱循環(huán)，所以有：

8

crmax=絲=4.0764xlO=407.64MPa

am.in=-qma”x=-407.64MPa

(J=0-max+0,min=Q

m2

=%一口廁=40764MPa

a2

A點(diǎn)應(yīng)力隨時(shí)間變化規(guī)律：

b=407.64sin(a)MPa

計(jì)算出的應(yīng)力太大，本題原始數(shù)據(jù)有問題？

（12）已知試件的對稱循環(huán)疲勞極限=240"/削7J，屈服極限凡=360^/'削/,平

均應(yīng)力折合成應(yīng)力幅的等效系數(shù)”"=0.2,試按比例畫出該試件的極限應(yīng)力簡化線圖，并

在圖上量出該試件在受到應(yīng)力為：%=200Mmm\r=l/3時(shí)，按皿「=。；/=c;

5nin=c三種情況下的極限應(yīng)力值。

2cr.-crT2x2404八…小

102<,

匕=-——cr0=-^-=------=400MPa

根據(jù)公式%得，1+憶1+02

A,點(diǎn)坐標(biāo)是（°S）,即（0,240）；

D,點(diǎn)坐標(biāo)是〔2'2J,即（200,200）；

C點(diǎn)坐標(biāo)是"，°）,即（360,0）。

1-rTn.

tana=----=—小=0.5

"1+工

由3得，a=26.57°

D，與G點(diǎn)位置不對，本題原始數(shù)據(jù)有問題？若以題目中給出的數(shù)據(jù)（如上圖所示）,

r=c時(shí)，bmax，=4-360MPa

5n=c時(shí)，o-max.=crv=360MPa

=c時(shí)，bmax，=4=360MPa

（13）一輅鎂合金鋼制成的零件，在危險(xiǎn)剖面上的最大工作應(yīng)力為bmax=280N/，27/，

最小工作應(yīng)力為區(qū)m二七。'/〃"^,該剖面處的有效應(yīng)力集小系數(shù)幻=1.32,尺寸系數(shù)分

=0.85、表面狀態(tài)系數(shù)乩=0.90,該合金鋼的機(jī)械性能為：丸=900刈4=

2

gQ0N/mmt*=440力相病及々=800M，咖2,試：

⑴按比例繪制零件的極限應(yīng)力簡化線圖；

?（ka1八11.321,,..

零件彎曲疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)（％°。邛。08509

（、

0,2

A點(diǎn)坐標(biāo)是〔,即（°，265.06）；

00%]

c上巫士一曰五）日n（400,24。.96）

D點(diǎn)坐標(biāo)是'〃，即'7；

c點(diǎn)坐標(biāo)是,gp（800,0）o

0

C

②按r=C情況，求對應(yīng)的極限應(yīng)力幅4”,極限平均應(yīng)力和極限應(yīng)力*1叫

=5皿+==280+(-80)=1(X)

22

)

=_cnrm——-o-n?.=-2--8--0--(V——-80L=1“80MPa

a22

所以工作點(diǎn)M處應(yīng)力坐標(biāo)9”5)即是(100,180)

從圖中可測量出，b"=142.49MPa，*=256.48MPa,

4展=%+==398.97MPa

③按r=C情況，計(jì)算此零件在該危險(xiǎn)剖面上的安全系數(shù)

$卡二甯*

按教材中的公式計(jì)算：(說明：教材中所有公式都是通過直線方程推導(dǎo)出來的，沒有必

要強(qiáng)迫自己記住那些復(fù)雜的公式。理解了等壽命簡化曲線圖的意義，在圖上直接標(biāo)出有關(guān)數(shù)

值更方便一些。）

12cr,-a12x440-800?“

------d——(}=-------------------0.06

二1.66800

440

='=—=26506MPa

.le

Ka1.66

265.06x18。=256.51MPa

(ra+(7ni^ae180+100x0.06

256.06x100…

CTine=——---------------=137.67MPa

5,+5網(wǎng)180+100x0.06

此時(shí)，?陵=%+by394.18MPa

$一看甯*

或

一4_2x440—800

——U.1

%800

4440

=1.42

K。%+%%1.66x180+0.1x100

第四章摩擦、磨損及潤滑概述

(1)何謂摩擦、磨損和潤滑，它們之間的相互關(guān)系如何？

互相接觸的兩個(gè)物體在外力的作用發(fā)生相對滑動或有相對滑動的趨勢時(shí)，在兩物體的接

觸表面就會產(chǎn)生抵抗滑動的阻力，這種現(xiàn)象稱為"摩擦"。

物體在摩擦過程中必然有能量損耗和摩擦表面物質(zhì)的喪失或遷移，這種現(xiàn)象稱為"磨

損"。

改善摩擦副的摩擦狀態(tài)以降低摩擦阻力減緩磨損的技術(shù)措施稱為“潤滑"。

(2)摩擦對哪些機(jī)械零件的工作性能、壽命是不利的?哪些機(jī)械零件是靠摩擦來工作的？

試舉例說明。

摩擦對大多數(shù)零件的工作性能、壽命是不利的，如鏈傳動、齒輪傳動等。

帶傳動、汽車及拖拉機(jī)的制動器等靠摩擦來工作。

⑶按摩擦副的運(yùn)動狀態(tài)或按摩擦副表面的潤滑情況，摩擦可分為哪幾種?

干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦、混合摩擦

⑷機(jī)械零件的典型磨損過程分為哪幾個(gè)階段(試以磨損量與工作時(shí)間的關(guān)系曲線說明

之)?作為機(jī)械設(shè)計(jì)各應(yīng)如何對待？

⑸磨損可分為哪幾種類型？你能各舉一、二例來說明嗎？

粘附磨損：齒輪膠合

磨粒磨損：開式齒輪

疲勞磨損：齒輪的點(diǎn)蝕

沖蝕磨損：渦輪機(jī)的葉片

腐蝕磨損：泵、閥等過流部件管道內(nèi)壁面

微動磨損：鉀釘?shù)墓ぷ髅婺p

（6）減少磨損的一般方法有哪些？

1）合理選擇配對使用摩擦副的材料；

2）確定零件表面合理的粗糙度和硬度值；

3）使用潤滑劑，實(shí)現(xiàn)液體潤滑或混合潤滑；

4）以滾動接觸代替滑動接觸；

5）通過零件表面強(qiáng)化、表面涂層提高其耐磨性。

（7）潤滑的目的和功用是什么？

1.降低摩擦，減小磨損

2.保護(hù)零件不被銹蝕

3.散熱降溫

⑻按照潤滑劑的物理狀態(tài)和按照潤滑將二個(gè)摩擦表面而隔開的情況，潤滑可分成哪兒種

類型，各有何特點(diǎn)？

油潤滑

脂潤滑

第五章螺紋連接和螺旋傳動

一、選擇與填空題

1._A_BC

2.CAAC

說明：自鎖：”"0。兩者數(shù)值越接近，自鎖性能越差；數(shù)值相差越大，自鎖性能越好。

螺紋傳動效率：〃=+-增大，〃增大；；：增大，"減小。

牙型角a與當(dāng)量摩擦系數(shù)4間的關(guān)系是：＜4=^%。當(dāng)a增大，人增大，。增

大。

3.B。4.90%螺紋根部5.C6.D7.C8.B9.A10.A

11.B12.A

二、分析與思考題

1.［見P60頁表5-1。聯(lián)接螺紋要求自鎖性較好，強(qiáng)度高；傳動螺紋要求傳動效率高。］

2.［螺紋聯(lián)接在沖擊、振動或變載作用下，或當(dāng)溫度變化較大時(shí)，螺旋副間的摩擦力可

能減小或瞬時(shí)消失，或由于螺紋聯(lián)接件和被聯(lián)接件的材料發(fā)生蠕變和應(yīng)力松馳等，會使聯(lián)接

中的預(yù)緊力和摩擦力逐漸減小，導(dǎo)致聯(lián)接松動，甚至松開。防松例子見P68表5-3］

3.［P70o普通螺栓聯(lián)接：對受拉螺栓，其主要破壞形式是螺栓桿螺紋部分發(fā)生斷裂，

因而其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是保證螺栓的靜力或疲勞拉伸強(qiáng)度；對于受剪螺栓，其主要破壞形式是螺栓

桿和孔壁的貼合面上出現(xiàn)壓潰或螺栓桿被剪斷，其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是保證聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度和螺栓的

剪切強(qiáng)度，其中聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度對聯(lián)接的可靠性起決定性作用。較制孔用螺栓用抗剪切來承

受外載荷，螺栓桿與孔壁之間無間隙，接觸表面受擠壓；在聯(lián)接接合面處，螺栓桿則受剪切。

因此，應(yīng)分別按擠壓及剪切強(qiáng)度條件來計(jì)算。］

4.緊螺栓靠預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力來抵抗橫向載荷，在抵抗橫向載荷過程中，外載荷可

能發(fā)生變化，但預(yù)緊力不會發(fā)生變化，因此螺栓上的應(yīng)力為靜應(yīng)力。［P85降低螺栓疲勞強(qiáng)

度的應(yīng)力幅。非對稱循環(huán)變應(yīng)力］

5.［P83o根據(jù)螺母的性能等級不應(yīng)低于與之相配螺栓的性能等級這一要求，螺母可選

用9級。小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字代表材料的抗拉強(qiáng)度極限的1/100（。“40°）,小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字代表

材料的屈服極限（%或=2）與抗拉強(qiáng)度極限（%）之比值的10倍（10//5）。］

6.［P84,,不控制預(yù)緊力的普通螺栓聯(lián)接，其安全系數(shù)大小與螺栓直徑有關(guān)，其安全系

數(shù)S隨螺紋直徑增大而減小，因?yàn)槌叽缧〉穆菟ㄔ跀Q緊時(shí)容易產(chǎn)生過載，故采用加大安全系

數(shù)的方法來彌補(bǔ)可能產(chǎn)生的過載。］

7.［P85-86。緊螺栓所受工作拉力在0?F間變化，則螺栓所受總拉力將在吊用之間

變動。在保持預(yù)緊力左不變的情況下，減小螺栓剛度G或增大被聯(lián)接件剛度G"都可以減

小總拉力人的變動范圍，從而提高了螺栓聯(lián)接的疲勞強(qiáng)度。但在此種情況下引起殘余預(yù)緊

力6減小，從而降低了聯(lián)接的緊密性。］

8.［P86。為了減小螺栓的剛度，可適當(dāng)增加螺栓的長度，或采用腰狀桿螺栓和空心螺

栓。為了增大被聯(lián)接件的剛度，可以不用墊片或采用剛度較大的墊片。

對于需要保持緊密性的聯(lián)接，從增大被聯(lián)接件的剛度來看，可以采用剛度較大的金屬墊

片或密封環(huán)較好。］

9.［P86。實(shí)驗(yàn)證明，約有3的載荷集中在第一圈上，第八圈以后的螺紋牙幾乎不承受

載荷。因此，采用螺紋牙圈數(shù)過多的加厚螺母，并不能提高聯(lián)接的強(qiáng)度。

為了改善螺紋牙上的載荷分布，常采用懸置螺母，減小螺栓旋合段本來受力較大的幾圈

螺紋牙的受力面或采用鋼絲螺套。］

10.［伸出一只手，豎起大拇指，另外四指握拳，指尖指向旋轉(zhuǎn)的方向，而拇指要指向

螺旋的前進(jìn)方向。如果與伸出的左手可以相符，稱為左旋，與右手相符則稱為右旋。另一個(gè)

方法是，在旋轉(zhuǎn)體生長或運(yùn)動的一端，從垂直軸向看，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的為左旋；反之，逆時(shí)針

旋轉(zhuǎn)的為右旋。

砂輪主軸螺紋的旋向：緊固砂輪或砂輪卡盤的砂輪主軸端部螺紋的旋向必須與砂輪工作

時(shí)旋轉(zhuǎn)方向相反［這樣可以保證在螺母在旋轉(zhuǎn)的過程中所產(chǎn)生的軸向力是將螺母旋緊］。砂輪

機(jī)軸轉(zhuǎn)動一般為右旋，所以兩端固定砂輪用的螺紋為左旋。］

11.［自鎖：兩者數(shù)值越接近，自鎖性能越差；數(shù)值相差越大，自鎖性能越好。

螺紋傳動效率：吆〃"增大，〃增大;夕增大，〃減小。

牙型角a與當(dāng)量摩擦系數(shù)4間的關(guān)系是：于①=c"（a/2）（增大,

當(dāng)a增大,

三角螺紋牙型角大(一般為60°),矩形螺紋(=0°)和梯形螺紋牙型角較小。]

12.[P92?；瑒勇菪闹饕问绞锹菁y磨損。其基本尺寸是根據(jù)耐磨性條件確定的工

13.[P91?滑動螺旋結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，易于自鎖，但其主要缺點(diǎn)是摩擦阻力大，傳

動效率低，磨損快，傳動精度低等。滾動螺旋摩擦阻力小，傳動效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。]

14.[P70,螺栓的其他部分是根據(jù)等強(qiáng)度條件及使用經(jīng)驗(yàn)規(guī)定的，通常都不需要進(jìn)行強(qiáng)

度計(jì)算。]

15.

答：對于重要的受拉螺栓連接，不宜采用直徑小于M12-M16的螺栓。因?yàn)樵跀Q緊

螺母時(shí)，對于較小直徑的螺栓容易產(chǎn)生過大的預(yù)緊拉應(yīng)力。同時(shí)由于螺紋副和螺母與支

承面之間的摩擦系數(shù)不穩(wěn)定以及加在扳手上的力矩有時(shí)很難準(zhǔn)確控制，容易擰得過緊產(chǎn)

生過載應(yīng)力甚至擰斷，例如以扳手P為200N擰緊M10(小=8.376mm)的螺栓連接，

設(shè)扳手的長度L?5d,則由式T=k?F'd,取匕七0.2,則F'*15000N,考慮到擰緊過

程中扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的影響，螺栓預(yù)緊時(shí)拉應(yīng)力為

F,15000

b=1.3--------------=1.3-------------------------=354MPa

萬d：/4萬x8.3762/4

可知該應(yīng)力值已超過一般鋼材的屈服極限了。

16.螺栓應(yīng)進(jìn)行耐磨性計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算，同時(shí)還要進(jìn)行自鎖驗(yàn)算與穩(wěn)定性校核。對于螺

母的螺紋牙要進(jìn)行剪切強(qiáng)度校核，對其凸緣要進(jìn)行擠壓和彎曲強(qiáng)度的校核。

17.螺旋傳動中，設(shè)計(jì)螺紋直徑一般按抗拉、扭強(qiáng)度來進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。實(shí)際上，螺紋副

的磨損是比較主要的失效形式。幫要進(jìn)行螺母(比螺桿的材料要弱)螺紋的壓強(qiáng)校核。限制

pW[p]主要是利用此耐磨條件性計(jì)算未考慮磨損的影響。

三、計(jì)算題：

1.解：⑴找出承受最大工作剪力的螺栓。

4個(gè)螺栓在園周上均勻分布，故承受工作剪力相等，設(shè)為F。則有，

苞=T/2r=7/100x10-3=iooo/]ooxl()T=]OOOON

F=r/4r=T/2￡>=630/2xl30xl0-3=2423?7

⑵求出螺栓性能參數(shù)

螺栓的性能等級為8.8,所以％=80()"Pa,%/%=0.8,々=640"為

查P84表5-10,取,=2.5,S尸=2.5,所以

r、O\640

[r]=—=---=256MPa

S,2.5

[crp]=^-=—=320MPa

P

SP2.5

⑶校核螺栓的擠壓強(qiáng)度

F2423_______

(yP-(13x10-3)x(18x10q)=10.35MPa

［說明,"。不能取12mm,因?yàn)殄X制孔用螺栓螺紋部分比光孔略小。

Anin也不能取20mm,見P76圖5-18］

因?yàn)?rp所以螺栓的擠壓強(qiáng)度合格

⑷校核螺栓的剪切強(qiáng)度

F4x2423

3.14x(13x107)2=18.26MP?

因?yàn)?？＜［旬，所以螺栓的剪切?qiáng)度合格。

綜上所述，該螺栓組合用。

2.解：將力F平移到各結(jié)合面中心，得扭轉(zhuǎn)力矩

設(shè)各方案中在力F作用產(chǎn)生的剪切力為F',扭轉(zhuǎn)力矩M作用下產(chǎn)生的剪切力為

對方案1

F、=F13

2?F2?a=M=F)-2.5F

很顯然，第3個(gè)螺栓受力最大，最大力

x=F/3+2.5F=2.833F

對方案2

耳="/3

2-F2-a=M=>F2=2.5F

很顯然，1、3兩個(gè)螺栓所受力相等，均為最大值，其最大值月的=年+1=2.522/

對方案3

Ft=F/3

很顯然，第2個(gè)螺栓受力最大，~

FMAX=+礙一2.耳.QcosUO。=1.9629e

綜上所述，方案3較好。

3.解：(1)

A將力P向結(jié)合面形心簡化得到集中載荷P及轉(zhuǎn)矩

T=Px(200+100/2)=4000x250x107=IOOOMm

B在集中載荷P的作用下，各螺栓承受的橫向載荷

月=p/2=4000/2=2000N

C在轉(zhuǎn)矩T的作用下，各螺栓承受的橫向載荷

2Fyr=T

6=7/2r=T/100xl(T3=1000/100*10-3=IOOOON

D找出螺栓組中承受最大工作剪力的

螺栓，如圖所示：

很顯然，螺栓2承受的工作剪切力比

較大，最大工作剪力

尸=E+瑪=2000+10000=12000N

E按剪切強(qiáng)度確定螺紋小徑

F

r=------<[r]

(■需

《疆住薪=12.69,初九

F按擠壓強(qiáng)度確定螺紋小徑

Led。

」、F12000…

或>-------=-----------------------=5.33mm

6

°L[ap]15xl0^xl50xl0

綜上所述，取光孔直徑為13mm,螺紋為M12。

⑵若改用普通螺栓，螺栓2受力最大，此時(shí)是依靠結(jié)合面間產(chǎn)生的摩擦力來抵抗外載荷

于?FONKJF

Fa>Ks-F/f=1.2x12000/0.2=12KN

8

d〉]5.2冗_(dá)]5.2x72x10廠

=31,52mm

l在.㈤一寸3.14x120x10、

即，如果選用普通螺栓，其小徑必須大于31.52mm。

4.解：⑴求螺栓預(yù)緊力入

fgKF

K-F1.2xF

=1.5F

f-i-z~0.2x2x2

⑵螺栓承受的拉應(yīng)力

1.3/7,]

O=------<[(T)

生.屋

41

綜合以上兩式得

⑸2』生”

3.14x(17.29x10-3)2x160x1()6=

4xl.3xl.54xl.3xl.5

5.解

1.初選螺栓數(shù)目z

因?yàn)槁菟ǚ植紙A直徑較大，為保證蛭栓間間距不致過大，所以應(yīng)選用較多的螺栓，

初取Z=24。

2.計(jì)尊蛭栓的軸向工作載荷F

（1）蛭栓組連接的最大軸向載荷氣：

氣=更=網(wǎng)x2=3.927xl爐N

44

（2）螺栓的最大軸向工作載荷F：

FFQ3.927106XT

尸0==X=16。62.5N

7Z24

3.計(jì)算螺栓的總拉力心

F。-,f*+f=l.Rf+f=2.8^"=2.8x16632-5氣缸蓋螺梓綱連接

=45815N

4.計(jì)算蛭栓直徑

「里辜=、但恒甌皿=25139mm

V禰r]V7x120

查GB196-81，取M30（^=26.21lmm>25.139mm）o

5.校核螺栓疲勞強(qiáng)度

故蛭栓薪足疲勞強(qiáng)度。

6.校核蛭栓間距

實(shí)際螺栓間距為

r==="x6'°=85.1<4.5^=4.5x30=135mm

Z24

故螺栓間距滿足連接的氣密性要求。

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析題

解：1、普通螺栓聯(lián)接（圖a）主要錯(cuò)誤有：

1）螺栓安裝方向不對，裝不進(jìn)去，應(yīng)掉過頭來安裝；

2）普通螺栓聯(lián)接的被聯(lián)接件孔要大于螺栓大徑，而下部被聯(lián)接件孔與螺栓桿間無間隙；

3）被聯(lián)接件表面沒加工，就做出沉頭座并刮平，以保證螺栓頭及螺母支承面平整且垂直于

螺栓軸線，避免擰緊螺母時(shí)螺栓產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力；

4）一般聯(lián)接，不應(yīng)采用扁螺母；

5）彈簧墊圈尺寸不對，缺口方向也不對；

6）螺栓長度不標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)長/=60mm；

7）螺栓中螺紋部分長度短了，就取長30mm。

改正后的結(jié)構(gòu)見圖解a）

2、螺釘聯(lián)接（圖b）主要錯(cuò)誤有：

1）采用螺釘聯(lián)接時(shí)，被聯(lián)接件之一就有大于螺栓大徑的光孔，而另一被聯(lián)接件上應(yīng)有與螺

釘相旋合的螺紋孔。而圖中上邊被聯(lián)接件沒有做成大于螺栓大徑的光孔，下面被聯(lián)接件的螺

紋孔又過大，與螺釘尺寸不符，而且細(xì)紋畫法不對，小徑不應(yīng)為細(xì)實(shí)線；

2）若上邊被聯(lián)接件是鑄件，則缺少沉頭座孔，表面也沒有加工。

改正后的結(jié)構(gòu)見圖解b）

3、雙頭螺柱聯(lián)接（圖c）主要錯(cuò)誤有：

1）雙頭螺柱的光桿部分不能擰進(jìn)被聯(lián)接件的螺紋孔內(nèi)；

2）錐孔角度就為120。，而且應(yīng)從螺紋孔的小徑（粗實(shí)線）處畫錐孔角的兩邊；

3）若上邊被聯(lián)接件是鑄件，則缺少沉頭座孔，表面也沒加工；

4）彈簧墊圈厚度尺寸不對。

改正后的結(jié)構(gòu)見圖解c）。

4、緊定螺釘聯(lián)接（圖d）主要錯(cuò)誤有:

1）輪轂上沒有做出M6的螺紋孔；

2）軸上未加工螺紋孔，螺釘擰不進(jìn)去，即使有螺紋孔，螺釘能擰入，也需局部剖視才能表

達(dá)清楚。

改正后的結(jié)構(gòu)見圖解d）。

d)

一、填空題

1.鍵連接的主要類型有平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接、切向鍵連接。

2.普通平鍵按構(gòu)造分，有圓頭（A型）、3頭（典型）及單圓頭（工型）三種。

3.平鍵連接的工作面是兩側(cè)面，依靠鍵同鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩；楔鍵連接

的工作面是鍵的上、下面，依靠鍵的楔緊作用來傳遞轉(zhuǎn)矩。

4.普通平鍵連接的主要失效形式是工作面被壓潰，導(dǎo)向平鍵連接的主要失效形式是

工作面的過渡磨損。

5.在設(shè)計(jì)中進(jìn)行鍵的選擇時(shí)，鍵的截面尺寸根據(jù)軸的直徑而定,而鍵的長度則根據(jù)包

轂的長度而定。

二、單項(xiàng)選擇題

1.鍵連接的主要用途是使軸和輪轂之間二。

A.沿軸向固定并傳遞軸向力B.沿軸向可作相對滑動并具有導(dǎo)向作用

C.沿周向固定并傳遞扭矩D.安裝與拆卸方便

2.設(shè)計(jì)鍵連接時(shí)鍵的截面尺寸通常根據(jù)上按標(biāo)準(zhǔn)選擇。

A.所傳遞轉(zhuǎn)矩的大小B.所傳遞功率的大小

C.輪轂的長度D.軸的直徑

3.在載荷性質(zhì)相同時(shí):導(dǎo)向平鍵連接的許用壓力取得比普通平鍵連接的許用擠壓應(yīng)力

小，這是為了A。

A.減輕磨損B.減輕輪轂滑移時(shí)的阻力

C.補(bǔ)償鍵磨損后強(qiáng)度的減弱D.增加導(dǎo)向的精度

4.設(shè)計(jì)鍵連接的幾項(xiàng)主要內(nèi)容是：a、按使用要求選擇鍵的適當(dāng)類型；b、按輪轂長度

選擇鍵的長度；c、按軸的直徑選擇鍵的剖面尺寸；d、對連接進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核。在具體

設(shè)計(jì)時(shí)，一般順序是：上。

A.b-a-c-'-dB.b-c-a—dC.a-c-*b-dD.c-d-b—a

5.平鍵連接能傳遞的最大扭矩為T,現(xiàn)要傳遞的扭矩為L5T,則應(yīng)D。

A.把鍵長L增大到1.5倍B.把鍵寬b增大到L5倍

C.把鍵高h(yuǎn)增大到1.5倍D.安裝一對平鍵

6.普通平鍵連接的承載能力一般取決于

A.輪轂的擠壓強(qiáng)度B.鍵工作表面的擠壓強(qiáng)度

C.軸工作面的擠壓強(qiáng)度D.上述三種零件中較弱材料的擠壓強(qiáng)度

7.C型普通平鍵與軸連接，鍵的尺寸為bxhxL=14x9x65,則鍵的工作長度為A。

A.58mmB.61mmC.65mmD.51mm

8.下面是幾種普通平鍵連接的剖視面，其中」在結(jié)構(gòu)上正確。

ABC

9.楔鍵連接的主要缺點(diǎn)是D

A.鍵的斜面加工困難B.鍵安裝時(shí)易損壞

C.鍵楔緊后在輪轂中產(chǎn)生初應(yīng)力D.軸和軸上零件對中性差

10.半圓鍵和切向鍵的應(yīng)用場合是.B。

A.前者多用來傳遞較大扭矩，后者多用來傳遞較小扭矩

B.前者多用來傳遞較小扭矩，后者多用來傳遞較大扭矩

C.各種大小扭矩均可傳遞

11.常用來制造鍵的材料是

A.低碳鋼B.中碳鋼C.高碳鋼D.合金鋼

12.軸的鍵槽通常是由旦加工而得到的。

A.插削B.拉削C.鉆及較D.銃削

13.楔鍵和旦，兩者的接觸面都具有1:100的斜度。

A.軸上鍵槽的底面B.輪轂上鍵槽的底面C.鍵槽的側(cè)面

14.半圓鍵和切向鍵的應(yīng)用場合是。

A.前者多用來傳遞較大轉(zhuǎn)矩，后者多用來傳遞較小轉(zhuǎn)矩

B.前者多用來傳遞較小轉(zhuǎn)矩，后者多用來傳遞較大轉(zhuǎn)矩

C.兩者都用來傳遞較小轉(zhuǎn)矩

D.兩者都用來傳遞較大轉(zhuǎn)矩

15.花鍵連接與平鍵連接（采用多鍵時(shí)）相比較，_C_的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。

A.承載能力比較大

B.旋轉(zhuǎn)零件在軸上有良好的對中性和沿軸移動的導(dǎo)向性

C.對軸的削弱比較嚴(yán)重

D.可采用研磨加工來提高連接質(zhì)量和加工精度

16.花鍵連接的強(qiáng)度，主要取決于一強(qiáng)度。

A.齒根彎曲B.齒根剪力

C.齒側(cè)擠壓D.齒側(cè)接觸

17.應(yīng)用較廣的花鍵齒形是

A.矩形與三角形B.漸開線與三角形

C.矩形與漸開線D.矩形、漸開線與三角形

三、簡答題

1.根據(jù)用途不同，平鍵分為哪幾種類型？其中哪些用于靜連接，哪些用于動連接？

根據(jù)用途不同，平鍵分為普通平鍵、薄型平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵四種。其中普通平鍵和

薄型平鍵用于靜連接，導(dǎo)向平鍵和滑鍵用于動連接。

2.薄型平鍵連接與普通平鍵連接相比，在使用場合、結(jié)構(gòu)尺寸和承載能力上有何區(qū)別？

薄型平鍵與普通平鍵的主要區(qū)別是鍵的高度約為普通平鍵的60%-70%,也分為圓頭、平

頭和單圓頭三種形式，但傳遞轉(zhuǎn)換的能力較低，常用于薄壁結(jié)構(gòu)、空心軸和一些徑向尺寸受

限制的場合。

3.普通平鍵的強(qiáng)度條件怎樣（用公式表示）？如何在進(jìn)行普通平鍵連接強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，強(qiáng)度

條件不能滿足，可采用哪些措施？

2000T「1

（T=------------<CF

普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為：kidL

T-.傳遞的轉(zhuǎn)矩；k：鍵與輪轂的接觸高度；I：鍵的工作長度：d：軸的直徑。

可采用的措施有：a.增大鍵和輪轂的長度，但鍵不宜過長，否則，載荷沿鍵長分布不

均；b.用兩個(gè)鍵相隔180。布置；c.改用花鍵；d.更換鍵、軸或轂的材料。

4.為什么采用兩個(gè)平鍵時(shí)，一般布置在沿周向相隔180°的位置；采用兩個(gè)楔鍵時(shí)，相

隔90°120°,而采用兩個(gè)半圓鍵時(shí)，卻布置在軸的同一母線上？

〃〃〃為

兩個(gè)平鍵沿周向相隔180。布置，對軸的削弱均勻，并且兩鍵對軸的擠壓力平衡，對軸

不產(chǎn)生附件彎矩，受力狀態(tài)較好。

兩個(gè)楔鍵相隔90°120。布置，若夾角過小，則對軸的局部削弱過大，若夾角過大，

則兩個(gè)楔鍵的總承載能力下降，若夾角為180。，兩個(gè)楔鍵承載能力相當(dāng)于一個(gè)楔鍵的承載

能力。

兩個(gè)半圓鍵布置軸的同一母線上。半圓鍵對軸的削弱較大，兩個(gè)半圓鍵不能放在同一橫

截面上，只能放在同一母線上。

5.平鍵和楔鍵在結(jié)構(gòu)和使用性能上有何區(qū)別？為什么平鍵應(yīng)用較廣？

平鍵的工作面是兩側(cè)面，楔鍵的上、下面為工作面；楔鍵的上表面和與它相配合的輪轂

鍵槽底面均有1:100的斜度，而平鍵無斜度。楔鍵連接的缺點(diǎn)是鍵楔緊后，軸和輪轂的配合

產(chǎn)生偏心和偏斜，因此楔鍵主要轂類零件的定心精度要求不高和低轉(zhuǎn)速的場合。平鍵連接具

有結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、對中性好優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用較廣。

6.半圓鍵與普通平鍵連接相比，有什么優(yōu)缺點(diǎn)？它適用在什么場合？

半圓鍵也是靠側(cè)面來傳遞轉(zhuǎn)矩，它工藝性好、裝配方便，尤其適用于錐形軸端與輪轂的

連接。缺點(diǎn)是軸上鍵槽較深，對軸的強(qiáng)度削弱較大，故一般只用輕載連接中。

7.為什么在軸的零件圖上，軸的鍵槽深度可以用「表示，也可以用△一?標(biāo)注？而在輪

轂的工作圖上，鍵槽深度/必須用d+乙來標(biāo)注（山D一—軸的直徑）？

軸上鍵槽深度（f或△一,）或轂上鍵槽深度D+t'不受槽寬人的影響，測量精度及穩(wěn)定性

較好，故采用這種標(biāo)注方法。

8.什么叫無鍵連接？它有何優(yōu)缺點(diǎn)？

凡軸與轂的連接不用鍵或花鍵時(shí)，統(tǒng)稱為無鍵連接。無鍵連接主要有型面連接和脹緊連

接。

型面連接：軸和轂孔通過非圓截面構(gòu)成連接。型面連接裝拆方便，能保證良好的對中性;

連接面上沒有鍵槽及尖角，減少了應(yīng)力集中，故可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。加工工藝比較復(fù)雜。

脹緊連接：在軸和轂孔之間裝入脹緊連接套而構(gòu)成的一種靜連接。脹緊連接定心性好，

裝拆方便，引起的應(yīng)力集中小，承載能力高，并有安全保護(hù)作用。由于要在軸和轂孔間安裝

脹緊套，應(yīng)用時(shí)會受到結(jié)構(gòu)尺寸的限制。

9.銷有哪幾種？各用在何種場合？

銷根據(jù)用途可分為定位銷、連接銷和安全銷三種。定位銷用來固定零件之間的相對位置,

它是組合加工和裝配時(shí)的重要輔助零件。連接銷可傳遞不大的載荷；安全裝置中過載剪斷元

件稱為安全銷。

四、計(jì)算分析題

1.圖示減速器的低速軸與凸緣聯(lián)軸器及圓柱齒輪之間分別用鍵連接。已知：軸傳遞的

轉(zhuǎn)矩T=1000N?m,齒輪材料為鍛鋼，若%許用安全系數(shù)[5]=2。凸緣聯(lián)軸器

的材料為HT250,工作時(shí)有輕微沖擊，連接處軸及輪轂的尺寸如圖示。試選擇鍵的類型和尺

寸，并校核其連接強(qiáng)度。

聯(lián)軸器處的鍵：

根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，選用A型普通平鍵。由軸徑d=70mm,選取bx〃=20xl2,根據(jù)輪

轂寬度130mm,選取鍵長L=125mm。

校核:

鍵的接觸高度左=Q.5h=0.5x12=6mm;

鍵的工作長度/=L—人=125—20=105mm

2000T2000x1000仆小姑

--------=---------------=47.6MPa

%kid6x105x70

根據(jù)表6-2知，輕微沖擊下，HT250的許用擠壓應(yīng)力[bp]=5°MPa,所以4<[%],

故聯(lián)軸器處鍵合用。

齒輪連接處的鍵:

根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，選用A型普通平鍵。由軸徑d=90mm,選取bx/z=25xl4,根據(jù)輪

轂寬度90mm,選取鍵長L=80mm

校核:

鍵的接觸高度A=0.5〃=0.5x14=7mm;

鍵的工作長度/=L—Z?=80—25=55mm

2000T2000x1000

=57.7MPa

kid~7x55x90

根據(jù)表6-2知I,輕微沖擊下，鋼的許用擠壓應(yīng)力區(qū)」=100Mp，所以

故齒輪處鍵合用。

2.圖示牙嵌離合器在左右兩半分別用鍵與軸I、II相聯(lián)接，在空載下，通過操縱可使

右半離合器沿導(dǎo)向鍵在軸H上作軸向移動。該軸傳遞的轉(zhuǎn)矩T=1000N?m,軸徑

80mm,右半離合器的輪轂長L=i30mm,工作中有輕微沖擊，離合器及軸均為

鋼制。試選擇右半離合器的導(dǎo)向平鍵的尺寸，并校核該聯(lián)接的強(qiáng)度。

根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，選擇A型導(dǎo)向平鍵。根據(jù)軸徑d=8°mm,輪轂長度&="°mm,行

程長4=60mm及導(dǎo)向平鍵的標(biāo)準(zhǔn)長度系列，查表6口知，

h-22mm,h-14mml=180mm

校核:

導(dǎo)向平鍵連接結(jié)構(gòu)屬于動連接，通常只需要進(jìn)行耐磨性計(jì)算，校核其表面壓力即可。

2000T]

p=--------41rPl

kidLJ

式中，轉(zhuǎn)矩T=1000N-m,接觸高度攵=0.5%=0.5x14=7mm,軸徑d=80mm,

L1+乙,—L,b130+60-180

I-L^—-=13()--------------------=114mm

鍵的工作長度2222

^2000xlQ00^3i3Mpa

所以7x114x80。對于動連接，鋼的許用壓力1川一小*a,所以

p<m,故該鍵合用。

第十章

1.某三級減速傳動系統(tǒng)，由齒輪傳動、鏈傳動和帶傳動組成，試問該如何選擇其先后次序？

為什么？

答：次序應(yīng)選擇為帶傳動、齒輪傳動和鏈傳動。

帶傳動平穩(wěn)性好，能緩沖吸振，具有過載保護(hù)能力（過載即打滑），但承載能力較小。所以

宜布置在高速級。鏈傳動承載力比較大，但因存在多邊形效應(yīng)，其瞬時(shí)傳動比不穩(wěn)定，工作

中振動、沖擊、噪聲較大，所以宜布置在低速級。

2.二級圓柱齒輪減速器，其中一級為直齒輪，另一級為斜齒輪。試問斜齒輪傳動應(yīng)置于高

速級還是低速級？為什么？若為直齒錐齒輪和圓柱齒輪組成減速器，錐齒輪傳動應(yīng)置于高速

級還是低速級？通常哪一級傳動比大？為什么？

答：在二級圓柱齒輪傳動中，斜齒輪傳動放在高速級，直齒輪傳動放在低速級。其原因是：

⑴斜齒輪傳動工作平穩(wěn)，在與直齒輪精度等級相同時(shí)允許更高的圓周速度，更適于高速。

⑵將工作平穩(wěn)的傳動放在高速級，對下級的影響較小。如將工作不很平穩(wěn)的直齒輪傳動放在

高速級，則斜齒輪傳動也不會平穩(wěn)。

⑶斜齒輪傳動有軸向力，放在高速級軸向力較小，因?yàn)楦咚偌壍霓D(zhuǎn)矩較小。

由錐齒輪和斜齒輪組成的二級減速器，一般應(yīng)將錐齒輪傳動放在高速級，且錐齒輪的傳動比

選擇比較小。其主要原因是：低速級的轉(zhuǎn)矩較大，齒輪的尺寸和模數(shù)較大。當(dāng)錐齒輪的錐距

R和模數(shù)m大時(shí)，加工困難，制造成本提高。

3.齒輪傳動常見的失效形式有哪些？簡要說明閉式硬齒面、閉式軟齒面和開式齒輪傳動的設(shè)

計(jì)準(zhǔn)則。

答：齒輪傳動常見的失效形式有以下幾種：（1）輪齒折斷；（2）齒面點(diǎn)蝕；（3）齒面磨損；

（4）齒面膠合；（5）塑性變形。

閉式硬齒面的設(shè)計(jì)以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度為主：

閉式軟齒面的設(shè)計(jì)通常以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度為主；

開式齒輪傳動的設(shè)計(jì)目前僅以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并將模數(shù)適當(dāng)放大。

4.對于軟齒面的閉式齒輪傳動，其主要失效形式為

A.輪齒疲勞折斷B.齒面磨損

C.齒面疲勞點(diǎn)蝕D.齒面膠合E.塑性變形

5.一般開式齒輪傳動的主要失效形式是B。

A.輪齒疲勞折斷B.齒面磨損

C.齒面疲勞點(diǎn)蝕D.齒面膠合E.塑性變形

6.高速重載齒輪傳動，當(dāng)潤滑不良時(shí)，最可能出現(xiàn)的失效形式為」

A.輪齒疲勞折斷B.齒面磨損

C.齒面疲勞點(diǎn)蝕D.齒面膠合E.塑性變形

7.對于開式齒輪傳動，在工程設(shè)計(jì)中，一般D。

A.按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪尺寸，再校核彎曲強(qiáng)度

B.按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪尺寸，再校核接觸強(qiáng)度

C.只需按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)，并適當(dāng)放大模數(shù)

D.只需按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，并適當(dāng)放大模數(shù)

8.對于閉式齒輪傳動中，在工程設(shè)計(jì)中，一般A.

A.按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪尺寸，再校核彎曲強(qiáng)度