機械設(shè)計基礎(chǔ)問答題

機械設(shè)計基礎(chǔ)問答題試述機械與機構(gòu)、零件與構(gòu)件、運動副與約束的涵義。

=1\*GB3①零件是制造的基本單元；=2\*GB3②某些零件固聯(lián)成沒有相對運動的剛性組合稱為構(gòu)件，構(gòu)件是運動的基本單元；=3\*GB3③構(gòu)件與構(gòu)件之間通過一定的相互接觸與制約，構(gòu)成保持相對運動的可動聯(lián)接，稱為運動副；=4\*GB3④當(dāng)構(gòu)件用運動副聯(lián)接以后，它們之間的某些相對運動將不能實現(xiàn)，這種對相對運動的限制稱為運動副的約束；=5\*GB3⑤能完成有用的機械功或轉(zhuǎn)換機械能的機構(gòu)組合系統(tǒng)稱為機器；=6\*GB3⑥機器與機構(gòu)總稱為機械。何謂復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束？

=1\*GB3①三個或三個以上的構(gòu)件在同一軸線上用回轉(zhuǎn)副相聯(lián)接構(gòu)成復(fù)合鉸鏈；=2\*GB3②局部自由度是指不影響機構(gòu)中輸入與輸出關(guān)系的個別構(gòu)件的獨立運動（凸輪機構(gòu)中的滾子——提高效率，減少磨損）；=3\*GB3③運動副引入的約束中，對機構(gòu)自由度的影響與其他機構(gòu)重復(fù)，這些重復(fù)的約束稱為虛約束（機械中常設(shè)計帶有虛約束，對運動情況雖無影響，但往往能使受力情況得到改善）。機構(gòu)具有確定運動的條件是什么？若不滿足條件，將會出現(xiàn)什么情況？

=1\*GB3①運動鏈成為具有確定相對運動的機構(gòu)的必要條件為：運動鏈的自由度必須大于零，主動構(gòu)件數(shù)必須等于運功鏈的自由度；=2\*GB3②不滿足條件時，當(dāng)自由度為零時，運動鏈將成為各構(gòu)件間沒有相對運動的剛性構(gòu)架，當(dāng)主動構(gòu)件數(shù)大于自由度時，可能會折斷構(gòu)件，當(dāng)主動構(gòu)件數(shù)小于自由度時，從動件的運動不確定。試述機件損傷和失效的主要形式以及機件工作準(zhǔn)則的涵義。

=1\*GB3①機件的主要的損傷及失效形式有：機件產(chǎn)生整體的或工作表面的破裂或塑性變形，彈性變形超過允許的限度，工作表面磨損、膠合和其他破環(huán)，靠摩擦力工作的機構(gòu)產(chǎn)生打滑和松動，超過允許強度的強烈震動，等等；=2\*GB3②主要準(zhǔn)則：強度——機件抵抗斷裂、過大的塑性變形或表面疲勞破壞的能力，剛度——機件受載時抵抗彈性變形的能力，常用產(chǎn)生單位變形所需的外力或外力矩來表示（提高剛度的辦法：改進(jìn)機件結(jié)構(gòu)，增加輔助支撐或肋板以及減小支點的距離，適當(dāng)增加斷面尺寸）耐磨性——磨損過程中抵抗材料脫落的能力，振動穩(wěn)定性——機器在工作時不能發(fā)生超過容許的振動，耐熱性。機械中常用哪些材料？選用材料的原則是什么？

1.機械制造中常用的材料是鋼和鑄鐵，其次是有色金屬合金以及非金屬材料。

2.材料選用有3種原則：a：使用要求——考慮機件所受的則和的大小、性質(zhì)和應(yīng)力方向（拉伸為主—鋼件；受壓機件—鑄鐵），機件的工作條件，機件的尺寸和重量的限制，機件的重要程度；b：工藝要求；c：經(jīng)濟(jì)要求?；瑒幽Σ粮鶕?jù)摩擦面間潤滑劑的存在情況，滑動摩擦如何分類？

a：干摩擦：兩摩擦表面間無任何潤滑劑而直接接觸的純凈表面間的摩擦狀態(tài)；

b：邊界摩擦：摩擦副表面各吸附一層極薄的邊界膜，邊界膜厚度通常在0.1um以下，尚不足以將微觀不平的兩接觸表面分隔開，兩表面間仍有凸峰接觸；

c：流體摩擦：兩摩擦表面完全被流體層分隔開，表面凸峰不直接接觸的摩擦狀態(tài)；

d：混合摩擦：干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦處于混合共存狀態(tài)下的摩擦狀態(tài)。試述螺紋牙型的主要種類及應(yīng)用。

a：三角形螺紋：螺紋牙根厚、強度高、牙型角大，當(dāng)量摩擦系數(shù)大、自鎖性能好但傳動效率低，適用于聯(lián)接；

b：矩形螺紋：由于牙型角為0度，傳動效率最高，但是精加工困難，磨損后間隙難以補償，易松動，螺母與螺桿對中心的準(zhǔn)確度較差，螺紋根部強度最弱，應(yīng)用已經(jīng)很少。

c：鋸齒形螺紋：效率較矩形螺紋略低，牙根強度很高，適用于承受單向載荷的螺旋傳動；

d：梯形螺紋：牙型角為30度，傳動效率較矩形螺紋低，但牙根強度高，當(dāng)采用剖分螺母時，螺紋磨損后的間隙可以補償，廣泛用于螺旋傳動。螺紋聯(lián)接的基本類型有哪些？各適用于什么場合？

a：螺栓聯(lián)接：不需加工螺紋孔，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，多用于被聯(lián)接件不太厚并需經(jīng)常拆卸的場合；

b：螺紋聯(lián)接：用于被聯(lián)接之一較厚，不便加工通孔的場合，但不能經(jīng)常拆卸，否則會因螺紋孔磨損而導(dǎo)致被聯(lián)接件磨損；

c：雙頭螺柱聯(lián)接：用于被聯(lián)接件之一太厚不便于穿孔且需經(jīng)常拆卸或結(jié)構(gòu)上受限制不能采用普通螺栓聯(lián)接的場合；

d：緊定螺釘：多用于軸上零件的固定，可以傳遞不大的力和轉(zhuǎn)矩。、螺紋聯(lián)接防松的意義及基本意義是什么？

在靜載荷和溫度變化不大的情況下，聯(lián)接所用的三角形螺紋都有自鎖性，但在沖擊、震動和變載荷的作用以及溫度變化較大的情況下，聯(lián)接有可能松動，甚至松脫，不僅影響機器正常工作，有時還會造成嚴(yán)重事故，所以在設(shè)計螺栓聯(lián)接時必須考慮防松。螺紋聯(lián)接防松的實質(zhì)問題是在于防止螺紋副擰緊后的反向相對運動。防松的方法按工作原理不同有以下三大類：a：附加摩擦力防松，如使用彈簧墊圈；b：直接鎖住防松，如開口銷、串聯(lián)金屬絲的使用；c：破壞螺紋副關(guān)系防松，例如焊接或沖點。試從傳遞轉(zhuǎn)矩能力、制造成本、削弱軸強度幾個方面比較平鍵、半圓鍵和花鍵聯(lián)接。

a：傳遞扭矩的能力：平鍵和半圓鍵均是靠輪轂和鍵側(cè)面的相互擠壓來傳遞扭矩的，而花鍵是利用多齒傳遞載荷而且鍵和軸做成一體，故其承載能力較大，而半圓鍵用于輕載的場合。

b：制造成本：由于花鍵是在軸上周向均勻加工出多個鍵齒，且輪轂也要加工出相應(yīng)的鍵齒槽，故其制造成本較高。

c：削弱軸的強度：平鍵和半圓鍵均需要在軸上開出鍵槽，故均會削弱軸的強度，而半圓鍵的鍵槽開的最深，故對軸的強度的削弱最大，而花鍵的鍵和軸為一體，對軸強度的削弱最小。鉚接，焊接，和粘接各有什么特點，分別適用于什么情況？

a：鉚接：鉚釘聯(lián)接是利用頂桿和預(yù)制頭的鉚釘通過被聯(lián)接件的預(yù)制孔，然后利用鉚型施壓再制造出另一端的鉚頭構(gòu)成的不可拆分的聯(lián)接。鉚接具有工藝簡單，耐沖擊和牢固等優(yōu)點，但結(jié)構(gòu)笨重，并會削弱被聯(lián)接件的強度。主要用于輕金屬結(jié)構(gòu)、非金屬元件的聯(lián)接以及受沖擊或震動的金屬結(jié)構(gòu)而由于焊接技術(shù)限制的場合；

b：焊接：焊接是利用局部加熱的方法是兩個以上的金屬元件在聯(lián)接處形成分子間的結(jié)合而構(gòu)成的不可拆卸的聯(lián)接。與鉚接相比，具有重量輕、強度高、工藝簡單等優(yōu)點，但是由于焊接后常有殘余應(yīng)力及變形，不宜承受嚴(yán)重的沖擊和震動，而且由于某些材料的焊接技術(shù)還有待研究，應(yīng)此還不能完全取代鉚接，應(yīng)用在單件生產(chǎn)時，用焊接代替鑄造來生產(chǎn)結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜或尺寸較大的零件，大的鍛件也可以分開制造后再焊接為整體；

c：粘接：粘接是由膠粘劑直接涂在被聯(lián)接件的聯(lián)接表面間，固著后粘合而形成的一種聯(lián)接，粘接工藝較簡單，具有重量輕，耐腐蝕，密封性能好等優(yōu)點，但不宜在高溫條件下工作。目前用于要避免鉚接、焊接因鉆孔、高溫而引起的應(yīng)力集中以及不同材料或極薄金屬間的聯(lián)接。c：=1\*GB3①等變位齒輪可以用正變位切制出齒數(shù)小于ZMIN而無根切的小齒輪；用負(fù)變位可以切制修復(fù)已經(jīng)磨損嚴(yán)重的巨型大齒輪；等變位傳動可以合理地調(diào)整兩輪齒根厚度，使其彎曲強度和齒根部磨損大致相等，以提高傳動的承載能力或耐磨性相等，可以用來取代標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動；=2\*GB3②Z1+Z2≤2Zmin時必須使用正傳動才能使兩輪都避免根切，而且可以滿足中心距大于標(biāo)準(zhǔn)中心距的傳動，并可以提高輪齒的彎曲強度，減輕輪齒磨損，但是重合度減小較多；=3\*GB3③負(fù)傳動雖然會略增加重合度，但會降低輪齒的彎曲強度且兩輪齒根滑動系數(shù)較大，使磨損加劇，只有在配湊中心距時才使用；=4\*GB3④與標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動相比，變位齒輪沒有互換性，必須成對設(shè)計、制造和使用。普通圓柱蝸桿傳動的組成及工作原理是什么？它有哪些特點？宜用于什么情況？

蝸桿傳動由蝸桿及渦輪組成，一般蝸桿為主動件。在主平面上，蝸桿傳動相當(dāng)于齒條齒輪的傳動，當(dāng)蝸桿繞軸旋轉(zhuǎn)時，蝸桿輪齒相當(dāng)于齒條作軸向移動而驅(qū)動渦輪輪齒，使渦輪旋轉(zhuǎn)。

渦輪傳動具有以下特點：傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊；傳動平穩(wěn)，噪聲?。豢梢詫崿F(xiàn)自鎖；但是蝸桿傳動由于齒間存在較大的相對滑動，傳動中摩擦較大，發(fā)熱大，效率低，自鎖時嚙合效率低于0.5，因而需要良好的潤滑和散熱條件，不適用于大功率傳動；同時為了減小磨損和防止膠合，便于跑合，渦輪齒圈常用比較貴重的有色金屬。蝸桿傳動的失效形式和強度計算與齒輪傳動相比，主要的異同點是哪些？

齒輪傳動中所能發(fā)生的點蝕、彎曲折斷、膠合和磨損等失效形式，在蝸桿傳動中也都有可能出現(xiàn)，但是蝸桿傳動在齒面間有較大的相對滑動，磨損、膠合為最常見的失效形式，而且蝸輪輪齒彎曲強度所限定的承載能力大都超過齒面點蝕和熱平衡計算所限定的承載能力，蝸輪斷齒情況很少發(fā)生。

膠合和磨損目前無成熟的計算方法，但是它們均隨齒面接觸應(yīng)力的增加而加劇，因此可統(tǒng)一作為齒面接觸強度進(jìn)行條件性計算，根據(jù)不同材料的失效形式以相應(yīng)的許用接觸應(yīng)力加以補償，這樣蝸桿齒面的接觸強度計算便成為蝸桿傳動最基本的輪齒強度計算。試述蝸桿傳動中滑動速度的涵義?；∶嫖仐U傳動與普通蝸桿傳動相比有哪些特點？

蝸桿傳動中，蝸桿和蝸輪在嚙合節(jié)點處的圓周速度相互垂直，其相對速度稱為滑動速度。

弧面蝸桿傳動由于滑動速度方向與接觸線間的夾角較大，故其形成動壓油膜的條件比較好，因而抗膠合能力以及傳動效率都比普通圓柱蝸桿傳動有顯著提高。試比較螺旋傳動與齒輪齒條傳動的特點和應(yīng)用。試比較普通滑動螺旋傳動、滾動螺旋傳動的特點與應(yīng)用，

a：螺旋傳動和齒輪齒條傳動均可將螺旋運動變成直線運動，但是螺旋傳動一般不可逆向轉(zhuǎn)變。螺旋傳動與齒條傳動相比有如下特點：1.降速傳動比大，故對高速轉(zhuǎn)換成低速直線可以簡化系統(tǒng)，使結(jié)構(gòu)緊湊，并提高傳動精度；2.可獲得大的軸向力；3.能實現(xiàn)自鎖；4.工作平穩(wěn)無噪聲；5.其效率較低、磨損快，因而不適用于高速和大功率傳動。

b：滾珠螺旋與滑動螺旋相比，具有以下特點：1.傳動效率高，一般可達(dá)95%以上；2.啟動力矩小，傳動靈敏；3.磨損小，壽命長，維護(hù)簡單；4.經(jīng)調(diào)整預(yù)緊后，可消除滾珠螺旋中的間隙，因而具有較高的傳動精度和軸向剛度；5.但是不能自鎖，傳動具有可逆性，需要采用防止逆轉(zhuǎn)的措施；6.結(jié)構(gòu)、工藝比較復(fù)雜，成本較高。試比較凸輪傳動與連桿傳動的特點與應(yīng)用。

1.連桿傳動由于運動副內(nèi)有間隙，當(dāng)構(gòu)件數(shù)目較多或精度較低時，運動積累誤差較大，而且要設(shè)計精確實現(xiàn)任意運動規(guī)律較困難。凸輪傳動與連桿傳動相比，凸輪傳動結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能方便地設(shè)計凸輪輪廓以實現(xiàn)從動件預(yù)期的運動規(guī)律。

2.連桿傳動構(gòu)件相聯(lián)處都是面接觸，壓強較小，磨損也小，因而能夠用于重載，使用壽命較長，而且其接觸表面是平面或圓柱面，加工簡單，可以獲得較高的精度。而凸輪傳動中齒廓與從動件之間為點接觸或線接觸，易磨損，不宜承受重載荷或沖擊載荷。試比較棘輪傳動和槽輪傳動的特點及應(yīng)用。

1.棘輪傳動結(jié)構(gòu)比較簡單，而且棘輪每完成一次間歇運動轉(zhuǎn)過的角度可在大范圍內(nèi)改變或調(diào)節(jié)，而且棘輪每次運動和停止的時間比可以選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動機構(gòu)來改變，比較靈活。但棘輪傳動工作時有較大的沖擊和噪聲，傳動精度較低，故一般只適用于低速輕載的間歇傳動。

2.槽輪傳動有結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高，與棘輪傳動相比運轉(zhuǎn)平穩(wěn)和沖擊較小等特點；但是槽輪的間歇傳動角度一經(jīng)設(shè)計制成，就不能再改變。一般用于自動機床轉(zhuǎn)位機構(gòu)，電影放映卷片機構(gòu)等自動或半自動機械中。軸常用的材料有哪些？應(yīng)如何選擇？

軸常采用碳素鋼和合金鋼制造。碳素鋼比合金鋼價廉，且對應(yīng)力集中敏感性較低，應(yīng)用更為廣泛；合金鋼具有較高的機械強度、可淬性較好，但對應(yīng)力集中較為敏感，價格也較貴，故重載或重要的軸、要求尺寸小、重量輕的軸、要求高耐磨性以及在在高溫等特殊環(huán)境下工作的軸，常采用合金鋼。而尺寸偏大形狀復(fù)雜（如曲軸）也可采用鑄鋼或球墨鑄鐵，但鑄鋼的品質(zhì)不易保證、容易出現(xiàn)縮孔等缺陷。球墨鑄鐵具有成本低、吸振性和耐磨性較好以及對應(yīng)力集中敏感性較低等優(yōu)點，但是球墨鑄鐵的質(zhì)量需要靠良好的鑄造工藝予以保證。良好的滑動軸承的軸瓦材料應(yīng)具有哪些性能？

軸瓦的主要失效形式是磨損和膠合，此外還有疲勞破壞、腐蝕等，為保證軸承正常工作，要求軸承材料具有足夠的強度和塑性、減摩性和耐磨性好、耐腐蝕和抗膠合能力強、導(dǎo)熱性好、熱膨脹系數(shù)小，容易跑合且易于加工制造。非液體滑動摩擦滑動軸承的計算應(yīng)限制什么？為什么？

應(yīng)限制平均壓強——以保證潤滑油不被過大的壓力擠出，邊界油膜不易破裂，使軸瓦不致產(chǎn)生過度磨損；

限制pv值——為了不產(chǎn)生過高的溫升，避免膠合失效；

限制滑動速度v——避免由于滑動速度過高而加速磨損?；瑒虞S承中，形成液體動壓油膜的條件的有哪些？

形成液體動壓潤滑的條件是：1.被潤滑的兩表面必須有楔形間隙；2.被潤滑的兩表面必須連續(xù)充滿著具有一定粘度的潤滑油；3.被潤滑的兩表面必須有一定的相對滑動速度，其運動方向必須使?jié)櫥蛷拇罂谶M(jìn)、小口出。聯(lián)軸器和離合器的功用有何相同點和不同點？

聯(lián)軸器和離合器都是聯(lián)接兩軸，使之一起回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩。用聯(lián)軸器聯(lián)接的兩軸只有在機器停車后，通過拆卸才能分離，而離合器則可以在機器運轉(zhuǎn)過程中方便的使兩軸分離或結(jié)合。聯(lián)軸器聯(lián)接兩軸的偏移形式有哪些？綜合位移指的是何種偏移形式？

兩軸的偏移形式有：兩軸的軸向位移、徑向位移、角位移。綜合位移指這些位移之和。制動器的作用是什么？何謂常開式和常閉式制動器？制動器設(shè)置應(yīng)注意哪些問題？

制動器是用來降低機械運動速度或迫使其停止運動的裝置。常閉式制動器經(jīng)常處于抱閘制動狀態(tài)，只有施加外力才能使其松閘解除制動；常開式制動器經(jīng)常處于松閘狀態(tài)，需要施加外力才能使其抱閘制動。制動器設(shè)置時一般應(yīng)設(shè)在高速軸上，而且機械傳動系統(tǒng)中位于制動裝置的