機(jī)械設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)要點(diǎn)及重點(diǎn)習(xí)題

-緒論

1、機(jī)器的基本組成要素是什么？【答】機(jī)器的基本組成要素是機(jī)械零件。

2、什么是通用零件？什么是專用零件？試各舉三個(gè)實(shí)例。

【答】在各種機(jī)器中經(jīng)常能用到的零件稱為通用零件。如螺釘、齒輪、彈簧、鏈輪等。

在特定類型的機(jī)器中才能用到的零件稱為專用零件。如汽輪機(jī)的葉片、內(nèi)燃機(jī)的活塞、曲軸等。

3、在機(jī)械零件設(shè)計(jì)過程中，如何把握零件與機(jī)器的關(guān)系？

【答】在相互連接方面，機(jī)器與零件有著相互制約的關(guān)系；

在相對(duì)運(yùn)動(dòng)方面，機(jī)器中各個(gè)零件的運(yùn)動(dòng)需要滿足整個(gè)機(jī)器運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求；

在機(jī)器的性能方面，機(jī)器的整體性能依賴于各個(gè)零件的性能，而每個(gè)零件的設(shè)計(jì)或選擇又和機(jī)

器整機(jī)的性能要求分不開。

二機(jī)械設(shè)計(jì)總論

1、機(jī)器由哪三個(gè)基本組成部分組成？傳動(dòng)裝置的作用是什么？

【答】機(jī)器的三個(gè)基本組成部分是：原動(dòng)機(jī)部分、執(zhí)行部分和傳動(dòng)部分。

傳動(dòng)裝置的作用：介于機(jī)器的原動(dòng)機(jī)和執(zhí)行部分之間，改變?cè)瓌?dòng)機(jī)提供的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)，以滿足執(zhí)

行部分的要求。

2、什么叫機(jī)械零件的失效？機(jī)械零件的主要失效形式有哪些？

【答】機(jī)械零件由于某種原因喪失工作能力或達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的性能稱為失效。機(jī)械零件的主要失效

形式有：

1）整體斷裂：2）過大的殘余變形（塑性變形）：3）零件的表面破壞，主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞：

4）破壞正常工作條件引起的失效。

3、什么是機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則？機(jī)械零件的主要設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有哪些？

【答】機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是指機(jī)械零件設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)遵循的原則。

機(jī)械零件的主要設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有：強(qiáng)度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、壽命準(zhǔn)則、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則、可靠性準(zhǔn)則。

5、設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足哪些基本要求？

【答】機(jī)械零件的基本設(shè)計(jì)要求有：避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求；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。

6、筒述機(jī)械零件的一般設(shè)計(jì)步驟？

【答】機(jī)械零件的一般設(shè)計(jì)步驟是：（1）選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)；（2）計(jì)算作用載荷；（3）選擇材料;

（4；確定基本尺寸；（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（6）校核計(jì)算；（7）繪圖和編寫技術(shù)文件。

7、機(jī)械零件的常規(guī)設(shè)計(jì)方法有哪些？計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)屬于常規(guī)設(shè)計(jì)

方法嗎？

【答】機(jī)械零件的常規(guī)設(shè)計(jì)方法有:

（1）理論設(shè)計(jì)：根據(jù)長(zhǎng)期總結(jié)出來的設(shè)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的設(shè)計(jì)稱為理論設(shè)計(jì)，理論設(shè)計(jì)中

常采用的處理方法有設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算兩種。前者是指由公式直接算出所需的零件尺寸，后者是指對(duì)初

步選定的零件尺寸進(jìn)行校核計(jì)算；

（2）經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)：根據(jù)從某類零件已有的設(shè)計(jì)與使用實(shí)踐中歸納出的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，或根據(jù)設(shè)計(jì)者本人

的工作經(jīng)驗(yàn)用類比的辦法所進(jìn)行的設(shè)計(jì)；

（3）模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：對(duì)于一些尺寸巨大而且結(jié)構(gòu)又很復(fù)雜的重要零件件，尤其是一些重型整體機(jī)械

零件，為r提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，可采用模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)屬于現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。

8、簡(jiǎn)述機(jī)械零件金屬材料的一般選用原則？

1、載荷、應(yīng)力及其分布狀況，零件的工作情況；

2、零件的尺寸及質(zhì)量；

3、零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度及材料的加工可能性；

4、材料的經(jīng)濟(jì)性；

5、材料的供應(yīng)狀況。

9、什么是機(jī)械零件的標(biāo)準(zhǔn)化？實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化有何重要意義？

【答】零件的標(biāo)準(zhǔn)化就是對(duì)零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、檢驗(yàn)方法、制圖要求等制定出各種各

樣大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。

意義：1）能以最先進(jìn)的方法在專門化工廠中對(duì)?那些用途最廣的零件進(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，提高了零件性能的可靠性；

3）采用了標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)及零、部件，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作，縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，同時(shí)也簡(jiǎn)化了

機(jī)器的維修工作。

三機(jī)械零件的強(qiáng)度

1、影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的主要因素有哪些？在設(shè)計(jì)中可以采用哪些措施提高機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度？

【答】影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的主要因素有零件幾何形狀、尺寸大小、加工質(zhì)量及強(qiáng)化因素。

可以采用如下措施來提高機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度：

1）盡可能降低零件上應(yīng)力集中的影響是提高零件疲勞強(qiáng)度的首要措施。應(yīng)盡量減少零件結(jié)構(gòu)形狀和

尺寸的突變或使其變化盡可能地平滑和均勻。在不可避免地要產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)處，可采用減荷

槽來降低應(yīng)力集中的作用；

2）選用疲勞強(qiáng)度大的材料和規(guī)定能夠提高材料疲勞強(qiáng)度的熱處理方法及強(qiáng)化工藝：

3）提高零件的表面質(zhì)量；

4）盡可能地減小或消除零件表面可能發(fā)生的初始裂紋的尺寸，對(duì)于延長(zhǎng)零件的疲勞壽命有著比提高

材料性能更為顯著的作用。

2,己知某材料的b_1-180MPa,循環(huán)基數(shù)取N(j=5*1()6,，片9,試求循環(huán)次數(shù)"分別為7000,25000,

620G00次時(shí)的有限壽命”曲疲勞極限。

【解】由公式。得

5X1()6

M=7000時(shí)b-lM=373.6MPa

7000

M=25000時(shí)324.3MPa

二J1,2小25(XX)

6

I5x10

M=620000時(shí)=180?'=227.0MPa

V620000

3、己知一材料的力學(xué)性能b,=260MPa,=170MPa,=0.2,試按比例繪制該材料的簡(jiǎn)化極限

應(yīng)力線圖。

【解】由公式3-6%=2j-%得

。。

2x170

。。=283.33MPa

1+%1+0.2

簡(jiǎn)化極限應(yīng)力線圖上各點(diǎn)的坐標(biāo)分別為

A(0,170)；U(141.7,141.7)；C(260,0)

按比例繪制的簡(jiǎn)化極限應(yīng)力線圖如圖所示。

4、如在題3中取零件的=1.2,零件危險(xiǎn)截面上的平均應(yīng)力er,”二20MPa,應(yīng)力幅ba=30MPa,

I)按比例繪制該零件的簡(jiǎn)化極限應(yīng)力線圖，并在圖上標(biāo)出工作點(diǎn)M；

2)分別按，?=C和二C在零件的簡(jiǎn)化極限應(yīng)力線圖上標(biāo)出極限應(yīng)力點(diǎn)Si和S2；

3)分別按〃=C和求出該截面的計(jì)算安全系數(shù)S’d

【解】

1)繪制零件的簡(jiǎn)化極限應(yīng)力線圖

零件極限應(yīng)力線圖上各點(diǎn)的坐標(biāo)分別為:

A((),—)=((),141.7)；D(141.7,)=(141.7,118.1),C(260,0)

1.21.2

工作點(diǎn)M坐標(biāo)為)=(30,20)

2)標(biāo)出極限應(yīng)力點(diǎn)Si和S2

r=C和a,”=C時(shí)在零件的簡(jiǎn)化極限應(yīng)力線圖上

的極限應(yīng)力點(diǎn)Si和S2如圖所示。

3)按廠=C和?”二C求該截面的計(jì)算安全系數(shù)

高，對(duì)中性好。主要用于傳動(dòng)螺紋。

鋸齒型螺紋：牙型為不等腰梯形，工作面的牙側(cè)角3度，非工作面牙側(cè)角30度。外螺紋牙根有較大

的圓角，以減小應(yīng)力集中，內(nèi)外螺紋旋合后，大徑無間隙便于對(duì)中，兼有矩形螺紋傳動(dòng)效率高和梯形螺紋

牙型螺紋牙根強(qiáng)度高的特點(diǎn)。用于單向受力的傳動(dòng)螺紋。

普通螺紋適合用于連接，矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋適合用于傳動(dòng)。

普通螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。

4、簡(jiǎn)要說明螺紋連接的主要類型和特點(diǎn)。

【答】螺紋聯(lián)接的主要類型有螺栓聯(lián)接、螺釘聯(lián)接、雙頭螺柱聯(lián)接和緊定螺釘聯(lián)接四種。主要特點(diǎn)是：

1）螺栓聯(lián)接：有普通螺栓聯(lián)接和校制孔螺栓聯(lián)接兩種。普通螺栓聯(lián)接被聯(lián)接件的通孔與螺栓桿之間

有間隙，所以孔的加工精度可以低些，不需在被聯(lián)接件上切制螺紋，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便，所以應(yīng)用

最廣。較制孔螺栓聯(lián)接螺栓桿與孔之間沒有間隙，能確定被聯(lián)接件的相對(duì)位置，并能承受橫向載荷。

2）螺釘聯(lián)接：螺釘直接旋入被聯(lián)接件的螺紋孔中。適用于被聯(lián)接件之一較厚，或另一端不能裝螺母

的場(chǎng)合。

3）雙頭螺柱聯(lián)接：使用兩端均有螺紋的螺柱，一端旋入并緊定在較厚被聯(lián)接件的螺紋孔中，另一端

穿過較薄被聯(lián)接件的通孔，加上墊片，旋上螺母并擰緊，即成為雙頭螺柱聯(lián)接。

4）緊定螺釘聯(lián)接：將緊定螺釘擰入一零件的螺紋孔中，其末端頂住另一零件的表面，或頂入相應(yīng)的

凹坑中，以固定兩個(gè)零件的相對(duì)位置，并可傳遞不大的力或扭矩,多用于固定軸上零件的相對(duì)位置。

6、在鑄、鍛件等的粗糙表面上安裝螺栓時(shí)，為何應(yīng)制成凸臺(tái)或沉頭座？

【答】1）降低表面粗造度，俁證連接的緊密性；2）避免螺栓承受偏心載荷；3）減少加工面，降低加

工成本。

7、如圖所示的底板螺栓組連接受外力的產(chǎn)￡作用，外力產(chǎn)￡作用在包含工軸并垂直于底板結(jié)合面的平面內(nèi)。

試分析底板螺栓組的受力情況，判斷哪個(gè)螺栓受力最大？保證連接安全工作的必要條件有哪些？

【解】將F、等效轉(zhuǎn)化到底板面上，可知底板受到軸向

力仁,橫向力和傾覆力矩

（1）底板最左側(cè)螺栓受力最大，為防止螺栓拉斷，應(yīng)

驗(yàn)算該螺栓的拉伸強(qiáng)度，要求拉應(yīng)力

（2）為防止底板右側(cè)壓碎，應(yīng)驗(yàn)算底板右側(cè)邊緣的最

大擠壓應(yīng)力，要求最大擠壓應(yīng)力；

（3）為防止底板左側(cè)出現(xiàn)間隙，應(yīng)驗(yàn)算底板左側(cè)邊緣

的最小擠壓應(yīng)力，要求最小擠壓應(yīng)力b〃min>0；

（4）為防止底板向右滑移，應(yīng)驗(yàn)算底板在橫向力作用

題7圖

下是否會(huì)滑動(dòng)，要求摩擦力尺廣

8、如圖所示，兩塊金屬板用兩個(gè)M12的普通螺栓連接。若結(jié)合面的摩擦系數(shù)/=0.3,螺栓預(yù)緊力控制

在屈服極限的70%,螺栓用性能等級(jí)為4.8的中碳鋼制造，求此連接所能傳遞的最大橫向我荷尸。

【解】

1、M12的螺紋內(nèi)徑為&曰。/06mm

2、確定螺栓的預(yù)緊力

性能等級(jí)為4.8的碳鋼/=320MPa

ml

F=0.7巴4=0.7區(qū)一

由題意，預(yù)緊力為Q4

3、由公式切FONK.FZ

z=2,Z=1,/=0.3,取&=1.2,因此，該連接能傳遞的最大橫向載荷為

_fiiF^03x2x1x。.7x32。，—1叱=8983.93N

max-

-KsL2

9、受軸向載荷的緊螺栓連接，被連接鋼板間采用橡膠墊片。已知螺栓預(yù)緊力6=15000N,當(dāng)受軸向工

作載荷F=I(XXX)N時(shí)，求螺栓所受的總拉力及被連接件之間的殘余預(yù)緊力。

【解】采用橡膠墊片密封，取螺栓的相對(duì)剛度一以一=0.9

Q+孰

由教材公式(5-18),螺栓總:立力尼二乙+—與一F=1500+0.9x10000=24000N

G+c〃i

由教材公式(5.15),殘余預(yù)緊力為片=后一尸=24000-10000=14000N

鍵、花鍵、無鍵連接和銷連接

4、如圖所示的凸緣半聯(lián)軸器及圓柱齒輪，分別用鍵與減速器的低速軸相連接。試選擇兩處健的類型及尺

寸，并校核其強(qiáng)度。己知：軸的材料為45鋼，傳遞的

轉(zhuǎn)矩為7=1000N.m,齒輪用鍛鋼制造，半聯(lián)軸器用

灰鑄鐵制成，工作時(shí)有輕微沖擊。

【解】

(1)確定聯(lián)軸器段的鍵

題4圖

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選A型平鍵。由軸徑d=70〃〃〃，查手冊(cè)得鍵的截面尺寸為人=20〃"%，〃=12"〃舞,

取鍵的公稱長(zhǎng)度L=110"〃〃。

鍵的標(biāo)記：鍵20x11()GB叮1069-1979

鍵的工作長(zhǎng)度為/=￡一。=110—20=90〃切2,

鍵與輪轂鍵槽接觸高度為k=h/2=6mm,

根據(jù)聯(lián)軸器材料鑄鐵，載荷有輕微沖擊，

查教材表6-1,取許用擠壓應(yīng)力[bp]=55M4,則其擠壓強(qiáng)度

27x62x1000x1000

=52.9\MPa<55MPa=[ap]

kid6x90x70

滿足強(qiáng)度要求。(注：該鍵也可以選擇長(zhǎng)度L=125mm。)

(2；確定齒輪段的鍵

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選A型平鍵。由軸徑d=90mm,查手冊(cè)得鍵的截面尺寸為〃=25mm,

〃二14mm,取鍵的公稱長(zhǎng)度￡=80mm。鍵的標(biāo)記：鍵25x80GB/T1069-1979

鍵的工作長(zhǎng)度為l=L-b=8O-25=55mm,鍵與輪轂鍵槽接觸高度為左=〃/2=7mm,

根據(jù)齒輪材料為鋼，載荷有輕微沖擊，查教材表6-1,取許用擠壓應(yīng)力[?！╙=110\1白，則其

2Txl032x1000xlO3.入八

擠壓強(qiáng)度=--------=--------------=57.72MPa<[a]=110MPa滿足強(qiáng)度要求。

Pkid7x55x90〃

五帶傳動(dòng)

1、影響帶傳動(dòng)工作能力的因素有哪些?

【答】由公式(8-7)F=2F

ecQl+l/efa

影響帶傳動(dòng)工作能力的因素有：

(1)預(yù)緊力：預(yù)緊力越大，工作能力越強(qiáng)，但應(yīng)適度，以避免過大拉應(yīng)力;

(2)包角：包角越大越好，一般不小于120度；

(3)摩擦系數(shù)：摩擦系數(shù)越大越好。

2、帶傳動(dòng)的帶速為什么不宜太高也不宜太低?

u2

【答】由公式(8-10)cr，=—可知，為避免過大的離心應(yīng)力，帶速不宜太高;

A

FP

由公式(8-3)和(8-4)可知，緊邊拉力E=耳+—=兄+1000—

2v

因此，為避免緊邊過大的拉應(yīng)力6=巨，帶速不宜太低。

A

4、帶傳動(dòng)的主要失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是什么？

【答】帶傳動(dòng)的主要失效形式是打滑和疲勞破壞。

帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是在保證帶傳動(dòng)不打滑的條件下，具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。

5、V帶傳動(dòng)的巧=1450r/min,帶與帶輪的當(dāng)量摩擦系數(shù)￡,=0.51,包角%=180°,預(yù)緊力

生=360N.試問：

1）該傳動(dòng)所能傳遞的最大有效拉力為多少；

2）若“山=100mm,其傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為多少；

3）若傳動(dòng)效率為0.95,彈性滑動(dòng)忽略不計(jì)，求從動(dòng)輪的輸出功率。

l-l/e05LT

【解】⑴心=2丹--------=2x360x=478.35/V

1+1//1+1/產(chǎn)

(2)傳遞的最大扭矩

7=工.弘=478.35X—=23917.5N.mm

ec22

(3)輸出功率

匕x/M山

P=x0.95=x0.95

100060x1000x1000

478.35x1450x^x100

x0.95=3.63kW

60x1000x1000

6、V帶傳動(dòng)傳遞的功率P=7.5kW,帶速N=l（）m/s,緊邊拉力是松邊拉力的兩倍，即F}=2F2,試

求緊邊拉力K、有效拉力（和預(yù)緊力6。

FV1000P1000x7.5

【解】由4卬，得入==750N

u-io-

10000

由￡=耳一F2，又F、=2F2,得片=2己=2x750=1500N

由G二馬+g,得益=6一與=]500-苧=1125N

六鏈傳動(dòng)

1、與帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

【答】與屬于摩擦傳動(dòng)的帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，因而能保證準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比,

傳動(dòng)效率較高；又因鏈條不需要像帶那樣張得很，所以作用于軸上的徑向壓力較小；在同樣的條件下，鏈

傳動(dòng)結(jié)構(gòu)較為緊湊。同時(shí)鏈傳動(dòng)能在高溫和低溫的情況下工作C

2、何謂鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)？如何減輕多邊形效應(yīng)的影響？

【答】鏈傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)中由于鏈條圍繞在鏈輪上形成了正多邊形，造成了運(yùn)動(dòng)的不均勻性，稱為鏈傳動(dòng)的

多邊形效應(yīng)。這是鏈傳動(dòng)固有的特性。

減輕鏈傳動(dòng)多邊形效應(yīng)的主要措施有：

1）減小鏈條節(jié)距；

2）增加鏈輪齒數(shù)；

3）降低鏈速。

4、在如圖所示鏈傳動(dòng)中，小鏈輪為主動(dòng)輪，中心距a=（30T0）〃。問在圖a、b所示布置中應(yīng)按哪個(gè)方

向轉(zhuǎn)動(dòng)才合理？?jī)奢嗇S線布置在同一鉛垂面內(nèi)（圖c）有什么缺點(diǎn)？應(yīng)采取什么措施？

【答】a）和b）按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)合理。

c）兩輪軸線布置在同一鉛垂面內(nèi)下垂量增大，下鏈輪的有效嚙合齒數(shù)減少，降低了傳動(dòng)能力，應(yīng)采取

（1）調(diào)整中心距（2）加張緊輪3）兩輪偏置等措施。

七齒輪傳動(dòng)

1、齒輪傳動(dòng)常見的失效形式有哪些？簡(jiǎn)要說明閉式硬齒面、旺式軟齒面和開式齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

【答】齒輪傳動(dòng)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(dòng)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。

2、筒要分析說明齒輪輪齒修緣和做成鼓形齒的目的。

【答】齒輪輪齒修緣是為了減小齒輪傳動(dòng)過程中由于各種原因引起的動(dòng)載荷。做成鼓形是為了改善載

荷沿接觸線分布不均的程度。

3、軟齒面齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，為何小齒輪的齒面硬度應(yīng)比

大齒輪的齒面硬度大30?50HBS?

【答】金屬制的軟齒面齒輪配對(duì)的兩輪齒中，小齒輪

齒根強(qiáng)度較弱，且小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)較多，當(dāng)大小

齒輪有較大硬度差時(shí)，較硬的小齒,輪會(huì)對(duì)較軟的大齒輪

齒面產(chǎn)生冷作硬化的作用，可提高大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度。所以要求小齒輪齒面硬度比大齒輪大

30-50HBSo

4、試分析圖示斜齒圓柱齒輪所受的力（用受力圖表示出各力優(yōu)作用位置和方向）。（1為主動(dòng)輪）

5、設(shè)兩級(jí)斜齒圓柱齒輪減速器的已知條件如圖所示，問:

1）低速級(jí)斜齒輪的螺旋線方向應(yīng)如何選擇才能使中間軸上兩齒輪的軸向力方向相反;

2）低速級(jí)螺旋角夕應(yīng)取多大數(shù)值才能使中間軸上兩個(gè)軸向力互相抵消。

【解】

（1）由于中間軸上兩齒輪分別為主動(dòng)

和從動(dòng)輪，旦旋轉(zhuǎn)方向相同，因此為使軸向

力方向相反，必須使齒輪3的螺旋方向與齒

輪2的相同。齒輪2為左旋，故齒輪3必須

左旋，齒輪4右旋。

（2）使中間軸上輪2和輪3的軸向力

互相完全抵消，需要滿足工2=5,3。

tan

F(I2=耳2尸2,"3=Fgtan

因齒輪2和齒輪3傳遞的轉(zhuǎn)矩相同7=￡22=￡34，且

22

d2=z2mn2/cos,d3=z3mn3/cos自

整理后nJ得

tanp3Fdznicosp

,=I2,=3,=3fli2I

tan%FI3d2z2mnlcos/73

因此sin0、=~'""3sin夕2=——■sin150=0.1438

z2mn23x51

夕3=8.27°=8016'2"

6、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，為何小齒輪的齒寬應(yīng)比大齒輪的齒寬大5?10mm?

【答】將小齒輪的齒寬在圓整值的基礎(chǔ)上人為地加寬5?10mm以防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)

位時(shí)導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒的工作載荷。

7、對(duì)于做雙向傳動(dòng)的齒輪來說，它的齒面接觸應(yīng)力和齒根彎曲應(yīng)力各屬于什么循環(huán)特性？在做強(qiáng)度計(jì)算

時(shí)應(yīng)怎樣考慮？

【答】齒面接觸應(yīng)力是脈動(dòng)循環(huán)，齒根彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)。

在作彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)應(yīng)將圖中查出的極限應(yīng)力值乘以0.7。

8、設(shè)計(jì)小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的一對(duì)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。已知6=130kW,=11640r/min,zt=23,

z2=73,壽命品=100h,小齒輪作懸臂布置，使用系數(shù)=1.25。

【解】1)選擇齒輪的材料和精度等級(jí)

根據(jù)教材表10-1選大小齒輪材料均為20CrMnTi滲碳淬火。小齒輪齒面硬度取62HRC,大齒輪齒面硬

度取38HRC,芯部300HBS。選精度等級(jí)為6級(jí)。

2)按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)

①小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩

p130

T,=9.55xMV-L=9.55xHFx-----=106658N.mm

1/?111640

②初選載荷系數(shù)：K,=1.6

③確定齒寬系數(shù)：小齒輪作懸臂布置，據(jù)教材表10-7選取為=0.5

④初選螺旋角：尸=14°

⑤計(jì)算斜齒輪的當(dāng)量齒數(shù)：

z\_23_cuc_Z2_73_1八八

zvi=7T=3777=25.2，z=—=j--=19.9

cos/?cos14v2cos"cos-14

⑥確定齒形系數(shù)和應(yīng)力集中系數(shù)：

查教材表10-5得匕“=2.62,=1.59,YFa2=2.22,YSa2=\.77

⑦確定斜齒輪端面重合度:

查教材圖10-26得%=0.78,〃2=0.88,￡a=品?+%=0.78+0.88=1.66

⑧確定彎曲強(qiáng)度許用應(yīng)力:

7

循環(huán)次數(shù)N]=60n]jLh=60x11640x1x100=7.0x10

7

N2=60%=60x11640x23/73x1x10()=2.2xl0

由教材圖10-18查得KFNT=心2=1

取安全系數(shù)S尸=1.5

由教材圖10-20(d)得aFN]=(JFN2=930MPa

按對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力確定許用彎曲應(yīng)力為

[o-]=lcrJ=0.7x*=434MPa

FIF2=07J；;。

⑨由彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒輪的模數(shù):

因/川痣“2>丫&2%“2，[O-F1]=[CTF2],將齒輪1的參數(shù)代入設(shè)計(jì)公式中得

2KT1勿cos?/%%_/2xl.6xl06658x0.89xcos214°.22.62x1.59

21.84mm

-V網(wǎng)?z「4[crF]-V0.5x23x1.66434

取標(biāo)準(zhǔn)值mn=2mm。

⑩險(xiǎn)算載荷系數(shù):

Z]機(jī)〃23x2

小齒輪的分度圓直徑4=---L=------=47.4mm

cos/cos14"

3.141x47.4x116470“小

齒輪的圓周速度u=---——------------------=28.9m/s

60x100060x1000

由教材圖10-8查得：=1.16

假設(shè)KAFt/b>\^N/min,由教材圖10-3查得

KFa=K*=11

齒寬b=%(1\=0.5x47.4=23.7mm

齒寬與齒高比b/h=---=23,7=5.3

2.25/%2.25x2

由教材表10-4杳得K郎=1.15,由教材圖10-13查得K"=1.12

彎曲強(qiáng)度載荷系數(shù)

K=K4K「K&K”=1.25x1.16x1.1x1.12=1.79

⑥修正模數(shù)：

mn=mnt1K/K,=1.84X/.79/1.6=

因此取標(biāo)準(zhǔn)值mn=2mm合適。

◎確定螺旋角：

?、皿2.+zm23+732八八八,

中心距a=———2——n=-----------x------=98.94mm

2cos/2cos14"

圓整中心距a=99mm后，螺旋角

B-arccos(Z]+_arcc0(23+73)x2_]4。828”

2a2x99

。斜齒輪的相關(guān)參數(shù)

4=—=47.437麗

cos夕cosl408'28”

豆殳_=_012_=150.562〃〃〃

"2=

cos/?cos1408'28"

b=%小=0.5x47.437=23.7mm

對(duì)齒寬圓整：b2=24/77/77,仄=2Smm

3）齒面接觸強(qiáng)度校核

①確定接觸強(qiáng)度載荷系數(shù)KUKAKUK&K%=1.25x1.16x1.1x1.15=1.83

②確定接觸強(qiáng)度許用應(yīng)力：

查教材圖10-21（e）得crHliml=crHlim2=1500MPa

查教材圖10-19中曲線2得K“M=1。KHN2=L°8

取安全系數(shù)SH=1.0

KHNOHL=10x1500=1500MPa

SH1.0

K“N2bmim21.08xl5(X)入“一八

[b'2]=---------=1620MPa

s”1.0

③確定彈性影響系數(shù):據(jù)教材表10-6查得Z￡=189.87MPa

④確定區(qū)域載荷系數(shù):據(jù)教材圖10-30查得ZH=2.43

⑤校核接觸強(qiáng)度

=ZL-"1=189.8X2.43X2xL83xl:6658x3=u4°Mpa＜皿]

aH=.Z

Hbd、F〃24x47.4373x1.663.17

滿足接觸強(qiáng)度要求，以上所選參數(shù)合適。

八蝸桿傳動(dòng)

1、笥述蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合？

【答】蝸桿傳動(dòng)的主要特點(diǎn)有：（1）傳動(dòng)比大，零件數(shù)目少，結(jié)構(gòu)緊湊；（2）沖擊載荷小、傳動(dòng)平穩(wěn),

噪聲低；（3）當(dāng)蝸桿的螺旋升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)具有自鎖性；（4）摩擦損失較大，

效率低；當(dāng)傳動(dòng)具有自鎖性時(shí)，效率僅為0.4左右；（5）由于摩擦與磨損嚴(yán)重，常需耗用有色金屬制造蝸

輪（或輪圈），以便與鋼制蝸桿配對(duì)組成減摩性良好的滑動(dòng)摩擦副。

期桿傳動(dòng)通常用于空間兩軸線交錯(cuò)，要求結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大的減速裝置，也有少數(shù)機(jī)器用作增速裝置。

2、蝸桿直徑系數(shù)的含義是什么？為什么要引入蝸桿直徑系數(shù)？

【答】蝸桿直徑系數(shù)是蝸桿分度圓直徑和模數(shù)的比值。

4

q=—m

引入蝸桿直徑系數(shù)是為了限制蝸輪滾刀的數(shù)H及便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化。

3、為什么蝸輪的端面模數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)值？蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件是什么？

【答】I）在中間平面上，普通圓柱蝸桿傳動(dòng)就相當(dāng)丁,齒條與齒輪的嚙合傳動(dòng)。所以在設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)時(shí),

均取中間平面上的參數(shù)（如模數(shù)、壓力角等）和尺寸（如齒頂圓、分度圓等）為基準(zhǔn)，并沿用齒輪傳動(dòng)的

計(jì)算關(guān)系。對(duì)于蝸輪來說，端面模數(shù)等于中間平面上的模數(shù)。

2）蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件是：蝸桿的軸向模數(shù)等于蝸輪的端面模數(shù)，蝸桿的軸向壓力角等于蝸輪

的端面壓力角，蝸桿中圓柱上螺旋線的導(dǎo)程角等于蝸輪分度圓上的螺旋角，且螺旋線方向相同。即

tna\=mt2=m?aa\=ai2-Y=P

4、蝸桿傳動(dòng)的主要失效形式是什么？相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是什么？

【答】蝸桿傳動(dòng)的失效形式主要有齒面點(diǎn)蝕、齒根折斷、齒面膠合及過度磨損等。

在開式傳動(dòng)中多發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷，因此應(yīng)以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為開式傳動(dòng)的主要設(shè)計(jì)

準(zhǔn)則。

在閉式傳動(dòng)中，蝸桿副多因齒面膠合或點(diǎn)蝕而失效。因此，通常是按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，而

按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。

對(duì)于閉式傳動(dòng)，由于散熱較為困難，還應(yīng)作熱平衡核算。

5、試分析畫出圖5所示蝸桿傳助中各軸的回轉(zhuǎn)方向、蝸輪輪齒的螺旋方向及蝸桿、蝸輪所受各力的作用

位置和方向。

【解】1）各軸的回轉(zhuǎn)方向如圖所示；

2）蝸輪輪齒的螺旋方向：

由于兩個(gè)蝸桿均為右旋，因應(yīng)兩個(gè)蝸輪也必為右旋。

3）蝸桿、蝸輪所受各力的作用位置和方向如圖所示

右旋蝸輪

右旋蝸桿（主動(dòng)）

九滑動(dòng)軸承

1、滑動(dòng)軸承的失效形式有哪些？

【答】滑動(dòng)軸承的失效形式有：磨粒磨損、刮傷、咬合（膠合）、疲勞剝落和腐蝕，還可能出現(xiàn)氣蝕、

流體侵蝕、電侵蝕和微動(dòng)磨損等損傷。

2、滑動(dòng)軸承材料應(yīng)具備哪些性能？是否存在著能同時(shí)滿足這些性能的材料？

【答】滑動(dòng)軸承材料性能應(yīng)具有以下性能：（1）良好的減摩性、耐磨性和抗咬粘性。（2）良好的摩擦

順應(yīng)性、嵌入性和磨合性。（3）足夠的強(qiáng)度和抗腐蝕能力。（4）良好的導(dǎo)熱性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性等。不存

在一種軸承材料能夠同時(shí)滿足以上這些性能。

3,寸液休澗滑軸承的設(shè)計(jì)依據(jù)是什么？限制〃和〃。的目的是什么？

【答】非液體潤(rùn)滑軸承常以維持邊界油膜不遭破壞作為設(shè)計(jì)的最低要求。

限制〃的目的是保證潤(rùn)滑油不被過大的壓力擠出，間接保證軸瓦不致過度磨損。

軸承的發(fā)熱量與其單位面積上的摩擦功耗力W成正比，限制〃N的目的就是限制軸承的溫升，防止吸

附在金屬表面的油膜發(fā)生破裂。

4、液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的必要條件是什么？簡(jiǎn)述向心滑動(dòng)軸承形成動(dòng)壓油膜的過程？

【答】形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑（即形成動(dòng)壓油膜）的必要條件是：

1）相對(duì)滑動(dòng)的兩表面間必須形成收斂的楔形間隙；

2）被油膜分開的兩表面必須有足夠的相對(duì)滑動(dòng)速度（亦即滑動(dòng)表面帶油時(shí)要有足夠的油層最大速度）,

其運(yùn)動(dòng)方向必須使?jié)櫥陀纱罂诹鬟M(jìn)，從小口流出；

3）潤(rùn)滑油必須有一定的粘度，供油要充分。

向心滑動(dòng)軸承形成動(dòng)壓油膜的基本過程為：

1）軸頸靜止時(shí)，軸頸處于軸承孔的最低位置，并與軸瓦接觸，兩表面間自然形成一收斂的楔形空間；

2）軸頸開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，速度極低，帶入軸承間隙中的油量較少，這時(shí)軸瓦對(duì)軸頸摩擦力的方向與軸頸

表面圓周速度方向相反，迫使軸頸在摩擦力的作用下沿孔壁爬升；

3）隨著轉(zhuǎn)速的增人，軸頸表面的圓周速度增人，帶入楔形空間的油量也逐漸增多。這時(shí)楔形油膜產(chǎn)

生了一定的動(dòng)壓力，將軸頸浮起。當(dāng)軸頸達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸頸便穩(wěn)定在一定的偏心位置上。這時(shí)，軸承

處于流體動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)，油膜產(chǎn)生的動(dòng)壓力與外載荷相平衡。由于軸承內(nèi)的摩擦阻力僅為液體的內(nèi)阻力，

故摩擦系數(shù)達(dá)到最小值。

5、某不完全液體潤(rùn)滑徑向液體滑動(dòng)軸承，已知：軸頸直徑d=200mm,軸承寬度8=200mm,軸頸

轉(zhuǎn)速〃=300r/min,軸瓦材料為ZCuAII0Fe3,試問它可以承受的最大徑向載荷是多少？

【解】軸瓦的材料為ZCuAII0Fe3,查其許用應(yīng)力[p]=15MPa,許用[pp]=12MPa,m/s

1）軸承的平均壓力應(yīng)滿足式（12-1）,據(jù)此可得

F<[pk/B=15x200x200=6xl05N

2）軸承的〃D應(yīng)滿足式12-2,據(jù)此可得

FJ^IX19100^12X19100X200=1526X1Q5N

n300

綜合考慮（1）和（2）,可知最大徑向載荷為1.526、105N。

6、某對(duì)開式徑向滑動(dòng)軸承，已知徑向載荷/=35000N,軸頸直徑d=90mm,軸承寬度8=100mm,

軸頸轉(zhuǎn)速〃=1000r/mino選用L-AN32全損耗系統(tǒng)用油，設(shè)平均溫度7；〃=9（）℃,軸承的相對(duì)間隙

“=0.（X）l,軸頸、軸瓦表面粗造度分別為段?=1.6gm,&2=3.2pm,試校驗(yàn)此軸承能否實(shí)現(xiàn)液體動(dòng)

壓灌滑。

【解】按50°查L(zhǎng)-AN32的運(yùn)動(dòng)粘度，查得%°=22c&,換算出L-AN3250°時(shí)的動(dòng)力粘度：

%o=p%oXlOi=900x22x10^=0.0198

軸徑轉(zhuǎn)速

2m227TX1000…r

co=——=---------=104.1rad/s

6060

承受最大載荷時(shí)，考慮到表面幾何形狀誤差和軸徑撓曲變形。選安全系數(shù)為S=2,據(jù)式12-9和12-10

得:

r(p(\-x)=S(R:l+R二2)

所以

S（R“+RQ?2x0.0048

y=1---------------------=1------------------=U.dUo

r（p0.05

由4/d=1.11及％=0.808,查教材表12-8得有限寬軸承的承載量系數(shù)Cp=3.372

由于

FgxfMBCpIcp1=0.0918x104.7x0.09x0.1x3.372/0.0012=63000N>35000N

所以，可以實(shí)現(xiàn)液體動(dòng)壓潤(rùn)滑。

十滾動(dòng)軸承

1、滾動(dòng)軸承的主要失效形式是什么？

【答】滾動(dòng)軸承的正常失效形式是滾動(dòng)體或內(nèi)外圈滾道上的點(diǎn)蝕破壞。

對(duì)于慢慢擺動(dòng)及轉(zhuǎn)速極低的軸承，主要失效形式是滾動(dòng)軸承接觸面上由于接觸應(yīng)力過大而產(chǎn)生的永久

性過大的凹坑。

除點(diǎn)蝕和永久性變形外，還可能發(fā)生其它多種形式的失效，如：潤(rùn)滑油不足使軸承燒傷，潤(rùn)滑油不清

潔使軸承接觸部位磨損，裝配不當(dāng)使軸承卡死、內(nèi)圈漲破、擠碎內(nèi)外圈和保持架等。這些失效形式都是可

以避免的。

2、什么是滾動(dòng)軸承的基本額定壽命？什么是滾動(dòng)軸承的基本額定動(dòng)載荷？

【答】一組軸承中，10%的軸承發(fā)生點(diǎn)蝕破壞，90%的軸承不發(fā)生點(diǎn)蝕破壞前的轉(zhuǎn)數(shù)（以ICT為單位）

或工作小時(shí)數(shù)稱為滾動(dòng)軸承的基本額定壽命，以Lo表示。

滾動(dòng)軸承的基本額定動(dòng)載荷就是使軸承的基本額定壽命恰好為1。6轉(zhuǎn)時(shí)，軸承所能承受的載荷值，用

字母C表示。

3、何時(shí)需要進(jìn)行滾動(dòng)軸承的靜載荷計(jì)算？

【答】對(duì)于在工作載荷下基本上不旋轉(zhuǎn)的軸承（例如起重機(jī)吊鉤上用的推力軸承），或者慢慢地?cái)[動(dòng)以

及轉(zhuǎn)速極低的軸承，需要進(jìn)行滾動(dòng)軸承的靜載荷計(jì)算。

4、試說明下面各軸承的類型和內(nèi)徑，并說明哪個(gè)軸承的公差等級(jí)最高？哪個(gè)允許的極限轉(zhuǎn)速最高？哪個(gè)

承受徑向載荷的能力最大？哪個(gè)不能承受徑向載荷？

N307/P46207/P23020751307/P6

【答】各軸承的內(nèi)徑均為35mm；

6207/P2為深溝球軸承，公差等級(jí)最高；允許的極限轉(zhuǎn)速最高；

N307/P4為圓柱滾子軸承，承受徑向載荷能力最高；

30207為圓錐滾子軸承；

51307/P6為雙列推力球軸承，不能承受徑向載荷。

5、欲對(duì)一批同型號(hào)滾動(dòng)軸承做壽命試驗(yàn)。若同時(shí)投入50個(gè)軸承進(jìn)行試臉，按其基本額定動(dòng)載荷值加載,

試驗(yàn)機(jī)主軸轉(zhuǎn)速為〃=2000r/mino若預(yù)計(jì)該批軸承為正品，則試驗(yàn)進(jìn)行8小時(shí)20分時(shí)，應(yīng)約有幾個(gè)軸

承已失效。

【解】8小時(shí)20分時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)數(shù)為

L=(8x60+20)x2000=1x10°r

此壽命剛好為1x106r,且軸承在基本額定載荷下試驗(yàn)，所以其失效率應(yīng)為10%,應(yīng)約有5OxlO%=5

個(gè)軸承已失效。

6、某深溝球軸承需在徑向載荷乙=715()N作用下，以〃=1800r/min的轉(zhuǎn)速工作3800鼠試求此軸承

應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷C。

【解】根據(jù)式13-3有

60x1800x380()

=53.134kN

7、如圖所示，根據(jù)工作條件，決定在軸的兩端選用兩個(gè)70000AC角接觸球軸承。工作中有中等沖擊，轉(zhuǎn)

速〃=1800r/min,軸頸”=35mm已知兩軸承的徑向載荷分別為工?=3390N,/；2=1()40N,外加

軸向載荷為Ee=870N,作用方向指向軸承1,試確定其工作壽命。

［解］1)確定軸承型號(hào)c0

根據(jù)題目要求，可以選用的軸承型號(hào)為70000AC,在此一為―?；J”一

選用7207AC軸承，其基本參數(shù)為：.

基本額定動(dòng)載荷。=29.0kNFrl

基本額定靜載荷=182kN題7圖

FJFr^eFJFr>e派生軸向力Fa判斷系數(shù)e

XYXY

0.6850.68

100.410.87

2)計(jì)算派生軸向力

.1=0.68/71=0.68x3390=2305.2N；%=。68%=0.68x1040=707.2N

3)計(jì)算兩個(gè)軸承的軸向力

如圖，出于1/2+G“，=707.2+870=1577.2N<1/|=2305.2N

故軸承1被放松，軸承2被壓緊，所受軸向力分別為

%=F,n=2305.2N；42=Fd\-Fae=2305.2-870=1435.2N

4)計(jì)算兩個(gè)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷

由題意，在表13-6中取載荷系數(shù)/〃=1.5

對(duì)于軸承1,由于生受3=().68=e

故軸承1的X=l,Y=0,其當(dāng)量動(dòng)載荷為P.=fp(XFr^YFa[}=fpFrX=1.5x3390=5085N

對(duì)于軸承2,由于區(qū)J435.2=]38>?,故軸承2的X=0.41,Y=0.87

Fr21040

其當(dāng)量動(dòng)載荷為=/p(X/72+yFw2)=1.5x(0.41x1040+0.87x1435.2)=2512.5N

5）計(jì)算兩個(gè)軸承的壽命

由題意，溫度系數(shù)￡=1.0。由公式13-5a,軸承1、2的壽命分別為

%=知牛。焉4符卜大5h

63

IO6IOf29xl()V

60xl80012515.2)=14192.3h

60〃

十一聯(lián)軸器和離合器

1、筒述聯(lián)軸器與離合器的功用和區(qū)別。

【答】聯(lián)軸器和離合器主要用來聯(lián)接軸與軸（或軸與其它回轉(zhuǎn)零件），以傳遞運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)矩，有時(shí)也可用

作安全裝置。

聯(lián)軸器和離合器的區(qū)別是：在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，聯(lián)軸器聯(lián)接的兩軸不能分離，只有在機(jī)器停車并將聯(lián)接器

拆開后