機械設計簡答題總結

簡答題：1.格拉霍夫定理：桿長之和條件：Lmax+Lmin≤L1+L2。如果取最短桿為機架，機架上有兩個整轉副，則得到雙曲柄機構；若取最短桿的任何一個相連構件為機架，則得到曲柄搖桿機構；如果取最短桿對面構件為機架，則得到雙搖桿機構。如果四桿機構不滿足桿長之和條件，則不論選取哪個構件為機架，所得到機構均為雙搖桿機構。上述系列結論稱為格拉霍夫定理。2.飛輪調(diào)速原理：調(diào)節(jié)周期性速度波動的常用方法是在機械中加上一個轉動慣量很大的回轉件——飛輪。飛輪在機械中的作用實際上相當于一個能量儲存器。由于其轉動慣量很大，當機器出現(xiàn)盈功時，飛輪的轉速略增，以動能的形式將多余的能量儲存起來，而使主軸角速度上升的幅值減??；反之，當機械出現(xiàn)虧功時，飛輪轉速略下降，將儲存的能量放出來，以彌補能量的不足，從而使得主軸角速度下降幅值減小。要注意的是，裝飛輪不是完全解決周期性速度波動，只能減小速度波動的幅度。3.鏈傳動的失效形式主要有以下幾種：(1)鏈板疲勞破壞鏈在松邊拉力和緊邊拉力的反復作用下，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)，鏈板會發(fā)生疲勞破壞。正常潤滑條件下，鏈板疲勞強度是限定鏈傳動承載能力的主要因素。(2)滾子、套筒的沖擊疲勞破壞鏈傳動的嚙入沖擊首先由滾子和套筒承受。在反復多次的沖擊下，經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù)，滾子、套筒可能會發(fā)生沖擊疲勞破壞。這種失效形式多發(fā)生于中、高速閉式鏈傳動中。(3)銷軸與套筒的膠合潤滑不當或速度過高時，\t"/item/%E9%93%BE%E4%BC%A0%E5%8A%A8/_blank"銷軸和套筒的工作表面會發(fā)生膠合。膠合限定了鏈傳動的極限轉速。(4)鏈條鉸鏈\t"/item/%E9%93%BE%E4%BC%A0%E5%8A%A8/_blank"磨損鉸鏈磨損后鏈節(jié)變長，容易引起跳齒或脫鏈。開式傳動、環(huán)境條件惡劣或潤滑密封不良時，極易引起鉸鏈磨損，從而急劇降低鏈條的使用壽命。(5)過載拉斷這種拉斷常發(fā)生于低速重載的傳動中。4.帶傳動中（1）打滑和彈性打滑：打滑的原因：是指由過載引起的全面滑動，是帶傳動的失效形式，應當避免。彈性滑動產(chǎn)生原因：是由帶材料的彈性變形和緊邊.松邊的拉力差引起的。只要帶傳動工作時承受載荷，就會出現(xiàn)緊邊和松邊，也就會發(fā)生彈性滑動，所以彈性滑動是不可避免的。打滑發(fā)生在帶與帶輪的整個接觸弧上，彈性滑動只發(fā)生在帶離開帶輪前的一部分接觸弧上。彈性滑動會引起下列后果：a.從動輪的圓周速度總是落后于主動輪的圓周速度，不能保證固定的傳動比。b.損失一部分能量，降低了傳動效率，會使帶的溫度升高；引起傳動帶磨損打滑造成帶的嚴重磨損，并使帶的運動處于不穩(wěn)定狀態(tài)。打滑的后果：使帶傳動失效，從動輪轉速急劇降低，甚至為0，帶磨損加劇，但可以起到過載保護作用，避免其他零件發(fā)生損壞。影響打滑的因素：帶傳動需要的有效拉力超過帶與帶輪間接觸弧上極限摩擦力時，就會出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象，帶與輪面間的摩擦系數(shù).帶輪的包角及初壓力F0都是影響打滑的因素。選擇題：1、2、3、齒輪磨損規(guī)律，點蝕的特征，齒根折斷，硬齒面軟齒面失效形式區(qū)別。齒輪的常見失效為：輪齒折斷、齒面磨損、齒面點蝕、齒面膠合、塑性變形等

（1）齒面磨損規(guī)律：

齒面磨損通常有磨粒磨損和跑合磨損兩種。由于灰塵、硬屑粒等進人齒面間而引起的磨粒磨損,在開式傳動中是難以避免的。齒面過度磨損后,齒廓顯著變形，常導致嚴重噪聲和振動,最終使傳動失效。采用閉式傳動、減小齒面表面粗糙度值和保持良好的潤滑,可以防止或減輕這種磨損。（2）齒面點蝕的特征

疲勞點蝕首先出現(xiàn)在齒根表面靠近節(jié)線處。這是因為在該處同時嚙合的齒數(shù)較少，接觸應力較大。且在該區(qū)域齒面相對運動速度低，難于形成油膜潤滑，故所受的摩擦力較大。在摩擦力和接觸應力作用下，容易產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象。齒面抗點蝕能力主要與齒面硬度有關，齒面硬度越高，抗點蝕能力越強。軟齒面(齒面硬度<350

HBS)的閉式齒輪傳動常因齒面點蝕而失效。在開式傳動中,由于齒面磨損較快,點蝕還來不及出現(xiàn)或擴展即被磨掉,所以一般看不到點蝕現(xiàn)象。（3）輪齒折斷：

輪齒折斷一般發(fā)生在齒根部分.因為輪齒受力時齒根彎曲應力最大，而且有應力集中。輪齒因短時意外的嚴重過載而引起的突然折斷，稱為過載折斷。用淬火鋼或鑄鐵制成的齒輪,容易發(fā)生這種折斷。在載荷的多次重復作用下，彎曲應力超過彎曲疲勞極限時，齒根部分將產(chǎn)生疲勞裂紋,裂紋的逐漸擴展最終將引起輪齒折斷,這種折斷稱為疲勞折斷。若輪齒單側工作,根部彎曲應力一側為拉伸,另一側為壓縮，輪齒脫離嚙合時,彎曲應力為零,因此就任一側而言,其應力都是按脈動循環(huán)變化的。若輪齒雙側工作,則彎曲應力可按對稱循環(huán)變化作近似圖計算。（4）硬齒面齒輪的主要失效形式：輪齒折斷軟齒面齒輪的輪齒失效的主要形式：齒面點蝕。點蝕首先出現(xiàn)在齒根表面靠近接觸線處。通常采取熱處理的方式來提高其齒面的硬度，齒面硬度越高，抗點蝕的能力越強。（5）．閉式齒輪傳動與開式齒輪傳動的失效形式和設計準則有何不同？答：閉式齒輪傳動：主要失效形式為齒面點蝕、輪齒折斷和膠合。目前一般只進行接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度計算。開式齒輪傳動：主要失效形式為輪齒折斷和齒面磨損，磨損尚無完善的計算方法，故目前只進行彎曲疲勞強度計算，用適當增大模數(shù)的辦法考慮磨損的影響。螺栓的1.3：5、動平衡靜平衡的目的，條件和定義：靜平衡：（1）定義：對于剛性轉子平衡時,如果只要求其慣性力達到平衡,則稱之為靜平衡;

（2）條件:

分布在該轉子回轉平面內(nèi)的各個偏心質(zhì)量的質(zhì)徑積的矢量和為零。動平衡：（1）定義：如果不僅要求其慣性力達到平衡，而且還要求由慣性力引起的力偶矩也達到平衡,則稱之為動平衡。（2）條件:

各偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力的矢量和以及這些慣性力所構成的慣性力偶矩之矢量和都必須為零。6、零件和構件：關系：構件是由各類零件裝配而成的各個運動單元。

零件是由各種材料做成的制造單元。構件組成機構的各個實體稱為構件。構件是由零件組合而成的，凡彼此之間沒有相對運動，而與其他零件之間可以有相對運動的零件組合體稱為構件。構件可以是單一的整體，也可以是幾個零件組成的剛性聯(lián)接。例如內(nèi)燃機中的連桿就是由連桿體、連桿蓋、軸瓦、螺栓和螺母等幾個零件組成，這些零件形成一個整體而進行運動，所以稱為一個構件。構件是運動的最小單元。

零件零件是構件的組成部分。機構運動時，屬于同一構件中的零件，相互之間沒有相對運動。飛輪：飛輪-安裝在機器回轉軸上的具有較大轉動慣量的輪狀蓄能器。飛輪的原理：當機器轉速增高時，飛輪的動能增加，把能量貯蓄起來；當機器轉速降低時，飛輪動能減少，把能量釋放出來。

飛輪的作用；飛輪可以用來減少機械運轉過程的速度波動。具有適當轉動慣量、起貯存和釋放動能作用的轉動構件，常見于機器、汽車、自行車等，具有較大轉動慣量的輪狀蓄能器。

目的：安裝飛輪不僅可避免機械運轉速度發(fā)生過大的波動，而且可以選擇功率較小的原功機。8、什么是根切現(xiàn)象?有什么危害?如何防止?（1）根切現(xiàn)象：比較齒輪的齒根圓和基圓計算公式可以發(fā)現(xiàn),在其他基本參數(shù)相同的情況下，當齒輪的齒數(shù)少于或等于41牙時,齒輪的齒根圓比基圓小,而且,齒數(shù)越少,齒根圓比基圓就小得越多;當齒輪的齒數(shù)多于或等于42牙時,齒輪的齒根圓比基圓大,而且齒數(shù)越多,齒根圓比基圓就大得越多。用范成法加工齒輪時,如果刀具的齒頂線或齒頂圓與嚙合線的交點超過嚙合線與被加工齒輪基圓的切點N時,刀具的齒頂會把齒輪靠近齒根的部分齒廓切去，這種現(xiàn)象稱為根切（2）發(fā)生地方：根切一般出現(xiàn)在齒數(shù)很少的情況下，對于標準齒輪而言，少于17牙就會在加工中出現(xiàn)根切。此時齒根圓比基圓小很多,而為了加工出全部齒牙，刀具必須深入到齒頂線與齒根圓相切的位置，從而使刀具過度地深人齒輪內(nèi)部加工，從而造成齒頂線超過嚙合線與被加工齒輪基園的切點(嚙合線端點)N.（3）根切現(xiàn)象對齒輪有危害：切掉部分齒廓會削弱齒根強度，嚴重時，切掉部分漸開線齒廓，會降低重合度。（4）防止：只要控制刀具的齒頂線在嚙合線與基圓的切點N以外就可以了。9、機構的壓力角或傳動角是評價機構動力學指標之一，設計機構時應限制其最大壓力角或最小傳動角。（壓力角α越大，P在vC方向能作功的有效分力就越小，傳動越困難。壓力角的余角γ稱為傳動角。）一、1.無墊片，無法調(diào)整軸承的游隙；2.軸肩過高，無法拆卸軸承；3.軸套長度應小于輪轂的長度；4.同一根軸上的兩個鍵槽應布置在同一母線上；5.套筒應低于軸承內(nèi)圈（應采用階梯型套筒）；6.軸承端蓋與相應軸段處應有密封件，且與軸間不應接觸，應有間隙；7.設軸肩對聯(lián)軸器進行定位；8.軸承內(nèi)外圈剖面線方向應一致；9.軸端無倒角；10.應設軸肩便于裝配。二、①聯(lián)軸器無軸向定位；②軸太長；③端蓋不能與軸接觸，且應密封；④不應設鍵槽；⑤軸段的長度應比齒寬小2~3mm；⑥應設階梯型套筒；⑦軸肩太高，應低于軸承內(nèi)圈高度；⑧右應加墊片。三、①軸肩過高；②設鍵進行軸向定位；③軸段長度應比齒寬小2~3mm；④箱體結構投影線錯誤；⑤設軸段便于軸承裝配；⑥軸承端蓋的孔應大于軸徑且應密封；⑦軸承左側未軸向定位；⑧箱體應設計加工凸臺，便于裝配。四、正確圖：軸結構常見錯誤總結一、軸本身的常見結構錯誤：⑴、必須把不同的加工表面區(qū)別開來；⑵、軸段的長度必須小于輪轂的長度；⑶、必須考慮軸上零件的軸向、周向固定問題；⑷、軸外伸處應考慮密封問題。二、軸承安裝的常見錯誤：⑴、角接觸軸承和圓錐滾子軸承①、一定要成對使用；②、方向必須正確，必須正裝或反裝；③、外圈定位（固定）邊一定是寬邊。⑵、軸承內(nèi)外圈的定位必須注意內(nèi)外圈的直徑尺寸問題①、內(nèi)圈的外徑一定要大于固定結構的直徑；②、外圈的內(nèi)徑一定要小于固定結構的直徑。⑶、軸上如有軸向力時，必須使用能承受軸向力的軸承。⑷、軸承必須考慮密封問題；⑸、軸承必須考慮軸向間隙調(diào)整問題。三、鍵槽的常見錯誤：⑴、同一軸上所有鍵槽應在一個對稱線上；⑵、鍵槽的長度必須小于軸段的長度；⑶、半圓鍵不用于傳動零件與軸的連接。四、軸承端蓋的常見錯誤⑴、對于角接觸和圓錐滾子軸承，軸承端蓋一定要頂在軸承的大端；⑵、和機體的聯(lián)接處必須要考慮軸承的間隙調(diào)整問題；⑶、軸承端蓋為透蓋時，必須和軸有間隙，同時，必須考慮密封問題。五、螺紋的常見錯誤⑴、軸上螺紋應有螺紋退刀槽;⑵、緊定螺釘應該擰入軸上被聯(lián)接零件,端部應頂在軸上;⑶、螺紋聯(lián)接應保證安裝尺寸;⑷、避免螺紋聯(lián)接件承受附加彎矩。1.用于緊聯(lián)接的一個M16普通螺栓，小徑d1=14.376mm,預緊力Fˊ=20000N,軸向工作載荷F=10000N,螺栓剛度Cb=1×106N/mm,被聯(lián)接件剛度Cm=4×106N/mm,螺栓材料的許用應力[σ]=150N/mm2;（1）計算螺栓所受的總拉力F（2）校核螺栓工作時的強度。1.解（1）=20000+0.2×10000=22000N ………………（5分）(2)=176.2N/mm2> ………………（5分）2.圖c所示為一托架，20kN的載荷作用在托架寬度方向的對稱線上，用四個螺栓將托架連接在一鋼制橫梁上，螺栓的相對剛度為0.3，螺栓組連接采用普通螺栓連接形式，假設被連接件都不會被壓潰，試計算:1)該螺栓組連接的接合面不出現(xiàn)間隙所需的螺栓預緊力F′至少應大于多少？（接合面的抗彎剖面模量W=12.71×106mm3）（7分）2）若受力最大螺栓處接合面間的殘余預緊力F′′要保證6956N，計算該螺栓所需預緊力F′、所受的總拉力F0。（3分）（1）、螺栓組聯(lián)接受力分析：將托架受力情況分解成下圖所示的受軸向載荷Q和受傾覆力矩M的兩種基本螺栓組連接情況分別考慮。（2）計算受力最大螺栓的工作載荷F：（1分）Q使每個螺栓所受的軸向載荷均等，為:傾覆力矩M使左側兩個螺栓工作拉力減??；使右側兩個螺栓工作拉力增加，值為：顯然，軸線右側兩個螺栓所受軸向工作載荷最大，均為：(3)根據(jù)接合面間不出現(xiàn)間隙條件確定螺栓所需的預緊力F’：預緊力F’的大小應保證接合面在軸線右側不能出現(xiàn)間隙，即2）若F’’=6956N，則：（3分）3.一壓力容器蓋螺栓組連接如圖所示，已知容器內(nèi)徑D=250mm，內(nèi)裝具有一定壓強的液體，沿凸緣圓周均勻分布12個M16（＝13.835mm）的普通螺栓，螺栓材料的許用拉應力，螺栓的相對剛度，按緊密性要求，剩余預緊力=1.83，為螺栓的軸向工作載荷。試計算：該螺栓組連接允許容器內(nèi)的液體最大壓強及每個螺栓連接所需的預緊力。計算每個螺栓允許的最大總拉力：計算容器內(nèi)液體最大壓強3、4．一鋼制液壓油缸，缸內(nèi)油壓P＝2.5MPa(靜載)，油缸內(nèi)徑D＝125mm，缸蓋由6個M16的螺釘聯(lián)接在缸體上.螺釘剛度Cb與缸體缸蓋的剛度Cm之比為l/4，螺釘材料的性能等級為5.6級，安全系數(shù)取S＝1.5，M16螺釘?shù)男絛1=13.835mm.若根據(jù)聯(lián)接的緊密性要求，要求殘余預緊力QP‘＞1.5F.試分析預緊力QP應控制在什么范圍內(nèi)才能滿足此聯(lián)接的要求?解1.計算單個螺釘?shù)墓ぷ骼（2分）油缸蓋聯(lián)接所受的載荷FΣ=ppD2/4，每個螺釘?shù)墓ぷ骼＝FΣ／6＝p×pD2/4/6＝2.5p(125)2／4/6＝5113.27N2.計算允許的螺釘最大總拉力Q（2分）螺釘材料性能等級為5.6級，ss