機(jī)械設(shè)計(jì)簡答題總結(jié)

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(jī)架，機(jī)架上有兩個(gè)整轉(zhuǎn)副，則得到雙曲柄機(jī)構(gòu)；若取最短桿的任何一個(gè)相連構(gòu)件為機(jī)架，則得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；如果取最短桿對面構(gòu)件為機(jī)架，則得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。如果四桿機(jī)構(gòu)不滿足桿長之和條件，則不論選取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，所得到機(jī)構(gòu)均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。上述系列結(jié)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(dòng)的常用方法是在機(jī)械中加上一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大的回轉(zhuǎn)件——飛輪。飛輪在機(jī)械中的作用實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)能量儲(chǔ)存器。由于其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)盈功時(shí)，飛輪的轉(zhuǎn)速略增，以動(dòng)能的形式將多余的能量儲(chǔ)存起來，而使主軸角速度上升的幅值減小；反之，當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)虧功時(shí)，飛輪轉(zhuǎn)速略下降，將儲(chǔ)存的能量放出來，以彌補(bǔ)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(dòng)，只能減小速度波動(dòng)的幅度。3.鏈傳動(dòng)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(fù)作用下，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)，鏈板會(huì)發(fā)生疲勞破壞。正常潤滑條件下，鏈板疲勞強(qiáng)度是限定鏈傳動(dòng)承載能力的主要因素。(2)滾子、套筒的沖擊疲勞破壞鏈傳動(dòng)的嚙入沖擊首先由滾子和套筒承受。在反復(fù)多次的沖擊下，經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù)，滾子、套筒可能會(huì)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(dòng)中。(3)銷軸與套筒的膠合潤滑不當(dāng)或速度過高時(shí)，\t"/item/%E9%93%BE%E4%BC%A0%E5%8A%A8/_blank"銷軸和套筒的工作表面會(huì)發(fā)生膠合。膠合限定了鏈傳動(dòng)的極限轉(zhuǎn)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(dòng)、環(huán)境條件惡劣或潤滑密封不良時(shí)，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(dòng)中。4.帶傳動(dòng)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(dòng)，是帶傳動(dòng)的失效形式，應(yīng)當(dāng)避免。彈性滑動(dòng)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(dòng)工作時(shí)承受載荷，就會(huì)出現(xiàn)緊邊和松邊，也就會(huì)發(fā)生彈性滑動(dòng)，所以彈性滑動(dòng)是不可避免的。打滑發(fā)生在帶與帶輪的整個(gè)接觸弧上，彈性滑動(dòng)只發(fā)生在帶離開帶輪前的一部分接觸弧上。彈性滑動(dòng)會(huì)引起下列后果：a.從動(dòng)輪的圓周速度總是落后于主動(dòng)輪的圓周速度，不能保證固定的傳動(dòng)比。b.損失一部分能量，降低了傳動(dòng)效率，會(huì)使帶的溫度升高；引起傳動(dòng)帶磨損打滑造成帶的嚴(yán)重磨損，并使帶的運(yùn)動(dòng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。打滑的后果：使帶傳動(dòng)失效，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速急劇降低，甚至為0，帶磨損加劇，但可以起到過載保護(hù)作用，避免其他零件發(fā)生損壞。影響打滑的因素：帶傳動(dòng)需要的有效拉力超過帶與帶輪間接觸弧上極限摩擦力時(shí)，就會(huì)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(diǎn)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(diǎn)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(jìn)人齒面間而引起的磨粒磨損,在開式傳動(dòng)中是難以避免的。齒面過度磨損后,齒廓顯著變形，常導(dǎo)致嚴(yán)重噪聲和振動(dòng),最終使傳動(dòng)失效。采用閉式傳動(dòng)、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(diǎn)蝕的特征

疲勞點(diǎn)蝕首先出現(xiàn)在齒根表面靠近節(jié)線處。這是因?yàn)樵谠撎幫瑫r(shí)嚙合的齒數(shù)較少，接觸應(yīng)力較大。且在該區(qū)域齒面相對運(yùn)動(dòng)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(yīng)力作用下，容易產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。齒面抗點(diǎn)蝕能力主要與齒面硬度有關(guān)，齒面硬度越高，抗點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)。軟齒面(齒面硬度<350

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

輪齒折斷一般發(fā)生在齒根部分.因?yàn)檩嘄X受力時(shí)齒根彎曲應(yīng)力最大，而且有應(yīng)力集中。輪齒因短時(shí)意外的嚴(yán)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(fù)作用下，彎曲應(yīng)力超過彎曲疲勞極限時(shí)，齒根部分將產(chǎn)生疲勞裂紋,裂紋的逐漸擴(kuò)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(cè)工作,根部彎曲應(yīng)力一側(cè)為拉伸,另一側(cè)為壓縮，輪齒脫離嚙合時(shí),彎曲應(yīng)力為零,因此就任一側(cè)而言,其應(yīng)力都是按脈動(dòng)循環(huán)變化的。若輪齒雙側(cè)工作,則彎曲應(yīng)力可按對稱循環(huán)變化作近似圖計(jì)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(diǎn)蝕。點(diǎn)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(diǎn)蝕的能力越強(qiáng)。（5）．閉式齒輪傳動(dòng)與開式齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有何不同？答：閉式齒輪傳動(dòng)：主要失效形式為齒面點(diǎn)蝕、輪齒折斷和膠合。目前一般只進(jìn)行接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。開式齒輪傳動(dòng)：主要失效形式為輪齒折斷和齒面磨損，磨損尚無完善的計(jì)算方法，故目前只進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算，用適當(dāng)增大模數(shù)的辦法考慮磨損的影響。螺栓的1.3：5、動(dòng)平衡靜平衡的目的，條件和定義：靜平衡：（1）定義：對于剛性轉(zhuǎn)子平衡時(shí),如果只要求其慣性力達(dá)到平衡,則稱之為靜平衡;

（2）條件:

分布在該轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的各個(gè)偏心質(zhì)量的質(zhì)徑積的矢量和為零。動(dòng)平衡：（1）定義：如果不僅要求其慣性力達(dá)到平衡，而且還要求由慣性力引起的力偶矩也達(dá)到平衡,則稱之為動(dòng)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(gòu)成的慣性力偶矩之矢量和都必須為零。6、零件和構(gòu)件：關(guān)系：構(gòu)件是由各類零件裝配而成的各個(gè)運(yùn)動(dòng)單元。

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

零件零件是構(gòu)件的組成部分。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，屬于同一構(gòu)件中的零件，相互之間沒有相對運(yùn)動(dòng)。飛輪：飛輪-安裝在機(jī)器回轉(zhuǎn)軸上的具有較大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的輪狀蓄能器。飛輪的原理：當(dāng)機(jī)器轉(zhuǎn)速增高時(shí)，飛輪的動(dòng)能增加，把能量貯蓄起來；當(dāng)機(jī)器轉(zhuǎn)速降低時(shí)，飛輪動(dòng)能減少，把能量釋放出來。

飛輪的作用；飛輪可以用來減少機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程的速度波動(dòng)。具有適當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、起貯存和釋放動(dòng)能作用的轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，常見于機(jī)器、汽車、自行車等，具有較大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的輪狀蓄能器。

目的：安裝飛輪不僅可避免機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生過大的波動(dòng)，而且可以選擇功率較小的原功機(jī)。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(jì)算公式可以發(fā)現(xiàn),在其他基本參數(shù)相同的情況下，當(dāng)齒輪的齒數(shù)少于或等于41牙時(shí),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(dāng)齒輪的齒數(shù)多于或等于42牙時(shí),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(shí),如果刀具的齒頂線或齒頂圓與嚙合線的交點(diǎn)超過嚙合線與被加工齒輪基圓的切點(diǎn)N時(shí),刀具的齒頂會(huì)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(biāo)準(zhǔn)齒輪而言，少于17牙就會(huì)在加工中出現(xiàn)根切。此時(shí)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(diǎn)(嚙合線端點(diǎn))N.（3）根切現(xiàn)象對齒輪有危害：切掉部分齒廓會(huì)削弱齒根強(qiáng)度，嚴(yán)重時(shí)，切掉部分漸開線齒廓，會(huì)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(diǎn)N以外就可以了。9、機(jī)構(gòu)的壓力角或傳動(dòng)角是評價(jià)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)之一，設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)限制其最大壓力角或最小傳動(dòng)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(dòng)越困難。壓力角的余角γ稱為傳動(dòng)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(yīng)小于輪轂的長度；4.同一根軸上的兩個(gè)鍵槽應(yīng)布置在同一母線上；5.套筒應(yīng)低于軸承內(nèi)圈（應(yīng)采用階梯型套筒）；6.軸承端蓋與相應(yīng)軸段處應(yīng)有密封件，且與軸間不應(yīng)接觸，應(yīng)有間隙；7.設(shè)軸肩對聯(lián)軸器進(jìn)行定位；8.軸承內(nèi)外圈剖面線方向應(yīng)一致；9.軸端無倒角；10.應(yīng)設(shè)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(yīng)密封；④不應(yīng)設(shè)鍵槽；⑤軸段的長度應(yīng)比齒寬小2~3mm；⑥應(yīng)設(shè)階梯型套筒；⑦軸肩太高，應(yīng)低于軸承內(nèi)圈高度；⑧右應(yīng)加墊片。三、①軸肩過高；②設(shè)鍵進(jìn)行軸向定位；③軸段長度應(yīng)比齒寬小2~3mm；④箱體結(jié)構(gòu)投影線錯(cuò)誤；⑤設(shè)軸段便于軸承裝配；⑥軸承端蓋的孔應(yīng)大于軸徑且應(yīng)密封；⑦軸承左側(cè)未軸向定位；⑧箱體應(yīng)設(shè)計(jì)加工凸臺(tái)，便于裝配。四、正確圖：軸結(jié)構(gòu)常見錯(cuò)誤總結(jié)一、軸本身的常見結(jié)構(gòu)錯(cuò)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(yīng)考慮密封問題。二、軸承安裝的常見錯(cuò)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(jié)構(gòu)的直徑；②、外圈的內(nèi)徑一定要小于固定結(jié)構(gòu)的直徑。⑶、軸上如有軸向力時(shí)，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(cuò)誤：⑴、同一軸上所有鍵槽應(yīng)在一個(gè)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(dòng)零件與軸的連接。四、軸承端蓋的常見錯(cuò)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(jī)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(shí)，必須和軸有間隙，同時(shí)，必須考慮密封問題。五、螺紋的常見錯(cuò)誤⑴、軸上螺紋應(yīng)有螺紋退刀槽;⑵、緊定螺釘應(yīng)該擰入軸上被聯(lián)接零件,端部應(yīng)頂在軸上;⑶、螺紋聯(lián)接應(yīng)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(gè)M16普通螺栓，小徑d1=14.376mm,預(yù)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(yīng)力[σ]=150N/mm2;（1）計(jì)算螺栓所受的總拉力F（2）校核螺栓工作時(shí)的強(qiáng)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(gè)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(shè)被連接件都不會(huì)被壓潰，試計(jì)算:1)該螺栓組連接的接合面不出現(xiàn)間隙所需的螺栓預(yù)緊力F′至少應(yīng)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(yù)緊力F′′要保證6956N，計(jì)算該螺栓所需預(yù)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(jì)算受力最大螺栓的工作載荷F：（1分）Q使每個(gè)螺栓所受的軸向載荷均等，為:傾覆力矩M使左側(cè)兩個(gè)螺栓工作拉力減?。皇褂覀?cè)兩個(gè)螺栓工作拉力增加，值為：顯然，軸線右側(cè)兩個(gè)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(yù)緊力F’：預(yù)緊力F’的大小應(yīng)保證接合面在軸線右側(cè)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(qiáng)的液體，沿凸緣圓周均勻分布12個(gè)M16（＝13.835mm）的普通螺栓，螺栓材料的許用拉應(yīng)力，螺栓的相對剛度，按緊密性要求，剩余預(yù)緊力=1.83，為螺栓的軸向工作載荷。試計(jì)算：該螺栓組連接允許容器內(nèi)的液體最大壓強(qiáng)及每個(gè)螺栓連接所需的預(yù)緊力。計(jì)算每個(gè)螺栓允許的最大總拉力：計(jì)算容器內(nèi)液體最大壓強(qiáng)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(gè)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(yù)緊力QP‘＞1.5F.試分析預(yù)緊力QP應(yīng)控制在什么范圍內(nèi)才能滿足此聯(lián)接的要求?解1.計(jì)算單個(gè)螺釘?shù)墓ぷ骼（2分）油缸蓋聯(lián)接所受的載荷FΣ=ppD2/4，每個(gè)螺釘?shù)墓ぷ骼＝FΣ／6＝p×pD2/4/6＝2.5p(125)2／4/6＝5113.27N2.計(jì)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