机械设计题库——简答题

间答题

齿轮传动

1．特一对标准齿轮传动设计成高度变位齿轮传动，这对轮齿的弯曲强度和接触强度有什么影响?为什么?

答：高度变位齿轮传动，可增加小齿轮的齿根厚度，提高其弯曲强度，因大、小齿轮相比，小齿轮的Sa Fa Y Y 乘积较大、齿根弯曲应力大，所以高度变位（小齿轮正变位、大齿轮负变位）可实现等弯曲强度，从而提高传动的弯曲强度。高度变位对接触强度无影响。

2．一对大、小圆柱齿轮传动，其传动比 i =2 ，其齿面啮合处的接触应力是否相等？为什么？当两轮的材料热处理硬度均相同，且小轮的应力循环次数 N 1 =106 < N 0时，则它们的许用接触应力是否相等？为什么？

答：(l)接触应力相等；因从接触应力公式可知，接触应力决定于两个齿轮的综合曲率半径、两个齿轮材料的弹性模量和接触宽度以及相互作用的法向力，不决定于一个齿轮的几何参数。而上述参量两个齿轮是相等的，因此，两个齿轮的接触应力是相等的。

(2)两个齿轮的许用接触应力是不相等的；因小齿轮的应力循环次 N 1 ＞N 2，齿轮寿命系数Z N1＜Z N2，所以小轮的许用接触应力较小。

3.齿轮传动有哪些设计理论？各针对的是哪些失效形式？

答：主要有齿面接触疲劳强度设计，针对齿面疲劳点蚀失效；齿根弯曲疲劳强度设计，针对疲劳折断失效形式。此外还有抗胶合能力设计，针对齿面胶合失效；静强度设计，针对短期过载折断和塑性变形失效。

4．设计一对圆柱齿轮传动时，大、小齿轮齿宽的确定原则是什么？为什么？ 答：齿轮越宽，轮齿的承载能力越强；但齿轮的宽度过大，将增加载荷沿齿宽分布的不均匀性。齿轮轴支承相对齿轮对称布置时，齿宽可选大些，软齿面齿轮宽度也可选大些。

5．分析齿轮产生齿面磨损的主要原因，防止磨损失效的最有效办法是什么？ 答：在齿轮传动中，当落人磨料性物质时，轮齿工作表面会出现磨损，而且轮齿表面粗糙也会引起磨损失效，它是开式齿轮传动的主要失效形式。防止磨损失效最有效的办法就是改用闭式齿轮传动，其次是减小齿面的表面粗糙度。

6．在进行齿轮强度计算时，为什么不用平均载荷或名义载荷而用计算载荷，计算载荷中考虑了哪些方面的影响因素？

答：平均载荷或名义载荷是根据额定功率及额定转速，并通过力学模型计算得到的，没有考虑原动机及工作机的性能，而且，也没有考虑轮齿在啮合过程中产生的动载荷以及载荷沿接触线分布不均等因素的影响，因此，不能直接用于齿轮的强度计算。而计算载荷主要考虑了原动机及工作机的性能、工作情况、轮齿啮合产生的动载荷、载荷在齿面上沿接触线分布的均匀性等因素，因此，在进行齿轮强度计算时，应该用计算载荷进行计算。

带传动

1. 写出皮带传动中紧边拉力F l 与松边拉力F 2的关系式并说明其含义

答：fa

e F F 21 ，式中：e 为自然对数的底（e=….）；a 为带在带轮上的包角；

f 为带与带轮间的摩擦系数（对V 带应为f a ）。

2．三角胶带传动中，小带轮基准直径d 1的选取对带传动有什么影响？

答：小带轮d 1变小，带的弯曲应力增大，另外在传动比不变的情况下，皮带在小带轮上的包角变小，摩擦力相应变小，而引起皮带在小带轮上打滑。小带轮过大，为保持传动比，大带轮也随之变大，整个传动机构的体积增加，皮带变长，使机构的结构不够紧凑。

3．简述带传动弹性滑动产生的主要原因。

答：带传动在工作时，带受到拉力后要产生弹性变形。但由于松、紧边的拉力不同，故其弹性变形也不同。在主动轮上带在开始绕上带轮处，带的线速度与主动轮的圆周速度相等。在带由上绕点转到分离点时，带所受拉力由F 1，逐渐降到F 2，带的弹性变形也随之逐渐减小，因而带沿带轮的运动是一面绕进、一面向后收缩，说明带与主动轮缘之间发生了相对滑动，即弹性滑动。

4．在带传动中，为什么要限制其最小中心距和最大传动比？

答：一方面，中心距愈小，带长愈短，因此，在一定的带速下，单位时间内带的应力变化次数愈多，从而使带的疲劳强度较低；另一方面，在传动比一定的条件下，中心距越小，小带轮的包角也越小，从而使传动能力降低。所以，在带传动设计中，需要限制最小中心距。在中心距不变的情况下，当传动比过大时，会导致小带轮的包角过小，从而使传动能力降低，因此．要限制其最大传动比。

5．带传动的弹性打滑与打滑的主要区别是什么？

答：带传动在工作时，传动带受到拉力后要产生弹性变形，但由于紧边和松边的拉力不同，所以带两边弹性变形也不同，从而导致带与带轮轮缘之间发生的微小的相对滑动，称为弹性打滑；而打滑是由于工作载荷过大，使带传动需要传递的有效圆周力超过了最大（临界）值而引起的在整个带与带轮接触面上所发生的显著滑动。

弹性滑动发生在带由主动带轮和从动带轮上离开以前的那一部分接触弧上，而打滑则发生在相对于全部包角的接触弧上，即前者静弧不等于零，后者静弧等于零。

弹性滑动是带传动正常工作时的固有特性，无法避免，而打滑则属于传动失效，应该避免。

6．带传动的设计准则是什么？

答：在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。

７．带传动中，带中应力主要由哪几部分组成？最大应力发生在何处？

答：紧边拉应力和松边拉应力，；离心拉应力；弯曲应力。

最大应力发生在紧边靠近小带轮处。

轴承

1．如图(a)和图（b ）所示的两轴上安装一对角接触球轴承。它们的轴承采用正

装还是反装方式为好？为什么？

a b

答：图(a)轴上两个轴承反装为好。因为反装两个轴承受力点的间距较大，齿轮悬臂较短，轴的刚性较大。

图(b)轴上两个轴承正装为好。因为正装两个轴承受力点的间距较大，轴的刚性较大。

2．试分析角接触球轴承和推力球轴承在承受径向载荷、轴向载荷和允许极限转速方面有何不同？

答：角接触球轴承能同时承受较大的径向和轴向载荷，允许的极限转速高；推力球轴承只能承受较大的轴向力，而不能承受径向力，允许的极限转速较低。

3．液体摩擦动压滑动轴承的宽径比（l/d）和润滑油的粘度大小对滑动轴承的承载能力、温升有什么影响？

答：宽径比l/ d大，轴承的承载能力大，但拽油困难，温升高，反之，轴承的承载能力小，温升低。

润滑油粘度大，轴承的承载能力大，内摩擦大，温升高；反之，轴承的承载能力小，温升低。

4．说明不完全液体润滑滑动轴承设计计算中，验算轴承压强p和pv值的目的。答：验算压强p是为了使轴承不过度磨损，验算pv值的目的是限制轴承的温升。

5．在液体润滑滑动轴承设计中，为什么需进行热平衡计算？ ( 10 分）

答：轴承工作时，摩擦功耗将转变为热量，使润滑油温度升高。如果油的平均温度超过计算承载能力时所假定的数值，则轴承承载能力就要降低。因此要计算油的温升△t，并将其限制在允许的范围内。

6．与滚动轴承比较，滑动轴承有何特点？适用于何种场合？

答：与滚动轴承相比，滑动轴承的特点有：径向尺寸小；承载能力大；耐冲击性能好；形成液体润滑后工作平稳、摩擦系数小、精度高。

滑动轴承适用于高速或低速、高精度、重载或冲击载荷的场合。

7．试述滚动轴承的寿命与基本额定寿命的区别。某轴承实际使用寿命低于其计算的基本额定寿命，试解释其原因。

答：滚动轴承的寿命是指在循环应力作用下，轴承中任何一个滚动体或内、外圈滚道出现疲劳点蚀前运转的总转数（两套圈之问的相对转数）或在一定转数下的工作小时数。

滚动轴承的基本额定寿命是指一批相同的轴承，在相同的条件下工作，其中90％轴承产生疲劳点蚀前所能运转的总转数或在一定转数下所能工作的小时数。轴承的基本额定寿命是指90％可靠度、常用材料和加工质量、常规运转条件下的寿命。

某轴承实际使用寿命低于其计算的基本额定寿命的原因是：按基本额定寿命选择的轴承只有90％的可靠性，自然会有10％的轴承提前失效，即其实际使用寿命小于基本额定寿命。

8．何谓滚动轴承基本额定动载荷？何谓当量动载荷？它们有何区别？当量动载

荷超过基本额定动载荷时，该轴承是否可用？

答：基本额定动载荷是指滚动轴承的基本额定寿命为106转时所能承受的载荷。当量动载荷是一个假想的恒定载荷，在这一载荷作用下，轴承寿命与在实际载荷作用下的寿命相等。对于径向接触轴承和向心角接触轴承，当量动载荷是径向载荷；对于轴向接触轴承，当量动载荷是轴向载荷。

当量动载荷超过基本额定动载荷时，轴承是否可用还取决于轴承的静强度是否满足要求。若静强度满足要求，则轴承可用，但其使用寿命在理论上小于106；否则，轴承不可用。

螺纹联接

1. 两根起重螺旋的螺杆，其外径、螺距、牙型角及起重量均相同，一根为单头螺纹，另一根为双头螺纹，间举起重物时，这两根螺杆中哪一根省力？为什么？答：单头螺纹螺杆的升角小，传动效率低，双头螺纹螺杆的升角大，传动效率高，故双头螺纹螺杆省力。

2.公称尺寸相同的粗牙螺纹和细牙螺纹的螺杆和螺纹牙的强度是否相同？各适用于什么场合？

答：不相同。粗牙螺纹的螺纹联接强度比较高，而细牙螺纹螺杆的强度比较高。粗牙螺纹用于一般常用的联接．没有特殊要求；细牙螺纹用于要求联接的可靠性能比较高或要求自锁的场合，用于受变载荷、冲击、振动载荷的联接，还可用于一些薄壁、微调机构。

3.螺纹的基本牙型是哪五种？其中联接用的牙型有哪几种？

答：三角螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹；三角螺纹和管螺纹。

4．说明普通螺栓联接受横向工作载荷时，螺栓中将产生何种应力情况。

答：螺栓中产生预紧引起的拉应力和扭剪应力。

5．为什么螺纹连接常需要防松？防松的实质是什么？有哪几类防松措施？

答：螺纹连接常需要防松，其原因是在冲击、振动或变载作用下，或当温度变化较大时，螺纹副间和支承面间的摩擦力会下降，或由于螺纹连接件和被连接件的材料发生蠕变和应力松弛等现象，会使连接中的预紧力和摩擦力逐渐减小，导致连接松动甚至松开，容易发生严重事故。

防松的实质在于防止螺纹副的相对转动。按照工作原理的不同，防松有摩擦防松、机械防松以及破坏螺旋副的运动关系三种方法。

6．螺纹连接中拧紧目的是什么？举出几种控制拧紧力的方法。

答：拧紧的目的在于增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移。

拧紧力的大小可借助测力矩扳手或定力矩扳手，通过控制拧紧力矩的方法来控制。

7．试指出普通螺栓连接、双头螺柱连接和螺钉连接的结构特点，各用在什么场合？

答：普通螺栓连接：用于被连接件不太厚的场合。

双头螺柱连接：用于被连接件之一太厚、不宜制成通孔且需要经常装拆的场合。

螺钉连接：适用于被连接件一薄一厚、不需要经常装拆的场合。

8．螺栓的主要失效形式有哪些？

答：受拉螺栓的主要失效形式是螺栓杆螺纹部分发生断裂，受剪螺栓的失效形式为螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断。

9．螺栓组连接受力分析的目的是什么？在进行受力分析时，通常要做哪些假设条件？

答：目的：根据连接的结构形式和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以进行单个螺栓连接的强度计算。

在进行受理分析时，通常做以下假设：

1) 所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；

2) 螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；

3) 受载后连接接合面仍保持为平面。

10．提高螺栓连接强度的措施有哪些？

答：改善螺纹牙间载荷分配不均现象、减少螺栓的应力幅、减少应力集中、避免附加应力和采用合理的制造工艺等。

11．紧螺栓联接强度计算公式，说明常系数的含义。

答：螺母拧紧时，在拧紧力矩作用下，螺栓处于拉伸与扭转的复合应力状态下，在计算时，按拉伸强度计算，并将所受的拉力增大30％来考虑扭转的影响。

键

1.平键联接有哪些失效形式？平键的尺寸b、h、l是如何确定的？

答：普通平键为工作面的压溃，导向平键和滑键为工作面过度磨损。平键的宽度b和高度h 由轴颈确定，长l由轮毂宽和相配轴段的长度决定。

2.和平键联接相比较，花键联接有哪些优点？

答：承载能力大，齿槽较浅对轴与轮毂强度削弱较少，应力集中小，对中性好，导向性能好，可以高精度加工等。

链传动

1.在链传动中，节距p、小链轮齿数Z1和链速对传动各有什么影响

答：链传动中，节距p越大，链的尺寸、重量和承载能力就越大，但链节距p越大，多边形效应越明显，产生的冲击、振动和噪音越大。小链轮齿数影响传动平稳性和使用寿命。小链轮齿数越少，运动速度的不均匀性和动载荷越大；小链轮齿数过多，轮廓尺寸和重量增加，易产生跳齿和脱链。链速影响传动平稳性和寿命，链速越高，多边形效应越明显，相应动载荷也越大。

2．为什么小链轮齿数不宜过多或过少？

答：小链轮齿数传动的平稳性和使用寿命有较大的影响。齿数少可减小外轮廓尺寸，但齿数

过少，将会导致：传动的不均匀性和动载荷增大；链条进入和退出啮合时，连节间的相对转角增大，使铰链的磨损加剧；链传动的圆周力增大，从而加速了链条和链轮的损坏。 3.链传动为什么要尽量避免采用过渡链节？

答：由于过渡链节的链板要受到附加弯矩的作用，所以其强度较低，尽量避免使用。

4．简述链传动运动不均匀性产生的原因。

答：链传动中，链条曲折成正多边形绕在链轮上，仅有铰链销轴的轴心是沿着链轮分度圆运动的，设其速度ωR v =。链条前进的速度βcos v v x =，与前进方向垂直的分速度βsin v v y =, β为链节在主动轮上的相位角，],[2

121????β+-∈· 可见，链条前进的瞬时速度周期性地变化。若从动链轮上的相位角为γ，则瞬时传动比：βγωωcos cos 1221R R i s ==

，β和γ不断变化，瞬时传动比也是不断变化的。正是由于链轮上的链条形成正多边形造成了链传动的不均匀性。

5．与带传动相比较，链传动有哪些优缺点？

答：链传动是带有中间挠性件的啮合传动，与带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率较高；又因链条不需要像带那样张的很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；在同样使用条件下，链传动结构较为紧凑，同时链传动能用于高温、易燃场合。

蜗杆传动

1.设计蜗杆传动时，为提高其传动效率可以采取哪些措施？

答：可增大导程角γ（选用多头蜗杆或 q 较小的蜗杆传动）和减小当量摩擦角v ?（选用摩擦性能好的材料、提高齿面粗糙度或改进润滑等）。

2．蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？

答：蜗杆传动效率低，发热量大，若不能及时散热，将因油温不断升高而使润滑油稀释，从而增大摩擦损失，甚至发生胶合．

3．为什么蜗轮常用锡青铜或铝铁青铜材料制造？

答：蜗杆传动的失效形式有点蚀、齿面胶合及过度磨损，且失效多发生在蜗轮轮齿上，因此蜗杆与蜗轮的材料组合不仅要求有足够的强度，更要具有良好的磨合和耐磨性能及抗胶合能力，蜗轮用锡青铜或铝铁青铜与钢制蜗杆组合这方面性能较好。

轴

1．自行车的前轴、中轴和后轴各属于哪类轴？请说明理由。

答：由于自行车的前轴和后轴需要克服轮对轴产生的滚动摩擦力矩很小，所受的转矩可以忽略，而弯矩是主要的载荷，所以应该是心轴。前轴为不转动的心轴，而后轴为转动的心轴。而自行车的中轴一方面需要克服车轮对地的摩擦力，从而驱动车轮转动，因此受转矩作用；同时，中轴还受有链轮对轴的作用力和踏脚力以及由此引起的弯矩，因此中轴应该是转轴。

2．为何大多数轴呈阶梯形？

答：主要是为了便于零件在轴上的装拆和固定，同时也有利于节省材料、减轻重量、便于加工。

3．轴的三种强度计算方法各有何区别？各适用于什么范围？

答：1）按扭转强度条件计算，用降低许用扭转切应力的办法来考虑弯矩的影响．这种方法用于初步估算轴径。

2）按弯扭合成强度条件计算，按第三强度理论进行弯扭合成，这种方法适用于同时受弯矩和转矩作用的转轴。

3）按疲劳强度计算安全系数，对轴的危险截面考虑应力集中、轴径尺寸和表面状况等因素对轴疲劳强度的影响，这种方法适用于重要的轴。

4．有一齿轮减速器的输出轴，单向运转，经常启动，则该轴承受的弯矩和扭矩的循环特性有何区别？该轴上产生的弯曲应力和扭转应力的循环特性有何区别？

答：因该轴单向运转，经常启动，故可认为该轴所承受的弯矩和扭矩均为脉动循环。

该轴上产生的弯曲应力为对称循环，而扭转应力为脉动循环。

其它

1．试说明齿式联轴器为什么能够补偿两轴间轴线的综合偏移量？

答：因齿式联轴器内套筒的外齿齿顶为椭球面，且与外套筒的内齿之间有一定的顶隙和侧隙，故在传动时两内套筒间可有综合位移。

2. 形成液体润滑动压油膜的条件是什么?

答：１）相对运动的两表面必须形成收敛的楔形间隙；

２）被油膜分开的两表面必须有一定的相对滑动速度，其运动方向必须使润滑油由大口流进，从小口流出；

３）润滑油必须有一定的黏度，且供油充分。

3．举例说明静载荷可以在机械零件中产生变应力。

答：受径向静载荷作用的转轴回转时，横截面上除圆心外各点的应力均为变应力。

4．边界摩擦与干摩擦有何区别？

答：干摩擦是指表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。

当运动副的摩擦表面上存在有厚度小于两摩擦表面粗糙度之和的油膜（称边界油膜）时的摩擦称边界摩擦。