机械设计 期末考试思考题

机械设计思考题

第一章绪论

1、一个机械系统一般包含机械结构系统、驱动动力系统、检测与控制系统。

2、一台机器的机械结构总是由一些机构组成的，每个机构又是由若干零件组成的。有些零件是在各种机器中常用的，称之为通用零件。有些零件只有在特定的机器中才用到，称之为专用零件。

3、机械设计课程中“设计”的含义是指机械装置的实体设计，涉及零件的应力，强度的分

析计算，材料的选择、结构设计，考虑加工工艺性、标准化以及经济性、环境保护等。

第二章机械设计总论

1、一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。

12、设计机器的一般程序：计划阶段、方案设计阶段、技术设计阶段、技术文件编制阶段。

3、对机器都要提出的基本要求：使用功能要求、经济性要求、劳动保护要求、可靠性要求、其它专用要求。

4、机械零件常见的失效形式有：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。

5、机器的零件满足以下要求：

（1）避免在预定寿命期内失效的要求，应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。

（2）结构工艺性要求，设计的结构应便于加工和装配。

（3）经济性要求，零件应有合理的生产加工和使用维护的成本。

（4）质量小的要求，质量小则可节约材料，质量小则灵活、轻便。

（5）可靠性要求，应降低零件发生故障的可能性（概率）。

6、机械零件的设计准则

（1）强度准则，确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基

本的设计准则。

（2）刚度准则，确保零件不发生过大的弹性变形。

（3）寿命准则，通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。

（4）振动稳定性准则，高速运转机械的设计应注重此项准则。

（5）可靠性准则，当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。

7、于机械设计有关的标准主要有：国际标准、国家标准、行业标准、企业标准等。

8、机械零件的设计准则主要有强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则

和可靠性准则。

9、零件的表面经淬火，渗氮，喷丸，滚子碾压等处理后，其疲劳强度_______。

A 降低 B增高

C 不变

D 增高或降低视处理方法而定

第三章机械零件的强度

1、提高机械零件疲劳强度的措施

（1）尽可能降低零件上的应力集中的影响，是提高零件疲劳强度的首要

措施。

（2）在综合考虑零件的性能要求和经

济性后，采用具有高疲劳强度的材料，并配以适当的热处理和各种表面强化处理。（3）适当提高零件的表面质量，特别是提高有应力集中部位的表面加工

质量，必要时表面作适当的防护处理。

（4）尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延

长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用。

2、断裂力学——是研究带有裂纹或带有尖缺口的结构或构件的强度和变形规律的学科。

3、简述接触应力与挤压应力的区别？

挤压应力是面接触引起的应力，是二向应力状态，而接触应力是三向应力状态。接触应力的特点是：仅在局部很小的区域内产生很大的应力。

第四章摩擦、磨损与润滑概述

1、摩擦的分类：内摩擦、外摩擦、静摩擦、动摩擦、滑动摩擦、滚动摩擦。

2、滑动摩擦状态分为：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦、混合摩擦。

3、磨损分类：磨粒磨损、疲劳磨损、粘附磨损、冲蚀磨损、腐蚀磨损、微动磨损。

第五章螺纹联接与螺旋传动

1、联接的失效形式：主要是指螺纹联接件的失效。对于受拉螺栓，其失效形式主要是螺纹部

分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。对于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃。

2、受力分析的目的：根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓联接的强度

3、受力分析时所作假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；受载后联接接合面仍保持为平面。

4、已知某三线螺纹中径为13.2mm，螺距为1mm ，则螺纹的导程为 3 mm。

5、下列四种螺纹中，自锁性能最好的是。

A、粗牙普通螺纹

B、细牙普通螺纹.

C、梯形螺纹

D、锯齿形螺纹

6、按照平面图形的形状，螺纹分为三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等。

7、对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是

A．拉力 B.扭矩C．压力 D.拉力和扭矩

第六章键、花键、无键联接和销联接

1、平键联接的特点，平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙，键的上、下表面为非工作面。工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩，故定心性较好。

2、根据用途，平键又可分为：普通平键，导向平键，滑键。

3、普通平键联接的工作面是键的两侧面，楔键联接的工作面是键的上下面。

4、导向平键连接的主要失效形式是工作面的磨损，设计时通过限制工作面间的压强来进行耐磨性计算；半圆键的缺点是键槽对轴强度削弱较大，所以主要适用于轴端。

5、键联接的主要类型有平键联接、半圆键联接、楔键联接和切向键联接。

6、普通平键接联采用两个键时，一般两键间的布置角度为

A．90° B. 120° C.135° D.180°

第七章铆接、焊接、胶接和过盈联接

1、按接头型式分有：搭接缝、单盖板对接缝和双盖板对接缝。

2、按铆缝性能分有：

（1）以强度为基本要求的强固铆缝，要求有足够的强度和足够紧密性的强密铆缝。

（2）要求有足够的强度和足够紧密性的强密铆缝。

（3）要求有足够的紧密性的紧密铆缝。

5、焊接件的工艺及设计注意要点

（1）焊缝应按被焊件厚度制成相应坡口，或进行一般的侧棱、修边工艺。

在焊接前，应对坡口进行清洗整理；

（2）在满足强度条件下，焊缝的长度应按实际结构的情况尽可能地取得短

些或分段进行焊接，并应避免焊缝交叉；

（3）在焊接工艺上采取措施，使构件在冷却时能有微小自由移动的可能；

（4）焊缝在焊后应经热处理（如退火），消除残余应力；

（5）在焊接厚度不同的对接板件时，应使对接部位厚度一致，以利于焊缝

金属均匀熔化；

（6）设计焊接件时，注意恰当选择母体材料和焊条；

（7）合理布置焊缝及长度；

（8）对于那些有强度要求的重要焊缝，必须按照有关行业的强度规范进行焊缝尺寸校核，明确工艺要求和技术条件，并在焊后仔细进行质量检验。

第七章带传动

1、带传动的特点

结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲减振；摩擦式带传动有弹性滑动和打滑的现象，传动比不稳定。

2、带传动在工作过程中带上的应力有：拉应力、离心应力、弯曲应力。

3、带传动的设计准则：在不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。

4、V带轮设计的要求：

（1）各轮槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使带的载荷分布较为均匀；

（2）结构工艺性好、无过大的铸造内应力、质量分布均匀；

（3）轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损。

5、张紧的目的

（1）根据带的摩擦传动原理，带必须在预张紧后才能正常工作；

（2）运转一定时间后，带会松弛，为了保证带传动的能力，必须重新张紧，才能正常工作。

6、带工作是截面上产生的应力有拉应力、弯曲应力和离心应力。

7、V带在减速传动过程中，带的最大应力发生在

A、V带离开大带轮处

B、V带绕上小带轮处

C 、 V 带离开小带轮处

D 、V 带绕上大带轮处

8、V 带传动中带工作中最大应力产生在 紧边进入小带轮 处，其值为c b11max σσσσ++=。

9、带传动在工作时产生弹性滑动，是由于

A ．包角α太小 B. 初拉力F 0太小

C ．紧边与松边拉力不等 D. 传动过载

第九章 链传动

1、链传动的特点及应用

（1）与带传动相比，链传动能保持准确的平均传动比，径向压轴力小，适于低

速情况下工作。

（2）与齿轮传动相比，链传动安装精度要求较低，成本低廉，可远距离传动。

（3）链传动的主要缺点是不能保持恒定的瞬时传动比。

（4）链传动主要用在要求工作可靠、转速不高，且两轴相距较远，以及其它不

宜采用齿轮传动的场合。

2、在机械传动中，理论上能保证瞬时传动比为常数的是______。

A 带传动

B 齿轮传动

C 链传动

D 摩擦轮传动

3、链传动的主要失效形式有链板疲劳破坏、滚子套筒的冲击疲劳破坏、销轴与套筒的胶合、

链条铰链磨损、 过载拉断。

5、滚子链传动中，链节数应尽量避免采用奇数，这主要是因为采用过渡链节后

A ．制造困难 B.要使用较长的销轴 C ．不便于装配 D.链板要产生附加的弯曲应力

第十章 齿轮传动

1、齿轮传动的主要特点：

（1）传动效率高 可达99％。在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高；

（2）结构紧凑 与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间一

般较小；

（3）与各类传动相比，齿轮传动工作可靠，寿命长；

（4）传动比稳定 无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一；

（5）与带传动、链传动相比，齿轮的制造及安装精度要求高，价格较贵。

2、齿轮传动的失效主要有：轮齿折断、齿面磨损、齿面磨损、齿面胶合、塑性变形。

3、对一般工况下的齿轮传动，其设计准则是：

（1）保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。

（2）保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。

4、齿轮材料选用的基本原则

（1）齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等；

（2）应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺；

（3）钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在30~50HBS或更多。

5、重要的齿轮，材质选用20Gr，应采取怎样的热处理工艺以提高综合性能？为什么？

6、齿轮传动设计时，软齿面闭式传动通常先按齿面接触强度设计公式确定传动尺寸，

然后验算轮齿弯曲强度。

7、一般参数的开式齿轮传动，其主要失效形式是______。

A齿面点蚀 B齿面磨粒磨损

C齿面胶合 D齿面塑性变形

8、在一般机械中的圆柱齿轮传动，往往使小齿轮齿宽b

1大于大齿轮齿宽b

2

；在计算齿轮强

度时，工作齿宽b应取大齿轮齿宽b2。

9、下列齿轮参数中，对齿形系数Y F没有影响的是

A 、齿数 B、变位系数 C、压力角 D、模数

10、标准斜齿圆柱齿轮传动设计计算中，查取齿形系数Y

Fa

的数值时，应按：

A．法面模数m

n ； B. 实际齿数Z； C. 当量齿数Z

V

。

11、齿轮传动的强度计算中，软齿面的判别条件是：

A .硬度≥350HBS； B. 硬度<40HRC； C. 硬度≤350HBS

第十一章蜗杆传动

1、蜗杆传动的主要特点有：

（2）传动比大，一般为i=5~80，大的可达300以上；

（3）重合度大，传动平稳，噪声低；

（3）摩擦磨损问题突出，磨损是主要的失效形式；

（4）传动效率低，具有自锁性时，效率低于40%。

2、蜗杆传动为何要进行热平衡计算？

由于蜗杆传动属于滑动摩擦，传动效率较低，对于长期运转的蜗杆传动，会产生较大的热量。如果产生的热量不能及时散去，则系统的热平衡温度将过高，就会破坏润滑状态，从

而导致系统进一步恶化。因此要对蜗杆传动进行热平衡计算。

3、在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，可采用的方法为 。

A 、C 、减少蜗杆头数Z1 D 、 增大蜗杆直径系数q

4、在蜗杆传动中，当需要自锁时，应使当量摩擦角 蜗杆导程角。

A 、小于

B 、大于

C 、等于

C 、减小齿面滑动速度vs B 、增加蜗杆头数Z1

5、蜗杆传动的失效通常是发生在 蜗轮轮齿 上。

6、计算蜗杆传动的传动比时，公式错误的是

A 、21/ωω=i ；

B 、21/n n i =；

C 、12/d d i =；

D 、12/z z i =

第十二章 滑动轴承

1、轴承应满足如下基本要求：

（1）能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。

（2）具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。

（3）具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。

2、滑动轴承设计内容

轴承的型式和结构选择；轴瓦的结构和材料选择；轴承的结构参数设计；润滑剂及其供

应量的确定；轴承工作能力及热平衡计算。

3、滑动轴承常见失效形式有：轴承表面的磨粒磨损、刮伤、咬粘(胶合)、疲劳剥落和腐蚀。

还可能出现气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损等失效形式。

4、滑动轴承的材料应满足的要求有：减摩性、耐磨性、抗咬粘性、摩擦顺应性、嵌入性、磨

合性。此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经济性。

5、当动压润滑条件不具备，且边界膜遭破坏时，就会出现 流体摩擦 、边界摩擦 和干

摩擦 同时存在的现象，这种摩擦状态称为 混合摩擦。

6、滑动轴承一般由轴颈、轴瓦、轴承座三者组成， 其失效形式主要是 胶合和磨损 ，

主要发生在 轴瓦 上。

第十三章 滚动轴承

1、滚动轴承的构成：内圈、外圈、滚动体、保持架等

2、滚动轴承主要类型有：双列角接触球轴承、调心球轴承、调心滚子轴承、推力调心滚子轴

承、圆锥滚子轴承、双列深沟球轴承、推力球轴承、深沟球轴承。

3、 滚动轴承的失效形式：点蚀、磨损、胶合、断裂。

4、滚动轴承的配合应如何选择？

滚动轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合；轴承的内、外圈属于薄壁零件，容易变形。当它装入外壳孔或装在轴上后，其内外圈的不圆度将受到外壳孔及轴颈形状的影响；滚动轴承内孔与轴的配合用基孔制，外径与外壳孔的配合采用基轴制。

5、在进行滚动轴承的安装设计时，应注意以下问题：

（1）应尽量保证轴及轴承座有足够的刚度，以避免过大的变形使滚动体受阻滞而使轴承提前损坏；

（2）对于一根轴上两个支承的座孔，必须尽可能地保持同心。最好的办法是采用整体结构的外壳，并把两轴承孔一次镗出；

（3）正确选择轴承的配合，保证轴承正常运转，防止内圈与轴、外圈与外壳孔在工作时发生相对转动；

（4）在安装轴承的过程中，应确保实施安装轴承的力不作用的滚动体上，否则将使轴承损坏；

（5）对轴承适当地预紧，以此提高轴承的旋转精度，增加轴承装置的刚度、减小机器工作时轴的振动。

6、试说明角接触球轴承采用正装和反装的原则和理由，并画图说明。

8、对于转动的滚动轴承,其主要失效形式是疲劳点蚀 , 对于不转动、低速或摆动的轴承，主要失效形式是局部塑性变形 , 对于高速轴承，发热以至胶合是其主要失效式。

9、代号62203的滚动轴承，为深沟球轴承，其内径为 17 mm。

10、代号323011的滚动轴承，其内径为 mm。

A、25

B、55

C、35

D、30

11、当滚动轴承采用脂润滑时，装脂量一般为：

A、轴承内部空间的百分之百

B、轴承内部空间的1/3～2/3

12、滚动轴承内圈与轴配合的正确标注应为。

A .Ф30H7/k6 B. Ф30k6 C . Ф30H7

13、在下列四种型号的滚动轴承中，只能承受径向载荷的是

A．6208 B. N208 C. 3208 D. 5208

14、如图所示，已知圆锥滚子轴承安装在零件1的轴承座孔内。由于结构限制，设计时不能改变零件1的尺寸。试问：采用何种方法以便于轴承外圈拆卸？并在图上画出零件1的结构。

第十四章联轴器和离合器

1、如何选择联轴器的类型?

（1）低速、刚性大的短轴可选用刚性联轴器；

（2）低速、刚性小的长轴可选用无弹元件挠性联轴器；

（3）传递转矩较大的重型机械选用齿式联轴器；

（4）对于高速、有振动和冲击的机械，选用弹性元件挠性联轴器；

（5）轴线位置有较大变动的两轴，应选用万向联轴器；

（6）有安全保护要求的轴，选用安全联轴器。

2、对离合器的基本要求

（1）分离、接合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠；

（2）结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作安全，效率高；

（3）接合元件耐磨性好，使用寿命长，散热条件好；

（4）操纵方便省力，制造容易，调整维修方便。

3、对于要求有综合位移，外廓尺寸紧凑，传递转矩较大，起动频繁，经常正反转的重型机械应选用哪种联轴器？

A. 凸缘式联轴器；

B.十字轴式万向联轴器；

C. 齿式联轴器；

D.弹性柱销联轴器。

第十五章轴

1、提高轴的强度的常用措施：

（1）合理布置轴上零件以减小轴的载荷；

（2）改进轴上零件的结构以减小轴的载荷；

（3）改进轴的结构以减小应力集中的影响；

（4）改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度。

2、轴的弯曲刚度校核计算

（1）轴的弯曲刚度以挠度y和偏转角θ来度量。

（2）对于光轴，可直接用材料力学中的公式计算其挠度或偏转角。

（3）对于阶梯轴，可将其转化为当量直径的光轴后计算其挠度或偏转角。

3、重要的轴，需采用滑动轴承，选用20Gr或45钢,材料,轴径处分别应采用何种热处理方法?为什么?

4、试说明设计轴的基本步骤？

1）对轴所处的机器和轴系进行结构分析，初步确定轴的结构形式，绘出轴的草图；

2）利用理论力学的知识对轴进行受力分析，计算各轴段受力和轴承支反力；

3）选定材质，利用材料力学的知识对各轴段进行应力分析，选用合理的评定标准，确定危险断面的的尺寸和各轴段的结构尺寸；

4）施工图设计，进行工艺分析、确定基准、配合性质、形状及位置偏差、表面粗糙度、技术要求等。

5、指出典型轴系结构的错误并提出改进意见。

6、轴按所受载荷性质分类，只承受弯矩的称心轴；只承受扭矩称传动轴；承受弯矩和扭矩称转轴。

7、不随时间变化的应力称为静应力，随时间变化的应力称为变应力，具有周期性的变应力称为循环变应力。

8、图示为圆柱齿轮减速器输出轴的结构图，请指出设计错误或不合理处（至少5处，不计制图错误），要求在错误处画一个圆圈，标上序号，按序号分别说明理由。