机械设计思考题集

1、机械设计思考题集第一章 机械设计总论1.机械设计的基本要求？机械设计的准则？常用的机械设计方法有哪些？2.什么叫机械零件的失效？机械零件失效的形式有哪些？机械零件失效的原因？3.表面损伤失效的分类，及其成因以及避免措施？ 表面强化？表面强化深度的影响因素，如何控制其强化深度？ 4.什么是标准化、系列化、和通用化？机械设计中“三化”有什么意义？第二章 机械零件的强度1.作用在机械零件上的变应力有哪几种类型？如何区分它们？2.何为工作载荷、名义载荷、和计算载荷？名义载荷与计算载荷有和关系？3怎样区分表面挤压应力和表面接触应力？试说明两圆柱体接触应力计算公式 中各符号的意义。4.什么是静载荷、变载荷

2、、和变应力？试举出两个机械零部件在工作时受静载荷作用而产生变应力的例子？5什么是稳定变应力和非稳定变应力？双向稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算如何进行？6.什么是材料的疲劳极限？试根据材料的疲劳曲线（-N曲线），说明什么叫循环基数0、条件疲劳极限NrN和疲劳极限r，并根据疲劳曲线方程导出NrN 的计算公式。极限应力线图有何用处？7.影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？原因是什么？为什么影响因素中的K、只对变应力的应力幅部分有影响？ 如何提高机械零件的疲劳强度？8.疲劳破坏与静强度破坏的区别？ 试述金属材料疲劳断裂的过程？摩擦与润滑9.何谓摩擦？常见润滑方式有哪几种？各有何特点？10.何谓磨

3、损？按机理不同，磨损可分为哪几类？各有何特点？减轻磨损的途径有哪些？11.零件的正常磨损分为几个阶段？每阶段各有何特点？试画出正常磨损过程中磨损量随时间变化的曲线图？12.润滑油、润滑脂各有何主要性能指标？如何理解黏度的概念？13.润滑有何作用？常用润滑剂有哪几类？各适用什么场合？14.润滑剂黏度对摩擦的影响？温度压力变化对润滑油粘度的影响？15在进行机械零件有限寿命的疲劳强度计算时，需将材料的疲劳曲线修正成零件的疲劳曲线。有几种修正方法？各有何优缺点?第三章 螺纹连接0.常用螺纹分类？各有什么特点？其应用场合是什么？1.螺纹连接的主要失效形式有哪些？2.螺栓组连接受力分析的目的是什么？在进行

4、受力分析时，通常要做哪些假设条件？螺栓柱连接结构设计应考虑哪些方面的问题？3提高螺纹连接强度的措施有哪些？4.受拉伸载荷作用的紧螺栓联接中，为什么总载荷不是预紧力和拉伸载荷之和？ 对于受轴向变载荷作用的螺栓，可以采取哪些措施来减小螺栓应力 a？5.在螺纹连接中，螺纹牙间载荷分布为什么会出现不均匀现象？常用哪些结构可使螺纹牙间载荷分布趋于均匀？6.什么是螺栓的预紧？螺纹预紧的目的是什么？列举常用的预紧的方法？7.为什么对重要联接要控制预紧力大小？控制预紧力大小的方法有哪几种？8.螺纹的防松？为什么螺纹连接需要防松？防松的实质是什么？有哪几类防松措施？9.在重要的紧螺栓联接中，为什么尽可能不用小于

5、 M12M16 的螺纹？10提高螺栓疲劳强度的措施有哪些？ 为什么 增大被连接件刚度或减小螺栓刚度 能提高螺栓联接强度？并画出被连接件刚度改变后的力变形图。 降低螺栓刚度Cb及增大被连接件刚度Cm的措施有哪些？11.为改善螺纹牙上载荷分配不均现象，常采用悬置螺母或内斜螺母，是分析其原因？12.偏心载荷对螺栓连接强度有什么影响？常采用哪些措施防止偏心载荷出现？13.紧螺栓连接强度计算公式 中系数1.3的含义是什么？ 14.为防止螺旋千斤顶失效，社计时应对螺杆和螺母进行哪些验算？填空1.常用螺纹的类型有： 三角形螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹。2.传动螺纹的牙型斜角比联接螺纹的牙型斜

6、角小，这主要是为了 提高传动效率。3.普通螺栓承受横向外载荷时，依靠 被联接件接触面间的摩擦力 承载， 螺栓本身受 预紧力 的作用，该螺栓可能的失效形式为 被连接件间的相对滑移。 铰制孔用螺栓连接承受横向外载荷时，依靠 螺栓抗剪切 承载，螺栓本身受 剪切和挤压 力作用，螺栓可能出现的失效形式是 剪断和压溃 。4.螺纹的公称直径是指螺纹的 大径 ，强度计算中，常用 最小直径 作为危险截面的计算直径；螺纹升角是指螺纹 中径处的升角 。螺旋自锁的条件为 ：螺旋升角小于螺旋副的当量摩擦角v 。5.若螺纹的直径和螺纹副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的 导程S和牙型角。6.受轴向载荷的紧螺栓

7、连接形式有 普通螺栓连接 和 双头螺柱联接。7.发动机缸体与气缸的螺栓连接经常拆卸，应该使用 双头螺柱联接 ，为控制预紧力大小需用 定力矩扳手 拧紧。8.为了提高紧螺栓连接中在变载荷作用下的疲劳强度，则应增大 被联接件的刚度， 减少 联接件的刚度，预紧力 适当增大。9.螺纹连接预紧的目的在于 增强连接件的可靠性、紧密性，以防止 结合面出现缝隙或滑移。第四章 带传动1.带传动是怎样工作的？有什么特点（优点与缺点）？适用于什么场合？2.相同情况下，V带传动与平带传动能力有何不同？为什么？3.常见V带剖面结构有几种？他们有那几部分组成？各部分的特点是什么？4.柔韧体摩擦的欧拉公式的推导前提是什么？它

8、适用于什么范围？ 根据欧拉公式，用什么措施可以使带传动的能力提高？5.普通V带传动所能承受的最大有效 圆周力 如何计算？6.什么是弹性滑动？弹性滑动时如何产生的？它和打滑有什么区别？ 弹性滑动对传动有什么影响（利与弊）？ 什么是带的滑动率？如何计算？一般情况下，滑动率变动范围如何？7.普通V带剖面夹角是40，为何带轮轮槽角分别是32、34，36，38？8.带传动常见的失效形式是什么？设计计算准则是什么？9.在V带传动中，为什么要控制张紧力？带传动为何要有张紧装置？常见张紧装置有哪些？张紧轮位置的安放？10.带轮中包角大小对传动有什么影响？如何增大包角？ 11.影响带寿命的因素是什么？如何保证带

9、具有足够的寿命？12.为什么带传动一般放在高级而不是放在低速及？ 为什么普通车床的第一级传动采用带传动，而车床的主轴与丝杠之间的运动链不能采用带传动？13.带传动中，为什么dd1 dd1min；1120；255ms；z10根？在V带设计中，为什么笑带轮包角不能过小？增加小带轮包角措施有哪些？14.V带传动中，带速原为10ms；如果传动功率不变，而将传动速度提高一倍，那么胶带的跟数能否减少一半？15.两组V带传动，带轮直径、带的型号、根数、转速都相同，而带长相差一倍，那组V带承载能力更强？为什么？16.V带传动中为何要限制带的根数？限制条件如何？V带的标准长度和计算长度个指的是什么长度？17.带

10、传动中紧边和松边是怎样产生的？怎样理解紧边和松边的拉力差即为带传动的有效圆周力（有效拉力）？ 带传动最大有效圆周力Fe的大小与哪些因素有关？（思考到底与速度有无关系？） 说明带传动中紧边拉力F1、松边拉力F2、有效拉力F、张紧力F0之间的关系？带的松边拉力能否减小为零？为什么？18.水平或接近水平布置的开口传动，为什么将其紧边设计在下边？19.在V带设计中，为什么要限制带的根数极小轮的最小直径？20.带传动设计中，为什么要限制最小中心距和最大传动比？21带传动工作时，为什么从动轮的节圆线速度比主动带轮低？ 填空1. 带传动工作时，松边带速 小于 紧边带速。2. 机械传动中，V带传动常用于传动的

11、 高 速级。3. 带内产生的瞬时最大应力由 紧边拉应力 和 紧边进入小轮处弯曲应力 两种应力组成。4. 常见带传动张紧装置有 定期张紧装置、自动张紧装置、张紧轮张紧装置。5. V带传动限制速度v25 30ms，目的是为了 避免速度过大，使离心力过大；速度过小使受力增大，造成带根数增大； 限制带在主动轮上包角1120的目的是：增大摩擦力，提高承载能力。6. 为了使V带与带轮轮槽更好的接触，轮槽楔角应 小于 带断面的楔角；随着带轮直径的减小，角度的差值变 大。（为什么？）7. 在设计V带传动时，V带的型号是根据 计算功率 和 小带轮转速 选取的8. 带传动工作时，带内应力是 非对称循环 性质的变应

12、力。9. 用 C 提高带传动传递的功率是不合适的。 A.适当增大预紧力 B.增大轴间距 C.增加带轮表面粗糙度 D.增大主动轮基准致敬10.装有张紧轮的带传动，带的寿命会 减少 。11用于高速的带传动，宜采用 C 。 A.窄V带 B.普通V带 C.平带 原因解释：平带传动结构简单，价格便宜，且柔性较好。早期的平带传动常用在传递叫大功率的场合（原则上只要带足够宽），较笨重，现在几乎逐渐被结构紧凑的V带所取代。目前平带常用在高速，这是因为平带有较小的离心力和较好的柔性。在一般机械中，应用最广的是V带传动。由于楔形增压的原理，可是结构紧凑，V带多以标准化生产，因而V带的应用比平带广泛。12.弹性滑动

13、的不利后果：从动轮圆周速度低于主动轮圆周速度，影响传动比，使传动比不稳定；降低传动效率；引期待的磨损；使带的温度升高13.离心应力的影响因素？（有些资料上说受轮的直径影响，到底受不受呢？）14.带传动的最大有效拉力决定于 张紧力 包角 摩擦系数 和带速 。（带速到底是不是影响传动最大圆周力的因素？）此题见于传动零部件设计实例精讲14页，第14题。第五章 齿轮传动1.齿轮传动有什么特点？ 齿轮传动常见哪几种形式？各有什么特点？ 2.齿轮常见失效形式有哪几种？ 试解释其产生的原因？ 3.齿轮产生折断的原因有哪些？如何提高齿根弯曲疲劳强度？疲劳裂纹首先发生在齿轮的那一侧？为什么？ 在不改变材料和尺寸

14、的前提下，如何提高轮齿的抗折断能力？原因：齿轮折断主要有 疲劳折断和过载折断。疲劳折断是由于齿轮受多次重复的弯曲应力和应力集中造成的。过载折断是因为齿轮短时过载或冲击而产生的，主要发生于脆性材料。为提高齿轮抗折断能力首先保证弯曲应力小于需用弯曲应力可采取以措施：措施：；增大齿根过渡圆角半径及消除加工刀痕来减小齿根应力集中增大轴及支撑的刚性，使轮齿接触线上受载均匀采用合理的热处理方法使齿心具有足够的韧性采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理疲劳裂纹：齿轮折断一般先发生于受拉应力的一侧；齿宽较小的直齿圆柱齿轮齿根裂纹一般是从齿根横向扩展，发生全齿折断。齿宽较大的直齿圆柱齿轮畅饮在和集中在齿

15、的一端，斜齿圆柱齿轮和人字齿轮常因接触线是倾斜的，载荷有时会作用在一端齿顶上，股裂纹往往是 从齿根斜向齿顶的方向扩展，发生轮齿局部折断。4.齿轮为什么会发生齿面点蚀与剥落？ 点蚀一般发生在那种齿轮传动中？ 为什么在开式齿轮传动中，一般不出现点蚀破坏？ 点蚀为什么首先发生在靠近节线的齿根面上？ 防止点蚀有哪些措施？（如何提高齿面的抗点蚀能力？） 齿面疲劳点蚀原因：由于齿面交变接触应力的反复作用，在节线附近靠近齿根部分的表面上，由于接触应力过大，会产生小裂纹，封闭在裂纹中的润滑油，在压力作用下，产生楔挤作用而是裂纹扩大，最终导致表层小片状剥落而形成麻点，即疲劳点蚀。 润滑油粘度越低，越易渗入裂纹，

16、点蚀扩展越快。首发于靠近节线齿根处原因：齿轮在靠近节线处啮合时，相对滑动速度方向有变化，相对速度低，形成油膜条件差，摩擦力大；而齿轮在节线附近啮合时，同时啮合的齿对数少，因此齿面接触应力也较大，电视首先发生于此处。5.什么情况下工作的齿轮易出现胶合破坏？ 齿面胶合首先发生在什么部位？为什么？如何提高齿面的抗胶合能力？提高抗胶合能力措施：采用角变位齿轮传动以降低啮合开始和终了时的 滑动系数；减少模数和齿高以降低滑动系数，采用极压润滑；提高齿面硬度和减小粗糙度值；材料相同时，大小齿轮保持适当的硬度差，其中最有效办法为采用极压润滑。6.齿面的塑性变形在何种情况下产生？（塑性变形产生原因？）主动轮与从

17、动轮齿面上的变形有何不同？原因：在重载下，较软的齿面上可能沿摩擦力方向产生局部的塑性变形，使齿轮失去正确的齿廓，使瞬时传动比发生变化，造成附加动载荷。这种损坏常出现在过载严重和频繁启动的传动中。减轻措施：设计时进行过载强度计算；提高齿面硬度；采用较高粘度的润滑油。差别：7.齿轮材料选择时，应考虑那种因素影响？对齿轮材料性能的要求怎样？常用齿轮材料和热处理方法有哪些？ 答：考虑齿轮的失效主要发生在 齿面和齿根，因此对齿轮材料的基本要求是： 齿面有一定的硬度，以获得较高的抗点蚀、抗磨粒磨损、抗胶合、和抗塑性流动的能力；轮齿心部有足够的强度和韧性以获得足够的弯曲疲劳强度。 此外，还应考虑机械加工和热

18、处理的工艺性，以及经济性要求。热处理方法：8.开式、闭式齿轮材料的选择各有什么特点？ 闭式传动与开式传动的失效形式和设计准则有什么不同？10. 硬齿面与软齿面如何划分？各用于什么场合？其热处理方式有何不同？为什么一对软齿面齿轮的大小齿轮的 材料或热处理方式不一样？11. 在进行齿轮强度计算式，为什么引入载荷系数K？K反映了哪些因素的影响（动载系数有哪几部分组成？）？ 各种系数的影响因素分别是什么？答：由于原动机性能及齿轮制造与安装误差、齿轮及支撑件变形等因素的影响，实际传动中作用于齿轮上的载荷要比名义载荷大，因此引入载荷系数，以考虑载荷集中和附加动载荷等各种影响载荷的因素计算，更接近实际。12

19、. 齿轮设计中为什么引入动载系数 Kv ？减小动载荷的方法有哪些？答：一对理想的渐开线齿廓的齿轮，只要齿距相等（Pb1=Pb2）时才能正确啮合，瞬时传动比才恒定。但由于制造误差、弹性变形等原因，基圆齿距不可能完全相等，这时，当主动轮的角速度1 为常数时，从动轮瞬时角速度2 将忽大忽小，从而产生附加动载荷，因而引入动载荷系数Kv以考虑考虑齿轮副在啮合过程中由于 啮合误差（基节误差、齿形误差、轮齿变形等）和 运转速度 而引起的内部附加动载荷。 减小附加动载荷最有效措施：对齿轮进行修缘。13. 哪些因素引起载荷分配不均匀？ 各对齿轮间载荷是怎样分配的？为什么高精度（5级精度以上）齿轮Ka=1 ？14

20、. 为什么要引入齿间载荷分配系数K，他取决于什么因素？答：齿轮的重合度重视大于1，说明在一队轮齿的一次啮合过程中，部分时间内为两对轮齿啮合，所以理想状态下应该由各啮合齿对均等承载。但对于低公差等级的齿轮传动，实际情况并非如此，他受制造精度、轮齿刚度、齿轮啮合刚度、修缘量、跑合量等多方面因素的影响。齿间载荷分配系数 K是由于考虑制造误差和齿轮弹性变形等因素使两对同时啮合的轮齿上载荷分配不均而引起的附加动载荷而引进的修正系数。它取决于轮齿啮合刚度、基圆齿距误差、修缘量、跑合量等多种因素。根据公式说明提高齿的抗弯能力有哪些可靠措施？根据公式说明提高齿的抗点蚀能力有哪些可靠措施？15. 为什么要引入齿

21、向载荷分布系数K，它的值受哪些因素影响？可采取哪些措施来减小齿向载荷分布不均的程度？答：由于制造误差引起的齿向误差、齿轮及轴的弯曲和扭转变形、轴承和支座的变形、及装配误差等，而导致同一对齿轮接触线上各接触点间载荷分部不均匀。为此引入齿向载荷分布系数，用于考虑 实际载荷沿轮齿接触线分布不均 的影响。 减小措施：对称配置轴承，尽量避免悬臂；增大轴、轴承、支座的刚度；将轮齿做成鼓形，将齿轮作鼓形修整，让齿宽中部首先接触，并扩展到整个齿宽，使载荷分布不均现象得到改善；在多级齿轮传动中，若高速级齿轮相对支撑轴承无法对称布置，则应使高速级的齿轮远离转矩输入端； 当轴的刚度非常高，齿宽比较大，而且受力比较大

22、时，在有腹板支撑的部分轮齿刚度较大，而其他部分刚度较小。这种情况，宜加大轮缘厚度，并采用双腹板或双层辐条，以保证轮齿沿齿宽有足够的刚度，是啮合受力均匀； 当轴和轴承的刚度较差，由于周和轴承的变形使齿轮沿齿宽不均匀接触造成偏载时，可通过有限元等方法进行精确计算，改变轮辐的位置和轮缘形状，使沿齿宽受力大处齿轮刚度小，受力小处齿轮刚度大，利用齿轮的不均匀变形补偿轴和轴承的不均匀变形，达到沿齿宽受力均匀分布的目的。 ;如果齿轮相对支撑轴承载无法对称布置，则应使齿轮远离转矩输入端，从而使由弯矩引起的偏载与由转矩产生的偏载现象得到缓和，否则加重偏载。16. 试说明齿形系数YFa 和 YSa的物理意义。分别

23、与齿轮的哪些因素有关？ 答； 是代表齿轮的几何形状对抗弯强度的影响系数，因此取决于齿轮的形状，即随齿数和变位系数而异，而与模数无关，随着齿数的增加，YFa 减小，YFa 与YSa 乘积减小，则抗弯强度提高。YSa综合考虑齿根齿根圆角处应力集中和 除弯曲应力以外其余应力对齿根应力的影响。随着齿轮齿数的增加，YSa增大，则弯曲应力相应增大，YFa 与YSa乘积减小，则抗弯强度提高。17. 为什么齿轮接触强度和抗弯强度计算分别引入重合度系数Z 和Y ？在强度公式中还有什么系数与重合度有关，说明重合度对接触强度和抗弯强度的综合影响。答：计算接触强度是，由于断面从何度；总是大于1，因此单位齿宽载荷减小，

24、度提高，故初始接触线长度b应代以接触线总长度L，并引进重合度系数Z，用以考虑重合度对单位齿宽载荷的影响。 计算抗弯强度时考虑理论上载荷应由同时啮合的多对齿分担，可用重合度系数Y对齿根弯曲应力进行修正。重合度越大，单位齿宽载荷越小，接触强度提高，同理，抗弯强度提高。18. 齿面接触疲劳强度计算公式是如何建立的？为什么选择节点作为齿面接触应力的计算点？ 一对直齿圆柱齿轮的齿面接触应力的大小与齿轮的哪几个参数有关？ 在哪一点啮合的接触应力最大？一对圆柱齿轮传动，大齿轮和小齿轮的接触应力是否相等？如果大、小齿轮的材料及热处理情况相同，则其需用接触应力一定相等吗？ 若接触疲劳许用应力大小相等，那么大小轮

25、的疲劳强度大小相等吗？答：一对圆柱齿轮传动，小齿轮的大齿轮在啮合处的接触应力必然相等。 若大小齿轮的 材料和热处理方式相同，即热处理后硬度也相同，则其接触 许用应力不一定相等，因为接触疲劳许用应力 H= HlimZNSH ，即使材料的材料热处理方式都相同，热处理后硬度也相同，则Hlim相同；安全系数SH 也相同 ，但是，寿命系数 ZN 取决于循环次数，而小齿轮的循环次数大于大齿轮的循环次数，所以，一般情况下大小齿轮的接触疲劳许用应力不相等；而当大小齿轮的循环次数都大于循环基数 时，则寿命系数等于1，此种情况下的大小齿轮的接触疲劳许用应力相等。 如果其接触疲劳许用应力相等，则大小齿轮的接触疲劳强

26、度大小相等，因为 SH=HH.19. 试说明小齿轮齿数的选择原则和对齿轮传动质量的影响？ 闭式传动的软齿面与硬齿面及开式传动中，z1的选择有何不同？ 20. 配对齿轮的齿面有较大的硬度差时，对较软齿面会产生什么影响？21. 在直齿轮和谐齿轮传动中，为什么将小齿轮设计的比大齿轮宽些？答：一般将小齿轮齿宽在计算基础上再加大5-10mm，目的是为了防止安装误差造成的实际接触宽度减小，保证足够的接触强度，但计算是按大齿轮宽度计算。22. 齿轮常用的润滑方式有哪些？润滑方式的选择主要去取决于什么因素？ 23. 齿形系数与模数有关吗？有哪些因素影响齿形系数的大小？24. 在齿轮强度设计计算为什么要引入齿宽

27、系数？选择齿宽系数是要考虑哪些问题？为什么设计齿轮时，齿宽系数既不能太大，又不能太小？ 25. 选择齿轮传动第 公差组精度等级时，除了考虑传动用途和工作条件外，主要依据是什么？26. 选择齿轮毛坯的成型方法时，除了考虑材料等因素外，主要依据是什么？27. 斜齿轮传动的接触强度计算中的重合度系数 Z考虑了重合度对单位齿宽载荷的影响，他与哪些因素有关？28. 斜齿圆柱齿轮传动中螺旋角太小或太大会怎样，应该怎样取值？ 填空 1. 对于闭式软齿面齿轮传动，主要按 接触 强度进行设计，而按 弯曲 强度进行校核，这时影响齿轮强度的主要几何参数是 分度圆直径d1、d2 。2. 对于开始齿轮传动，虽然主要失效形式是 齿面磨损 ，但目前尚无成熟可靠地 抗磨损 计算方法，目前仅以 弯曲疲劳强度 作为设计准则。 这是影响齿轮强度的主要几何参数是 模数m 。3. 设计齿轮传动时，若保持传动比i和齿数和Z=Z1+Z2不变，而增大模数m，则齿轮的弯曲强度 提高 接触强度 提高 。（为什么？