2011级机械设计基础复习题

1、机械设计基础的复习范围供大家参考：1一个现代化的机械系统包括？常说的机械含义是什么？机器和机构各指的什么？答：一个现代化的机械系统包括四个方面，即：原动机、传动装置、执行机构和控制系统。机械：机械是机器与机构的总称；也就是不讨论是否能完成能量的转换，我们用机械作为一个总称。机器：机器是具有确定运动的构件的组合体，它用来转换能量，改变或传递物料和处理信息，以代替和减轻人的体力和脑力劳动。机构：机构是实现传递机械运动和动力或改变机械运动形式的构件组合体。例如我们在工程上或生活中常见的齿轮机构、连杆机构、凸轮机构、螺旋机构、带传动和链传动机构等等。2机械设计过程一般包括？答：机械设计过程一般包括四个

2、阶段，即：1）明确任务阶段；2）方案设计阶段；3）技术设计阶段；4）施工设计阶段。3构件和零件的概念及区别？答：组成机器的相对运动的单元体称为构件，可以是一个零件，也可以是由几个零件组成的刚性结构。 构件与零件的根本区别在于：构件是运动的单元体，而零件是制造的单元体。4机械制造常用的材料？代号的含义？答：机械零件所用的材料是多种多样的，有钢、铸铁、有色合金和非金属材料等。但是金属材料，尤其是黑色金属材料，应用的最为广泛。5机构运动副的分类？答：a.按引进的约束数目分类：引进一个约束的运动副称为级副，引进两个约束的运动副称为级副，依次我们有级副、级副、级副。b.按两构件的接触情况分类：凡两构件以

3、点或线接触构成的运动副称为高副，凡两构件以面接触构成的运动副称为低副。c.按两构件的相对运动分类：可分为转动副（铰链）、移动副、螺旋副和球面副。d.按运动状态分类：可以分为平面运动副和空间运动副，凡是两构件运动平面相互平行的运动副称为平面运动副，而运动平面不互相平行的称为空间运动副。6铰链四杆机构的形式和性质？演化？杆长条件及推论？自由度计算？（构件之间都是用转动副联接的平面四杆机构称为铰链四杆机构，也就是说：铰链四杆机构是具有转换运动功能而构件数目最少的平面连杆机构在此机构中，AD固定不动，称为机架；AB、CD两构件与机架组成转动副，称为连架杆；BC称为连杆。在连架杆中，能作整周回转的构件称

4、为曲柄，而只能在一定角度范围内摆动的构件称为摇杆。）答：铰链四杆机构又有三种基本形式： a曲柄摇杆机构 ； b双曲柄机构 ；c双摇杆机构（两摇杆长度相等的双摇杆机构，称为等腰梯形机构）（注意：平行四边形机构在运动过程中，当两曲柄与机架共线时，在原动件转向不变、转速恒定的条件下，从动曲柄会出现运动不确定现象。）机构的演化方法：1）通过改变构件的形状和相对尺寸进行演化；2）通过选用不同构件作为机架进行演化。杆长条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。两个推论：1）若四杆机构中最短杆与最长杆之和大于其余两杆之和，则该机构不可能有曲柄存在，机构成为双摇杆机构；2）若四杆机构中最短杆与最

5、长杆之和小于其余两杆之和，当最短杆是机架时，机构为双曲柄机构,当最短杆的相邻杆为机架时，成为曲柄摇杆机构，取最短杆的相对杆为机架时成为双摇杆机构.自由度计算：（机构具有确定运动的条件是：机构的自由度数等于机构的原动件数，既机构有多少个自由度，就应该给机构多少个原动件。）作为平面机构，我们知道其运动副只能是低副（转动副和移动副）和高副组成。在低副中，十分显然转动副和移动副分别限制了构件的两个自由度（即两个移动或一个移动和一个转动），也就是说使机构减少了两个自由度；在高副中，只限制了两个构件沿接触点公法线方向的移动，也就是说构件减少了一个自由度平面机构的结构公式：F=3n2PLPh 【铰链四杆机构

6、曲柄存在条件为：Grashof（格拉斯霍夫）定理： 1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆；（构成整转副的两相邻杆之一必为最短杆）2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。（称为杆长条件）上述两个条件必须同时满足，否则机构不存在曲柄。】 7螺纹联接基本类型和常用的防松方法？自锁条件？答：螺纹联接可以分为四种基本类型：1）螺栓联接； 2）双头螺栓联接 ；3）螺钉联接 ；4）紧定螺钉联接。 常用的防松方法有三种：摩擦防松、机械防松和永久防松。自锁条件：8带的类型？V带的类型及V带传动在工作过程中带的速度变化和带内应力的分析？打滑和弹性滑动比较？带传动的失效和张紧措施？答：带的类型：V带有许

7、多种类型和型号，有普通V带、宽V带、窄V带、大楔角V带、汽车V带等等，都是标准件。带的应力分析 (1)拉应力 (2)离心应力 (3)弯曲应力 打滑：如果所要传递的功率过大，使 ，带就会沿轮面出现显著的滑动现象。这种现象称为“打滑”，从而导致带传动不能正常工作，也即传动失效。弹性滑动：由于此弹性变形量的变化，造成皮带在传动中会沿轮面滑动，致使传动带的速度低于主动轮的速度（转速）。同样，当传动带绕过从动轮时，带上的拉力由F2增加到F1，弹性变形量逐渐增大，使传动带沿着轮面也产生滑动，此时带的速度高于从动轮的速度。这种由于传动带的弹性变形而造成的滑动称作弹性滑动。带传动的失效：（1）失效形式： 1）

8、打滑；2）磨损 ；3）带的疲劳折断 （2）设计准则：在传递规定的功率时不打滑；具有一定的疲劳寿命（3）带传动的失效分析：失效形式 原因 避免失效的措施打滑 F> Ff 1、 使带传动传递功率不超过许用值； 2、控制初拉力F0和小轮包角1磨损 弹性滑动 提高V带的耐磨性 打滑 降低带轮表面的粗糙度疲劳断裂 max 1、减小max，如限制V带带轮的 最小直径以控制b1,控制工作拉力和离心力； 2、改变带的材料，提高9齿轮传动、滚子链传动和V带传动的优缺点？答：（1）齿轮传动 1）适用的功率范围大（可达数十万千瓦，圆周速度可达200m/s。2）效率高、可高达99%。3）传动比稳定，i=n1/n

9、2 4）结构紧凑。5）工作可靠、寿命长。 （2）滚子链传动 与带传动相比：它没有弹性滑动和打滑现象，能保证准确传动比；张力小；结构紧凑。与齿轮传动相比则效率低。缺点：只能用于平行轴之间同向回转的传动；由于链节是刚性的，所以其瞬时传动比不恒定，工作时噪音大，不宜用于载荷变化大或急速反转的场合。对于链传动，一般要求工作在：主要用于要求平均传动比准确，两轴间距离相距较远、工作条件恶劣，不宜用皮带传动和齿轮传动的场合。(3)V带传动 与其它的传动相比，这种传动具有以下优点：1）中心距变化范围大，适宜远距离传动；2）过载时将引起带在带轮上打滑，因而可以防止其它零件的损坏；3）制造和安装精度不像啮合传动那

10、样严格，结构简单、价格低廉；4）能起到缓冲和吸收振动，传动平稳，噪音小。5）维护方便，不需要润滑等。 但是，和齿轮传动相比，它也有一些缺点：1）摩擦型带传动不能保持准确的传动比，传动效率较低；2）传递同样大的圆周力时，轮廓尺寸和轴上的压力较大；3）带的寿命较短。这种传动在近代机械中应用的十分广泛，常用于中、小功率，带速在525m/s，传动比 的情况下。（V带传动的传动能力较大，在传动比较大时、要求结构紧凑的场合应用较多，是带传动的主要类型。） 10径向滑动轴承和滚动轴承的类型和结构？答：11轴的不同分类？轴上零件能正常工作，其轴向和周向都必须固定，轴向和周向固定的方法？答：(轴的主要功用是支承

11、回转零件及传递运动和动力。)（1） 按照承受载荷的不同，轴可分为：1）传动轴只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。 2）心轴只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。 3）转轴同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。（2）按结构形状分：轴有实心轴、空心轴（车床的主轴）、曲轴、挠性钢丝轴和直轴。 直轴又可分为截面相等的光轴和截面分段变化的阶梯轴 工程中最常见的是同时承受弯矩和转矩作用的阶梯轴轴向固定：轴上零件的轴向定位主要靠轴肩和轴环或套筒来完成。常用的轴向固定措施还有:轴的一端可采用轴端挡圈。周向固定：为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动，轴上零件的周向固定必须可靠。常用的周向固定方法有键、花键、销和过

12、盈配合等联接。 12专用零件和通用零件？标准件？答：在各种机械中普遍使用的零件称为通用零件，如螺钉、轴、轴承、齿轮等。只在某种机器中使用的零件称为专用零件，如活塞、曲轴、叶片等。标准件：13齿轮的加工方法和齿轮常见的失效形式？齿轮啮合传动的条件？渐开线齿廓的相关知识。答：齿轮的加工方法：铸造法；热轧法；冲压法；粉末冶金法；模锻法；切制法（最常用）：仿形法（铣削、拉削）、范成法(展成法共轭法包络法：插齿、滚齿、剃齿、磨齿)齿轮的失效形式：（1）过载折断：成因：由短时突然过载引起。出现场合：脆性材料制成的齿轮。（2）疲劳折断：成因：交变的弯曲应力反复作用。出现场合：闭式硬齿面齿轮传动。（3）齿面点

13、蚀：发生在齿根表面靠近节线处。成因：交变的接触应力反复作用。出现场合：闭式软齿面齿轮传动。（4）齿面胶合：成因：摩擦生热产生局部高温使两齿轮金属相互粘连。出现场合：高速重载。对于低速传动采用大粘度润滑油。对于高速传动采用含抗胶合剂的润滑油。（5）齿面磨损：磨粒磨损开式齿轮传动易出现：外界硬屑落入啮合轮间所致。 跑合磨损：新齿轮传动时存在的缓慢磨损。是一种有益磨损。（6）齿面塑性变形：常在过载严重和起动频繁的传动中遇到。齿轮啮合传动的条件：渐开线齿廓的相关知识：（1）渐开线的形成：一直线在圆周上纯滚动时，该直线上的任意一点的轨迹称圆的渐开线。该圆称为渐开线的基圆，该直线称为发生线。 （2）渐开线

14、方程1）渐开线的压力角：2）渐开线方程： （3）渐开线的特性：1) 发生线沿基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的长度。 即 NK=AN 2） 渐开线上任意一点的法线恒与基圆相切。3）cosak=ON/OK=rb/rk渐开线齿廓上各点的压力角不等。4）渐开线的形状取决于基圆的大小。基圆越大，渐开线越平直。反之则越弯曲。5）基圆之内无渐开线。（4）渐开线齿廓满足定传动比传动：任意两渐开线齿廓在K点啮合：1）由渐开线的性质知：n-n必与两基圆相切，两基圆在同一方向上的内公切线仅有一条，且它与O1O2的连线的交点C固定。传动比 i=n1/n2=w1/w2= O2C/O1C=rb2/rb1 2）渐开线齿廓的

15、其它性质：n 渐开线齿廓具有可分性： rb固定，则中心距稍有变动，不会影响传动比n N1N2是渐开线齿廓的啮合线：n 过节点C作两节圆的公切线t-t，它与啮合线的交角称啮合角a， a为一常数且等于渐开线在节圆上的压力角。 14轮系传动的方向判断和计算？答：15钢的热处理方法？答：（1）普通热处理：1)退火:降低硬度、提高塑性、细化晶粒、消除内应力。2)正火:基本同上，用于处理低中碳钢，降低硬度，易于切削。 3)淬火:提高硬度和耐磨性、但内应力增大，应回火。 4)回火:消除淬火后的内应力，以获得零件所需的性能。(2)表面热处理：(使表面再增硬，但内心很韧。) 1) 表面淬火（高频，中频和工频）

16、2)化学处理: 渗碳、氮化 、 氰化(碳氮共渗）16凸轮机构的组成及分类？常用的运动规律？答：凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附属装置组成的一种高副机构。分类：（1）按凸轮的形状分类：1）盘形凸轮、2）移动凸轮、3）圆柱凸轮（由于前两类凸轮运动平面与从动件运动平面平行，故称平面凸轮，后一种我们就称为空间凸轮。）（2）按从动件的形状分类：1）尖顶从动件、2）滚子推杆从动件、3）平底推杆从动件。（3）按推杆的运动形式分类：1）直动推杆、2）摆动推杆（4）按凸轮与推杆保持高副接触的方法（锁合）分类：1）力锁合、2）几何锁合、从动件运动规律：（1）等速运动规律-等速运动规律指从动件的运动速度保持不变

17、。 推程运动时，凸轮以等角速度转动，当转过推程运动角时所用时间 ，同时从动件等速完成推程h ，则从动件的速度为v常数 。在某一时间t内，凸轮转过角，则从动件位移 ，从动件的加速度 ，所以推程运动时，从动件的运动方程为: 同理，从动件作回程运动时，从动件的运动方程为：（速度线图为一水平直线。加速度为零，但在从动件运动的开始位置和终点位置的瞬时速度方向会突然改变，其瞬时加速度趋于无穷大（理论上），在该瞬时作用在凸轮上的惯性力也趋于无穷大（理论上），致使机构产生强烈的冲击，这种冲击称为刚性冲击。所以这种运动规律只适合于低速场合使用。）（2）等加速等减速运动规律：在推程运动的等加速度部分的速度：整理以

18、上各式，得到推程运动时，从动件等加速度部分的运动方程为： 推程运动的等加速部分结束时， ，所以 同样方法，我们可以得到等减速区间（ ）中推杆的运动方程式：这种运动规律又称为抛物线运动规律。由于这种运动规律中，加速度的突变是有限的，所造成的冲击也是有限的，故称作柔性冲击。由于柔性冲击存在，具有这种运动规律的凸轮机构就不适宜作高速运动，而只适用于中低速、轻载的场合。 （3）余弦加速度运动规律：推程：简谐运动规律17螺栓组连接设计注意的问题？答：1）螺栓（钉）孔的布置 ：联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，同一螺栓组的螺栓布置应力求对称、分布均匀，从设计上首先保证被联接件接合面上受力均匀。 在布置螺栓时，应该注意：不要在平行于外力的方向成排地布置8个以上的螺栓，以免载荷分布过度不均（当然也不是绝对的）2）螺栓排列应有合理的钉距、边距 ：在布置螺栓时，螺栓中心线与机体壁、螺栓之间的距离，要依据扳手所需的活动空间大小和联接的密封性要求来决定。 对于受弯矩或转矩的螺栓联接，应使螺栓尽量布置在靠近联接接合面的边缘上，以减少螺栓的受力。3）螺栓数量的选择：分布在同一圆周上的螺栓数应取为3、4、6、8、12等易于分度的数目，以利于划线