机械设计问答题

1、(1) 为什么现代机械设备中大多数采用滚动轴承而不是滑动轴承?答：这是因为在通常情况下，滚动轴承与滑动轴承相比具有： 摩擦力矩小、效率高，启动灵活； 润滑简单，维护方便； 标准化、成批生产，成本低等特点。(2) 滚动轴承由哪些元件组成？各有什么作用?各用什么材料制造?答：滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。内圈装在轴颈上，外圈装在轴承座孔中，滚动体在内、外圈之间，当内、外圈相对运动时，滚动体在内、外圈的滚道间滚动，实现滚动摩擦，保持架用以隔开滚动体，使其保持排列整齐且可减小彼此间的摩擦。内、外圈和滚动体皆用滚动轴承钢(铬合金钢)制造，常用材料有GCrl5、GCr15SiMn、GCr6、G

2、Cr9等；保持架多用低碳钢板冲压成形，也可用有色金属(如黄铜)、塑料等材料(4) 滚动轴承的主要失效形式有哪些?其相应设计计算准则是什么?举出适用实例。答：滚动轴承的主要失效形式有：疲劳点蚀、塑性变形和磨损。对可能发生疲劳点蚀失效的轴承应进行寿命计算；对可能发生塑性变形失效的轴承应进行静强度计算；对高速轴承，除进行寿命计算外，还要校核其极限转速以防轴承过热发生胶合；对磨粒磨损失效目前尚无统一、有效的计算方法。一般转速( )的轴承，疲劳点蚀是其主要失效形式，如减速器中的轴承；静止、摆动或缓慢旋转(转速 )的轴承，塑性变形是其主要失效形式，如大型起重机吊钩的轴承；高速轴承可能发生过热胶合失效，密封

3、不好的轴承会产生磨粒磨损失效。(5) 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(两套圈之间的相对转数)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

4、，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。(6) 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10 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10 ；否则，轴承不可用。(7)

5、 何谓滚动轴承额定静载荷?滚动轴承的静强度条件是什么?答：滚动轴承额定静载荷是指滚动轴承在静止、摆动或缓慢旋转状态下，其最大载荷滚动体与滚道接触中心处引起与规定的接触应力相当的静载荷。滚动轴承的静强度条件是： ，其中 是额定静载荷， 是当量静载荷， 是安全系数。(8) 基本额定动载荷与基本额定静载荷本质上有何不同?答：基本额定动载荷的大小反映轴承抵抗疲劳点蚀失效能力的高低；基本额定静载荷的大小反映轴承抵抗塑性变形失效能力的高低。(9) 深沟球轴承和向心角接触球轴承，在工作中受到较小的轴向外载荷作用时，反而对其寿命有利，为什么?答：该类轴承当只受纯径向载荷时，由于游隙和弹性变形，内圈将随轴一起沿

6、载荷方向下降，轴承上半周滚动体不承受载荷，轴承下半周滚动体承受大小不同的载荷，承载区最多只有半周。当轴承又承受不大的轴向载荷时，该轴向载荷可使轴承的游隙减小，径向承载区大于半周，此时径向载荷的分布较无轴向力时均匀，受力最大的滚动体所受力减小，因此对轴承寿命有利。(10) 角接触球轴承和圆锥滚子轴承派生轴向力产生的原因是什么?答：原因是由于向心角接触轴承的接触角 0，无论轴承是否承受轴向外载荷，只要承受径向载荷，在承载区内每个滚动体所受的反力都可分解为径向分力和轴向分力。所有径向分力与径向载荷 平衡，所有轴向分力的合力即为派生轴向力 。(11) 在向心角接触轴承中，派生轴向力的产生与接触角有关，

7、而深沟球轴承受到轴向载荷作用时也会形成一定的接触角，为什么计算时不考虑派生轴向力呢?答：因为深沟球轴承的公称接触角 0，当只受纯径向载荷时，滚动体上的反力没有轴向分力，即不产生派生轴向力，故计算时不考虑派生轴向力。 (12) 滚动轴承的内、外圈的固定与锁紧方式有哪些?答：内圈的固定与锁紧方式有轴肩、弹性挡圈、圆螺母、开口圆锥紧定套等；外圈的固定与锁紧方式有基座肩环(如图13-5示)轴承盖、孔用弹性挡圈等。图13-5 轴承安装形式(13) 为什么角接触球轴承与圆锥滚子轴承往往成对使用且“面对面”或“背对背”配置?答：单个此类轴承只能承受一个方向的轴向力即限制轴系一个方向的运动，而成对使用采用“面

8、对面”或“背对背”配置则可承受两个方向的轴向力，限制轴系两个方向的运动，从而使轴系得到轴向固定。此外，此类轴承受径向载荷会产生派生轴向力，成对使用采用“面对面”或“背对背”配置有利于派生轴向力的平衡。(14) 角接触球轴承与圆锥滚子轴承的“面对面”与“背对背”配置各有什么特点?分别适用于什么场合?答：“面对面”配置，两支点间距离较短，而“背对背”配置，两支点间距离较长。从有利于轴系刚度的角度考虑，“面对面”配置，适合于载荷零件布置在两轴承之间，而“背对背”配置，适合于载荷零件悬臂布置。从方便调整的角度考虑，一般“面对面”配置调整方便(移动外圈)，而“背对背”配置调整不方便(移动内圈)。(15)

9、 滚动轴承预紧的目的是什么?常用预紧方法有哪些?什么情况下需要预紧?答：滚动轴承预紧的目的是：提高轴承的旋转精度，增加支承的刚性，减小轴工作时的振动。常用的预紧方法有： 夹紧一对圆锥滚子轴承的外圈； 用弹簧预紧； 在一对轴承中间装入长度不等的套筒； 夹紧一对磨窄了的外圈或磨窄了的内圈的角接触球轴承。预紧措施通常在对轴系旋转精度或刚度要求高的情况下使用，如机床主轴。(16) 滚动轴承内孔与轴及外径与座孔间的配合有何特点?选择配合应考虑哪些因素?答：滚动轴承是标准件，所以轴承内圈孔与轴的配合采用基孔制，(由于轴承内孔的偏差采用负偏差，故轴承内孔与轴的配合较一般圆柱公差中同类配合要紧得多)，轴承外圈

10、与座孔的配合采用基轴制。正确选择的轴承配合应保证轴承正常运转，防止内圈与轴、外圈与座孔在工作时发生相对转动。配合的选择应考虑的主要因素有： 载荷的类型 承受回转载荷的套圈(一般为内圈)应选用较紧的配合；承受固定载荷的套圈(一般为外圈)可选用较松的配合；承受摆动载荷的套圈可采用比回转载荷稍松的配合。 载荷的大小 载荷愈重，配合过盈最应愈大。 轴承的尺寸 随着轴承尺寸的增大，选择的过盈配合过盈越大，间隙配合间隙越大。 工作温度 轴承内圈可能因为热膨胀而与轴松动，外圈可能因热膨胀而影响轴承的轴向游动。所以应考虑温升及热传导方向对配合的影响。 轴承的旋转精度 当对轴承的旋转精度和运转的平稳性要求较高时

11、，尽量避免采用间隙配合。 安装与拆卸的方便 为了方便安装与拆卸，需采用间隙配合。 游动端轴承的位移 外圈与座孔应采用间隙配合，但不能过松而旋转。(17) 滚动轴承常用哪几种润滑方式?使用范围如何?答：滚动轴承的常用润滑方式有油润滑和脂润滑两类。一般当 值小于 时用脂润滑，当值 大于 时用油润滑。(18) 滚动轴承密封的目的是什么?密封装置可分为哪几大类?答：滚动轴承密封的目的：防止灰尘、水等杂物进入轴承，防止润滑剂流失。分类：可分为接触式(如毡圈密封)和非接触式(如迷宫密封)两大类。(19) 什么是滚动轴承的极限转速。答：滚动轴承在一定载荷和润滑的条件下，允许的最高转速，称为极限转速。(21)

12、 简述滚动轴承各组成元件的材料及其热处理方式。答：滚动体与内外圈的材料一般用含铬合金钢，热处理硬度为61-65HRC。保持 架一般用低碳钢，而高速轴承的保持架多采用有色金属或塑料。(22) 什么是滚动轴承的角偏差。答：当滚动轴承的内外圈中心线发生相对倾斜时，其倾斜角称为角偏差。(23) 什么是滚动轴承的寿命?答：滚动轴承的寿命是指某个套圈或滚动体的材料出现第一个疲劳扩展迹象前，一个套圈相对于另一套圈的总转数，或在某一转速下的工作小时数。(24) 什么是滚动轴承寿命的可靠度?答：一组相同的滚动轴承能够达到或超过规定寿命的百分率，称为轴承寿命的可靠度。(25) 什么是滚动轴承的接触角?答：滚动体与

13、外圈滚道接触点的法线与垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角，称为接触角。(26) 当转速很高而轴向载荷不太大时，通常不用推力球轴承而用深沟球承来承受纯轴向载荷。为什么?答：对于推力球轴承，因高速时，滚动体离心力大，与保持架摩擦发热严重，寿命较低，而深沟球轴承有较深的滚道，可承受轴向力，故当转速很高、轴承载荷不太大时，不用推力球轴承，而用深沟球轴承。(27) 调心轴承具有什么特性?为什么?答：调心轴承具有调心性能。因调心轴承的外圈滚道表面是以轴承中点为中心的球面，故能调心。(28) 试说明轴承是如何生成疲劳破坏的?答：轴承转动时，滚动体与滚道接触表面受到按脉动循环变化的接触应力的反复作用，首先在滚动

14、体或滚道的表面下一定深度处产生疲劳裂纹，继而进行扩展到表面，形成疲劳点蚀。(29) 滚动轴承如何形成永久变形的?答：当轴承转速很低或间歇摆动时，在很大的静载荷或冲击载荷作用下，使滚动体和滚道接触处产生永久变形，滚道表面形成凹坑，滚动体表面变平。(30) 什么是滚动轴承的不正常失效?怎么产生的。答：由于使用维护和保养不当，或密封润滑不良等因素，而引起轴承早期磨损、胶合、内外圈和保持架损坏等不正常失效。(31) 某深沟球轴承受纯径向载荷Fr的作用，试绘制径向载荷的分布图。答：径向载荷的分布图如答图1所示(32) 什么是滚动轴承的基本额定寿命?答：一组同一型号滚动轴承在同一条件下运转，其可靠度为90

15、时，能达到或超过的寿命，称为基本额定寿命。(33) 试说明基本额定寿命 与基本额定动载荷 (N)、当量动载荷 (N)之间的关系。答：三者之间的关系为 ，其中 为寿命指数，对于球轴承 ，对于滚子轴承 。(34) 为什么要引入当量动载荷?答：基本额定动载荷是在纯径向或纯轴向载荷下确定的，而实际载荷通常是既有径向载荷又有轴向载荷，因此，只有将实际载荷换算成与试验条件相同的载荷后，才能和基本额定动载荷进行比较。(35) 如何计算当量动载荷?答：当量动载荷的计算公式为 ，式中 、 。分别为径向载荷和轴向载荷， 、 分别为径向载荷系数和轴向载荷系数。(36) 什么是角接触向心轴承的内部轴向力?答：由于向心

16、角接触轴承滚动体与外圈滚道间存在着接触角，当它承受径向载荷时，受载滚动体将产生轴向分力，各滚动体的轴向分力之和，即为轴承的内部轴向力。(37) 简述计算角接触向心轴承的轴向载荷的原理。答：把轴和内圈视为一体，并以它为分离体，依照轴承部件的固定方式，考虑轴系的轴向平衡，即可确定各轴承的轴向载荷。(38) 什么是角接触向心轴承的压力中心?其位置如何度量?简化计算时如何处理?答：角接触向心轴承的支反力作用点即为轴承的压力中心。用轴承外圈宽边端面到压力中心的距离 来度量， 可由轴承样本查得。简化计算时，通常取轴承宽度中点为支反力作用点。(39) 在进行轴承的组合设计时，要解决哪些问题?答：在进行轴承的

17、组合设计时，要解决的问题有：轴承的轴向固定；轴承的配合；调整；轴承的装拆；润滑与密封。(40) 什么是轴承的两端固定方式?答：在轴的两个支点中，每个支点各限制轴的单向移动，两个支点合起来能限制轴的双向移动，就是轴承的两端固定方式。(41) 什么是轴承组合设计中的一端固定，一端游动方式?答：这种固定方式是对一个支点进行双向固定以承受双向轴向力，而另一个支点可作轴向自由游动。(42) 轴承组合设计的一端固定、一端游动方式适用于什么场合?为什么?答：适用于工作温度变化较大的长轴。因工作温度变化较大的长轴的伸长量较大,故需要游动支点。(43) 轴承的两端固定方式适用于什么场合?为什么?如何保障?答：适

18、用于工作温度变化不大的短轴。因轴的伸长量较小，可用预留热补偿间隙的方法补偿轴的热伸长。(44) 滚动轴承润滑的目的是什么?答：滚动轴承润滑的主要目的是减小摩擦与减轻磨损，若在滚动接触处能部分形成油膜，还能吸收振动，降低工作温度和噪声。(45) 如何选择滚动轴承的润滑剂?答：可按速度因数 值来选择润滑剂。当 时，通常采用脂润滑；当超过时，宜采用油润滑。润滑油的粘度可按速度因数 和工作温度 来确定。(46) 滚动轴承浸油润滑时，如何确定油面高度?为什么?答：浸油润滑时，油面高度应不超过最低滚动体的中心，以免产生过大的搅油损耗和热量。(47) 脂润滑的优点是什么?答：脂润滑便于密封和维护，因润滑脂不

19、易流失，且一次填充润滑脂可运转较长时间。(48) 油润滑有哪些优点?答：油润滑的优点是比脂润滑摩擦阻力小，并能散热。如滚动接触部分形成油膜，还能吸收振动，降低噪声。(49) 简述毛毡圈密封的适用场合。答：毛毡圈密封的适用场合：脂润滑、环境清洁、轴颈圆周速度 、工作温度 。(50) 简述唇形密封圈密封的适用场合。答：唇形密封圈密封的适用场合：脂或油润滑、轴颈圆周速度。 、工作温度为 。(51) 简述间隙密封的适用场合。答：间隙密封的适用场合：脂润滑、干燥清洁环境。(52) 简述迷宫式密封的适用场合.答：迷宫式密封的适用场合：脂润滑或油润滑、工作温度不高于密封用脂的滴点。(53) 简述迷宫式密封的

20、工作原理。答：迷宫式密封的工作原理：通过将旋转件与静止件之间的间隙作成迷宫形式，增加间隙的长度，并在间隙中充填润滑油或润滑脂，以加强密封效果。(54) 简述毛毡圈密封的工作原理。答：毛毡圈密封的工作原理：矩形断面的毛毡圈安装在轴承盖的梯形槽中，毛毡受梯形槽的侧面的压力而压紧在轴上，从而起到密封作用。(55) 简述间隙密封的工作原理。答：间隙密封的工作原理：靠轴与轴承盖间的间隙密封，间隙愈小愈长，效果愈好。通常采取密封间隙 。(56) 如果滚动轴承极限转速不能满足要求，可采用哪些措施?(要求答出3项) 答：如果滚动轴承极限转速不能满足要求，可采取的措施有：提高轴承精度，适当加大间隙，改善润滑和冷

21、却条件，选用青铜保持架等。(57) 与滑动轴承相比，滚动轴承具有哪些优点和缺点?答：与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、润滑简便和易于互换等优点。它的缺点是抗冲击能力较差，高速时出现噪声，工作寿命也不及液体摩擦的滑动轴承。(58) 试比较深沟球轴承和圆柱滚子轴承(无挡边)的共同点和差异。答：深沟球轴承：主要承受径向载荷，同时也能承受一定量的轴向载荷，轴承能力较低，极限转速高，允许的角偏差较大，价格较低。圆柱滚子轴承(无挡边)：只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷，承载能力较高，极限转速较低，允许角偏差较小、，内外圈可分离，价格较高。(59) 试比较角接触球轴承和圆锥滚子轴承

22、的共同点和差异。答：共同点：能同时承受径向、和单方向轴向联合载荷，成对使用。差异：角接触球轴承的承载能力较小，极限转速较高，允许的角偏差较大，不能分离，价格较低。圆锥滚子轴承的承载能力较大，极限转速较低，允许角偏差较小，内外围可分离，价格较高。(60) 试比较调心球轴承和调心滚子轴承的共性和差异。答：共同点：都具有调心性能，都能承受较大的径向载荷和少量的轴向载荷。(61) 试说明滚动轴承代号62203的含义。答：(62) 试说明滚动轴承代号7312ACP6的含义。答：(63) 试说明滚动轴承代号7005C的含义。答：(64) 试说明滚动轴承代号32310B的含义。答：(65) 试说明滚动轴承代

23、号N2073E的含义。答：(66) 试说明滚动轴承代号NF207的含义。答：(67) 简述有骨架唇形密封圈密封的工作原理。答：有骨架唇形密封圈的密封工作原理：有骨架密封圈与轴承盖为紧配合，并因其唇部孔径比轴径小，靠弹性紧套在轴上，从而起到密封作用。安装时密封唇朝壳体内，可防漏油；朝壳体外，可防尘。(68) 在设计轴承组合时，如何考虑轴承的拆卸? 答：在设计轴承组合时，用于固定轴承内圈的轴肩高度应适当，以便放下拆卸工具的钩头。对于外圈，应留出拆卸高度，或在壳体上做出放置拆卸螺钉的螺纹孔。(69) 试回答图13-6中垫片1和垫片2的作用。图13-6答：垫片1用于调整锥齿轮的轴向位置；垫片2用于调整轴承游隙。(70) 简述调正轴承间隙的方法。、答：轴承间隙的调整方法：用加减轴承盖与轴承座之间垫片的厚度进行调整；用螺钉通过轴承外圈压盖推动外圈进行调整。(71) 举例说明什么是轴承组合位置调整。答：例如，采用套杯与轴承座间的垫片，调整圆锥齿轮的轴向位置，以保证两个节锥顶点重合。201