机械设计基础

1、机械设计基础综合复习资料一、简答题闭式软齿面的齿轮传动齿轮主要失效形式是什么，其设计准则又是什么?试说明链传动的瞬时传动比为什么不恒定？滑动轴承限制p和pv的意义分别是什么?设计蜗轮蜗杆减速器时，为什么要进行散热计算？试说明曲柄摇杆机构与双曲柄机构、曲柄滑块机构之间的演化关系。凸轮从动件的匀速直线运动规律为什么常应用在低速、轻载的场合?联轴器与离合器有何异同点。给出链传动的失效形式，并解释题一一4图曲线中，三条曲线的意义?题一一4图带传动工作时，带应力变化情况如何？max在什么位置？由哪些应力组成?请给出机构压力角的定义，并绘出一个曲柄摇杆机构压力角的大小。带传动为什么要限制其最小中心距和最大

2、传动比？试说明为什么标准渐开线直齿圆柱齿轮传动具有可分性。刚性凸缘联轴器有几种对中方法，各种对中方法的特点是什么？简述机器与机构的定义，在生产中举出一机器应用的事例，并说明其有哪些机构组成。说明为什么带传动需要的张紧力大而链传动需要的张紧力小，哪种传动一般紧边在上，哪种传动一般紧边在下，为什么？说明回转类零件动平衡与静平衡的区别。给出2种螺栓联接防松的方法，并说明其依据的原理。二、分析题如题二一1图所示，已知：蜗杆轴I为输入，大锥齿轮轴m为输出轴，轴m转向如如图。 试：确定各轮转动方向、各轮螺旋线方向及所受各分力的方向。题二一1图3和4为斜齿圆柱齿轮，5和6为直如题二一2图所示传动系统中，1为

3、蜗杆，2为蜗轮， 齿圆锥齿轮。若蜗杆主动，要求输出齿轮6的旋转方向如图所示，试确定：（1）ii、m轴的回转方向；（2）若要使II. m轴所受轴向力相互抵消一部分，蜗杆、蜗轮及斜齿轮3、4的螺旋线方向;（3）ii、m轴上各轮啮合点处所受各分力的方向。题二一2图请分析为什么闭式软齿面齿轮传动应该按接触强度进行设计，按弯曲强度进 行校核，而闭式硬齿面齿轮传动则按照弯曲强度设计，按接触强度校核。如图二一4所示为二级圆柱齿轮传动，已知1轮为驱动轮，4轮的螺旋线方向和转向如图 所示。为了使II轴上所受的轴向力抵消一部分，试确定各轮的螺旋线方向并将各轮轴向力Fa1、Fa2、Fa3、Fa4的方向、1轮的转动方

4、向标在图中。题二一4图在其他条件不变时，当球轴承所承受的当量动载荷增加一倍时，轴承寿命将如何变化?在其他条件不变时，当球轴承的转速增加一倍时，轴承寿命将如何变化？三、计算题如题三一1图平面机构，试求其自由度（如有复合铰链、虚约束、局部自由度请指出）。题三一1图如题三一2图轮系，已知各轮齿数Z=20. Z=25、Z=1、Z =40、Z =60、Z =30、133344Z5=30，3为单头右旋蜗杆，齿轮1的转向如图，试求传动比i15，并用箭头表示各轮的转向。题三一2图3.如题三一3图平面机构，试求其自由度（如有复合铰链、虚约束、局部自由度请标出）。题三一3图4.如题三一4图所示，一对72610轴承

5、分别受径向力Fri=8 000N, F5 200N,轴上作用FA 力如图，试求下列情况下各轴承的内部轴向力Fs及轴向力Fa。FA=2200N; (2) FA=900N; (3) FA=1120N (注：轴承的内部轴向力 F0.68 Fr)。题三一4图5.如图平面机构，试求其自由度（如有复合铰链、虚约束、局部自由度请指出）。题三一5图轴承7208的基本额定动载荷C=34 000N。试问：当量动载荷P=6 200N,工作转速n=730r/min，轴承的寿命Lh是多少？当量动载荷P=6 200N,若要求LhN10 000h,允许最高工作转速n是多少？工作转速n=730r/min，若要求Lh10 00

6、0h,允许的最大当量动载荷P是多少？如题三一7图所示的平面机构，试求其自由度(如有复合铰链、虚约束、局部自由度请标 出)。题三一7图如题三-8图为一圆盘铣刀装夹装置，铣刀靠两圆盘夹紧随主轴转动。已知最大切削力F=4 000N，圆盘与铣刀间的摩擦系数R S = 0.1,可靠性系数Kf=1.2，轴的材料为45钢，其它尺 寸如图所示，试计算轴端所需的螺纹直径。四、改错题1.试指出该轴的设计错误，并画出改正图。题三一8图题四图2.试指出该轴的设计错误，并画出改正图。题四图参考答案一、简答题答：主要失效形式：齿面点蚀、胶合设计准则：按气 气设计，按 f - Q校核答：由于链传动的多边形效应，当主动轮匀速

7、转动时，从动链轮运转速度不均匀。（或者主动轮以3匀速转动，而从动轮转速为 v Rcos P2 R cos yR cosy22. R cosy8、Y在时刻变化，所以3 2做非匀速转动，即：I = S = R2cos g传动比i也在变化，2所以不恒定。）答：限制轴承平均压强p，防止p过高，油被挤出，产生“过度磨损”；.轴承发热量8单位面积摩擦功耗p pv，.pv f 一摩擦功耗f 一发热量f 一易胶合。 限制pv是为了限制轴承温升、防止胶合。因为相对速度vs很大，效率n低，导致发热大，所以蜗轮蜗杆易产生胶合失效，因此 必须要进行散热计算。答：曲柄摇杆机构中的摇杆（另一连架杆）也变为曲柄的铰链四杆机

8、构就演化为双曲柄 机构。曲柄摇杆机构中摇杆无限长，与连杆相连的一点就作直线运动，作直线运动的这一铰链处安装上滑块，就演化成了曲柄滑块机构。答：从动件的匀速直线运动规律产生刚性冲击，所以应用在低速、轻载的场合。答：相同点：连接两轴，传递运动和动力；不同点：联轴器是在机器停止运动时，才能将两轴分开；而离合器是在机器运动时， 随时可将两轴分开。答：链传动的失效形式：链条元件的疲劳破坏；铰链铰链磨损；销轴与套筒（高速或润 滑不良）胶合；冲击破坏；静力拉断；链轮轮齿磨损。左边曲线-限制链板疲劳破坏的强度限定曲线；右上边曲线-限制滚子、套筒冲击疲劳破坏的强度限定曲线；右边曲线-限制销轴、套筒胶合失效的限定

9、曲线。答：带传动工作时，在松边处带应力较小，由松边绕入大带轮增加了弯曲应力，到紧边 应力较大，紧边进入小带轮处应力最大。b m疽* +气答：机构压力角：从动件运动方向与受力方向所夹的锐角；绘图略。答：（1）中心距越小，带长愈短。在一定速度下，单位时间内带的应力变化次数愈多， 会加速带的疲劳破坏；如在传动比一定的条件下，中心距越小，小带轮包角也越小，传动能 力下降，所以要限制最小中心距。（2）传动比较大或中心距小时将导致小带轮包角过小，传动能力下降，故要限制最大传动 比。答：因为标准渐开线直齿圆柱齿轮传动的传动比，=坚 = &12 O P Z1传动的两齿轮中心距稍微有变化，不影响其传动比，所以标

10、准渐开线直齿圆柱齿轮传动具 有可分性。答：有两种：一是用榫来定位，二是用铰制孔螺栓定位。用榫来定位：定位好，可靠，便于安装。用铰制孔螺栓定位：安装不方便。答：机器（1）组成：由一系列人为的机件组合而成（2）运动特性：组成的各部分之间具有确定的运动（3）功、能关系：能够代替人的劳动完成有用功或者实现能量的转换机构：（1）组成：由一系列人为的机件组合而成运动特性：组成的各部分之间具有确定的运动机构没有机器的第三个特征。内燃机是机器，它的主机构是曲柄滑块机构，还有配气机构凸轮机构和齿轮机构。答：带传动是摩擦传动，它是靠张紧力产生摩擦力传递动力，而链传动是啮合传动，张紧力是减少链的颤动，所以带传动需要

11、的张紧力大而链传动需要的张紧力小。一般紧边在上，带传动紧边在下。是因为链传动的松边在上，易产生咬链；而带传动松边在上，可增大小带轮上的包角。答：回转类零件动平衡既平衡惯性力又平衡惯性力偶矩，回转类零件的静平衡只平衡 惯性力。回转类零件动平衡了肯定满足了静平衡的条件，而满足静平衡了不一定满足动平衡。答：螺栓联接防松的方法：开口销和槽形螺母防松、双背螺母防松。开口销和槽形螺母防松的原理是靠机械防松直接锁住；双背螺母防松是靠摩擦防松。二、分析题答：力与转动方向如题二一1图(b)所示。蜗轮蜗杆转向为右旋。输出(b)解：解题要点：(1)%-% nnFt2FaiFa5 Fa4 Fa3 Fa2 Ft1由Fa

12、3和气，用左右手法则，判定3轮为左旋。轮2、轮3、轮4和轮5所受力见题二-2图。答：闭式软齿面齿轮传动主要失效形式是齿面的点蚀，其次是轮齿的折断，所以按接触强度进行设计，按弯曲强度进行校核。闭式硬齿面齿轮传动主要失效形式是轮齿的折断，其次是齿面点蚀，所以按接触强度进 行设计，按弯曲强度进行校核。解题要点：(1)根据4轮的转向可判断出3、2、1轮转向，见题二一1图(b)；(2)根据一对斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件，知轮3为右旋；用左右手法则，判断3轮上 的轴向力Fa3 (3轮为主动轮)，由已知条件3轮轴向力Fa3与2轮轴向力Fa2相互抵消一部 分，判断出2轮轴向力Fa2的方向；根据作用力与反作用力

13、定律，由2轮轴向力Fa2的方向 判断出1轮轴向力Fa1的方向，由3轮轴向力Fa3的方向判断出4轮轴向力Fa4的方向，各 轴向力方向见题二一1图(b)；根据1轮上轴向力Fa1的方向和转向n1，用左右手法则，判断1轮的螺旋线方向为左 旋，见题二一4图(b)。(b)5.解:L = (一)3106 r10 PL_ L 1，一二一二o =Lio =(C 沮。6 r匕 8A JLL10h =(P)31。6 /6o (h)- f虹=1L10 2L10h =(P)316/60 x 2n(h)三、计算题1.解：B处为局部自由度，E或F处为虚约束，没有复合铰链。P = 3n - 2P - P=3 x 4 - 2

14、x 5 -1 x 1 = 12.解：Z53.z z z z2 3 4 5 = z z z z12 3, 4,向下转。解：P = 3n - 2P - P=3 x 7 - 2 x 9 - 1x 1 = 2I15题三一1图%侦4侦5 = 25 贝 x40 = 100 z1 z3, z4,20 x 1x 304.解:F = 0.68 Fr1 = 0.68 x 8000 = 5440NF = 0.68 FrS1F2 = 0.68 Fr2 = 0.68 x 5200 = 3536NF + F = 5440 + 2200 = 7640 F = 3536N所以 l 端为压紧端，F2 2= FA + 节S1=

15、2200 + 5440 = 7640N所以I端为放松端，Fa1 = FS1 = 5440N(2)F + F = 5440 + 900 = 6340 F = 3536N所以 II 端为压紧端，F2 = FA +Fs1 = 900 + 5440 = 6340N所以I端为放松端，Fa1 = FS1 = 5440NF + F = 5440 +1120 = 6560 F = 3536N所以I 端为压紧端，Fa2 = fa + Fs 1 = 1120 + 5440 = 6560N所以I端为放松端，Fa1 = FS1 = 5440N5解:P = 3n - 2P - P=3 x 7 - 2 x 10 - 1x

16、 0 = 1无复合铰链、无虚约束和局部自由度。6解： C ,(竺竺x 106L = (- )3106(h) = 3757.3h10 hP60n60 x 730（2）34000、 s厂()3 x 106n = (C )3106=P / L -6010000 x 6010 h=274.3rpm（3）106 - C3: 106 x 340003P = r = 3 1t： L10h - 60n 310000 x 60 x 73089735159817.4N7.解：P = 3n 2 P PL H=3 x 5 - 2 x 7 - 1x 0 = 18.解：中心主轴受力 F=4000N , T = F - - = 4000 x 160/2 = 320N - m2由T、接合面m=2和力矩平衡得：m C I峭=fF=f = 1.2 x3 2 0 =7 6 8 N 0 0.0 2 5m-r 0.0 2 X2x0.1S查表可知 45 钢。广 355MPa , q b= 600MPa，取 S=1.5b= % =竺 MPa = 236.7MPaS 1.5,4 x 1.3F4 x 1.3 x 76800d t= := 23.2mm兀q236.7兀所以选用M30 X 2螺纹。四、改错题1.答：(1)与皮带轮配合的轴段太长，夹不紧皮带轮；需将该轴段缩短，短与皮带轮宽度2至