中国石油大学机械设计基础期末复习题

机械设计基础第2页共10页《机械设计基础》课程综合复习资料一、简答题1.转子静平衡条件是什么？转子动平衡条件是什么？两者的关系是什么？答案：转子静平衡条件：惯性力之和为零，即。转子动平衡条件:惯性力之和为零且惯性力矩之和为零，即且。转子动平衡了，肯定静平衡；但转子静平衡了，但不一定动平衡。2.请写出齿轮传动失效的主要形式，并说明闭式软齿面齿轮传动应该按何种强度准则进行设计，何种强度准则校核，为什么？答案：齿轮传动主要失效形式：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面塑性变形、齿面磨粒磨损闭式软齿面齿轮传动：按齿面接触疲劳强度进行设计，即保证，按轮齿弯曲疲劳强度校核，即保证。因为闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式为齿面接触疲劳磨损，即齿面点蚀。3.螺纹联接已经自锁了，为什么还要防松？有几类防松的方法？答案：当螺纹联接的时，螺纹联接满足自锁。螺纹连接自锁的前提是螺纹副中存在摩擦，但因受到变载荷的作用有可能摩擦瞬间消失，所以要防松。防松类型有机械防松、摩擦防松和其他防松。4.当设计链传动时，选择小链轮齿数z1和节距p时应考虑哪些问题？答案：z1的选择：z1越多链传动的不均匀性越小，但是传动比一定，z1越多，z2越多，导致链越容易脱落。z2的齿数最多120个齿。节距p的选择：节距p越小，链传动的不均匀性越小，但节距p越小传递的功率就越小，所以功率大时优选小节距多排链。5.一对斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是什么？答案：两轮的模数，压力角和螺旋角分别相等，即，，。6.为什么渐开线齿轮传动具有可分性？答案：由于传动比，齿轮加工好了，其基圆大小一定，当一对齿轮的中心距a有变化，其传动比不会变，这种现象称为渐开线齿轮传动的可分性。7.一对标准直齿圆柱齿轮既能正确啮合又能连续传动的条件是什么？答案：，，且重合度8.飞轮一般安装在机器的高速轴还是低速轴上？为什么？答案：根据飞轮转动惯量的求解公式JF≥ΔWmax/(ωm2[δ]）可知，其他条件相同时，飞轮转动惯量和转速的平方成反比，所以为了减小飞轮的转动惯量，以节约材料，减轻机器重量，飞轮应该安装在机器的高速轴上。9.行程速比系数、急回特性、极位夹角三个概念的意义和关系如何？答案：急回特性是指在机构中当整周转动的原动件匀速转动时，作往返运动的输出件在“往”和“返”过程中平均速度不相等的特点。行程速比系数K指的是输出件在“往”和“返”过程中平均速度的比值（快速比慢速）。极位夹角θ指的是输出件在两个极限位置时，对应的原动件的两个位置之间所夹的角度。行程速比系数K和极位夹角θ是对机构急回特性的程度的数学表示。行程速比系数K和极位夹角θ越大，急回特性越明显。K和θ的关系为：。10.利用“反转法”设计凸轮轮廓曲线所依据的原理是什么？答案：利用“反转法”设计凸轮轮廓曲线所依据的原理是“相对运动原理”。给整个凸轮机构加一个-ω（ω为凸轮的角速度），这时，凸轮将固定不动，从动件为两个运动的复合，即以-ω随机架一起绕凸轮的转动中心反转，以给定的运动规律相对于机架运动。在复合运动时凸轮从动件的尖顶画出一条曲线，即为凸轮廓线。11.斜齿轮螺旋角大小对传动有什么影响？常用取值范围是什么？答案：斜齿轮螺旋角越大，其相对于直齿轮的优点越突出，但同时轴向推力也越大，为此一般取。12.螺纹的主要参数有哪些？螺距与导程有什么不同？牙型角与牙侧角有什么不同？答案：主要参数有大径d、小径、中径、线数n、螺距t、导程s、螺纹升角ψ等。螺距：延轴向，螺纹相邻两牙型上对应点间的距离；导程：延轴向，同一条螺旋线上相邻两牙型上对应点间的距离，s=nt；牙型角：轴向剖面内，螺纹牙型两侧的夹角；牙侧角：轴向剖面内，牙型侧边与螺纹轴线的垂面间的夹角。13.普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接的主要失效形式是什么？相应的计算准则是什么？答案：（1）普通螺栓失效形式：螺栓断裂。计算准则：受拉松螺栓联接；受拉紧螺栓联接。（2）铰制孔用螺栓失效形式及其计算准则为：受压面压溃，计算准则；螺栓剪断，计算准则：。14.在设计带传动时，为什么要限制小带轮的包角α1？答案：小带轮的包角小于大带轮的包角，打滑往往从小带轮开始的，小带轮的包角愈小，带传递的有效圆周力就愈小，所以要限制，通常要求。15.若只考虑链条铰链的磨损，脱链通常发生在哪个链轮上？为什么？答案：脱链通常发生在大链轮上。由知，链节距增量ΔP不变时，链齿数愈多，分度圆直径的增量Δd就愈大，链节愈向外移，越容易脱链。大链轮的齿数多于小链轮，因而链从链轮上脱落下来得可能性也就愈大。16.机构与机器的特征有何不同？答案：机器的特征：（1）人为机件的组合；（2）有确定的相对运动；（3）能够进行能量转换或代替人的劳动。机构的特征：（1）人为机件的组合；（2）有确定的相对运动。机构不具备机器的能量转换和代替人的劳动的功能。17.带传动中，弹性滑动和打滑有什么区别？答案：弹性滑动是因为带传动工作时紧边拉力和松边拉力不等，产生带在带轮的局部接触弧面上发生微量相对滑动，是带传动的固有特性。打滑是因为带传动载荷过大，使两边拉力差超过极限摩擦力，引起整个带在带轮的全部接触弧面上发生显著相对滑动，是带传动的一种失效形式。18.机械平衡的目的是什么？机械平衡问题有哪些类型？答案：机械运转时构件的不平衡惯性力将在运动副中产生周期性附加动压力，从而引起机器的振动与噪音，如果振动频率接近系统的固有频率，还将引起共振，使机器有可能遭到破会甚至危及人员及厂房安全。附加动压力还会使磨损加剧、效率降低、影响零件强度、缩短机器寿命。进行平衡的目的就是将这种附加动压力减少到容许的限度。机械平衡问题有转子的平衡（刚性转子和挠性转子）和机构的平衡。19.说明蓄水调峰电站的作用和调峰原理。答案：有些机械在一个工作周期中，工作时间很短，而峰值载荷很大，在这类机械中安装飞轮，不但可以调速还利用飞轮在机械非工作时间所存储的能量来帮助克服其尖峰载荷，从而可以选择较小功率的原动机来拖动，可达到减少投资降低能耗的目的。蓄水调峰电站的作用与飞轮的作用是相同的，蓄水调峰电站的作用是储存或释放电能。调峰电站在用电高峰时期向电网输送电能,在用电低谷时期从电网获取电能,从而调节电网负荷,起到“削峰填谷”的作用。其调峰原理是若电能多，就将蓄水调峰电站的水提升到高处，将电能转化为势能储存起来，若需要电能就将高处的水的势能用来发电，将势能转化为电能释放出来。20.在闭式软齿面圆柱齿轮传动中，在保证弯曲强度的前提下，齿数z选多些有利，为什么？答案：（1）齿数z越多，则重合度越大，同时参与啮合的齿廓对数越多，承载能力越高，传动越平稳，传动的振动和噪声越小。（2）齿轮直径一定，齿数越多，模数就越小，齿顶圆越小，可减轻齿轮的质量，减少切削量，节省工时和费用。（3）齿轮直径一定，齿数越多，模数就越小，齿高越小，减小滑动系数，减少磨损，提高传动效率和抗胶合能力。二、综合题1.如图所示为二级蜗杆传动。已知蜗杆1和3均为右旋，轴I为输入轴，其回转方向如图所示，试求：（1）各蜗轮的螺旋线方向；（2）轴II和轴III的旋转方向；（3）蜗轮2和蜗杆3所受的各分力方向。答案：蜗杆传动中蜗轮和蜗杆螺旋线方向相同，图中各蜗轮的螺旋线方向为右旋。轴II和轴III的旋转方向、蜗轮2和蜗杆3所受的各分力方向如图所示。2.如图所示为一直齿锥齿轮与斜齿圆柱齿轮构成的减速器，1轮是主动轮，4轮的转向如图所示。试分析：（1）各轴的转向；（2）为使II轴上的轴向力相互抵消，确定轮3和4的螺旋线的旋向；（3）标出1轮和4轮所受3个分力的方向。答案：如图所示3.分析并画出图示（1）、图示（2）机构的传动角γ和压力角α。图中标注箭头的构件为原动件。（1）（2）答案：如图所示（1）（2）4.已知：蜗杆轴Ⅰ为输入，大锥齿轮轴Ⅲ为输出，轴Ⅲ转向如图所示。要求Ⅱ轴上的轴向力要抵消一部分，试：确定各轴转向、蜗杆1和蜗轮2的旋向及蜗杆1和锥齿轮3所受各分力的方向。题二—6图答案：如图所示。蜗杆1和蜗轮2螺旋线方向相同，为右旋。5.已知在某二级圆柱齿轮传动中，1轮为驱动轮，4轮的螺旋线方向和轮2的转向nII如题二—7图所示。为了使II轴轴承上所受的轴向力抵消一部分，试确定并标明齿轮1、2和3轮的螺旋线方向，轴I、III的转向，齿轮1、4所受各分力的方向。题二—7图答案：如图所示。外啮合斜齿圆柱传动中两齿轮螺旋线方向相反，齿轮1左旋、2右旋，4左旋。6.如图所示平面机构，试求其自由度(如有复合铰链、虚约束、局部自由度请指出)。答案：复合铰链:没有；虚约束：E或F处移动副引入的约束；局部自由度：B处滚子绕其回转中心的转动。7.某手摇卷扬机传动系统如图所示，各齿轮的齿数均已知，试求传动比i15的大小，并画出提升重物时手柄及各轮的转向。答案：各轮转向如图所示。8.试指出该轴的结构设计错误，并说明原因。答案：（1）两端轴承盖与箱体侧面之间没有密封垫和轴承调整垫，不利于密封和间隙调整；（2）箱体与两端轴承盖接触处没有凸起，不方便加工箱体接触面；（3）轴承正装，图中左端轴承装反了；（4）左端轴承定位套外径太大，轴承装上之后拆不下来，应减小轴套外径；（5）齿轮的轴向定位不能两端都采用轴套定位，左端应该设计成轴肩；（6）与齿轮配合的轴长度太长，齿轮夹不紧，与齿轮配合的轴段的长度应比齿轮宽度短2~3mm；（7）右端轴承盖与轴之间没有间隙和密封，轴直接与轴承盖接触，摩擦太大；（8）皮带轮左端没有轴肩，安装的皮带轮无法轴向定位；（9）与皮带轮配合的轴段太长，皮带轮夹不紧，与皮带轮配合的轴段的长度应比皮带轮宽度短2~3mm。（10）齿轮和皮带轮与轴之间没有周向固定，应加键连接，两处键连接应位于轴的同一条母线上，以便于键槽加工；（11）轴左端太长，直接与轴承盖接触，摩擦太大，应缩短轴（12）右端轴承右边应设计过渡轴肩，以便轴承拆装。9.分析图（1）、图（2）是何种四杆机构，并说明理由。(1)(2)答案：