机械设计 沈阳化工大学

1．如何提高机械零件的疲劳强度？ 答：设法减小零件的应力集中，减小零件的绝对尺寸，对零件进行表面强化。 2．机械零件设计应满足哪些基本准则？ 答：应满足：1) 强度准则 2) 刚度准则 3) 寿命准则 4) 耐磨性准则 5) 稳定性准则

合理的制造工艺。 10何谓螺纹联接的预紧，目的是什么？最大值如何控制？ 答：螺纹连接的预紧是指在装配时拧紧，是连接在承受工作载荷之前预先受到预紧力的作用。预紧的目的是增加螺纹连接的刚度、保证连接的紧密性和可靠性（防松能力）。拧紧后，预紧应力的大小不得超过材料屈服

ice\" /> 18普通V带传动为什么要带的根数？ 答：防止载荷分

布过于不均。 19普通V带传动为什么要小带轮包角？ 答：小带轮包角是为了保证足够大的摩擦力。 20带传动的最大有效拉力和哪些因素有关？

极限σS的80%。 答：初拉力、摩擦系数、包角。

6) 可靠性准则

3．什么叫机械零件的失效？机械零件主要的

失效形式有哪些？ 答：机械零件在限定

的期限内，在规定的条件下，不能完成正常

的功能称为失效。常见的失效形式有：1) 整

体断裂 2) 表面破坏 3) 变形量过大 4)

功能失效 4.根据磨损机理磨损分为几类？ 答：磨

粒磨损、疲劳磨损、粘附磨损、冲蚀磨损、

腐蚀磨损、微动磨损。 5常用螺纹联接的类型有几种？应用场合是

什么？ 答：常用的螺纹连接有4种类型：

（1）螺栓连接：用于被连接件不太厚有足够

的装配空间的场合。（2）双头螺栓连接：用

于被连接件之一很厚，又经常拆装的场合。

（3）螺钉连接：用于被连接件之一很厚，又

不经常拆装的场合。（4）紧钉螺钉连接：用

于固定两被连接件的相对位置，并且传动力

和力矩不大的场合。 6螺纹联接的防松方法常用的有几种？工作

原理？举例说明 答：有3种。（1）摩擦

防松：靠维持螺纹牙间不变的正压力来保证

足够的摩擦力，如双螺母。（2）机械防松：

用机械固定的方法使螺纹副之间无相对运

动。如止动垫圈。（3）破坏螺纹副：使螺纹

副破坏，如冲点法。 7在螺栓联接的强度计算中，为什么将轴向拉

力加大30%？ 答：因为在拧紧螺栓时，

螺栓是受拉伸和扭转复合作用，要考虑扭转

力的作用，还要考虑补充拧紧，所以要轴向

拉力加大30%。 8螺栓的机械性

能等级为4.8的含义是什么？答：强度极限σ

B=400MPa。屈服极限σS=320 MPa 9提高螺纹联接强度的措施有哪些？ 答：

1）改善螺纹牙间的载荷分配不均；2）减小

螺栓的应力幅；3）减小螺栓的应力集中；4）

避免螺栓的附加载荷（弯曲应力）；5）采用

11平键的标准截面尺寸如何让确定？长度如何确定？ 答：普通平键主要失效形式是工作面被压溃，导向平键和滑键主要失效形式是工作面的过度磨损。键的尺寸按符合标准规格的强度要求来取定，键的截面尺寸按轴的直径由标准中选定，长度按轮毂的长度而定，键长等于或略短于轮毂的长度，导向平键按轮毂的长度及其滑动距离而定。 12普通平键有哪些失效形式？主要失效形式是什么？怎样进行强度校核？校核强度不足时采取的措施。 答：普通平键的失效形式有工作面被压溃，个别情况会出现键被剪断。主要失效形式是压溃。进行强度校核时应校核挤压强度和剪切强度。如经校核判断强度不足时，可在同一连接处错开180°布置两个平键，强度按1.5个计算。13平键和楔键联接在工作原理上有什么不同？ 答：平键是通过两个侧面受挤压和剪切来传递转矩，而楔键是靠上下面受挤压来传递转矩。 14花键有哪几种？哪种应用最广？如何定心？ 答：有矩形花键、渐开线花键。其中渐开线花键适用于载荷大、定心精度要求高、尺寸较大的场合，压力角为45°的渐开线花键用于载荷不大的薄壁零件连接。矩形 花键应用较广。矩形花键连接采用小径定

心，渐开线花键采用齿廓定心。 15按带的截面形状分，带传动有哪些类型？ 答：V带、平带、多楔带、同步带 16带传动的特点是什么？ 答：结构简单，传动平稳，价格低廉，缓冲吸振 17普通V带的楔角与带轮沟槽的槽角是否相等？为什么？

答：不相等。顶面拉深变窄，底面压缩变宽，为使带与轮槽配合，槽角<40°以适应带的变形。< xmlnamespace prefix =\"o\" ns =\"urn:schemas-microsoft-com:office:off21带传动的打滑现象一般首先发生在哪个带

轮上？为什么？ 答：发生在小带轮上。因

为小带轮包角小于大带轮包角，即小带轮总

摩擦力小于大带轮总摩擦力。 22简述带传动的弹性滑动和打滑的区别和联

系。 答：（1）由于带是弹性体，带的紧

边和松边拉力不等，因而引起带与带轮之间

的滑动成为弹性滑动，当外载荷增大，超过

带与小带轮轮槽接触面间的摩擦力总和时带

将沿着整个接触弧滑动，称为打滑。（2）弹

性滑动使传动比增加，磨损增加，温度上升，

转动效率降低，是带传动固有属性，不可避

免。打滑使传动失效，带将严重磨损，应该

避免。23简要叙述带传动的组要失效形式和

设计准则。 答：失效形式是打滑和疲劳破

坏。设计准则在保证不打滑的前提下带传动

具有一定的疲劳强度和寿命 24一般情况下为什么普通V带传动要是中心

距可调？ 答： 因为带在工作过程中受变化

的拉力，其长度会逐渐增加，使初拉力减小。

因此需要经常调整中心距，以调整带的初拉

力。因此便将中心距设计成可调的。 25简述轴的分类。 答：只承受弯矩的心

轴，只承受扭矩的传动轴，既承受弯矩又承

受扭矩的传动轴

26 轴上零件的轴向定位方法有哪些？ 答：

轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖、圆螺母。 常见的齿轮传动失效形式有哪些？ 答：轮

齿折断，齿面磨损，齿面点蚀，齿面胶合，

塑性变形。

27为什么出面点蚀一般首先发生在靠近节线

的齿根面上？ 答：当轮齿在靠近节线处啮

合时，由于相对滑动速度低，形成油膜的条

件差，润滑不良，摩擦力较大，特别是直齿

轮传动，通常这时只有一对齿啮合，轮齿受

力也最大，因此，点蚀也就首先出现在靠近

节线的齿根面上。 数 N 分别为 7000 ， 25000，620000时有限28在开式齿轮传动中，为什么一般不出现点蚀破坏？ 答：开式齿轮传动，由于齿面磨损较快，很少出现点蚀。 29在进行齿轮强度计算时。为什么要引入载荷系数K？ 答：在实际传动中，由于原动机及工作机性能的影响，以及齿轮的制造误差，特别是基节误差和齿形误差的影响，会使法向载荷增大。此外在同时啮合的齿对间，载荷的分配并不是均匀的，即使在一对齿上，载荷也不可能沿接触线均匀分布。因此实际载荷比名义载荷大，用载荷系数K计入其影响。 30一对圆柱齿轮传动，大齿轮和小齿轮的接触应力是否相等？ 答：一对齿轮传动，其大小齿轮的接触应力一定相等。两齿轮材料和热处理相同时，其许用应力不一定相等。因为许用应力还与寿命系数有关，大小齿轮的应力循环齿数不等，故许用应力不一定相等。31在直齿轮和斜齿轮传动中，为什么常将小齿轮设计得比大齿轮宽一些？ 答：其目的是防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合宽度减小，宽度减小会增大轮齿的工作载荷。 32为什么设计齿轮时，齿宽系数既不能太太，又不能太小？ 答：齿宽系数过大将导致载荷沿齿宽方向分布不均匀性严重；相反若齿宽系数过小，轮齿承载能力减小，将使分度圆直径增大。 33滚动轴承由哪几个基本部分组成？ 答：

由滚动体，保持架，内圈，外圈四部分组成。 34按轴承所承受的外载荷不同，滚动轴承可以分为哪几种？ 答：向心轴承，推力轴承，向心推力轴承 35什么是轴承的基本寿命？ 答： 一组轴承中10%的轴承发生点蚀破坏，而90%的轴承不发生点蚀破坏前的转数（以10×6转为单位）或工作小时数作为轴承的寿命，并把这

个寿命叫做基本额定寿命，以L10表示。 36轴承装置设计中，常用的轴承配置方法有哪几种？ 答：双支点各单向固定，一支点双向固定，另一支点游动，两端游动

二.计算 1某材料的对称循环弯曲极限σ

-1=180MPa，N0=5*106，m=9，试求循环次

寿命疲劳极限。

2图示的夹紧联结中，柄P=600N，柄长L=350mm，d=60mm，螺栓个数z=2，f=0.15，性能等级8.8，安全系数S=1.5，可靠性系数Kf=1.2，确定螺栓直径。

所需螺栓小径：

查粗牙普通螺纹基本尺寸标准 GB196-81, 选用M10的螺栓，其小径d1=8.376mm

3图示支架用4个普通螺栓连接在立柱上，已知：P=10000N，摩擦系数f=0.2，螺栓的σs=270MPa，安全系数S=1.5相对刚度Cb/(Cb+Cm)=0.3，防滑系数Ks=1.2，试选用螺栓。

4在汽缸连接中，汽缸内径D=400mm，螺栓个数z=16，缸内压力p为0~2N/mm，确定螺栓直径。

(2)在倾覆力矩T作用下，左边两螺栓受力较大所受载荷

Fmax

5钢制液压油缸，最大压力2.5*105，缸盖28个螺栓连接，计算螺栓直径。其中F1=1.5F，Cb/(Cb+Cm)=0.8，σs=0MPa，S=1.4。

6用扳手拧紧M16的螺母，扳手长度L=400mm。求实现预紧力F0=13500N的拧紧力F。

10模数m=5，大小齿轮齿数z2=60，z1=25，

解：T=0.2 F0 d=0.2×13500×16=43200

F-T/L=108N

7一对相啮合的标准直齿圆柱齿轮传动，有关参数如表，比较哪个齿轮的弯曲强度低？哪个齿轮的接触强度低？

8中心距a=150mm，齿数比u=3/2，选择一堆m=4的标准直齿圆柱齿轮。(1)确定齿数在，z1，z2；若T=4.5*105N*mm，求啮合处的圆周力，径向力和法向力。

9图示为二级圆柱齿轮减速器，各级齿轮传动。(1)确定3.4螺旋线防线(2)求齿轮3的分度圆螺旋角β的大小(3)画出齿轮3.4啮合点分力方向，计算齿轮3受分力大小。

（1）（3）如图

齿形系数YFa2=2.32，YFa1=2.65，应力修正系数Ysa2=1.76，Ysa1=1.58，弯曲疲劳应力也已知，大齿轮齿根弯曲疲劳极限已知。（1）哪个齿轮弯曲疲劳强度高？（2）两个齿轮弯曲疲劳强度是否足够？

小齿轮1的弯曲疲劳强度高，故小齿轮的弯曲疲劳强度也足够。

11一对标准直齿圆柱齿轮传动。（1）比较哪个齿轮易点蚀，哪个易弯断？（2）齿宽系数等于多少？（3）若载荷系数K=1.3，最大扭矩T1等于多少？

12一对正装7206AC角接触球轴承支承的轴，FR1=2000N,FR2=3000N,FX=1000N，转速n=200r/min……哪个轴承寿命短？

13一对角接处球轴承，FR1=2500N，FR2=5000N,FX=2000N载荷系数fp=1温度系数ft=1，计算各轴承轴向力FA1,FA2和当量动

载荷FP1,FP2,并说明哪个轴承寿命短。

二、 受力分析

展开式斜齿圆柱齿轮传动，Ⅰ为输出轴，为使中间轴Ⅱ所受的轴向力可抵消一部分，确定：1.斜齿轮2.3.4的轮齿旋向，2.标出齿轮2.3所受的圆周力Ft2、Ft3和轴向力Fx2、Fx3的方向。

滚动轴承

1.说米滚动轴承6315的理性名称《深沟球轴承》内径是《75mm》

2.安所承受外载情况滚动轴分成相信轴承 《推力轴承》和《向心推力轴承》

3.说明滚动轴承7211AC？P5的类型名称《55mm》内径是

4.滚动轴承由《内圈》《外圈》《滚动体》《支架》等基本部分

齿轮传动

1齿面点蚀一般首先发生在靠近节线点的齿根面上 2开式齿轮的主要失效形式点面磨损

3按防护及润滑条件齿轮窗洞可分为开式半开式和闭式

4齿轮传动强度计算所用的载荷系数k= kv被称为动载系数 ka被称为使用系数 ka被称为齿宽载荷系数

轴

1如果将轴类零件按受载方式分类可将受弯矩 作用的轴称为心轴 受扭矩作用的轴称为传动轴 受弯矩扭矩作用的轴称为转轴

2作为轴的材料 最常用的碳钢是45钢

3州的直径不变的是光轴 4轴肩分为定位轴肩和非定位 键

1普通平键标记键16*100GB1069-79 16键宽

100公称长度 型号A型 连接的周向定位

2选择普通平键是 根据轴向直径d确定 工作面键的两侧面

3平键连接中 侧面是工作面 楔形键连接中 上下表面 是工作面 平键连接 导向平键 滑键用于动连接 4平键联接中 静联接应验算挤压应力 动联接压强强度

5安齿轮轮廓曲线的不同 花键 分为矩形和渐开线花键

6普通平键用于静联接 工作面两侧面 工作时靠侧面受压和剪切 主要失效形式工作面被压溃

7楔键工作面上下面 失效形式压溃

8导向平键和滑键用于动联接 失效形式磨损 强度条件 耐磨损条件p

9同一键联接出使用两个平键 应错开180° 采用两个楔键要错开120° 采用两个半圆键 应该布置在一条直线上

螺纹连接和螺栓传动

螺纹连接放松的实质是防止螺纹副相对传动

2受轴向工作载荷的紧螺栓联接 螺栓受的总拉力等于 剩余预紧力 和 工作拉力 3受横向工作载荷的普通螺栓联接 螺栓受拉应力 剪切 应力 失效形式断裂 4承受横向工作载荷的铰制孔轴螺栓联接 靠螺栓受剪切和挤压传递载荷 失效形

式剪断压溃

5在螺栓联接的防松 分为摩擦防松 机械防松 破坏螺纹副关系

6螺栓联接中 当螺栓轴线与被联接键支撑不垂直时 螺栓中将产生附加弯曲 常用措施采用凸台 沉头

7三角形螺纹 用于链接 矩形梯形用于传动

8为了提高螺栓强度 防止螺栓的疲劳破坏 采用的方法之一 见笑螺栓刚度 增大被连接件刚度

9在一定的变载荷作用下 疲劳强度是随着螺栓刚度的增加而降低 且随着被联接键刚度的 增加而增加

机械零件强度

1一直某变应力 的r=+0.15 则210mpa 140mpa

2根据是否随时间变化 将载荷分为动载荷和静载荷 应力分为变应力和静应力 4应力幅与平均应力之和等于最大应力 应力幅与平均应力只差等于最小应力 最小应力与最大之和称为应力循环特性

5r=-1的变应力称为对称循环应力 r=0脉动循环应力 r=1静应力 r=其他 非对称循环