机械设计1

第一章 绪 论 分析与思考题

1-1 机器的基本组成要素是什么?

1-2 什么是零件?什么是构件?什么是部件?试各举三个实例。 1-3 什么是通用零件?什么是专用零件?试各举三个实例。 1-4 机械设计课程研究的内容是什么?

第二章 机械设计总论 分析与思考题

2-1 一台完整的机器通常由哪些基本部分组成?各部分的作用是什么?

2-2 设计机器时应满足哪些基本要求?设计机械零件时应满足哪些基本要求? 2-3 机械零件主要有哪些失效形式?常用的计算准则主要有哪些?

2-4 什么是零件的强度要求?强度条件是如何表示的?如何提高零件的强度?

2-5 什么是零件的刚度要求?刚度条件是如何表示的?提高零件刚度的措施有哪些? 2-6 零件在什么情况下会发生共振?如何改变零件的固有频率?

2-7 什么是可靠性设计?它与常规设计有何不同?零件可靠度的定义是什么? 2-8 机械零件设计中选择材料的原则是什么?

2-9 指出下列材料的种类，并说明代号中符号及数字的含义：HTl50，ZG230-450， 65Mn，45，Q235，40Cr，20CrMnTi，ZCuSnl0Pb5。

2-10 机械的现代设计方法与传统设计方法有哪些主要区别?

第三章 机械零件的强度 一、选择与填空题

3-1 零件表面的强化处理方法有_________________、___________________、_________________等。

3-2 零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之____________。 (1)增高 (2)不变 (3)降低

3-3 机械零件受载时，在_____________________处产生应力集中，应力集中的程度通常随材料强度的增大而___________________。 3-4 在载荷和几何形状相同的情况下，钢制零件间的接触应力_____________铸铁零件间的接触应力。

3-5 两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值__________。 (1)相等 (2)不相等 (3)是否相等与材料和几何尺寸有关 二、分析与思考题

3-6 试举例说明什么零件的疲劳破坏属于低周疲劳破坏，什么零件的疲劳破坏属高周疲劳破坏。

3-7 在材料的疲劳曲线上，为何需要人为规定一循环基数N0，并将对应的极限应力称为材料的疲劳极限?

3-8 图示各零件均受静载荷作用，试判断零件上A点的应力是静应力还是变应力；并确定应力比r的大小或范围。

题3-8图

3-9 弯曲疲劳极限的综合影响系数Kζ的含义是什么?它与哪些因素有关?它对零件的疲劳强度和静强度各有何影响?

3-10 零件的等寿命疲劳曲线与材料试件的等寿命疲劳曲线有何区别?在相同的应力变化规律下，零件和材料试件的失效形式是否总是相同的?为什么?

3-11 试说明承受循环变应力的机械零件，在什么情况下可按静强度条件计算?什么情况下需按疲劳强度条件计算?

3-12 在单向稳定变应力下工作的零件，如何确定其极限应力? 3-13 疲劳损伤线性累积假说的含义是什么?写出其数学表达式。 3-14 在双向稳定变应力下工作的零件，怎样进行疲劳强度计算?

3-15 影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些?提高机械零件疲劳强度的措施有哪些? 3-16 导致机械结构发生低应力断裂的原因有哪些? 3-17 机械结构的裂纹是否会失稳扩展是如何判定的? 三、设计计算题

3-18 某材料的对称循环弯曲疲劳极限ζ-1=350MPa，屈服极限 σs=550MPa，强度极限σB=750MPa，循环基数N0=53106，m=9，试求对称循环次数N分别为53104、53105、53107次时的极限应力。

3-19 某零件如图所示，材料的强度极限σB=650MPa，

表面精车，不进行强化处理。试确定Ι-Ι截面处的弯曲疲劳极限的综合影响系数Kζ和剪切疲劳极限的综合影响系数Kη。

3-20 一零件由45钢制成，材料的力学性能为：σs=360MPa，σ-1=300 MPa，ψζ=0.2。已知零件上的最大

工作应力σmax=190MPa，最小工作应力σmin=110MPa，应力变化规律为σm=常数，弯曲疲劳极限的综合影响系数Kd=2.0，试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。

题3-20图

3-21 某材料受弯曲变应力作用，其力学性能为：σ-1=350MPa，m=9，N0=53106。现用此材

料的试件进行试验，以对称循环变应力σl=500MPa作用104次，σ2=400MPa作用105次，σ3=300MPa作用106次。试确定： (1)该试件在此条件下的计算安全系数；

(2)如果试件再作用σ=450MPa的应力，还能循环多少次试件才破坏?

3-22 转轴的局部结构如题3-19图所示。已知轴的I-I截面承受的弯矩M=300N2m，扭矩T=800N2m，弯曲应力为对称循环，扭转切应力为脉动循环。轴材料为40Cr钢调质，ζ-1=355MPa，η-1=200MPa，ψζ=0.2，ψη=0.1，设Kζ=2.2，Kη=1.8，试计算考虑弯矩和扭矩共同作用时的计算安全系数Sca。

第四章 摩擦、磨损及润滑概述 分析与思考题

4-1 按照摩擦面间的润滑状态不同，滑动摩擦可分为哪几种?

4-2 膜厚比的物理意义是什么?边界摩擦、混合摩擦和液体摩擦所对应的膜厚比范围各是多少?

4-3 在工程中，常用金属材料副的摩擦系数是如何得来的?

4-4 什么是边界膜?边界膜的形成机理是什么?如何提高边界膜的强度? 4-5 零件的磨损过程大致可分为哪几个阶段?每个阶段的特征是什么?

4-6 根据磨损机理的不同，磨损通常分为哪几种类型?它们各有什么主要特点?

4-7 润滑油的粘度是如何定义的?什么是润滑油的粘性定律?什么样的液体称为牛顿液体? 4-8 粘度的表示方法通常有哪几种?各种粘度的单位和换算关系是什么? 4-9 润滑油的主要性能指标有哪些?润滑脂的主要性能指标有哪些? 4-10 在润滑油和润滑脂中加入添加剂的作用是什么?

4-11 流体动力润滑和流体静力润滑的油膜形成原理有何不同?流体静力润滑的主要优缺点是什么?

4-12 流体动力润滑和弹性流体动力润滑两者间有何本质区别?所研究的对象有何不同?

第五章 螺纹联接和螺旋传动 一、选择与填空题

5-1 普通螺纹的公称直径指的是螺纹的__________，计算螺纹的摩擦力矩时使用的是螺纹的_______，计算螺纹危险截面时使用的是螺纹的_______ 。

5-2 螺纹升角ψ增大，则联接的自锁性________，传动的效率_______；牙型角α增大，则联接的自锁性_________，传动的效率_________。 (1)提高 (2)不变 (3)降低

5-3 在铰制孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为___________。 (1)间隙配合 (2)过渡配合 (3)过盈配合

5-4 在螺栓联接的破坏形式中，约有_____％的螺栓属于疲劳破坏，疲劳断裂常发生在__________。

5-5 在承受横向载荷或旋转力矩的普通紧螺栓组联接中，螺栓杆____________作用。

(1)受切应力 (2)受拉应力 (3)受扭转切应力和拉应力 (4)既可能只受切应力又可能只受拉应力

5-6 紧螺栓联接受轴向外载荷。假定螺栓的刚度Cb与被联接件的刚度Cm相等，联接的预紧力为F0，要求受载后接合面不分离，当外载荷F等于预紧力F0时，则_______________。 (1)被联接件分离，联接失效 (2)被联接件即将分离，联接不可靠 (3)联接可靠，但不能继续再加载 (4)联接可靠，只要螺栓强度足够，还可以继续加大外载荷F

二、分析与思考题

5-7 常用螺纹有哪几种类型?各用于什么场合?对联接螺纹和传动螺纹的要求有何不同? 5-8 在螺栓联接中，不同的载荷类型要求不同的螺纹余留长度，这是为什么?

5-9 联接螺纹都具有良好的自锁性，为什么有时还需要防松装置?试各举出两个机械防松和摩擦防松的例子。

5-10 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?计算准则是什么?

5-11 计算普通螺栓联接时，为什么只考虑螺栓危险截面的拉伸强度，而不考虑螺栓头、螺母和螺纹牙的强度?

5-12 普通紧螺栓联接所受到的轴向工作载荷或横向工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷是什么循环?

5-13 螺栓的性能等级为8.8级，与它相配的螺母的性能等级应为多少?性能等级数字代号的含义是什么?

5-14 在什么情况下，螺栓联接的安全系数大小与螺栓直径有关?试说明其原因。

5-15 紧螺栓联接所受轴向变载荷在0～F间变化，当预紧力F0一定时，改变螺栓或被联接件的刚度，对螺栓联接的疲劳强度和联接的紧密性有何影响?

5-16 在保证螺栓联接紧密性要求和静强度要求的前提下，要提高螺栓联接的疲劳强度， 应如何改变螺栓和被联接件的刚度及预紧力大小?试通过受力变形线图来说明。

5-17 为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10?通常采用哪些结构形式可使各圈螺纹牙的载 荷分布趋于均匀?

5-18 滑动螺旋的主要失效形式是什么?其基本尺寸(即螺杆直径及螺母高度)通常是根据什么条件确定的?

5-19 滚动螺旋传动与滑动螺旋传动相比较，有何优缺点? 三、设计计算题 5-20 如图所示，两根梁用8个4.6级普通螺栓与两块钢盖板相联接，梁受到的拉力F=28kN，摩擦系数f=0.2，控制预紧力，试确定所需螺栓的直径。 解：已知螺栓数目z=8，接合面数i=2，取防滑系数Ks=1.2，则螺栓所需预紧力F0为

F0≥

查主教材中的表5-8，得σS=240MPa，查表5-10，取安全系数S=1.3，则[σ]=σS/S =240MPa/1.3=184.6MPa，所需螺栓的直径

d1

≥

取整后得螺栓尺寸d=10mm，螺纹为M10。 注：解中有两处错误，请指出错处并说明原因。 5-21 图示为一气缸盖螺栓组联接。已知气缸内的工作压力p在0～1.5MPa间变化，缸盖与缸体均为钢

制，其结构尺寸如图所示。为保证气密性要求，试选择螺栓材料，并确定螺栓数目和尺寸。 5-22 受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已知预紧力F0=1500N，当轴向工作载荷F=1000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。

5-23 图示凸缘联轴器(GB/T5843-1986)的型号为YLDl0，允许传递的最大转矩T= 630N2m，两半联轴器采用4个M12的铰制孔用螺栓联接，螺栓规格为M12~60(GB/T 27-1988)，螺栓的性能等级为8.8级，联轴器材料为HT200，试校核其联接强度。

题5-23图 题5-24图

5-24 铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示。已知L=300mm，a=60mm，试求螺栓组联接的三个方案中，受力最大的螺栓所受的力各为多少?哪个方案较好? 5-25 如图所示的底板螺栓组联接受外力Fe的作用。外力Fe作用在包含x轴并垂直于底板接合面的平面内。试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大?保证联接安全工作的必要条件有哪些?

题5-25图

四、结构设计与分析题

5-26 试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。

a)螺钉联接 b)双头螺柱联接 c)铰制孔用螺栓联接

d)紧定螺钉联接 e)吊环螺钉联接 f)螺钉联接 题5-26图

第六章 键、花键、无键联接和销联接 一、选择与填空题

6-1 设计键联接时，键的截面尺寸通常根据_________按标准选择。

(1)所传递转矩的大小 (2)所传递功率的大小 (3)轮毂的长度 (4)轴的直径

6-2 普通平键联接的主要失效形式是_______________，导向平键联接的主要失效形式是__________。

6-3 与平键联接相比，楔键联接的主要缺点是___________。

(1)键的斜面加工困难 (2)键安装时易损坏 (3)键楔紧后在轮毂中产生初应力 (4)轴和轴上零件对中性差

6-4 矩形花键联接采用____________定心；渐开线花键联接采用_______________定心。 6-5 型面曲线为摆线或等距曲线的型面联接与平键联接相比较，下面第_____条不是型面联接的优点。

(1)对中性好 (2)轮毂孔的应力集中小 (3)装拆方便 (4)切削加工方便 二、分析与思考题

6-6 薄型平键联接与普通平键联接相比，在使用场合、结构尺寸和承载能力上有何区别? 6-7 半圆键联接与普通平键联接相比，有什么优缺点?它适用于什么场合?

6-8 采用两个平键(双键联接)时，通常在轴的圆周上相隔180°位置布置；采用两个楔键时，常相隔90°～120°；而采用两个半圆键时，则布置在轴的同一母线上；这是为什么? 6-9 与平键、楔键、半圆键相配的轴和轮毂上的键槽是如何加工的?

6-10 在材料和载荷性质相同的情况下，动联接的许用压力比静联接的许用挤压应力小，试说明其原因。

6-11 花键联接的主要失效形式是什么?如何进行强度计算?

6-12 在胀紧联接中，胀套串联使用时引入额定载荷系数ol是为了考虑什么因素的影响? 6-13 销有哪几种类型?各用于何种场合?销联接有哪些失效形式?

6-14 一般联接用销、定位用销及安全保护用销在设计计算上有何不同? 三、设计计算题

6-15 图示牙嵌离合器的左右两半分别用键与轴1、2相联接，在空载下，通过操纵可使右半离合器沿导向平键在轴1上作轴向移动。该轴传递的转矩T=1200N2m，轴径d1=80mm，右半离合器的轮毂长度L1=130mm，行程l1=60mm，工作中有轻微冲击，离合器及轴的材料均为钢材。试选择右半离合器的导向平键尺寸，并校核其联接强度。 解：1．选择导向平键

选A型导向平键，查主教材表6-1得平键的截面尺寸b=22mm，h=14mm，取键长L=180 mm

材料均为钢，工作时有轻微冲击，查主教材表6-2，取[σP]=110MPa。k=0.5h=0.5314mm=7mm，l=L-b=180mm-22mm=158mm。

=27.1 MPa<[σP]

故此键联接能满足强度要求。 注：解中有两处错误，请指出错处并说明原因。 题6-15图

6-16 图示减速器的低速轴与凸缘联轴器及圆柱齿轮之间分别采用键联接。已知轴传递的转矩T=1000N2m，齿轮的材料为锻钢，凸缘联轴器材料为HT200，工作时有轻微冲击，联接处轴及轮毂尺寸如图示。试选择键的类型和尺寸，并校核联接的强度。

题6-16图 题6-17图

6-17 图示的灰铸铁V带轮，安装在直径d=45mm的轴端，带轮基准直径dd=250mm，工作时的有效拉力Fe=1500N，有轻微振动，轮毂宽度L′=65mm。设采用钩头楔键联接，试选择该楔键的尺寸，并校核联接的强度。

6-18 轴与轮毂分别采用B型普通平键联接和中系列矩形花键联接。已知轴的直径(花键的大径)d=102mm，轮毂宽度L=150mm，轴和轮毂的材料均为碳钢，取许用挤压应力[σ

P]=100MPa，试计算两种联接各允许传递的转矩。

6-19 轴与轮毂采用两个Z2型胀套串联联接，轴的直径d=100mm，轴和轮毂的材料均为碳钢。该轴毂联接同时承受轴向力F0=100kN，转矩T=12kN2m，载荷平稳。试验算此联接是否可靠。

四、结构设计与分析题

6-20 试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。

a)平键联接 b)双楔键联接 c)传递双向转矩的切向键联接

d)楔键联接 e)半圆键联接 f)圆锥销定位 题6-20图

6-21 已知图示的轴伸长度为72mm，直径d=40mm，配合公差为H7/k6，采用A型普通平键联接。试确定图中各结构尺寸、尺寸公差、表面粗糙度和形位公差(一般键联接)。

a)轴伸 b)毂孔 题6-21图

第七章 铆接、焊接、胶接和过盈联接 一、选择与填空题

7-1 沿受载方向，同一列的铆钉数目不宜过多，这是由于____________。 (1)被铆件受削弱 (2)铆钉强度降低 (3)铆钉受力不均 (4)加工不便

7-2 电弧焊缝大体上可分为________________与________________类，前者用于联接__________的被焊件，后者用于联接________________的被焊件。

7-3 设计胶接接头时，应尽可能使胶缝承受_________________或_______________载荷。

7-4 影响过盈联接承载能力最为敏感的因素是配合面的_______________。 (1)直径尺寸 (2)长度尺寸 (3)表面粗糙度 (4)过盈量 (5)摩擦系数

7-5 在过盈联接中，当其它条件相同时，仅将实心轴改为空心轴，则联接所能传递的载荷将______。

(1)增大 (2)不变 (3)减小 二、分析与思考题

7-6 铆缝有哪些类型?各应用在什么场合?

7-7 铆钉联接的破坏形式有哪些?怎样校核铆缝的强度?

7-8 什么叫焊缝的强度系数?怎样才能使对接焊缝的强度不低于母板的强度? 7-9 在什么情况下采用不对称侧面焊缝?如何分配两侧焊缝的长度? 7-10 胶粘剂通常分为哪几类?各适用于什么场合?

7-11 与铆接和焊接相比较，胶接的主要优缺点是什么?

7-12 过盈联接有哪几种装配方法?当过盈量相同时，哪种装配方法的联接紧固性好? 7-13 过盈联接的承载能力是由哪些因素决定的?

7-14 在对过盈联接进行验算时，若发现包容件或被包容件的强度不够时，可采取哪些措施来提高联接强度? 三、设计计算题

7-15 如图所示的铆接接头承受静载荷F=200kN，铆钉材料为Q215钢，被铆件材料为Q235钢，被铆件的宽度b=180mm，厚度δ=10mm，钉孔是在两被铆件上分别按样板钻孔。设铆钉直径d=2δ，节距r=3d，边距e=2.5d，试校核该铆缝的强度。

题7-15图 题7-16图

7-16 焊接接头如图所示，被焊件材料均为Q235钢，b=170mm，b1=80mm，δ=12mm，承受静载荷F=400kN，设采用E4303号焊条手工焊接，试校核该接头的强度。

7-17 铸锡磷青铜蜗轮轮圈与铸钢轮芯采用过盈联接，尺寸如图所示，采用H7/s6配合，配合表面粗糙度Ra均为0.8μm，摩擦系数f=0.1，设联接零件本身的强度足够，试求： (1)用压人法装配时，该联接允许传递的最大转矩是多少? (2)用胀缩法装配时，该联接允许传递的最大转矩是多少?

题7-17图 题7-18图

7-18 小齿轮与轴为过盈联接，尺寸如图所示，材料均为45钢，采用H7/p6配合，孔与轴配合表面粗糙度Ra均为0.8μm，用压人法装配。试求： (1)配合表面间单位面积上的最大压力； (2)所需的最大压人力； (3)各零件中的最大应力。 四、联接篇综合题

7-19 轴和轮毂分别采用切向键联接、渐开线花键联接和胀紧联接。已知轴的直径d=100mm，轮毂宽度L=150mm，轴和轮毂的材料均为碳钢，取许用挤压应力[σp]=100 MPa。渐开线花键的模数m=5mm，齿数z=19，外花键的大径D=100mm，分度圆压力角α=30°。胀紧联接采用两个X型胀套串联。 试计算这三种联接各允许传递的转矩。

题7—20图

7-20 如图所示，两轴通过凸缘联轴器联接，已知联轴器的型号为YLD6，轴的直径d=30mm，轴伸长度L1=60mm，联轴器与轴采用A型普通平键联接，键长L=50 mm。两半联轴器用4个M8的普通螺栓联接，螺栓中心分布圆直径D0=90mm，螺栓的性能等级为8.8级，不控制预紧力。轴的材料为45钢， 联轴器的材料为HT200。试计算此联轴器所允许传递的最大转矩(载荷平稳)。

题7-20图

第八章 带 传 动 一、选择与填空题

8-1 带传动正常工作时，紧边拉力F1和松边拉力F2满足关系_______________。

α

(1)Fl=F2 (2) Fl-F2= Fe (3) Fl/F2 =ef (4) Fl+F2 =F0

8-2 V带传动的中心距和小带轮的直径一定时，若增大传动比，则带在小带轮上的包角将_______，带在大带轮上的弯曲应力将________。 (1)增大 (2)不变 (3)减小

8-3 V带传动在工作过程中，带内应力有________________、________________、____________，最大应力ζmax=_________________，发生在____________处。

8-4 带传动中，主动轮圆周速度v1，从动轮圆周速度v2，带速v，它们之间存在的关系是_______。

(1) v1= v2= v (2) v1> v> v2 (3) v1< v< v2 (4) v> v1> v2

8-5 在平带或V带传动中，影响最大有效圆周力Fec的因素是______________________________、_________________________和_____________________________。 二、分析与思考题

8-6 带传动常用的类型有哪几种?各应用在什么场合?

8-7 与普通V带相比，窄V带的截面形状及尺寸有何不同?其传动有何特点? 8-8 同步带传动的工作原理是什么?它有何独特的优点? 8-9 V带轮的基准直径以及V带的基准长度是如何定义的?

8-10 某带传动由变速电动机驱动，大带轮的输出转速的变化范围为500～1000r/min。若大带轮上的负载为恒功率负载，应该按哪一种转速设计带传动?若大带轮上的负载为恒转矩负载，应该按哪一种转速设计带传动?为什么?

8-11 带传动工作时，带与小带轮间的摩擦力和带与大带轮间的摩擦力两者大小是否相等，?为什么?带传动正常工作时的摩擦力与打滑时的摩擦力是否相等?为什么? 8-12 带与带轮间的摩擦系数对带传动有什么影响?为了增加传动能力，将带轮工作面加工得粗糙些以增大摩擦系数，这样做是否合理?为什么?

8-13 带传动中的弹性滑动是如何发生的?打滑又是如何发生的?两者有何区别?对带传动各产生什么影响?打滑首先发生在哪个带轮上?为什么?

8-14 在设计带传动时，为什么要限制小带轮最小直径和带的最小、最大速度? 8-15 试分析带传动中心距a、预紧力F0及带的根数z的大小对带传动的工作能力的影响。

8-16一带式输送机装置如图所示。已知小带轮基准直径dd1=140mm，大带轮基准直径dd2=400mm，鼓轮直径D=250mm，为了提高生产率，拟在输送机载荷不变(即拉力F不变)的条件下，将输送带的速度v提高，设电动机的功率和减速器的强度足够，且更换大小带轮后引起中心距的变化对传递功率的影响可忽略不计，为了实现这一增速要求，试分析采用下列哪种方案更为合理，为什么? (1)将大带轮基准直径dd2减小到280mm； (2)将小带轮基准直径ddl增大到200mm； (3)将鼓轮直径D增大到350mm。

8-17 在多根V带传动中，当一根带疲劳断裂时，应如何更换?为什么?

8-18 为何V带传动的中心距一般设计成可调节的?在什么情况下需采用张紧轮?张紧轮布置在什么位置较为合理?

8-19 一般带轮采用什么材料?带轮的结构形式有哪些?根据什么来选定带轮的结构形式?

题8-16图

三、设计计算题

8-20 已知一窄V带传动，主动轮转速，nl=1460 r/rain，两带轮基准直径ddl=140mm，dd2=400mm，中心距a=815mm，采用四根SPA型窄V带，一天运转16小时，工作载荷变动较大，试求带传动所允许传递的功率。

8-21 某车床电动机和主轴箱之间为窄V带传动，电动机转速n1=1440r/min，主轴箱 负载为4.0kW，带轮基准直径ddl=90mm，dd2=250mm，传动中心距a=527mm，预紧力按规定条件确定，每天工作16小时，试确定该传动所需窄V带的型号和根数。

8-22 一V带传动传递的功率P=7.5kW，带速v=10m/s，测得紧边拉力是松边拉力的两倍，即F1=2F2，试求紧边拉力F1、有效拉力Fe和预紧力F0。

8-23 现设计一带式输送机的传动部分，该传动部分由普通V带传动和齿轮传动组成。齿轮传动采用标准齿轮减速器。原动机为电动机，额定功率P=11 kW，转速nl=1460r/min，减速器输入轴转速为400r/min，允许传动比误差为±5％，该输送机每天工作16小时，试设计此普通V带传动，并选定带轮结构形式与材料。 四、结构设计与分析题

8-24 图中所示为带传动的张紧方案，试指出其不合理之处，并改正。

)平带传动 b)V带传动 题8-24图 题8-25图

8-25 图中所示为SPB型窄V带的轮槽结构，试填写有关结构尺寸、尺寸公差及表面粗糙度值。

第九章 链传动 一、选择与填空题

9-1 与齿轮传动相比较，链传动的主要特点之一是_________。

(1)适合于高速 (2)制造成本高 (3)安装精度要求较低 (4)有过载保护 9-2 滚子链是由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板所组成，其____________之间、__________之间分别为过盈配合，而____________之间、______________之间分别为间隙配合。

9-3 链条的磨损主要发生在___________的接触面上。

9-4 在链传动中。链轮的转速__________，节距_________，齿数_________，则传动的动载荷越大。

9-5 链传动的主要失效形式有链的疲劳破坏、链条铰链的磨损、_____________和_____________四种；在润滑良好、中等速度的链传动中，其承载能力主要取决于___________________。 二、分析与思考题

9-6 与带传动相比，链传动有何优缺点?

9-7 在多排链传动中，链的排数过多有何不利?

9-8 对链轮材料的基本要求是什么?对大、小链轮的硬度要求有何不同? 9-9 齿形链与滚子链相比，有何优缺点?

9-10 国家标准对滚子链齿形是如何规定的?目前流行的是哪种齿形?

9-11 为什么链传动的平均传动比是常数，而在一般情况下瞬时传动比不是常数?

9-12 链传动的额定功率曲线是在什么条件下得到的?当所设计的链传动与上述条件不符合时，要进行哪些项目的修正?

9-13 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? 9-14 为什么小链轮齿数不宜过多或过少?

9-15 链节距的大小对链传动有何影响?在高速、重载工况下，应如何选择滚子链? 9-16 链传动的中心距一般取为多少?中心距过大或过小对传动有何不利?

9-17 什么情况下按功率曲线来选择链条?什么情况下按静强度计算来选择链条?

9-18 有一链传动，小链轮主动，转速n1=900r/min，齿数z1=25，z2=75。现因工作需要，拟将大链轮的转速降低到n2≈250r/min，链条长度不变，试问：

(1)若从动轮齿数不变，应将主动轮齿数减小到多少?此时链条所能传递的功率有何变化? (2)若主动轮齿数不变，应将从动轮齿数增大到多少?此时链条所能传递的功率有何变化? 三、设计计算题

9-19 滚子链传动传递的功率P=8.5 kW，工况系数KA=1.2，主动链轮转速nl= 960r/min，齿数zl=21，从动链轮转速n2=330r/min，中心距d≤600mm，链节距p=12.7mm，试计算需要几排链。

9-20 单排滚子链传动，主动链轮转速n1=600r/min，齿数zl=21，从动链轮齿数z2=105，中心距a=910mm，该链的节距p=25.4mm，工况系数KA=1.2，试求链传动所允许传递的功率P。 9-21 设计一输送装置用的链传动。已知传递的功率P=16.8kW，主动轮转速n1= 960r/rain，传动比i=3.5，原动机为电动机，工作载荷冲击较大，中心距a≤800mm，水平布置。

第十章 齿轮传动 一、选择与填空题

10-1 在齿轮传动的设计计算中，对下列参数和尺寸应标准化的有__________；应圆整的有_______；没有标准化也不应圆整的有___________。

(1)斜齿轮的法面模数mn (2)斜齿轮的端面模数mt (3)直齿轮中心距a (4)斜齿轮中心距a (5)齿宽B (6)齿厚s (7)分度圆压力角α (8)螺旋角β (9)锥距R (10)齿顶圆直径da

10-2 材料为20Cr钢的硬齿面齿轮，适宜的热处理方法是_________________。 (1)整体淬火 (2)渗碳淬火 (3)调质 (4)表面淬火

10-3 将材料为45钢的齿轮毛坯加工成为6级精度的硬齿面直齿圆柱外齿轮，该齿轮制造工艺顺序应是_______________为宜。

(1)滚齿、表面淬火、磨齿 (2)滚齿、磨齿、表面淬火 (3)表面淬火、滚齿、磨齿 (4)滚齿、调质、磨齿

10-4 在齿轮传动中，仅将齿轮分度圆的压力角α增大，则齿面接触应力将_____________。 (1)增大 (2)不变 (3)减小

10-5 在齿轮传动中，将轮齿进行齿顶修缘的目的是_____________________，将轮齿加工成鼓形齿的目的是_____________。

10-6 影响齿轮传动动载系数Kv大小的两个主要因素是_________________________________。

10-7 一对正确啮合的渐开线标准齿轮作减速传动时，如两轮的材料、热处理及齿面硬度均相同，则齿根弯曲应力_______________。 (1) σF1>σF2 (2) σF1=σF2 (3) σF1<σF2 10-8 有两个标准直齿圆柱齿轮，齿轮1的模数m1=5mm，齿数zl=30；齿轮2的模数m2=3mm，齿数z2=50，则齿形系数和应力校正系数的乘积YFa1YSa1_________YFa2YSa2。 (1)大于 (2)等于 (3)小于 (4)不一定大于、等于或小于

10-9 齿轮的弯曲疲劳强度极限σFlim和接触疲劳强度极限σHlim是经持久疲劳试验并按失效概率为_________来确定的，试验齿轮的弯曲应力循环特性为__________________循环， 10-10 直齿圆锥齿轮传动的强度计算方法是以_________________的当量圆柱齿轮为计算基础的。

二、分析与思考题

10-11 在不改变齿轮的材料和尺寸的情况下，如何提高轮齿的抗折断能力? 2

10-12 为什么齿面点蚀一般首先发生在靠近节线的齿根面上?在开式齿轮传动中，为什么一般不出现点蚀破坏?如何提高齿面抗点蚀的能力?

10-13 在什么工况下工作的齿轮易出现胶合破坏?胶合破坏通常出现在轮齿的什么部位?如何提高齿面抗胶合的能力?

10-14 闭式齿轮传动与开式齿轮传动的失效形式和设计准则有何不同?为什么?

10-15 通常所谓软齿面与硬齿面的硬度界限是如何划分的?软齿面齿轮和硬齿面齿轮在加工方法上有何区别?为什么?

10-16 导致载荷沿轮齿接触线分布不均的原因有哪些?如何减轻载荷分布不均的程度? 10-17 在进行齿轮强度计算时，为什么要引入载荷系数K?载荷系数K由哪几部分组成?各考虑了什么因素的影响?

10-18 齿面接触疲劳强度计算公式是如何建立的?为什么要选择节点作为齿面接触应力的计算点?

10-19 标准直齿圆柱齿轮传动，若传动比i，、转矩T1、齿宽b均保持不变，试问在下列条件下齿轮的弯曲应力和接触应力各将发生什么变化? (1)模数m不变，齿数z1增加； (2)齿数z1不变，模数m增大；

(3)齿数zl增加一倍，模数m减小一半。

10-20 一对圆柱齿轮传动，大齿轮和小齿轮的接触应力是否相等?如大、小齿轮的材料及热处理情况相同，则其许用接触应力是否相等?

10-21 配对齿轮(软对软，硬对软)齿面有一定量的硬度差时，对较软齿面会产生什么影响?

10-22 在齿轮设计公式中为什么要引入齿宽系数?齿宽系数υd的大小主要与哪两方面因素有关?

10-23 在直齿、斜齿圆柱齿轮传动中，为什么常将小齿轮设计得比大齿轮宽一些?在人字齿轮传动和圆锥齿轮传动中是否也应将小齿轮设计得宽一些? 10-24 在下列各齿轮受力图中标注各力的符号(齿轮1主动)。

a) b) c) 题10-24图

10-25 两级展开式齿轮减速器如图所示。已知主动轮1为左旋，转向nl如图示，为使中间轴上两齿轮所受的轴向力相互抵消一部分，试在图中标出各齿轮的螺旋线方向，并在各齿轮分离体的啮合点处标出齿轮的轴向力Fa、径向力Fr，和圆周力Ft，的方向(圆周力的方向分别用符号⑧或①表示向内或向外)。

题10-25图

10-26 图示定轴轮系中，已知齿数z1=z3=25，z2=20，齿轮，转速nl=450r/min，工作寿命Lh=2000h。若齿轮1为主动且转向不变，试问：

题10-26图

(1)齿轮2在工作过程中轮齿的接触应力和弯曲应力的应力比r各为多少? (2)齿轮2的接触应力和弯曲应力的循环次数N2各为多少?

10-27 直齿轮传动与斜齿轮传动在确定许用接触应力[σH]时有何区别?

2．铰制孔用螺栓联接

用M16六角头铰制孔用螺栓(GB/T27-1988)联接两块厚度各为25mm的钢板。 3．双头螺柱联接

用M16双头螺柱(GB/T898-1988)联接厚25mm的钢板和一个很厚的铸铁零件。 4．螺钉联接

用M16六角头螺栓(GB/T 5782-2000)联接厚25mm的铸铁凸缘和另一个很厚的铸铁零件，螺栓头与铸铁凸缘间加装平垫圈(GB/T 97.1-1985)； 要求：

(1)按题中给出的条件查手册确定标准联接零件的尺寸；

(2)按1:1比例与制图规范画出上述各种螺纹联接结构图，图1为参考图。

图1

作业二 带传动和齿轮传动设计 一、任务书

题目：V带传动和齿轮传动的设计(图2) 1．原始数据 题 号 参 数 1 2 3 4 减速器输出轴转矩T/N2m 减速器输出轴转速n/(r/min) 154 155 160 150 228 104 249 96 注：载荷平稳，单向运转，工作年限5年，每年250个工作日，每日工作16小时。 2．工作量

(1)小带轮零件图一张或(和)大齿轮零件图一张； (2)设计计算说明书一份，内容包括电动机的选择，传动参数的计算，V带传动的设计计算或(和)齿轮传动的设计计算。

二、设计指导 1．电动机的选择 电动机有各种类型，对于无特殊要求的机械装置，多选用Y系列三相异步电动机。Y系列三相异步电动机有四种常用的同步转速，即

3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min。同一功率的电动机，转速高则重量轻，价格便宜，但传动装置的总传动比和总体尺寸将加大，一般多选用同步转速为1500r/min和1000r/min的电动机。

减速器的输出轴通过联轴器与工作机相联，因此工作机所需功率Pw(kW)(略去联轴器效率的影响)为 Pw=Tn/9550

式中：T--减速器输出轴的转矩，N2m； n--减速器输出轴的转速，r/min。 电动机所需功率P0为 P0=Pw/η

式中：η--电动机至工作机之间的传动总效率。

对于本作业的两级传动，η=η1η2。其中η1为V带传动的效率(包括一对轴承效率在内)，η2为齿轮传动的效率(包括一对轴承效率在内)。其数值可参看机械设计手册或教材。

由于电动机的额定功率Pm应等于或略大于电动机所需功率P0，因此选择电动机时通常取Pm=(1～1.3)P0。

2．各级传动比的分配 传动装置的总传动比为 i=nm/nw

式中：nm--电动机的满载转速，r/min；

nw--电动机的转速，即减速器输出轴转速，r/min。

本作业的传动装置为二级传动，总传动比i=i1i2。其中i1和i2分别为V带传动和齿轮传动的传动比。为了使传动装置尺寸较小，结构紧凑，应使i1

机器传动装置的传动参数指的是各轴的转速、功率和转矩。对于本作业的二级传动系统，按电动机轴至工作机主轴的传动方向进行推算，各轴的转速为 n1 =nm/ i1 n2 =nm/( i1i2)

各轴的功率为 P1=Pwη1 P2=Pwη1η2

各轴的转矩(N2m)为 T1 = 9550 P1/n1 T2 = 9550 P2/n2

4．V带传动的设计计算 V带传动的设计计算、带轮结构尺寸的确定可参考教材和机械设计手册。小带轮的孔径和轮毂部分尺寸应根据电动机的轴伸直径和长度确定，小带轮的半径应小于电动机的机座中心高。图3是供参考的V带轮零件图。

图3 V带轮零件图

5．齿轮传动的设计计算 齿轮传动的设计计算、齿轮结构尺寸的确定可参考主教材和机械设计手册。大齿轮的孔径是根据与其相配合的轴径来确定的，本作业将大齿轮的孔径定为d=60mm：图4是供参考的齿轮零件图。

图4 齿轮零件图 6．对零件图的要求

零件图是零件制造和检验的依据，工艺人员根据零件图制定工艺规程，检验人员按照零件图进行成品的检验和验收。因此，一张完整的零件图应满足以下要求： (1)清楚而正确地表达出零件各部分的结构形状； (2)标出零件各部位的尺寸及其精度； (3)标出零件各部位必要的形状位置公差； (4)标出零件各表面的粗糙度；

(5)注明对零件的其它技术要求，例如圆角半径、倒角尺寸及传动件的主要参数等，对于齿轮还应列出其主要几何参数、精度等级及检验项目等； (6)填写清楚零件图标题栏。 三、设计计算步骤

1．选择电动机，分配传动比，计算传动参数。 2．V带传动设计计算或(和)齿轮传动设计计算。 3．画小带轮零件图或(和)大齿轮零件图。

作业三 轴系组件设计 一、任务书

题目1 斜齿圆柱齿轮传动输出轴的轴系组件设计(图5) 1．原始数据 题 号 参 数 输出轴转速n2/(r/min) 输出轴功率P/kW 齿轮齿数z 齿轮模数mn/mm 齿轮齿宽b/mm 1 137 2.5 101 3 80 2 145 2.7 107 3 80 3 153 3.0 113 3 80 4 165 3.2 120 3 80 齿轮螺旋角β(右旋)/(°) a/mm(见图5) c/mm(见图5) 14.25 80 100 14.25 80 100 14.25 80 100 14.25 80 100 注：滚动轴承寿命为10000h，工作温度小于120℃，有轻微冲击。

图5 斜齿圆柱齿轮轴系结构 2．工作量

(1)输出轴的轴系组件装配图一张。

(2)设计计算说明书一份，主要内容包括：输出轴的设计计算，轴承类型选择和寿命计算，以及其它必要的计算。

题目2 圆锥齿轮传动输入轴的轴系组件设计(图6) 1．原始数据 题 号 参 数 输入轴转速n1/(r/min) 输入轴功率P/kW 小圆锥齿轮齿数z1 齿轮模数 m/mm 小圆锥齿轮分度圆锥角δl/(°) a/mm(见图6) b/mm(见图6) c/mm(见图6) 1 960 2.5 23 3 18.43 100 50 80 2 960 3.0 25 3 18.43 100 50 80 3 960 3.5 27 3 18.43 100 50 80 4 960 4.0 28 3 18.43 100 50 80 注：滚动轴承寿命为10 000h，工作温度小于120℃，有轻微冲击。

图6 圆锥齿轮轴系结构 2．工作量

(1)输入轴的轴系组件装配图一张。

(2)设计计算说明书一份，主要内容包括：输入轴的设计计算，轴承类型选择和寿命计算，以及其它必要的计算。

二、设计指导

1．轴和齿轮的结构

轴和齿轮的结构设计参考主教材

中的有关章节。对于小圆锥齿轮，当齿根圆与轴径接近时，可将齿轮与轴制成一体，但要注意齿轮轴的装拆问题。轴承正装的小圆锥齿轮轴系结构如图7所示。

图a是齿轮轴结构。这种结构当齿轮外径比套杯孔大时，轴承和套筒是在套杯内进行安装，很不方便。因此，如果用正装结构，只有当小圆锥齿轮外径比套杯孔小时，才能采用齿轮轴结构，这时可在套杯外先将轴承和套筒装在齿轮轴上后，一起装入套杯。图b是齿轮与轴分开的结构。这种结构轴承安装方便。轴承反装的小圆锥齿轮轴系结构由于装配和调整都比较麻烦，因此本作业要求采用正装结构。 2．滚动轴承的组合、固定和调整 对于斜齿圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动，轴上受到径向力和轴向力，因

此，需采用向心推力轴承，支承方式通常为两支承各单向固定结构。

滚动轴承支承的结构形式参考主教材。滚动轴承的外圈以及轴系的轴向固定采用轴承端盖。轴承端盖有凸缘式和嵌入式两种，本作业要求采用凸缘式端盖，其结构尺寸参考机械设计手册。

向心推力轴承是可调间隙轴承，在安装时，其间隙可通过在轴承端盖与箱体间加装调整垫片组进行调整(参看图5)。调整垫片由多片厚度不同(例如0.1mm、0.2mm和0.5mm)的软钢(08F)片或黄铜片组成，使用时可根据需要组成合适的厚度。

为了保证圆锥齿轮的正确啮合，装配时两齿轮的锥顶必须重合，因此要调整大、小齿轮的轴向位置。对于悬臂安装的小圆锥齿轮轴系，为了便于调整，小圆锥齿轮轴通常放在套杯里，

在套杯凸缘端面与箱体之间，用加减调整垫片(参看图6)的办法来调整小圆锥齿轮的轴向位置。

3．滚动轴承的润滑和密封

减速器中的滚动轴承可以采用脂润滑，也可以采用油润滑，这与齿轮的圆周速度和箱体结构有关。本作业要求采用脂润滑。为了防止箱内的润滑油溅人轴承室而稀释或带走润滑脂，需在轴承室内侧加装封油环(图8)。轴伸出端的密封是为了防止滚动轴承内的润滑油(脂)漏出或外界杂质侵入轴承室。常用的密封形式如图9。设计时可参考机械设计手册。

图8 封油环密封装置

a)毡圈密封 b)旋转轴唇形密封圈密封 c)油沟槽密封 图9 常用密封形式

三、设计步骤

1．根据设计的原始数据，计算作用在齿轮上的力。 2．按扭转强度条件初步估算轴径。

3．根据轴上零件的安装、定位和调整要求进行轴的结构设计。 4．画轴的受力分析图，进行轴的强度校核。 5．计算轴承所受的力，并验算轴承的寿命。

6．完成轴系组件装配图，标注主要尺寸和配合尺寸，引出零件号，填写标题栏和零件明细栏。

机械设计自测试题Ⅰ

一、是非题和选择题[是非题在括号内填√(正确)或填3(不正确)，选择题在空格处填相应的答案号]

I-1 选用普通平键时，键的截面尺寸b3h和键长L都是根据强度计算确定的。 ( ) I-2 圆柱齿轮结构形式和毛坯获取方法的选择都与齿轮的外径大小有关 ( ) I-3 圆柱螺旋弹簧的弹簧丝直径d=6mm，旋绕比C=5，则它的内径D1=30mm。 ( ) I-4 V带横截面中两工作面之间的夹角为40°，所以带轮槽角也是40°。 ( ) I-5 变应力是由变载荷产生，也可能由静载荷产生。 ( ) I-6 在承受横向载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓杆__________作用。

(1)受切应力 (2)受拉应力 (3)受扭转切应力和拉应力 (4)既可能只受切应力又可能只受拉应力

I-7 在下列四种向心滚动轴承中，_____________型除可以承受径向载荷外，还能承受不大的双向轴向载荷。

(1)60000 (2)N0000 (3)NA0000 (4)50000

1-8 在载荷比较平稳，冲击不大，但两轴轴线具有一定程度的相对偏移的情况下，两轴间通常宜选____________联轴器。

(1)刚性 (2)无弹性元件的挠性 (3)有弹性元件的挠性 (4)安全 I-9 采取___________的措施不能有效地改善轴的刚度。

(1)改用其它高强度钢材 (2)改变轴的直径 (3)改变轴的支承位置 (4)改变轴的结构 I-10 在滑动轴承材料中，__________通常只用于作为双金属或三金属轴瓦的表层材料。 (1)铸铁 (2)轴承合金 (3)铸造锡磷青铜 (4)铸造黄铜

二、填空题

I-11 在承受轴向载荷的紧螺栓联接中，当预紧力F0和轴向工作载荷F一定时，若降低螺栓的刚度Cb，则螺栓中的总拉力将______________。

I-12 在转轴的结构设计中，轴的最小直径dmin是按____________________初步确定的。 I-13 圆柱螺旋弹簧的旋绕比C(弹簧指数)选得过大则弹簧将______________。

I-14 蜗杆传动的失效形式与齿轮传动的失效形式相类似，其中蜗杆传动最易发生____________失效。

I-15 带传动正常工作时不能保证准确的传动比，是因为________________________________。

I-16 对于闭式软齿面齿轮传动，在传动尺寸不变并满足弯曲疲劳强度要求的前提下，齿数宜适当取多些。其目的是_________________________________________________________________。 I-17 滑块联轴器属于_____________________联轴器。

I-18 滚子链传动中，限制链轮最少齿数的目的是__________________________。

I-19 相同系列和尺寸的球轴承与滚子轴承相比较，_______________________轴承的承载能力高，______________________轴承的极限转速高。

I-20 ____________键联接既可用于传递转矩，又可承受单向的轴向载荷，但轴与轮毂的对中性较差。

三、问答题

I-21 用同一材料制成的机械零件和标准试件的疲劳极限通常是不相同的，试说明导致不相同的主要原因。

I-22 在设计齿轮的过程中，当出现满足齿根弯曲疲劳强度条件而不满足齿面接触疲劳强度条件时，可以考虑从哪几方面提高齿面接触疲劳强度?

I-23 在哪些场合，滚动轴承是难以替代滑动轴承的?为什么?

四、分析题

I-24 图示为圆锥-圆柱齿轮传动装置。轮1为主动轮，转向如图所示，轮3、4为斜齿圆柱齿轮。 (1)轮3、4的螺旋方向应如何选择，才能使轴Ⅱ上两齿轮的轴向力相反?

(2)画出齿轮2、3所受各分力的方向。

I-25 试用受力变形线图说明受轴向工作载荷的紧螺栓联接中螺栓所受的总载荷F2与预紧力F0的关系。

试题I-24图 五、计算题

I-26 一根轴用两个角接触球轴承支承，如图所示。Ll=40mm，L2=200mm，轴端作用有轴向力Fae=820N，径向力Fre=1640N。试分别求出两轴承所受的径向载荷Fr1、Fr2和轴向载荷Fal、Fa2(注：轴承派生轴向力Fd=0.68Fr)。

试题I-26图

I-27 凸缘联轴器用一圆头普通平键与轴相联接，已知键的尺寸为b3h3L=1038350(单位均为mm)，轴的直径d=35mm，键联接的许用挤压应力[σp]=100MPa，试求该联接所允许传递的转矩。

I-28 某机械结构如图所示，一滑轨用4个M12(d1=10.1mm)的普通螺栓固定在两立柱上，滑块的最大行程为300mm，若螺栓材料的屈服极限σS =320MPa，螺纹联接的安全系数S=4，接合面摩擦系数f=0.2，防滑系数Ks=1.2。试确定滑块上所允许承受的最大载荷F。

试题I-28图 试题I-29图

六、结构分析题

I-29 试指出图示轴系中的错误结构并改正。

械设计自测试题Ⅱ

一、是非题和选择题[是非题在括号内填√(正确)或填3(不正确)，选择题在空格处填相应的答案号]

Ⅱ-1 液体润滑滑动轴承中，摩擦阻力的大小取决于润滑油的粘度，而与轴承的转速大小无关。 ( )

Ⅱ-2 因普通带传动是摩擦传动，所以传动中会出现弹性滑动现象，但只要设计得合理，就可以避免弹性滑动。 ( )

Ⅱ-3 为保证普通圆柱蜗杆传动良好的磨合(跑合)和耐磨性，通常采用钢制蜗杆与铜合金蜗轮。 ( )

Ⅱ-4 齿式联轴器是一种无弹性元件的挠性联轴器，它对轴的安装精度要求不高，允许有一定的偏移量。 ( )

Ⅱ-5 圆柱螺旋压缩弹簧和拉伸弹簧受载时，弹簧丝截面上的应力是不同的，前者为压应力，后者为拉应力。 ( )

Ⅱ-6 设计过盈联接时，若其它条件不变，仅将实心轴改为空心轴，则联接所能传递的载荷将______。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6s95.html