机械设计知识要点及典型例题

机械设计复习要点

第一章

1、 机器的基本组成要素是（机械零件）。机械设计是研究（通用零件） 2、 能区分通用零件和专用零件。

第二章

1、简述常用零件的设计准则

2、零件常见的失效形式：（ ）（ ）（ ）。

第三章

1、 应力的种类r=-1的应力是（ ），r=0的应力是（ ）。接触应力是（脉动）滚动轴承

的动圈应力循环性质是近似（脉动） 2、 P22图3-1曲线中B,C的数值。

3、 能根据给定的数据绘制材料或零件简化的极限应力图时。

（绘图，P25页公式3-6，背） 4、 单项稳定变应力时，三种情况；r?c,?m?c,?min?c加载线的绘制。P26页

5、影响机械零件疲劳强度的因素主要有三个：应力集中、绝对尺寸和表面状态

典型例题

1、一钢制轴类零件的危险剖面承受?max?200 MPa，?min?－100 MPa，综合影响系数K?=2，材料的?S＝400 MPa，?－1＝250 MPa，?0＝400 MPa。试：

1）画出材料的简化极限应力线图，并判定零件的破坏形式。 2）按r=c加载计算该零件的安全系数。 (1)

材料的简化极限应力线图如题

2-31

解图所示

200?100?50 MPa

22???min200?100?a?max??150 MPa

22标出工作应力点M（100，150）如图所示。材料的极限应力点为M1点，零件的破坏形式为疲劳破坏。

(2) 计算安全系数

?m??max??min????S =

2??1??0?0?2?250?400?0.25

400??1250=?0.8

K??a????m2?150?0.25?50安全系数小于1，零件的疲劳强度不够。

第四章

1、影响润滑油粘度的主要因素（ ）、（ ）。温度升高，粘度（ 2、一个零件磨损的三个典型阶段（ ）、（ ）、（ ）。 3、润滑脂的主要质量指标（锥入度）。 4、摩擦的种类：（ ）、（ ）、（ ）、（ ）。

第五章

）

1、螺纹的公称直径是（ ）径。

2、螺纹联接的防松就是防止螺旋副在受载时发生（ ）。摩擦防松有（ ）、（ ）、（ ）。 3、受轴向载荷的紧螺栓联接，为保证被联接件不出现缝隙，因此残余预紧力（大于零 ） 4、为提高螺栓在变载荷作用下的疲劳强度，可采取（ ）措施。（螺栓刚度的角度） 5、6.8级的螺栓其抗拉强度极限和屈服极限分别为（ ）、（ ）。

6、．螺纹联接中最常用的螺纹牙型是________，螺纹传动中最常用的螺纹牙型是________

粗牙螺纹的自锁性能比细牙螺纹的自锁性能________。

7、螺栓联接强度计算熟记公式5-31，5-32，5-34，5-35和5-36（计算题）

8．螺纹联接有哪些基本类型？适用于什么场合？（能根据具体情况选用）

螺纹联接有4中基本类型。螺栓联接：用于被联接件不太厚且两边有足够的安装空间的场合。螺钉联接：用于不能采用螺栓联接（如被联接件之一太厚不宜制成通孔，或没有足够的装配空间），又不需要经常拆卸的场合。双头螺柱联接：用于不能采用螺栓联接且又需要经常拆卸的场合。紧定螺钉联接：用于传递力和力矩不大的场合。

9．紧螺栓联接的强度也可以按纯拉伸计算，但须将拉力增大30%，为什么？

考虑拧紧时的扭剪应力，因其大小约为拉应力的30%。

10．提高螺纹联接强度的措施有哪些？

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）采用合理的制造工艺

11、普通螺栓和铰制孔螺栓靠什么传递横向载荷？

．答：普通螺栓靠被联接件接合面的摩擦力传递载荷，铰制孔螺栓靠螺栓杆部被挤压和剪切来传递载荷。

如题所示，用6个M16的普通螺栓联接的钢制液压油缸，螺栓性能为8.8级，安全系数S = 3，缸内油压p =2.5N/mm2，为保证紧密性要求，残余预紧力F'1?1.5F，求预紧力F0的取值范围。（端盖与油缸结合面处采用金属垫片）取

题要点：

Cb?0.3

Cb?Cm3.14?1202液压油缸盖所受的总载荷： F??p??2.5??28260N

44F28260单个螺栓工作载荷：F????4710N

Z6最小预紧力：

?D2Cb??F0?F1??1??F ?1.5F?0.7F?1.5?4710?0.7?4710?10362N

Cb?Cm??已知螺栓性能等级为8.8级，则?s?640 Nmm2。螺栓材料的许用应力为：

?640 [?]?S??213 Nmm2

S3查得M16螺栓的小径d1?13.835mm，代入强度条件：

2121.3F2?≤[?]

4?d[?]3.14?13.835?213??24619N 得螺栓许用总拉力：F2?4?1.34?1.3CbF ?24619?0.3?4710?23206则最大预紧力： F0?F2?N

Cb?Cm综上，预紧力的取值范围：10362≤F0≤23206 N

第六章

1、普通平键用于________联接，其工作面是________面，工作时靠________传递转矩，主要失效形式是________。

2．楔键的工作面是________，主要失效形式是________。

3．平键的剖面尺寸通常是根据________选择；长度尺寸主要是根据________选择。 4、导向平键和滑键用于_________联接，主要失效形式是________

5、同一联接处使用两个平键，应错开_________布置；采用两个楔键或两组切向键时，要错开_________；采用两个半圆键，则应_________。

6、键如经校核判断强度不足时，可采取哪些措施？

如经校核判断强度不足时，可在同一联接处错开180°布置两个平键，强度按1.5个计算。增加键的长度

d12 第八章

1、失效形式和设计准则

失效形式：打滑、疲劳破坏。设计准则：保证带传动不打滑，使带具有足够的疲劳寿命。

2、带传动工作时的最大应力发生在（ ），最大应力σ3、带的型号是根据小带轮的（ ）和（ ）来选择。 4、V带轮的轮槽角通常（ ）40?。（大于，小于，等于）。 5、平带、V带传动主要依靠_________来传递运动和动力。

6、带传动发生打滑总是________，带传动在工作时产生弹性滑动，是因为_________。 7、带传动中，v1为主动轮的圆周速度，v2为从动轮的圆周速度，v为带速，这些速度之间存在的关系是_________。

8、简述带传动产生弹性滑动的原因和不良后果

9、限制带轮最小直径？为何要限制带速？

11．带传动的张紧的目的，采用张紧轮张紧时张紧轮的布置要求 张紧的目的：调整初拉力。布置在松边，靠近大轮 12、熟记8-1，8-2，8-3，8-4公式

典型例题

已知：V带传递的实际功率P = 7.5 kW，带速 v=10m/s，紧边拉力是松边拉力的两倍，试求有效圆周力Fe 、紧边拉力F1和初拉力F0。

解题注意要点：

这是正常工作条件下的受力计算，不能应用欧拉公式； 解： 根据： 得到： 联立： 解得：

max =（

）

P?Fe?v

P7500Fe???750 N

v10?Fe?F1?F2?750 ?F?2F2?1F2?750N， F1?1500N

F0?F1?Fe/2?1500?750/2?1125 N

第九章

1、设计链传动时，链节数最好取（ ）数，为什么不能取基数？

2、链传动张紧的目的主要是_________。链传动瞬时传动比（ ），平均传动比（ ） 3、在一定转速下，要减小链传动的运动不均匀性和动载荷，应该_________。 4、链传动设计中，一般链轮的最多齿数限制为zmax =150，是为了________。 5、链传动的主要失效形式为_________

6何谓掉链子现象？是首先发生在大链轮还是小链轮上? 典型例题

12、熟记9-1，9-3，及d?p(sin180?)z

典型例题： 已知链条节距 p = 12.7 mm，主动链轮转速n1= 960 r/min，主动链轮分度圆直径d1= 77.159 mm，求平均链速v。最大链速，最小链速？

解题注意要点：

必须先求出链轮齿数，才能求出平均链速。 解： 根据：

d1?p?77.195 mm 180?sinz1

p180?12.7?sin?1?sin?1?9.4737? z1d177.159180??19

9.4737?n1z1p960?19?12.7平均链速： v???3.86m/s

60?100060000得到：

z1??1??n130???96030?100.548

vmax?R1?1?77.159?100.548?3879.1 277.159180??100.548?cos?3645.1 219vmin?R1?1cos??第十章

1、对于软齿面的闭式齿轮传动，其主要失效形式为________。一般开式齿轮传动的主

要失效形式是________。高速重载齿轮传动，当润滑不良时，最可能出现的失效形式为________。

2、一对齿轮传动，小轮材为40Cr；大轮材料为45钢，则它们的接触应力________。 3、在齿轮强度计算中，影响齿面接触应力最主要的几何参数是（ ），影响齿根弯

曲应力最主要的几何参数是（ ）。

4、在一般机械中的圆柱齿轮传动，往往使小齿轮齿宽b1（ ）大齿轮齿宽b2，在计算齿轮强度时，工作齿宽b 应取（ ）。

5、对齿轮的材料要求（ ）。

6、标准齿轮的齿形系数YFa的大小与（ ）、（ ）、（ ）有关，而与（ 模数 ）无关。

7．一对减速齿轮传动，若保持两轮分度圆的直径不变，减少齿数并增大模数，其齿面接触应力将_________。

8．一对齿轮传动，若两轮的材料、热处理方式及许用应力均相同，只是齿数不同，则齿数多的齿轮弯曲强度_________；两齿轮的接触疲劳强度_________。

9．熟记书上直齿轮和斜齿轮的受力分析公式，斜齿轮和锥齿轮啮合点各力方向

10、开式和闭式齿轮传动的失效形式有什么不同？设计准则各是什么？其设计准则针对的失效形式各是什么？

11、提高齿轮弯曲疲劳强度的措施？ 典型例题

例1 图示双级斜齿圆柱齿轮减速器，高速级：mn=2 mm，z1=22，z2 =95，?n?20?，a =120，齿轮1为右旋；低速级：mn= 3 mm，z3 =25，z4=79，?n?20?，a =160。主动轮转速n1=960 r/min，转向如图，传递功率P = 4 kW，不计摩擦损失，试：

(1) 标出各轮的转向和齿轮2的螺旋线方向； (2) 合理确定3、4轮的螺旋线方向； (3) 画出齿轮2、3 所受的各个分力； (4) 求出齿轮3所受3个分力的大小。

解题注意要点：

(1) 一对斜齿轮旋向相反,1轮右旋,2轮左旋。

(2) 为使3轮轴向力与2轮反向，3轮左旋、4轮右旋。 (3) 为求齿轮3的分力，先求螺旋角T3和β3。

解：

(1) 各轮的转向和2轮的螺向如例7-8图2所示。 (2) 3轮为左旋、4轮为右旋，如图所示。 (3) 齿轮2、3 所受的各个分力如图所示。 (4) 求齿轮3所受分力：

nnz960?22n3?n2?1?11??222.3 r/min

i12z295P4T3?T2?9550?9550??171.84 Nm

n3222.3m(z?z4)3?(25?79)cos?3?n3??0.975，β3 =12.8386°

2a2?160mz3?25d3?n33??76.923 mm

cos?30.9752T32?171.84?103Ft3???4467.84 N

d376.923例7-7 图2 Fa3?Ft3tan??4467.84?tan12.8386??1018.23 N

Fr3?Ft3tan?n/cos?3?4467.84?tan20?/cos12.8386??1667.86 N

第十一章

1、对于轴交角为90度的涡轮蜗杆的正确啮合条件为（ ）、（ ）、（ ）。 2、蜗杆的分度圆直径取标准值原因是（ ）。 3、涡轮蜗杆传动i12?4 设计蜗杆传动时，确定蜗杆的头数z1和蜗轮的齿数z2应考虑哪些因素？

答：要考虑：传动比要求；传动效率要求；避免加工蜗轮时产生根切；蜗杆的刚度要求；蜗轮的齿根弯曲强度要求；蜗杆传动的反向自锁性要求等； 5、 涡轮蜗杆的受力分析

6、 斜齿轮、锥齿轮和涡轮蜗杆的Fr,Ft,Fa的方向判定。

如图所示为蜗杆—斜齿圆柱齿轮—锥齿轮三级传动，已知：右旋蜗杆主动逆时针转，为使ⅡⅢ轴的轴向力较小。试在图中画出：

1） 各轮的转向和旋向；

2） 各啮合点处所受的分力Ft、Fr、Fa。

d2，是否正确？ d1

第十三章

1、代号为6214的滚动轴承，类型是（ ），内径是（ ）mm

深沟球轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承、角接触球轴承其类型代号分别是（ ）。

2、滚动轴承的寿命是可靠度R=（ ）时的寿命。

3、滚动轴承配合中，内圈和轴的配合采用（ ）制，外圈和轴承座孔的配合是（ ）制。 4、当轴承的dn值大，载荷小时选锥入度较（ ）（大或小）的润滑脂。 5、_____N,NA___只能承受径向载荷。 5 只能承受轴向载荷。 6、角接触轴承承受轴向载荷的能力，随接触角α的增大而________。 7、在正常转动条件下工作，滚动轴承的主要失效形式为________ 8、必须成对使用的轴承是( ) ( ) 9、熟记书上公式：13-8A,13-4 A,13-5 A,13-6 A

10. 承受方向固定的径向载荷的滚动轴承，其滚动体上产生的接触应力是__________变应力。固定套圈上产生的接触应力是__________变应力

典型例题

滚动轴承的寿命计算。

计算图4-2中一对7205AC型角接触球轴承（正安装，两端单向固定）的径向负荷Fr,轴向负荷Fa，当量动载荷P以及判断左、右轴承哪个寿命低？已知轴上负荷Fre=3200N，Fae=600N，fp=1.2。

注：7205AC型轴承有关参数：Fd=0.7Fr，（＞e=0.68，X=0.41，Y=0.87；≤e=0.68，X=1，Y=0。）

图二

(1)轴承所受的径向载荷Fr1 ，Fr2 ；

(2)轴承派生的内部轴向载荷Fd 1，Fd 2，并在图中画出其方向； (3)轴承所受的轴向载荷Fa1 ，Fa2 ； (4)轴承所受的当量动载荷P1 ，P2。

Fr1=2133N Fr2=1067N Fa1=1493N Fa2=893N

P1=2608N P2=1457N 轴承标号右1，左2

解：(1) Fr 1＝Fr2L/(L＋2L)=3200×2/3=2133N

Fr 2＝FrL/(L＋2L)=1067N (2) Fd 1＝0.7 Fr 1=1493N

Fd 2＝0.7 Fr 2＝747N，其方向如图所示；

(3) Fa＋Fd 2＝600＋747＝1347< Fd 1＝1493，轴有向右窜动趋势

故：轴承2为压紧端，Fa2 ＝Fd 1- Fa＝1493-600＝893N，

轴承1为放松端，Fa1＝Fd 1＝1493N

(4)计算轴承1、2的当量动载荷：

轴承1:

Fa 1／Fr 1 ＝1493／2133＝0.7＞0.68=e，故：X1＝0.41、Y1＝0.87； P1＝fp(X1 Fr l＋Y1 Fa 1)＝1.2×（0.41×2133+0.87×1493）＝2608N 轴承2:

Fa 2／Fr 2 ＝893／1067＝0.84＞0.68=e，故：X2＝0.41、Y2＝0.87； P2＝fp(X2 Fr 2＋Y2 Fa 2)＝1.2×（0.41×1067+0.87×893）＝1457 N

（5）?p1?p2;?1轴承（左边）寿命低

第十四章

1. 联轴器和离合器的功用有何相同点和不同点?

联轴器和离合器的功用：是联接两轴使之一同回转并传递转矩。 二者区别是：用联轴器联接的两轴在工作中不能分离，只有在停机后拆卸零件才能分离两轴，而用离合器可以在机器运转过程中随时分离或接合两轴。

2．选择联轴器类型和尺寸的依据是什么

类型选择依据：被联接两轴的对中性、传递载荷的大小和特性、工作转速、安装尺寸的限制、工作环境等。

尺寸选择依据：计算转矩Tc、轴的转速n、被联接轴的直径d。

第十五章

1、闭式齿轮传动、V带传动、链传动组成的三级传动装置，宜将链传动布置在

（ ）级；带传动布置在（ ）级；齿轮传动布置在（ ）级。 2、轴肩的圆角半径必须（ 大或小？ ）相配零件轮毂孔端部的倒角尺寸C或圆角半径R。

3、轴如按受载性质区分，主要受 的轴为心轴，主要受 的轴为传动轴。

4、轴的常用材料是（ ），结构复杂的轴用（ ）铸造。

5. 按弯扭合成强度条件计算轴的应力时，公式中折合系数α是考虑（ ）

6、零件在轴上常用的轴轴向固定方法有各举3种？

一、结构改错题

参看PPT（错误处画圈并用数字标号）

试分析例11-6图1所示轴系结构中的错误，并加以改进。图中齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。

例11-6 图1

存在问题分析：

1．轴承的轴向固定、调整，轴向力传递方面错误

1）轴系采用全固式结构，两轴承反装不能将轴向力传到机架，应该为正装。 2）全固式结构中，轴左端的弹性挡圈多余，应去掉。 3）端盖处没有调整垫片，不能调整轴承游隙。

2．转动零件与固定零件接触，不能正常工作方面错误

1）轴右端的联轴器不能接触端盖，用端盖轴向定位更不行。 2）轴与右端盖之间不能接触，应有间隙。

3）定位齿轮的套筒径向尺寸过大，与轴承外圈接触。 4）轴的左端端面不能与轴承端盖接触。 3．轴上零件装配、拆卸工艺性方面错误

1）右轴承的右侧轴上应有工艺轴肩，轴承装拆路线长（精加工面长），装拆困难。 2）套筒径向尺寸过大，右轴承拆卸困难。 3）因轴肩过高，右轴承拆卸困难

4）齿轮与轴联接的键过长，套筒和轴承不能安装到位。 4．轴上零件定位可靠方面错误

1）轴右端的联轴器没有轴向定位，位置不确定。

2）齿轮轴向定位不可靠，应使轴头长度短于轮毂长度。 3）齿轮与轴联接键的长度过大，套筒顶不住齿轮。 5．加工工艺性方面错误

1）两侧轴承端盖处箱体上没有凸台，加工面与非加工面没有分开。 2）轴上有两个键，两个键槽不在同一母线上。

3）联轴器轮毂上的键槽没开通，且深度不够，联轴器无法安装。

例11-6 图2

6．润滑、密封方面错误

1）右轴承端盖与轴间没有密封措施。

2）轴承用脂润滑，轴承处没有挡油环，润滑脂容易流失。

1）轴右端的联轴器不能接触端盖，用端盖轴向定位更不行。 2）轴与右端盖之间不能接触，应有间隙。

3）定位齿轮的套筒径向尺寸过大，与轴承外圈接触。 4）轴的左端端面不能与轴承端盖接触。 3．轴上零件装配、拆卸工艺性方面错误

1）右轴承的右侧轴上应有工艺轴肩，轴承装拆路线长（精加工面长），装拆困难。 2）套筒径向尺寸过大，右轴承拆卸困难。 3）因轴肩过高，右轴承拆卸困难

4）齿轮与轴联接的键过长，套筒和轴承不能安装到位。 4．轴上零件定位可靠方面错误

1）轴右端的联轴器没有轴向定位，位置不确定。

2）齿轮轴向定位不可靠，应使轴头长度短于轮毂长度。 3）齿轮与轴联接键的长度过大，套筒顶不住齿轮。 5．加工工艺性方面错误

1）两侧轴承端盖处箱体上没有凸台，加工面与非加工面没有分开。 2）轴上有两个键，两个键槽不在同一母线上。

3）联轴器轮毂上的键槽没开通，且深度不够，联轴器无法安装。

例11-6 图2

6．润滑、密封方面错误

1）右轴承端盖与轴间没有密封措施。

2）轴承用脂润滑，轴承处没有挡油环，润滑脂容易流失。

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