机械设计复习资料

<<机械设计基础>>复习题

第0章 绪论

0-1 机器的特征是什么？机器和机构有何区别？ [解] 1）都是许多人为实物的组合；

2）实物之间具有确定的相对运动； 3）能完成有用的机械功能或转换机械能。

0-2 构件和零件的区别是什么？指出缝纫机的通用和专用零件。 [解] 构件是运动的基本单元，而零件是制造的基本单元。 缝纫机上的通用零件有：螺丝、螺母、齿轮等，专用零件有：

曲轴、凸轮、飞轮、脚踏板等。

第一章 平面机构运动简图及其自由度

1-1 一个在平面内自由运动的构件有多少个自由度？ [解]有3个自由度。

1-2 在平面内运动副所产生的约束数与自由度有何关系？ [解] 约束数+自由度=3

1-3 如何判别有构件和运动副组成的系统是否具有确定的相对运动？

[解] 自由度数=原动件数 系统无确定的相对运动 自由度数?原动件数 系统有确定的相对运动 1-4在计算机构的自由度时应注意哪几个问题？ [解] 复合铰链、局部自由度和虚约束。

1-5 绘制机构运动简图时，用什么来表示机构和运动副？

1

[解]用简单的线条和符号表示构件和运动副。

1-7试计算下列图示机构的自由度，并指出机构中存在的复合铰链，局部自由度或虚约束。 [解]

a)n?5,PL?7,PH?0 F=3?5-2?7=1b)n?5,PL?7,PH?0(c处为复合铰链) F=3?5-2?7=1c)n?5,PL?7,PH?0 F=3?5-2?7=1d)n?5,PL?7,PH?0(c处为复合铰链) F=3?5-2?7=1e)n?4,P(F处为虚约束)L?5,PH?1 F=3?4-2?5?1=1f)n?4,P(c处为复合铰链)L?5,PH?1 F=3?3-2?3?2=1?2??为虚约束)g)n?3,PL?3,PH?2(2、 F=3?3-2?3?2=1

第二章平面连杆机构

2-1 铰链四杆机构的基本形式有几种？

[解]有曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构三种。 2-2 四杆机构的行程速比系数与极位夹角的关系如何确定？ [解]

??180?K?1 K?12-3 在铰链四杆机构中，a=60mm,b=150mm,c=120mm,d=100mm。分别把构件a、b、c、d作为机架，所对应的为何种类型的机构？ [解] 曲柄存在的条件 60+150<120+100

A为机架，是双曲柄机构；b、d为机架，是曲柄摇杆机构；

2

c为机架，是双摇杆机构。

2-5 四杆铰链机构的演化方式主要有哪几种？

[解] 有改变机构的形状和相对尺寸、扩大转动副尺寸、选用不同

的构件为机架三种。

第三章 凸轮机构

3-2 凸轮机构的常用类型有几种？选择凸轮的类型时应该考虑哪些因素？

[解] 按凸轮的形状分：盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮；按从

动件形状来分：尖端从动件、滚子从动件和平底从动件；按凸轮与从动件锁合形式分：力锁合和几何锁合。 选择凸轮时，应考虑凸轮和从动件的相对运动形式 从动件的运动形式等。

第四章 齿轮机构

4-1 渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有哪几个？那些是标准的，其标准值是否相同？

[解] 基本参数：齿数z、模数m、压力角?、齿顶高系数ha*和顶隙系数c*。其中后四个是标准的，标准值不相同

4-2 分度圆与节圆有什么区别？在什么情况下节圆与分度圆重合？

[解] 分度圆是齿轮上具有标准压力角的圆。节圆是过节点所作的

两个相切的圆。标准安装时节圆与分度圆重合。

4-3 试根据渐开线特性说明一对模数相等，压力角相等，但齿数不等的渐开线标准直齿圆柱齿轮 ，其分度圆齿厚、齿顶圆和齿根圆齿厚

3

是否相等，哪个较大。

[解] 分度圆齿厚相等，齿顶圆和齿根圆齿厚不等，因基圆愈小，渐开线愈弯曲，基圆愈大，渐开线愈平直，故齿数多的齿轮齿顶圆和齿根圆的齿厚大。

4-4 何谓齿廓的根切现象？产生根切的原因是什么？是否基圆愈小愈容易发生根切？根切有什么危害？如何避免根切？

[解] 齿轮齿根的渐开线齿廓被切去的现象为根切现象。原因是

展成法加工时，刀具的齿顶线或齿顶圆与啮合线的焦点超过了被切极限点N。不是。根切使刀具的齿顶线或齿顶圆与捏合线的焦点不超过极限点 N可避免根切。

4-7 齿轮传动常见的失效形式有哪些？各种失效形式常在何种情况下发生？试对工程实际中见到的齿轮失效形式和原因进行分析。齿轮传动的设计计算准则有哪些，他们分别针对何种失效形式？在工程设计实践中，对于一般使用的闭式硬齿面、闭式软齿面和开式齿轮传动的设计计算准则是什么？

[解] 失效形式：轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形。当齿根弯曲应力过大或突然过载、冲击载荷等易产生折断。在闭式传动中，若接触应力过大，齿轮工作一段时间后会出现点蚀。齿面磨损是由于齿面间的灰尘、硬屑粒等引起的。齿面胶合是在高速、重载传动中，高温、高压使两接触面熔粘在一起而产生的。塑性变形是在重载情况下产生的。

计算准则；齿面接触疲劳强度计算，针对齿面点蚀；齿根弯曲疲

4

劳强度计算，针对齿根弯曲疲劳折断。闭式硬齿面齿轮传动设计准则：按弯曲疲劳强度和接触疲劳强度设计；闭式软齿面齿轮传动设计准则：按接触疲劳强度设计，校核弯曲疲劳强度；开式齿轮传动设计准则：按弯曲疲劳强度设计。

4-9 已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮m=2mm，z1=20,z2=45,试计算这对吃乱的分度直径、齿顶高、齿根高、顶隙、中心距、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径、齿距、齿厚和齿槽宽。 [解]

d1?2?20?40mmd2?2?45?90mmha?1?2?2mmhf?1.25?2?2.5mmc?2.5?2?0.5mmda1?40?2?2?44mmda2?90?2?2?94mmdf1?40?2?2.5?35mmdf2?90?2?2.5?85mmdb1?40cos20?37.588mmdb2?90cos20?84.572mmp?2??6.28mms?e?3.14

4-11 试比较正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆和齿根圆，在什么条件下基圆大于齿根圆？什么条件下基圆小于齿根圆？ [解]

5

db?dcos??mzcos20df?d?2.5m?m(z?2.5)df?db?m(z?2.5?0.9397z)?m(0.0603z?2.5)由上式可见，当齿数z增大时，（df?db）值亦增大。 当df?db?0时，得2.5?41.40.0603因此，当z?42时，df?db；反之，当z?42时，df?db。 z=4-18 在图示的二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器中，已知从Ⅰ轴输入，Ⅲ轴为输出轴，其转动方向如图所示，齿轮4的轮齿旋向为右旋。试解答：

（1）标出输入轴Ⅰ和中间轴Ⅱ的转向

（2）确定并标出齿轮1、2和3的齿轮旋向，要求使

Ⅱ轴上所受轴向力尽可能小。

（3）标出各个齿轮在啮合点处所受各分力的方向。 （4）画出Ⅱ轴联同齿轮2和3一体的空间受力图。

[解]（1）输入轴，中间轴；

（2）轮Ⅰ右旋，轮2左旋，轮3左旋；、 （3）如图； （4）如图。

第五章 轮系及其设计

5-1 什么是惰轮？它在轮系中起什么作用？ [解]

其齿数不影响传动比大小，但改变从动轮转向的齿轮，其作用是改变从动轮转向。

6

5-2 在定轴轮系中，如何来确定首、末两轮转向间的关系？ [解] （1）当所有齿轮轴线平行时，可用（-1）m确定：

（2）用画箭头的方法。

5-10 在图5-16所示的滚齿机工作台的传动系统中，已知各齿轮的齿数为z1=15,z2=28,z3=15,z4=55, z9=40，被加工齿轮B的齿数为2，试计算传动比i75。 [解]

iAB?nAzB??72nBzAz1z4z7z915?55z7?40?z2z3z5z828?15z5?1n7z515?55?40???1.09n5z728?15?72又iAB?则i75?

第八章 带传动

8-1 V带传动为什么比平带传动承载能力大？ [解]

因为V带安装在楔形面内，V带传动产生的摩擦大于平带传动产生的摩擦力，这种现象也称V带传动的楔面摩擦效应。另外，V带传动通常是多根带同时工作，所以V带传动与平带传动相比可以传递更大的功率。

8-2 传动带工作时有哪些应力？这些应力是如何分布的？最大应力点在何处？ [解]

有拉应力，离心应力和弯曲应力三种应力。应力分布如图8-13。最大应力发生在紧边绕入小带轮处。

7

8-3 影响带传动承载能力的因素有哪些？如何提高带传动的承载能力？ [解]

有摩擦系数、包角和初拉力。摩擦系数、包角和初拉力越大，带的承载能力越大。

8-4什么是弹性滑动？什么是打滑？在工作中弹性滑动和打滑是否都能避免？为什么？ [解]

因材料的弹性变形而引起的带与带轮轮缘表面之间产生的相对滑动现象称为弹性滑动。

打滑是由于过载所引起的带在带轮上的全面滑动。打滑是可以避免的，而弹性华东是不可避免的。 8-5 带传动的失效形式有：①打滑；②疲劳破坏。

设计准则：保证带传动不发生打滑的前提下，充分发挥带传动的能力，使传动具有一定的疲劳强度和寿命。

8-6 为什么V带剖面的楔角为40，而带轮的槽角则为

32、34、36及38？

[解]

由于带在带轮上弯曲时要产生横向的楔角边小。

第九章 链传动

9-1 套筒滚子链的结构如何组成的，链的节距和排数对承载能力有何影响？

8

[解]

套筒滚子链由滚子1、套筒2、销轴3、内链板4和外链斑5组成正比。

增大链节距p可提高承载能力。链传动的承载能力与链的排数成正比。

第十章 联接

10-1 螺纹的主要类型有哪几种？如何合理地选用？

[解] 类型：矩形螺纹、三角螺纹（普通）、梯形螺纹和锯齿螺纹。

应用见表10-2

10-2 螺纹联接的种类有哪些？它们个用在何种场合？

[解] 类型：螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接和紧定螺钉连接。

选用见表10-3

10-3 螺纹的主要参数：（1）大径d（D）（2）小径d1（D1）（3）中径d2(D2)；（4）螺距p;(5)导程s（6）螺纹升角；（7）牙型；（8）牙型斜角（9）螺纹牙的工作高度h。 螺距和导程的关系： s=np 单线时相等

10-4 螺纹联接常用的防松方法有哪几种？它们防松的原理是怎么样的？

[解] 方法：摩擦防松、机械防松、破坏纹副的防松。防松原理都

是防止螺旋副相对转动。

10-15,16,17,18,19,20在书上P177

9

第十一章 轴

11-1 轴按承载情况可分为哪三种轴？ [解]

类型：心轴、转轴、传动轴。自行车前轴、滑轮轴都是心轴。 11-2 试述设计轴的一般步骤。 [解]

（1）选择轴的材料；（2）初估轴的直径；（3）轴的机构设计；（4）轴的强度计算。

11-3 轴对材料有哪些要求？轴的常用材料有哪些？ [解]

要求：足够的疲劳强度，对应力集中敏感性小，易于加工，价格合理。

常用的材料：碳素钢和合金钢。

11-5 轴上零件为什么要作轴向固定？试说明其定位方法及特点。 [解]

步骤：（1）作出轴的空间受力图；（2）作出水平玩具图和垂直平面弯矩图；（3）计算合成弯矩图；（4）作扭矩图；（50计算当量弯矩（6）计算危险截面的轴径。

11-7 计算当量弯矩的公式Me?M2?(?T)2中，?意义如何？取值如何确定？ [解]

?为由扭矩性质而定的折合系数。

10

对于不变转矩?=0.3；对于脉动循环变化的转矩?=0.6；对于对称循环变化的转矩?=1。

11-8 一直齿圆柱减速器如图11-15所示，z2=22，z3=77，由轴Ⅰ输入的功率P=20kW，轴Ⅰ的转速n1=600r/min，两轴材料均为45号钢，试按转矩初步确定两轴的直径。 [解] 轴Ⅱ转速

22?600?171.43r/min77由表11?2，取A?110，则n2?3d1?110320?35.4mm600

20?53.75mm171.43圆整后d1?36mm,d2?54mmd2?11011-10 指出图11-7中所示轴系结构上的主要错误，并改正。

[解]

1）左键太长，端盖无法装入；

2）左边零件轴向未定位

3）没有调整垫片，无法调整轴承游隙；

4）左端盖与轴间无间隙，没有密封装置； 5）左边轴承装反了；

6）精加工年太长，左轴承拆卸困难，没有非定位州肩； 7）套筒太厚，超过轴承内圈，轴承无法拆卸； 8）齿轮宽度过短，套筒抵不住齿轮； 9）右轴承应与左轴承同型号，成对安装；

11

10）右轴承未轴向固定；

11）齿轮无润滑，轴承脂润滑无挡油环。

第十二章 滚动轴承

12-1 选择滚动轴承应考虑哪些因素?球轴承和滚子轴承在极限转速

和承载能力方面各有什么特点?

[解］ 选择滚动轴承时应考虑轴承所受的载荷情况,轴承转速,调

心性能和结构等要求.

球轴承一般极限转速较高,但承载能力较低;滚动轴承极限

转速

低,而承载能力较高.

12-2 滚动轴承的主要失效形式有那几种?设计准则是什么?

[解] 主要失效形式:疲劳点蚀,塑性变形,磨损,胶合和保持架破

损等.

设计准则:寿命计算,针对疲劳点蚀;静载荷计算,针对塑性

变形.

12-3试述滚动轴承基本额定寿命,基本额定动载荷及当量动载荷的含义.在寿命期限内轴承是否出现点蚀?

[解] 基本额定寿命:一批同型号的轴承,在相同条件下运转,其可靠度为90%时,能够达到或超过的总转速或工作小时数.

基本额定动载荷:轴承基本额定寿命 L=1X106r 时，轴承所能承受的载荷值。

当量动载荷：在某一恒定的径向（或轴向）载荷，在该载荷

12

作用下，轴承具有与实际载荷作用下相同的寿命，此载荷称当量动载荷。

在寿命期限内轴承可能会出现点蚀。出现点蚀的概率为

10%

12-4在什么情况下滚动轴承要进行静强度计算？

[解] 在低速或摆动时，当载荷很大或有冲击载荷时要进行静强度计算。

12-5 滚动轴承的润滑和密封意义何在？什么情况下选用脂润滑？ [解] 润滑的目的：减少摩擦，降低磨损，具有冷却，吸振，防锈等作用。

密封的目的：防止灰尘，水分等进入轴承，并阻止润滑剂流失。一般在速度较低时（dn值较小），选用润滑脂 12-6 例题P203

12-9 查手册，给出下列轴承的名称，并找出他们的内，外径与宽度

尺寸，以及额定动载荷，额定静载荷与极限转速；6028 ，63706/P4，1206/P5，N206，7206C，30206/P5，51206。 [解] 6310 –深沟球轴承，内径为50mm外径110mm，宽度27mm，

额定动载荷48.4KN静载荷36.3KN限转速6000（7500）r/min.

1206—调心球轴承，内径为30mm，外径为620mm，宽度

16mm，额定动载荷12.3KN，额定静载荷5.78KN，极限转速7500（9500）r/min.

N206—外圈无挡边的圆柱滚子轴承，内径为30mm，外径

13

62mm，

宽度16mm，额定动载荷18.8KN，额定静载荷11.4 KN极限转速8500（11000）r/min

7206C- 内径为50mm外径110mm，宽度27mm， 额定动载荷48.4KN静载荷36.3KN限转速6000（7500）r/min. 30206/P5--内径为30mm外径62 mm，宽度16mm， 额定动载荷19.5KN静载荷17.5KN限转速7000（9000）r/min.

12-13根据工作条件，决定在某传动轴上安装一对接触轴承，如图12-15所示，已知两个轴承的载荷分别为R1-1470N，R2＝2650N，总轴向力Fa=1000N，方向向左，轴承直径D=40mm,转速N=5000r/min常温下运转，有中等冲击，预期寿命2000h,试选择轴承型号。

[解] 1)初选7000AC轴承，由表12-13，S=0.68R 则；

S1=0.68R1=0.68?1470=999.6N S2=0.68R2=0.68?2650=1802N 2)计算轴向力

轴承1“压紧”。则 因S2?Fa?S1,故轴承2“放松”A1=S2+Fa=1802+1000=2802N A2=S2=1802N 3)计算当量动载荷 由表12-12查的e=0.68,而

14

A12802==1.91>e R11470 由

A21802==0.68=e R22650表12-12得，

X1?0.41；Y1?0.87；X2?1；Y2?0，故当量动载荷为

P1=X1R1+Y1A1=0.41?1470+0.87?2802=3040.44N P2=X2R2+Y2A2=1?2650+0?1802=2650N 4)计算轴承应有的基本额定动载荷

因P1>P2,故以1轴承的当量动载荷P1为依据。由表12-10查得fp=1.5，则

fP60n?Lh? C≥p??ft?106?1?1.5?3040.4?60?5000???2000??61?10?13＝

38465.6N

5）由手册或轴承样本得，7308AC轴承的基本额定动载荷C=39200N，可以满足要求。

第十四章 联轴器和离合器

14-1联轴器和离合器的异同点有哪些？

[解]区别：联轴器只有在机器停车后才能拆卸，而离合器在机器工作过程中随时可接合或分离。

14-2 常用的联轴器有哪些类型有？并说明其特点和应用。 [解]常用联轴器类型有：

（1）刚性联轴器：固定式和可移式。固定式联轴器

不能补偿两轴的相对位移，可移式能补偿两轴

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的相对位移。

固定式联轴器用于两轴严格对中的场合，可移式用在两

轴有偏斜或有相对位移的联接中。

（2）弹性联轴器，能补偿两轴的相对位移，并具有

收

振动和冲击的能力。应用广泛。

14-3 刚性联轴器与弹性联轴器有什么差别？它们各适

用于哪种情况？

[解]差别：有无弹性元件，能否缓冲，吸振。刚性联轴器用于载荷平稳的场合，弹性联轴器用于有冲击，振动载荷的场合。

14-4如何选择联轴器？

[解]选择联轴器时应考虑被联接两轴的对中性，载荷的大小和性质，工作转速，环境温度等。

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整理

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