机械设计思考题集

机械设计思考题集

第一章 机械设计总论

1.机械设计的基本要求？机械设计的准则？常用的机械设计方法有哪些？

2.什么叫机械零件的失效？机械零件失效的形式有哪些？机械零件失效的原因？

3.表面损伤失效的分类，及其成因以及避免措施？ 表面强化？表面强化深度的影响因素，如何控制其强化深度？

4.什么是标准化、系列化、和通用化？机械设计中“三化”有什么意义？

第二章 机械零件的强度

1.作用在机械零件上的变应力有哪几种类型？如何区分它们？

2.何为工作载荷、名义载荷、和计算载荷？名义载荷与计算载荷有和关系？

3怎样区分表面挤压应力和表面接触应力？试说明两圆柱体接触应力计算公式 中各符号的意义。

4.什么是静载荷、变载荷、和变应力？试举出两个机械零部件在工作时受静载荷作用而产生变应力的例子？

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5．什么是稳定变应力和非稳定变应力？双向稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算如何进行？

6.什么是材料的疲劳极限？试根据材料的疲劳曲线（σ-N曲线），说明什么叫循环基数Ν0、条件疲劳极限NrN和疲劳极限σr，并根据疲劳曲线方程导出NrN 的计算公式。 极限应力线图有何用处？

7.影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？原因是什么？为什么影响因素中的Kσ、εσ、β只对变应力的应力幅部分有影响？ 如何提高机械零件的疲劳强度？

8.疲劳破坏与静强度破坏的区别？ 试述金属材料疲劳断裂的过程？

摩擦与润滑

9.何谓摩擦？常见润滑方式有哪几种？各有何特点？

10.何谓磨损？按机理不同，磨损可分为哪几类？各有何特点？减轻磨损的途径有哪些？

11.零件的正常磨损分为几个阶段？每阶段各有何特点？试画出正常磨损过程中磨损量随时

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间变化的曲线图？

12.润滑油、润滑脂各有何主要性能指标？如何理解黏度的概念？

13.润滑有何作用？常用润滑剂有哪几类？各适用什么场合？

14.润滑剂黏度对摩擦的影响？温度压力变化对润滑油粘度的影响？

15．在进行机械零件有限寿命的疲劳强度计算时，需将材料的疲劳曲线修正成零件的疲劳曲线。有几种修正方法？各有何优缺点?

第三章 螺纹连接

0.常用螺纹分类？各有什么特点？其应用场合是什么？

1.螺纹连接的主要失效形式有哪些？

2.螺栓组连接受力分析的目的是什么？在进行受力分析时，通常要做哪些假设条件？螺栓柱连接结构设计应考虑哪些方面的问题？

3提高螺纹连接强度的措施有哪些？

4.受拉伸载荷作用的紧螺栓联接中，为什么总载荷不是预紧力和拉伸载荷之和？ 对于受轴向变载荷作用的螺栓，可以采取哪些措施来减小螺栓应力 σa？

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5.在螺纹连接中，螺纹牙间载荷分布为什么会出现不均匀现象？常用哪些结构可使螺纹牙间载荷分布趋于均匀？

6.什么是螺栓的预紧？螺纹预紧的目的是什么？列举常用的预紧的方法？ 7.为什么对重要联接要控制预紧力大小？控制预紧力大小的方法有哪几种？

8.螺纹的防松？为什么螺纹连接需要防松？防松的实质是什么？有哪几类防松措施？

9.在重要的紧螺栓联接中，为什么尽可能不用小于 M12～M16 的螺纹？

10．提高螺栓疲劳强度的措施有哪些？ 为什么 增大被连接件刚度或减小螺栓刚度 能提高螺栓联接强度？并画出被连接件刚度改变后的力——变形图。 降低螺栓刚度Cb及增大被连接件刚度Cm的措施有哪些？

11.为改善螺纹牙上载荷分配不均现象，常采用悬置螺母或内斜螺母，是分析其原因？

12.偏心载荷对螺栓连接强度有什么影响？常采用哪些措施防止偏心载荷出现？

13.紧螺栓连接强度计算公式 中系数1.3的含义是什么？ 14.为防止螺旋千斤顶失效，社计时应对螺杆和螺母进行哪些验算？

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填空

1.常用螺纹的类型有： 三角形螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹。 2.传动螺纹的牙型斜角比联接螺纹的牙型斜角小，这主要是为了 提高传动效率。

3.普通螺栓承受横向外载荷时，依靠 被联接件接触面间的摩擦力 承载， 螺栓本身受 预紧力 的作用，该螺栓可能的失效形式为 被连接件间的相对滑移。 铰制孔用螺栓连接承受横向外载荷时，依靠 螺栓抗剪切 承载，螺栓本身受 剪切和挤压 力作用，螺栓可能出现的失效形式是 剪断和压溃 。

4.螺纹的公称直径是指螺纹的 大径 ，强度计算中，常用 最小直径 作为危险截面的计算直径；螺纹升角是指螺纹 中径处的升角 。螺旋自锁的条件为 ：螺旋升角ψ小于螺旋副的当量摩擦角ψv 。

5.若螺纹的直径和螺纹副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的 导程S和牙型角。

6.受轴向载荷的紧螺栓连接形式有 普通螺栓连接 和 双头螺柱联接。

7.发动机缸体与气缸的螺栓连接经常拆卸，应该使用 双头螺柱联接 ，为控制预紧力大小需用 定力矩扳手 拧紧。

8.为了提高紧螺栓连接中在变载荷作用下的疲劳强度，则应增大 被联接件的刚度， 减少 联接件的刚度，预紧力 适当增大。

9.螺纹连接预紧的目的在于 增强连接件的可靠性、紧密性，以防止 结合面出现缝隙或滑移。

第四章 带传动

1.带传动是怎样工作的？有什么特点（优点与缺点）？适用于什么场合？

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数和齿高以降低滑动系数，采用极压润滑；提高齿面硬度和减小粗糙度值；材料相同时，大小齿轮保持适当的硬度差，其中最有效办法为采用极压润滑。

6.齿面的塑性变形在何种情况下产生？（塑性变形产生原因？）主动轮与从动轮齿面上的变形有何不同？

原因：在重载下，较软的齿面上可能沿摩擦力方向产生局部的塑性变形，使齿轮失去正确的齿廓，使瞬时传动比发生变化，造成附加动载荷。这种损坏常出现在过载严重和频繁启动的传动中。

减轻措施：设计时进行过载强度计算；提高齿面硬度；采用较高粘度的润滑油。 差别：

7.齿轮材料选择时，应考虑那种因素影响？对齿轮材料性能的要求怎样？常用齿轮材料和热处理方法有哪些？

答：考虑齿轮的失效主要发生在 齿面和齿根，因此对齿轮材料的基本要求是： 齿面有一定的硬度，以获得较高的抗点蚀、抗磨粒磨损、抗胶合、和抗塑性流动的能力；轮齿心部有足够的强度和韧性以获得足够的弯曲疲劳强度。 此外，还应考虑机械加工和热处理的工艺性，以及经济性要求。 热处理方法：

8.开式、闭式齿轮材料的选择各有什么特点？ 闭式传动与开式传动的失效形式和设计准则有什么不同？

10. 硬齿面与软齿面如何划分？各用于什么场合？其热处理方式有何不同？为什么一对软

齿面齿轮的大小齿轮的 材料或热处理方式不一样？

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11. 在进行齿轮强度计算式，为什么引入载荷系数K？K反映了哪些因素的影响（动载系数

有哪几部分组成？）？ 各种系数的影响因素分别是什么？

答：由于原动机性能及齿轮制造与安装误差、齿轮及支撑件变形等因素的影响，实际传动中作用于齿轮上的载荷要比名义载荷大，因此引入载荷系数，以考虑载荷集中和附加动载荷等各种影响载荷的因素计算，更接近实际。

12. 齿轮设计中为什么引入动载系数 Kv ？减小动载荷的方法有哪些？

答：一对理想的渐开线齿廓的齿轮，只要齿距相等（Pb1=Pb2）时才能正确啮合，瞬时传动比才恒定。但由于制造误差、弹性变形等原因，基圆齿距不可能完全相等，这时，当主动轮的角速度ω1 为常数时，从动轮瞬时角速度ω2 将忽大忽小，从而产生附加动载荷，因而引入动载荷系数Kv以考虑考虑齿轮副在啮合过程中由于 啮合误差（基节误差、齿形误差、轮齿变形等）和 运转速度 而引起的内部附加动载荷。 减小附加动载荷最有效措施：对齿轮进行修缘。

13. 哪些因素引起载荷分配不均匀？ 各对齿轮间载荷是怎样分配的？为什么高精度（5级精

度以上）齿轮Ka=1 ？

14. 为什么要引入齿间载荷分配系数Kα，他取决于什么因素？

答：齿轮的重合度重视大于1，说明在一队轮齿的一次啮合过程中，部分时间内为两对轮齿啮合，所以理想状态下应该由各啮合齿对均等承载。但对于低公差等级的齿轮传动，实际情

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况并非如此，他受制造精度、轮齿刚度、齿轮啮合刚度、修缘量、跑合量等多方面因素的影响。齿间载荷分配系数 Kα是由于考虑制造误差和齿轮弹性变形等因素使两对同时啮合的轮齿上载荷分配不均而引起的附加动载荷而引进的修正系数。它取决于轮齿啮合刚度、基圆齿距误差、修缘量、跑合量等多种因素。

根据公式说明提高齿的抗弯能力有哪些可靠措施？ 根据公式说明提高齿的抗点蚀能力有哪些可靠措施？

15. 为什么要引入齿向载荷分布系数Kβ，它的值受哪些因素影响？可采取哪些措施来减小齿

向载荷分布不均的程度？

答：由于制造误差引起的齿向误差、齿轮及轴的弯曲和扭转变形、轴承和支座的变形、及装配误差等，而导致同一对齿轮接触线上各接触点间载荷分部不均匀。为此引入齿向载荷分布系数，用于考虑 实际载荷沿轮齿接触线分布不均 的影响。

减小措施：对称配置轴承，尽量避免悬臂；增大轴、轴承、支座的刚度；将轮齿做成鼓形，将齿轮作鼓形修整，让齿宽中部首先接触，并扩展到整个齿宽，使载荷分布不均现象得到改善；在多级齿轮传动中，若高速级齿轮相对支撑轴承无法对称布置，则应使高速级的齿轮远离转矩输入端； 当轴的刚度非常高，齿宽比较大，而且受力比较大时，在有腹板支撑的部分轮齿刚度较大，而其他部分刚度较小。这种情况，宜加大轮缘厚度，并采用双腹板或双层辐条，以保证轮齿沿齿宽有足够的刚度，是啮合受力均匀； 当轴和轴承的刚度较差，由于周和轴承的变形使齿轮沿齿宽不均匀接触造成偏载时，可通过有限元等方法进行精确计算，改变轮辐的位置和轮缘形状，使沿齿宽受力大处齿轮刚度小，受力小处齿轮刚度大，利用齿轮的不均匀变形补偿轴和轴承的不均匀变形，达到沿齿宽受力均匀分布的目的。

;;;;;;;如果齿轮相对支撑轴承载无法对称布置，则应使齿轮远离转矩输入端，从而

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使由弯矩引起的偏载与由转矩产生的偏载现象得到缓和，否则加重偏载。

16. 试说明齿形系数YFa 和 YSa的物理意义。分别与齿轮的哪些因素有关？

答； 是代表齿轮的几何形状对抗弯强度的影响系数，因此取决于齿轮的形状，即随齿数和变位系数而异，而与模数无关，随着齿数的增加，YFa 减小，YFa 与YSa 乘积减小，则抗弯强度提高。

YSa综合考虑齿根齿根圆角处应力集中和 除弯曲应力以外其余应力对齿根应力的影响。随着齿轮齿数的增加，YSa增大，则弯曲应力相应增大，YFa 与YSa乘积减小，则抗弯强度提高。

17. 为什么齿轮接触强度和抗弯强度计算分别引入重合度系数Zε 和Yε ？在强度公式中

还有什么系数与重合度有关，说明重合度对接触强度和抗弯强度的综合影响。 答：计算接触强度是，由于断面从何度；εα总是大于1，因此单位齿宽载荷减小，度提高，故初始接触线长度b应代以接触线总长度L，并引进重合度系数Zε，用以考虑重合度对单位齿宽载荷的影响。

计算抗弯强度时考虑理论上载荷应由同时啮合的多对齿分担，可用重合度系数Yε对齿根弯曲应力进行修正。重合度越大，单位齿宽载荷越小，接触强度提高，同理，抗弯强度提高。

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

点？ 一对直齿圆柱齿轮的齿面接触应力的大小与齿轮的哪几个参数有关？ 在哪一点啮合的接触应力最大？

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一对圆柱齿轮传动，大齿轮和小齿轮的接触应力是否相等？如果大、小齿轮的材料及热处理情况相同，则其需用接触应力一定相等吗？ 若接触疲劳许用应力大小相等，那么大小轮的疲劳强度大小相等吗？

答：一对圆柱齿轮传动，小齿轮的大齿轮在啮合处的接触应力必然相等。

若大小齿轮的 材料和热处理方式相同，即热处理后硬度也相同，则其接触 许用应力不一定相等，因为接触疲劳许用应力 [σH]= σHlim·ZN／SH ，即使材料的材料热处理方式都相同，热处理后硬度也相同，则σHlim相同；安全系数SH 也相同 ，但是，寿命系数 ZN 取决于循环次数，而小齿轮的循环次数大于大齿轮的循环次数，所以，一般情况下大小齿轮的接触疲劳许用应力不相等；而当大小齿轮的循环次数都大于循环基数 时，则寿命系数等于1，此种情况下的大小齿轮的接触疲劳许用应力相等。

如果其接触疲劳许用应力相等，则大小齿轮的接触疲劳强度大小相等，因为 SH=σH／[σH].

19. 试说明小齿轮齿数的选择原则和对齿轮传动质量的影响？ 闭式传动的软齿面与硬齿面

及开式传动中，z1的选择有何不同？

20. 配对齿轮的齿面有较大的硬度差时，对较软齿面会产生什么影响？

21. 在直齿轮和谐齿轮传动中，为什么将小齿轮设计的比大齿轮宽些？

答：一般将小齿轮齿宽在计算基础上再加大5-10mm，目的是为了防止安装误差造成的实际接触宽度减小，保证足够的接触强度，但计算是按大齿轮宽度计算。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/f1n7.html