《机械设计基础》综合复习资料

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一、简答题

1.简述机器与机构的定义，在生产中举出一机器应用的事例，并说明其有哪些机构组成。

机器定义：由零件组成的执行机械运动的装置。用来完成所赋予的功能，如变换或传递能量、变换和传递运动和力及传递物料与信息。

机构的定义：由两个或两个以上构件通过活动联接形成的构件系统。

举例：开卷机由圆柱齿轮机构、底座滑动机构、电机传动机构、带钢压紧机构等组成。

2.请说明铰链四杆机构成为双摇杆机构的条件。

铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，就一定是双摇杆机构

3.说明为什么带传动需要的张紧力大而链传动需要的张紧力小，哪种传动一般紧 边在上，哪种传动一般紧边在下，为什么？

因为带传动张紧力的大小决定工作能力的大小，而链传动张紧力不决定工作能力，只是控制松边垂度和防止脱链、跳齿。

链传动一般紧边在上，带传动一般紧边在下。链传动一般紧边在上因为以免在上的松边下垂度过大阻碍链轮的正常运转；

4.请给出齿轮传动失效的主要形式，并说明闭式软齿面齿轮传动应该按照何种强 度准则进行设计，何种强度准则校核，为什么？

答：齿轮传动失效的主要形式：1、轮齿折断；2、齿面点蚀；3、齿面磨损；4、齿面胶合；5、塑性变形。

闭式软齿面齿轮传动应该按照齿面接触疲劳强度设计，按齿根弯曲疲劳强度校核。因为闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是接触疲劳磨损即点蚀失效为主。 5.说明回转类零件动平衡与静平衡的区别。

答：1）静平衡

在转子一个校正面上进行校正平衡，校正后的剩余不平衡量，以保证转子在静态时是在许用不平衡量的规定范围内，为静平衡又称单面平衡。 2）动平衡

在转子两个校正面上同时进行校正平衡，校正后的剩余不平衡量，以保证转子在动态时是在许用不平衡量的规定范围内，为动平衡又称双面平衡。

6.请给出下列滚动轴承的类型、内径和精度等级。 6208 7013C 30210/P2 51205/P6

答：6208 为深沟球轴承， 内径为40mm，精度等级为0级； 7013C 为角接触球轴承，内径为65mm，精度等级为0级； 30210/P2为圆锥滚子轴承，内径为50mm，精度等级为2级； 51205/P6为推力球轴承，内径为25mm，精度等级为6级； 7.给出2种螺栓联接防松的方法，并说明其依据的原理。 答：弹簧垫圈防松，防松原理是增大相对运动的难度；

圆螺母与止动垫圈防松，防松原理是消除（或限制）螺纹副之间的相对运动； 8.请说明离合器和联轴器作用的差异，并各给出一个应用的例子。

答：离合器和联轴器作用的差异在于联轴器将两轴连接后，机械在运转中两轴不能分离，只有停机后才能拆开。而离合器在机械运转中能随时结合与分离，实现机械操作系统的断续、变速、换向。

联轴器一般用于动力机（如电机）与工作机之间的链接，离合器用于操作机构中，比如汽车离合器是传动系中起到动力传递的结合和分离及过载保护作用。

9.请给出机构压力角的含义，绘图标出齿轮机构、凸轮机构的压力角。

压力角:若不考虑各运动副中的摩擦力及构件重力和惯性力的影响,作用于点C的力P与点C速度方向之间所夹的锐角.

凸轮机构的压力角

图一

10.请说明离合器和联轴器作用的差异，并各给出一个应用的例子。 同第8题

11.试说明设计蜗轮蜗杆减速箱时，为什么要进行散热计算。

答：蜗杆传动的效率低，工作时发热量大。在闭式传动中，产生的热不能及时散逸，将因油热不断升高而使润滑油稀释，从而增大摩擦，甚至发生胶合。必须进行热平衡计算，以保证油温稳处于规定的范围内。

12．飞轮是如何调节机器周期性速度波动的?

答：当机械中出现盈功，动能增加时，飞轮将多余的动能储存起来，使机械的速度不致增加过大；当机械出现亏功，动能减少时，飞轮将储存的动能释放出来，以补充动能的不足，使机械的速度不致降低过大。

13．试画出带传动的应力分布图，并指出最大应力发生的位置。

最大应力

发生在带的紧边开始进入小带轮处。

14．蜗轮蜗杆传动的正确啮合条件是什么？蜗杆的分度圆直径d1?mz1正确吗？

答：蜗杆蜗轮正确啮合的条件为：中间平面内蜗杆与蜗轮的模数和压力角分别相等。 蜗杆的分度圆直径d1?mz1不正确

15．请给出三种以上螺栓联接防松的方法，并简要分析其特点。

答：弹簧垫圈防松，用于螺栓的一般防松；

圆螺母用止动垫圈防松，用于圆螺母连接的防松； 开口销防松，用于防止螺母脱落部位防松。

16．以下材料适合制造何种机械零件？并各举一例。

20Cr 35 ZG270-500 ZPbSb16Cu2

答：20Cr这种钢大多用于制造心部强度要求较高，表面承受磨损、截面在30mm以下的或形状复

杂而负荷不大的渗碳零件(油淬)，如：机床变速箱齿轮、齿轮轴、凸轮、蜗杆、活塞销、爪形离合器等；对热处理变形小和高耐磨性的零件，渗碳后应进行高频表面淬火，如模数小于3的齿轮、轴、花键轴等。此钢也可在调质状态下使用，用于制造工作速度较大并承受中等冲击负荷的零件，这种钢还可用作低碳马氏体淬火用钢，更进一步增加钢的屈服强度和抗拉强度(约增加1.5～1.7倍)。

35号钢广泛用于制造各种锻件和热压件、冷拉和顶锻钢材，无缝钢管、机械制造中的零件，如曲轴、转轴、轴销、杠杆、连杆、横梁、套筒、轮圈、垫圈以及螺钉、螺母等。

ZG270-500应用广泛，用于制作飞轮、车辆车钩、水压机工作缸、机架、蒸气锤气缸、轴承座、连

杆、箱体、曲拐

ZPbSb16Cu2

17．写出下列滚动轴承的内径、类型及精度等级。

6204,7012C，30310,51103/p6

6204轴承内径20mm,属深沟球轴承，精度等级0级 7012C轴承内径60mm,属单列角接触球轴承，精度等级0级 30310轴承内径50mm,属圆锥滚子轴承，精度等级0级 51103/p6轴承内径17mm,属推力球轴承，精度等级6级 18．试说明链传动的瞬时传动比为什么不恒定？

答：链子在链轮上呈现的是近似圆的多边形,边长就是链子的节长.多边型转动的时候,其顶点半径最大,边上其他点处都小.由于链子随旋转位置,其半径在变化,所以链子的直线运动速度是变化的->链传动不能保持恒定的瞬时传动比

19．齿轮传动的主要失效形式是什么?

第4题包含

二、分析题

1. 如图二—1所示为二级圆柱齿轮传动，已知1轮为驱动轮，4轮的螺旋线方向和转向如图所示。为了使II轴上所受的轴向力抵消一部分，试确定各轮的螺旋线方向并将各轮轴向力Fa1、Fa2、Fa3、Fa4的方向、1轮的转动方向标在图中。

题二—1图

2．在其他条件不变时，当球轴承所承受的当量动载荷增加一倍时，轴承寿命将如何变化？在其他条件不变时，当球轴承的转速增加一倍时，轴承寿命将如何变化？

答：在其他条件不变时，当球轴承所承受的当量动载荷增加一倍时，轴承寿命将减少到原寿命的1/8；

3.如题二—3图所示为一手动提升机构，1、2为斜齿轮，3、4为一对蜗轮蜗杆传动，已知1、2轮齿数Z1=20，Z2=30，蜗杆头数Z3=1蜗轮齿数Z4=100，试求：

⑴手轮按图示方向转动提升重物Q时，蜗杆、蜗轮是左旋还是右旋； ⑵为使蜗杆轴上轴向力抵消一部分，斜齿轮的螺旋线方向如何？

题二—3图

4．某内圆磨床中磨头的一个滚动轴承，工作几个月后发现该轴承的滚动体表面出现凹坑，经计算该轴承寿命应为21 000h,而现在提前坏了，试问： ①这是何现象？

轴承的疲劳点蚀现象。

②该轴承是否可以继续使用？ 不能继续使用 ③应采取何措施？

精确安装轴承;保证轴承润滑良好。

三、计算题

1.如题三—1图所示的平面机构，试求其自由度(如有复合铰链、虚约束、局部自由度请标出)。

题三—1图

2. 如图所示为一蜗杆 - 斜齿轮 – 直齿圆锥齿轮传动系统。己知蜗杆1为主动件，从动件锥齿轮6的转向为n 6。为使中间轴上各轮的轴向力能相互抵消一部分，试确定1、2、3、4各轮的旋向和转向，并在图上轮齿啮合点处画出1轮、4轮和5轮所受各力的方向。

3.已知在某二级直齿圆柱齿轮传动中，1轮为驱动轮，4轮的螺旋线方向如图所示。为了使II轴轴承上所受的轴向力抵消一部分，试确定各轮的螺旋线方向并将各轮轴向力Fa1、Fa2、Fa3、Fa4的方向、1轮的转动方向标在图中。

ⅠⅡⅢ

（3轮为右旋；2轮为右旋，1轮为左旋；各轮轴向力略。）

4.如题三-1图所示平面机构，试求其自由度(如有复合铰链、虚约束、局部自由度请标出)。

题三—1图

5. 现有一对标准直齿圆柱齿轮，模数为2.5mm，标准齿制，大齿轮齿数为45,小齿轮齿数为18,压力角为20o，求该对齿轮的标准中心距和齿轮的齿顶圆、分度圆、齿根圆、基圆直径。

6.如题三-3图所示轮系中，已知：Z1?60,Z2?48,Z2??80,Z3?120,

Z3??60,Z4?40,蜗杆为右旋，Z4??2,Z5?80,Z5??65,模数m?5mm，主动轮1的转向如图所

示，转数为n1?240rmin，试求：齿条6的移动速度V6的大小？

题三—3图

四、改错题

1. 说明图中所标处为什么不合理？并将其改正。

① 1处错误在于轴肩太高，无法拆轴承的内圈，应将轴肩高度降至低于轴承内圈外径； ② 2处错误在于与轮箍配合的轴段太长，套筒无法夹紧轮箍，应将该段轴长短于轮箍宽度2～3mm；

③ 3处错误在于螺纹没有退刀槽，应设计上退刀槽； ④ 4处错误在于该段无法安装止动垫片，轴上应有槽；

⑤ 5处错误在于两键槽不在同一母线上，应改在同一母线上，便于加工制造。 改正图略。

2. 标出图示轴结构设计中的错误，并重新画出上半部(或下半部)

① 右端皮带轮定位不能既用轴肩定位又用锥轴定位，应将轴肩去掉；

② 左右轴承内圈外径都与轴肩或套筒外径一样高，没法拆卸，应将轴肩和套筒外径减小； ③左右轴承均为角接触球轴承，为反装，不能承受轴向力，应改为正装。 改正图略。

3. 试指出该轴的设计错误，并画出改正图。

答案：略

五、设计题

1. 某厂设计的一传动轴，轴上安装有一对轴承，齿轮和皮带轮，请给出轴的结构图，并说明这齿轮和皮带轮如何在轴向和周向定位。

解：

齿轮和皮带轮在轴上用键实现周向定位；齿轮和皮带轮在轴上用轴肩实现轴向定位。

2. 设计一个将旋转运动变成往复直线运动的装置，要求，直线运动的距离为300毫米，电机的转速为1450rpm，执行机构每分钟工作次数为14次，请设计传动系统和执行机构，并说明你设计的优点和不足。 解：i14?i12?i34?1450725250?290 ??14714?20Z1?14,Z2?250,Z3?20,Z4?290

卷筒的直径D ?D?300 D?300??95.54 mm

优点：采用两级齿轮传动进行减速，齿轮传动寿命长，传动效率高等优点，执行机构为卷筒，使用方便，可使用在不同场合。

缺点：齿轮传动费用高，卷筒钢丝绳容易疲劳破坏。

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