《南昌工程学院机械设计基础》习题与解答 一、选择题 1. 曲柄摇杆机构中，摇杆为主动件时， B 死点位置。 （A）不存在（B）曲柄与连杆共线时为（C）摇杆与连杆共线时为 2. 曲柄摇杆机构中，曲柄为主动件时， C 死点位置。 （A）曲柄与连杆共线时（B）摇杆与连杆共线时（C）不存在 3. 为保证四杆机构良好的机械性能， B不应小于最小许用值。 （A）压力角；（B）传动角（C）极位夹角 4. 平面四杆机构无急回特性时的行程速比系数 C。 （A）K＞1 （B）K＜1 （C）K=1 5. 在双曲柄机构中，已知三杆长度为a=80mm，b=150mm，c=120mm，则d杆长度为 B 。 （A）＜110mm （B）110mm≤d≤190mm （C）≥190mm 6. 凸轮机构中的压力角是指 A 间的夹角。 （A）凸轮上接触点的法线与从动件的运动方向 （B）凸轮上接触点的法线与该点线速度 （C）凸轮上接触点的切线与从动件的运动方向 7. B 决定了从动杆的运动规律。 （A）凸轮转速（B）凸轮轮廓曲线（C）凸轮形状 8. 凸轮机构中，基圆半径是指凸轮转动中心至_C_向径。 （A）理论轮廓线上的最大（B）实际轮廓线上的最大 （C）理论轮廓线上的最小（D）实际轮廓线上的最小 9. 在曲柄滑块机构中，当取滑块为原动件时，_C_死点位置。 （A）有一个（B）没有（C）有两个（D）有三个 10.对于铰链四杆机构，当满足杆长之和的条件时，若取__C_为机架，将得到双曲柄机构。 （A）最长杆（B）与最短杆相邻的构件 （C）最短杆（D）与最短杆相对的构件 11.曲柄摇杆机构中，曲柄为主动件，则传动角是_B_。 （A）摇杆两个极限位置之间的夹角（B）连杆与摇杆之间所夹锐角
A卷 一、简答与名词解释(每题5分，共70分) 1. 简述机构与机器的异同及其相互关系 答. 共同点：①人为的实物组合体；②各组成部分之间具有确定的相对运动；不同点：机器的主要功能是做有用功、变换能量或传递能量、物料、信息等；机构的主要功能是传递运动和力、或变换运动形式。相互关系：机器一般由一个或若干个机构组合而成。 2. 简述“机械运动”的基本含义 答. 所谓“机械运动”是指宏观的、有确定规律的刚体运动。 3. 机构中的运动副具有哪些必要条件？ 答. 三个条件：①两个构件；②直接接触；③相对运动。 4. 机构自由度的定义是什么？一个平面自由构件的自由度为多少？ 答. 使机构具有确定运动所需输入的独立运动参数的数目称机构自由度。平面自由构件的自由度为3。 5. 机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况？ 答. 机构具有确定运动条件：自由度＝原动件数目。原动件数目<自由度，构件运动不确定；原动件数目>自由度，机构无法运动甚至构件破坏。 6. 铰链四杆机构有哪几种基本型式？ 答. 三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 7. 何谓连杆机构的压力角、传动角？它们的大小对连杆机构的工作有何影响？以曲柄为原动件的偏置曲柄滑块机构的最小传动角minγ发生在什么位置？ 答. 压力角α：机构输出构件（从动件）上作用力方向与力作用点速度方向所夹之 锐角；传动角γ：压力角的余角。α＋γ≡900 。压力角（传动角）越小（越大）， 机构传力性能越好。偏置曲柄滑块机构的最小传动角γmin发生在曲柄与滑块移动导路垂直的位置 8. 什么是凸轮实际轮廓的变尖现象和从动件（推杆）运动的失真现象？它对凸轮机构的工作有何影响？如何加以避免？
机械设计概述 1.1机械设计过程通常分为哪几个阶段？各阶段的主要内容是什么？ 答：机械设计过程通常可分为以下几个阶段： 1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。 2.方案设计在满足设计任务书中设计具体要求的前提下，由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较，从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。 3.技术设计完成总体设计、部件设计、零件设计等。 4.制造及试验制造出样机、试用、修改、鉴定。 1.2常见的失效形式有哪几种？ 答：断裂，过量变形，表面失效，破坏正常工作条件引起的失效等几种。 1.3什么叫工作能力？计算准则是如何得出的？ 答：工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力。对于载荷而言称为承载能力。 根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。 1.4标准化的重要意义是什么？ 答：标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少，简化生产管理过程，降低成本，保证产品的质量，缩短生产周期。
摩擦、磨损及润滑概述 2.1按摩擦副表面间的润滑状态，摩擦可分为哪几类？各有何特点？ 答：摩擦副可分为四类：干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。 干摩擦的特点是两物体间无任何润滑剂和保护膜，摩擦系数及摩擦阻力最大，磨损最严重，在接触区内出现了粘着和梨刨现象。液体摩擦的特点是两摩擦表面不直接接触，被液体油膜完全隔开，摩擦系数极小，摩擦是在液体的分子间进行的，称为液体润滑。边界摩擦的特点是两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，但由于边界膜较薄，不能完全避免金属的直接接触，摩擦系数较大，仍有局部磨损产生。混合摩擦的特点是同时存在边界润滑和液体润滑，摩擦系数比边界润滑小，但会有磨损发生。 2.2磨损过程分几个阶段？各阶段的特点是什么？ 答：磨损过程分三个阶段，即跑合摩合磨损阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段。各阶段的特点是:跑合磨损阶段磨损速度由快变慢；稳定磨损阶段磨损缓慢，磨损率稳定；剧烈磨损阶段，磨损速度及磨损率都急剧增大。 2.3 按磨损机理的不同，磨损有哪几种类型？ 答：磨损的分类有磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损点蚀、腐蚀磨损。 2.4 哪种磨损对传动件来说是有益的？为什么？ 答：跑合磨损是有益的磨损，因为经跑合磨损后，磨损速度减慢，可改善工作表面的性质，提高摩擦副的使用寿命。 2.5如何选择适当的润滑剂？ 答：选润滑剂时应根据工作载荷、运动速度、工作温度及其它工作条件选择。 当载荷大时，选粘度大的润滑油，如有较大的冲击时选润滑脂或固体润滑剂。高速时选粘度小的润滑油，高速高温时可选气体润滑剂；低速时选粘度小的润滑油，低速重载时可选润滑脂；多尘条件选润滑脂，多水时选耐水润滑脂。 2.6润滑油的润滑方法有哪些？ 答：油润滑的润滑方法有分散润滑法和集中润滑法。集中润滑法是连续润滑，可实现压力润滑。分散润滑法可以是间断的或连续的。间断润滑有人工定时润滑、手动油杯润滑、油芯油杯润滑、针阀油杯润滑、带油润滑、油浴及飞溅润滑、喷油润滑、油零润滑等几种。 2.7接触式密封中常用的密封件有哪些？ 答：接触式密封常用的密封件有O形密封圈，J形、U形、V形、Y形、L形密封圈，以 2.8非接触式密封是如何实现密封的？ 答:非接触式密封有曲路密封和隙缝密封，它是靠隙缝中的润滑脂实现密封的。
机械设计课后习题答案 3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数60105?=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 [解] MPa 6.373107105180936910111=???==--N N σσN MPa 3.324105.2105180946920112=???==--N N σσN MPa 0.227102.61051809569 30113=???==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σ Φ，试绘制此 材料的简化的等寿命寿命曲线。 [解] )170,0('A )0,260(C 00 12σσσΦσ-=- σΦσσ+= ∴-1210 MPa 33.2832 .0117021210=+?=+=∴-σΦσσ 得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D ' 根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示
3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D=72mm，d=62mm，r=3mm。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB=420MPa，精车，弯曲，βq=1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。 [解] 因2.1 45 54 = = d D，067 .0 45 3 = = d r，查附表3-2，插值得88.1= α σ ，查附 图3-1得78.0≈ σ q，将所查值代入公式，即 ()()69.1 1 88 .1 78 .0 1 1 1 k= - ? + = - α + = σ σ σ q 查附图3-2，得75.0= σ ε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ， 已知1= q β，则 35 .2 1 1 1 91 .0 1 75 .0 69 .1 1 1 1 k = ?? ? ? ? ? - + = ?? ? ? ? ? - + = q σ σ σ σβ β ε K ()()() 35 .2 67 . 141 , 67 . 141 ,0, 260 , 35 .2 170 ,0D C A ∴ 根据()()() 29 . 60 , 67 . 141 , 0, 260 , 34 . 72 ,0D C A按比例绘出该零件的极限应力线图如下图 3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20 m = σ，应力幅MPa 20 a = σ，试分别按①C r=②C σ= m ，求出该截面的计算安全系数 ca S。 [解] 由题3-4可知35.2 ,2.0 MPa, 260 MPa, 170 s 1- = = = = σ σ K Φ σ σ
习题与参考答案 一、单项选择题(从给出的A 、B 、C 、D 中选一个答案) 1 带传动是依靠 B 来传递运动和功率的。 A. 带与带轮接触面之间的正压力 B. 带与带轮接触面之间的摩擦力 C. 带的紧边拉力 D. 带的松边拉力 2 带张紧的目的是 D 。 A. 减轻带的弹性滑动 B. 提高带的寿命 C. 改变带的运动方向 D. 使带具有一定的初拉力 3 与链传动相比较，带传动的优点是 A 。 A. 工作平稳，基本无噪声 B. 承载能力大 C. 传动效率高 D. 使用寿命长 4 与平带传动相比较，V 带传动的优点是 D 。 A. 传动效率高 B. 带的寿命长 C. 带的价格便宜 D. 承载能力大 5 选取V 带型号，主要取决于 A 。 A. 带传递的功率和小带轮转速 B. 带的线速度 C. 带的紧边拉力 D. 带的松边拉力 6 V 带传动中，小带轮直径的选取取决于 C 。 A. 传动比 B. 带的线速度 C. 带的型号 D. 带传递的功率 7 中心距一定的带传动，小带轮上包角的大小主要由 D 决定。 A. 小带轮直径 B. 大带轮直径 C. 两带轮直径之和 D. 两带轮直径之差 8 两带轮直径一定时，减小中心距将引起 D 。 A. 带的弹性滑动加剧 B. 带传动效率降低 C. 带工作噪声增大 D. 小带轮上的包角减小 9 带传动的中心距过大时，会导致 D 。 A. 带的寿命缩短 B. 带的弹性滑动加剧 C. 带的工作噪声增大 D. 带在工作时出现颤动 10 若忽略离心力影响时，刚开始打滑前，带传动传递的极限有效拉力F elim 与初拉力F 0之间的关系为 C 。 A. F elim )1/(20-=ααv f v f e e F B. F elim )1/()1(20-+=ααv f v f e e F C. F elim )1/()1(20+-=ααv f v f e e F D. F elim ααv f v f e e F /)1(20+= 11 设计V 带传动时，为防止 A ，应限制小带轮的最小直径。
1．在一般工作条件下，齿面硬度HB≤350的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为【】 A．轮齿疲劳折断 B. 齿面疲劳点蚀 C．齿面胶合 D. 齿面塑性变形 2．带传动在工作时产生弹性滑动，是由于【】A．包角α太小 B. 初拉力F0太小 C．紧边与松边拉力不等 D. 传动过载 3．在下列四种型号的滚动轴承中，只能承受径向载荷的是【】A．6208 B. N208 C. 3208 D. 5208 4．下列四种螺纹中，自锁性能最好的是【】 A．粗牙普通螺纹 B.细牙普通螺纹 C．梯形螺纹 D.锯齿形螺纹 5．在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，可采用的方法为【】 A．减小齿面滑动速度υs B. 减少蜗杆头数Z1 C．增加蜗杆头数Z1 D. 增大蜗杆直径系数q 6．在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指【】 A．弹簧外径与簧丝直径之比值 B．弹簧内径与簧丝直径之比值 C．弹簧自由高度与簧丝直径之比值 D．弹簧中径与簧丝直径之比值 7．普通平键接联采用两个键时，一般两键间的布置角度为【】A．90° B. 120°°° 8．V带在减速传动过程中，带的最大应力发生在【】A．V带离开大带轮处 B. V带绕上大带轮处 C． V带离开小带轮处 D. V带绕上小带轮处 9．对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是【】 A．拉力 B.扭矩 C．压力 D.拉力和扭矩 10．滚子链传动中，链节数应尽量避免采用奇数，这主要是因为采用过渡链节后【】 A．制造困难 B.要使用较长的销轴 C．不便于装配 D.链板要产生附加的弯曲应力 二、 1．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。 2．代号62203的滚动轴承，为轴承，其内径为 mm。 3．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。 4．普通平键联接的工作面是键的；楔键联接的工作面是键的。 5．为了便于互换及适应大量生产，轴承内圈孔与轴的配合采用制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用制。 6．不随时间变化的应力称为，随时间变化的应力称为，具有周期性的变应力称为。7．按照平面图形的形状，螺纹分为、和等。 8．按照工作条件，齿轮传动可分为和两种。 9．齿轮传动设计时，软齿面闭式传动通常先按设计公式确定传动尺寸，然后验算轮齿弯曲强度。
1．在疲劳曲线上，以循环基数N0为界分为两个区：当N≥N0时，为（无限寿命区）区；当N ＜N0时，为（有限寿命区）区。 2．刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗（弹性变形）的能力。零件材料的弹性模量越小，其刚度就越（小）。 3．润滑油的（油）性越好，则其产生边界膜的能力就越强；（粘度）越大，则其内摩擦阻力就越大。 4．为改善润滑油在某些方面的性能，在润滑油中加入的各种具有独特性能的化学合成物即为（添加剂）。 5．正是由于（弹性滑动）现象，使带传动的传动比不准确。带传动的主要失效形式为（打滑）和（带的疲劳破坏）。 6．蜗杆传动的主要缺点是齿面间的（相对滑动速度）很大，因此导致传动的（效率）较低、温升较高。 7．链传动水平布置时，最好（紧边）边在上，（松边）在下。 8．设计中，应根据被联接轴的转速、（转矩）和（直径）选择联轴器的型号。 9．径向滑动轴承的半径间隙与轴颈半径之比称为（相对间隙）；而（偏心距）与（半径间隙）之比称为偏心率 。 10．对于普通平键，考虑到载荷分布的不均匀性，双键联接的强度按（1.5 ）个键计算。 1．当所受轴向载荷通过（螺栓组形心）时，螺栓组中各螺栓承受的（轴向工作拉力）相等。2．从结构上看，带轮由（轮毂）、轮辐和（轮缘）三部分组成。 3．在直齿圆柱齿轮传动的接触疲劳强度计算中，以（节点）为计算点，把一对轮齿的啮合简化为两个（圆柱体）相接触的模型。 4．按键齿齿廓曲线的不同，花键分为（矩形）花键和（渐开线）花键。 5．请写出两种螺纹联接中常用的防松方法：（双螺母等）和（防松垫圈等）。
6．疲劳曲线是在（应力比）一定时，表示疲劳极限 与（循环次数）之间关系的曲线。 γN 7．理论上为（点）接触或（线）接触的零件，在载荷作用下，接触处局部产生的应力称为接触应力。 8．开式齿轮传动的主要失效形式是：（齿面的磨粒磨损）和（断齿）。 9．径向滑动轴承的条件性计算主要是限制压强、（速度）和（pv值）不超过许用值。10．在类型上，万向联轴器属于（无弹性元件的挠性）联轴器，凸缘联轴器属于（刚性）联轴器。 二、选择填空（每空1分，共10分） 1．下列磨损中，不属于磨损基本类型的是（ 3 ）；只在齿轮、滚动轴承等高副零件上经常出现的是（ 2 ）。 （1）粘着磨损；（2）表面疲劳磨损； （3）磨合磨损；（4）磨粒磨损。 2．在通过轴线的截面内，（1 ）的齿廓为直边梯形；在与基圆柱相切的截面内，（3 ）的齿廓一侧为直线，另一侧为曲线。 （1）阿基米德蜗杆；（2）法向直廓蜗杆； （3）渐开线蜗杆；（4）锥蜗杆。 3、对于直齿圆柱齿轮传动，其齿根弯曲疲劳强度主要取决于（4 ）；其表面接触疲劳强度主要 取决于（ 1 ）。 （1）中心距和齿宽；（2）中心距和模数； （3）中心距和齿数；（4）模数和齿宽。 4、对于径向滑动轴承，（1 ）轴承具有结构简单，成本低廉的特点；（ 3 ）轴承必须成对使 用。 （1）整体式；（2）剖分式； （3）调心式；（4）调隙式。 5．在滚子链传动的设计中，为了减小附加动载荷，应（4 ）。 （1）增大链节距和链轮齿数；（2）增大链节距并减小链轮齿数； （3）减小链节距和链轮齿数；（4）减小链节距并增加链轮齿数。 6．对中性高且对轴的削弱又不大的键联接是（ 1 ）联接。
第三章部分题解 3-5 图3-37 所示为一冲床传动机构的设计方案。设计者的意图是通过齿轮1 带动凸轮2 旋转后,经过摆杆3 带动导杆4 来实现冲头上下冲压的动作。试分析此方案有无结构组成原理上的错误。若有,应如何修改? 解画出该方案的机动示意图如习题3-5解图(a),其自由度为: F =3n-2P -P =33-24-1=0 3-6 54 其中:滚子为局部自由度计算可知:自由度为零,故该方案无法实现所要求的运动,即结 习题3-5 图 图3-37 解决方法:1增加一个构件和一个低副,如习题3-5 解图(b)所示。其自由度为: 构组成原理上有错误。 F =3n-2P -P =34-25-1=1 54 2将一个低副改为高副,如习题3-5 解图(c)所示。其自由度为: F =3n-2P -P =33-23-2=1 54 习题3-5 解图(a)画出图3-38 所示机构的运动简图(运动尺寸由图上量取),并计算其自由度。 (a)机构模型(d) 机构模型图3-38 习题3-6 图 习题3-6(a)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(a)解图(a)或习题3-6(a)解图(b)的两种形式。计算该机构自由度为:
F =3n-2P -P =33-24-0=1 54 习题3-6(a)解图(a) 习题3-6(a)解图(b)习题3-6(d)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(d)解图(a)、习题3-6(d)解图(b)、习题3-6(d)解图(c) 习题3-5 解图(b) 习题3-5 解图(c) 解(a) 解(d) 等多种形式。 -1- 3-7 解(a) 解(b) 解(c) 54
计算该机构自由度为: F =3n-2P -P =33-24-0=1 54 习题3-6(d)解图(a)计算图3-39 所示机构的自由度,并说明各机构应有的原动件数目。 F=3n-2P-P=37-210-0=1 54 A、B、C、D 为复合铰链原动件数目应为1说明:该机构为精确直线机构。当满足BE=BC=CD=DE,AB=AD, AF=CF 条件时,E 点轨迹是精确直线,其轨迹垂直于机架 连心线AF F=3n-2P-P=35-27-0=1 习题3-6(d)解图(b) 习题3-6(d)解图(c) 解(d) 解(e)
专业：机电一体化队别：卷型：A 卷 课程名称：机械设计考试日期：考试方式：闭卷 学生学号: 学生XX: 在试题纸上答题无效，教师命题时不需要留出答题空间 一、选择题：本题共10个小题，每小题2分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。把所选项前的字母填在题后的括号内。1．在一般工作条件下，齿面硬度HB≤350的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为【b 】 A．轮齿疲劳折断 B. 齿面疲劳点蚀 C．齿面胶合 D. 齿面塑性变形 2．带传动在工作时产生弹性滑动，是由于【】A．包角α太小 B. 初拉力F0太小 C．紧边与松边拉力不等 D. 传动过载 3．在下列四种型号的滚动轴承中，只能承受径向载荷的是【】A．6208 B. N208 C. 3208 D. 5208 4．下列四种螺纹中，自锁性能最好的是【】A．粗牙普通螺纹 B.细牙普通螺纹 C．梯形螺纹 D.锯齿形螺纹 5．在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，可采用的方法为【】A．减小齿面滑动速度υs B. 减少蜗杆头数Z1 C．增加蜗杆头数Z1 D. 增大蜗杆直径系数q 6．在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指【】A．弹簧外径与簧丝直径之比值 B．弹簧内径与簧丝直径之比值 C．弹簧自由高度与簧丝直径之比值 D．弹簧中径与簧丝直径之比值 7．普通平键接联采用两个键时，一般两键间的布置角度为【】A．90° B. 120° C.135° D.180° 8．V带在减速传动过程中，带的最大应力发生在【】A．V带离开大带轮处 B.V带绕上大带轮处 C．V带离开小带轮处 D.V带绕上小带轮处
9．对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是【】A．拉力 B.扭矩 C．压力 D.拉力和扭矩 10．滚子链传动中，链节数应尽量避免采用奇数，这主要是因为采用过渡链节后【】A．制造困难 B.要使用较长的销轴 C．不便于装配 D.链板要产生附加的弯曲应力 二、填空题：本大题共10个小题，每空1分，共20分。把答案填在题中横线上。1．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。 2．代号62203的滚动轴承，为轴承，其内径为mm。 3．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。 4．普通平键联接的工作面是键的；楔键联接的工作面是键的。 5．为了便于互换及适应大量生产，轴承内圈孔与轴的配合采用制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用制。 6．不随时间变化的应力称为，随时间变化的应力称为，具有周期性的变应力称为。 7．按照平面图形的形状，螺纹分为、和等。 8．按照工作条件，齿轮传动可分为和两种。 9．齿轮传动设计时，软齿面闭式传动通常先按设计公式确定传动尺寸，然后验算轮齿弯曲强度。 10．直径较小的钢制齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可以将齿轮和轴做成一体，称为。 三、简答题：本大题共6个小题，每题5分，共30分。把答案填在题中横线上。1．简述螺纹联接的基本类型主要有哪四种？ 螺栓连接双头螺柱连接螺钉连接紧定螺钉连接 2．提高螺栓联接强度的措施有哪些？
第11章连接 基本要求：了解连接的类型和应用；了解螺纹连接的类型和应用；掌握螺旋副的受力分析、效率和自锁，螺纹连接的防松装置；掌握螺纹连接失效形式及强度计算；了解螺旋传动的受力 情况及计算要点；了解轴毂连接的类型及应用。 重点：螺旋副的受力分析、效率和自锁；螺纹连接失效形式及强度计算。 难点：螺旋副的受力分析，效率和自锁；螺栓连接的计算。 学时：课堂讲授：8学时。 教学方法：多媒体结合板书。
11.1 连接概述 一部机器通常都是由成百上千个零件所组成的，但这些零件并不是随意罗列在一起的，由于使用、结构、制造、装配、运输等原因，机器中有许多零件需要按照一定的要求和方式它们连接起来，而构成一个整体。 零件的连接方式有多种：被连接件间相互固定、不能作相对运动的称为静连接；能按一定运动形式作相对运动的称为动连接。 通常所谓的连接主要是指静连接。 静连接的分类见表10-1。 ——螺纹连接 ——键连接 ——可拆的连接————销连接 ——弹性环连接 连接————成形连接 ——夹紧连接 ——焊接 ——不可拆的连接————铆接 ——粘接 ——过盈配合 在这些连接方式中尤其是以螺纹连接应用最为广泛，各种类型的机器设备中都有这种连接方式，如：自行车等。 螺纹连接的主要特点： 1)构造简单，形式繁多； 2)连接可靠，具有良好的自锁性能； 3)装拆方便； 4）能够承受较大的载荷，如起重设备中的连接； 5)容易制造：手工——板牙、丝锥； 机械——车制、碾制、铣制、磨制； 6）价格低廉，选用方便，标准件。
11.2 螺纹的主要参数 11.2.1 螺纹的形成 如图11-1所示，将一倾斜角为ψ的直角三角形绕在直径为d2的圆柱体上，其三角形的斜边，便形成一条螺旋线任取一平面图形，使它沿着螺旋线运动，运动时保持此图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。 图11-1 螺纹的形成 11.2.2 螺纹的类型和分类 1.按照平面图形的形状：螺纹分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等。 2.按照螺旋线的旋向：螺纹分为左旋螺纹和右旋螺纹。机械制造中一般采用右旋螺纹，有特殊要求时，才采用左旋螺纹。 3.按照螺旋线的数目：螺纹还分为单线螺纹和多线螺纹，为了制造方便，螺纹的线数一般不超过4。 4.按功能：连接螺纹；传动螺纹，调节螺纹，阻塞螺纹等 5.按标准：公制螺纹，英制螺纹 6.螺纹有内螺纹和外螺纹之分，两者旋合组成螺旋副或称螺纹副。 7.按照母体形状，螺纹分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。 11.2.3 螺纹的基本参数 以圆柱螺纹为例， 大径——d、D 中径——d2、D2 小径——d1、D1 线数——n 螺距——P 导程——S S＝nP
2012年机械设计自学考试备考试题 、选择填空: 1 ?如果危险截面上的应力超过零件的强度极限，则发生的失效形式为 _________ 。 C A.表面破坏 B.残余变形 C.整体断裂 D.功能失效 2?零件设计时，限制零件中的应力不超过允许的限度的设计准则称为 _________ 。A A.强度准则B.刚度准则C.寿命准则 D. 振动稳定性准则 3?按照机器的组成原理，变速箱是汽车的 ____________ 。B A.原动机 B.传动部分 C.执行部分 D.控制系统 4. _______________________________________________ 为了防止零件发生破坏，应采用的设计准则是 ________________________________________ 。 D A.刚度准则 B.寿命准则 C.振动稳定性准则 D.强度准则 AVV * 第二早 、选择填空: 1. 零件表面经淬火、渗氮、喷丸、滚子碾压等处理后，其疲劳强度 A.降低B.提高C. 不变D.提高或降低视处理方法而定 5. 下列四种叙述中正确的是 二、填空题： 1. 传动件包括带传 动、链传动、摩擦轮传动、蜗杆传动和 _ 2. 驱动机器完成预定功能的部分称为 __________ 。原动机 3. 金属材料尤其是钢铁使用最广；在机械产品中钢铁材料占 4. 描述材料的疲劳特性可用最大应力、应力循环次数和 _ 5. 机械零件制造中使用最广的金属材料是 ____________ 。钢铁 6. 机器的基本组成部分为原动机部分、传动部分和 ______________ 。执行部分 7. 按照机器的组成原理，发动机是汽车的 ____________ 。原动机部分 8. 如果作用于零件上的应力超过材料的屈服极限，则零件将发生 _______ 9. 一部机器的质量基本上取决于 ___________________ 。设计阶段 。齿轮传动 _。90%^上 。应力比（或循环特 。塑性变形 2.应力的循环特性 （应力比）常用“ r ”表示，其值为 CJ B.」 -a CJ C max ■ a . D° min ?a max 3.变应力的应力幅值 -a 为 A ^max — ^min . 2 B ^max +Omin . 2 C. J max ""2" D.fx -fn 4.对称循环应力，其循环特性 r ”值是 A.1 B.0.5 C. 0 D.-1
3-1 何谓构件？何谓运动副及运动副元素？运动副是如何进行分类的？ 解答：构件是机器中每一个独立运动的单元体，是组成机构的基本要素之一。运动副是由两个构件直接接触而组成的可动连接，是组成机构的基本要素之一。运动副元素是两构件能够参加接触而构成运动副的表面，如点线面等。运动副分类： a) 按两构件接触情况分为低副和高副； b) 按两构件相对运动情况分为平面运动副和空间运动副。 2 机构运动简图有何用处？它能表示出原机构哪些方面的特征？如何绘制机构运动简图? 答：机构运动简图：表达各种构件的相对运动关系，确切表达机构的运动规律和特性，用规定符号表示构件和运动副，并按比例绘制的图形。 机构运动简图的用处：表达各种构件的相对运动关系，确切表达机构的运动规律和特性。 4 在计算机构的自由度时，应注意哪些事项？通常在哪些情况下存在虚约束？答：在计算机构的自由度时，应注意复合铰链、局部自由度、虚约束。虚约束通常存在情况有：1.两构件组成多个导路相互平行或重合的移动副，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束；2两构件构成高副，两处接触且法线重合或平行；3. 轨迹重合：在机构中，若被联接到机构上的构件，在联接点处的运动轨迹与机构上的该点的运动轨迹重合时，该联接引入的约束是虚约束；4、机构中存在对传递运动不起独立作用的对称部分。 **平面机构中的低副和高副各引入几个约束？ 答：每个自由构件具有3个自由度，高副引入一个约束，还有两个自由度；低副引入两个约束，还有一个自由度。 4-1 什么是连杆机构的急回特性？他用什么表达？什么叫极位角？它与机构的急回特性有什么关系？
4-2什么叫死点？ 5-18、请指出凸轮机构从动件常用运动规律有哪些？并说明每一种运动规律的冲击特性及其应用场合。答：凸轮机构从动件常用运动规律有：（1）等速运动规律；）等速运动规律有刚性冲击，用于低速轻载的场合；（2）等加速等减速运动规律，等加速等减速运动规律有柔性冲击，用于中低速的场合；（3）简谐运动规律（余弦加速度运动规律）；简谐运动规律（余弦加速度运动规律）当有停歇区间时有柔性冲击，用于中低速场合；当无停歇区间时无柔性冲击，用于高速场合。 9、何为带传动的弹性滑动？何为带传动的打滑？请具体说明二者最主要的区别。答：由于带的紧边与松边拉力不等，使带产生弹性变形而引起的带在带轮表面上滑动的现象，称为弹性滑动。 当带传动工作过程中作用到从动轮上的阻力矩大于带和带轮间的极限摩 擦力矩时，带与带轮的接触面就会发生相对滑动的现象，称为打滑。 区别：打滑是有过载引起的，是可以避免的，不过载就不会打滑； 而弹性滑动是由于传动带具有弹性且紧边与松边存在拉力差而产生的，它是带传动中所固有的物理现象，是不可以避免的。 6-2直齿圆柱齿轮的基参数？ （1）齿数z: 齿轮整个圆周上轮齿的总数 2）模数m: 分度圆的周长l=πd=zp，则有分度圆直径d=p/π*z 由于π是无理数，给齿轮的设计、制造及检测带来不便。为此，人们将比值p/π为简单的有理数（如1,2,3…）并将该比值为模数，用m表示，单位是：mm。因此分度圆直径d=mz，分度圆齿距p=πm。模数是决定齿轮尺寸重要参数，齿数相同的齿轮，模数越大，其尺寸也越大。 3）压力角α：渐开线上各点的压力角是不同的。压力角太大对传动不利，我国规定压力角为20度。 4）齿顶高系数ha *和顶隙系数c*。齿轮齿顶高和齿根高得计算：ha = ha *m， hf =
机械设计试题及答案 b b
一、填空题〔每空1分，计25分〕 1、一减速齿轮传动，主动轮1用45号钢调质，从动轮用45号钢正火，则它们齿面接触应力的关系是 b 。 a 、2H 1H σσ>； b 、2H 1H σσ=； c 、2H 1H σσ<。 2、带传动中紧边拉力为1F ，松边拉力为2F ，则其传递的有效圆周力F 为 c 。 a 、21F F +； b 、2/)(21F F -； c 、21F F -； d 、2/)(21F F +。 3、对于硬齿面闭式齿轮传动，其齿面接触承载能力较高，故通常先按 齿根弯曲疲劳 强度进行设计，然后校核 齿面接触疲劳 强度。 4、蜗杆的 c 模数为标准模数，蜗轮的 b 压力角为标准压力角。 a 、法面； b 、端面； c 、轴面。 5、带在带轮上即将打滑而尚未打滑的临界状态时，1F 与2F 的关系可用著名的欧拉公式表示为 121αf e F F = 。 6、在蜗杆传动中，当需要自锁时，应使当量摩擦角 b 蜗杆导程角。 a 、小于； b 、大于； c 、等于。 7、计算蜗杆传动的传动比时，公式 c 是错误的。 a 、21/ωω=i ； b 、21/n n i =； c 、12/ d d i =；d 、12/z z i =。 8、蜗杆传动的失效通常是发生在 蜗轮轮齿 上。 9、设计圆柱螺旋弹簧时，其弹簧直径d 按 强度 条件确定，其工作圈数n 按 刚度 条件确定。 10、弹簧指数C ＝ D 2/d ，C 值越大，刚度越 小 。 11、楔键联接靠 摩擦力 传递转矩，用于对中性要求不高的联接。 12、按国家标准GB/292-93规定，代号为7210C 的滚动轴承类型为 角接触球轴承 轴承，其内径为 50 mm ，宽度系列为 窄、系列，直径系列为 轻 系列，C 代表 公称接触角15o，其精度为 P0 级。 13、下列各种联轴器中，能减缓振动和冲击的是 f ；可实现两轴线角位移最大的是 c ；常用于两轴线对中性不好、低速情况下的是 d 和 e 。 a 套筒联轴器；b. 凸缘联轴器；c. 万向联轴器；d. 十字滑块联轴器；e. 齿轮联轴器；f. 弹性柱销联轴器。 二、问答题〔每题5分、计30分〕 1、试分析影响带传动所能传递最大有效圆周力F max 的主要因素。（5分） 110max 11112ααf f e e F F +-= m ax F 与初拉力0F 、包角1α和摩擦系数 f 有关。（3’）
a目录 第1章机械设计概述 (1) 第2章摩擦、磨损及润滑概述 (3) 第3章平面机构的结构分析 (12) 第4章平面连杆机构 (16) 第5章凸轮机构 (36) 第6章间歇运动机构 (46) 第7章螺纹连接与螺旋传动 (48) 第8章带传动 (60) 第9章链传动 (73) 第10章齿轮传动 (80) 第11章蜗杆传动 (112) 第12章齿轮系 (124) 第13章机械传动设计 (131) 第14章轴和轴毂连接 (133) 第15章轴承 (138) 第16章其他常用零、部件 (152) 第17章机械的平衡与调速 (156) 第18章机械设计CAD简介 (163)
第1章机械设计概述 1.1机械设计过程通常分为哪几个阶段？各阶段的主要内容是什 么？ 答：机械设计过程通常可分为以下几个阶段： 1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。 2.方案设计在满足设计任务书中设计具体要求的前提下，由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较，从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。 3.技术设计完成总体设计、部件设计、零件设计等。 4.制造及试验制造出样机、试用、修改、鉴定。 1.2常见的失效形式有哪几种？ 答：断裂，过量变形，表面失效，破坏正常工作条件引起的失效等几种。 1.3什么叫工作能力？计算准则是如何得出的？答：工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力。对于载荷而言称为承载能力。 根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。 1.4标准化的重要意义是什么？
答：标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少，简化生产管理过程，降低成本，保证产品的质量，缩短生产周期。
第一章绪论 1-2 现代机械系统由哪些子系统组成，各子系统具有什么功能？ 答：组成子系统及其功能如下： （1）驱动系统其功能是向机械提供运动和动力。 （2）传动系统其功能是将驱动系统的动力变换并传递给执行机构系统。 （3）执行系统其功能是利用机械能来改变左右对象的性质、状态、形状或位置，或对作业对象进行检测、度量等，按预定规律运动，进行生产或达到其他预定要 求。 （4）控制和信息处理系统其功能是控制驱动系统、传动系统、执行系统各部分协调有序地工作，并准确可靠地完成整个机械系统功能。 第二章机械设计基础知识 2-2 什么是机械零件的失效？它主要表现在哪些方面？ 答：（1）断裂失效主要表现在零件在受拉、压、弯、剪、扭等外载荷作用时，由于某一危险截面的应力超过零件的强度极限发生的断裂，如螺栓的断裂、齿轮轮齿根部的折断等。 （2）变形失效主要表现在作用在零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件产生塑性变形。 （3）表面损伤失效主要表现在零件表面的腐蚀、磨损和接触疲劳。 2-4 解释名词：静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷、静应力、变应力、接触应力。答：静载荷大小、位置、方向都不变或变化缓慢的载荷。 变载荷大小、位置、方向随时间变化的载荷。 名义载荷在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。 计算载荷计算载荷就是载荷系数K和名义载荷的乘积。 静应力不随时间变化或随时间变化很小的应力。 变应力随时间变化的应力，可以由变载荷产生，也可由静载荷产生。 2-6 机械设计中常用材料选择的基本原则是什么？ 答：机械中材料的选择是一个比较复杂的决策问题，其基本原则如下： （1）材料的使用性能应满足工作要求。使用性能包含以下几个方面： ①力学性能 ②物理性能 ③化学性能 （2）材料的工艺性能应满足加工要求。具体考虑以下几点： ①铸造性 ②可锻性 ③焊接性 ④热处理性 ⑤切削加工性 （3）力求零件生产的总成本最低。主要考虑以下因素： ①材料的相对价格 ②国家的资源状况 ③零件的总成本 2-8 润滑油和润滑脂的主要质量指标有哪几项？ 答：衡量润滑油的主要指标有：粘度（动力粘度和运动粘度）、粘度指数、闪点和倾点等。 衡量润滑脂的指标是锥入度和滴度。
... .. 2010-2011学年第一学期《机械设计》单元测验四学号：姓名：成绩： 一、选择题（每小题1分，共38分） 1、在尺寸相同的情况下，（ B ）轴承能承受的轴向载荷最大。 A、深沟球轴承 B、角接触轴承 C、调心轴承 D、滚针轴承 2、滑动轴承材料应有良好的嵌藏性是指（ C ）。 A 摩擦系数小 B 顺应对中误差 C 容纳硬污粒以防磨粒磨损 D 易于跑合 3、下列各材料中，可作为滑动轴承衬使用的是（A ）。 A ZchSnSb8-4 B 38SiMnMo C GCr15 D HT200 4、设计动压向心滑动轴承时，若通过热平衡计算发现轴承温升过高，在下列改进设计的措施中有效的是（）。 A 增大轴承的宽径比B/d B 减少供油量 C 增大相对间隙 D 换用粘度较高的油 5、设计动压向心滑动轴承时，若宽径比B/d取得较大，则（ D ）。 A 轴承端泄量大，承载能力高，温升高 B 轴承端泄量大，承载能力高，温升低 C 轴承端泄量小，承载能力高，温升低 D 轴承端泄量小，承载能力高，温升高 6、一流体动压滑动轴承，若其它条件都不变，只增大转速n，其承载能力（ A ）。 A 增大 B 减小 C 不变 D 不会增大 7、向心滑动轴承的直径增大1倍，宽径比不变，载荷及转速不变，则轴承的压强pv变为原来的（ B ）倍。 A 2 B 1/2 C 1/4 D 4 8、三油楔可倾瓦向心滑动轴承与单油楔圆瓦向心轴承相比，其优点是（ B ）。 A 承载能力高 B 运转稳定 C 结构简单 D 耗油量小 9、径向滑动轴承的直径增大1倍，宽径比不变，载荷及转速不变，则轴承的压强pv变为原来的（ B ）倍。 A 2 B 1/2 C 1/4 D 4 10、流体动压润滑轴承达到液体摩擦的许用最小油膜厚度受到（ C ）限制。 A 轴瓦材料 B 润滑油粘度 C 加工表面粗糙度 D 轴承孔径 11、在下列各种设备中，（ D ）只宜采用滑动轴承。 A 中小型减速器齿轮轴 B 电动机转子 C 铁路机车车辆轴 D 大型水轮机主轴 12、在正常条件下，滚动轴承的主要失效形式是（ A ）。 A、工作表面疲劳点蚀 B、滚动体碎裂 C、滚道磨损 D、全不是 13、下列滚动轴承中（ A ）轴承的极限转速最高。 A、深沟轴承 B、角接触球轴承 C、推力球轴承 D、滚针轴承 14、（ C ）不能用来同时承受径向载荷和轴向载荷。 A 深沟球轴承 B 角接触球轴承 C 圆柱滚子轴承 D 调心球轴承 15、角接触轴承承受轴向载荷的能力，随接触角α的增大而（ A ）。 A 增大 B 减小 C 不变 D 不定 16、有a）7230C和b）7230AC两种滚动轴承，在相等的径向载荷作用下，它们的派生轴向力Sa和Sb相比较，应是（ C ）。 A Sa ＞Sb B Sa = Sb C Sa ＜Sb D 大小不能确定 17、若转轴在载荷作用下弯曲变形较大或轴承座孔不能保证良好的同轴度，宜选用类型代号为（ A ）
习题与参考答案 一、单项选择题（从给出的A、B、C、D中选一个答案） 1 当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能。 A. 好 B. 差 C. 相同 D. 不一定 2 用于连接的螺纹牙型为三角形，这是因为三角形螺纹。 A. 牙根强度高，自锁性能好 B. 传动效率高 C. 防振性能好 D. 自锁性能差 3 若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的。 A. 螺距和牙型角 B. 升角和头数 C. 导程和牙形斜角 D. 螺距和升角 4 对于连接用螺纹，主要要求连接可靠，自锁性能好，故常选用。 A. 升角小，单线三角形螺纹 B. 升角大，双线三角形螺纹 C. 升角小，单线梯形螺纹 D. 升角大，双线矩形螺纹 5 用于薄壁零件连接的螺纹，应采用。 A. 三角形细牙螺纹 B. 梯形螺纹 C. 锯齿形螺纹 D. 多线的三角形粗牙螺纹 6 当铰制孔用螺栓组连接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓。 A. 必受剪切力作用 B. 必受拉力作用 C. 同时受到剪切与拉伸 D. 既可能受剪切，也可能受挤压作用 7 计算紧螺栓连接的拉伸强度时，考虑到拉伸与扭转的复合作用，应将拉伸载荷增加到原来的 倍。 A. 1.1 B. 1.3 C. 1.25 D. 0.3 8 采用普通螺栓连接的凸缘联轴器，在传递转矩时，。 A. 螺栓的横截面受剪切 B. 螺栓与螺栓孔配合面受挤压 C. 螺栓同时受剪切与挤压 D. 螺栓受拉伸与扭转作用 9 在下列四种具有相同公称直径和螺距，并采用相同配对材料的传动螺旋副中，传动效率最高的是。 A. 单线矩形螺旋副 B. 单线梯形螺旋副 C. 双线矩形螺旋副 D. 双线梯形螺旋副 10 在螺栓连接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是。 A. 提高强度 B. 提高刚度 C. 防松 D. 减小每圈螺纹牙上的受力 11 在同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同，这是为了。 A. 受力均匀 B. 便于装配. C. 外形美观 D. 降低成本