機械設(shè)計簡答題

1、1.如圖所示，采用張緊輪將帶張緊，小帶輪為主動輪。在圖a、b、c、d、e、f、g和h所示 的八種張緊輪的布置方式中，指出哪些是合理的，哪些是不合理的？為什么？（注：最小輪 為張緊輪）答:（1）張緊輪一般應(yīng)放在松邊內(nèi)側(cè)，使帶只受單向彎曲（避免了反向彎曲降低帶的壽命）。 同時張緊輪還應(yīng)盡量靠近大輪，以免過分影響帶在小輪上的包角。故圖a、b、c、d四種布 置中，圖b最合理。（2）此外，張緊輪也宜安裝于松邊外側(cè)并靠近小帶輪，這樣可增大包角。故圖e、f、g、 h四種布置中，圖e最合理。簡述帶的彈性滑動現(xiàn)象及成因。答:帶傳動中，由于皮帶的彈性變形及緊邊和松邊的拉力差引起的帶與帶輪之間的相對滑動， 叫做彈性

2、滑動。帶的彈性滑動是除同步帶以外的帶傳動都具有的固有特性，原因是皮帶的松 邊和緊邊的拉力不同，而兩個變形長度就不一樣了，所以就會有彈性滑動來過渡。會造成傳 動比不恒定的問題。比較帶的彈性滑動和打滑彈性滑動是皮帶的固有性質(zhì)，不可避免。彈性滑動的負面影響，包括造成傳動比不準確、傳動效率較低、使帶溫升高、加速帶的磨損 等。帶傳動中，存在彈性打滑，當工作載荷進一步加大時，彈性滑動的發(fā)生區(qū)域（即彈性?。?擴大到整個接觸弧，此時就會發(fā)生打滑。在帶傳動中，應(yīng)該盡量避免打滑的出現(xiàn)。打滑現(xiàn)象的負面影響：導(dǎo)致皮帶加劇磨損、使從動輪轉(zhuǎn)速降低甚至工作失效。打滑現(xiàn)象的好處在于：過載保護，即當高速端出現(xiàn)異常（比如異常增

3、速），可以使低速端停 止工作，保護相應(yīng)的傳動件及設(shè)備。設(shè)計V帶傳動時，為什么要限制小帶輪的？答：帶的彎曲應(yīng)力與帶輪的直徑成反比，帶輪直徑越小其彎曲應(yīng)力越大，設(shè)計V帶傳動時， 限制小帶輪的是為了避免帶工作過程中的彎曲應(yīng)力過大。什么是帶傳動的滑動率？滑動率如何計算？答：由于彈性滑動引起帶傳動中從動輪圓周速度低于主動輪輪圓速度，其相對降低率通常稱 為帶傳動滑動系數(shù)或滑動率，用表示。2分其中：v1為主動輪轉(zhuǎn)速；v2為從動輪轉(zhuǎn)速。2分什么是摩擦型帶傳動中的彈性滑動現(xiàn)象？可否避免？它對帶傳動有何影響？答：由帶的彈性變形而引起帶與帶輪之間的相對滑動現(xiàn)象稱為彈性滑動（2分）。彈性滑動是帶傳動中不可避免的現(xiàn)象（

4、2分）。它會引起以下后果：從動輪的圓周速度總是落后于主動輪的圓周速度，并隨載荷變化而變化，導(dǎo)致此傳動的傳動比不準確。損失一部分能量，降低了傳動效率，會使帶的溫度升高，并引起傳動帶磨損。（2分）簡述鏈傳動的多邊形效應(yīng)。答：當主動鏈輪勻速轉(zhuǎn)動時，鏈條的速度、從動鏈輪的角速度以及鏈傳動的瞬時傳動比都是 周期性變化的運動特性，稱為鏈傳動的運動不均勻性。因由多邊形特點造成，故又稱為鏈傳 動的多邊形效應(yīng)。鏈傳動的主要失效形式有哪些？答：鏈的疲勞破壞，鏈傳動在工作中其上各個元件均受變應(yīng)力作用，經(jīng)過一定的應(yīng)力循環(huán)次 數(shù)，鏈板將產(chǎn)生疲勞破壞；套筒、滾子將會因為沖擊而出現(xiàn)疲勞點蝕。鏈條鉸鏈的磨損，鏈 傳動在工作中

5、銷軸與套筒間承受較大的壓力，導(dǎo)致鉸鏈磨損，鏈節(jié)距會伸長，使鏈松邊垂度增 大，引起動載荷。鏈條鉸鏈的膠合當鏈速度較高時，鏈的各元件將產(chǎn)生摩擦熱，從而導(dǎo)致膠 合。鏈條的靜力破壞對于低速鏈傳動，其承受的載荷超過其最大承載能力，即會發(fā)生靜強 度破壞。簡述鏈傳動的主要優(yōu)點答：與帶傳動相比，鏈傳動沒有彈性滑動和打滑，能保持準確的傳動比；需要的張緊力小，作用在軸上的壓力也小，結(jié)構(gòu)緊湊；能在溫度較高、有油污等惡劣環(huán)境條件下工作；安裝精度要求較低；中心矩較大時其傳動結(jié)構(gòu)簡單。試述設(shè)計鏈傳動時，小鏈輪齒數(shù)的選擇原則。答：小鏈輪齒數(shù)z1對鏈傳動的平穩(wěn)性和使用壽命都有較大影響齒數(shù)過少，增加傳動的不均勻 性和動載荷；增

6、加鏈節(jié)間的相對轉(zhuǎn)角，使鉸鏈的磨損加??；鏈傳動工作拉力將增大，加速鏈條 鏈輪磨損。齒數(shù)過多，除增大傳動的尺寸外，也易于因為鏈條節(jié)距的伸長而發(fā)生跳齒脫鏈現(xiàn)象， 從而縮短鏈的使用壽命。鏈輪齒數(shù)不宜過多也不宜過少?！?。.蝸桿傳動的主要失效形式？簡單解釋現(xiàn)象及成因。答：閉式蝸桿傳動：輪齒齒面的點蝕、磨損和膠合，原因：蝸桿蝸輪齒面間的相對滑動速度大，摩擦發(fā)熱大，使?jié)櫥驼扯纫驕囟壬叨陆?，潤滑條件變壞，容易發(fā)生膠合或點蝕。當z280時，會出現(xiàn)輪齒的彎曲折斷。開式蝸桿傳動：失效為輪齒的磨損和彎曲折斷。實踐證明，失效多發(fā)生在蝸輪上，是因為蝸 桿的機械強度通常要高于蝸輪?！?閉式蝸桿傳動為什么要進行熱平衡計算

7、？答：蝸桿傳動由于效率低，工作時發(fā)熱量大，對于閉式傳動，如果產(chǎn)生的熱量不能及時散逸，將因油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂?，潤滑效果降低，從而增大蝸桿蝸輪的摩擦損失，甚至發(fā) 生膠合。所以對于閉式蝸桿傳動必須進行熱平衡計算，以保證油溫穩(wěn)定地處于規(guī)定的范圍內(nèi)。設(shè)計蝸桿傳動時，為提高其傳動效率可以采取哪些措施？答：由蝸桿傳動效率公式：知，提高其傳動效率可以增大蝸桿的頭數(shù)或者減小蝸桿的直徑系 數(shù)來增大蝸桿的導(dǎo)程角而提高效率；另外，可以增大蝸桿蝸輪的相對滑動速度，從而降低接 觸面的摩擦，減小當量摩擦角而提高效率。還可以考慮潤滑方法、蝸桿蝸輪的材料、蝸桿副 表面粗糙度等方面。蝸桿傳動中為何常用蝸桿為主動件？蝸輪能

8、否作主動件？為什么？答：蝸桿傳動中常用蝸桿為主動件主要是實現(xiàn)大傳動比的傳動。從理論上講，蝸輪可以做主 動件，但在實踐中很少這樣用，因為蝸輪做主動件時效率很低且為增速傳動。試述蝸桿傳動的失效形式及其設(shè)計準則。答：蝸桿傳動的失效形式有：點蝕、齒根折斷、齒面膠合及過度磨損。由于材料和結(jié)構(gòu)上的原 因，失效多發(fā)生在蝸輪上，一般只對蝸輪進行承載能力計算在開式傳動中，多發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷，保證齒根彎曲疲勞強度為其設(shè)計準則。在閉式蝸 桿傳動中，多發(fā)生齒面膠合或點蝕，通常按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，而按齒根彎曲疲勞強 度進行校核。此外，閉式傳動還應(yīng)進行熱平衡核算。簡述選擇蝸桿頭數(shù)Z1和蝸輪的齒數(shù)Z2應(yīng)考慮哪

9、些因素？答：蝸桿頭數(shù)通常取為1、2、4、6。當傳動比大或要求自鎖時可取頭為1，但傳遞效率低， 當傳動比較小時，為了避免蝸輪輪齒發(fā)生根切，或傳遞功率大時，為了提高傳動效率，可采 用多頭蝸桿，但是蝸桿頭數(shù)過多時，制造較高精度的蝸桿和蝸輪滾刀有困難。蝸輪齒數(shù)選擇。蝸輪的齒數(shù)不應(yīng)小于28,為了避免用蝸輪滾刀切制蝸輪時發(fā)生根切。但對 于動力傳動，蝸輪齒數(shù)也不宜大于80。因為當蝸輪直徑d2不變時，蝸輪齒數(shù)越大，模數(shù)就 越小，將削弱蝸輪輪齒的彎曲強度；而如果模數(shù)不變，則蝸輪直徑將要增大，傳動結(jié)構(gòu)尺寸 變大，蝸桿軸的支承跨距加長，致使蝸桿的彎曲剛度降低，容易產(chǎn)生撓曲而影響正常的嚙合。形成動壓油膜的必要條件1、

10、兩工作表面間必須構(gòu)成楔形間隙；2、兩工作表面間應(yīng)充滿具有一定粘度的潤滑油或其它流體；3、兩工作表面間存在一定相對滑動，且運動方向總是帶動潤滑油從大截面流進，小截面流 出。簡述徑向滑動軸承形成流體動力潤滑的過程。答：當軸頸靜止時，軸徑處于軸承孔的最低位置，并與軸瓦接觸。此時，兩表面間自然形成一 收斂的楔形空間。當軸頸開始順時針方向轉(zhuǎn)動時，速度較低，帶入軸承間隙中的油量較少，這 時軸瓦對軸頸摩擦力的方向與軸頸表面圓周速度相反，迫使軸頸在摩擦力的作用下沿孔壁向右 爬升。隨著轉(zhuǎn)速的增大，軸頸表面的圓周速度增大，帶入楔形空間的油量也逐漸增多。這時， 右側(cè)楔形油膜產(chǎn)生了一定的動壓力，將軸頸向左浮起。當軸頸

11、達到穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，軸頸便穩(wěn)定在 一定的偏心位置上。根據(jù)液體摩擦滑動軸承的承載機理試述形成動壓油膜的必要條件？答：相對滑動的兩表面間必須形成收斂的楔形間隙；被油膜分開的兩表面必須有足夠的相對滑動速度，其運動方向必須使?jié)櫥陀纱罂诹?進，從小口流出；潤滑油要有一定粘度，有足夠充分的供油量，以維持潤滑油的連續(xù)流動。齒輪傳動的主要失效形式有哪些？設(shè)計準則如何？答：失效形式：輪齒折斷；齒面磨損；齒面點蝕；齒面膠合和塑性變形。設(shè)計準則：對開式和半開式齒輪傳動，主要失效形式是齒面磨損和因磨損而導(dǎo)致的輪支折斷。故只 需按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計計算；對于閉式齒輪傳動，失效形式因齒面硬度而異，通常有軟齒面（齒面硬度W

12、 350HBS） 和硬齒面（齒面硬度N350HBS）之分。對軟齒面齒輪，主要是疲勞點蝕失效，設(shè)計準則為： 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強度校核；對硬齒面齒輪，輪齒折斷是主要失 效形式，設(shè)計準則：按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計，再按齒面接觸疲勞強度校核。或者：分別按 齒根彎曲疲勞強度及齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算，并取其中較大者為設(shè)計結(jié)果。液體摩擦動壓滑動軸承的寬徑比的大小對滑動軸承的承載能力、溫升有什么影響？答：液體動壓滑動軸承的寬徑比不同其油膜壓力的分布也不一樣，寬徑比越小，軸承的端泄 量越大，油壓越低，軸承的承載能力越小，同時端泄帶走的摩擦熱也較多，軸承溫升較小； 相反軸承寬徑比越大，油壓

13、越大，軸承承載能力越強，但是潤滑油泄流較困難，軸承溫升會 增大。推力軸承為何不宜用于高速？答：在高速時，由于離心力大，滾動體與保持架因摩擦而發(fā)熱嚴重，壽命較低，因而隹力軸 承的極限轉(zhuǎn)速都很低，不適用于高速場合。當工作轉(zhuǎn)速高時，若軸向力不大，可以采用角接 觸球軸承承受純軸向力。邊=53圖為兩級斜齒圓柱齒輪減速器，已知條件如圖 所示。試問：低速級斜齒輪的螺旋線方向應(yīng)如何選 擇才能使中間軸II上兩齒輪所受的軸向力相反？ 答：軸II上小齒輪為左旋；m軸上大齒輪為右旋。試分析下圖所示四種摩擦副，在摩擦面間哪些摩 擦副不能形成油膜壓力，為什么？（ v為相對運動速度，油有一定的粘度）答：a）不能，因為兩板平

14、行；b）不能，潤滑油應(yīng)由大口進、小口出才行；c）可以。d）不能， 潤滑油沒有足夠的速度。齒輪傳動設(shè)計中，影響齒向載荷分布系數(shù)的主要因素有哪些？答：影響齒輪載荷分布系數(shù)的主要因素：齒輪的制造和安裝誤差；齒輪相對軸承的布置；軸 的彎曲變形與扭轉(zhuǎn)變形；齒寬b的大小選用不當；齒面硬度等。什么是滾動軸承的基本額定動負荷？其方向是如何確定的？6答：軸承工作溫度在100C以下，基本額定壽命L=1x1 0 r時，軸承所能承受的最大載荷，稱為基本額定動負荷。（2分）對于向心軸承，其方向為徑向載荷；（1分）對于推力軸承，其方向為軸向載荷；（1分）對于角接觸軸承，其方向為載荷的徑向分量。（1分）使預(yù)緊力F0減小的具

15、體措施：減小螺栓剛度Cb：增大螺栓長度、減小螺栓桿直徑、作成空心桿、在螺母下安裝彈性元件等；增大被聯(lián)接件剛度Cm：采用剛性大的墊片。分別說明普通螺紋、梯形螺紋的特點和應(yīng)用場合。答：普通螺紋自鎖性能好，強度高13，主要用于連接（1分）。梯形螺紋效率比矩形螺紋略低，但牙根強度較高，易于對中，磨損后可以補償4分）；在 螺旋傳動中應(yīng)用最普遍。（1分）分別說明硬齒面閉式齒輪傳動和閉式蝸桿傳動的主要失效形式與設(shè)計準則。答：硬齒面閉式齒輪傳動的主要失效形式是齒根彎曲疲勞折斷土分匕；其設(shè)計準則是按齒根 彎曲疲勞強度進行設(shè)計，然后校核齒面接觸疲勞強度心。閉式蝸桿傳動的主要失效形式是齒面膠合、點蝕和磨損（11；其

16、設(shè)計準則是按齒面接觸 疲勞強度條件計算蝸桿傳動的承載能力，在選擇許用應(yīng)力時適當考慮膠合和磨損的影響， 同時應(yīng)進行熱平衡計算（2分）。齒輪強度計算中的載荷系數(shù)K由哪幾部分組成？各考慮什么因素的影響？答：載荷系數(shù)由使用系數(shù)、動載系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù)和齒向載荷分布系數(shù)四部分組成。 是考慮外部因素引起的附加載荷影響的系數(shù)；（1分）是計及齒輪的各種誤差、變形、沖擊導(dǎo)致的動載荷對傳動的影響而設(shè)置的系數(shù)；（1分） 是考慮到載荷在不同嚙合齒對間不均勻分布對齒輪傳動的影響系數(shù)；（1分）是考慮到載荷在一對嚙合齒對上不均勻分布對齒輪傳動的影響系數(shù)。（1分）寫出一維流體動壓基本方程（雷諾方程）并利用該方程說明形成流

17、體動壓潤滑的必要條 件。答：一維流體動壓基本方程：勿=6h.vN（3分）dxh 3形成流體動壓力的必要條件是：流體必須流經(jīng)收斂形間隙，入口處hh0，dp/dx0，壓力逐漸增大，出口處hh0，dp/dx0， 壓力逐漸減小；流體必須有足夠的速度，V；流體必須是粘性流體，訴0。滾動軸承內(nèi)圈和軸、外圈和軸承座孔的配合采用基孔制還是基軸制？滾動軸承回轉(zhuǎn)套圈 與不轉(zhuǎn)套圈所取的配合哪一個更緊些？為什么？答:滾動軸承的內(nèi)孔與軸的配合采用基孔制，滾動軸承外圈與軸承座孔間的配合采用基軸制。 一般而言，滾動軸承轉(zhuǎn)動套圈比不轉(zhuǎn)套圈有更緊一些的配合，因為轉(zhuǎn)動套圈承受旋轉(zhuǎn)的載荷， 而不動套圈承受局部載荷。當轉(zhuǎn)速越高、載荷

18、越大和振動越強烈時，就應(yīng)選擇更緊的配合。為什么金屬制的軟齒面齒輪，配對兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持為3050HBS或更多？答：當小齒輪與大齒輪的齒面具有較大的硬度差（如小齒輪齒面為淬火并磨制，大齒輪齒面 為?；蛘{(diào)質(zhì)），且速度又較高時，較硬的小齒輪齒面對較軟的大齒輪齒面會起到顯著的冷 作硬化效應(yīng)，從而提高了大齒輪齒面的疲勞極限，大齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力可提高20%。提高螺栓聯(lián)接強度的措施有哪些？答：降低螺栓總拉伸載荷的變化范圍；改善螺紋牙間的載荷分布;減小應(yīng)力集中；避免或減 小附加應(yīng)力。在閉式齒輪傳動中，為什么“點蝕”這種失效形式主要發(fā)生在齒面節(jié)線附近？答：齒輪傳動時，嚙合齒面的接觸應(yīng)力按循環(huán)脈動變化，當接觸應(yīng)力超過齒面材料的接觸疲 勞極限時，齒面產(chǎn)生疲勞微裂紋，潤滑油浸入裂紋，再經(jīng)齒面的進一步擠壓，裂紋加速擴展， 導(dǎo)致齒面金屬脫落形成凹坑或麻點，這就是“點蝕”失效。由于齒面節(jié)