机械设计简答题.doc

(完整word版)机械设计简答题
1.如图所示，采用张紧轮将带张紧，小带轮为主动轮。在图a、b、c、d、e、f、g和h所示的八种张紧轮的布置方式中，指出哪些是合理的，哪些是不合理的？为什么？（注：最小轮为张紧轮）

答：（1）张紧轮一般应放在松边内侧，使带只受单向弯曲（避免了反向弯曲降低带的寿命）。同时张紧轮还应尽量靠近大轮，以免过分影响带在小轮上的包角。故图a、b、c、d四种布置中，图b最合理。
（2） 此外，张紧轮也宜安装于松边外侧并靠近小带轮，这样可增大包角。故图e、f、g、h四种布置中，图e最合理。
1.简述带的弹性滑动现象及成因。
答：带传动中，由于皮带的弹性变形及紧边和松边的拉力差引起的带与带轮之间的相对滑动，叫做弹性滑动。带的弹性滑动是除同步带以外的带传动都具有的固有特性，原因是皮带的松边和紧边的拉力不同，而两个变形长度就不一样了，所以就会有弹性滑动来过渡。会造成传动比不恒定的问题。
2.比较带的弹性滑动和打滑
弹性滑动是皮带的固有性质，不可避免。
弹性滑动的负面影响，包括造成传动比不准确、传动效率较低、使带温升高、加速带的磨损等。
带传动中，存在弹性打滑，当工作载荷进一步加大时，弹性滑动的发生区域（即弹性弧）将扩大到整个接触弧，此时就会发生打滑。
在带传动中，应该尽量避免打滑的出现。
打滑现象的负面影响：导致皮带加剧磨损、使从动轮转速降低甚至工作失效。
打滑现象的好处在于：过载保护，即当高速端出现异常（比如异常增速），可以使低速端停止工作，保护相应的传动件及设备。
3.设计V带传动时，为什么要限制小带轮的？
答：带的弯曲应力与带轮的直径成反比，带轮直径越小其弯曲应力越大，设计V带传动时，限制小带轮的是为了避免带工作过程中的弯曲应力过大。
4.什么是带传动的滑动率？滑动率如何计算？
答：由于弹性滑动引起带传动中从动轮圆周速度低于主动轮轮圆速度，其相对降低率通常称为带传动滑动系数或滑动率，用表示。〔2分〕
其中：v1为主动轮转速；v2为从动轮转速。〔2分〕
5.什么是摩擦型带传动中的弹性滑动现象？可否避免？它对带传动有何影响？
答：由带的弹性变形而引起带与带轮之间的相对滑动现象称为弹性滑动 (2分)。
弹性滑动是带传动中不可避免的现象 （2分）。
它会引起以下后果：
① 从动轮的圆周速度总是落后于主动轮的圆周速度，并随载荷变化而变化，导致此传动的传动比不准确。
② 损失一部分能量，降低了传动效率，会使带的温度升高，并引起传动带磨损。（2分）
6.简述链传动的多边形效应。
答：当主动链轮匀速转动时，链条的速度、从动链轮的角速度以及链传动的瞬时传动比都是周期性变化的运动特性，称为链传动的运动不均匀性。因由多边形特点造成，故又称为链传动的多边形效应。
7.链传动的主要失效形式有哪些？
答：①链的疲劳破坏，链传动在工作中其上各个元件均受变应力作用，经过一定的应力循环次数，链板将产生疲劳破坏；套筒、滚子将会因为冲击而出现疲劳点蚀。②链条铰链的磨损，链传动在工作中销轴与套筒间承受较大的压力，导致铰链磨损，链节距会伸长，使链松边垂度增大，引起动载荷。③链条铰链的胶合 当链速度较高时，链的各元件将产生摩擦热，从而导致胶合。④链条的静力破坏 对于低速链传动，其承受的载荷超过其最大承载能力，即会发生静强度破坏。
8.简述链传动的主要优点
答：与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的传动比；
需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，结构紧凑；
能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作；
安装精度要求较低；
中心矩较大时其传动结构简单。
9.试述设计链传动时，小链轮齿数的选择原则。
答：小链轮齿数z1对链传动的平稳性和使用寿命都有较大影响。齿数过少，增加传动的不均匀性和动载荷；增加链节间的相对转角，使铰链的磨损加剧；链传动工作拉力将增大，加速链条链轮磨损。齿数过多，除增大传动的尺寸外，也易于因为链条节距的伸长而发生跳齿脱链现象，从而缩短链的使用寿命。链轮齿数不宜过多也不宜过少。
10.蜗杆传动的主要失效形式？简单解释现象及成因。
答：闭式蜗杆传动：轮齿齿面的点蚀、磨损和胶合，原因：蜗杆蜗轮齿面间的相对滑动速度大，摩擦发热大，使润滑油粘度因温度升高而下降，润滑条件变坏，容易发生胶合或点蚀。当z2>80时，会出现轮齿的弯曲折断。
开式蜗杆传动：失效为轮齿的磨损和弯曲折断。实践证明，失效多发生在蜗轮上，是因为蜗杆的机械强度通常要高于蜗轮。
11.闭式蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？
答：蜗杆传动由于效率低，工作时发热量大，对于闭式传动，如果产生的热量不能及时散逸，将因油温不断升高而使润滑油稀释，润滑效果降低，从而增大蜗杆蜗轮的摩擦损失，甚至发生胶合。所以对于闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算，以保证油温稳定地处于规定的范围内。
12.设计蜗杆传动时，为提高其传动效率可以采取哪些措施?
答：由蜗杆传动效率公式：知，提高其传动效率可以增大蜗杆的头数或者减小蜗杆的直径系数来增大蜗杆的导程角而提高效率；另外，可以增大蜗杆蜗轮的相对滑动速度，从而降低接触面的摩擦，减小当量摩擦角而提高效率。还可以考虑润滑方法、蜗杆蜗轮的材料、蜗杆副表面粗糙度等方面。
13.蜗杆传动中为何常用蜗杆为主动件？蜗轮能否作主动件？为什么？
答：蜗杆传动中常用蜗杆为主动件主要是实现大传动比的传动。从理论上讲，蜗轮可以做主动件，但在实践中很少这样用，因为蜗轮做主动件时效率很低且为增速传动。
14.试述蜗杆传动的失效形式及其设计准则。
答：蜗杆传动的失效形式有：点蚀、齿根折断、齿面胶合及过度磨损。由于材料和结构上的原因，失效多发生在蜗轮上，一般只对蜗轮进行承载能力计算
在开式传动中，多发生齿面磨损和轮齿折断，保证齿根弯曲疲劳强度为其设计准则。在闭式蜗杆传动中，多发生齿面胶合或点蚀，通常按齿面接触疲劳强度进行设计，而按齿根弯曲疲劳强度进行校核。此外，闭式传动还应进行热平衡核算。
15.简述选择蜗杆头数Z1和蜗轮的齿数Z2应考虑哪些因素？
答：蜗杆头数通常取为1、2、4、6。当传动比大或要求自锁时可取头为1，但传递效率低，当传动比较小时，为了避免蜗轮轮齿发生根切，或传递功率大时，为了提高传动效率，可采用多头蜗杆，但是蜗杆头数过多时，制造较高精度的蜗杆和蜗轮滚刀有困难。
蜗轮齿数选择。蜗轮的齿数不应小于28，为了避免用蜗轮滚刀切制蜗轮时发生根切。但对于动力传动，蜗轮齿数也不宜大于80。因为当蜗轮直径d2不变时，蜗轮齿数越大，模数就越小，将削弱蜗轮轮齿的弯曲强度；而如果模数不变，则蜗轮直径将要增大，传动结构尺寸变大，蜗杆轴的支承跨距加长，致使蜗杆的弯曲刚度降低，容易产生挠曲而影响正常的啮合。
16.形成动压油膜的必要条件
1、两工作表面间必须构成楔形间隙；
　2、两工作表面间应充满具有一定粘度的润滑油或其它流体；
3、两工作表面间存在一定相对滑动，且运动方向总是带动润滑油从大截面流进，小截面流出。
17.简述径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程。
答：当轴颈静止时，轴径处于轴承孔的最低位置，并与轴瓦接触。此时，两表面间自然形成一收敛的楔形空间。当轴颈开始顺时针方向转动时，速度较低，带入轴承间隙中的油量较少，这时轴瓦对轴颈摩擦力的方向与轴颈表面圆周速度相反，迫使轴颈在摩擦力的作用下沿孔壁向右爬升。随着转速的增大，轴颈表面的圆周速度增大，带入楔形空间的油量也逐渐增多。这时，右侧楔形油膜产生了一定的动压力，将轴颈向左浮起。当轴颈达到稳定运转时，轴颈便稳定在一定的偏心位置上。
18.根据液体摩擦滑动轴承的承载机理,试述形成动压油膜的必要条件?
答：①相对滑动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙；
②被油膜分开的两表面必须有足够的相对滑动速度，其运动方向必须使润滑油由大口流进，从小口流出；
③润滑油要有一定粘度，有足够充分的供油量，以维持润滑油的连续流动。
19.齿轮传动的主要失效形式有哪些？设计准则如何？
答：失效形式：轮齿折断；齿面磨损；齿面点蚀；齿面胶合和塑性变形。
设计准则：
对开式和半开式齿轮传动，主要失效形式是齿面磨损和因磨损而导致的轮支折断。故只需按齿根弯曲疲劳强度设计计算；
对于闭式齿轮传动，失效形式因齿面硬度而异，通常有软齿面（齿面硬度≤350HBS）和硬齿面（齿面硬度≥350HBS）之分。对软齿面齿轮，主要是疲劳点蚀失效，设计准则为：按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核；对硬齿面齿轮，轮齿折断是主要失效形式，设计准则：按齿根弯曲疲劳强度设计，再按齿面接触疲劳强度校核。或者：分别按齿根弯曲疲劳强度及齿面接触疲劳强度设计计算，并取其中较大者为设计结果。
20.液体摩擦动压滑动轴承的宽径比的大小对滑动轴承的承载能力、温升有什么影响？
答：液体动压滑动轴承的宽径比不同其油膜压力的分布也不一样，宽径比越小，轴承的端泄量越大，油压越低，轴承的承载能力越小，同时端泄带走的摩擦热也较多，轴承温升较小；相反轴承宽径比越大，油压越大，轴承承载能力越强，但是润滑油泄流较困难，轴承温升会增大。
21.推力轴承为何不宜用于高速？
答：在高速时，由于离心力大，滚动体与保持架因摩擦而发热严重，寿命较低，因而推力轴承的极限转速都很低，不适用于高速场合。当工作转速高时，若轴向力不大，可以采用角接触球轴承承受纯轴向力。
22.图为两级斜齿圆柱齿轮减速器，已知条件如图所示。试问：低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴Ⅱ上两齿轮所受的轴向力相反？ 答：轴Ⅱ上小齿轮为左旋；Ⅲ轴上大齿轮为右旋。

23.试分析下图所示四种摩擦副，在摩擦面间哪些摩擦副不能形成油膜压力，为什么？（为相对运动速度，油有一定的粘度。）

答：a）不能，因为两板平行；b）不能，润滑油应由大口进、小口出才行；c）可以。d）不能，润滑油没有足够的速度。
24.齿轮传动设计中，影响齿向载荷分布系数的主要因素有哪些？
答：影响齿轮载荷分布系数的主要因素：齿轮的制造和安装误差；齿轮相对轴承的布置；轴的弯曲变形与扭转变形；齿宽b的大小选用不当；齿面硬度等。
25.什么是滚动轴承的基本额定动负荷？其方向是如何确定的？
答：轴承工作温度在100ºC以下，基本额定寿命L=1x10( 6)r时，轴承所能承受的最大载荷，称为基本额定动负荷。(2分)
对于向心轴承，其方向为径向载荷；（1分）
对于推力轴承，其方向为轴向载荷；（1分）
对于角接触轴承，其方向为载荷的径向分量。（1分）
26.使预紧力F0减小的具体措施：
⑴减小螺栓刚度Cb：增大螺栓长度、减小螺栓杆直径、作成
空心杆、在螺母下安装弹性元件等；
⑵增大被联接件刚度Cm：采用刚性大的垫片。
27.分别说明普通螺纹、梯形螺纹的特点和应用场合。
答：普通螺纹自锁性能好，强度高（2分），主要用于连接（1分）。
梯形螺纹效率比矩形螺纹略低，但牙根强度较高，易于对中，磨损后可以补偿（2分）；在螺旋传动中应用最普遍。（1分）
28.分别说明硬齿面闭式齿轮传动和闭式蜗杆传动的主要失效形式与设计准则。
答：硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是齿根弯曲疲劳折断 (1分) ；其设计准则是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 (2分)。
闭式蜗杆传动的主要失效形式是齿面胶合、点蚀和磨损（1分）；其设计准则是按齿面接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力，在选择许用应力时适当考虑胶合和磨损的影响，同时应进行热平衡计算（2分）。
29.齿轮强度计算中的载荷系数K由哪几部分组成？各考虑什么因素的影响？
答：载荷系数由使用系数、动载系数、齿间载荷分配系数和齿向载荷分布系数四部分组成。
是考虑外部因素引起的附加载荷影响的系数；（1分）
是计及齿轮的各种误差、变形、冲击导致的动载荷对传动的影响而设置的系数；（1分）
是考虑到载荷在不同啮合齿对间不均匀分布对齿轮传动的影响系数；（1分）
是考虑到载荷在一对啮合齿对上不均匀分布对齿轮传动的影响系数。（1分）
30.写出一维流体动压基本方程（雷诺方程）并利用该方程说明形成流体动压润滑的必要条件。
答：一维流体动压基本方程： （3分）
形成流体动压力的必要条件是：
① 流体必须流经收敛形间隙，入口处h>h0，dp/dx>0，压力逐渐增大，出口处h<h0，dp/dx<0，压力逐渐减小；
② 流体必须有足够的速度，V≠0；
③ 流体必须是粘性流体，η≠0。
31.滚动轴承内圈和轴、外圈和轴承座孔的配合采用基孔制还是基轴制？滚动轴承回转套圈与不转套圈所取的配合哪一个更紧些？为什么？
答：滚动轴承的内孔与轴的配合采用基孔制，滚动轴承外圈与轴承座孔间的配合采用基轴制。一般而言，滚动轴承转动套圈比不转套圈有更紧一些的配合，因为转动套圈承受旋转的载荷，而不动套圈承受局部载荷。当转速越高、载荷越大和振动越强烈时，就应选择更紧的配合。
32.为什么金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为30～50HBS或更多？
答：当小齿轮与大齿轮的齿面具有较大的硬度差（如小齿轮齿面为淬火并磨制，大齿轮齿面为常化或调质），且速度又较高时，较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面会起到显著的冷作硬化效应，从而提高了大齿轮齿面的疲劳极限，大齿轮的接触疲劳许用应力可提高20％。
33.提高螺栓联接强度的措施有哪些？
答：降低螺栓总拉伸载荷的变化范围；改善螺纹牙间的载荷分布；减小应力集中；避免或减小附加应力。
34.在闭式齿轮传动中，为什么“点蚀”这种失效形式主要发生在齿面节线附近？
答：齿轮传动时，啮合齿面的接触应力按循环脉动变化，当接触应力超过齿面材料的接触疲劳极限时，齿面产生疲劳微裂纹，润滑油浸入裂纹，再经齿面的进一步挤压，裂纹加速扩展，导致齿面金属脱落形成凹坑或麻点，这就是“点蚀”失效。由于齿面节线附近滑动速度小，不易形成油膜，摩擦力较大，且节线附近为单齿对啮合区，接触应力较大，因而点蚀首先出现在节线附近。
35.简述螺纹防松的常用形式及其应用场合。
答：螺纹防松就是防止螺纹联接件间的相对转动。按防松装置的工作原理不同可分为摩擦防松、机械防松和破坏螺纹副关系防松。摩擦防松是在螺纹副中始终保持摩擦力矩来防止相对转动。这种方法简单方便，主要用于不甚重要的联接和平稳、低速场合。机械防松是利用金属元件直接约束螺纹联接件防止相对转动，防松效果可靠，适用于受冲击、振动的场合和重要的联接；破坏螺纹副关系防松是利用焊接、冲点等将螺纹副转变为非运动副，从而排除相对转动的可能。