機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)綜合復(fù)習(xí)資料一、簡答題閉式軟齒面的齒輪傳動齒輪主要失效形式是什么，其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則又是什么?試說明鏈傳動的瞬時傳動比為什么不恒定？滑動軸承限制p和pv的意義分別是什么?設(shè)計(jì)蝸輪蝸桿減速器時，為什么要進(jìn)行散熱計(jì)算？試說明曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與雙曲柄機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)之間的演化關(guān)系。凸輪從動件的勻速直線運(yùn)動規(guī)律為什么常應(yīng)用在低速、輕載的場合?聯(lián)軸器與離合器有何異同點(diǎn)。給出鏈傳動的失效形式，并解釋題一一4圖曲線中，三條曲線的意義?題一一4圖帶傳動工作時，帶應(yīng)力變化情況如何？max在什么位置？由哪些應(yīng)力組成?請給出機(jī)構(gòu)壓力角的定義，并繪出一個曲柄搖桿機(jī)構(gòu)壓力角的大小。帶傳動為什么要限制其最小中心距和最大

2、傳動比？試說明為什么標(biāo)準(zhǔn)漸開線直齒圓柱齒輪傳動具有可分性。剛性凸緣聯(lián)軸器有幾種對中方法，各種對中方法的特點(diǎn)是什么？簡述機(jī)器與機(jī)構(gòu)的定義，在生產(chǎn)中舉出一機(jī)器應(yīng)用的事例，并說明其有哪些機(jī)構(gòu)組成。說明為什么帶傳動需要的張緊力大而鏈傳動需要的張緊力小，哪種傳動一般緊邊在上，哪種傳動一般緊邊在下，為什么？說明回轉(zhuǎn)類零件動平衡與靜平衡的區(qū)別。給出2種螺栓聯(lián)接防松的方法，并說明其依據(jù)的原理。二、分析題如題二一1圖所示，已知：蝸桿軸I為輸入，大錐齒輪軸m為輸出軸，軸m轉(zhuǎn)向如如圖。 試：確定各輪轉(zhuǎn)動方向、各輪螺旋線方向及所受各分力的方向。題二一1圖3和4為斜齒圓柱齒輪，5和6為直如題二一2圖所示傳動系統(tǒng)中，1為

3、蝸桿，2為蝸輪， 齒圓錐齒輪。若蝸桿主動，要求輸出齒輪6的旋轉(zhuǎn)方向如圖所示，試確定：（1）ii、m軸的回轉(zhuǎn)方向；（2）若要使II. m軸所受軸向力相互抵消一部分，蝸桿、蝸輪及斜齒輪3、4的螺旋線方向;（3）ii、m軸上各輪嚙合點(diǎn)處所受各分力的方向。題二一2圖請分析為什么閉式軟齒面齒輪傳動應(yīng)該按接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，按彎曲強(qiáng)度進(jìn) 行校核，而閉式硬齒面齒輪傳動則按照彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按接觸強(qiáng)度校核。如圖二一4所示為二級圓柱齒輪傳動，已知1輪為驅(qū)動輪，4輪的螺旋線方向和轉(zhuǎn)向如圖 所示。為了使II軸上所受的軸向力抵消一部分，試確定各輪的螺旋線方向并將各輪軸向力Fa1、Fa2、Fa3、Fa4的方向、1輪的轉(zhuǎn)動方

4、向標(biāo)在圖中。題二一4圖在其他條件不變時，當(dāng)球軸承所承受的當(dāng)量動載荷增加一倍時，軸承壽命將如何變化?在其他條件不變時，當(dāng)球軸承的轉(zhuǎn)速增加一倍時，軸承壽命將如何變化？三、計(jì)算題如題三一1圖平面機(jī)構(gòu)，試求其自由度（如有復(fù)合鉸鏈、虛約束、局部自由度請指出）。題三一1圖如題三一2圖輪系，已知各輪齒數(shù)Z=20. Z=25、Z=1、Z =40、Z =60、Z =30、133344Z5=30，3為單頭右旋蝸桿，齒輪1的轉(zhuǎn)向如圖，試求傳動比i15，并用箭頭表示各輪的轉(zhuǎn)向。題三一2圖3.如題三一3圖平面機(jī)構(gòu)，試求其自由度（如有復(fù)合鉸鏈、虛約束、局部自由度請標(biāo)出）。題三一3圖4.如題三一4圖所示，一對72610軸承

5、分別受徑向力Fri=8 000N, F5 200N,軸上作用FA 力如圖，試求下列情況下各軸承的內(nèi)部軸向力Fs及軸向力Fa。FA=2200N; (2) FA=900N; (3) FA=1120N (注：軸承的內(nèi)部軸向力 F0.68 Fr)。題三一4圖5.如圖平面機(jī)構(gòu)，試求其自由度（如有復(fù)合鉸鏈、虛約束、局部自由度請指出）。題三一5圖軸承7208的基本額定動載荷C=34 000N。試問：當(dāng)量動載荷P=6 200N,工作轉(zhuǎn)速n=730r/min，軸承的壽命Lh是多少？當(dāng)量動載荷P=6 200N,若要求LhN10 000h,允許最高工作轉(zhuǎn)速n是多少？工作轉(zhuǎn)速n=730r/min，若要求Lh10 00

6、0h,允許的最大當(dāng)量動載荷P是多少？如題三一7圖所示的平面機(jī)構(gòu)，試求其自由度(如有復(fù)合鉸鏈、虛約束、局部自由度請標(biāo) 出)。題三一7圖如題三-8圖為一圓盤銑刀裝夾裝置，銑刀靠兩圓盤夾緊隨主軸轉(zhuǎn)動。已知最大切削力F=4 000N，圓盤與銑刀間的摩擦系數(shù)R S = 0.1,可靠性系數(shù)Kf=1.2，軸的材料為45鋼，其它尺 寸如圖所示，試計(jì)算軸端所需的螺紋直徑。四、改錯題1.試指出該軸的設(shè)計(jì)錯誤，并畫出改正圖。題三一8圖題四圖2.試指出該軸的設(shè)計(jì)錯誤，并畫出改正圖。題四圖參考答案一、簡答題答：主要失效形式：齒面點(diǎn)蝕、膠合設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：按氣 氣設(shè)計(jì)，按 f - Q校核答：由于鏈傳動的多邊形效應(yīng)，當(dāng)主動輪勻速

7、轉(zhuǎn)動時，從動鏈輪運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻。（或者主動輪以3勻速轉(zhuǎn)動，而從動輪轉(zhuǎn)速為 v Rcos P2 R cos yR cosy22. R cosy8、Y在時刻變化，所以3 2做非勻速轉(zhuǎn)動，即：I = S = R2cos g傳動比i也在變化，2所以不恒定。）答：限制軸承平均壓強(qiáng)p，防止p過高，油被擠出，產(chǎn)生“過度磨損”；.軸承發(fā)熱量8單位面積摩擦功耗p pv，.pv f 一摩擦功耗f 一發(fā)熱量f 一易膠合。 限制pv是為了限制軸承溫升、防止膠合。因?yàn)橄鄬λ俣葀s很大，效率n低，導(dǎo)致發(fā)熱大，所以蝸輪蝸桿易產(chǎn)生膠合失效，因此 必須要進(jìn)行散熱計(jì)算。答：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中的搖桿（另一連架桿）也變?yōu)榍你q鏈四桿機(jī)

8、構(gòu)就演化為雙曲柄 機(jī)構(gòu)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中搖桿無限長，與連桿相連的一點(diǎn)就作直線運(yùn)動，作直線運(yùn)動的這一鉸鏈處安裝上滑塊，就演化成了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。答：從動件的勻速直線運(yùn)動規(guī)律產(chǎn)生剛性沖擊，所以應(yīng)用在低速、輕載的場合。答：相同點(diǎn)：連接兩軸，傳遞運(yùn)動和動力；不同點(diǎn)：聯(lián)軸器是在機(jī)器停止運(yùn)動時，才能將兩軸分開；而離合器是在機(jī)器運(yùn)動時， 隨時可將兩軸分開。答：鏈傳動的失效形式：鏈條元件的疲勞破壞；鉸鏈鉸鏈磨損；銷軸與套筒（高速或潤 滑不良）膠合；沖擊破壞；靜力拉斷；鏈輪輪齒磨損。左邊曲線-限制鏈板疲勞破壞的強(qiáng)度限定曲線；右上邊曲線-限制滾子、套筒沖擊疲勞破壞的強(qiáng)度限定曲線；右邊曲線-限制銷軸、套筒膠合失效的限定

9、曲線。答：帶傳動工作時，在松邊處帶應(yīng)力較小，由松邊繞入大帶輪增加了彎曲應(yīng)力，到緊邊 應(yīng)力較大，緊邊進(jìn)入小帶輪處應(yīng)力最大。b m疽* +氣答：機(jī)構(gòu)壓力角：從動件運(yùn)動方向與受力方向所夾的銳角；繪圖略。答：（1）中心距越小，帶長愈短。在一定速度下，單位時間內(nèi)帶的應(yīng)力變化次數(shù)愈多， 會加速帶的疲勞破壞；如在傳動比一定的條件下，中心距越小，小帶輪包角也越小，傳動能 力下降，所以要限制最小中心距。（2）傳動比較大或中心距小時將導(dǎo)致小帶輪包角過小，傳動能力下降，故要限制最大傳動 比。答：因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)漸開線直齒圓柱齒輪傳動的傳動比，=堅(jiān) = &12 O P Z1傳動的兩齒輪中心距稍微有變化，不影響其傳動比，所以標(biāo)

10、準(zhǔn)漸開線直齒圓柱齒輪傳動具 有可分性。答：有兩種：一是用榫來定位，二是用鉸制孔螺栓定位。用榫來定位：定位好，可靠，便于安裝。用鉸制孔螺栓定位：安裝不方便。答：機(jī)器（1）組成：由一系列人為的機(jī)件組合而成（2）運(yùn)動特性：組成的各部分之間具有確定的運(yùn)動（3）功、能關(guān)系：能夠代替人的勞動完成有用功或者實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)：（1）組成：由一系列人為的機(jī)件組合而成運(yùn)動特性：組成的各部分之間具有確定的運(yùn)動機(jī)構(gòu)沒有機(jī)器的第三個特征。內(nèi)燃機(jī)是機(jī)器，它的主機(jī)構(gòu)是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，還有配氣機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)。答：帶傳動是摩擦傳動，它是靠張緊力產(chǎn)生摩擦力傳遞動力，而鏈傳動是嚙合傳動，張緊力是減少鏈的顫動，所以帶傳動需要

11、的張緊力大而鏈傳動需要的張緊力小。一般緊邊在上，帶傳動緊邊在下。是因?yàn)殒渹鲃拥乃蛇呍谏?，易產(chǎn)生咬鏈；而帶傳動松邊在上，可增大小帶輪上的包角。答：回轉(zhuǎn)類零件動平衡既平衡慣性力又平衡慣性力偶矩，回轉(zhuǎn)類零件的靜平衡只平衡 慣性力。回轉(zhuǎn)類零件動平衡了肯定滿足了靜平衡的條件，而滿足靜平衡了不一定滿足動平衡。答：螺栓聯(lián)接防松的方法：開口銷和槽形螺母防松、雙背螺母防松。開口銷和槽形螺母防松的原理是靠機(jī)械防松直接鎖住；雙背螺母防松是靠摩擦防松。二、分析題答：力與轉(zhuǎn)動方向如題二一1圖(b)所示。蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)向?yàn)橛倚?。輸?b)解：解題要點(diǎn)：(1)%-% nnFt2FaiFa5 Fa4 Fa3 Fa2 Ft1由Fa

12、3和氣，用左右手法則，判定3輪為左旋。輪2、輪3、輪4和輪5所受力見題二-2圖。答：閉式軟齒面齒輪傳動主要失效形式是齒面的點(diǎn)蝕，其次是輪齒的折斷，所以按接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，按彎曲強(qiáng)度進(jìn)行校核。閉式硬齒面齒輪傳動主要失效形式是輪齒的折斷，其次是齒面點(diǎn)蝕，所以按接觸強(qiáng)度進(jìn) 行設(shè)計(jì)，按彎曲強(qiáng)度進(jìn)行校核。解題要點(diǎn)：(1)根據(jù)4輪的轉(zhuǎn)向可判斷出3、2、1輪轉(zhuǎn)向，見題二一1圖(b)；(2)根據(jù)一對斜齒圓柱齒輪正確嚙合的條件，知輪3為右旋；用左右手法則，判斷3輪上 的軸向力Fa3 (3輪為主動輪)，由已知條件3輪軸向力Fa3與2輪軸向力Fa2相互抵消一部 分，判斷出2輪軸向力Fa2的方向；根據(jù)作用力與反作用力

13、定律，由2輪軸向力Fa2的方向 判斷出1輪軸向力Fa1的方向，由3輪軸向力Fa3的方向判斷出4輪軸向力Fa4的方向，各 軸向力方向見題二一1圖(b)；根據(jù)1輪上軸向力Fa1的方向和轉(zhuǎn)向n1，用左右手法則，判斷1輪的螺旋線方向?yàn)樽?旋，見題二一4圖(b)。(b)5.解:L = (一)3106 r10 PL_ L 1，一二一二o =Lio =(C 沮。6 r匕 8A JLL10h =(P)31。6 /6o (h)- f虹=1L10 2L10h =(P)316/60 x 2n(h)三、計(jì)算題1.解：B處為局部自由度，E或F處為虛約束，沒有復(fù)合鉸鏈。P = 3n - 2P - P=3 x 4 - 2

14、x 5 -1 x 1 = 12.解：Z53.z z z z2 3 4 5 = z z z z12 3, 4,向下轉(zhuǎn)。解：P = 3n - 2P - P=3 x 7 - 2 x 9 - 1x 1 = 2I15題三一1圖%偵4偵5 = 25 貝 x40 = 100 z1 z3, z4,20 x 1x 304.解:F = 0.68 Fr1 = 0.68 x 8000 = 5440NF = 0.68 FrS1F2 = 0.68 Fr2 = 0.68 x 5200 = 3536NF + F = 5440 + 2200 = 7640 F = 3536N所以 l 端為壓緊端，F(xiàn)2 2= FA + 節(jié)S1=

15、2200 + 5440 = 7640N所以I端為放松端，F(xiàn)a1 = FS1 = 5440N(2)F + F = 5440 + 900 = 6340 F = 3536N所以 II 端為壓緊端，F(xiàn)2 = FA +Fs1 = 900 + 5440 = 6340N所以I端為放松端，F(xiàn)a1 = FS1 = 5440NF + F = 5440 +1120 = 6560 F = 3536N所以I 端為壓緊端，F(xiàn)a2 = fa + Fs 1 = 1120 + 5440 = 6560N所以I端為放松端，F(xiàn)a1 = FS1 = 5440N5解:P = 3n - 2P - P=3 x 7 - 2 x 10 - 1x

16、 0 = 1無復(fù)合鉸鏈、無虛約束和局部自由度。6解： C ,(竺竺x 106L = (- )3106(h) = 3757.3h10 hP60n60 x 730（2）34000、 s廠()3 x 106n = (C )3106=P / L -6010000 x 6010 h=274.3rpm（3）106 - C3: 106 x 340003P = r = 3 1t： L10h - 60n 310000 x 60 x 73089735159817.4N7.解：P = 3n 2 P PL H=3 x 5 - 2 x 7 - 1x 0 = 18.解：中心主軸受力 F=4000N , T = F - - = 4000 x 160/2 = 320N - m2由T、接合面m=2和力矩平衡得：m C I峭=fF=f = 1.2 x3 2 0 =7 6 8 N 0 0.0 2 5m-r 0.0 2 X2x0.1S查表可知 45 鋼。廣 355MPa , q b= 600MPa，取 S=1.5b= % =竺 MPa = 236.7MPaS 1.5,4 x 1.3F4 x 1.3 x 76800d t= := 23.2mm兀q236.7兀所以選用M30 X 2螺紋。四、改錯題1.答：(1)與皮帶輪配合的軸段太長，夾不緊皮帶輪；需將該軸段縮短，短與皮帶輪寬度2至