機械設(shè)計復(fù)習(xí)要點及重點習(xí)題

-緒論

1、機器的基本組成要素是什么？【答】機器的基本組成要素是機械零件。

2、什么是通用零件？什么是專用零件？試各舉三個實例。

【答】在各種機器中經(jīng)常能用到的零件稱為通用零件。如螺釘、齒輪、彈簧、鏈輪等。

在特定類型的機器中才能用到的零件稱為專用零件。如汽輪機的葉片、內(nèi)燃機的活塞、曲軸等。

3、在機械零件設(shè)計過程中，如何把握零件與機器的關(guān)系？

【答】在相互連接方面，機器與零件有著相互制約的關(guān)系；

在相對運動方面，機器中各個零件的運動需要滿足整個機器運動規(guī)律的要求；

在機器的性能方面，機器的整體性能依賴于各個零件的性能，而每個零件的設(shè)計或選擇又和機

器整機的性能要求分不開。

二機械設(shè)計總論

1、機器由哪三個基本組成部分組成？傳動裝置的作用是什么？

【答】機器的三個基本組成部分是：原動機部分、執(zhí)行部分和傳動部分。

傳動裝置的作用：介于機器的原動機和執(zhí)行部分之間，改變原動機提供的運動和動力參數(shù)，以滿足執(zhí)

行部分的要求。

2、什么叫機械零件的失效？機械零件的主要失效形式有哪些？

【答】機械零件由于某種原因喪失工作能力或達不到設(shè)計要求的性能稱為失效。機械零件的主要失效

形式有：

1）整體斷裂：2）過大的殘余變形（塑性變形）：3）零件的表面破壞，主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞：

4）破壞正常工作條件引起的失效。

3、什么是機械零件的設(shè)計準則？機械零件的主要設(shè)計準則有哪些？

【答】機械零件的設(shè)計準則是指機械零件設(shè)計計算時應(yīng)遵循的原則。

機械零件的主要設(shè)計準則有：強度準則、剛度準則、壽命準則、振動穩(wěn)定性準則、可靠性準則。

5、設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足哪些基本要求？

【答】機械零件的基本設(shè)計要求有：避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求；結(jié)構(gòu)工藝性要求；經(jīng)濟性要求;

質(zhì)量小要求；可靠性要求。

6、筒述機械零件的一般設(shè)計步驟？

【答】機械零件的一般設(shè)計步驟是：（1）選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)；（2）計算作用載荷；（3）選擇材料;

（4；確定基本尺寸；（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計；（6）校核計算；（7）繪圖和編寫技術(shù)文件。

7、機械零件的常規(guī)設(shè)計方法有哪些？計算機輔助設(shè)計、可靠性設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、并行設(shè)計屬于常規(guī)設(shè)計

方法嗎？

【答】機械零件的常規(guī)設(shè)計方法有:

（1）理論設(shè)計：根據(jù)長期總結(jié)出來的設(shè)計理論和實驗數(shù)據(jù)所進行的設(shè)計稱為理論設(shè)計，理論設(shè)計中

常采用的處理方法有設(shè)計計算和校核計算兩種。前者是指由公式直接算出所需的零件尺寸，后者是指對初

步選定的零件尺寸進行校核計算；

（2）經(jīng)驗設(shè)計：根據(jù)從某類零件已有的設(shè)計與使用實踐中歸納出的經(jīng)驗關(guān)系式，或根據(jù)設(shè)計者本人

的工作經(jīng)驗用類比的辦法所進行的設(shè)計；

（3）模型實驗設(shè)計：對于一些尺寸巨大而且結(jié)構(gòu)又很復(fù)雜的重要零件件，尤其是一些重型整體機械

零件，為r提高設(shè)計質(zhì)量，可采用模型實驗設(shè)計的方法。

計算機輔助設(shè)計、可靠性設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、并行設(shè)計屬于現(xiàn)代設(shè)計方法。

8、簡述機械零件金屬材料的一般選用原則？

1、載荷、應(yīng)力及其分布狀況，零件的工作情況；

2、零件的尺寸及質(zhì)量；

3、零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度及材料的加工可能性；

4、材料的經(jīng)濟性；

5、材料的供應(yīng)狀況。

9、什么是機械零件的標準化？實行標準化有何重要意義？

【答】零件的標準化就是對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、檢驗方法、制圖要求等制定出各種各

樣大家共同遵守的標準。

意義：1）能以最先進的方法在專門化工廠中對?那些用途最廣的零件進行大量、集中的制造，以提高質(zhì)量、

降低成本；

2）統(tǒng)一了材料和零件的性能指標，使其能夠進行比較，提高了零件性能的可靠性；

3）采用了標準結(jié)構(gòu)及零、部件，可以簡化設(shè)計工作，縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計質(zhì)量，同時也簡化了

機器的維修工作。

三機械零件的強度

1、影響機械零件疲勞強度的主要因素有哪些？在設(shè)計中可以采用哪些措施提高機械零件的疲勞強度？

【答】影響機械零件疲勞強度的主要因素有零件幾何形狀、尺寸大小、加工質(zhì)量及強化因素。

可以采用如下措施來提高機械零件的疲勞強度：

1）盡可能降低零件上應(yīng)力集中的影響是提高零件疲勞強度的首要措施。應(yīng)盡量減少零件結(jié)構(gòu)形狀和

尺寸的突變或使其變化盡可能地平滑和均勻。在不可避免地要產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)處，可采用減荷

槽來降低應(yīng)力集中的作用；

2）選用疲勞強度大的材料和規(guī)定能夠提高材料疲勞強度的熱處理方法及強化工藝：

3）提高零件的表面質(zhì)量；

4）盡可能地減小或消除零件表面可能發(fā)生的初始裂紋的尺寸，對于延長零件的疲勞壽命有著比提高

材料性能更為顯著的作用。

2,己知某材料的b_1-180MPa,循環(huán)基數(shù)取N(j=5*1()6,，片9,試求循環(huán)次數(shù)"分別為7000,25000,

620G00次時的有限壽命”曲疲勞極限。

【解】由公式。得

5X1()6

M=7000時b-lM=373.6MPa

7000

M=25000時324.3MPa

二J1,2小25(XX)

6

I5x10

M=620000時=180?'=227.0MPa

V620000

3、己知一材料的力學(xué)性能b,=260MPa,=170MPa,=0.2,試按比例繪制該材料的簡化極限

應(yīng)力線圖。

【解】由公式3-6%=2j-%得

。。

2x170

。。=283.33MPa

1+%1+0.2

簡化極限應(yīng)力線圖上各點的坐標分別為

A(0,170)；U(141.7,141.7)；C(260,0)

按比例繪制的簡化極限應(yīng)力線圖如圖所示。

4、如在題3中取零件的=1.2,零件危險截面上的平均應(yīng)力er,”二20MPa,應(yīng)力幅ba=30MPa,

I)按比例繪制該零件的簡化極限應(yīng)力線圖，并在圖上標出工作點M；

2)分別按，?=C和二C在零件的簡化極限應(yīng)力線圖上標出極限應(yīng)力點Si和S2；

3)分別按〃=C和求出該截面的計算安全系數(shù)S’d

【解】

1)繪制零件的簡化極限應(yīng)力線圖

零件極限應(yīng)力線圖上各點的坐標分別為:

A((),—)=((),141.7)；D(141.7,)=(141.7,118.1),C(260,0)

1.21.2

工作點M坐標為)=(30,20)

2)標出極限應(yīng)力點Si和S2

r=C和a,”=C時在零件的簡化極限應(yīng)力線圖上

的極限應(yīng)力點Si和S2如圖所示。

3)按廠=C和?”二C求該截面的計算安全系數(shù)

高，對中性好。主要用于傳動螺紋。

鋸齒型螺紋：牙型為不等腰梯形，工作面的牙側(cè)角3度，非工作面牙側(cè)角30度。外螺紋牙根有較大

的圓角，以減小應(yīng)力集中，內(nèi)外螺紋旋合后，大徑無間隙便于對中，兼有矩形螺紋傳動效率高和梯形螺紋

牙型螺紋牙根強度高的特點。用于單向受力的傳動螺紋。

普通螺紋適合用于連接，矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋適合用于傳動。

普通螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋已經(jīng)標準化。

4、簡要說明螺紋連接的主要類型和特點。

【答】螺紋聯(lián)接的主要類型有螺栓聯(lián)接、螺釘聯(lián)接、雙頭螺柱聯(lián)接和緊定螺釘聯(lián)接四種。主要特點是：

1）螺栓聯(lián)接：有普通螺栓聯(lián)接和校制孔螺栓聯(lián)接兩種。普通螺栓聯(lián)接被聯(lián)接件的通孔與螺栓桿之間

有間隙，所以孔的加工精度可以低些，不需在被聯(lián)接件上切制螺紋，同時結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便，所以應(yīng)用

最廣。較制孔螺栓聯(lián)接螺栓桿與孔之間沒有間隙，能確定被聯(lián)接件的相對位置，并能承受橫向載荷。

2）螺釘聯(lián)接：螺釘直接旋入被聯(lián)接件的螺紋孔中。適用于被聯(lián)接件之一較厚，或另一端不能裝螺母

的場合。

3）雙頭螺柱聯(lián)接：使用兩端均有螺紋的螺柱，一端旋入并緊定在較厚被聯(lián)接件的螺紋孔中，另一端

穿過較薄被聯(lián)接件的通孔，加上墊片，旋上螺母并擰緊，即成為雙頭螺柱聯(lián)接。

4）緊定螺釘聯(lián)接：將緊定螺釘擰入一零件的螺紋孔中，其末端頂住另一零件的表面，或頂入相應(yīng)的

凹坑中，以固定兩個零件的相對位置，并可傳遞不大的力或扭矩,多用于固定軸上零件的相對位置。

6、在鑄、鍛件等的粗糙表面上安裝螺栓時，為何應(yīng)制成凸臺或沉頭座？

【答】1）降低表面粗造度，俁證連接的緊密性；2）避免螺栓承受偏心載荷；3）減少加工面，降低加

工成本。

7、如圖所示的底板螺栓組連接受外力的產(chǎn)￡作用，外力產(chǎn)￡作用在包含工軸并垂直于底板結(jié)合面的平面內(nèi)。

試分析底板螺栓組的受力情況，判斷哪個螺栓受力最大？保證連接安全工作的必要條件有哪些？

【解】將F、等效轉(zhuǎn)化到底板面上，可知底板受到軸向

力仁,橫向力和傾覆力矩

（1）底板最左側(cè)螺栓受力最大，為防止螺栓拉斷，應(yīng)

驗算該螺栓的拉伸強度，要求拉應(yīng)力

（2）為防止底板右側(cè)壓碎，應(yīng)驗算底板右側(cè)邊緣的最

大擠壓應(yīng)力，要求最大擠壓應(yīng)力；

（3）為防止底板左側(cè)出現(xiàn)間隙，應(yīng)驗算底板左側(cè)邊緣

的最小擠壓應(yīng)力，要求最小擠壓應(yīng)力b〃min>0；

（4）為防止底板向右滑移，應(yīng)驗算底板在橫向力作用

題7圖

下是否會滑動，要求摩擦力尺廣

8、如圖所示，兩塊金屬板用兩個M12的普通螺栓連接。若結(jié)合面的摩擦系數(shù)/=0.3,螺栓預(yù)緊力控制

在屈服極限的70%,螺栓用性能等級為4.8的中碳鋼制造，求此連接所能傳遞的最大橫向我荷尸。

【解】

1、M12的螺紋內(nèi)徑為&曰。/06mm

2、確定螺栓的預(yù)緊力

性能等級為4.8的碳鋼/=320MPa

ml

F=0.7巴4=0.7區(qū)一

由題意，預(yù)緊力為Q4

3、由公式切FONK.FZ

z=2,Z=1,/=0.3,取&=1.2,因此，該連接能傳遞的最大橫向載荷為

_fiiF^03x2x1x。.7x32。，—1叱=8983.93N

max-

-KsL2

9、受軸向載荷的緊螺栓連接，被連接鋼板間采用橡膠墊片。已知螺栓預(yù)緊力6=15000N,當受軸向工

作載荷F=I(XXX)N時，求螺栓所受的總拉力及被連接件之間的殘余預(yù)緊力。

【解】采用橡膠墊片密封，取螺栓的相對剛度一以一=0.9

Q+孰

由教材公式(5-18),螺栓總:立力尼二乙+—與一F=1500+0.9x10000=24000N

G+c〃i

由教材公式(5.15),殘余預(yù)緊力為片=后一尸=24000-10000=14000N

鍵、花鍵、無鍵連接和銷連接

4、如圖所示的凸緣半聯(lián)軸器及圓柱齒輪，分別用鍵與減速器的低速軸相連接。試選擇兩處健的類型及尺

寸，并校核其強度。己知：軸的材料為45鋼，傳遞的

轉(zhuǎn)矩為7=1000N.m,齒輪用鍛鋼制造，半聯(lián)軸器用

灰鑄鐵制成，工作時有輕微沖擊。

【解】

(1)確定聯(lián)軸器段的鍵

題4圖

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，選A型平鍵。由軸徑d=70〃〃〃，查手冊得鍵的截面尺寸為人=20〃"%，〃=12"〃舞,

取鍵的公稱長度L=110"〃〃。

鍵的標記：鍵20x11()GB叮1069-1979

鍵的工作長度為/=￡一。=110—20=90〃切2,

鍵與輪轂鍵槽接觸高度為k=h/2=6mm,

根據(jù)聯(lián)軸器材料鑄鐵，載荷有輕微沖擊，

查教材表6-1,取許用擠壓應(yīng)力[bp]=55M4,則其擠壓強度

27x62x1000x1000

=52.9\MPa<55MPa=[ap]

kid6x90x70

滿足強度要求。(注：該鍵也可以選擇長度L=125mm。)

(2；確定齒輪段的鍵

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，選A型平鍵。由軸徑d=90mm,查手冊得鍵的截面尺寸為〃=25mm,

〃二14mm,取鍵的公稱長度￡=80mm。鍵的標記：鍵25x80GB/T1069-1979

鍵的工作長度為l=L-b=8O-25=55mm,鍵與輪轂鍵槽接觸高度為左=〃/2=7mm,

根據(jù)齒輪材料為鋼，載荷有輕微沖擊，查教材表6-1,取許用擠壓應(yīng)力[。〃]=110\1白，則其

2Txl032x1000xlO3.入八

擠壓強度=--------=--------------=57.72MPa<[a]=110MPa滿足強度要求。

Pkid7x55x90〃

五帶傳動

1、影響帶傳動工作能力的因素有哪些?

【答】由公式(8-7)F=2F

ecQl+l/efa

影響帶傳動工作能力的因素有：

(1)預(yù)緊力：預(yù)緊力越大，工作能力越強，但應(yīng)適度，以避免過大拉應(yīng)力;

(2)包角：包角越大越好，一般不小于120度；

(3)摩擦系數(shù)：摩擦系數(shù)越大越好。

2、帶傳動的帶速為什么不宜太高也不宜太低?

u2

【答】由公式(8-10)cr，=—可知，為避免過大的離心應(yīng)力，帶速不宜太高;

A

FP

由公式(8-3)和(8-4)可知，緊邊拉力E=耳+—=兄+1000—

2v

因此，為避免緊邊過大的拉應(yīng)力6=巨，帶速不宜太低。

A

4、帶傳動的主要失效形式和設(shè)計準則是什么？

【答】帶傳動的主要失效形式是打滑和疲勞破壞。

帶傳動的設(shè)計準則是在保證帶傳動不打滑的條件下，具有一定的疲勞強度和壽命。

5、V帶傳動的巧=1450r/min,帶與帶輪的當量摩擦系數(shù)￡,=0.51,包角%=180°,預(yù)緊力

生=360N.試問：

1）該傳動所能傳遞的最大有效拉力為多少；

2）若“山=100mm,其傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為多少；

3）若傳動效率為0.95,彈性滑動忽略不計，求從動輪的輸出功率。

l-l/e05LT

【解】⑴心=2丹--------=2x360x=478.35/V

1+1//1+1/產(chǎn)

(2)傳遞的最大扭矩

7=工.弘=478.35X—=23917.5N.mm

ec22

(3)輸出功率

匕x/M山

P=x0.95=x0.95

100060x1000x1000

478.35x1450x^x100

x0.95=3.63kW

60x1000x1000

6、V帶傳動傳遞的功率P=7.5kW,帶速N=l（）m/s,緊邊拉力是松邊拉力的兩倍，即F}=2F2,試

求緊邊拉力K、有效拉力（和預(yù)緊力6。

FV1000P1000x7.5

【解】由4卬，得入==750N

u-io-

10000

由￡=耳一F2，又F、=2F2,得片=2己=2x750=1500N

由G二馬+g,得益=6一與=]500-苧=1125N

六鏈傳動

1、與帶傳動相比，鏈傳動有哪些優(yōu)缺點？

【答】與屬于摩擦傳動的帶傳動相比，鏈傳動無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，因而能保證準確的平均傳動比,

傳動效率較高；又因鏈條不需要像帶那樣張得很，所以作用于軸上的徑向壓力較?。辉谕瑯拥臈l件下，鏈

傳動結(jié)構(gòu)較為緊湊。同時鏈傳動能在高溫和低溫的情況下工作C

2、何謂鏈傳動的多邊形效應(yīng)？如何減輕多邊形效應(yīng)的影響？

【答】鏈傳動運動中由于鏈條圍繞在鏈輪上形成了正多邊形，造成了運動的不均勻性，稱為鏈傳動的

多邊形效應(yīng)。這是鏈傳動固有的特性。

減輕鏈傳動多邊形效應(yīng)的主要措施有：

1）減小鏈條節(jié)距；

2）增加鏈輪齒數(shù)；

3）降低鏈速。

4、在如圖所示鏈傳動中，小鏈輪為主動輪，中心距a=（30T0）〃。問在圖a、b所示布置中應(yīng)按哪個方

向轉(zhuǎn)動才合理？兩輪軸線布置在同一鉛垂面內(nèi)（圖c）有什么缺點？應(yīng)采取什么措施？

【答】a）和b）按逆時針方向旋轉(zhuǎn)合理。

c）兩輪軸線布置在同一鉛垂面內(nèi)下垂量增大，下鏈輪的有效嚙合齒數(shù)減少，降低了傳動能力，應(yīng)采取

（1）調(diào)整中心距（2）加張緊輪3）兩輪偏置等措施。

七齒輪傳動

1、齒輪傳動常見的失效形式有哪些？簡要說明閉式硬齒面、旺式軟齒面和開式齒輪傳動的設(shè)計準則。

【答】齒輪傳動常見的失效形式有以下幾種：（1）輪齒折斷；（2）齒面點蝕；（3）齒面磨損；（4）齒

面膠合；（5）塑性變形。

閉式硬齒面的設(shè)計以保證齒根彎曲疲勞強度為主；閉式軟齒面的設(shè)計通常以保證齒面接觸疲勞強度為

主；開式齒輪傳動的設(shè)計目前僅以保證齒根彎曲疲勞強度作為設(shè)計準則。

2、筒要分析說明齒輪輪齒修緣和做成鼓形齒的目的。

【答】齒輪輪齒修緣是為了減小齒輪傳動過程中由于各種原因引起的動載荷。做成鼓形是為了改善載

荷沿接觸線分布不均的程度。

3、軟齒面齒輪傳動設(shè)計時，為何小齒輪的齒面硬度應(yīng)比

大齒輪的齒面硬度大30?50HBS?

【答】金屬制的軟齒面齒輪配對的兩輪齒中，小齒輪

齒根強度較弱，且小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)較多，當大小

齒輪有較大硬度差時，較硬的小齒,輪會對較軟的大齒輪

齒面產(chǎn)生冷作硬化的作用，可提高大齒輪的接觸疲勞強度。所以要求小齒輪齒面硬度比大齒輪大

30-50HBSo

4、試分析圖示斜齒圓柱齒輪所受的力（用受力圖表示出各力優(yōu)作用位置和方向）。（1為主動輪）

5、設(shè)兩級斜齒圓柱齒輪減速器的已知條件如圖所示，問:

1）低速級斜齒輪的螺旋線方向應(yīng)如何選擇才能使中間軸上兩齒輪的軸向力方向相反;

2）低速級螺旋角夕應(yīng)取多大數(shù)值才能使中間軸上兩個軸向力互相抵消。

【解】

（1）由于中間軸上兩齒輪分別為主動

和從動輪，旦旋轉(zhuǎn)方向相同，因此為使軸向

力方向相反，必須使齒輪3的螺旋方向與齒

輪2的相同。齒輪2為左旋，故齒輪3必須

左旋，齒輪4右旋。

（2）使中間軸上輪2和輪3的軸向力

互相完全抵消，需要滿足工2=5,3。

tan

F(I2=耳2尸2,"3=Fgtan

因齒輪2和齒輪3傳遞的轉(zhuǎn)矩相同7=￡22=￡34，且

22

d2=z2mn2/cos,d3=z3mn3/cos自

整理后nJ得

tanp3Fdznicosp

,=I2,=3,=3fli2I

tan%FI3d2z2mnlcos/73

因此sin0、=~'""3sin夕2=——■sin150=0.1438

z2mn23x51

夕3=8.27°=8016'2"

6、齒輪傳動設(shè)計時，為何小齒輪的齒寬應(yīng)比大齒輪的齒寬大5?10mm?

【答】將小齒輪的齒寬在圓整值的基礎(chǔ)上人為地加寬5?10mm以防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯

位時導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒的工作載荷。

7、對于做雙向傳動的齒輪來說，它的齒面接觸應(yīng)力和齒根彎曲應(yīng)力各屬于什么循環(huán)特性？在做強度計算

時應(yīng)怎樣考慮？

【答】齒面接觸應(yīng)力是脈動循環(huán)，齒根彎曲應(yīng)力是對稱循環(huán)。

在作彎曲強度計算時應(yīng)將圖中查出的極限應(yīng)力值乘以0.7。

8、設(shè)計小型航空發(fā)動機中的一對斜齒圓柱齒輪傳動。已知6=130kW,=11640r/min,zt=23,

z2=73,壽命品=100h,小齒輪作懸臂布置，使用系數(shù)=1.25。

【解】1)選擇齒輪的材料和精度等級

根據(jù)教材表10-1選大小齒輪材料均為20CrMnTi滲碳淬火。小齒輪齒面硬度取62HRC,大齒輪齒面硬

度取38HRC,芯部300HBS。選精度等級為6級。

2)按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計

①小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩

p130

T,=9.55xMV-L=9.55xHFx-----=106658N.mm

1/?111640

②初選載荷系數(shù)：K,=1.6

③確定齒寬系數(shù)：小齒輪作懸臂布置，據(jù)教材表10-7選取為=0.5

④初選螺旋角：尸=14°

⑤計算斜齒輪的當量齒數(shù)：

z\_23_cuc_Z2_73_1八八

zvi=7T=3777=25.2，z=—=j--=19.9

cos/?cos14v2cos"cos-14

⑥確定齒形系數(shù)和應(yīng)力集中系數(shù)：

查教材表10-5得匕“=2.62,=1.59,YFa2=2.22,YSa2=\.77

⑦確定斜齒輪端面重合度:

查教材圖10-26得%=0.78,〃2=0.88,￡a=品?+%=0.78+0.88=1.66

⑧確定彎曲強度許用應(yīng)力:

7

循環(huán)次數(shù)N]=60n]jLh=60x11640x1x100=7.0x10

7

N2=60%=60x11640x23/73x1x10()=2.2xl0

由教材圖10-18查得KFNT=心2=1

取安全系數(shù)S尸=1.5

由教材圖10-20(d)得aFN]=(JFN2=930MPa

按對稱循環(huán)變應(yīng)力確定許用彎曲應(yīng)力為

[o-]=lcrJ=0.7x*=434MPa

FIF2=07J；;。

⑨由彎曲強度計算齒輪的模數(shù):

因/川痣“2>丫&2%“2，[O-F1]=[CTF2],將齒輪1的參數(shù)代入設(shè)計公式中得

2KT1勿cos?/%%_/2xl.6xl06658x0.89xcos214°.22.62x1.59

21.84mm

-V網(wǎng)?z「4[crF]-V0.5x23x1.66434

取標準值mn=2mm。

⑩險算載荷系數(shù):

Z]機〃23x2

小齒輪的分度圓直徑4=---L=------=47.4mm

cos/cos14"

3.141x47.4x116470“小

齒輪的圓周速度u=---——------------------=28.9m/s

60x100060x1000

由教材圖10-8查得：=1.16

假設(shè)KAFt/b>\^N/min,由教材圖10-3查得

KFa=K*=11

齒寬b=%(1\=0.5x47.4=23.7mm

齒寬與齒高比b/h=---=23,7=5.3

2.25/%2.25x2

由教材表10-4杳得K郎=1.15,由教材圖10-13查得K"=1.12

彎曲強度載荷系數(shù)

K=K4K「K&K”=1.25x1.16x1.1x1.12=1.79

⑥修正模數(shù)：

mn=mnt1K/K,=1.84X/.79/1.6=

因此取標準值mn=2mm合適。

◎確定螺旋角：

?、皿2.+zm23+732八八八,

中心距a=———2——n=-----------x------=98.94mm

2cos/2cos14"

圓整中心距a=99mm后，螺旋角

B-arccos(Z]+_arcc0(23+73)x2_]4。828”

2a2x99

。斜齒輪的相關(guān)參數(shù)

4=—=47.437麗

cos夕cosl408'28”

豆殳_=_012_=150.562〃〃〃

"2=

cos/?cos1408'28"

b=%小=0.5x47.437=23.7mm

對齒寬圓整：b2=24/77/77,仄=2Smm

3）齒面接觸強度校核

①確定接觸強度載荷系數(shù)KUKAKUK&K%=1.25x1.16x1.1x1.15=1.83

②確定接觸強度許用應(yīng)力：

查教材圖10-21（e）得crHliml=crHlim2=1500MPa

查教材圖10-19中曲線2得K“M=1。KHN2=L°8

取安全系數(shù)SH=1.0

KHNOHL=10x1500=1500MPa

SH1.0

K“N2bmim21.08xl5(X)入“一八

[b'2]=---------=1620MPa

s”1.0

③確定彈性影響系數(shù):據(jù)教材表10-6查得Z￡=189.87MPa

④確定區(qū)域載荷系數(shù):據(jù)教材圖10-30查得ZH=2.43

⑤校核接觸強度

=ZL-"1=189.8X2.43X2xL83xl:6658x3=u4°Mpa＜皿]

aH=.Z

Hbd、F〃24x47.4373x1.663.17

滿足接觸強度要求，以上所選參數(shù)合適。

八蝸桿傳動

1、笥述蝸桿傳動的特點和應(yīng)用場合？

【答】蝸桿傳動的主要特點有：（1）傳動比大，零件數(shù)目少，結(jié)構(gòu)緊湊；（2）沖擊載荷小、傳動平穩(wěn),

噪聲低；（3）當蝸桿的螺旋升角小于嚙合面的當量摩擦角時，蝸桿傳動具有自鎖性；（4）摩擦損失較大，

效率低；當傳動具有自鎖性時，效率僅為0.4左右；（5）由于摩擦與磨損嚴重，常需耗用有色金屬制造蝸

輪（或輪圈），以便與鋼制蝸桿配對組成減摩性良好的滑動摩擦副。

期桿傳動通常用于空間兩軸線交錯，要求結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大的減速裝置，也有少數(shù)機器用作增速裝置。

2、蝸桿直徑系數(shù)的含義是什么？為什么要引入蝸桿直徑系數(shù)？

【答】蝸桿直徑系數(shù)是蝸桿分度圓直徑和模數(shù)的比值。

4

q=—m

引入蝸桿直徑系數(shù)是為了限制蝸輪滾刀的數(shù)H及便于滾刀的標準化。

3、為什么蝸輪的端面模數(shù)是標準值？蝸桿傳動的正確嚙合條件是什么？

【答】I）在中間平面上，普通圓柱蝸桿傳動就相當丁,齒條與齒輪的嚙合傳動。所以在設(shè)計蝸桿傳動時,

均取中間平面上的參數(shù)（如模數(shù)、壓力角等）和尺寸（如齒頂圓、分度圓等）為基準，并沿用齒輪傳動的

計算關(guān)系。對于蝸輪來說，端面模數(shù)等于中間平面上的模數(shù)。

2）蝸桿傳動的正確嚙合條件是：蝸桿的軸向模數(shù)等于蝸輪的端面模數(shù)，蝸桿的軸向壓力角等于蝸輪

的端面壓力角，蝸桿中圓柱上螺旋線的導(dǎo)程角等于蝸輪分度圓上的螺旋角，且螺旋線方向相同。即

tna\=mt2=m?aa\=ai2-Y=P

4、蝸桿傳動的主要失效形式是什么？相應(yīng)的設(shè)計準則是什么？

【答】蝸桿傳動的失效形式主要有齒面點蝕、齒根折斷、齒面膠合及過度磨損等。

在開式傳動中多發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷，因此應(yīng)以保證齒根彎曲疲勞強度作為開式傳動的主要設(shè)計

準則。

在閉式傳動中，蝸桿副多因齒面膠合或點蝕而失效。因此，通常是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。

對于閉式傳動，由于散熱較為困難，還應(yīng)作熱平衡核算。

5、試分析畫出圖5所示蝸桿傳助中各軸的回轉(zhuǎn)方向、蝸輪輪齒的螺旋方向及蝸桿、蝸輪所受各力的作用

位置和方向。

【解】1）各軸的回轉(zhuǎn)方向如圖所示；

2）蝸輪輪齒的螺旋方向：

由于兩個蝸桿均為右旋，因應(yīng)兩個蝸輪也必為右旋。

3）蝸桿、蝸輪所受各力的作用位置和方向如圖所示

右旋蝸輪

右旋蝸桿（主動）

九滑動軸承

1、滑動軸承的失效形式有哪些？

【答】滑動軸承的失效形式有：磨粒磨損、刮傷、咬合（膠合）、疲勞剝落和腐蝕，還可能出現(xiàn)氣蝕、

流體侵蝕、電侵蝕和微動磨損等損傷。

2、滑動軸承材料應(yīng)具備哪些性能？是否存在著能同時滿足這些性能的材料？

【答】滑動軸承材料性能應(yīng)具有以下性能：（1）良好的減摩性、耐磨性和抗咬粘性。（2）良好的摩擦

順應(yīng)性、嵌入性和磨合性。（3）足夠的強度和抗腐蝕能力。（4）良好的導(dǎo)熱性、工藝性、經(jīng)濟性等。不存

在一種軸承材料能夠同時滿足以上這些性能。

3,寸液休澗滑軸承的設(shè)計依據(jù)是什么？限制〃和〃。的目的是什么？

【答】非液體潤滑軸承常以維持邊界油膜不遭破壞作為設(shè)計的最低要求。

限制〃的目的是保證潤滑油不被過大的壓力擠出，間接保證軸瓦不致過度磨損。

軸承的發(fā)熱量與其單位面積上的摩擦功耗力W成正比，限制〃N的目的就是限制軸承的溫升，防止吸

附在金屬表面的油膜發(fā)生破裂。

4、液體動壓潤滑的必要條件是什么？簡述向心滑動軸承形成動壓油膜的過程？

【答】形成流體動力潤滑（即形成動壓油膜）的必要條件是：

1）相對滑動的兩表面間必須形成收斂的楔形間隙；

2）被油膜分開的兩表面必須有足夠的相對滑動速度（亦即滑動表面帶油時要有足夠的油層最大速度）,

其運動方向必須使?jié)櫥陀纱罂诹鬟M，從小口流出；

3）潤滑油必須有一定的粘度，供油要充分。

向心滑動軸承形成動壓油膜的基本過程為：

1）軸頸靜止時，軸頸處于軸承孔的最低位置，并與軸瓦接觸，兩表面間自然形成一收斂的楔形空間；

2）軸頸開始轉(zhuǎn)動時，速度極低，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

表面圓周速度方向相反，迫使軸頸在摩擦力的作用下沿孔壁爬升；

3）隨著轉(zhuǎn)速的增人，軸頸表面的圓周速度增人，帶入楔形空間的油量也逐漸增多。這時楔形油膜產(chǎn)

生了一定的動壓力，將軸頸浮起。當軸頸達到穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，軸頸便穩(wěn)定在一定的偏心位置上。這時，軸承

處于流體動力潤滑狀態(tài)，油膜產(chǎn)生的動壓力與外載荷相平衡。由于軸承內(nèi)的摩擦阻力僅為液體的內(nèi)阻力，

故摩擦系數(shù)達到最小值。

5、某不完全液體潤滑徑向液體滑動軸承，已知：軸頸直徑d=200mm,軸承寬度8=200mm,軸頸

轉(zhuǎn)速〃=300r/min,軸瓦材料為ZCuAII0Fe3,試問它可以承受的最大徑向載荷是多少？

【解】軸瓦的材料為ZCuAII0Fe3,查其許用應(yīng)力[p]=15MPa,許用[pp]=12MPa,m/s

1）軸承的平均壓力應(yīng)滿足式（12-1）,據(jù)此可得

F<[pk/B=15x200x200=6xl05N

2）軸承的〃D應(yīng)滿足式12-2,據(jù)此可得

FJ^IX19100^12X19100X200=1526X1Q5N

n300

綜合考慮（1）和（2）,可知最大徑向載荷為1.526、105N。

6、某對開式徑向滑動軸承，已知徑向載荷/=35000N,軸頸直徑d=90mm,軸承寬度8=100mm,

軸頸轉(zhuǎn)速〃=1000r/mino選用L-AN32全損耗系統(tǒng)用油，設(shè)平均溫度7；〃=9（）℃,軸承的相對間隙

“=0.（X）l,軸頸、軸瓦表面粗造度分別為段?=1.6gm,&2=3.2pm,試校驗此軸承能否實現(xiàn)液體動

壓灌滑。

【解】按50°查L-AN32的運動粘度，查得%°=22c&,換算出L-AN3250°時的動力粘度：

%o=p%oXlOi=900x22x10^=0.0198

軸徑轉(zhuǎn)速

2m227TX1000…r

co=——=---------=104.1rad/s

6060

承受最大載荷時，考慮到表面幾何形狀誤差和軸徑撓曲變形。選安全系數(shù)為S=2,據(jù)式12-9和12-10

得:

r(p(\-x)=S(R:l+R二2)

所以

S（R“+RQ?2x0.0048

y=1---------------------=1------------------=U.dUo

r（p0.05

由4/d=1.11及％=0.808,查教材表12-8得有限寬軸承的承載量系數(shù)Cp=3.372

由于

FgxfMBCpIcp1=0.0918x104.7x0.09x0.1x3.372/0.0012=63000N>35000N

所以，可以實現(xiàn)液體動壓潤滑。

十滾動軸承

1、滾動軸承的主要失效形式是什么？

【答】滾動軸承的正常失效形式是滾動體或內(nèi)外圈滾道上的點蝕破壞。

對于慢慢擺動及轉(zhuǎn)速極低的軸承，主要失效形式是滾動軸承接觸面上由于接觸應(yīng)力過大而產(chǎn)生的永久

性過大的凹坑。

除點蝕和永久性變形外，還可能發(fā)生其它多種形式的失效，如：潤滑油不足使軸承燒傷，潤滑油不清

潔使軸承接觸部位磨損，裝配不當使軸承卡死、內(nèi)圈漲破、擠碎內(nèi)外圈和保持架等。這些失效形式都是可

以避免的。

2、什么是滾動軸承的基本額定壽命？什么是滾動軸承的基本額定動載荷？

【答】一組軸承中，10%的軸承發(fā)生點蝕破壞，90%的軸承不發(fā)生點蝕破壞前的轉(zhuǎn)數(shù)（以ICT為單位）

或工作小時數(shù)稱為滾動軸承的基本額定壽命，以Lo表示。

滾動軸承的基本額定動載荷就是使軸承的基本額定壽命恰好為1。6轉(zhuǎn)時，軸承所能承受的載荷值，用

字母C表示。

3、何時需要進行滾動軸承的靜載荷計算？

【答】對于在工作載荷下基本上不旋轉(zhuǎn)的軸承（例如起重機吊鉤上用的推力軸承），或者慢慢地擺動以

及轉(zhuǎn)速極低的軸承，需要進行滾動軸承的靜載荷計算。

4、試說明下面各軸承的類型和內(nèi)徑，并說明哪個軸承的公差等級最高？哪個允許的極限轉(zhuǎn)速最高？哪個

承受徑向載荷的能力最大？哪個不能承受徑向載荷？

N307/P46207/P23020751307/P6

【答】各軸承的內(nèi)徑均為35mm；

6207/P2為深溝球軸承，公差等級最高；允許的極限轉(zhuǎn)速最高；

N307/P4為圓柱滾子軸承，承受徑向載荷能力最高；

30207為圓錐滾子軸承；

51307/P6為雙列推力球軸承，不能承受徑向載荷。

5、欲對一批同型號滾動軸承做壽命試驗。若同時投入50個軸承進行試臉，按其基本額定動載荷值加載,

試驗機主軸轉(zhuǎn)速為〃=2000r/mino若預(yù)計該批軸承為正品，則試驗進行8小時20分時，應(yīng)約有幾個軸

承已失效。

【解】8小時20分時轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)數(shù)為

L=(8x60+20)x2000=1x10°r

此壽命剛好為1x106r,且軸承在基本額定載荷下試驗，所以其失效率應(yīng)為10%,應(yīng)約有5OxlO%=5

個軸承已失效。

6、某深溝球軸承需在徑向載荷乙=715()N作用下，以〃=1800r/min的轉(zhuǎn)速工作3800鼠試求此軸承

應(yīng)有的基本額定動載荷C。

【解】根據(jù)式13-3有

60x1800x380()

=53.134kN

7、如圖所示，根據(jù)工作條件，決定在軸的兩端選用兩個70000AC角接觸球軸承。工作中有中等沖擊，轉(zhuǎn)

速〃=1800r/min,軸頸”=35mm已知兩軸承的徑向載荷分別為工?=3390N,/；2=1()40N,外加

軸向載荷為Ee=870N,作用方向指向軸承1,試確定其工作壽命。

［解］1)確定軸承型號c0

根據(jù)題目要求，可以選用的軸承型號為70000AC,在此一為―?；J”一

選用7207AC軸承，其基本參數(shù)為：.

基本額定動載荷。=29.0kNFrl

基本額定靜載荷=182kN題7圖

FJFr^eFJFr>e派生軸向力Fa判斷系數(shù)e

XYXY

0.6850.68

100.410.87

2)計算派生軸向力

.1=0.68/71=0.68x3390=2305.2N；%=。68%=0.68x1040=707.2N

3)計算兩個軸承的軸向力

如圖，出于1/2+G“，=707.2+870=1577.2N<1/|=2305.2N

故軸承1被放松，軸承2被壓緊，所受軸向力分別為

%=F,n=2305.2N；42=Fd\-Fae=2305.2-870=1435.2N

4)計算兩個軸承的當量動載荷

由題意，在表13-6中取載荷系數(shù)/〃=1.5

對于軸承1,由于生受3=().68=e

故軸承1的X=l,Y=0,其當量動載荷為P.=fp(XFr^YFa[}=fpFrX=1.5x3390=5085N

對于軸承2,由于區(qū)J435.2=]38>?,故軸承2的X=0.41,Y=0.87

Fr21040

其當量動載荷為=/p(X/72+yFw2)=1.5x(0.41x1040+0.87x1435.2)=2512.5N

5）計算兩個軸承的壽命

由題意，溫度系數(shù)￡=1.0。由公式13-5a,軸承1、2的壽命分別為

%=知牛。焉4符卜大5h

63

IO6IOf29xl()V

60xl80012515.2)=14192.3h

60〃

十一聯(lián)軸器和離合器

1、筒述聯(lián)軸器與離合器的功用和區(qū)別。

【答】聯(lián)軸器和離合器主要用來聯(lián)接軸與軸（或軸與其它回轉(zhuǎn)零件），以傳遞運動與轉(zhuǎn)矩，有時也可用

作安全裝置。

聯(lián)軸器和離合器的區(qū)別是：在機器運轉(zhuǎn)時，聯(lián)軸器聯(lián)接的兩軸不能分離，只有在機器停車并將聯(lián)接器

拆開后