1、 2011 年机械工程师 答辩 试题及 参 答案 2011 年 10 月 24 日 1 目 录 第一题：将直齿轮、斜齿轮相应技术指标进行比对，并据此分析他们的主要优缺点及用途 3 第二题：请结合我公司设备的实际情况，谈一下螺纹连接防松的主要方式及重要意义，以及防松新技术 8 第三题：请谈一下键连接的主要种类特性，在公司设 备上的应用情况 11 第四题：从设 备零部件损坏、设备故障角度，谈一下润滑的重要性，我公司设备上使用的润滑方式都有哪些种 14 第五题：结合我公司轧辊的实际 使用情况，谈一下轧辊损坏的主要形式、如何避免 16 第六题：请结合圆锥滚子轴承的结构特点，谈一下其在实际使用过程中的注
2、意事项，从结构设计、安装、调整几方面来谈 22 第七题：请结合轧辊轴承的结构特点，这对我公司轧辊轴承使用的现状，谈一下如何正确、合理地安装、使用和管理 24 第八题：请谈一下链传动的形式都有哪些，在我公司使用的情况怎样，以及使用中的注意事项 27 第九题：请谈一下带 传动的形式都有哪些，在我公司使用的情况，以及使用中的注意事项 29 第十题：请从疲劳学角度谈一下轧辊表面剥落产生的原因，如何避免 31 第十一题：请谈一下减速机使用、维护中的注意事项 36 第十二题：纵 剪机剪刃端面跳动太大对剪切产品质量有何影响，如何避免及调整 44 第十三题：液压传动的基本原理是什么？在流体传动中，细长孔与薄壁
3、孔所起的作用有什么不同 45 第十四题：如下图所示零件的 A、 B、 C 三个面及 20H7、 30H7 两孔均做前道工序中加工，试分析加工 12H7 孔时，选用那些表面作为定位基准面最合理并说明，选择定位元件并定位方案简图 47 第十五题：下图所示为车床主轴局部视图（转速 200rpm，传动功率 4kw，主轴跳动0.01mm），请指出其中的设计错误或工艺性差的内容，并提出正确的修改意见 48 第十六题：请叙述齿轮传动和蜗轮蜗杆传动的各自特点 49 2 第十七题：请说明一下钢材含碳量与其可焊性的关系，中碳钢采用何种工艺来得到比较好的焊接质量 52 第十八题：请说明一下润滑油选择的基本原则 54
4、 第十九题： 溢流阀是液压系统中的基本元件，请说明一下它的主要作用 56 第二十题：常见的三位四通换向阀的滑阀机能有 O、 H、 K、 M、 X、 P、 J、 C、 N、 U 等，采用不同滑阀机能直接影响元件工作状态，请说明一下 O、 M、 Y、 P 滑阀机能的作用 59 3 答辩 试题及 参考 答案 第一题： 将直齿轮 、斜齿轮相应技术指标进行比对，并据此分析他们的主要优缺点及用途 一、斜齿轮齿廓曲面的形成及啮合特点 直齿轮：由于齿宽的存在，点接触变为线 接触，啮合面与齿廓曲面的交线，啮合线变为啮合面。 图 1 啮合特点：如图 1 所示，直线 KK 的轨迹直齿轮的齿廓曲面， 沿齿宽同时进入或
5、退出啮合。突然加载或卸载，运动平稳性差，冲击、振动和噪音大。 如图 2 所示，斜直线 KK 的轨迹斜齿轮的齿廓曲面，是螺旋渐开面。 b 基圆柱上的螺旋角。 啮合特点：接触线长度的变化：短长短， 加载、卸载过程是逐渐进行的。优点：传动平稳、冲击、振动和噪音较小，适宜高速、重载传动。 图 2 二、斜齿轮的基本参数 1、斜齿轮的螺旋 角 4 如图 3 所示，分度圆柱上的螺旋角为斜齿轮的螺旋角 。将分度圆柱展开，得一矩形，有： tg = d/l 同理，将基圆柱展开，也得一矩形，有： tg b= db/l 得： tg b /tg =db/ d=cos t tg b = tg cos t 其中 t 为端面
6、压力角。 2、模数 mn、 mt 斜齿轮有端面和法面两套参数， 如图 4 所示，由于法面内斜齿轮的齿形与 图 3 刀具的齿形一样，故取法面参数为取标准值。将分度圆柱展开，得一矩形，可求得端面齿距与法面齿距之间的关系： pn=ptcos 将 pn mn， pt mt 代入得： mn=mtcos 3、压力角： n、 t 用斜齿条说明， 如图 5 所示 在 abc中，有： 图 4 abc= n， tg n =ac/ab 在 abc 中，有： abc= t， tg t =ac/ab 由： b=ab , ac=accos 得： tg n = tg t cos 三、斜齿轮传动的几何尺寸 斜齿轮不论在法面还
7、是端面看去， 其齿顶高和齿根高一样： ha=h*anmn 图 5 hf= (h*an+c * n) m n h*an法面齿顶高系数， han* 1 c*n法面顶隙系数， c*n 0.25 5 分度圆直径： d=zmt=z mn / cos 中心距： a=r1+r2= mn (z1+ z2) /2 cos 当齿数和模数不变时，可通过改变 来 调整 a 的大小。 变位修正时，刀具移动量 r n t， 有： r xt mt = xn mn = xn mt cos 得： xt = xn cos 四、一对斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件 参照直齿轮正确啮合条件，可知 一对齿轮正确啮合条件为模数和压力角应分别相
8、等且为标准值，但由于斜齿轮有两套参数，而标准参数在法面，故 一对斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件如下： mn1=mn2=m， n1 = n2= mt1=mt2 ， t1 t2 另外要求啮合处的齿向相同，故外啮合： 1 - 2，内啮合： 1 2 五、斜齿 轮传动的重合度 如图 6 所示，由于螺旋角的存在，斜齿轮的啮合线长度比直齿轮的长 L，根据重合度的定义有： 直齿轮： L /pb 斜齿轮： (L+ L)/pbt + 的增量： L/pbt Btg b/pbt 图 6 tg b db /l dcos t /l=tg cos t 代入得： Btgcos t /pt cos t (Bsin/cos) /(
9、pn/cos) Bsin/mn 轴面重合度 端面重合 度 , 与直齿轮的计算公式相同。 =Z1 (tg at1-tg t)+Z2 (tg at2-tg t)/2 若 B 100， 20， mn 2，则 5.45，由此可见 斜齿轮的重合度较直齿轮大了许多。 6 六、斜齿圆柱齿轮的当量齿数 由 于斜齿轮的标准参数在法面上，因此加工时选择刀具与计算最小不根切齿数比较困难，为了方便起见， 选择一个假象的与斜齿轮法面齿形相当的直齿轮，称为该斜齿轮的当量齿轮，其齿数称当量齿数。 当量齿轮由于其齿形与斜齿轮相同，故可过斜齿轮分度圆柱上的一点做轮齿的的法面，将此斜齿轮的 分度圆柱剖开，其剖面为一椭圆，如图 7
10、 所示，在此剖面上，啮合点处的齿形可视为斜齿轮的法面齿形。现以椭圆上啮合点的曲率半径为半径做一圆作为虚拟的直齿轮的分度圆，并设此直齿轮的模数和压力角分别等于斜齿轮的法面模数和法面压力角。此虚拟直齿轮的齿形与上述斜齿轮的法面齿形十分相近，故此虚拟直齿轮即为该齿轮的当量齿轮，其齿数称当量齿数，表示时加下标 v。 椭圆长半轴： a=d/2cos 图 7 短半轴： b=d/2 当量齿轮分度圆半径： rv = a2/b=d/2cos2 得： zv 2rv /mn d/mn cos2 zm t/ m n cos2 z/ cos3 斜齿轮不发生根切的最少齿数可由当量直齿轮与斜齿轮的齿数关系求得： zmin=
11、zvmincos3 若 =20， zvmin =17zmin=14 七、斜齿轮的特点 1、啮合性能好、传动平稳，噪音小。 2、重合度大，承载能力高。 3、 zmin zvmin ,机 构更紧凑 。 4、缺点：由于轮齿倾斜，因此运转时会产生轴向力， 如图 8 所示，一般取 8 20，轴向力随 增大而增大。为了消除轴向力，如图 9 所示，可用一对斜齿轮使其轴向力互相抵7 消或采用人字齿轮，此时可使 25 40。人字齿轮常用于高速大功率传动中 (如船用齿轮箱 )。 图 8 图 9 另外，通过改变一对斜齿轮螺旋角，使其螺旋角不同；或者是螺旋角相等，但旋向相同，可以实现两个斜齿轮的轴线交错传动。这一点直
12、齿轮是不能办到 的。 8 第二题： 请结合我公司设备的实际情况，谈一下螺纹连接防松的主要方式及重要意义，以及防松新技 术 为了增强螺纹连接的刚性、紧密性、放松能力 、 防止受横向载荷螺栓的滑动，多数螺栓连接在装配时都要预紧。 螺纹紧固件在使用过程中会发生损坏，一般不会因为螺纹的强度低而发生损环。一般的情况是先发生松动，导致螺栓使用状况恶化，最终发生损坏。 换句话说，螺栓是先松后坏，不松不坏。 一般在设计使用紧固件时，螺栓的强度选择是 5 到 20 倍。这种强度不会导致螺栓损坏。 在使用时，有些螺栓被拉长，有些螺栓被 剪断，这都是因为螺栓松动所导致的。在紧固螺栓时，预紧力不超过螺栓的屈服点，螺栓
13、是不会拉长的。但由于螺栓上的螺母松动，在被紧固对象与螺栓、螺母之间产生间隙而导致螺栓损坏。 我们知道，如果把锤子压在桌子上，锤子是无法把桌子砸坏的，但只要给它一点间隙就可以把桌子砸坏。对于主要受拉力的螺栓，由于螺母松动，螺栓与被紧固对象之间产生间隙，并产生撞击。这种撞击的力不需很大就可导致螺栓拉长，严重的导致螺纹破坏。 对于主要受沿螺栓径向力作用的螺栓，正常使用时螺栓与被紧固对象之间受摩擦力的作用，而并不受剪切力。当螺栓松动，摩擦 力消失，而螺栓与螺栓孔之间又有一定的间隙，这时螺栓受剪切力作用并与被紧固对象之间发生撞击，最终导致螺栓被剪断，螺栓孔被打成椭圆。 设备的连接螺栓发生松脱会导致设备运
14、行状况恶化，导致设备部件损坏，严重的导致设备损坏，不能正常工作。 在机械设备设计过程中，有很大一部分结构的受力、传动部件的安装位置与螺纹连接的可靠性有关，例如在常用的剖分式轴承盒、以及减速机分箱面的连接，如果螺纹连接不可靠，将直接影响到轴承外圈与箱体的配合质量，严重时造成外圈松动，产生所说的“跑外圈”现象，使轴承烧损或使轴承盒、箱体轴承孔严重磨损 。 在我公司现在正在生产的两台热轧机主传动齿轮分配箱使用过程当中，由于设备的生产特性，决定了主传动系统经常处在冲击、振动、大负荷、甚至过载的条件下工作，再加上设备维护保养跟不上，经常出现齿轮分配箱主承力合箱螺栓松动，造成齿轮不能处在正确的啮合位置，使
15、齿侧隙增大，在反复冲击力作用下，造成齿面严重点蚀破坏或出现裂纹，二带热轧齿轮箱齿轮表面出现大量裂纹，有很带一部分原因就是由此造成。因此，在进行二带热轧9 齿轮箱改造时， 在提高齿轮精度、表面硬度的同时，重点在螺纹防松上做了文章，在四根主承力螺栓采用了细牙螺纹 、增大螺纹 直径、采用热预涨法紧固螺栓、采用配对斜键防松，通过近半年的使用，效果非常明显。 如上所述，如果螺纹放松不好，再遇上 设备的润滑状况不好，则会导致设备部件的加速磨损，最终导致设备的损坏。 这一点在一带热轧机齿轮分配箱齿轮很快磨损上就是最好的例子。 所以说， 设备维护的最要环节就是“紧固”和“润滑”。 常用螺纹防松的主要方法有：
16、第一种是摩擦防松。这是应用最广的一种防松方式，这种方式在螺纹副之间产生一不随外力变化的正压力，以产生一可以阻止螺纹副相对转动的摩擦力。这种正压力可通过轴向或同时两向压紧螺纹副来实现。如采用弹 性垫圈、双螺母、自锁螺母和尼龙嵌件锁紧螺母等。这种防松方式对于螺母的拆卸比较方便，但在冲击、振动和变载荷的情况，一开始螺栓会因松弛导致预紧力下降，随着振动次数的增加，损失的预紧力缓慢地增多，最终将会导致螺母松脱、螺纹联接失效。 第二种方式是机械防松。是用止动件直接限制螺纹副的相对转动。如采用开口销、串连钢丝和止动垫圈等。这种方式造成拆卸不方便。 第三种方式是铆冲防松。在拧紧后采用冲点、焊接、粘接等方法，使
17、螺纹副失去运动副特性而连接成为不可拆连接。这种方式的缺点是栓杆只能使用一次，且拆卸十分困难，必须破坏螺栓 副方可拆卸。 螺纹紧固件的防松方法虽然很多，但常用的方法并不多。主要有对顶螺母（双螺母）、尼龙嵌套、开槽螺母加开口销、弹簧垫圈等方法。 随着螺纹防松技术的不断进步目前出现了一些新的螺纹防松方法： 1、唐氏螺纹紧固件防松 唐氏螺纹可以利用螺纹自身特点解决防松问题。在联接时，须使用两只不同旋向的螺母：工件支承面上的螺母称为紧固螺母，非支承面上的螺母称为锁紧螺母，紧固螺母和锁紧螺母是两种不同旋向的螺母，使用时先将紧固螺母预紧，然后再将锁紧螺母预紧。 在振动、冲击的情况下，紧固螺母会发生松动的趋势，但是，由于紧固螺 母的松退方向是锁紧螺母的拧紧方向，锁紧螺母的拧紧恰恰阻止了紧固螺母的松退，导致紧固螺母无法松脱。 2、高性能防松螺母（施必牢 SPL）防松螺母
