1、- 1 -机械设计基础一.填空题：概论 ：1.机械设计课程主要讨论通用机械零件和部件的设计计算理论和方法。2.机 械 零 件 设 计 应 遵 循 的 基 本 准 则 ： 强 度 准 则 、 刚 度 准 则 、 耐 磨 性 准 则 、 震 动 稳 定 性 准 则 。3.强度：零件抵抗破裂（表面疲劳、压溃、整体断裂）及塑性变形的能力。结构组成及自由度 ：1.所谓机架是指机构中 作为描述其他构件运动的参考坐标系 的构件。2.机构是机器中的用以传递与转换运动的单元体；构件是组成机构的运动单元；零件组成机械的制造单元。3.两 构 件 组 成 运 动 副 必 须 具 备 的 条 件 是 两 构 件 直 接
2、 接 触 并 保 持 一 定 的 相 对 运 动 。4.组成转动副的两个运动副元素的基本特征是圆柱面。5.两构件通过面接触而形成的运动副称为低副，它引入 2 个约束，通过点线接触而构成的运动副称为高副，它引入 1 个约束。6.机构的自由度数等于原动件数是机构具有确定运动的条件。7.在机构运动简图上必须反映与机构运动情况有关的尺寸要素。因此，应该正确标出运动副的中心距，移动副导路的方向，高副的轮廓形状。连杆机构 ：1.铰链四杆机构若最短杆与最长杆长度之和小于等于其余两杆长度之和则可能存在曲柄。其中若最短杆是连架杆，则为曲柄摇杆机构；若最短杆是连杆，则为双摇杆机构；若最短杆是机架，则为双曲柄机构；
3、若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和则不- 2 -存在曲柄（任何情况下均为双摇杆机构）2.最简单的平面连杆机构是两杆机构。3.为保证连杆机构传力性能良好，设计时应使最小传动角 min4.机构在死点位置时的传动角 =0.5.平 面 连 杆 机 构 中 ， 从 动 件 压 力 角 与 机 构 传 动 角 之 间 的 关 系 是 + =90.6.曲柄摇杆机构中，必然出现死点位置的原动件是摇杆。7.曲柄滑块机构共有 6 个瞬心。8.当连杆机构无急回运动特性时行程速比系数 K=1. 9.以曲柄为主动件的曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构中，可能出现最小传动角的位置分别是曲柄与机架共线、曲柄两次垂直于滑块
4、导路的瞬时位置，而导杆机构 始终是 90凸轮机构 ：1.凸轮的基圆半径是指凸轮转动中心至理论廓线的最小半径。2.凸 轮 机 构 中 ， 若 增 大 基 圆 半 径 rb， 则 压 力 角 作 如 下 变 化 ： 升 程 压 力 角 减 小 ， 回 程 压 力 角 增大 。3.使凸轮机构的压力角减小的有效方法是增大基圆半径。4.凸 轮 机 构 中 产 生 刚 性 冲 击 的 原 因 是 理 论 上 瞬 间 加 速 度 增 至 无 穷 大 ， 引 起 惯 性 力 无 穷 大 。 产生 柔 性 冲 击 的 原 因 是 加 速 度 的 有 限 值 的 突 变 引 起 惯 性 力 产 生 突 变 。5.
5、从动件的等速运动规律可使凸轮机构有刚性冲击（硬冲） ，而等加速等减速运动规律可使凸轮机构有柔性冲击（软冲） 。6.按滚子对心移动从动件设计制造的盘形凸轮廓线若将滚子直径 rK 改小则滚子对心移动从动件盘形凸轮机构的最大升距不变（rb 变大 变大） 。- 3 -齿轮机构 ：1.渐 开 线 直 齿 圆 柱 齿 轮 的 正 确 啮 合 条 件 是 1= 2、 m1=m2， 连 续 传 动 条 件 是 1。2.渐开线标准直齿圆柱齿轮必须具备的两个条件是：标准的基本参数(m、ha*、c*)、在分度圆上 s=e。3 齿轮机构的基本参数中，与重合度无关的参数是压力角 .4.一 对 标 准 直 齿 圆 柱 齿
6、 轮 传 动 的 轮 齿 在 啮 合 过 程 中， 啮 合 角 的 值 始 终 保 持 不 变 。5.一对渐开线齿轮在啮合传动过程中，从动轮齿廓上的压力角 的值由大逐渐变到小。6.一 对 渐 开 线 标 准 直 齿 圆 柱 齿 轮 在 安 装 时 ， 其 中 心 距 不 等 于 标 准 中 心 距 ， 则 参 数 啮 合角 和 重 合 度 有 变 化 。7.两轴线交角为 90的直齿圆锥齿轮减速传动，其传动比 i=tg2=ctg1=r2/r1=z2/z1 。 轮系 ：1.定轴轮系的传动比计算可表示为： 周转轮系传动比的计算可表示为：间歇机构 ：1.为 了 使 槽 轮 机 构 的 槽 轮 运 动
7、系 数 K（ 1/2-1/Z） 大 于 零 槽 轮 的 槽 数 Z 应 大 于 3 (圆 销 数n2Z/(Z-2).2.能将连续等速转动转换为时停时动的单向间歇转动的机构是槽轮机构3.能将往复摆动转换为单向间歇转动的机构是棘轮机构。平衡与调速 ：1.静平衡：对于宽径比1/5 的构件，可近似认为其全部质量都分布在同一平面内，当- 4 -Fi=0 时（质心分布在转动轴线上） ，称其为静平衡。2.动平衡：当宽径比1/5 时，各不平衡质量产生的离心惯性力是一空间力系，位于至少两个平面内，当Fi=0、Mi=0，称其为动平衡。3.刚性转子静平衡的力学条件是Fi=0，动平衡的条件是：回转件各偏心质量产生的离
8、心惯性力的合力和合力偶矩均为零（即Fi=0，Mi=0） ，各力所处平衡面2 个。4.机器产生速度波动的主要原因是输入功与输出功之差形成的机械动能的增减，速度波动的类型有周期性速度波动和非周期性速度波动两种，前者一般采用的调节方法是在回转件上装一转动惯量很大的飞轮（速度波动减小） ，后者一般采用的方法是使用调速器。带传动 ：1.当带速 v30m/s 时，一般选用灰铸铁作为带轮的材料。2.带传动设计中最主要的问题是保证带与带轮间有足够的摩擦力（影响其传动能力的主要因素有 F。 、f、1） 。3.带传动在空载条件下运转时，紧边拉力 F1 与松边拉力 F2 的关系是 F1/ F2=1；传递功率达到极限
9、时，紧边拉力 F1 与松边拉力 F2 的关系是 F1/ F2= ;正常工作时，紧边拉力 F1 与松边拉力 F2 的关系随着 F。 、f、1 的变化而变化。4.带 传 动 在 正 常 工 作 时 大 小 带 轮 与 带 之 间 的 摩 擦 力 相 等 ， 原 因 是 其 有 效 圆 周 力 相 等 ； 主 动 轮的 圆 周 速 度 与 从 动 轮 的 圆 周 速 度 不 等 ， 原 因 是 弹 性 滑 动 不 可 避 免 （ 因 为 紧 、 松 边 拉 力 不 等 ）。5.在相同工作条件下，单根 V 带传动能够产生的摩擦力为 FV，单根平带传动能够产生的摩擦力为 FV，二者关系是 FV=3FP6
10、.整体打滑和弹性滑动在带传动正常工作时前者必须避免，后者不可避免。7.V 带传动设计中为保证带具有足够的使用寿命，应限制带传动中的最大应力。限制小带- 5 -轮的最小直径是为了限制弯曲应力 b1（即增大小带轮直径，可降低其弯曲应力。若其太大则增大了带传动的外廓尺寸） ；限制 F。是为了限制 1（不能太大，太大则过紧而很快松弛，太小易打滑） ；限制带速 v 是为了限制 c（带速 v 不能过高） 。8.带传动在工作时，带的横截面上的应力分布值中的 max=1+b1+c.最大应力发生在紧边刚绕上小带轮时的接触点；（增速传动中，发生在离开小带轮处 增速传动，速度变大，大带轮主动 ）9.带 在 工 作
11、过 程 中 绕 转 一 周 ,其 截 面 中 所 产 生 的 工 作 应 力 是 ： 由 拉 力 产 生 的 拉 应 力 1（ F1/A） 、由离心力引起的附加拉应力 c（qv /A） 。2 10 带 在 工 作 过 程 中 产 生 的 三 种 应 力 为 拉 应 力 、 弯 曲 应 力 b、 附 加 拉 应 力 c11.标准 V 带型号的选择主要取决于计算功率及小带轮转速。12.在相同工作条件下，V 带传动比平带传动的传动能力大，但传动效率低。13.若将带传动的中心距减小，则所设计的带传动传动能力降低而寿命提高。14.V 带传动中小带轮包角最小值应不小于 90。链传动 ：1.链条的节数宜采用
12、偶数。2.链传动的多边形效应主要与齿数 Z 和节距 P（链速对其起放大作用） ，要降低滚子链传动不均匀性和动载荷则要减小 P 和增大 Z。齿轮传动 ：1.齿 轮 传 动 的 主 要 失 效 形 式 有 ： 轮 齿 折 断 、 齿 面 磨 损 、 齿 面 点 蚀 、 齿 面 塑 性 变 形 和 齿 面 胶 合 。2.开式齿轮传动最可能发生的失效形式是齿面磨损。3.齿轮在稳定载荷下运转，齿面也常因接触疲劳而发生点蚀，主要是由于轮齿受到循环- 6 -变化的载荷。4.对软齿面闭式齿轮传动，在设计时通常先按接触强度条件进行设计，然后按弯曲强度条件进行校核，原因是软齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是齿面点蚀
13、；对硬齿面闭式齿轮传动，通常先按弯曲强度条件进行设计，然后按接触强度条件进行校核（主要失效形式是轮齿折断） 。5.一 对 经 整 体 淬 火 的 钢 制 闭 式 齿 轮 传 动 ， 其 最 可 能 发 生 的 失 效 形 式 是 轮 齿 折 断 。6.齿轮传动的齿面点蚀发生在近节线的齿根部分。7.一对齿面硬度 HBS350 的闭式刚制齿轮传动，最可能发生的失效形式是齿面点蚀。8一大、一小不同的两齿轮组成的圆柱齿轮传动，其齿轮宽度分别为 b2 和 b1， 通常应使 b2b1（差约 510mm,为了便于安装、补偿轴向尺寸误差、保证接触线长度和提高小齿轮弯曲强度） ；对于钢制的软齿面齿轮常用的热处理
14、方法是调质、正火（当采用相同材料时一般将小齿轮调质、大齿轮正火） ，最可能发生的失效形式是齿面点蚀；小齿轮的齿面硬度应比大齿轮的硬度高（2550HBS） ，以利于大小齿轮同时完成跑合，而且也加强了小齿轮的强度9.主 动 齿 轮 为 45 号 钢 调 质 而 从 动 齿 轮 为 45 号 钢 正 火 的 一 对 减 速 直 齿 圆 柱 齿 轮 传 动 ， 两 齿 轮的 齿 面 接 触 应 力 H 的 关 系 和 许 用 接 触 应 力 HP 的 关 系 分 别 为 H1= H2 和 H1 H2； 在 一 对 齿 轮 的 强 度 计 算 中 两 个 齿 轮 啮 合 齿 上 的 弯 曲 应 力 F1
15、 F2， 许 用 弯曲 应 力 F1 F2。10.一对刚制软齿面齿轮传动小齿轮与大齿轮相比较，齿面硬度 HB1HB2；若齿宽 b1=b2,则齿根最大弯曲应力 F1F2；齿面接触应力 H1=H2；*若按无限长寿命计算，则小齿轮齿面接触强度 H1H211.轮齿弯曲应力修正系数 Ysa 与模数 m 无关。12.齿轮传动设计中，齿形系数 YFa 与模数 m 无关，而与齿数 Z 和变位系数 x 有关。- 7 -13.提高齿轮齿面接触强度的主要措施是增大中心距 a、增大齿宽 b、提高齿轮制造精度、通过选材料和热处理增大许用接触应力。14*.若齿轮传动的齿面接触强度已足而轮齿弯曲强度不够，则应不改变中心距，
16、减小齿数重新设计。15.一对齿轮的齿宽、模数及齿数比一定时，增大齿数可使弯曲强度和接触强度均提高。16.当设计一对齿轮传轮时，若保持齿宽 b、齿数比 u=z2/z1 及 Z=Z1+ Z2 不变而增大模数 m,则齿轮的弯曲强度提高,接触强度提高.17.影响齿轮齿面接触强度的主要几何参数是中心距 a 和齿宽 b。18.在闭式软齿面齿轮传动中，若齿宽系数 a 选取较大，则设计结果必然是齿宽 b 较大中心矩 a 及齿轮直径较小。19.齿轮作正变位后，其尺寸变化是：基圆不变、齿顶高不变、齿根圆变大、齿槽宽变大。20.两平行轴之间的斜齿圆柱齿轮传动中，其螺旋角 及其旋向应满足 1=2，旋向相反。21.设计
17、斜齿圆柱齿轮传动时，螺旋角 一般在 820范围内选取，若 取值过大，会使齿轮的轴向力太大，太小则斜齿轮优点不能充分体现（运载平稳、承载力高、最小齿数小于直齿轮的 Zmin） 。22.直齿圆锥齿轮模数的标准值指的是齿轮大端模数。蜗杆蜗轮传动 ：1.阿基米德蜗杆在轴面内的齿廓是直线。2.两轴间交错角=90的蜗杆传动的正确啮合条件是ma1=mt2=m、a1=t2=、=2.- 8 -3.在蜗杆传动中用来计算传动比的公式 i=1/2=z2/z1=n1/n2。4.标准蜗杆传动的中心距 a=(q+z2)m/2。5.蜗 杆 传 动 中 ， 对 每 一 标 准 模 数 规 定 了 一 定 数 量 的 蜗 杆 分
18、 度 圆 直 径 （ 引 入 蜗 杆 特 性 系 数 ），其 目 的 是 减 少 蜗 轮 滚 刀 标 准 刀 具 规 格 （ 减 少 蜗 轮 滚 刀 标 准 刀 具 数 目 ， 便 于 蜗 轮 滚 刀 标 准 化 ）。6.在 普 通 蜗 杆 传 动 中 取 主 平 面 上 的 参 数 为 标 准 值 在 该 平 面 内 相 当 于 齿 轮 齿 条 啮 合 。7.蜗杆传动中，作用于蜗杆上的总作用力的三个分力中圆周力 Ft1 最大。8.蜗杆传动中较为理想的材料组合是钢和青铜。9.选择蜗杆蜗轮材料时，首先要减摩性好，其次才是强度。10.尺寸较大的青铜蜗轮，常采用的铸铁轮芯配上青铜轮缘，这主要是为了节
19、约青铜材料。11.当蜗杆材料为 B300MPa 的青铜时，许用接触应力 HP 由材料的抗胶合性能决定；当蜗杆材料为 B300MPa 的青铜时，许用接触应力 HP 由材料的抗点蚀性能决定。12.当蜗轮材料为锡青铜时其许用接触应力 HP 由材料的抗点蚀能力决定。13.蜗杆传动的失效形式和齿轮的失效形式相似，其中最易发生的失效是齿面磨损与胶合（由于相对滑动速度大、效率低、发热量大） 。14.蜗杆传动发热计算的主要目的是：由于其传动效率低要及时散热，以防止箱体内油温生高，润滑失效。15.在润滑条件良好时，为了提高蜗杆传动效率，所能采取的最有效措施是改用多头蜗杆。16.在蜗杆传动中，若保持蜗杆模数和蜗杆
20、头数不变而增大蜗杆分度圆直径，将使蜗杆传动效率降低而蜗杆刚度提高。- 9 -17.具有自锁特性的蜗杆传动，其效率为 0.5。18.在生产实际中采用变位蜗杆传动的目的是凑中心距及改变传动比。19.蜗杆传动不宜用于传递大功率，其主要原因是传动效率低。20.在蜗轮蜗杆传动和齿轮传动组成的多级传动中，蜗杆蜗轮通常放在高速级，其原因是：提高系统总效率，发挥蜗杆传动平稳性好的特点，尺寸小而节省有色金属降低成本。21.蜗杆传动中，蜗杆轴的支撑方式中常见的组合方式是两端固定。轴 ：1.轴的常用材料是碳钢和合金钢。2.用合金钢代替碳钢作为轴的材料而不改变轴的结构尺寸,对轴的强度和刚度的影响是强度提高,刚度不变.
21、3.图中三个齿轮均对称布置于两轴承之间，不计效率，中间轴为心轴的是:4.按 受 载 情 况 不 同 ， 轴 可 分 为 心 轴 、 传 动 轴 、 转 轴 （ 在 各 种 机 器 中 转 轴 最 常 见 ） 。5.心轴是只受弯矩不受转矩的轴。6.轴的刚度不足时，应采用增大轴径的办法提高刚度。7.轴上零件常用的轴向固定的方法有轴肩、轴环、套筒、圆螺母; 常用的周向固定的方法有键联接、销联接、过盈配合，其中能传递很大转矩（零件可轴向移动）的是花键联接。- 10 -8.不能用于轴上零件轴向定位和固定的方式是键联接。9.计算轴的疲劳强度安全系数时若截面处有多个应力集中源，则该截面处的有效应力集中系数
22、K 应取为各应力集中源的有效应力集中系数中的最大值。10.按 许 用 弯 曲 应 力 计 算 轴 的 强 度 时 ， 当 量 弯 矩 M = 中 的 含 义 是 将 转 矩 折 合 成当 量 弯 矩 的 校 正 系 数 （ 因 为 扭 转 剪 应 力 可 能 不 是 对 称 循 环 应 力 ） 。11.理想状态下与轴一起转动的一偏心质量在轴上引起的弯曲应力是静应力。12.若由弯矩所产生的弯曲应力是对称循环变应力，按弯扭合成强度条件进行轴的计算时，折算系数 的取值由扭转剪应力的循环特性决定。滚动轴承 ：1.滚 动 轴 承 主 要 失 效 形 式 有 疲 劳 点 蚀 、 塑 性 变 形 、 磨 粒
23、 磨 损 （ 以 前 两 个 最 常 见 ） 。2.深沟球轴承和角接触球轴承，前者可承受双向的轴向力，后者只可承受单向的轴向力。3.滚 动 轴 承 组 成 的 支 撑 结 构 中 ， 两 端 固 定 式 适 用 于 工 作 温 度 变 化 不 大 的 短 轴 ， 为 防 止 轴 承卡 死 而 预 留 的 轴 向 间 隙 是 通 过 在 轴 承 盖 与 外 圈 端 面 之 间 留 出 热 补 偿 间 隙 来 加 以 保 证 的 。4.滚动轴承内外圈分别与轴和孔的配合是前者是基孔制，后者是基轴制。5.一轴运转速度低，有较大冲击载荷，两轴承座分别加工，支撑跨距大，轴刚度小，最适合这一工作情况的轴承类型是调心滚子轴承。6.滚动轴承的预紧不会产生提高轴承承载能力的结果。7.滚动轴承预紧的目的是为了提高轴承的旋转精度和提高轴承的支撑刚度。8.滚动轴承的基本额定寿命是指可靠度 R 为 90%的轴承寿命，基本额定动负荷是指基本额定寿命 L10=1（1000000 转）时轴承所承受的负荷。9.按额定动负荷计算的滚动轴承，在额定 使用期限内其工作可靠度为 0.9。
