机械设计基础复习整理

2012-2013年度金陵科技学院机械设计基础期末复习整理 M12机械设计制造及其自动化（专转本） 丁世斌 整理于 2013/05/31 机械设计基础期末复习 一．填空题。 1.组成机械的各个相对运动的运动单元称为构件。机械中不可拆卸的 制造单元 称为零件。构件可以是 单一 的零件，也可以是几个零件组成的刚性体。构件是机械中 独立的运动单元 ，零件是机械中制造单元。 2.机器具有的三个共同的特征： 它是人为的实物组合 ； 各部分形成运动单元 ， 各单元之间具有确定的相对运动； 能实现能量的转换 。 3.零件可分为两类：一类是 通用零件 ，一类是 专用零件 。 4.根据磨擦副表面间的润滑状态将磨擦状态分为四种： 干磨擦 、 流体磨擦 、 边界磨擦 、 混合磨擦 。 5.在机械正常运动中，磨损过程大致可分为三个阶段： 跑合磨损阶段 、 稳定磨损阶段 、 剧烈磨损阶段 。 6.磨损可分为： 粘着磨损 、 磨粒磨损 、 表面疲劳磨损（点蚀） 、 腐蚀磨损 。 7.润滑油最重要的一项物理性能指标为 粘度 。 8.构件可以分为三种类型： 固定件（又称机架） 、 原动件 、 从动件 。 9.表示机构各构件间相对运动关系的简单图形称为 机构运动简图 。 10机构自由度计算公式： F=3n—2PL—PH （PL表示低副，PH表示高副。） 11.根据自由度与原动件数目之间的关系可以判定机构是否具有确定的运动： ⑴若原动件数目小于F，机构可以运动，但运动不确定； ⑵若F>0且等于原动件数目，机构具有确定的运动； ⑶若原动件数目大于F或F<=0，机构不能运动。 12.机械运行时克服生产阻力所消耗的功与输入功之比称为 机械的效率 ，以 η 表示。 13.根据两个连架杆的运动情况不同，可以将铰链四杆机构分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构三种类型。 14.铰链四杆机构可以演化成曲柄滑块机构、导杆机构、摇杆机构、定块机构 四种类型。 15.可以构成曲柄摇杆机构的必要条件：曲柄为最短杆；最短杆与最长杆长度之和小于等于另外两杆的长度之和。 16.若最短杆与最长杆长度之和大于另外两杆长度之和，无论以哪一构件作为机架，均不存在曲柄，都只能是双摇杆机构。 17.若最短杆与最长杆长度之和小于或等于另外两杆的长度之和，是否存在曲柄取决于以哪一个机构作为机架： ① 以最短杆邻边作为机架，构成曲柄摇杆机构。 ② 以最短杆作为机架，构成双曲柄机构。 ③ 以最短杆对边作为机架，构成双摇杆机构。 作为特例，平行四边形机构以任何一边作为机架，均构成双曲柄机构。 18.从动件受到的驱动力方向与受力点速度方向所夹的锐角α称为压力角。 19.压力角α=90°，因而不产生驱动力矩来推动曲柄转动，而使整个机构处于静止状态。即 α=90°时，Ft=0，这种位置称为死点。 20.凸轮机构的类型按凸轮形状分类分为 盘形凸轮 、移动凸轮 、 圆柱凸轮。 按从动件类型分为 尖顶从动件、 滚子从动件、 平底从动件。 21.凸轮的加工方法有：铣、锉削加工、 数控加工。 22.在其他参数相同的情况下基圆半径r0越小，凸轮的压力角越大。 23.棘轮机构主要有： 棘轮 、 棘爪 、 摇杆 、止回棘爪和机架等组成。 24.棘轮机构转角的调节方法：调节摇杆控制棘轮转角 、 利用遮板调节棘轮转角。 25.由于运动特性系数τ必须大于零，故径向槽数Z应等于或大于3。一般取4～8。 单圆柱销槽轮机构的值τ总是小于0.5，即槽轮的运动时间总小于静止时间。 26.根据牙型，螺纹可以分为：三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和 矩形螺纹。 27.普通螺纹的牙型角为60°、管螺纹的牙型角为55°、梯形螺纹牙型角为30°、锯齿形螺纹两侧的牙型斜角分别为β=3°和β′=30°。 28.螺纹连接的基本类型有：螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接、紧定螺钉连接这四种。 29.键可以分为：平键、半圆键、楔键和切向键等类型，其中以平键最为常用。 30.键的连接可以分为：平键连接，平键的两侧面为工作面。半圆键连接，半圆键也是以两侧面作为工作面。楔键连接，楔键的上、下表面是工作面。 31.平键连接强度计算时通常只需按工作面上的挤压强度进行计算。 32.设计的键强度不够时可以増加键的长度，但不能使键长超过2.25d。加大键长后强度仍不能够或设计条件不允许加大键长时，可采用双键。 33.带的工作速度一般为5-25m/s，传动比i≤5。 34. 普通V带两侧面为工作面，普通V带分为帘布结构和线绳结构两种。 35.普通V带的截面高度h与其节宽bp比值为0.7。 36.窄V带截面高度h与节宽bp之比为0.9。且其顶宽b约为同高度普通V带的3/4。 37.由于带的弹性变形,而引起带在带轮上的微小相对滑动,称为带的弹性滑动。 38.通常带传动的张紧装置采用两种方法，即调整中心距和使用张紧轮。 39.套筒滚子链的标记：链号-列数-节数 国标号 例如：08A-1-60 GB/T 1243—2006 表示：节距 12.70mm、单排、60节、A系列套筒滚子链。 40.链传动的布置是否合理，可从以下方面考虑： ①.两链轮的回转平面应在同一平面内，否则易使链条脱落，或产生不正常磨损。 ②.两链轮中心连线最好在水平面内，若需要倾斜布置时，倾角也应小于45°。应避免垂直布置，因为过大的下垂量会影响链轮与链条的正确啮合，降低传动能力。 ③.链传动最好紧边在上、松边在下，以防松边下垂量过大使链条与链轮轮齿发生干涉或松边与紧边相碰。链节数选用偶数，链轮齿数最好取奇数。 41.渐开线上任一点法线必与基圆相切，渐开线的形状取决于基圆的大小。渐开线上各点的曲率半径不相等。基圆内无渐开线。发生线沿基圆上滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长。 42.就功能而与，一台机器包括 原动部分 、 传动部分 、 执行部分 和 控制部分 四个基本部分组成。 43.在铰链四杆机构中，运动副全部都是 转动 副。 44.凸轮机构由 凸轮 、 从动件 和 机架 组成。。 45.齿轮的实效形式主要有 轮齿折断 、 齿面点蚀 、 齿面胶合 、齿面磨粒磨损 和 齿面塑性变形 等。 46.在蜗杆传动中， 蜗杆 通常为主动件， 涡轮 为从动件。 47.联轴器可分为 刚性联轴器 和 挠性联轴器 两大类。 48.为使两对直齿圆柱齿轮能正确啮合，它们的 模数m 和 压力角 必须分别相等。 49.V带传动的主要失效形式是 打滑 和 疲劳断裂 。 二．选择题。 1.渐开线在基圆上的压力角为多大？（ A ） A.0° B.20° C.90° 2.当曲柄为原动件时，下述哪种机构具有急回特性？（ C ） A.平行双曲柄机构 B.对心曲柄滑块机构 C.摆动导杆机构 3.为使机构顺利通过死点，常采用在高速轴上装什么轮增大惯性？（ B ） A.齿轮 B.飞轮 C.凸轮 4.带传动的打滑现象首先发生在。（ B ） A.大带轮 B.小带轮 C.大小带轮同时出现 5.V带轮槽角应小于带锲角的目的是。（ C ） A.增加带的寿命 B.便于安装 C.使V带侧面更好地与轮槽接触 6.带传动采用预紧装置的主要目的是。（ A ） A.增加包角 B.保持初拉力 C.提高寿命 7.齿轮基圆内无（ A ） A.渐开线 B.摆线 C.螺旋线 8.标准直齿轮齿合传动，其齿合条件为（ B ） A.模数相同，分度圆相切 B.模数相同，基圆上压力角相同 C.都不对 9.斜齿轮传动与直齿轮传动相比，其特点之一是（ C ） A.加工简单 B.承载能力小 C.传动平稳 10.标准圆柱直齿轮不发生根切的最少齿数为（ A ） A.17 B.20 C.12 12.在高速重载的齿轮传动中，常发生的齿轮失效形式是（ C ） A.齿面点蚀 B.齿面磨损 C.齿面胶合 13.我国规定的渐开线齿轮的标准压力角是（ C ） A.15° B.18° C.20° 14.V带传动传递运动和动力主要是依靠（ A ） A.带和带传递接触面间的摩擦力 B.带的松边拉力 C.带点紧边拉力 15.一个铰链四杆机构，以最短杆作为机架时，则该机构件是（ B ） A.曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构 C.双摇杆机构 17.消除机构“死点”的不正确方法是（ C ） A.利用飞轮装置 B.利用杆件自身质量 C.采用多组机构错列 19.为使机构顺利通过死点，常采用在高速轴上安装（ B ） A.齿轮 B.飞轮 C.凸轮 20.螺纹的三要素是指（ C ） A.大径、牙型、旋向 B. 大径、小径、螺距 C. 大径、牙型、螺距 22.代号为6208的滚动轴承，其内径为（ C ）mm。 A.8 B.35 C.40 25.自行车的前轮轴是（ B ） A.传动轴 B.心轴 C.转轴 27.内径d=45mm的滚动轴承，其可能的型号是（ C ） A.6305 B.6306 C.6309 28.原动件的自由度为 （ B ）。 A．0 B．1 C．2 D．3 29.在机构中，原动件的数目（ B ）机构的自由度时，该机构具有确定的运动。 A．大于 B．等于 C．小于 D．大于或等于 30.对于铰链四杆机构，当满足最短杆和最长杆之和小于或等于其他两杆长度之和的条件时， 若取（ D ）为机架，将得到曲柄摇杆机构。 A．最短杆 B．与最短杆相对的构件 C．最长杆 D．与最短杆相邻的构件 31.已知一铰链四杆机构ABCD，AB=25mm，BC=35mm，CD=50mm，AD=30mm，且AD为机架，BC为AD的对边。那么，此机构为（ C ）。 A．双曲柄机构 B．曲柄摇杆机构 C．双摇杆机构 D．固定桁架 32.设计凸轮机构时，凸轮的轮廓曲线形状取决于从动件的（ A ）。 A．运动规律 B．运动形式 C．结构形状 D．结构尺寸 33.在凸轮机构中，当从动件按等加速、等减速运动规律时，机构将 （ B ）。 A．产生刚性冲击 B．产生柔性冲击 C．既无刚性冲击也无柔性冲击 D．既有刚性冲击也有柔性冲击 34.螺纹的公称直径是（ A ）。 A．大径 B．中径 C．小径 D．分度圆直径 35.键的长度选择主要是根据 （ B ） A．传递转矩的大小 B．轮毂的宽度 C．传递功率的大小 D．轴的直径 36.V带传动主要依靠（ A ）传递运动和动力。 A．带与带轮接触面的摩擦力 B．带的紧边拉力 C．带的初拉力 D．带的松边拉力 37.当中心距增加时，小带轮的包角（ A ）。 A．增大 B．不变 C．减小 D．不一定 38.带传动的中心距过大将会引起的不良后果是（ A ）。 A．带会产生抖动 B．带易磨损 C．带易疲劳断裂 D．包角减小 39.链传动属于（ C ）。 A．具有中间弹性体的啮合传动 B．具有中间柔性件的啮合传动 C．具有中间挠性件的啮合传动 D．具有中间挠性件的啮合传动 40.多排链排数一般不超过3或4排，主要是为了（ B ）。 A．安装方便 B．使各排受力均匀 C．不使轴向过宽 D．减轻链的重量 42.为了齿轮能进入啮合，它们必须相同的是（ B ）。 A．直径 B．基圆齿距 C．齿宽 D．齿数 43.渐开线标准齿轮的根切现象发生在( C ) 。 A．模数较大时 B．模数较小 C．齿数较少时 D．齿数较多时 44.在下列四种型号的滚动轴承中， 必须成对使用 ( B )。 A．深沟球轴承 B．圆锥滚子轴承 C．推力球轴承 D．圆柱滚子轴承 45.在下列四种类型的联轴器中，能补偿两轴的相对位移以及可以缓和冲击、吸收振动的是 ( D )。 A．凸缘联轴器 B．齿式联轴器 C．万向联轴器 D．弹性套柱销联轴器 三．简答题。 ☆1.凸轮机构中从动件常用的运动规律有哪些？各有什么特点？ 答：凸轮机构从动件常用的运动有： ⑴等速运动 在运动的开始与结束的瞬时会产生刚性冲击，适用于低速、轻载的场合。 ⑵等加速等减速运动 在运动的开始、结束以及从加速向减速转换的瞬时会产生柔性冲击，适用于中速场合。 ⑶简谐运动 在运动的开始与结束的瞬时会产生柔性冲击，适用于中速场合。 2.进行紧螺栓连接的强度计算时，为什么要将螺栓拉力增加30%？ 答：因为螺纹部分不仅受到因预紧力F0的作用而产生的拉伸应力σ，还受到因螺纹摩擦力矩T1的作用而产生的扭转切应力τ，使螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的复合应力状态。根据第四强度理论，可求出当量应力σe=√σ2+3τ2=√σ2+3（0.5σ）2=1.3σ，由上可见，紧螺栓连接的强度也可按纯拉伸强度计算，但考虑螺纹摩擦力矩T1的影响，需将螺栓拉力增大30%。 3.紧螺栓连接所受轴向变载荷在0～F间变化，当预紧力F0一定时，改变螺栓或被连接件的刚度，对螺栓连接的疲劳强度和连接的紧密性有何影响？ 答：紧螺栓连接所受轴向变载荷在0～F间变化，当预紧力F0一定时，螺栓刚度降低或被连接件的刚度增加，应力幅会减小，残余预紧力也会减小，即螺栓连接的疲劳强度增加，连接的紧密性降低；反之，螺栓连接的疲劳强度降低，连接的紧密性增加。 ☆4.为什么采用两个平键时一般把两键设在相隔180°的位置上？采用两个楔键时相隔120 °左右？而采用两个半圆键，则又常沿轮毂方向把两键放在轴的同一母线上？ 答：采用两个平键时把它们设在相隔180°的位置上有助于平衡轴的受力。采用两个楔键时相隔120°左右是为了减少对零件对中的破坏。采用两个半圆键时沿轮毂方向把两键放在轴的同一母线上是为了减少半圆键槽对轴强度的削弱。 5.小带轮包角对带传动有何影响？为什么只能给出小带轮包角α1的公式？ 答：α1增大说明了整个接触弧上的摩擦力的总和增加，从而提高传动能力。由于大带轮的包角α2大于小带轮的包角α1，打滑首先发生在小带轮，因此，只要考虑小带轮的包角α1的值。 ☆6.带传动的弹性滑动和打滑是怎样产生的？它们对传动有何影响？是否可以避免？ 答：弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指过载引起的全面滑动，是可以避免的。而弹性滑动是由拉力差引起的，只要传递圆周力，就必然会发生弹性滑动，是一种不可避免的物理现象。 7.一般来说，带传动的打滑多发生在大带轮上还是小带轮上？为什么？ 答：因为α1<α2,故打滑总是先发生在小轮上。因为小带轮的接触弧上产生的摩擦力小于大带轮。 8.影响传动速度不均匀性的主要参数是什么？为什么？ 答：影响传动速度不均匀的主要参数是链节距P。 在链传动中，链节距P越大，链轮的转速越高，链传动的动载荷效应越严重，所以链传动不宜用于高速传动，在设计链传动时必须对链速加以限制。在选择参数时，选取较小的链节距，对降低链传动的运动不均匀性是有利的。 9.链节距P的大小对链传动的动载荷有何影响？ 答：链传动产生动载荷的原因如下： ⑴链和从动链轮均作周期性的加、减速运动，必然引起动载荷，而且链轮转速越高、链节距越大，则链的加速度也越大，动载荷就越大。链速在铅垂方向上的速度V′变化使链产生上下抖动，也产生动载荷。 ⑵链节进入链轮的瞬间时，链节与链轮齿以一定的相对速度啮合，使传动产生附加动载荷。这种现象随着链轮转速的增加和链节距的加大而加剧，使传动产生震动和噪声。 ☆10.链传动的主要失效形式有哪些？ 答：链传动的主要失效形式有：疲劳破坏，铰链磨损，冲击疲劳破坏，铰链胶合，过载断裂。 11.制造轴的常用材料有几种？若轴的刚度不够，是否可采用高强度合金钢提高轴的刚度？为什么？ 答：制造轴的常用材料有碳素钢和合金钢。若轴的刚度不够，不可以采用高强度合金钢提高轴的刚度，因为合金钢与碳素钢的弹性模量相差不多。 12.在轴的弯扭合成强度校核中，α表示什么？为什么要引入α？ 答：在轴的弯扭合成强度校核中，α表示修正系数。α是考虑由弯矩产生的弯曲应力σ和由扭矩产生的扭转切应力τT循环特性不同引入的应力校正系数。 13.何谓滚动轴承的基本额定寿命？何谓当量动载荷？如何计算？ 答：基本额定寿命是指一批同型号的轴承在相同条件下运转时，90%的轴承未发生疲劳点蚀前运转的总转速，或在恒定转速下运转的总工作小时数，分别用L10、L10h表示。 当量动载荷是轴承在当量动载荷P作用下的寿命与在实际工作载荷（径向和轴向载荷）条件下的寿命相等。其计算方式为：P=ƒp（XFr+YFa） 14.为什么角接触轴承通常要成对使用？ 答：其目的是消除或减小内部轴向力的影响。 15.试说明齿式联轴器为什么能够补偿综合位移？ 答：齿式联轴器由两个带有内齿及凸缘的外套筒和两个带有外齿的内套筒所组成。由于外齿的齿顶制成球面，球面中心线在齿轮轴线上，且内外齿啮合时具有较大的顶隙和侧隙,因此能补偿综合位移。 16.万向联轴器为什么常成对使用？在成对使用时应如何布置才能保证从动轴的角速度和主动轴的角速度随时相等？ 答：万向联轴器当主动轴角速度ω1为常数时，从动轴的角速度ω2并不是常数，而是在一定范围内变化，这在传动中会引起附加动载荷，对使用不利，所以常成对使用。 安装十字式万向联轴器时，如要使主、从动轴角速度相等，必须满足两个条件：①主动轴、从动轴与中间件的夹角相等；②中间轴上两端的叉形接头在同一个平面内。 四．综合题。 作图题： 1.图示为斜齿圆柱齿轮传动​——蜗杆传动组成的传动装置。其动力由I轴输入，蜗轮4为右旋。试解答下列问题： （1）为使蜗轮4按图示n4方向转动，确定斜齿轮1的转动方向； （2）为使中间轴Ⅱ所受的轴向力能抵消一部分，确定斜齿轮1和斜齿轮2的轮齿旋向； （3）画出齿轮1和蜗轮4所受圆周力Ft1、Ft4和轴向力Fa1、Fa4的方向（垂直纸面向外的力画、向内的力画 ） 解： 2.在下图所示的凸轮机构中,已知凸轮的实际轮廓线为一圆心在A点的圆。要求：(1)绘出凸轮的理论轮廓线；(2)绘出凸轮的基圆，并标出基圆半径r0；(3) 在图中画出机构在图示位置时的压力角α；(4)在图中标出图示位置时从动件的位移s。（不必作文字说明，但必须保留作图线）。 3.图示盘形凸轮机构中,已知凸轮为C为中心的圆盘。 (1) 画出凸轮的基圆，画出凸轮的偏距圆； (2) 标出机构在图示位置时，从动件的位移s； (3)画出凸轮在D点与从动件尖顶接触时，机构压力角α。 4．一对心直动尖顶从动件偏心圆凸轮机构，O为凸轮几何中心，O1为凸轮转动中 心O1O=0.5OA，圆 盘 半 径 R=60 mm。根据下图及上述条件确定基圆半径r0、行程h，C点压力角αC和D点接触时的位移hD、压力角αD。 计算题： 1.题图所示机构中 ，计算该机构的自由度，若机构中有复合铰链、局部自由度和虚约束等，请明确指出。 2．计算下列机构的自由度，若有复合铰链、局部自由度和虚约束请指出。并说明该机构是否有确定的相对运动。 解：1）D处复合铰链；B处局部自由度；C、E处虚约束 2） 3）原动件数=F,有确定运动。 3.计算图示机构的自由度 解：活动构件数： n＝7 低副数 ： PL=9 高副数 ： PH=1 自由度数 ： F ＝3n－2 PL－PH＝3×7－2×9－1＝2 4.某机械传动中装置中的轴承组合如图所示。已知Fae=2000N，Fre=9000N，轴的转速为n=1500r/min，预期工作寿命为Lh /=9000h，轴承在常温下工作，温度系数 ，轴承受中等冲击，载荷系数为fp=1.6，拟采用一对30211轴承，试判断该轴承是否合用。 [说明]：30211轴承的Cr=86500，派生轴力按Fd=Fr/(2Y)计算，e=0.345；当Fa /Fr≤e，X＝1，Y＝0；当Fa /Fr>e，X＝0.4，Y＝1.7；轴承寿命计算公式为： 5.图6所示齿轮系中，已知Z1=30，Z2=35，Z3=120，Z4=17，Z5=34，n1=960r/min，方向如 箭头所示，求齿轮5的转速n5大小及方向（用箭头在图上表示）。 6.某机加工车间只能加工m=3、4、5mm三种模数的齿轮。现打算在齿轮机构中心距为180mm 不变的条件下，选配一对i=3 的标准直齿圆柱齿轮机构。试确定在此车间能加工的齿轮模数和齿数。 答：（1）由中心距a = m(Z1 +Z2 )/2 得Z1 +Z2 = 2a/m 当 m = 3 时 Z1 +Z2 = 120 m = 4 时 Z1 +Z2 = 90 m = 5 时 Z1 +Z2 = 72 （2）题意需满足i = 3 即Z2 = 3 Z1 当 m = 3 取Z1 = 30 Z2 = 90 能满足， m = 5取Z1 = 18 Z2 =54 能满足。 ∴加工的齿轮模数为3，齿数为30、90和模数为3，齿数为18、54。 结构改错题： 1．如图所示为用一对角接触球轴承支承的轴系部件，轴承外圈窄边相对安装。试找出其它错误（不少于6处）。 （注：不考虑轴承润滑、倒角和圆角） 题图7 示例： ①-------缺少调整垫片 ②------- ③------- ④------- ⑤------- ⑥------- ⑦------- ⑧------- ⑨------- ⑩------- 2.用文字说明轴系结构的错误所在。 1） 轴肩过高，无法拆卸轴承 2） 套筒顶不住齿轮（过定位），应使轮毂的长度稍大于轴段长 3） 键过长，套筒无法装入 4） 套筒过高，右侧轴承拆卸困难 5） 缺少调整垫片，无法调整轴承游隙 6） 箱体端面加工面与非加工面没有分开 7） 精加工面过长且装拆轴承不便 8） 静止件与转动件接触（轴与端盖） 9） 联轴器空未打通 10）缺少密封件 _1273131291.vsd I n4 1 2 3 4 II III _1275767342.unknown _1284883243.vsd I n4 1 2 3 4 II III _1276091066.vsd n1 1 2 3 4 5 n5 H _1275640090.vsd A B C D E F G H I O J K L M _1275639284.vsd 200mm 250mm Fre=900 N Fae=900 N 1 2 _1239907912.unknown _1273053515.unknown _1039841868.unknown _1239904935.unknown _1039841363.unknown