机械设计课后简答题解答

3-9 弯曲疲劳极限的综合影响系数Kδ 的含义是什么？它与哪些因素有关？它对零件的疲劳强度和静强度各有什么影响？答：在对称循环时，Kδ是试件的与零件的疲劳极限的比值；在不对称循环时, Kδ是试件的与零件的极限应力幅的比值。

Kδ与零件的有效应力集中系数σkδ、尺寸系数εδ、表面质量系数βδ和强化系数βq 有关。

Kδ对零件的疲劳强度有影响，对零件的静强度没有影响。

3-10 零件的等寿命疲劳曲线与材料试件的等疲劳曲线有何区别？在相同的应力变化规律下，零件和材料试件的失效形式是否总是相同的？为什么？答：区别在于零件的等寿命疲劳曲线相对于试件的等寿命疲劳曲线下移了一段距离（不是平行下移）。

在相同的应力变化规律下，两者的失效形式通常是相同的，如图中m1′和m2′。

但两者的失效形式也有可能不同，如图中n1′和n2′。

这是由于Kδ的影响，使得在极限应力线图中零件发生疲劳破坏的范围增大。

3-11 试说明承受循环变应力的机械零件，各在什么情况下按静强度条件和疲劳强度条件计算？承受循环变应力的机械零件，当应力循环次数小于1000 时，应按静强度条件计算；当应力循环次数大于1000 时，在一定的应力变化规律下，如果极限应力点落在极限应力线图中的屈服曲线GC 上时，也应按静强度条件计算；如果极限应力点落在极限应力线图中的疲劳曲线AG 上时，则应按疲劳强度条件计算3-12 在单向稳定应变应力下工作的零件，如何确定其极限应力? 答：在单向稳定变应力下工作的零件，应当在零件的极限应力线图中，根据零件的应力变化规律，由计算的方法或由作图的方法确定其极限应3-15 影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？提高机械零件疲劳强度的措施有哪些？影响机械零件疲劳强度的主要因素有零件的应力集中大小，零件的尺寸，零件的表面质量以及零件的强化方式。

提高的措施是：1）降低零件应力集中的影响；2）提高零件的表面质量；3）对零件进行热处理和强化处理；4）选用疲劳强度高的材料；5）尽可能地减少或消除零件表面的初始裂纹等。

5-7 常用的螺纹有哪几种类型？各用于什么场合？对连接螺纹和传动螺纹的要求有何不同？答：常用螺纹有普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹等。

前两种螺纹主要用于连接，后三种螺纹主要用于传动。

对连接螺纹的要求是自锁性好，有足够的连接强度；对传动螺纹的要求是传动精度高，效率高，以及具有足够的强度和耐磨性。

5-9 连接螺纹都具有良好的自锁性，为什么有事还需要放松装置？试举出两个机械放松和摩擦放松的例子。

答：因为螺纹连接在工作中会受到冲击、振动或变载荷作用，以及在高温或温度变化范围较大的环境中工作，使得连接中的摩擦力和预紧力减小，有可能松脱现象，为保证连接的可靠性，在设计时必须采取有效的放松措施。

机械防松：止动垫圈、串联钢丝、开口销与六角开槽螺母，摩擦放松：对顶螺母、弹簧垫圈、自锁螺母，永久止动：铆合。

冲点、涂胶粘剂。

5-10 普通螺栓连接和绞制孔用螺栓连接的主要失效形式和设计准则是什么？答：普通螺栓连接的主要失效形式是螺栓杆螺纹部分断裂，设计准则是保证螺栓的静力拉伸强度或疲劳拉伸强度。

铰制孔用螺栓连接的主要失效形式是螺栓杆和孔壁被压溃或螺栓杆被剪断，设计准则是保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度。

5-11 计算普通螺栓连接时，为什么只考虑危险截面的拉伸强度，而不考虑螺栓头、螺母、和螺纹牙的强度？答：螺栓头、螺母和螺纹牙的结构尺寸是根据与螺杆的等强度条件及使用经验规定的，实践中很少发生失效，因此，通常不需要进行强度计算。

5-12.普通螺栓连接收到的轴向工作载荷或横向工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷是什么循环？答：普通紧螺栓连接所受轴向工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷为不变号的不对称循环变载荷，0<r<；所受横向工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷为静载荷，1=r。

5-13 螺栓的性能等级为8.8 级，与它相配的螺母的性能等级为多少？性能等级数字代号的含义是什么？答：螺栓的性能等级为8.8 级，与其相配的螺母的性能等级为8 级（大直径时为9 级）性能等级小数点前的数字代表材料抗拉强度极限的1/100 ，（σB/100），小数点后面的数字代表材料的屈服极限与抗拉强度极限之比值的10 倍（10σS/σB）。

5-14：在什么情况下螺栓连接的安全系数大小与螺栓直径有关？说明原因！答：在不控制预紧力的情况下，螺栓连接的安全系数与螺栓直径有关，螺栓直径越小，则安全系数取得越大。

这是因为扳手的长度随螺栓直径减小而线性减短，而螺栓的承载能力随螺栓直径减小而平方性降低，因此，用扳手拧紧螺栓时，螺栓直径越细越易过拧紧，造成螺栓过载断裂。

所以小直径的螺栓应取较大的安全系数。

5-15 紧螺栓连接所受轴向变载荷在0~F 间变化，当预紧力Fo 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：降低螺栓的刚度或增大被连接件的刚度，将会提高螺栓连接的疲劳强度，降低连接的紧密性；反之则降低螺栓连接的疲劳强度，提高连接的紧密性。

5-16: 在保证螺栓连接紧密要求和静强度的前提下，要提高螺栓连接的疲劳强度，应如何改变螺栓及连接件的刚度和预紧力的大小？通过力变形图线说明。

答：降低螺栓的刚度，提高被连接件的刚度和提高预紧力，其受力变形线图参见。

8-7 在普通V 带的基本额定表中，单根V 带的基本额定功率的值随小带轮转速的增大有何变化特点？说明原因。

答：P0 随小带轮转速增大而增大，当转速超过一定值后，P0 随小带轮转速的进一步增大而下降。

这是因为P=Fev，在带传动能力允许的范围内，随着小带轮转速的增大（带速v 增大）带传递的功率增大。

然而当转速超过一定值后，由于离心力的影响，使得带所能传递的有效拉力Fe 下降，因此，小带轮转速进一步增大时，带的传动能力P0 下降。

8-10 某带传动由变速电动机驱动，大带轮的输出转速变化范围为500~1000 转每分，若大带轮上的负载为恒定功率负载，应该按哪一种转速设计带传动？若大带轮上的负载为恒定转矩负载，应该按哪一种转速设计带传动？为什么？答：若大带轮上的负载为恒功率负载，则转速高时带轮上的有效拉力小，转速低时有效拉力大。

因此，应当按转速为500r/min 来设计带传动。

若大带轮上的负载为恒转矩负载，则转速高时输出功率大，转速低时输出功率小。

因此，应当按转速为1000r/min 来设计带传动。

8-11V 带传动比大于1 时为什么会使带的传递功率有所增加？答：因为单根普通V 带的基本额定功率P0 是在i=1（主、从动带轮都是小带轮）的条件下实验得到的。

当i＞1 时，大带轮上带的弯曲应力小，对带的损伤减少，在相同的使用寿命情况下，允许带传递更大一些的功率，因此引入额定功率增量△P0。

8-12 带与带轮的摩擦系数对带传动有什么影响？为了增加传动能力，将带轮的工作面加工的粗糙些以增大摩擦系数这样做是否合理？为什么？答：摩擦系数f 增大，则带的传动能力增大，反之则减小。

这样做不合理，因为若带轮工作面加工得粗糙，则带的磨损加剧，带的寿命缩短。

8-13 带传动中的弹性滑动时如何产生的？打滑又是如何长生的？两者有何区别？对带传动各产生什么影响？打滑首先发生在哪个带轮上？为什么？答：在带传动中，带的弹性滑动是因为带的弹性变形以及传递动力时松、紧边的拉力差造成的，是带在轮上的局部滑动，弹性滑动是带传动所固有的，是不可避免的。

弹性滑动使带传动的传动比增大。

当带传动的负载过大，超过带与轮间的最大摩擦力时，将发生打滑，打滑时带在轮上全面滑动，打滑是带传动的一种失效形式，是可以避免的。

打滑首先发生在小带轮上，因为小带轮上带的包角小，带与轮间所能产生的最大摩擦力较小。

8-14 在设计带传动时，为什么要限制小带轮的最小基准直径和带的最小最大速度？答：小带轮的基准直径过小，将使V 带在小带轮上的弯曲应力过大，使带的使用寿命下降。

小带轮的基准直径过小，也使得带传递的功率过小，带的传动能力没有得到充分利用，是一种不合理的设计。

带速v 过小，带所能传递的功率也过小（因为P=Fv），带的传动能力没有得到充分利用；带速v 过大，离心力使得带的传动能力下降过大，带传动在不利条件下工作，应当避免。

8-16 题目太长，要点打出，大家自己看题目应该明白。

此题有图为带式输送机装置，小带轮的直径d1=140，大带轮基准直径为d2=400，鼓轮直径D=250 为了提高生产效率有以下三个方案，分析方案的合理性？为什么？方案—：将大带轮的直径减小到280 方案二：将小带轮的直径增大至200 方案三：将鼓轮直径D 增大到350 答：输送机的F 不变，v 提高30%左右，则输出功率增大30%左右。

三种方案都可以使输送带的速度v 提高，但V 带传动的工作能力却是不同的。

（1）2dd 减小，V 带传动的工作能力没有提高（P0，Kl，Ka，ΔP0 基本不变），传递功率增大30%将使小带轮打滑。

故该方案不合理。

（2）1dd 增大，V 带传动的工作能力提高（P0 增大30%左右，Kl，Ka，ΔP0 基本不变），故该方案合理。

（3）D 增大不会改变V 带传动的工作能力。

故该方案不合理。

9-11 为什么链传动的传动比是常数，而在一般情况下瞬时传动比不是常数？答：链传动为链轮和链条的啮合传动，平均传动比i12=Z2/Z1 为常数。

由于链传动的多边形效应，瞬时传动比is 是变化的10-11 在不改变齿轮的材料和尺寸的情况下，如何提高齿轮的抗折断能力？答：减小齿根处的应力集中；增大轴和轴承处的支承刚度；采用合适的热处理方法，使齿面具有足够硬度，而齿芯具有足够的韧性；对齿根表面进行喷丸、滚压等强化处理。

10-12 为什么齿面点蚀一般首先出现在靠近接线的齿根面上？在开式齿轮传动中，为什么一般不出现点蚀破坏?如何提高齿面抗点蚀的能力？答：在节线附近通常为单对齿啮合，齿面的接触应力大；在节线附近齿面相对滑动速度小，不易形成承载油膜，润滑条件差，因此易出现点蚀。

在开式齿轮传动中，由于齿面磨损较快，在点蚀发生之前，表层材料已被磨去，因此，很少在开式齿轮传动中发现点蚀。

提高齿面硬度可以有效地提高齿面抗点蚀的能力，润滑油可以减少摩擦，减缓点蚀。

10-14 闭式齿轮传动与开式齿轮传动是失效形式和设计准则有何不同？为什么？答：闭式齿轮传动的主要失效形式为轮齿折断、点蚀和胶合。

设计准则为保证齿面接触疲劳强度和保证齿根弯曲疲劳强度。

采用合适的润滑方式和采用抗胶合能力强的润滑油来考虑胶合的影响。

开式齿轮传动的主要失效形式为齿面磨损和轮齿折断，设计准则为保证齿根弯曲疲劳强度。

采用适当增大齿轮的模数来考虑齿面磨损对轮齿抗弯能力的影响。

10-15 通常所谓软齿面与硬齿面的硬度界限是如何划分的？软齿面齿轮和硬齿面齿轮在加工方法上有何区别？为什么？答：软齿面齿轮的齿面硬度≤350HBS，硬齿面齿轮的齿面硬度＞350HBS。