机械设计复习题解答-链传动前面

机械设计基础复习题绪 论基本要求：了解机器和机械零件设计的基本要求和一般步骤。

了解机械零件的主要失效形式和计算准则。

了解变应力种类、疲劳曲线、简化极限应力曲线、稳定和非稳定变应力的强度计算。

了解常用材料及选材原则和制造工艺性的概念。

1．火车轮在钢轨上运行不可能发生（ d ）失效。

（a.点蚀；b.胶合；c.磨损；d.压溃）2．零件可能出现疲劳断裂时，应按（ a ）准则计算；零件可能出现塑性变形时，应按（ a ）准则计算。

（a.强度；b.刚度；c.振动稳定性）3． σa 、σm 、σmin 、σmax 和r 五个参数各代表什么？试判别以下各零件在载荷不变的条件下，工作应力的循环特性r （a.0；b.－1；c.＋1；d.非0，－1，＋1的值）。

P12σa ：应力幅；σm ：平均应力；σmin ：最小应力；σmax ：最大应力；r ：变应力的循环特性 r=+1：静应力；r=0：脉动循环变应力；r=－1：对称循环变应力；maxmin σσ=r ：非对称循环变应力 单向旋转齿轮齿面上某点的接触应力为（a ）；单向旋转齿轮齿根某点的弯曲应力为（ a 需区分主从动轮和一对齿轮传动还是多级齿轮传动的中间轮）；单向旋转转轴某点的弯曲应力为（ b ）；单向旋转转轴上某点的扭转应力为（ c 静载时为静应力，变载时为脉动循环变应力 ）；受轴向载荷时，螺栓的拉应力为（c 静载时为静应力，变载时看载荷变化情况 ）。

4．零件的接触应力与哪些因素有关？如何提高其接触强度？p18、21零件的接触应力与零件的材料、载荷、接触形式以及润滑方式等有关；提高表面接触强度的措施：1）增大接触表面的综合曲率半径ρ，以降低接触应力，如将标准齿轮传动改为正传动；2）将外接触改成内接触；3）在结构设计上将点接触改为线接触，如用圆柱滚子轴承代替球轴承；4）提高零件表面硬度；5）在一定范围内提高接触表面的加工质量，接触疲劳强度也随着提高；6）采用粘度较高的润滑油，除降低渗入裂纹的能力外，还能在接触区形成较厚的油膜，增大接触面积，从而降低接触应力。

联 接基本要求：了解螺旋副的受力分析、效率公式和自锁条件。

了解有关螺纹联接的基本知识（类型、特点和防松）。

掌握螺栓联接的强度计算方法。

了解螺旋传动的类型、特点和应用。

了解键联接的类型和特点，掌握平键联接的选择和设计计算。

1．常用螺纹有那些类型？其中那些用于联接？哪些用于传动？哪些是标准螺纹？ 常用的螺纹类型有：三角形螺纹，矩形螺纹，梯形螺纹和锯齿形螺纹；其中用于联接的螺纹主要是三角形螺纹；用于传动的是矩形螺纹，梯形螺纹和锯齿形螺纹；除矩形螺纹外，其它都是标准螺纹。

2．螺纹联接有那些基本类型？各有什么特点？适用于什么场合？螺纹联接的主要类型有（受拉、受剪）螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接和紧定螺钉联接；（受拉、受剪）螺栓联接的特点：使用不受被联接件材料的限制，无需在被联接件上切制螺纹，构造简单，装拆方便。

用于被联接件比较薄、可制通孔的场合。

双头螺柱联接：座端旋入并紧定在被联接件之一的螺纹孔中，用于被联接件较厚、以及受结构限制而不能用螺栓或希望联接结构较紧凑的场合，或时常拆装的联接。

螺钉联接：不用螺母，而且能有光整的外露表面，用于被联接件较厚的场合，但不宜用于时常拆装的联接，以免损坏被联接件的螺纹孔。

紧定螺钉联接：旋入并紧定在被联接件之一的螺纹孔中，其末端顶住另一被联接件的表面或顶入相应的坑中，以固定两个零件的相互位置，并可传递不大的力或转矩。

3．螺纹的自锁条件是什么？联接螺纹能满足自锁条件，为什么还要用防松装置？防松方法分哪几类，其各自的原理是什么？p103～104在静载荷下，螺纹联接能满足的自锁条件为螺纹中径升角v ρλ<（当量摩擦角）。

虽然在静载荷下，联接螺纹能满足自锁条件，但在冲击、振动或变载荷下，或当温度变化大时，联接有可能松动，甚至松开，这就容易发生事故。

所以在设计螺纹联接时，必须考虑防松问题。

防松的根本问题在于防止螺纹副相对转动。

就其工作原理来看，防松方法可分为利用摩擦、直接锁住和破坏螺纹副三类。

利用摩擦防松的工作原理：使螺纹副中有不随联接载荷而变的压力（可由螺纹副纵向或横向压紧而产生），因而始终有摩擦力矩防止相对转动。

直接锁住防松的工作原理：利用便于更换的金属元件（如开口销与槽形螺母、止动垫片和串连金属丝等）约束螺纹副。

破坏螺纹副防松的工作原理：采用焊接、冲点和胶接等方式，把螺纹副转变为非运动副，从而排除相对转动的可能。

4.螺栓联接的拧紧：拧紧联接能增强联接的刚性、紧密性和防松能力。

对于受拉螺栓联接，还可提高螺栓的疲劳强度；对于受剪螺栓联接，有利于增大联接中的摩擦力。

预紧的目的：1）防止联接松脱，增强可靠性；2）被联接件接合面具有足够的紧密性；3）使接合面产生摩擦力，以承受横向载荷。

4．配合（铰制孔）螺栓联接和普通螺栓联接在受横向载荷作用时，工作原理、受力分析和强度计算上有何不同？ P109、113，P106、112配合（铰制孔）螺栓联接：工作时，螺栓在联接结合面处受剪，并与被联接件孔壁互相挤压，靠螺栓受剪和螺栓与被联接件相互挤压时的变形来传递载荷。

由于拧紧，联接中有预紧力和摩擦力，但一般忽略不计，根据板的静力平衡条件：螺栓所受剪力F S 等于联接所受横向力F R ，其强度条件为：螺栓的切应力τ不超过其许用切应力][τ。

普通螺栓联接：螺栓只受预紧力F ’，工作时靠结合面间的摩擦来传递载荷，螺栓联接处于拉伸与剪切的复合应力状态下，由于螺栓材料是塑性的，可根据第四强度理论计算螺纹部分强度，得到螺栓螺纹部分的强度条件为][3.1322σστσ≤≈+T 。

5．承受预紧力的紧螺栓联接，其强度计算公式为1.3σ ≤ [σ] ，式中1.3是怎么得来的？ 由][3.1322σστσ≤≈+T 可知，公式中1.3是考虑了剪应力的影响，在原有拉伸应力的基础上增加了30％后得来的。

6．受轴向载荷的紧螺栓联接，螺栓所受最大拉力如何计算？画出单个受预紧力的紧螺栓联接的受力变形图，并根据图写出联接受工作载荷F 时，螺栓总拉力F o 、预紧力F ’和残余预紧力F ”的关系式。

P106、107受轴向载荷的紧螺栓联接，螺栓所受最大拉力为工作载荷与被联接件给它的剩余预紧力之和，即''0F F F +=。

单个受预紧力的紧螺栓联接的受力变形如下图所示，由图知：式中：F 0：螺栓所受的最大（总）拉力； F ’ ：预紧力； F ” ：残余预紧力F c c c F F 211'"+-=F c c c F F 211'''++=F c c c F F F F 2210'"++=+=7．平键、半圆键、楔键和花键联接的工作原理有什么不同？各有什么特点？各自失效形式是什么？简述平键联接的设计计算步骤。

P123、124、126平键联接工作原理：平键的两侧是工作面，工作时靠轴槽、键及毂槽的侧面受挤压来传递转矩。

平键联接的特点：键的两侧面是工作面；对中性好，可用于较高速的场合；用于传递转矩，不承受轴向载荷。

半圆键联接：用于静联接，键在槽中能绕其几何中心摆动以适应毂上键槽的斜度，键的侧面为工作面；半圆键联接的特点：靠两侧面工作；用于静联接；装配方便；适于锥形轴与轮毂的联接；轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大，用于轻载联接，以及锥形轴联接的辅助装置。

楔键联接：键的上下两面是工作面，分别与毂和轴上键槽的地面贴合。

装配后，键楔紧在轴毂之间。

工作时，靠键、毂之间的摩擦力和由于轴与毂有相对转动的趋势而使键受到的偏压来传递转矩；也能传递单向的轴向力。

楔键联接的特点：上、下表面为工作面；可承受单向的轴向载荷；对中性差；用于低速或对中要求不高的场合。

花键联接的工作原理：花键联接由具有多个沿周向均布的凸齿的外花键和有对应凹槽的内花键组成；工作时靠轴和毂上的纵向齿的互压传递转矩，齿的侧面是工作面，可用于静联接和动联接。

花键联接的特点：与平键联接相比，花键联接可承受较大的载荷；对中性好；导向性较好。

平键联接可能的失效有：较弱零件（通常为毂）的工作面被压溃（静联接）或磨损（动联接，特别是在载荷作用下移动时）和键的剪断等。

半圆键和楔键联接可能的失效有：较弱零件（通常为毂）的工作面被压溃（静联接）和键的剪断等。

花键联接可能的失效有：齿面的压溃或磨损，齿根的剪断或弯断等。

对于实际采用的材料组合和标准尺寸来说，齿面的压溃或磨损常是主要的失效形式。

因此，一般只作联接的挤压强度和耐磨性计算。

平键联接的设计计算步骤：根据联接的结构特点、使用要求和工作条件来选择键的类型，再根据轴径从标准中选出键的截面尺寸，并参考毂长选出键的长度，然后用适当的校核计算公式作强度验算。

8．如何选择平键的截面尺寸和长度？如何进行平键联接的强度校核？根据轴径从标准中选出键的截面尺寸，并参考毂长选出键的长度。

由于平键主要失效形式为工作表面的压溃和磨损，所以平键联接的强度校核按静联接和动联接分别进行： 静联接：动联接：9.一升降机构承受载荷Q 为100kN ，采用梯形螺纹，d ＝70mm ，d 2＝65mm ，P ＝10mm ，线数n=4。

支承面采用推力球轴承，升降台的上下移动处采用导向滚轮，它们的摩擦阻力近似为零。

试计算：（1）工作台稳定上升时的效率，已知螺旋副当量摩擦系数为0.10。

变形力 力 力 变形 δ1 δ2 δ1 δ2 △δF ′F ′ F 0F F ″ α1α2 (a) (b) (c)F ′ F c c c 211+ ]['4p p h dl T σσ≤=]['4p h dl T p ≤=题15（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩。

（3）若使工作台以800mm ／min 的速度上升，试按稳定运转条件求螺杆所需转速和功率。

（4）欲使工作台在载荷Q 作用下等速下降，是否需要制动装置？加于螺杆上的制动力矩应为多少？10．用两个M10(d 1=8.376mm)的螺钉固定一牵曳钩，若螺钉材料为45（强度级别为6.6），取安全系数[Ss]=3，接合面摩擦系数μ＝0.15，求其容许的牵曳力。

11．一凸缘联轴器（见教材图19.3），允许传递的最大转矩T=1500N ·m （静载荷），材料为HT250，联轴器用4个M16铰制孔螺栓联成一体，螺栓材料为45钢，试选取合适的螺栓长度，并校核其强度。

12．一钢制液压油缸，油压P ＝3N ／mm 2，油缸内径D ＝160mm ，为保证气密性要求，螺柱间距L 不得大于4．5d （d 为螺纹大径），试计算此油缸的螺栓联接和螺栓分布圆直径D 0。

13．一悬臂零件用4个普通螺栓固定在钢架上，如图所示。

已知：P ＝260N ，结合面间摩擦系数μ＝0.15，其它参数见图。