机械设计题库简答题(120题)

间答题120题 （18+17+17+18+6+9+7+16+12）=120齿轮传动（18） （6）+12= 181．一对标准齿轮传动设计成高度变位齿轮传动，这对轮齿的弯曲强度和接触强度有什么影响?为什么?答：高度变位齿轮传动，可增加小齿轮的齿根厚度，提高其弯曲强度，因大、小齿轮相比，小齿轮的Sa Fa Y Y 乘积较大、齿根弯曲应力大，所以高度变位（小齿轮正变位、大齿轮负变位）可实现等弯曲强度，从而提高传动的弯曲强度。

高度变位对接触强度无影响。

2．一对大、小圆柱齿轮传动，其传动比 i =2 ，其齿面啮合处的接触应力是否相等？为什么？当两轮的材料热处理硬度均相同，且小轮的应力循环次数 N 1 =106 < N 0时，则它们的许用接触应力是否相等？为什么？答：(l)接触应力相等；因从接触应力公式可知，接触应力决定于两个齿轮的综合曲率半径、两个齿轮材料的弹性模量和接触宽度以及相互作用的法向力，不决定于一个齿轮的几何参数。

而上述参量两个齿轮是相等的，因此，两个齿轮的接触应力是相等的。

(2)两个齿轮的许用接触应力是不相等的；因小齿轮的应力循环次 N 1 ＞N 2，齿轮寿命系数Z N1＜Z N2，所以小轮的许用接触应力较小。

3. 齿轮传动有哪些设计理论？各针对的是哪些失效形式？答：主要有齿面接触疲劳强度设计，针对齿面疲劳点蚀失效；齿根弯曲疲劳强度设计，针对疲劳折断失效形式。

此外还有抗胶合能力设计，针对齿面胶合失效；静强度设计，针对短期过载折断和塑性变形失效。

4．设计一对圆柱齿轮传动时，大、小齿轮齿宽的确定原则是什么？为什么？ 答：齿轮越宽，轮齿的承载能力越强；但齿轮的宽度过大，将增加载荷沿齿宽分布的不均匀性。

齿轮轴支承相对齿轮对称布置时，齿宽可选大些，软齿面齿轮宽度也可选大些。

5．分析齿轮产生齿面磨损的主要原因，防止磨损失效的最有效办法是什么？ 答：在齿轮传动中，当落入磨料性物质时，轮齿工作表面会出现磨损，而且轮齿表面粗糙也会引起磨损失效，它是开式齿轮传动的主要失效形式。

防止磨损失效最有效的办法就是改用闭式齿轮传动，其次是减小齿面的表面粗糙度。

6．在进行齿轮强度计算时，为什么不用平均载荷或名义载荷而用计算载荷，计算载荷中考虑了哪些方面的影响因素？答：平均载荷或名义载荷是根据额定功率及额定转速，并通过力学模型计算得到的，没有考虑原动机及工作机的性能，而且，也没有考虑轮齿在啮合过程中产生的动载荷以及载荷沿接触线分布不均等因素的影响，因此，不能直接用于齿轮的强度计算。

而计算载荷主要考虑了原动机及工作机的性能、工作情况、轮齿啮合产生的动载荷、载荷在齿面上沿接触线分布的均匀性等因素，因此，在进行齿轮强度计算时，应该用计算载荷进行计算。

7．试述闭式齿轮传动和开式齿轮传动的设计准则，说明原因。

答：软齿面闭式齿轮传动中，由于其主要失效形式是脉动接触应力作用下引起的疲劳点蚀，因此，设计计算中一般按接触强度设计，按弯曲强度校核。

硬齿面闭式齿轮传动中，由于齿面硬度的提高，使齿轮具有了较高抗点蚀能力，齿轮将以齿轮疲劳折断为主要失效形式，因此，设计计算中一般应按齿轮弯曲强度设计，然后考虑磨损适当增大模数。

开式齿轮传动中，其主要失效形式是磨损和齿轮折断，因此，设计计算中应按轮齿弯曲强度设计，然后考虑适当增大模数。

8．齿轮的主要结构类型有哪些？为什么齿轮和轴往往分开制造？什么情况下加工成齿轮轴？答：齿轮的主要结构形式有齿轮轴、实心式齿轮、腹板式齿轮、孔板式齿轮、轮辐式齿轮等。

齿轮与轴分开制造的主要原因有：① 分开制造节省材料；② 分开制造有利于根据不同需要，采取不同的热处理方法；③ 齿轮的失效多发生在齿轮，齿轮失效时，分开制造可以降低损失；④ 齿轮与轴分开制造，有利于个零件的选材。

当齿轮空键槽底面与齿根圆之间的径向厚度小于等于2.5倍的模数时，一定要加工成齿轮轴，否则齿轮与轴将分开制造。

9．试述齿宽系数d Φ的定义及选择原则？答：齿宽系数d Φ等于齿轮宽度b 与齿轮分度圆直径1d 之比。

即1d b d =Φ。

齿宽系数一定时，增大齿轮宽度，可是齿轮直径和中心距减小，使结构紧凑；但齿轮宽度过大，将使载荷沿齿向分布更加不均。

10．齿轮计算中为什么要引入齿间载荷分配系数αK ，其影响因素主要有哪些？ 答：在齿轮设计计算中，引入齿间载荷分配系数αK 是考虑同时啮合的各对齿轮间载荷分配不均对齿轮承载能力的影响。

影响αK 的主要因素有：① 齿轮在啮合线上不同啮合位置，齿轮的弹性变形及刚度大小变化的影响；② 齿轮制造误差，尤其是基节误差，使载荷在齿间分布不均匀；③ 重合度、齿顶修形也影响齿间载荷分布不均匀。

11．齿轮设计计算中，确定齿数z 和模数m 时，应注意哪些问题？答： 齿数z 的确定：① 17min ≥z ，以避免根切；② 相互啮合齿轮的齿数尽可能互质，以提高齿轮受载的均匀性；③ 软齿面闭式传动时，在满足弯曲强度的情况下，齿数z 尽可能多些，以有利于提高传动的平稳性，降低传动的振动和噪声；硬齿面闭式传动和开式传动中，在满足接触疲劳强度的情况下，齿数z 不易取得过多，一般17≥z 即可。

以便当分度圆直径d 不变时，通过增大模数m 来提高齿轮的弯曲疲劳强度。

12．在两级圆柱齿轮传动中，如其中有一级用斜齿轮圆柱齿轮传动，它一般被用在高速级还是低速级？为什么？答： 斜齿轮圆柱齿轮传动应用在高速级。

因为斜齿轮圆柱齿轮轮齿是逐渐进入啮合和脱离啮合，传动比较平稳，适合于高速传动，同时，高速级传递扭矩较小，斜齿轮产生的轴向力也较小，有利于轴承部件其它零件的设计。

13．试说明接触最小安全系数min H S 可以使用小于1数值的道理。

（不用） 答： 齿轮许用接触应力计算计算式为：H N H H S Z /][min σσ=。

而齿轮材料极限接触应力min H σ是在一定实验条件下获得的，其中条件之一就是假设齿轮的实效概率为1%。

所以，当所设计的齿轮允许实效概率大于1%时，可以通过将min H S 取值小于1的方法来提高材料的许用接触应力，更加充分地发挥齿轮材料的性能。

14．直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮在计算尺寸参数时，各取什么位置的模数为标准值？答：直齿圆柱齿轮由于其齿形平行于轴线，齿廓的法截面与端面共面，法面模数与端面模数相等，故取端面模数（或称法面模数）为标准值。

斜齿圆柱齿轮取其法面模数为标准值。

因为在加工斜齿轮时，铣刀沿螺旋线方向进刀，铣刀的齿形等于齿轮的法向齿形，端面模数大于法面模数，强度计算中应取其齿廓最小的截面参数。

直齿圆锥齿轮取其大端面模数为标准值。

因为大端尺寸较大，计算和测量的相对误差较小，而且便于确定齿轮相同的外廓尺寸，所以在计算直齿圆锥齿轮几何参数时，以大端为标准值。

14．齿轮在什么情况下发生胶合？提高齿轮抗胶合能力的主要措施有哪些？ 答：高速重载齿轮传动，当润滑不良时，易产生胶合失效。

减小模数、降低齿高、降低滑动系数、提高齿面硬度、降低齿面粗糙度、采用抗胶合润滑油等措施都将有助于提高齿轮抗胶合的能力。

15．齿轮折断一般起始于齿轮的那一侧？全齿折断和局部齿折断通常在什么情况下发生？齿轮疲劳折断和过载折断的特征如何？答：由于轮齿材料对拉应力敏感，故疲劳裂纹往往从齿根受拉侧开始发生，所以，齿轮折断通常起始于齿轮的拉应力一侧。

直齿轮易发生全齿折断，斜齿轮和人字齿齿轮易发生局部齿轮折断。

疲劳折断其断口由光滑区和粗糙区两部分组成，而过载折断其断口只有粗糙区。

16．在闭式齿轮传动设计中先按接触强度进行设计，若校核时发现弯曲疲劳强度不够，应如何改进？答：方法1：在保证中心距不变和不产生根切得情况下，减少齿数，增大模数。

方法2：进行高度变位。

即小齿轮正变位，大齿轮负变位。

方法3：适当增大齿根圆角半径，减少应力集中，提高制造和安装精度。

17．在设计软齿面齿轮传动时，为什么常使小齿轮的齿面硬度高于大齿面硬度（即硬度差HBS 50~30=）？答：因为无论是减速传动还是增速传动，小齿轮轮齿单位时间内所受变应力次数都多于大齿轮，提高齿面硬度，有利于提高抵抗各种形式失效发生的能力，使大小齿轮更加接近于等强度。

18．斜齿轮传动有何特点？螺旋角β应如何确定？答：特点：传动平稳，冲击和噪声小，适合于高速传动、不产生根切得最少齿数小，可使结构紧凑、承载能力高。

增大螺旋角β，有利于提高传动的平稳性和承载能力。

但β过大，轴向力将随之增大，使轴承装置更加复杂。

若β过小，则斜齿轮的优点不明显。

因此，一般情况下取︒︒=25~10β。

带传动 （17） （7）+10 =171. 写出带传动中紧边拉力F l 与松边拉力F 2的关系式并说明其含义答：fae F F 21=，式中：e 为自然对数的底（e=2.718….）；a 为带在带轮上的包角；f 为带与带轮间的摩擦系数（对V 带应为f a ）。

2．三角胶带传动中，小带轮基准直径d 1的选取对带传动有什么影响？答：小带轮d 1变小，带的弯曲应力增大，另外在传动比不变的情况下，皮带在小带轮上的包角变小，摩擦力相应变小，而引起皮带在小带轮上打滑。

小带轮过大，为保持传动比，大带轮也随之变大，整个传动机构的体积增加，皮带变长，使机构的结构不够紧凑。

3．简述带传动弹性滑动产生的主要原因。

答：带传动在工作时，带受到拉力后要产生弹性变形。

但由于松、紧边的拉力不同，故其弹性变形也不同。

在主动轮上带在开始绕上带轮处，带的线速度与主动轮的圆周速度相等。

在带由上绕点转到分离点时，带所受拉力由F 1，逐渐降到F 2，带的弹性变形也随之逐渐减小，因而带沿带轮的运动是一面绕进、一面向后收缩，说明带与主动轮缘之间发生了相对滑动，即弹性滑动。

4．在带传动中，为什么要限制其最小中心距和最大传动比？答：一方面，中心距愈小，带长愈短，因此，在一定的带速下，单位时间内带的应力变化次数愈多，从而使带的疲劳强度较低；另一方面，在传动比一定的条件下，中心距越小，小带轮的包角也越小，从而使传动能力降低。

所以，在带传动设计中，需要限制最小中心距。

在中心距不变的情况下，当传动比过大时，会导致小带轮的包角过小，从而使传动能力降低，因此．要限制其最大传动比。

5．带传动的弹性打滑与打滑的主要区别是什么？答：带传动在工作时，传动带受到拉力后要产生弹性变形，但由于紧边和松边的拉力不同，所以带两边弹性变形也不同，从而导致带与带轮轮缘之间发生的微小的相对滑动，称为弹性打滑；而打滑是由于工作载荷过大，使带传动需要传递的有效圆周力超过了最大（临界）值而引起的在整个带与带轮接触面上所发生的显著滑动。

弹性滑动发生在带由主动带轮和从动带轮上离开以前的那一部分接触弧上，而打滑则发生在相对于全部包角的接触弧上，即前者静弧不等于零，后者静弧等于零。

弹性滑动是带传动正常工作时的固有特性，无法避免，而打滑则属于传动失效，应该避免。