机械设计分析题汇总

一、强度(分析题，较难，10分)

[题目]

滚动轴承运转时，工作温度影响轴承游隙量。

1.试分析内、外圈及滚动体三者的热膨胀关系；

2.分析温度升高后，轴承游隙是增大还是减小；

3.导出因热膨胀差使轴承游隙变化的近似估算式(设线膨胀系数α=12.5⨯10-6︒C -1，内外圈温差∆t=5～100︒C，外圈滚道直径为D2)。

[参考答案]

1.轴承箱散热效果一般比轴好，所以外圈温度最低。

轴承内部零件温度比外圈高：滚动体温度最高，内圈温度次之。所以内圈、滚动体热膨胀值均比外圈大；

2.因外圈热膨胀值小于内部零件热膨胀值，使游隙减少；

3.径向游隙减少量δ≈α∆tD2（粗略计算）。

何谓可靠度R

t?并写出R t的表达式，一般机械设计手册中给出的疲劳极限σ-1的可

靠度是多少?

[参考答案]

1.产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。

2.R t= (该产品到时间t的可靠度)。

3.一般手册中给出的疲劳极限σ-1的可靠度R=50%。

二、摩擦磨损润滑(分析题，中，5分)

[题目]

何谓腐蚀磨损？单纯的腐蚀现象与腐蚀磨损有无差别？

[参考答案]

1.在摩擦过程中，摩擦表面与周围介质发生化学反应或电化学反应的磨损称为腐蚀磨损。

2.单纯的腐蚀现象可在没有摩擦条件下产生，它不能定义为腐蚀磨损。只有当腐蚀现象与机械磨损过程相混合，同时起作用的磨损，才称为“腐蚀磨损”。

试分析与判断图中板间流体能否建立压力油膜。

[参考答案]

b）、d）、e）可能建立压力油膜，其余情况不可能。分析：

b）存在收敛油楔。

d）

①情况存在收敛油楔；

②情况不能形成压力油膜。

e）情况：分析同上。

f）情况：

①情况：因为v2>v1，构成发散油楔，不能形成压力油膜；

②情况不能形成压力油膜。

零件的正常磨损分为几个阶段（画出磨损量q-时间t图），各阶段有何特点？[参考答案]

Ⅰ.跑合磨损阶段：机器使用（磨合）初期发生，磨损率ε=d q/d t先大、逐渐减小到稳定值，因为新摩擦表面经磨合后，接触面积增大，ε下降。

Ⅱ.稳定磨损阶段：磨损速度缓慢且稳定，ε＝常量，曲线斜率越小，磨损速度越慢，使用寿命越长。

Ⅲ.剧烈磨损阶段：经过稳定磨损阶段后，零件精度下降，间隙增大，润滑恶化，导致工作条件恶化，磨损剧烈，零件迅速报废。

为什么说库伦摩擦定律只能近似地反映摩擦现象的规律，在实际应用中存在一定的局限性？

[参考答案]

1）库伦摩擦定律认为：滑动摩擦力大小与接触面积无关，只适用于粗糙表面，而对于光滑表面，在接触表面之间出现强烈的分子吸引力，所以摩擦力将与接触面积成正比;不适用光滑表面：表面愈光滑，按库伦定律，摩擦力愈小，实际上相反，对于光滑表面，表面愈光滑，摩擦力也愈大。

2）“滑动摩擦力大小与滑动速度无关”不适用于滑动速度大的场合，该情况下，还与速度有关。

3）F=μＦＮ公式不适用于极硬材料或极软材料。

何谓磨粒磨损？零件工作表面的硬度与磨粒的硬度间关系对磨粒磨损寿命有什么影响？

1.硬质颗粒或摩擦表面的硬质突出物，在摩擦过程中引起材料脱落的现象称为“磨粒磨损”。

2.影响方面：试验研究表明，金属材料的硬度H m应比磨粒硬度H a大30％以上，使磨粒磨损处于低磨损区，则可保证一定的使用寿

试述氧化磨损属于哪类磨损？并简述温度、环境、磨损速度等对氧化磨损程度的影响。

[参考答案]

1.属于腐蚀磨损类。

2.1）温度高，环境潮湿条件下，加剧氧化磨损速度。

2）因氧化膜在金属表面的增长率（氧化膜生成速度）是随时间变化的（如钢铁表面按指数规律降低），通常氧化作用迅速减慢（除非氧化膜因摩擦作用而被剥落），所以磨损速度小于氧化速度时，则表面存有氧化膜，起保护表面作用；反之，磨损速度大于氧化速度，则极易磨损。

有哪些措施可减轻粘着磨损？(举出三种。)

[参考答案]

1.合理选择摩擦副材料；

2.采用含有油性和极压添加剂的润滑剂；

3.限制摩擦表面的温度，限制pv值；

4.控制压强:。(H为硬度值。)

为什么具有边界膜的两摩擦表面在边界摩擦状态时，一般会发生磨损？

[参考答案]

因边界膜一般极薄，通常只几个分子层厚，一般膜厚远远小于两表面的加工粗糙度，故磨损不可避免。

四、其他、综合应用题(分析题，中，3分)

[题目]

简述把机器分为几个部件有什么好处？

便于设计、加工、装配、修理、更换、运输、标准化和通用化

试画出图示三种情况下，轴所受的扭矩图。

[参考答案]

什么是等强度设计？在设计中如何应用？

[参考答案]

一个机器的各零件或一个零件对于各种失效方式具有同样的承载能力。

1）使各部分等强度，避免某些部分强度过大，最大限度地发挥材料的作用。

2）故意设置薄弱环节，过载时失效，使其他部分在过载时，不致损害而得到保护。

五、螺纹联接(分析题，较易，5分)

[题目]

管螺纹的公称直径是指什么直径？为什么管子上的螺纹通常采用细牙螺纹或圆锥螺纹？

[参考答案]

管螺纹的公称直径指管子的通径（内径）。管螺纹采用细牙螺纹主要是考虑薄壁。管螺纹采用圆锥螺纹主要是保证紧密性，无需填料，密封简单。

常用螺纹的主要类型有哪些？其主要用途是什么？

[参考答案]

常用螺纹的主要类型有普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹。前两种主要用于联接，后三种主要用于传动。

与粗牙螺纹相比，细牙螺纹有什么特点？

[参考答案]

公称直径相同时，细牙螺纹的螺距小，因而细牙螺纹小径较大，升角和导程较小，细牙螺纹强度较高，自锁性较好，多应用于薄壁零件，或受变载、冲击及振动的联接中。

螺纹升角ψ的大小，对螺纹副的自锁性和效率有何影响？试简述之。

[参考答案]

螺纹升角ψ愈小，自锁性能愈好，因自锁条件ψ为当量摩擦角。螺纹升角ψ愈小，效率愈低，因螺纹副效率η的公式为。

图示表明环形螺母的两种装配方法，请说明哪种合理，为什么？

[参考答案]

图b合理。下面受力最大处螺母的刚度得以减小，螺纹受力向上分移，在螺母高度方向各圈受力较均匀。