机械设计问答题整理(一)PDF版

机械设计问答题整理：（注：1、做题过程中发现问答题都没答案，所以复习过程中就一边复习一边整理；2、并不是全部内容，所以有缺少，欢迎指正）1.机械零件的失效与破坏：答：零件失去设计所要求的效能（功能）2.名义载荷与计算载荷：答： 1）名义载荷：根据原动机额定功率(或阻力、阻力矩)计算出来的作用于机械零件上的载荷，一般用F表示力，用T表示力矩。

2）计算载荷：考虑机械零件在工作时有冲击、振动和由于各种因素引起的栽荷分布不均匀等，将名义载荷修正后用于零件计算的栽荷，以Fc ，Tc表示。

计算载荷与名义载荷的关系为：Fc = KFTc= KT式中，K为载荷系数，一般取K≥1。

3.工作应力与工作能力：答：1）工作应力：构件工作时，由载荷引起的应力2）工作能力：零件不发生失效时的安全工作限度4.可靠性和可靠度：答：1）可靠性：指零件在规定条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力 2）可靠度：可靠性的概率度量5.极限应力与许用应力：答：1）极限应力：材料能力承受的最大应力叫做材料的极限应力2）许用应力：用极限应力除以大于1的安全系数作为构件工作应力的最高限度6.油的黏性与油性：答：1）黏性：流体在运动状态下抵抗剪切变形速率能力的性质，称为粘滞性或简称黏性2）油性（润滑性）：润滑性是指润滑油中极性分子与金属表面吸附形成一层边界油膜，以减少摩擦和磨损的性能。

7.摩擦和磨损：答：1）摩擦：当物体与另一物体沿接触面的切线方向运动或有相对运动的趋势时，在两物体的接触面之间有阻碍它们相对运动的作用力，这种力叫摩擦力。

接触面之间的这种现象或特性叫“摩擦”2）磨损：运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移8.物理吸附膜与化学吸附膜：答：1）物理吸附膜：润滑剂中脂肪酸的极性分子牢固地吸附在金属表面上形成物理吸附膜2）化学吸附膜：润滑剂中分子受化学键力作用而贴附在金属表面上所形成的吸附膜则称为化学吸附膜9.接触表面处的挤压强度与接触强度：答：1）挤压强度：是在挤压应力作用下抵抗破坏的能力称为挤压强度 2）接触强度：是在接触应力作用下抵抗破坏（变形和断裂）的能力称为接触强度，包括接触静强度和接触疲劳强度10.有限寿命设计与无限寿命设计：答：1）有限寿命设计：以机器指定寿命为依据进行的设计2）无限寿命设计：以机器使用寿命无限长为依据所进行的设计11.设计机器时应满足哪些基本要求？设计零件时应满足哪些基本要求？答：1）使用功能要求；经济性要求；劳动保护和环境保护要求；寿命与可靠性的要求；其他专用要求2）避免在预定寿命期内失效的要求；结构工艺性要求；经济性要求；质量小的要求；可靠性要求12.简述机械零件的主要失效形式有哪些，主要计算准则有哪些。

答：1）整体断裂；过大的残余变形；零件的表面破坏；破坏正常工作条件引起的失效2）强度准则；刚度准则；寿命准则；振动稳定性准则；可靠性准则13.机械零件上的哪些位置易产生应力集中？答：零件几何尺寸突变(如:沟槽、孔、圆角、轴肩、键槽等)及配合零件边缘处易产生应力集中14.机械零件的胶合失效是如何产生的？答：是由齿面间未能有效地形成润滑油膜，导致齿面金属直接接触，并在随后的相对滑动中，相对粘连的金属沿着相对滑动方向相互撕扯而出现一条条划痕15.试举例说明承受静载荷作用的零件能否在其危险截面处产生变应力作用。

答：在静载荷作用下的机械零件,不仅可以产生(静)应力,也可能产生(变)应力16.润滑油及润滑脂的主要性能指标有哪些？答：1）润滑油：粘度；润滑性（油性）；极压性；闪点；凝点；氧化稳定性 2）润滑脂：锥（针）入度（或稠度）；滴点17.润滑油加入添加剂的主要作用是什么？常用的添加剂有哪些？答：1）主要作用：提高润滑剂的油性、极压性等，使其在极端条件下具有更有效地工作能力；推迟润滑剂的老化变质，延长其正常使用寿命；改善润滑剂的物理性能，如降低凝点、消除泡沫、提高粘度、改进其粘-温特性等 2）常用的添加剂：油性添加剂、极压添加剂、分散净化剂、消泡添加剂、抗氧化剂添加剂、降凝剂、增粘剂18.齿面接触疲劳强度计算是针对哪种失效形式？其基本理论依据是什么？答：针对齿面点蚀。

基本依据为弹性力学中的赫兹线接触应力计算公式。

19.齿轮传动的主要失效形式有哪些？开式、闭式齿轮传动的失效形式有什么不同？设计准则通常是按哪些失效形式制定的？答：1）轮齿折断；齿面磨损；齿面点蚀；齿面胶合；塑性变形 2）闭式传动：闭式传动的主要失效形式为齿面点蚀和轮齿的弯曲疲劳折断。

开式传动：开式传动的主要失效形式为齿面磨粒磨损和轮齿的弯曲疲劳折断。

3）在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主，对于齿面硬度很高、齿芯强度又低的齿轮或材质较脆的齿轮，通常则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。

在开式（半开式）齿轮传动，仅保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则20.齿根弯曲疲劳裂纹先发生在危险截面的哪一边？为什么？为提高轮齿抗弯曲疲劳折断的能力，可采取哪些措施？答：疲劳裂纹首先发生在危险截面受拉一侧，因为交变的齿根弯曲应力超过材料的弯曲疲劳极限应力。

措施:首先应对轮齿进行抗弯疲劳强度计算,使齿轮必须具有足够的模数;其次采用增大齿根过渡圆半径、降低表面粗糙度、进行齿面强化处理(如喷丸)、减轻加工中的损伤等工艺措施,提高轮齿抗疲劳折断的能力;再次应尽可能消除载荷分布不均匀的象,有效避免轮齿的局部折断。

21.齿轮为什么会产生齿面点蚀与剥落？点蚀首先发生在什么部位？为什么？防止点蚀有哪些措施。

答：1）轮齿工作时齿面受脉动循环变化的接触应力，在接触应力的反复作用下，当最大接触应力超过材料的许用接触应力时，齿面就出现疲劳裂纹，并由于有油润滑进入裂纹，将产生很高的油压，促使裂纹扩展，最终形成点蚀 2）点蚀首先出现在节线附近的齿根表面上。

其原因为：a）节线附近常为单齿对啮合区，轮齿受力与接触应力最大；b）节线处齿廓相对滑动速度低，润滑不良，不易形成油膜，摩擦力较大；c）润滑油挤入裂纹，是裂纹扩张 3）措施：a）提高齿面硬度和降低表面粗糙度；b）在许用范围内采用大的变位系数和，以增大综合曲率半径；c）采用黏度较高的润滑油22.齿轮在什么情况下发生胶合？采取哪些措施可以提高齿面抗胶合能力？答：1）是由齿面间未能有效地形成润滑油膜，导致齿面金属直接接触，并在随后的相对滑动中，相对粘连的金属沿着相对滑动方向相互撕扯而出现一条条划痕2）措施：a）采用角度变位齿轮或对齿轮进行修形，以减小啮入始点和啮出终点处的滑动系数；b）提高齿面硬度和降低齿面粗糙度值；c）减小模数、降低齿高，以减小齿面的滑动速度；d）采用抗胶合能力高的齿轮材料，添加极压润滑油等23.为什么开式齿轮齿面严重磨损，而一般不会出现齿面点蚀？对开式齿轮传动，如何减轻齿面磨损？答：1）因为在开式齿轮传动中，磨粒磨损的速度比产生点蚀的速度还快，在点蚀形成之前，齿面的材料已经被磨掉，故而一般不会出现点蚀现象。

2）采用闭式齿轮传动；提高齿面硬度；降低齿面粗糙度值；注意保持润滑油清洁等24.为什么一对软齿面齿轮的材料与热处理硬度不应完全相同？这时大、小齿轮的硬度差值多少才合适？硬齿面是否也要求硬度差？答：1）软齿面齿轮的主要实效形式为点蚀，由于小齿轮轮齿参与啮合的次数多，为保证大、小齿轮有相近的接触疲劳寿命，小齿轮的材料、热处理工艺应比大齿轮好；2）小齿轮齿面硬度应比大齿轮高30～50HBS；3）硬齿面齿轮的主要失效形式不是点蚀，所以不需要硬度差25.齿轮材料的选用原则是什么？常用材料和热处理方法有哪些？答：1）选用原则：a）齿轮材料必须满足工作条件的要求；b）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺；c）正火碳钢，不论毛胚的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷；d）调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮；e）合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮；f）飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢；g）金属制的软齿面齿轮，配对两齿轮齿面的硬度差应保持为30~50HBS或更多；2）常用材料：钢；铸铁；非金属材料3）热处理方法：软齿面:调质，正火；改善机械性能，增大强度和韧性硬齿面:表面淬火，渗碳浮火，表而氢化；接触强度高、耐磨性可抗冲击配对齿轮均用软齿面时小齿轮受载以数多故材料应选灯些，热处理硬度稍高于大齿轮（约30＾40HBS）26.进行齿轮承载能力计算时，为什么不直接用名义工作载荷，而要用计算载荷？答：根据齿轮传动的额定功率和转速，可以得到齿轮传递的名义扭矩和轮齿上的名义法向载荷f n，但在实际传动中，由于受多种因素的影响，会使轮齿上的名义法向载荷增大，在轮齿强度计算中，应修正名义载荷，以得到用于齿轮强度计算的计算载荷27.载荷系数k有哪几部分组成？各考虑什么因素的影响？答：使用系数K"——影响因素：原动机和工作机的特性、质量比、联轴器类型以及运行状态动载系数K#——影响因素：齿轮的制造精度、圆周速度齿间载荷分配系数K$——影响因素：齿轮制造误差、接触部位的差别齿向载荷分布系数K&——影响因素：轴产生弯曲变形和轴上的齿轮偏移；轴和齿轮的扭转变形；轴承、支座的变形以及制造、装配的误差28.齿轮设计中，为何引用动载系数k？试述减小动载荷的方法。

答：1）齿轮传动不可避免地会有制造及装配的误差，轮齿受载后还要产生弹性变形。

这些误差及变形实际上将使啮合轮齿的法孑pb1与pb2不相等，因而轮齿就不能正确的啮合传动，瞬时传动比就不是定值，从动齿轮在运转中就会产生角加速度，于是引起了动载荷或冲击2）减小动载荷的方法：提高制造精度，减小齿轮直径以降低圆周速度，均可减小动载荷29.影响齿轮啮合时载荷分布不均匀的因素有哪些？采取什么措施可使载荷分布均匀？答：1）轴产生弯曲变形和轴上的齿轮偏移；轴和齿轮的扭转变形；轴承、支座的变形以及制造、装配的误差2）措施：可以采取增大轴，轴承及支座的刚度，对称地配置轴承，以及适当的限制轮齿的宽度等措施，同时尽可能避免齿轮作悬臂布置。

也可把一个齿轮的轮齿做成鼓形。

30.直齿圆柱齿轮进行弯曲，疲劳强度计算时，其危险截面是如何决定的？答：齿根弯曲应力的危险截面，可用30°切线法确定，作与轮齿对称线成30°,,,,,表示的就角，并与齿根过渡曲线相切的两条直线，切点分别为A、B，连线AB是齿根处的危险截面。

31.齿形系数Y Fa与模数有关吗？有哪些因素影响Y Fa的大小？答：齿形系数YFa表示载荷作用于齿顶时，由于轮齿形状的不同对其弯曲强度影响的系数。

标准齿轮传动与齿数z有关。

因为它只与齿廓的状况有关，而与齿的大小无关，所以与模数m无关。