机械设计复习要点及重点习题

摩擦、磨损及润滑概述

1、如何用膜厚比衡量两滑动表面间的摩擦状态？

【答】膜厚比（）用来大致估计两滑动表面所处的摩擦（润滑）状态。

h min

式中，h min 为两滑动粗糙表面间的最小公称油膜厚度,

膜厚比 1时，为边界摩擦（润滑）状态；当 1〜3时，为混合摩擦（润滑）状态；当

3时

为流体摩擦（润滑）状态。

2、 机件磨损的过程大致可分为几个阶段？每个阶段的特征如何？

【答】试验结果表明，机械零件的一般磨损过程大致分为三个阶段，即磨合阶段、稳定磨损阶段及剧 烈磨损阶段。 1） 磨合阶段：新的摩擦副表面较粗糙，在一定载荷的作用下，摩擦表面逐渐被磨平，实际接触面 积逐渐增大，磨

损速度开始很快，然后减慢；

2） 稳定磨损阶段：经过磨合，摩擦表面加工硬化，微观几何形状改变，从而建立了弹性接触的条 件，磨损速度缓

慢，处于稳定状态；

3）

剧烈磨损阶段：经过较长时间的稳定磨损后，因零件表面遭到破化，湿摩擦条件发生加大的变

化（如温度的急剧升高，金属组织的变化等），磨损速度急剧增加，这时机械效率下降，精度降 低，岀现异常的噪声及振动，最后导致零件失效。

3、 何谓油性与极压性？

【答】油性（润滑性）是指润滑油中极性分子湿润或吸附于摩擦表面形成边界油膜的性能，是影响边 界油膜性能好坏的重要指标。油性越好，吸附能力越强。对于那些低速、重载或润滑不充分的场合，润滑 性具有特别重要的意义。

极压性是润滑油中加入含硫、氯、磷的有机极性化合物后，油中极性分子在金属表面生成抗磨、耐高 压的化学反应边界膜的性能。它在重载、高速、高温条件下，可改善边界润滑性能。 4、 润滑油和润滑脂的主要质量指标有哪几项？

【答】润滑油的主要质量指标有：粘度、润滑性（油性） 、极压性、闪点、凝点和氧化稳定性。

润滑脂的主要质量指标有：锥（针）入度（或稠度）和滴点。 5、 什么是粘度？粘度的常用单位有哪些？

【答】粘度是指润滑油抵抗剪切变形的能力，标志着油液内部产生相对运动运动时内摩擦阻力的大小， 可定性地定义为它的流动阻力。粘度越大，内摩擦阻力越大，流动性越差。粘度是润滑油最重要的性能指 标，也是选用润滑油的主要依据。

粘度的常用单位有Pa s （国际单位制），dyn s cm 2 （P 泊，cP 厘泊），St （斯），cSt （厘斯），E t （恩氏 度），

SUS （赛氏通用秒），R （雷氏秒）等。

6、流体动力润滑和流体静力润滑的油膜形成原理在本质上有何不同？

(R q12

R q22

1/2

R q1、R q2分别为两表面轮廓的均方根偏差。

【答】流体动力润滑是借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷，具有一定粘性的流体流入楔形收敛间隙产生压力效应而形成。

流体静力润滑是靠液压泵（或其它压力流体源），将加压后的流体送入两摩擦表面之间，利用流体静

压力来平衡外载荷。

四螺纹连接和螺旋传动

1、简要分析普通螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，并说明哪些螺纹适合用于连接，哪些

螺纹适合用于传动？哪些螺纹已经标准化？

【答】普通螺纹：牙型为等边三角形，牙型角60度，内外螺纹旋合后留有径向间隙，外螺纹牙根允许

有较大的圆角，以减小应力集中。同一公称直径按螺距大小，分为粗牙和细牙，细牙螺纹升角小，自锁性好，抗剪切强度高，但因牙细不耐磨，容易滑扣。应用：一般连接多用粗牙螺纹。细牙螺纹常用于细小零件，薄壁管件或受冲击振动和变载荷的连接中，也可作为微调机构的调整螺纹用。

矩形螺纹：牙型为正方形，牙型角0，传动效率较其它螺纹高，但牙根强度弱，螺旋副磨损后，

间隙难以修复和补偿，传动精度降低。

梯形螺纹：牙型为等腰梯形，牙型角为30度，内外螺纹以锥面贴紧不易松动，工艺较好，牙根强度高，对中性好。主要用于传动螺纹。

锯齿型螺纹：牙型为不等腰梯形，工作面的牙侧角3度，非工作面牙侧角30度。外螺纹牙根有较大

的圆角，以减小应力集中，内外螺纹旋合后，大径无间隙便于对中，兼有矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙型螺纹牙根强度高的特点。用于单向受力的传动螺纹。

普通螺纹适合用于连接，矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹适合用于传动。

普通螺纹、、梯形螺纹和锯齿形螺纹已经标准化。

2、将承受轴向变载荷连接螺栓的光杆部分做的细些有什么好处？

【答】可以减小螺栓的刚度，从而提高螺栓连接的强度。

3、螺纹连接为何要防松？常见的防松方法有哪些？

【答】连接用螺纹紧固件一般都能满足自锁条件，并且拧紧后，螺母、螺栓头部等承压面处的摩擦也都有防松作用，因此在承受静载荷和工作温度变化不大时，螺纹连接一般都不会自动松脱。但在冲击、振动、变载荷及温度变化较大的情况下，连接有可能松动，甚至松开，造成连接失效，引起机器损坏，甚至导致严重的人身事故等。所以在设计螺纹连接时，必须考虑防松问题。

螺纹连接防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。具体的防松装置或方法很多，按工作原理可分为摩擦防松、机械防松和其它方法，如端面冲点法防松、粘合法防松，防松效果良好，但仅适用于很少拆开或不拆的连接。

4、简要说明螺纹连接的主要类型和特点。

【答】螺纹联接的主要类型有螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接和紧定螺钉联接四种。主要特点是:

1)螺栓联接：有普通螺栓联接和铰制孔螺栓联接两种。普通螺栓联接被联接件的通孔与螺栓杆之间

有间隙，所以孔的加工精度可以低些，不需在被联接件上切制螺纹，同时结构简单、装拆方便，所以应用最广。铰制孔螺栓联接螺栓杆与孔之间没有间隙，能确定被联接件的相对位置，并能承受横向载荷。

2)螺钉联接：螺钉直接旋入被联接件的螺纹孔中。适用于被联接件之一较厚，或另一端不能装螺母

的场合。由于不用螺母，所以易于实现外观平整、结构紧凑；但要在被联接件上切制螺纹，因而其结构比螺栓联接复杂一些。不适用于经常拆装的场合。如经常拆装，会使螺纹孔磨损，导致被联接件过早失效。

3)双头螺柱联接：使用两端均有螺纹的螺柱，一端旋入并紧定在较厚被联接件的螺纹孔中，另一端穿过较薄被联接件的通孔，加上垫片，旋上螺母并拧紧，即成为双头螺柱联接。这种联接在结构上较前两种复杂，但兼有前两者的特点，即便于拆装，又可用于有较厚被联接件或要求结构紧凑的场合。

4)紧定螺钉联接：将紧定螺钉拧入一零件的螺纹孔中，其末端顶住另一零件的表面，或顶入相应的

凹坑中，以固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或扭矩，多用于固定轴上零件的相对位置。

5、简要说明平垫圈、斜垫圈和球面垫圈的用途？

【答】垫圈的主要作用是增加被联接件的支承面积或避免拧紧螺母时擦伤被联接件的表面。常用的是平垫圈。当被联接件表面有斜度时，应使用斜垫圈，特殊情况下可使用球面垫圈。

6、在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，为何应制成凸台或沉头座？

【答】1)降低表面粗造度，保证连接的紧密性；2)避免螺栓承受偏心载荷；3)减少加工面，降低加

工成本。

7、如图所示的底板螺栓组连接受外力的F作用，外力F作用在包含x轴并垂直于底板结合面的平面内试分析底板螺栓组的受力情况，判断哪个螺栓受力最大？保证连接安全工作的必要条件有哪些？

【解】

将F等效转化到底板面上，可知底板受到轴向力

F y，横向力F X和倾覆力矩M。

(1)底板最左侧螺栓受力最大，为防止螺栓拉断，应

(2)

(3)