兰州交通大学机械设计考研问答题真题和答案及及解析Word格式文档下载.docx

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分析其工况、主要失效形式及其强度计算准则，写出强度计算公式

1提高螺栓强度措施:

A改善螺纹牙间载荷分布不均的情况B降低螺栓应力幅J

C减小应力集中的影响D采用合理的工艺方法

2普通螺栓联接中，螺杆和被联接件的孔件有间隙，主要靠拧紧后的正压力所产生的摩擦力来传递载荷，预紧力必须足够大才可以保证联接可靠。

铰制孔用螺栓螺杆被联接件的孔件无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷进行工作，所受预紧力很小。

A普通螺栓的失效形式一般是拉断，设计准则是为保证螺栓的疲劳强度和静强度强度条件为：

B铰制孔用螺栓一般的失效形式是压溃、剪断，设计准则是为保证螺栓的挤压强度和剪切强度剪切强度条件为：

二者的结构图如下

挤压强度条件为:

4什么是螺纹的大径、中径和小径？

各有什么用处？

列出螺纹升角指什么？

列出其的计算公式。

螺纹大径：

与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径，亦称公称直径。

作用是决定连接配合的基本尺寸。

螺纹中径：

螺纹的牙厚与牙间向等处的圆柱直径，作用是确定螺纹机和参数和配合性质。

螺纹小径：

与外螺纹牙底或内螺纹压顶相重合的假想圆柱面的直径。

作用是在强度计算中作为

螺杆危险截面的计算直径。

螺纹升角：

螺旋线的切线与垂直螺纹轴线的平面的夹角。

在螺纹的不同直径处，螺纹升角各不相同。

通常按照螺纹中径处计算。

计算公式：

5为什么采用圈数较多的加厚螺母不能提高联接的强度？

工作中螺栓牙要抗拉变长，螺母牙受压缩短，伸与缩的螺距变化差以紧靠螺母支承面处第一圈为最大，应变最大，应力最大，其余各圈依次递减，所以采用圈数过多的加厚螺母不能提高螺栓联接的强度。

6分析活塞式空气压缩机气缸盖联接螺栓工作时的受力变化情况，它的最大应力、最小应力如何得出？

当气缸内的最高压力提高时，它的最大应力、最小应力将如何变化？

螺栓的预紧力是确定的，而联接件和被连接件的刚度是一定的，则工作载荷最大时应力最大，

工作载荷最小时应力最小。

最大总拉力为F2max二F。

CbFmax，则最大应力-max

Cb十Cm兀d；

C4x13F

最小总应力为F2min二F。

一b——Fmin，最小应力为二min二’2^"

；

当气缸内的最大压力提高时，

CbCm二a

最大应力也将提高。

最小应力不变。

2键联接

1键的作用？

键联接分类有哪些？

无键联接的类型有哪些？

1键是一种标准零件，通常用于实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。

导向键、花键、滑键用作在轴上的导向装置。

键的类型根据要求和工作条件来确定。

2键联接的主要类型有：

平键联接、半圆键联接、楔键联接、切向键联接。

3无键联接有：

型面联接和胀紧联接。

2花键的类型有哪些？

花键联接的特点和失效形式分别是什么?

答：

花键按齿形不同可以分为：

矩形花键和渐开线花键。

花键联接的特点：

①齿数多、承载能力高；

各个键齿受力较为均匀②齿槽线、齿根应力集中小，对轴的强度削弱较小③轴上零件的对中性好，导向性好④加工制造成本高。

花键联接的失效形式：

①静联接：

工作面被压溃②动联接：

工作面过度磨损。

3为什么采用两个平键时，一般布置在沿周向相隔180°

的位置；

采用两个楔键时相隔~~90°

-120°

;

采用两个半圆键时，却布置在轴上的同一条母线上；

采用切向键时布置在周向相距

120°

-130°

。

1两个平键时相隔180°

布置，工作面上产生的挤压力的方向正好相反，不会产生附加应力，并且全部转化为扭转力矩，减少了键和轴受损的可能性，保证受力的对称。

2对于楔键传递工作载荷时，可以将键和轴视为一体，将轴下方分布的压力用集中力N代替,

由于轴和轮毂有相对运动的趋势，压力的合力将不再通过圆心。

不能将两个楔键相隔180°

布置，这样布置能传递的转矩和一个键相同。

一般我们选择布置相距90°

-120。

效果最好，

两个键相距更近，虽然对传递转矩有利，但是因为键槽相距太近，使轴的强度降低较多。

3半圆键是依靠侧面传力的，如在一个剖面内布置相差180°

这样对轴的强度削弱很大。

半圆键长度较短，一般选择布置在轴的同一条母线上。

4切向键的上下面是工作平面，键在联接中必须有一个工作面处于包含轴心线的平面之内，这样则当联接工作时，工作面上的挤压力沿轴的切向作用，而靠挤压力传递转矩。

所以布置在周向相距120°

4平键有哪些？

普通平键失效形式有哪些？

强度校核判断强度不足时应该采取何种措施?

平键分为：

普通平键、薄形平键、导向平键和滑键。

普通平键的失效形式有：

压溃、磨损、剪断。

强度不足时，可以考虑选取更长的键，A型改为B、C型，用双键或者花键。

5矩形花键联接的定心方式有哪些？

渐开线花键的定心方式有哪些？

适用于什么场合？

矩形花键的定心方式为小径定心，即外花键和内花键的小径为配合面。

定心精度高，稳定性好，能用磨削的方法消除热处理引起的变形。

渐开线花键采用的定心方式为齿形定心。

当齿受载时，齿上的径向力能起到自动定心作用，

有利于各齿均匀承载。

6销根据具体作用不同分类有几种？

销主要用来固定零件之间的相对位置称为定位销，它是组合加工和装配时的重要辅助零件;

可以用于联接，称为联接销，可传递不大的载荷；

还可以作为安全装置中过载剪断元件，称为安全销。

销有多种类型：

如圆柱销、圆柱销、槽销、销轴和开口销。

7在材料和性质相同的条件下，动联接的许用压力比静联接的许用压力小，说明原因。

由于动联接和静联接的失效形式不同，因而计算准则也不相同。

对于动联接和静联接，强度校核公式的主要不同在于许用值不同。

当静联接与动联接的材料相同时，忙p2_3Ip〕在

选取许用值时应该注意，J〔p1应为联接中最弱材料的许用值。

「

8平键联接设计的过程有哪些

在设计平键联接时，首先轴和轮毂的材料和尺寸已经确定，联接中所传递的转矩也知道，因此根据联接结构和使用条件，先确定键的类型，由轴的直径尺寸按标准选取平键的剖面尺寸并以轮毂尺寸确定键的长度，最后利用强度条件作校核计算。

3带传动

1分析带传动中小带轮的最小直径dd1min、最大传动比i、带的根数Z、中心距a、小带轮包角〉1、带速V和带的功率P对传动的影响？

⑴小带轮直径dd1min愈小，则带的弯曲应力愈大，而弯曲应力是引起疲劳损坏的重要因素，所以小带轮的直径不能太小，要加以限制。

⑵带的传动比i是大带轮和小带轮的基准直径之比，限制最大传动比实质上是为了限制两轮直径之差。

防止小带轮的包角过小，带的承载能力下降，可能发生打滑。

⑶一般情况下带的根数Z选择1-10之间，根数太多会造成带的受力不均。

最佳选择是2-4根。

⑷中心距过a过大，当载荷变化时会引起带的颤动；

而a过小，则单位时间内带的应力变化次数增多，加速了带的疲劳破坏。

⑸由于：

1^-2，所以打滑先发生在小带轮上，即小带轮的包角的大小反映带的承载能力。

可以采用提高小带轮包角：

1来提高带的承载能力。

具体措施有：

1传动比i一定时增大中心距a可以使包角=增大

2中心距a—定时，减小传动比可以增大小带轮的包角。

一般传动比i=3-5（V带）imax<

10

3加张紧轮。

⑹当传动功率一定时，带速V小，所需的有效拉力Fec就越大，那么所需要带的根数增多；

而当带的根数一定时，增大带速则可以提高带的工作能力，所以带传动常布置在高速级上。

如果带速太大，则带中的离心应力增大，使带与带轮之间的正压力减小，随之摩擦力减小，所能传递的载荷减低，因而传递同样的载荷时需要的初拉力F0增大，带的疲劳寿命下降。

⑺当带传动的功率P增大时，带两边拉力差也将增大，即带与带轮接触面间的摩擦力增大。

2弹性滑动与打滑的区别及联系

弹性滑动是局部带在带轮的局部接触弧面上发生的微量相对滑动；

打滑则是整个带在带轮的全部接触弧上发生的显著相对滑动。

从本质上看弹性滑动是由于带本身的弹性和带传动两边拉力差引起的，只要传递圆周力，两边就必然出现拉力差，故弹性滑动不可避免。

打滑则是当带传递的工作载荷超过了带与带轮之间摩擦力的极限值，带与带轮之间突然发生剧烈的相对滑动，故在工作中可以避免。

带传动突然过载时打滑可以起到过载保护的作用，避免其他零件的损坏。

必须尽快采取措施克服，以免带发生摩擦发热损坏。

弹性滑动的结果：

①带的传动比不稳定；

②降低了传动效率；

③引起了带的磨损和温升，减低了带的疲劳寿命。

打滑的结果：

①打滑造成带的严重磨损，致使传动失效；

②从动轮转速急剧下降，甚至停转，带的运动状态不稳定，带不能正常工作。

3带传动设计中应该圆整的参数有哪些？

分析影响带传动最大有效拉力的因素有哪些?

1带轮直径dd:

向较大方向的标准带轮直径圆整②带长Ld:

按计算值圆整到标准系列长度③带的根数z:

取大于计算值的整数。

影响带传动最大有效拉力的因素：

初拉力、包角、摩擦系数。

4带传动的设计准则？

失效形式？

带传动中的最大应力由几部分组成、分别是？

最大应力点在何处？

V带轮的典型结构有几种？

1设计准则：

保证不打滑的条件下带具有一定的疲劳强度和寿命。

2失效形式主要有：

打滑、疲劳破坏。

3带传动中的最大应力由三部分组成：

紧边拉应力、离心应力和弯曲应力。

4最大应力点在紧边刚进入小带轮处。

5V带轮的典型结构有四种：

实心式、腹板式、孔板式、椭圆轮辐式。

5平带和V带的张紧方案中张紧轮的位置有什么不同？

平带传动中，张紧轮装在松边外侧靠近小带轮处，主要用于增大平带传动包角；

V带传动，

张紧轮应装在松边内侧，使带只受单向弯曲，且靠近大带轮，防止小带轮包角减小。

如下图所示：

6带传动的速度和传动比是否恒定？

效率和功率分别受何种因素的影响？

列出最大有效拉力的计算公式。

由于有弹性滑动的存在，带传动的传动比不恒定，带传动的功率受到有效拉力Fe和带速V的

影响。

LCL:

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Fee=2F°

」尹再

7带传动（摩擦型）和链传动的本质区别是什么?

带传动（摩擦型）是通过带与带轮之间的摩擦力传递动力和运动的，其传递的载荷的大小取决于带与带轮之间的摩擦力的大小；

而链传动时通过链轮轮齿与链节的啮合传递动力和运动的：

其传递载荷量取决与链轮轮齿和链的强度•

8V带传动与平带传动相比较，各有何有缺点？

各适用于什么场合?

V带工作时带的两侧面为工作面，与带轮的环槽侧面接触。

与平带传动的平面摩擦相比，由于槽面摩擦原理，在同样的张紧力条件下,V带传动能产生更大的摩擦力，故其传动能力大于平带传动；

再加上V带传动允许的传动比较大，结构紧凑，以及V带多以标准化并大量生产的优点因此在传动比要求较大，结构要求紧凑的场合应用V带传动；

平带传动结构简单,带轮也容易制造,在传动中心矩要求较大的场合应用较多.

9带传动一周的过程中，带所受应力发生了几次变化，具体指什么？

为什么将松边布置在上方？

带传动和齿轮传动在一起做减速运动时，哪种传动在高速级，为什么？

1带传动一周的过程中，带所受应力发生了4次变化。

分别是：

绕过小带轮；

由小带轮到大带轮的中间过程；

绕过大带轮；

由大带轮到小带轮的中间过程。

2将松边布置在上方的作用是为了增大包角，使带传动平稳、安全。

3带传动和齿轮传动在一起做减速运动时，带传动一般布置在高速级，起到降高速转化为低速的作用同时还有减振作用。

4链传动

1分析链传动中传动比i、链轮齿数乙、链传动的中心距a、链节距p对传动的影响。

1传动比过大，则链在小链轮上的包角过小，啮合齿数太少，单个齿受力增加，从而加速了轮齿的磨损。

一般i<

6。

链传动的瞬时传动比在传动过程中是不断变化的。

2链轮齿数不宜取得过多或者过少，过少时会使运动的不均匀性和动载荷增大，磨损增大。

过多时，链节数也随之增大，大链轮上首先脱链。

链轮齿数和链节数互为质数，链节数常为偶数。

3中心距过小则承载能力减小，而且单位时间内同一链节的应力变化次数增多，加速了链条元件的疲劳和磨损；

中心距过大会造成链条松边颤动。

4在满足承载能力的条件下，尽量选用小节距的单排链；

高速重载时，选用小节距的多排链;

低速重载时，大节距单排链。

2链传动的失效形式有哪些？

链的疲劳破坏、链条铰链的磨损、链条铰链的胶合、链条的静力拉断。

3—套筒滚子链，销轴与套筒磨损后，使节距也发生了变化而产生掉链和爬链现象，分析这—现象并说明如何纠正？

磨损后相当于节距变长，链条长度变长，链条松弛下垂而使包角减小，链条与链轮之间的配合联接变松容易产生掉链，另外，磨损后啮合圆增大，产生爬链现象，故可以考虑采用增加中心距或者加张紧装置来纠正这一现象。

4为了避免采用过度链节，链节数常取奇数还是偶数？

相应链轮齿数取奇数还是偶数?

链节数常取偶数，相应链轮齿数取奇数，且互为质数，此时在传动过程中每个链节与每个链轮齿都有机会啮合，这样可以使磨损均匀。

反之由于传动具有周期性，只有少数几个齿和链节常啮合，造成受力不均，经常磨损的地方提前失效，从而降低了链传动的使用寿命。

5带传动、链传动、齿轮传动如何布置时最为合理？

带传动可以缓和冲击，咼速时效率咼，一般布置在咼速级。

而链传动承载能力大，但由于其具有“多变形效应”，速度越高，冲击越大，附加动载荷越大，所以链传动一般布置在低速级。

布置方式为：

带传动一一齿轮传动一一链传动。

6在链传动中，大轮发生跳链的原因是什么？

小轮发生跳链的原因是什么?

链传动中，大轮发生跳链是因为大链轮的变形和链节的变形导致其不能正常啮合；

小链轮发

生跳链的主要原因是小链轮的过度磨损导致其不能正常啮合•

5齿轮传动

1齿轮传动的失效形式有哪些？

硬齿轮和软齿轮划分的依据是什么？

闭式齿轮传动和开式齿轮传动的设计准则有何不同？

1齿轮失效的形式是：

轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、胶合、塑性变形。

2硬齿轮和软齿轮的划分以齿面硬度来划分。

硬度＜350HBS的齿轮是软齿面齿轮，一般用于闭式传动中，常发生齿面点蚀失效，应按照齿面接触疲劳强度设计即匚h岂'

＜H1,按齿根弯曲疲劳强度校核。

硬度＞350HBS的齿轮是硬齿轮，开式传动失效形式为轮齿折断和齿面磨损，应按照齿根弯曲疲劳强度设计，按齿面接触疲劳强度校核。

2硬齿轮和软齿轮的热处理方法和加工方法有何不同？

硬齿轮和软齿轮的材料分别有哪些?

写出具体牌号。

硬齿轮和软齿轮分别用于什么场合？

1硬齿轮的热处理：

渗碳、氮化和表面淬火；

切齿一表面硬化一磨齿精切齿形一5、6级。

软齿轮的热处理：

正火调质；

热处理后精切齿形。

2硬齿轮材料有：

20Cr20CrMnTi40Cr30CrMoAIA，适用于高速、重载及精密机械；

软齿面齿轮材料：

45适用于精度和强度不高的场合。

3对于钢制软齿面齿轮要求大小齿轮要有一定硬度差，小齿轮要比大齿轮硬，说明原因。

小齿轮齿根强度较弱，小齿轮的应力循环次数较多，当大小齿轮有较大硬度差时，较硬的小齿轮会对较软的大齿轮齿面产生冷作硬化作用，可以提高大齿轮的接触疲劳强度。

这样还有利于通过跑合情况来改善轮齿的接触情况，有利于提高齿轮的抗胶合能力。

4为什么轮齿的弯曲疲劳裂纹首先发生在齿根受拉伸的一侧？

1在齿根弯曲疲劳计算时，将轮齿看成悬臂梁，受载后齿根处力臂最长，所以弯矩最大，产生的弯曲应力最大。

②齿根过渡圆角处尺寸发生急剧变化，又沿齿宽方向留下加工刀痕从而产生了应力集中。

③在反复应力作用下，由于齿轮材料对拉应力敏感，故裂纹首先发生在受拉伸一侧。

5说明闭式齿轮传动和开式齿轮传动齿数乙选择的合理范围，齿数的选择对传动的影响有哪些？

齿宽系数的选择对传动的影响？

1A闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好，小齿轮的齿数可以取乙=20—40。

B开式和半开式齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使轮齿不致过小，故小齿轮不宜选过多的齿数，一般可取乙=17—20。

为了避免根切，对于标准直圆柱齿轮，应取乙＞17。

2轮齿越宽，承载能力越大，因而轮齿不宜过窄，但增大齿宽又会使齿面上的载荷分布更趋不均匀，故齿宽系数应选择合适。

6为什么斜齿轮传动齿面的接触疲劳强度应同时取决于大、小齿轮？

因为在同一齿面上，齿顶面的接触疲劳强度较高，所以即使承担的载荷有所增大，只要还未超过其承载能力时，大齿轮齿顶面仍然不会出现点蚀；

同时，因小齿轮齿面的接触疲劳强度较高，与大齿轮齿顶面相啮合的小齿轮的齿根面，也未因载荷增大而出现点蚀。

因此，斜齿轮传动齿面的接触疲劳强度应同时取决于大、小齿轮。

7简述齿廓啮合的基本定律，下图为一对渐开线直齿圆柱齿轮的传动，在图中作出理论啮合线、节圆、啮合角。

欲使齿轮保持确定的角速比，不论齿廓在任何位置接触，过接触点所作的齿廓公法线都必须与两轮的连心线交于一点，这就是齿廓啮合的基本定律。

8齿轮的精度等级与齿轮的选材及热处理方法有什么联系？

精度高的齿轮，要求材料性能优良。

轮齿具有高强度及齿面具有高硬度，还应该进行磨齿等精加工。

需要加工的齿轮多是先切齿，再作表面硬化处理，最后进行精加工，精度可以达到4级或者5级。

所用热处理方法有表面淬火、渗碳、氮化、氰化。

9要提高齿轮的抗弯疲劳强度和齿面接触疲劳强度有哪些措施？

1提高抗弯疲劳强度可能的措施有:

A增加齿根过渡圆角的半径，消除该处的加工刀痕，可以降低应力集中B增大轴与支持的刚度，可以减小齿面上局部受载的程度C使齿芯材料有做够的韧性D在齿根处施加适当的强化措施，如喷丸等，提高齿轮的抗折断能力。

2提高接触疲劳强度可能的措施有：

A选择高性能材料B提高齿面硬度C增大中心距和齿宽D采用内啮合E采用斜齿轮或正传动。

10齿轮传动有关设计中的那些参数需要圆整？

那些不需要？

为什么?

选择参数时必须从提高传动性能，减小外轮廓尺寸和降低制造成本等方面来考虑，同时必须分清啮合参数和结构参数。

结构参数：

一般需要进行圆整，以便加工和测量等，这是设计惯例，比如齿宽。

啮合参数：

通常不允许圆整，以保证啮合性能。

中心距为特例，其既属啮合参数，也是主要的结构参数。

所谓中心距的圆整，通常指在设计过程中，针对强度计算或者初步几何计算所得到的初步中心距来进行的。

作为啮合参数，齿轮传动的中心距与齿数、模数、螺旋角、变位系数之间，最终都必须满足几何条件，否则齿轮无法正常工作，甚至无法安装。

11在二级圆柱齿轮减速器中，若一级为斜齿，另一级为直齿，试问斜齿圆柱齿轮是应该放在调整级还是低速级？

为什么？

若为直齿锥齿轮和圆柱齿轮组成的二级传动，锥齿轮应该放在调整级还是低速级？

1在二级圆柱齿轮减速器中，斜齿圆柱齿轮应该放在高速级，主要是因为高速级的转速高用斜齿圆柱齿轮传动工作平稳时，在精度等级相同的条件下，允许传动的圆周速度较高。

2直齿锥齿轮和圆柱齿轮组成的二级传动中，锥齿轮一般应布置在高速级，主要因为当传递

功率一定时，低速级的转矩大，则齿轮的尺寸和模数也大，而锥齿轮的锥距R和模数m大时,

加工困难或者加工成本将大为提高。

12对于作双向传动的齿轮来说，它的齿面接触应力和齿根弯曲应力各属于什么循环特性？

强度计算时应该怎样考虑？

对于作双向传动的齿轮来说，齿轮的齿面接触应力为脉动循环应力，齿根弯曲应力为对称循环应力。

而试验齿轮的弯曲疲劳极限为脉动循环应力时的疲劳极限。

应由图表中查出弯曲疲劳极限匚FE值乘以0.7。

双向运转时，所乘的系数大于0.7

13一对齿轮传动，如何判断大、小齿轮哪个齿面不易产生疲劳点蚀？

哪个轮齿不易产生弯曲

疲劳折断？

1由于大齿轮与小齿轮材料、热处理硬度及各自的循环次数N不相等，通常L「h1>

L「h12而

匚H1=；

「H2，故小齿轮齿面接触疲劳强度较高，不易发生疲劳点蚀。

2比较大、小齿轮的上"

和—2，若—2，贝憔明小齿轮的弯曲疲劳强

YF,Sai"

"

2YF,SaiJa\*

度低于大齿轮，易产生疲劳折断；

反之亦然。

6蜗轮蜗杆传动

i蜗轮蜗杆材料应满足何种要求？

采用什么材料制造？

写出具体材料的牌号，并确定其传动适用于何种场合。

常用蜗轮的形式有哪些？

普通圆柱蜗杆分为哪些？

根据蜗杆形状不同，蜗杆传动分为哪些？

材料的要求：

①足够的强度②良好的减摩性，耐摩性③良好的抗胶合性能蜗杆材料：

140、45进行调质处理，硬度为HBS220-30Q适用于不太重要的场合；

240、45、45Cr,进行表面淬火，硬度为HRC45-55适用于一般传动；

315Cr、20Cr、12CrNiA进行渗碳淬火，硬度可达到HRC58-63用于高速场合。

蜗轮材料：

1铸造锡青铜ZCuSn10PZCuSn5Pb5Zn5适用于滑动速度〉3m/s重要传动，减摩性能好，抗胶合性能好，价格高；

2铸造铝铁青铜ZCuAI10Fe3适用于滑动速度v4m/s的传动，减摩性能，抗胶合性能稍差，价廉：

3灰铸铁，适用于滑动速度v2m/s的传动。

4常用蜗轮的形式有：

齿圈式、螺栓联接式、整体浇铸式、拼铸式。

5普通圆柱蜗杆分为：

阿基米德蜗杆ZA渐开线蜗杆ZI法向直廓蜗杆ZN锥面包络蜗杆ZK

6蜗杆传动分为：

圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥面蜗杆传动

2对于连续工作的闭式蜗杆传动，为什么效率很低~,为什么要进行热平衡计算？

发现油温过高时采取何种措施？

蜗杆传动润滑的目的？

蜗杆传动的总效率可分为几部分？

写出效率计算公式。

1由于相对滑动速度较大，所以蜗杆传动效率较低，摩擦发热较大，温升较高，过大的温度

使润滑油稀释，粘度下降，