机械设计复习重点(吕宏--王慧主编).doc
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一绪论
1、机器的基本组成要素是什么?
【答】机械系统总是由一些机构组成,每个机构又是由许多零件组成。
所以,机器的基本组成要素就是机械零件。
2、什么是通用零件?
什么是专用零件?
试各举三个实例。
【答】在各种机器中经常能用到的零件称为通用零件。
如螺钉、齿轮、弹簧、链轮等。
在特定类型的机器中才能用到的零件称为专用零件。
如汽轮机的叶片、内燃机的活塞、曲轴等。
3、在机械零件设计过程中,如何把握零件与机器的关系?
【答】在相互连接方面,机器与零件有着相互制约的关系;
在相对运动方面,机器中各个零件的运动需要满足整个机器运动规律的要求;
在机器的性能方面,机器的整体性能依赖于各个零件的性能,而每个零件的设计或选择又和机器整机的性能要求分不开。
第一章机械设计总论
1、机器由哪三个基本组成部分组成?
传动装置的作用是什么?
【答】机器的三个基本组成部分是:
原动机部分、执行部分和传动部分。
传动装置的作用:
介于机器的原动机和执行部分之间,改变原动机提供的运动和动力参数,以满足执行部分的要求。
2、什么叫机械零件的失效?
机械零件的主要失效形式有哪些?
【答】机械零件由于某种原因丧失工作能力或达不到设计要求的性能称为失效。
机械零件的主要失效形式有
1)整体断裂;
2)过大的残余变形(塑性变形);
3)零件的表面破坏,主要是腐蚀、磨损和接触疲劳;
4)破坏正常工作条件引起的失效:
有些零件只有在一定的工作条件下才能正常工作,如果破坏了这些必要的条件,则将发生不同类型的失效,如带传动的打滑,高速转子由于共振而引起断裂,滑动轴承由于过热而引起的胶合等。
3、什么是机械零件的设计准则?
机械零件的主要设计准则有哪些?
【答】机械零件的设计准则是指机械零件设计计算时应遵循的原则。
机械零件的主要设计准则有:
强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则
5、设计机械零件时应满足哪些基本要求?
【答】机械零件的基本设计要求有:
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;质量小要求;可靠性要求。
6、简述机械零件的一般设计步骤?
【答】机械零件的一般设计步骤是:
(1)选择零件的类型和结构;
(2)计算作用载荷;(3)选择材料;(4)确定基本尺寸;(5)结构设计;(6)校核计算;(7)绘图和编写技术文件。
7、机械零件的常规设计方法有哪些?
计算机辅助设计、可靠性设计、优化设计、并行设计属于常规设计方法吗?
【答】机械零件的常规设计方法有:
(1)理论设计:
根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计称为理论设计。
理论设计中常采用的处理方法有设计计算和校核计算两种。
前者是指由公式直接算出所需的零件尺寸,后者是指对初步选定的零件尺寸进行校核计算;
(2)经验设计:
根据从某类零件已有的设计与使用实践中归纳出的经验关系式,或根据设计者本人的工作经验用类比的办法所进行的设计;
(3)模型实验设计:
对于一些尺寸巨大而且结构又很复杂的重要零件件,尤其是一些重型整体机械零件,为了提高设计质量,可采用模型实验设计的方法。
计算机辅助设计、可靠性设计、优化设计、并行设计属于现代设计方法。
8、简述机械零件金属材料的一般选用原则?
【答】机械零件金属材料的在选用时主要考虑下列因素:
1、载荷、应力及其分布状况,零件的工作情况;2.零件的尺寸及质量;3.零件结构的复杂程度及材料的加工可能性;4.材料的经济性;5.材料的供应状况。
9、什么是机械零件的标准化?
实行标准化有何重要意义?
【答】零件的标准化就是对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、制图要求等制定出各种各样大家共同遵守的标准。
标准化的意义主要表现为:
1)能以最先进的方法在专门化工厂中对那些用途最广的零件进行大量、集中的制造,以提高质量、降低成本;
2)统一了材料和零件的性能指标,使其能够进行比较,提高了零件性能的可靠性;
3)采用了标准结构及零、部件,可以简化设计工作,缩短设计周期,提高设计质量,同时也简化了机器的维修工作。
第二章带传动
1、影响带传动工作能力的因素有哪些?
【答】由公式(8-7)
影响带传动工作能力的因素有:
(1)预紧力:
预紧力越大,工作能力越强,但应适度,以避免过大拉应力;
(2)包角:
包角越大越好,一般不小于120度;
(3)摩擦系数:
摩擦系数越大越好。
2、带传动的带速为什么不宜太高也不宜太低?
【答】由公式(8-10)可知,为避免过大的离心应力,带速不宜太高;
1)由公式(8-3)和(8-4)可知,紧边拉力
因此,为避免紧边过大的拉应力,带速不宜太低。
3、带传动中的弹性滑动和打滑是怎样产生的?
对带传动有何影响?
【答】带传动中的弹性滑动是由于带松边和紧边拉力不同,导致带的弹性变形并引起带与带轮之间发生相对微小滑动产生的,是带传动固有的物理现象。
带传动中由于工作载荷超过临界值并进一步增大时,带与带轮间将产生显著的相对滑动,这种现象称为打滑。
打滑将使带的磨损加剧,从动轮转速急剧降低,甚至使传动失效,这种情况应当避免。
4、带传动的主要失效形式和设计准则是什么?
【答】带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏。
带传动的设计准则是在保证带传动不打滑的条件下,具有一定的疲劳强度和寿命。
5、V带传动的,带与带轮的当量摩擦系数,包角,预紧力。
试问:
1)该传动所能传递的最大有效拉力为多少;
2)若,其传递的最大转矩为多少;
3)若传动效率为0.95,弹性滑动忽略不计,求从动轮的输出功率。
【解】
(1)
(2)传递的最大扭矩
.mm
(3)输出功率
6、V带传动传递的功率kW,带速,紧边拉力是松边拉力的两倍,即,试求紧边拉力、有效拉力和预紧力。
【解】由,得
由,又,得
由,得
7、有一带式输送装置,其异步电动机与齿轮减速器之间用普通V带传动,电动机功率,转速,减速器输入轴的转速,允许误差为,运输装置工作时有轻微冲击,两班制工作,试设计此带传动。
【解】1)确定计算功率由表8-7查得,计算功率为
kW
2)选取V带型号根据,由图8-11选用B型带。
3)确定带轮的基准直径,并验算带速
⑴确定小带轮基准直径由表8-6和表8-8,取小带轮的基准直径
⑵验算带速按式8-13
由于,故带速合适。
⑶确定大带轮基准直径
传动比,根据式8-15a,有
根据表8-8,圆整为。
⑷验算带速误差由式8-14,从动轮实际转速
带速误差,满足要求。
4)确定V带的中心距和基准长度
⑴确定小带轮基准直径根据式8-20
,初定中心距,
⑵计算带的基准长度按式8-22
由表8-2选带的基准长度
⑶计算实际中心距由式8-23
mm
由式8-24,中心距的变化范围为
5)验算小带轮上的包角
包角合适。
6)计算带的根数
⑴计算单根V带的额定计算功率
由和,查表8-4a得kW
查表8-4b得kW
查表8-5得,查表8-2得,根据式8-26
取4根。
7)计算单根V带的最小初拉力
由表8-3得B型带的单位长度质量kg/m
N
8)计算压轴力压轴力的最小值为
N
9)带轮结构设计(略)
第三章链传动
1、与带传动相比,链传动有哪些优缺点?
【答】与属于摩擦传动的带传动相比,链传动无弹性滑动和打滑现象,因而能保证准确的平均传动比,传动效率较高;又因链条不需要像带那样张得很,所以作用于轴上的径向压力较小;在同样的条件下,链传动结构较为紧凑。
同时链传动能在高温和低温的情况下工作。
2、何谓链传动的多边形效应?
如何减轻多边形效应的影响?
【答】链传动运动中由于链条围绕在链轮上形成了正多边形,造成了运动的不均匀性,称为链传动的多边形效应。
这是链传动固有的特性。
减轻链传动多边形效应的主要措施有:
1)减小链条节距;
2)增加链轮齿数;
3)降低链速。
3、简述滚子链传动的主要失效形式和原因。
【答】滚子链传动的主要失效形式和原因如下:
1)链的疲劳破坏:
链在工作时,周而复始地由松边到紧边不断运动着,因而它的各个元件都是在变应力作用下工作,经过一定循环次数后,链板将会出现疲劳断裂,或者套筒、滚子表面将会出现疲劳点蚀(多边形效应引起的冲击疲劳)。
2)链条铰链的磨损:
链条在工作过程中,由于铰链的销轴与套筒间承受较大的压力,传动时彼此又产生相对转动,导致铰链磨损,使链条总长伸长,从而使链的松边垂度变化,增大动载荷,发生振动,引起跳齿,加大噪声以及其它破坏,如销轴因磨损削弱而断裂等。
3)链条铰链的胶合:
当链轮转速高达一定数值时,链节啮入时受到的冲击能量增大,销轴和套筒间润滑油被破坏,使两者的工作表面在很高的温度和压力下直接接触,从而导致胶合。
因此,胶合在一定程度上限制了链的传动的极限转速。
4)链条静力拉断:
低速(m/s)的链条过载,并超过了链条静力强度的情况下,链条就会被拉断。
a
4、在如图所示链传动中,小链轮为主动轮,中心距。
问在图a、b所示布置中应按哪个方向转动才合理?
两轮轴线布置在同一铅垂面内(图c)有什么缺点?
应采取什么措施?
a) b) c)
题4图
【答】a)和b)按逆时针方向旋转合理。
c)两轮轴线布置在同一铅垂面内下垂量增大,下链轮的有效啮合齿数减少,降低了传动能力,应采取
(1)调整中心距
(2)加张紧轮(3)两轮偏置等措施。
5、选择并验算一输送装置用的传动链。
已知链传动传递的功率,主动链轮转速,传动比,工作情况系数,中心距(可以调节)。
【解】
(1)选择链轮齿数。
假定链速,由教材表9-8取主动链轮齿数,则从动链轮齿数。
(2)确定链节距p。
计算功率
由教材图9-13按小链轮转速估计链工作在额定功率曲线顶点的左侧。
查教材表9-10得
初选中心距则
取,根据教材表9-10得
选取单排链,由教材表9-11得,所需传递的功率为
根据和,由教材图9-13选链号为10A的单排链。
同时也证实原估计链工作在额定功率曲线顶点的左侧是正确的。
由教材表9-1查得链节距。
(3)确定链长L及中心距。
中心距减小量
实际中心距
取,接近,符合题目要求。
(4)验算链速。
与原假设相符。
根据教材图9-14采用油浴或飞溅润滑。
(5)压轴力计算。
有效圆周力
按水平传动,取压轴力系数,则压轴力
第四章齿轮传动
1、齿轮传动常见的失效形式有哪些?
简要说明闭式硬齿面、闭式软齿面和开式齿轮传动的设计准则。
【答】齿轮传动常见的失效形式有以下几种:
(1)轮齿折断;
(2)齿面点蚀;(3)齿面磨损;(4)齿面胶合;(5)塑性变形。
闭式硬齿面的设计以保证齿根弯曲疲劳强度为主;闭式软齿面的设计通常以保证齿面接触疲劳强度为主;开式齿轮传动的设计目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。
2、简要分析说明齿轮轮齿修缘和做成鼓形齿的目的。
【答】齿轮轮齿修缘是为了减小齿轮传动过程中由于各种原因引起的动载荷。
做成鼓形是为了改善载荷沿接触线分布不均的程度。
3、软齿面齿轮传动设计时,为何小齿轮的齿面硬度应比大齿轮的齿面硬度大30~50HBS?
【答】金属制的软齿面齿轮配对的两轮齿中,小齿轮齿根强度较弱,且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的作用,可提高大齿轮的接触疲劳强度。
所以要求小齿轮齿面硬度比大齿轮大30~50HBS。
4、试分析图示斜齿圆柱齿轮所受的力(用受力图表示出各力的作用位置和方向)。
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