机械设计基础第四版

机械设计基础（第四版）练习题题库及答案1-1-4 举例说明什么是通用零件，什么是专用零件。答：在各种机器中普遍使用的零件，称为通用零件，如螺栓、螺母、销、轴、齿轮、弹簧等；只在某些机器中使用的零件，称为专用零件，如内燃机的曲轴、连杆、活塞，飞机中的螺旋桨，洗衣机中的波轮，起重机中的吊钩等。1-1-5 零件与部件、零件与构件有何区别和联系？答：零件与部件的区别：零件是机械中最小的制造单元，是不可拆的，部件是由几个零件组成的装配单元，是可拆的。零件与部件的联系：部件是由若干零件装配在一起的具有独立功能部分。零件与构件的区别：零件是最小的制造单元，构件是运动单元。零件与构件的联系：构件一般由若干个零件刚性连接而成，也可能是单一的零件。1-2-1 什么是运动副？ 运动副有哪些类型？ 它们各有何特点？答：直接接触的两个构件间的可动连接称为运动副。平面运动副有两种类型：低副和高副。特点：低副是面接触，在承受载荷时压强较低，便于润滑，故不易磨损。高副是以点或线相接触，其接触部分的压强较高，故易磨损。1-2-2 如图1-1所示的机械压力机中传动轴、曲轴与轴承、小齿轮和大齿轮、连杆与曲轴构成何种运动副？答：传动轴、曲轴与轴承分别构成转动副；小齿轮和大齿轮构成高副；连杆与曲轴构成转动副。1-2-3 如图1-14所示的单缸内燃机中有哪些运动副？答：曲轴与缸体（机架）间构成转动副，曲轴与连杆间构成转动副，连杆与活塞间构成转动副，活塞与缸体间构成移动副。1-2-4 构件和运动副的结构有何特点？答：转动副的结构应保证两构件间自由旋转，两构件间以圆柱面接触，有滑动轴承式转动副和滚动轴承式转动副。移动副的结构有平面、棱柱面和圆柱面等接触面。构件的结构有具有转动副的构件，具有移动副和转动副的构件，具有两个移动副的构件。1-2-5 什么是机构运动简图？ 什么是机构示意图？答：不考虑与运动无关的因素，用线条表示构件，用简单符号表示运动副的类型，按一定比例确定运动副的相对位置及与运动有关的尺寸，这种简明表示机构各构件间运动关系的图形称为机构运动简图。对于只为了表示机构的结构及运动情况，而不严格按照比例绘制的简图，通常称为机构示意图。1-2-6 如何区别机架、主动件和从动件？答：机构中固定不动的构件称为机架，图中一般用斜线表示；由外界给定的已知运动规律运动的构件称为主动件，图中用箭头表示；除主动件之外的全部活动构件则称为从动件。1-2-7 图1-20所示为草坪洒水器机构，试绘制机构示意图。图1-20 题1-2-7图1-2-8图1-21所示为手动冲床机构，试绘制机构示意图，并计算机构的自由度。图1-21 题1-2-8图机构的自由度35-27-0=1。1-2-9图1-22所示为牛头刨床主机构的机构运动简图，0.02 。试分析主动件是怎样将运动和动力传递给执行构件（刨头）的，各构件的运动形式怎样？ 求出、的实际长度，并计算机构的自由度。图1-22 题1-2-9图解：主动件作旋转运动带动滑块4作往复移动，滑块4带动杆件3作平面运动，构件3带动构件作往复移动。从图中量得、，根据比例尺计算后实际长度为、机构的自由度35-27-0=11-2-10 图1-23所示为颚式破碎机。偏心轴为主动件，当它绕轴心转动时，颚板绕固定轴心G 往复摆动，将矿石轧碎。试绘制此机器的机构示意图，并计算机构的自由度。图1-23 题1-2-10图解：机构的自由度35-27-0=11-2-11 机械的动力部分和执行部分各有哪些主要的运动形态？答：机械的动力部分主要的运动形态有：连续转动、往复移动或摆动、间歇运动。执行部分主要的运动形态有：往复移动或摆动、间歇运动、单向移动或摆动、实现运动轨迹。1-2-12 试说出由动力机直接驱动执行部分工作的机械实例。答：由动力机直接驱动执行部分工作的机械如：电风扇、小型鼓风机、水泵、排油烟机等等。1-3-3 在图1-25所示的摆动导杆机构中，设已知lAB=60mm，lAC=120mm，曲柄AB以等角速度1=30rad/s顺时针转动，试求当BAC=90时，构件3的角速度3和角加速度3。图1-25 题1-3-3图解：（1）求速度、角速度使用绘图软件按比例绘制机构运动简图，得机构运动简图BC AB BC使用绘图软件按比例作速度图，得速度图（2）求加速度、角加速度BC BC BA AB BC BC使用绘图软件按比例作加速度图，得加速度图1-3-4解：（1）求速度、角速度 BA使用绘图软件按比例作速度图 速度图因/，所以有=0，= （2）求加速度、角加速度BB A BA（使用绘图软件按比例作加速度图，得加速度图按照速度影像，有1-20解：（1）求速度AC AB CB使用绘图软件按比例作速度图速度图（2）求加速度和角加速度沿AC线 BA BA CB CB使用绘图软件按比例作加速度图，得加速度图按照速度影像，有（3）求惯性力（4）求约束反力取BC杆和滑块组为研究对象，画受力图。根据达朗伯原理，作用在组上的主动力、约束力和惯性力构成平衡力系。BC杆和滑块组受力图使用绘图软件绘制机构运动简图，求得b=23.293mm，。根据力系的平衡条件，有作力封闭多边形，得 BC杆和滑块组的力封闭多边形取曲柄AB为研究对象，画受力图。曲柄受力图使用绘图软件作图得，a=34.87mm根据平面力偶系的平衡条件，有负号说明的实际方向与图中所示方向相反。1-21解：（1）求速度、角速度使用绘图软件绘制机构运动简图，得机构运动简图BC AB BC使用绘图软件按比例作速度图，求得速度图（2）求加速度、角加速度BC BC BA BC BC使用绘图软件按比例作加速度图，得加速度图（3）求惯性力忽略滑块2的质量和转动惯量，其惯性力为0（4）求约束反力取导杆为研究对象，画受力图。忽略摩擦力。根据达朗伯原理，作用在导杆上的主动力、约束力和惯性力构成平衡力系。导杆受力图根据力系平衡条件，有建立如图所示直角坐标系，根据力系平衡条件，有再取滑块2和杆1组为研究对象，画受力图。滑块2和杆1组受力图根据平面力偶系的平衡条件，有1-5-1 机械零件的失效形式主要有哪些？答：机械零件丧失工作能力或达不到要求的性能时，称为失效。机械零件的失效形式主要有因强度不足而断裂；过大的弹性变形或塑性变形；摩擦表面的过度磨损、打滑或过热；连接松动；压力容器、管道等的泄漏；运动精度达不到要求等。1-5-2 什么是名义载荷和计算载荷？答：根据动力机的额定功率和额定转速计算出的载荷称为名义载荷。在机械工作中，零件实际上还要承受动载、偏载、冲击载荷等附加载荷，一般用载荷系数来考虑这些因素的影响，载荷系数与名义载荷的乘积称为计算载荷。1-5-3 某传动系统中，动力机的功率P， 转速1450 ， 从动力机到所计算零件之间的总传动比， 传动的总效率0.86， 载荷系数K1.22， 求该零件的计算转矩。解：取K=1.21-5-4 试说出产生脉动循环应力和对称循环应力的机械零件及工作状态。答：例如，作单向运转的一对齿轮，当两齿开始接触时齿根处的弯曲应力达到最大值，脱离接触时为零，齿轮每转一周，齿根处的应力按此规律重复变化一次，此应力为脉动循环交变应力。火车车轮转动时，车轮轴中间部分表面上一点的正应力为对称循环应力。1-5-5 机械零件的表面强度有哪几种？ 强度条件是什么？答：（） 表面接触强度，强度条件是（） 表面挤压强度，强度条件是（） 表面磨损强度，强度条件是1-5-6 接触应力的特点是什么？答：接触应力的特点是：两个零件上的接触应力具有大小相等、方向相反、对称分布及稍离接触区中线即迅速降低。接触应力一般是变应力。1-5-7 机械零件的常用材料有哪些类型？ 材料的选用原则是什么？答：机械零件的常用材料有;钢:碳素钢、合金钢、铸钢。铸铁：灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。铜合金 铸造锡基和铅基轴承合金工程塑料 橡胶1-5-8 试指出如图1-31所示零件的结构工艺性不合理之处。其中，图看铸造结构工艺性，图看锻造结构工艺性，图看焊接结构工艺性，图图看切削加工结构工艺性。图1-31 题1-5-8图答：（a）三箱造型，分型面多（b）筋板部分锻造易变性，去掉筋板（c）焊缝集聚，零件易变形（d）空间不足，刀具无法钻孔（e）两加工面高度不同，不易加工（f）钻孔的起点和终点端面与钻头偏斜，不易保证加工质量，易使钻头折断。（g）斜孔加工不易保证加工质量使钻套结构复杂。（h）空间不足，刀具易损伤非加工面（与加工面垂直面）且两面垂直处不易加工（i）加工平面过大（j）两键槽不在同一侧面，加工时需改装夹位置。且左键槽宽度标注错误（k）被加工孔无钻削刀槽，中心孔前端无锥度1-30 机械零部件互换性的含义是什么？答：同一规格的机械零、部件按规定的技术要求制造，能够彼此相互替换使用而效果相同的性能，称为机械零、部件的互换性。1-6-2 零件的精度有哪些类型？ 各自的规定方式是什么？答：（） 尺寸精度，规定极限值方式（） 几何精度，规定公差带方式（） 表面精度，规定评定参数方式1-6-3 几何公差的特征项目分为哪几种？ 各有多少项？答：几何公差的特征项目分为形状公差、方向公差、位置公差和跳动公差等种，共项。其中，形状公差特征项目有个，它们没有基准要求；方向公差特征项目有个，位置公差特征项目有个，跳动公差特征项目有个，这些都有基准要求。1-6-4 机械零部件的标准化、系列化、通用化的意义是什么？答：实行机械零部件的标准化、系列化和通用化，有利于简化零部件的品种和规格，便于组织大规模生产，保证质量，降低成本；有利于减少设计和制造的工作量，缩短生产周期；有利于增大互换性，减少维修工时；对于规定了标准参数的零件，有利于减少刀具和量具的损耗。3-2-2 V带绕在带轮上产生弯曲变形，楔角变小，为使带轮槽角适应这种变化，确保V带工作面与带轮工作面紧密接触，国标规定V带轮槽楔角要适当减小。3-3-1带的有效拉力反映带传动能力。带的有效拉力不允许超过最大摩擦力，以避免带打滑。外负载增大，带的有效拉力也随之增大。增加带所能传递的最大有效拉力可以采取以下措施：1）加大张紧力。但张紧力不宜过大，因为带的张紧力增大，会加速带的磨损，带寿命降低。2）增大包角。对于水平布置的带传动，将松边放在上边，以增大包角。在设计带传动时，要确保小带轮上具有一定大小的包角。3）增大当量摩擦因数。摩擦因数与带和带轮的材料、表面状况、工作条件等有关。3-3-2由于带的弹性变形而引起的带与带轮之间的滑动称为弹性滑动。弹性滑动是摩擦型带传动的固有特性，是不可避免的。当带的有效拉力增大到超过最大摩擦力（过载）时，带将在带轮上相对滑动，称为打滑。打滑是可以避免的，在通常状况下，必须避免带打滑。小带轮包角总是小于大带轮包角。包角减小，会降低带所能传递的最大有效拉力，所以，小带轮所能传递的最大有效拉力一定小于大带轮所能传递的最大有效拉力。外负载增大，小带轮和大带轮的有效拉力也随之同样增大，当带的有效拉力增大到超过带所能传递的最大有效拉力（过载）时，就会发生带打滑，由于小带轮所能传递的最大有效拉力较小，所以打滑首先发生在小带轮上。3-3-3 为了增加传动能力，将带轮工作面制得粗糙些以增大摩擦力，这样做是不合理的。将带轮工作面制得粗糙些以增大摩擦力，是能够增加传动能力的。但是，弹性滑动是摩擦型带传动的固有特性，是不可避免的。带轮工作面变得粗糙些，在带与带轮弹性滑动作用下，会加速带的磨损，降低带的寿命。3-4-1 限制小带轮直径是为了防止由于小带轮和皮带的包角过小，导致皮带打滑。3-4-2 为了保证带传动的正常工作，传动带必须以一定的张紧力套在带轮上。当传动静止时，带承受的拉力称为初拉力。初拉力太小，带与带轮间的摩擦力不够，带传动极易过载，带与带轮可能会产生相对滑动即打滑，打滑会造成带传动失效。提高初拉力会增大带的最大有效拉力，但带本身要承受的拉力也相应增大，带在超拉力条件下工作，会大大降低带的使用寿命。带的初拉力应该根据所要传动功率的大小控制在一定的范围之内。 当传递的功率一定时，带速过高，单位时间内应力循环次数增加，降低带的使用寿命，同时离心力增大，减少带与带轮之间的摩擦力而降低带传动的工作能力；带速过低，在传递载荷一定时，有效拉力增大，所需带的根数要增多。传动比和带速一定时，中心距增大有利于增大小带轮包角和减少单位时间内的应力循环次数，但中心距过大，会由于载荷变化而引起带的颤动，同时外廓尺寸也会过大。3-4-31）确定计算功率锯木机属于木工机械，载荷变动小，空载启动，每天工作16h，由表3-5，选取工况系数。已知电动机额定功率。所以，计算功率。2）根据计算功率和小带轮转速，由图3-9选取A型带。3）由图3-9和表3-2选取小带轮基准直径,取滑动率。大带轮基准直径。查表3-2，取。4）验算带速由式（3-15）计算带速 ，,带速合适。5）确定带的基准长度和实际中心距由式（3-16）初定中心距 ,取。由式（3-17）计算查表3-1，取。由式（3-18）计算实际中心距式中， 由式（3-19）得中心距的变动范围6)验算小带轮包角由式（3-20），包角合适。7）确定带的根数依据小带轮转速、小带轮基准直径和传动比，查表3-3得，查表3-4得，查表3-1得，将各系数带入式（3-21），取根。8）计算初拉力查表3-2，A型带，由式（3-22）9）计算作用于轮轴的压力由式（3-23）10）带轮结构设计带轮结构设计参见图3-6以及例3-1的带轮结构设计。3-4-41）确定计算功率金属切削机床载荷变动小，空载启动，每天工作16h，由表3-5，选取工况系数。已知电动机额定功率。所以，计算功率。2）核算带速由式（3-15）计算带速 ，,带速合适。3）核算小带轮包角由式（3-20），包角合适。4）核算带的根数确定带的长度查表3-1，若选取A型带，则选取带长；若选取B型带，则选取带长。传动比若选取A型带：查表3-3得，查表3-4得，查表3-1得，将各系数带入式（3-21），宜取根。若选取B型带：查表3-3得，查表3-4得，查表3-1得，将各系数带入式（3-21），宜取根。由上可见，该机床用三根B型V带传动是合适的。用三根B型带取代四根A型带传动，可以降低带轮的成本，各带受力更加均匀，整体结构更为紧凑。3-5-1传动带不是完全的弹性体，工作一段时间后，会由于塑性变形而松弛，使张紧力下降而影响传动能力，必须重新张紧。通常根据带传动的布置形式，采用对应的带的张紧装置。通常采用的带的张紧装置参见教材第100页的图3-15及其描述。3-5-2配组代号不一致的V带成组使用，会使得各带承受的载荷不均匀，降低传动的稳定性和带的使用寿命。 新带短而旧带长，新带和旧带一起混用，主要由新带承受载荷，会加速新带的磨损。成组使用的带，若其中一根带松弛或损坏，应当成组同时更换。4-1-1 带传动和链传动在使用条件和传动比方面的区别参见表4-1和表4-2。 带传动的安装布置、张紧力、张紧周期、装拆和维护内容参见教材第3章第5节的内容。链传动的安装布置、张紧力、张紧周期、装拆和维护内容参见教材第4章第4节的内容。4-2-2链的节距越大，其承载能力越高。但应注意，当链节以一定的相对速度与链轮齿啮合的瞬间会产生冲击和动载荷。节距越大、链轮转速越高时冲击也越大。因此，尽可能选用小节距的链，高速重载时可选用小节距多排链。4-3-1 链传动运转时，链轮和链条啮合时会产生冲击和磨损。和齿形链相比，滚子链承受冲击载荷的能力更低，不宜用于高速场合。4-3-2根据失效的机理不同，链传动存在四种失效形式。1）链的疲劳破坏2）链的铰链磨损3）链的铰链胶合4）链的静力拉断4-4-1 链排数越多,承载能力越高,但由于精度原因，各排链受载不均现象会越严重,故链排数不宜过多。4-5-1布置链传动时，应使两轮轴线平行，并使两链轮旋转平面位于同一铅垂平面内，否则易引起脱链或增加磨损。两链轮轴线多为水平布置，两链轮中心边线倾斜布置时，倾角应小于450。水平布置和倾斜布置的紧边位于上方，防止卡链和松紧边相碰。4-5-2张紧目的主要是防止在链条垂度过大时链条与链轮啮合不良及链条振动，同时也可增大包角。常用张紧方法有：1）调整中心距张紧；2）去掉12个链节；3）采用张紧轮，张紧轮装设在靠近小链轮松边外侧。4-5-3链条垂度过大时会引起链条与链轮啮合不良、链条振动以及链条脱离链轮（脱链），须及时对链条进行张紧。常用张紧方法有：调整中心距张紧；去掉12个链节；采用张紧轮，张紧轮装设在靠近小链轮松边外侧，常见的张紧装置见图4-11。自行车链条过松时，可以将驱动轮适当后移来增大大链轮和小链轮的中心距，或者去掉12个链节来张紧链条，也可二者同时调整。4-5-4 传动链和小距离输送链的安装和润滑的要点参见第4章第四节的第三部分中（一）（1、2、3、4、5）的内容。4-5-5 传动链和小距离输送链的检查和故障处理的要点参见第4章第四节的第三部分中（一）（6）的内容。4-12大距离输送链的安装和润滑的要点参见第4章第四节的第三部分中（二）（1、2、3）的内容。4-13大距离输送链的检查和故障处理的要点参见第4章第四节的第三部分中（二）（4）的内容。第九章凸轮机构思考与实践解答9-1-1 为什么滚子从动件凸轮机构应用最广泛？高速凸轮机构应采用何种端部形状的从动件？为什么？ 答： 由于滚子与凸轮轮廓间为滚动摩擦，磨损小，可用来传递较大的载荷，故应用广泛。平底从动件由于平底与凸轮轮廓间易形成锲形油膜，利于润滑，故常用于高速凸轮机构。9-1-2 试举出生产实际中应用凸轮机构的几个实例，通过实例说明凸轮机构的特点和应用场合。答：糖果包装剪切凸轮机构、圆珠笔芯装配线上自动送给联动凸轮机构、小型电影放映机抓片凸轮机构、罐头封盖凸轮机构。9-3 滚子半径的选择与理论轮廓的曲率半径有何关系？图解设计时，如出现实际轮廓相交，可以采取哪些方法来解决？答：为使凸轮机构正常工作，应使理论轮廓最小曲率半径大于滚子半径。若实际轮廓出现相交，可采取适当减小滚子半径和增大基圆半径方法来解决。9-3-2 若滚子从动件凸轮机构的滚子损坏了，能否任取另一个滚子来代替？为什么？答: 不能。滚子中心的运动轨迹将与原来不同。9-3-3 何谓凸轮机构的压力角？它在哪个轮廓上度量？压力角变化对凸轮机构的工作有何影响？与凸轮尺寸有何关系？答：从动件沿着接触点A的公法线nn方向的法向力F，与从动件在该点的速度方向v所夹的锐角 称为凸轮在A点的压力角。压力角在实际轮廓线上度量。压力角愈小，传力性能愈好，压力角愈大，则凸轮基圆半径越小，凸轮机构越紧凑。9-3-4 怎样确定凸轮基圆半径？影响因素有哪些？如何处理它们之间的关系？答：选取基圆半径时，应综合考虑以下三个方面：（1）凸轮的基圆半径应大于凸轮轴的半径，一般取大于或等于凸轮轴径的1.62倍；（2） ；（3）3 mm设计时，基圆半径可以先根据凸轮轴径来初选，再对压力角和最小曲率半径进行校核。基圆半径与压力角和理论轮廓最小曲率半径有关，基圆越小，压力较角越大，最小曲率半径越小。9-3-5 影响滚子半径的因素有哪些？工程实际中如何确定？答：滚子半径的选择最基本的一点，滚子半径应当小于凸轮理论廓线的最小曲率半径，不然的话会失真。另外滚子半径的选择，还要考虑滚子的结构、强度及凸轮轮廓曲线的形状等多方面的因素。设计时通常取（0.10.5） 。 9-3-6 在如图9-15的对心移动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的实际轮廓为一圆，其圆心在A点，半径R=40mm，凸轮转动方向如图所示，=25mm，滚子半径=10mm，试问：（1） 凸轮的理论轮廓为何种曲线？（2） 求凸轮的基圆半径。（3） 求从动件的升程。图9-15 对心移动滚子从动件盘形凸轮机构（1） 理论轮廓为半径40+10=50mm的圆。（2） 凸轮的基圆半径= -=40+10-25=25mm（3） 从动件的升程=+R+-=25+40+10-25=50mm 9-3-7 一尖顶对心移动从动件盘形凸轮机构，凸轮按逆时针方向转动，其运动规律为：凸轮转角0180180300300360从动件的运动规律等速上升30 mm等加速等减速下降至原处停止不动要求：设凸轮基圆半径=45mm，绘出凸轮轮廓曲线。校核压力角，要求推程时 =30。若改用滚子从动件，滚子半径取12 mm，其余条件不变，试绘出凸轮实际轮廓曲线。校核凸轮实际轮廓曲线的压力角，并与作比较。答：（1）选取适当比例尺作位移线图。 （2）作基圆取分点。（3）画轮廓曲线。9-10设计一偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构。凸轮顺时针匀速转动，偏距e=10mm，基圆半径=40 mm，从动件的运动规律为：凸轮转角0180180210210300300360从动件的运动规律等加速等减速上升55mm停止不动等加速等减速下降至原处停止不动 答：（1）选取适当比例尺作位移线图。 （2）作辅助圆及切线。 （3）画轮廓曲线。 第十章间歇运动机构思考与实践解答10-1-1 指出有哪些机构能够实现间歇运动？答: 常用的间歇运动机构有：棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮式间歇机构。10-2-1 棘轮机构和槽轮机构各有何特点？各应用于什么场合？答：棘轮机构结构简单，易于制造，转角大小改变较方便，但传动的动力不大，且传动平衡性差，只适应于转速不高的场合，如各种机床和自动机床的进给机构中。槽轮机构结构简单，制造方便，工作可靠，机械效率高，而且转位迅速平稳，因此在自动机械中应用广泛。但其转角不能调节，转角不能太小，而且在起动和停止的瞬间有冲击。转速越高，槽数愈少，冲击愈剧烈，所以不宜用于高速场合。10-2-2 棘轮机构调节其转角大小和转向的方法有那些？答：棘轮机构转角的调节方法有改变摇杆摆角大小和在棘轮上加遮板。转向的调节可以采用双向式棘轮机构。10-2-3 图10-10所示为自行车后轴上的内啮合齿式棘轮机构。当脚蹬踏板时，链轮1和链条2带动链轮3顺时针转动，链轮3内圈有棘齿，棘爪4推动后轮轴5转动，驱使自行车前行。试分析当脚不蹬踏板时，自行车是如何实现超越运动的？图10-10 自行车后轴上的内啮合齿式棘轮机构答：如果在骑行中双脚不动，即棘轮相对不动，但车轮照样带着棘爪转动（棘爪在棘轮齿面滑过），这就是超越转动的作用。10-2-4 已知牛头刨床工作台的横向进给丝杠的导程L4 mm，与丝杠轴相联的棘轮齿数为25，求：棘轮的最小转角； 工作台的最小横向进给量。答：（1） （2）10-3-2 槽轮机构的运动系数的物理意义是什么？为什么运动系数必须大于零而小于1？答：槽轮机构的运动系数的物理意义是指在一个运动循环内，槽轮的运动时间与拨轮的运动时间之比。槽轮的运动是间歇运动，因此运动系数必须的大于零而小于1。10-3-3 外槽轮机构中，已知槽轮槽数Z=6，拨盘圆销k=2，若圆销转速为30r/min，求槽轮在一个工作循环内的运动时间和静止时间。答：11章轴承思考与实践解答11-2-1 剖分式滑动轴承比整体式滑动轴承有何优点?轴承衬与轴瓦有何不同？答：剖分式滑动轴承比整体式滑动轴承装拆方便，轴瓦与轴的间隙可以调整。为了改善轴瓦表面的摩擦性能，提高承载能力，常在轴瓦的内表面浇铸一层减摩性和耐磨性更好的材料，此层材料称为轴承衬。11-2-2 轴瓦上为什么开油沟，开油沟时应注意什么？答：以便使润滑剂分布在轴颈与轴瓦的接触面，从而减少摩檫，降低磨损。油槽不应开通，应为轴瓦长度的80%。 11-3 请指出图11-30中所标序号分别表示轴承的什么部分？答：1.外圈；2.保持架；3.内圈；4.滚动体 图11-30 图11-12 题11-3-1图11-3-1 你能说出图11-12中各轴承分别是哪种类型吗？分别用在什么场合？答：调心滚子轴承：用于有重载和冲击载荷的场合，如用于冶金、矿山、石油、造纸等行业。圆柱滚子轴承：常用于大功率电机，人字齿轮减速器上。深沟球轴承：适用于高转速及要求低噪声、低振动的场合，如用于机床齿轮箱、电机、家用电器中等。单向推力球轴承：常用于起重机吊钩、蜗杆轴、立式车床主轴的支承等。11-3-2 请解释下面几个轴承代号的含义：6308，31310，7210B，N2220答：6308：6表示深沟球轴承，（0）3表示尺寸系列代号（括号内的0可省略），08表示内径代号，内径为085=40，正常结构，0级公差，0组游隙。31310：3表示圆锥滚子轴承，1表示宽度系列代号，3表示直径系列代号，10表示内径代号，内径为105=50，正常结构，0级公差，0组游隙。7210B：7表示角接触球轴承，（0）2表示尺寸系列代号（括号内的0可省略），10表示内径代号，内径为105=50，公称接触角=40，0级公差，0组游隙。N2220：N表示圆柱滚子轴承，2表示宽度系列代号，2表示直径系列代号，20表示内径代号，内径为205=100，正常结构，0级公差，0组游隙。11-3-3选择滚动轴承时，应考虑哪些因素?答：应考虑工作条件（载荷方向及种类、转速、润滑方式、工作环境、温度等）、使用要求和经济性等因素。11-4-1 什么是滚动轴承的额定寿命、额定动载荷和当量动载荷?答：额定寿命：把同型号的同一批轴承在相同条件下运转，的轴承发生点蚀破坏，而的轴承不发生点蚀破坏前的转数或工作小时数作为轴承的寿命，并将之称为轴承的基本额定寿命，以表示。基本额定动载荷：指轴承在基本额定寿命恰好为转（）时，所能承受的载荷值。当量动载荷：指将轴承实际上受到的径向和轴向的复合载荷换算成与确定基本额定动载荷时的运转条件相一致的等效载荷。11-4-2 已知某轴上的轴承，其型号为6310，所承受的径向载荷，轴向载荷。试求该轴承的当量动载荷。解：由机械设计手册查得6310轴承的基本额定静载荷=38.0 kN，则由表11-8查得因 故得 X=0.56，Y=1.99由表11-7查得=1.1该轴承的当量动载荷为11-4-3 某设备决定使用深沟球轴承。已知：轴承所受的径向载荷，轴向载荷，轴的转速，轴颈直径可在60范围内选取，运转时有轻微冲击。预期寿命。试确定轴承型号。解：（1）初选轴承型号 根据工作条件和轴颈直径，初选轴承6313。由轴承手册查得该轴承的基本额定静载荷，基本额定动载荷。（2）计算当量动载荷。查表11-8由插值法得。，查表11-8得X=0.56，由插值法得Y=1.738。因有轻微冲击，查表11-7取 ，则当量动载荷为（3）计算轴承应具有的基本额定动载荷由式(11-7)得故所选轴承6313合适。11-4-4如图11-17所示，轴上安装一对70000B型滚动轴承，已知其径向载荷分别为Fr1=1200N,Fr2=1000N,轴受轴向载荷FA=1100N,载荷系数fp=1.2，转速。试判断哪个轴承寿命最短？并计算出该轴承的寿命。 图11-17解：1）计算轴承所受的轴向载荷由表11-10知轴承内部轴向力为=1.141200=1368N=1.141000=1140N 由图11-32知 故轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”，轴向力为，2）计算轴承的当量动载荷由表11-8查得， ，查表11-8得 ，查表11-8得 由式（11-6）得 由知同一型号的轴承寿命长短与当量动载荷P有关；当量动载荷大的轴承寿命短，即轴承2寿命短。11-5-1 滚动轴承的组合设计包括哪些方面?答：滚动轴承的组合设计包括轴承的装拆、固定、调整、配合以及润滑、密封等方面。11-5-2 滚动轴承的内、外圈如何实现轴向和周向固定?答：轴承内圈的一端通常用轴肩作为轴向定位面，另一端常采用弹性挡圈、压板、锁紧圆螺母等；轴承外圈常采用轴承盖、轴承座孔的台肩、弹性挡圈等作轴向固定。滚动轴承的周向固定靠外圈和轴承座孔（或回转零件）、内圈与轴颈之间的配合来保证。与旋转套圈（多数为内圈）配合应保证有过盈量，不旋转的套圈应保证间隙配合或过渡配合。轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。11-5-3 轴系的固定方式有几种?各有什么特点?适用于什么场合?答：轴常用的支承结构有两种形式。两端单向固定支承：这种支承方式结构简单，安装方便，但只适用于跨距较小和温升不高（70）的轴。一端双向固定，一端游动支承：这种支承方式适用于轴的跨距较大或工作温度较高的轴。11-5-4 选择滚动轴承配合的一般原则是什么?答：轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。11-5-5 装、拆滚动轴承时，应注意哪些问题?答：安装之前，应先对与之配合的轴、座体孔、端盖等零件进行清洗并严格检验，不合要求的零件予以修复或更换。安装场所要求干燥、清洁，对将要安装的滚动轴承也要清洗并填加润滑剂。使用合适、准确的安装工具，不允许直接锤击滚动轴承，不允许通过滚动体传递力。直接用手拿取滚动轴承时，要充分洗去手上的汗液，并涂以优质矿物油后再进行操作。12-1-1 自行车中的三根轴按受载情况分别属于哪类轴?答：自行车的前轮轴只承受弯矩而且不转动，所以是固定心轴；中轴既承受扭矩又承受弯矩所以是转轴；后轮轴只承受弯矩而且不转动所以也是固定心轴。12-1-2 机床主轴、飞机、汽车中的轴类零件为什么大多数都采用空心轴？答：机床主轴、飞机、汽车中的轴类零件一般直径较大并有减重要求，在强度允许的情况下，空心轴质轻，节省材料。12-1-3光轴、阶梯轴各有哪些优、缺点？答：光轴易于加工，但轴上零件不易固定、定位；阶梯轴加工复杂，但节省材料，减轻质量，易于轴上零件固定、定位。12-2-1 轴的端部为什么要进行倒角？轴肩处为什么要进行圆角过渡？答：轴端倒角的目的是避免装配时刮伤轮毂孔壁和利于装配时对中；轴肩处要圆角过渡其目的是减少应力集中，避免在轴肩处开裂。12-2-2 轴上倒角、圆角、退刀槽的尺寸为什么都要尽可能一致？答：以减少刀具数量和换刀时间。12-2-3 轴上有多个单键时，键槽宽应统一，并在同一条加工直线上，这是为什么？答：为减少轴的装夹次数。12-2-4 为什么轴都是中间粗两端细，而不是两端粗中间细呢？答：为了便于安装轴上零件和满足强度要求。12-2-5 轴上为什么有时要留有砂轮越程槽和螺纹退刀槽？答：轴上设有砂轮越程槽其目的是：以便砂轮磨削到轴根部而不碰伤轴肩。轴上留有螺纹退刀槽其目的是：以保证靠近尾部的螺纹牙也能达到标准规定的高度。12-2-6试分析图12-15所示轴系结构的错误所在，画出正确的图形。答：错误：1.左侧轴肩应低于左轴承内圈高度，便于轴承的拆卸。2.套筒的高度应低于右轴承内圈高度，便于轴承的拆卸。3.右轴承端盖出应设置密封件，以防止灰尘等进入轴承处。4.联轴器左侧没有定位或轴段过长。12-2-7 图12-16所示为减速器低速轴轴系结构，试分析其轴上零件的装、拆顺序和固定方法。答：从轴的右端向左依次安装齿轮、套筒、挡油板、右端轴承、调整垫片、右端轴承盖，左端依次按装挡油板、左轴承及其端盖。拆卸顺序与安装顺序相反。左端轴承靠轴肩和轴承端盖固定，齿轮靠左侧的轴环和右侧的套筒固定，右侧轴承靠套筒和轴承端盖固定。12-3-1 提高轴的疲劳强度主要措施有哪些？答：1.改进轴的结构，降低应力集中（1）尽量避免截面形状的突然变化，在截面尺寸变化处尽量采用较大的过度圆角，尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽。（2）用盘铣刀要比用端铣刀铣出的键槽槽低过渡平缓，因而应力集中小。（3）过盈配合的轴，可通过增大配合处的直径、在轴上或轮毂上开减荷槽等来减小应力集中。2.提高轴的表面质量 轴的表面粗糙度对疲劳强度有很大的影响。疲劳裂纹常常发生在表面最粗糙的地方。为提高轴的疲劳强度，可采用表面强化处理。如碾压、喷丸、氮化、渗碳、淬火等方法，可显著提高轴的承载能力。12-3-2 齿轮减速器中高速轴粗还是低速轴粗，为什么？答：根据公式 ，可知 功率一定时，外力偶矩与转速成反比，转速越低，力偶矩越大，轴越粗。故低速轴粗。12-2-3 轴设计中，为什么要估算轴的最小直径？答：开始设计轴时，由于轴上零件的位置和两轴承间的距离都尚未确定，所以对轴承受的弯矩就无法进行计算，因此只能先按扭转强度初步估算轴的直径。12-15 有一传动轴，材料为45钢，调质处理。轴传递的功率P =5kW，转速n2 =600r/min，试求该轴的直径。解：通过查表12-1取45钢（调质）材料A=115，圆整取25mm。12-3-5 试校核如图12-21所示某直齿圆柱齿轮减速器的从动轴。已知传递功率P =7.5 kW，大齿轮的转速=700r/min，齿数z2=54, 模数m = 2mm，齿宽B =60mm，轴承采用轻系列深沟球轴承，单向转动，齿轮位于两轴承中间，轴的材料为45钢调质处理。图12-21 减速器的从动轴解：（1）按弯扭合成强度校核轴的强度1）画轴的受力图并求出各力的大小（图a）。从动轴上的转矩为齿轮上的圆周力为齿轮上的径向力为 2）作水平面上的弯矩图（图b） 两轴承上的水平面支座反力为 C截面处的水平面弯矩为3）作垂直平面上的弯矩图（图c） 两轴承上的垂直面支座反力为 C截面处的垂直面弯矩为4）作合成弯矩图（图d） C截面处的合成弯矩为：5）作扭矩图（图e） 6）画当量弯矩图（图f）因是单向转动，扭矩可认为按脉动循环变化，故取应力校正系数=0.6，。7）验算轴的直径查表12-1得45钢调质的，轴危险截面所需的直径为 考虑到该截面上开有键槽，故应将轴径增大5%，即 结论：该轴强度富余，但考虑到轴外伸端处的强度，不宜将C截面的轴径减小，因此仍保持结构设计所定的尺寸。（2）绘制轴的零件图，如图所示13-1-1 举例说明摩擦和磨损的利与弊。答：摩擦是两相互接触的物体有相对运动或相对运动趋势时，在接触处产生阻力的现象。机械的各种运动副普遍存在摩擦现象。摩擦会带来能量损耗，使运动副表面发热，机械效率降低，还会引起振动和噪声等；而在螺纹连接、摩擦传动和制动以及各种车辆的驱动能力等方面还必须依赖摩擦。磨损是摩擦体接触表面的材料在相对运动中由于机械作用，间或伴有化学作用而产生的不断损耗的现象。磨损会降低机械运动的精度和可靠性，是机械零件报废的主要原因；而对机械零件进行磨削、研磨和抛光等降低表面粗糙度的精加工，以及对刀具的刃磨等也利用了磨损的原理。13-1-2 机械润滑与密封的作用是什么？答：润滑是降低摩擦、减少磨损的有效措施之一。通过润滑，还可以达到降低温升、防止锈蚀、缓和冲击、减小振动、清除磨屑或形成密封等目的。密封的目的是阻止机器内部的润滑剂和工作介质从两零件的结合面间泄漏，防止灰尘、杂物、水分等侵入机械，防止环境污染，保持机械零件正常工作的必要环境。13-2-1 按摩擦副的表面润滑状态，摩擦分成哪些类型？答：根据摩擦副的表面润滑状态，摩擦可分为干摩擦、边界摩擦、液体摩擦和混合摩擦。13-2-2 机械零件典型的磨损过程分为哪些阶段？答：机械零件典型的磨损过程分为磨合、稳定磨损和剧烈磨损3个阶段。13-2-3 磨损有哪些类型？减轻磨损的措施有哪些？答：按磨损的损伤机理和破坏特点，磨损有粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损4种类型。减轻磨损的措施有：正确选用摩擦副的材料组合；进行有效的润滑；对摩擦副的表面进行适当的处理；提高加工和装配精度；将滑动摩擦改为滚动摩擦；正确的使用、维修和保养。14-6 润滑剂有哪几类？机械中常用哪些润滑剂来润滑？答：润滑剂按其物理状态可分为液体润滑剂、半固体润滑剂、固体润滑剂和气体润滑剂四类。机械中常用L-AN全损耗系统用油、L-CKB抗氧防锈工业齿轮油、L-CKC中载荷工业齿轮油、L-CKD重载荷工业齿轮油、L-CKE轻载荷蜗轮蜗杆油和L-FD主轴油。13-3-1 润滑油的主要性能指标有哪些？怎样选用润滑油？答：润滑油的主要性能指标有粘度、闪点和燃点、倾点、油性和水分。选用润滑油主要是确定油品的种类和牌号。一般先根据所润滑的机械选择品种，然后根据运动速度、载荷、温度等工作情况来选择润滑油的粘度等级或牌号。选用原则如下：（1）在高速运转或轻载的摩擦部位，宜选用粘度较低的润滑油。（2）在低速运转或重载的摩擦部位，宜选用粘度较高、油性较好的润滑油。（3）在较高温度下工作的摩擦部位，宜选用粘度较高、闪点较高的润滑油。 当现有润滑油的粘度不能满足要求时，可以选用两种润滑油掺配，以获得所需要的粘度。14-8 两种粘度相同的润滑油是否可替换使用，为什么？答：不可替换使用。因为润滑油除了粘度外还有其他指标或添加剂等不一定相同。13-3-3（4） 常用润滑脂的性能指标有哪些？怎样选用润滑脂？答：常用润滑脂的性能指标有锥入度、滴点。（1）转速高时，一般选用锥入度较大的润滑脂。对于重载荷，或有严重冲击振动时，选用锥入度较小的润滑脂。（2）在潮湿或与水、水汽直接接触的工作部位，宜选用耐水性好的润滑脂。（3）在低温或高温下工作的部位，所选用的润滑脂应满足其允许使用温度范围的要求。（4）无合适牌号的润滑脂时可用滴点、锥入度相近的润滑脂代用，同时皂分含量也应符合要求，当工作温度在60以下并在干燥的环境中，所有润滑脂可相互代用，当工作温度在60以上和其他条件相同时，应根据滴点选择代用润滑脂。13-3-5 汽车和自行车上，哪些部位采用油润滑？哪些部位采用脂润滑？答：汽车发动机用的是机油。手动变速器和驱动桥里用的是齿轮油。脂润滑用在汽车底盘，包括悬挂的支撑轴承和传动轴上的万向节，纵向拉杆和横向稳定拉杆的连接端。自行车链条用润滑油，前后轴、中轴、把、飞轮轴承类加黄油。13-3-6 如果冬天在液压系统中加入L-AN22润滑油是合适的，不会漏油，而在夏天却产生漏油现象，这是为什么？答：因为牌号是根据运动粘度来划分的，是在40度时测得的，粘度会随温度的升高而降低，夏天油变稀了，所以产生漏油现象。13-3-7 夏天时发现液压系统中的油变稀了，便将润滑脂加入使油变稠，这种做法对吗？答：这种做法不对。13-3-8 调查润滑剂商店，了解所销售的润滑油和润滑脂的品种、牌号及销售情况。略13-4-1 润滑油常见的润滑方式及装置有哪些？说明均匀滴油油杯的工作原理。答：润滑油常见的润滑方式及装置有：1手工润滑 2滴油润滑 常用滴油油杯有：针阀式油杯、均匀滴油油杯、油绳式油杯、压配式压注油杯。3油环润滑4自带油润滑 5强制送油润滑 6油雾润滑均匀滴油油杯的工作原理：油杯由上下两个油室组成，下油室中有浮子阀。当下油室的油面降低时，浮子阀下降，将中间油孔打开，油从上油室补充到下油室，待油面达到一定高度后，浮子阀浮起，钢球堵住油孔，这样使下油室油面高度保持不变，均匀滴油。13-4-3 润滑制度中的“五定”和“三级过滤”指的是什么？答：“五定”是指对机械润滑实行“定点、定质、定量、定时、定人”。“三级过滤”是指从领油大桶到固定贮油箱、贮油箱到油壶、油壶到润滑部位要经过三次过滤。13-5-1 为什么润滑系统中要设有密封装置？答：起密封作用的零、部件称为密封件或密封装置，简称密封。密封的功能，一是防止机器内部的液体、气体工作介质以及润滑剂从两零件的结合面间泄漏出去，二是防止外部的灰尘、水分及其它杂质进入润滑部位，保持机械零件正常工作的必要环境。13-5-2 试述减速器转轴外伸端可采用的密封方式有哪些？各有什么特点？见表14-3.13-5-3 到工厂调查23种机械的润滑和密封情况，了解并记录润滑部位和润滑点、润滑方式和装置、润滑剂的种类和牌号、密封装置的结构、润滑制度等。略14-2-1 机械平衡的目的是什么？造成机械不平衡的原因是什么？答：转子的平衡是指绕固定轴回转的构件（即转子）惯性力的平衡。机械平衡的目的就是合理分配构件的质量，以减少或消除动压力。造成转子不平衡的主要原因，是由于转子的质量分布不均匀，或由于制造、安装误差造成质心与回转轴线的不重合，从而产生离心惯性力和惯性力矩。14-2-2 机械平衡的可分为几类？划分刚性转子和挠性转子的依据是什么？答：机械平衡分为转子的平衡和机构的平衡两类。 转子的工作转速低于（0.60.75），称为刚性转子，转子的工作转速大于等于（0.60.75），称为挠性转子。14-2-3 何谓静平衡？静平衡的条件是什么？什么样的转子需要静平衡？答：静平衡是对刚性转子惯性力的平衡。静平衡的条件为：分布于该回转件上各质量的离心力的合力为零或质径积的矢量和等于零。对于轴向尺寸较小，即转子轴向宽度b与其直径d之比b/d0.2 的盘状转子，例如齿轮、带轮、链轮、叶轮和盘形凸轮等，需进行静平衡计算。14-2-4 何谓动平衡？动平衡的条件是什么？什么样的转子需进行动平衡？答：动平衡是对刚性转子惯性力和惯性力矩的平衡。动平衡的条件是：转子内各质量的离心惯性力的矢量和等于零，且离心惯性力引起的力偶矩矢量和也等于零，即F=0和m=0。对于轴向尺寸较大的转子（b/d0.2），例如多缸发动机曲轴、电动机与发电机转子、汽轮机转子和机床主轴等，需进行动平衡计算。14-2-5 何谓质径积？答：质径积是质量与向径的乘积。14-2-6 要求进行动平衡的回转件，如果只进行静平衡是否一定能减轻不平衡质量造成的不良影响？答：不能14-2-7 如图14-5所示，有四个偏心质量位于同一回转平面内，其大小及回转半径分别为m15kg，m27kg，m38kg，m410kg，r1r4=10cm，r2=20cm，r3=15cm，又设平衡质量的回转半径15cm，试求平衡质量的大小及方位。图14-5 回转平面质量分布答：根据平衡条件。得=5.37 kg，=119.7o14-3-1 一般机械的运转过程分为哪三个阶段？每个阶段的特点是什么？答：一般说来，机械运转历经三个阶段：启动阶段、稳定运转阶段和停车阶段。启动阶段的特点是：驱动力所做的功必须大于克服阻力所消耗的功。稳定运转阶段的特点是：在一个周期内，机械的总驱动功与总阻抗功相等。启动阶段的特点是：驱动力所做的功必须大于克服阻力所消耗的功。稳定运转阶段的特点是：在一个周期内，机械的总驱动功与总阻抗功相等。停车阶段的特点是：驱动功为零。14-3-2 为什么机械运转中会有速度波动？周期性速度波动和非周期性速度波动各自的特点是什么？如何调节？答：机械在驱动力和阻力作用下运转时，在稳定运转阶段，由于驱动力所作的功与阻力所作的功不总是相等，造成了机械的动能时增时减，由此形成了机械运转时速度的波动。周期性速度波动的特点是当机械的动能发生周期性变化时，其速度也作周期性波动，可通过飞轮调节。非周期性速度波动的特点是速度波动是没有一定周期的，可通过专门的调速器调节。14-3-3 什么是机械运转的平均速度和速度不均匀系数？答：平均角速度m是指一个运动周期内角速度的平均值。 速度不均匀系数是最大角速度与最小角速度的差与平均角速度的比值。14-3-4 在什么情况下飞轮应尽量安装在机械系统的高速轴上？在什么情况下飞轮应安装在机械系统的低速轴上？答：当和一定时，飞轮的转动惯量J与飞轮转速n的平方成反比时，为减小飞轮转动惯量，将飞轮安装在机械的高速轴上。当机械受剧烈载荷时，为避免飞轮的作用受到传动构件惯性力的影响，将飞轮安装在机械的低速轴上。14-3-5 飞轮的作用是什么？机械安装飞轮后是否就能达到完全匀速运转？飞轮能否用来调节非周期性速度波动？答：飞轮的作用是：通过贮存多余和释放欠缺的能量，保持工作机的转速平稳，当采用内燃机为动力机时，飞轮的作用更为重要。通过让飞轮的转速有较大的升降来贮存和释放能量，可以降低动力机所需功率。机械安装飞轮后不能达到完全匀速运。飞轮不能用来调节非周期性速度波动。14-3-6 专用调速器主要有哪些类型？答：调速器主要有机械式、气动液压式、电液和电子式等。