东北大学机械设计简答题大全

第一章基础知识

一、机械零件的主要失效形式

1）整体破裂2）表面破坏（磨料磨损、胶合、点蚀、磨蚀磨损）3）变形量过大4）破坏正常工作条件引起的失效

二、机械零件设计哪几种设计准则

强度准则、

刚度准则、

寿命准则、

耐磨性准则、

振动稳定性准则。

三、影响寿命准则的主要失效形式是腐

蚀、磨损、疲劳。

四、安全系数如何选择？

许用安全系数取得过大，会使机器笨重；过小，机器可能不安全。因此，许用安全系数或者许用应力的的选取原则是在保证机器安全可靠的前提下，尽可能减小许用安全系数或者许用应力。

五、影响许用安全系数的因素有哪些？荷载和应力计算的准确性、材料机械性能数据的可靠性和零件的重要性等

六、什么是疲劳破坏？

机械零件在变应力作用下，经过一段时间后在局部高应力区形成微裂痕，微裂纹逐渐扩展以至最后断裂的现象成为疲劳破坏。

疲劳破坏的定义可表述为：在远低于材料抗拉强度极限的循环应力作用下工程材料发生破坏的现象。

七、疲劳断裂过程三个阶段是什么？

1.裂纹源在零件应力集中部位由于金属产生循环的弹塑性应力-应变而形成初试裂纹。

2.裂纹尖端在切应力下发生反复塑性变形是裂纹逐渐扩展。

3.产生瞬断。

八、疲劳破坏的特点

1）在循环应力多次反复作用产生；

2）不存在宏观的，明显的塑性变形迹象；3）循环应力远小于材料的静强度极限；4）对材料的组成、零件的形状、尺寸。表面状态、使用条件和外界环境等都非常敏感。

九、影响零件疲劳强度的因素

1、应力集中局部应力远大于名义应力，这种现象成为

应力集中。（常发生在过渡圆角、键槽、

螺纹、横孔）

2.绝对尺寸

零件剖面的绝对尺寸越大，其疲劳极限越

低。由于剖面尺寸大时材料晶粒粗，出现

缺陷的概率大。

3.表面状态

零件表面越粗糙其疲劳极限越低。

第二章螺纹联接

一、螺纹分类

1、联接螺纹

2、传动螺纹

1）矩形螺纹的牙型为方形，牙型角α=0.

其传动效率较其他螺纹都高，但牙根强度

弱、螺纹磨损后间隙难以补偿，使传动精

度降低。

3）梯形螺纹的牙型为等腰梯形，牙型角

α=30.梯形螺纹效率略低，但其公益性好、

牙根强度高、对中性好。

3）锯齿形螺纹的牙型为不等腰梯形，其

工作面牙型半角β=3，非工作面牙型半角

为30.只能用于单向受力的传动螺旋中。

二、螺纹联接的类型

1.螺栓联接

应用场合：1）用于被联接件不太厚和两

边有足够的装配空间的场合。

2）易做通孔的：3）有下搬手空间

铰制孔用螺栓联接只能用于工作载荷是

横向载荷或扭转力矩的场合。

2.螺钉联接

被联接太厚或不宜制成通孔及不需要经

常拆卸的场合。

3.双头螺栓联接

用于不能用螺栓联接且又经常拆卸的场

合。

4.紧固螺钉联接

特点：轴向、周向都可固定，受载荷小。

三、为什么放松，放松的实质，以及方

法？

在冲击、震动或变载荷的作用下，螺

旋副间的摩擦力可能减小或瞬时消失。在

高温或温度变化大的情况下，由于螺纹联

接件和被联接件的材料发生蠕变和应力

松弛，也会使联接中的预紧力和摩擦力逐

渐减小，最终将导致联接失效。螺纹联接

一旦出现松脱，轻者会影响极其正常运转，

重者会造成严重事故。

实质：放松的根本问题在于防止螺旋副

相对转动。

方法：摩擦放松，机械防松及破坏螺纹

副的关系。

四、螺栓组联结结构设计应考虑哪些问

题？

（1）几何形状通常设计成轴对称简单

几何形状。（2）螺栓的布置应使各螺栓的

受力合理。（3）螺栓的排列应有合理的间

距、边距。（4）分布在同一圆周上的螺栓

数目，应取成4、6、8等偶数。

五、螺栓组受力分析的目的是确定螺栓

组中受力最大的螺栓及所受的工作载荷

的大小。

六、提高螺栓联接强度的措施

1.改善螺纹牙尖的载荷分配

2.减少螺栓的应力幅

3.减小应力集中的影响

4.避免附加弯曲应力

七、在工作载荷不变的情况下，如何降低

螺栓的疲劳损伤（即减少应力幅）？

降低螺栓刚度CL（增加长度，减小横

剖面，安装弹性元件）；增大被联接件的

刚度CF（硬垫片，改进结构，密封环）；

同时两种方法。

轴毂连接

一、轴毂联接作用，并列举两种轴毂连接

实现轴和轴上零件的周向固定，常用的

有键和花键联接、销联接

二、花键联接有哪几种？它的定心方式

如何？

矩形花键：在联接中按小径d定心

渐开线花键：按齿形定心，具有自动定

心作用。

三、平键连接b×h×l如何确定？

b×h按键所在轴段的直径d由标准中

选定。

长度L根据轮毂的宽度确定。

四、平键连接的主要失效形式有：工作面

被压溃（静联接），工作面过度磨损（动

联接）、个别情况会出现键被剪断。

（设计准则是挤压强度校核）

五、花键联接优点：花键联接适用于静、

动联接，优点是齿数较多，而且受力均匀承载力高；槽浅，齿根应力集中小，对轴和毂的强度削弱较轻；轴上零件与轴的对中性好；导向性好；缺点是加工时需要专用设备，成本高。

六、过盈联接（压入法、温差法）

优点：结构简单，定心性好，对轴的疲劳强度削弱小，承载能力高而且冲击载荷下性能良好。缺点：加工精度高，装配不方便。

设计计算内容（1）最小过盈量（2）公差配合（3）装配方法（4）合理结构

带传动

一、摩擦带特点

优点：1）因带有弹性，能缓冲、吸振，从而传动平稳噪声小。2）当传动过载时，带在带轮上打滑，可防止其他零件损坏。3）结构简单、装拆方便。4）可用于中心距离较大的传动。

缺点：1）传动比不恒定。2）传动外部尺寸大。3）传动效率低。4）带的寿命较短。5）不宜用于高温、易燃等场合。

二、影响带传动工作能力的因素

1)初拉力F0.

2)2）包角α.

3)3）摩擦系数f.

4)带的单位长度质量q.

5)带速v.

三、带传动的主要失效形式是带传动的打滑和带的疲劳破坏。

带传动的设计准则是保证传动不打滑和带具有足够的疲劳寿命。

四、带传动设计步骤：

1)确定设计功率P c

2)初选带的型号

3)确定带轮基准直径d d1和d d2

4)确定中心距a和带的基准长度L d

5)验算包角α 1

6)确定带的根数z

7)确定初拉力F0

8)计算带对轴的压力Q

五、张紧装置1.定期张紧装置（调中心距）

2.自动张紧装置（调中心距）

3.张紧轮装置（张紧轮）

六、张紧装置应该放在什么位置，为什么。

张紧轮一般安装在松边内侧，使带只受单

向弯曲应力以增加使用寿命。尽量靠近大

带轮，以减小对包角的影响。

链传动

四、链轮特点：

优点：没有弹性滑动和打滑现象，故平均

传动比准确；传动效率较高；张紧力小，

所以压轴力较小；能在温度高、灰尘多、

湿度大及有腐蚀等恶劣条件下工作；工况

相同时，链传动的结构较为紧凑。与齿轮

传动相比，其优点是：制造安装精度要求

低，成本低；适用的中心距范围大，结构

简单，重量轻。

缺点：瞬间传动比恒定，传动不平稳；工

作时有噪声；磨损后易发生跳齿；不宜在

载荷变化很大和急速反向传动中工作；只

使用平行轴传动。

五、链传动的失效形式：

1.链板、滚子与套筒的疲劳破坏。

2.销轴与套筒的磨损。

3.销轴与套筒的胶合。

4.链条静强度破断。

六、中高链传动设计计算（发生疲劳破坏，

低速发生静强度破坏）

1.确定链传动的传动比。

2.确定链轮齿数。

3.确定链号和链节距。

4.验算链速。

5.确定链条节数和中心距。

6计算压轴力。

七、链传动的布置

1）为保证链传动的正确啮合，两链轮应

位于同一铅垂面内，且两轴线平行。

2）两链轮中心线最好平行布置或者使其

与水平线夹角φ≤45?

3)紧边在上为佳。

4）必须采用垂直传动时，两链轮应偏置，

否则应采用张紧装置。

八、张紧目的

1）为了增大链条与链轮的包角

2）避免因链条锤度过大而产生啮合不良

以及振动现象。

九、张紧方法

1.调整中心距。

2.用张紧装置

齿轮传动

一．齿轮的失效形式

1.轮齿折断

措施：改善材料的性能，适当增大模

数，增大齿根过渡圆角，提高齿轮制

造精度，降低齿根表面的粗糙度，消

除齿根加工刀痕，对齿根部位进行喷

丸、碾压强化处理等。

2.齿面点蚀

措施：提高齿面硬度，降低齿面粗糙

度，改善润滑油性能，提高齿轮的传

动精度和都采用较角变位齿轮传动

等可提高抗点蚀的能力。

3.齿面胶合

措施：减小模数降低齿高，以减少齿

面间的滑动速度，采用减摩和极压性

能好的润滑油；提高齿面硬度，降低

吃面粗糙度；选用不同牌号的材料配

对；两齿面有一定的硬度差，可减缓

和防止齿面胶合的发生。

4.齿面磨损

措施：采用闭式传动和加防护罩，改

善润滑条件，保持油品清洁；采用硬

齿面；降低吃面粗糙度等，可有效地

减轻或者防止齿面磨损。

5.齿体塑性变形

措施，采用机械强度高的材料和提高齿体的硬度可防止齿体塑性变形。

6.齿面塑性变形

措施：适当提高齿面硬度，采用减摩

性能好的润滑油。

二．齿轮传动的计算准则

闭式：齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度

开式：磨损是其主要失效形式，磨损后轮齿变薄易发生折断，按齿根弯曲疲劳强度计算。

三．齿轮传动润滑方式

1.浸油润滑

圆周速度v<10m/s的齿轮传动采用浸油润滑。速度高时齿轮浸入油中的深度以一两个齿高为宜但不小于10mm;速度低时浸油深度可达1/3齿顶圆半径。油池中的油量按齿轮齿轮传递功率大小确定。

2.喷油润滑（v>10m/s）v<25m/s,喷油嘴置于齿轮啮入边和啮出边

均可。v>25m/s喷油嘴应置于齿轮啮出边。

四、合理选择齿宽系数

齿宽系数增大，齿轮的径向尺寸减小，

但齿宽相对增大。齿宽越大，载荷沿齿宽

分布不均匀越严重，故应合理选择齿宽系

数。齿宽大，则强度大，但过大，载荷分

布不均。

蜗杆传动

一、蜗杆传动的特点及应用

结构紧凑；传动比大，动力传动一般为

8-80，传动平稳，无噪声；啮合面间的相

对滑动速度较大，摩擦和磨损严重；发热

量大，传动效率低，一般为0.7~0.8，自锁

的蜗杆传动，其传动效率低于0.5。

蜗杆传动广泛应用冶金、矿山、起重运输、

机床、电梯等机械设备中。

二、蜗杆中为什么只对涡轮进行变位，变

位的目的是什么？

目的：1、凑中心距。2、提高蜗杆传动的

承载能力。3、提高传动效率。

为了能用同一把刀加工非变位及变位涡

轮，变为蜗杆传动中蜗杆的尺寸是不能变

动的，只能对涡轮进行变位。

变位蜗杆传动中，涡轮的分度圆与节圆重

合，只是蜗杆在中间平面内的节线位置有

所改变，其不再与分度线重合。

三、蜗杆传动的主要失效形式是什么？为

什么要对连续工作的闭式蜗杆传动进行

热平衡计算？

蜗杆螺旋齿部分的强度通常高于涡轮齿

的强度，所以失效常发生在蜗轮轮齿上。

啮合齿面间的相对滑动速度较大，摩擦大，

发热量大，所以其主要失效形式是蜗轮齿

面的胶合、点蚀及磨损。仿照圆柱齿轮进

行齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强

度的条件性计算。

因此对于闭式蜗杆传动，通常是按齿面接

触疲劳强度进行设计，而按齿根弯曲疲劳

强度进行校核；对于开式蜗杆传动，则通

常只需按齿根弯曲疲劳强度进行设计。

对于闭式蜗杆传动，由于散热较为困难，

还应作热平衡核算。

四、蜗杆传动最常用的配对材料，为什么

这么选择？

蜗杆一般用碳钢或合金钢制成。涡轮材料

为铸造锡青铜。铸造铝青铜及铸铁等。锡

青铜耐磨性最好，但价格较高，一般用于

滑动速度v s≤3m/s的重要传动。

蜗杆分置原则：v≤10m/s用下置式。

V>10m/s用上置式。

四、闭式蜗杆传动包括哪些计算？(不算

蜗杆)

蜗轮齿面接触疲劳强度计算，蜗轮齿根弯

曲疲劳强度计算。

五、蜗杆传动的热平衡计算的原因，目的，

当热平衡计算不满足要求时，采取哪些措

施？

原因：蜗杆传动效率较低，工作时发热量

大。随着油温的升高将使润滑油黏度降低，

从而使润滑状态变坏。甚至会导致胶合。

目的：蜗杆传动必须进行热平衡计算，以

保证单位时间内的发热量能在同一时间

内散逸出去，从而维持良好的润滑状态，

保证蜗杆传动正常工作。

措施：（1）在箱体外壁家散热片以增加散

热面积；

（2）在蜗杆轴端加装风扇进行人工

通风；

（3）采用上述措施散热能力仍不足

时，可在箱体油池内加装蛇形水管用循环

水冷却。

（4）采用压力喷油循环润滑，润滑

油用过滤器滤去杂质，并经冷却器冷却。

轴

六、试述蜗杆传动最常用的配对材料，为

什么这么选择？

蜗杆一般选用碳钢或合金钢，涡轮为铸造

锡青铜，铸造铝青铜及铸铁。

由蜗杆传动的失效形式可知，对蜗杆的

涡轮的材料不仅要有足够的强度，更重要

的是应有良好的跑合性，减摩性及耐磨性。

蜗杆传动的传动比大，蜗杆选用碳钢或合

金钢，经过处理，表面硬度可达到要求。

锡青铜、铝青铜不仅有足够的强度，而且

耐磨性好。效率要求不高时，特别是要求

自锁时，轮采用灰铸铁，物美价廉。

七、蜗杆传动为什么一般选择钢蜗杆和

铜涡轮作为配对材料。

由蜗杆传动的失效形式可知，对蜗杆和涡轮的材料不仅要有足够的强度，更重要的是应具有良好的跑合性，减摩性及耐磨性，杆用淬火钢，涡轮用铜可满足上述要求。

八、蜗杆传动的功率损耗包括哪几部分？

啮合摩擦损耗、轴承摩擦损耗及溅油损耗时效率

轴

一、轴的用途:支承做回转运动的零件,以传递运动和动力

二、直轴包括光轴和阶梯轴.

直轴按照承载情况不同分为三类.1)转轴(传递转矩承受弯矩2)传递转矩不承受弯矩3)心轴(只承受弯矩不传递转矩).

注：自行车前后轮为固定心轴；齿轮箱中全部为转轴。

三、轴的设计步骤有哪些:

1)轴的材料选择.2)轴颈的初步计算.3)轴的结构设计.4)轴的强度校核.5)画轴的结构图.

四、轴上零件的轴向固定和定位方法有哪些？

1）轴肩和轴环。2）轴套。3）螺钉锁紧挡圈。4）弹性挡圈。5）轴端挡圈。6）圆螺母。

五、轴的结构设计应注意哪些问题？

1、轴应便于加工，轴上零件应易于安装、调整和拆卸；

2、轴的受力要合理，应力集中小；

3、轴上零件应定位准确、固定可靠；

4、轴的加工工艺性好。

六、简述轴有几种强度计算方法？各用于何种场合？

1、传动轴按扭转强度条件计算；

2、转轴在初估计算、进行结构设计后按弯扭合成强度条件计算；

3、重要的轴按疲劳强度进行校核计算。

4、对于瞬时载荷很大的轴应按最大载荷进行静强度条件的安全系数校核计算，以避免轴在最大载荷下产生过量的塑性变形。

滚动轴承一、特点：与滑动轴承相比，滚动轴承

有启动灵活，摩擦阻力小、效率高、

润滑简便及易于互换等优点。

缺点：抗冲击能力差，高速时有噪声，工

作寿命不及液体摩擦的滑动轴承。

二、分类：按公称接触角的不同可分为：

1.向心轴承（承受径向荷载，0≤α≤45?）

2.推力轴承（承受轴向荷载，45≤α≤90）

三、轴承的轴向固定

全固式（两端各单向固定）：结构简单，

安装方便，但只适用于跨距较小，温度不

高的轴系结构。

固游式：（一段双向固定，一段游动）：

适用于轴的跨距较大或温度高的轴。

四、常见的内圈在轴上的锁紧方法：

1）轴用弹性挡圈锁紧

2）轴端挡圈锁紧

3）圆螺母和止动垫圈锁紧

4）开口圆锥紧定套、止动垫圈和圆螺母

锁紧。

五、轴承外圈在轴承座孔内轴向固定的

常用方法：

1）轴承端盖固定用于转速高、轴向力大

的各类向心和推力轴承。

2）孔用弹性挡圈固定适用于轴向力不

大的场合。

3）套杯台肩固定适用于轴向力大、转速

较高的场合。

4）螺纹环固定用于转速高，轴向力大，

不适于采用轴承端盖固定的场合。

六、滚动轴承预紧的目的是什么：

预紧可以提高轴承的旋转精度，增加轴承

组合的刚性，减少震动和噪音。

预紧方法：1）外圈或内圈间加金属垫片

2）在一对轴承之间装入长短不等的套筒

实现轴承的预紧。

3）用弹簧预紧。

七、常用润滑方式：

1）油浴润滑

2）飞溅润滑

3）喷油润滑

八、密封分类

1.接触式密封

1）毡圈密封2）皮碗密封

3）密封环密封

2.非接触式密封

1）油沟式密封2）迷宫式密封

3）甩油环与油沟组合

九、选择滚动轴承类型时应主要考虑那些

因素？当轴的刚度较差或轴存在多支点

支承时，一般应选用哪类滚动轴承？

1.轴承的载荷

2.轴承的转速

3.轴承的调心性能

4.轴承的安装和拆卸

5.经济性

选调心球轴承或调心滚子轴承

滑动轴承

一、滑动轴承分类及应用场合

在高速、重载、高精度、腐蚀介质中、径向尺寸小（径向尺寸小，轴向尺寸大）

液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承。

这里的非液体摩擦是指边界摩擦和混合摩擦的总称。

二、滚动轴承形成流体动压润滑的充要条件是什么？

1、两摩擦面必须互相倾斜呈楔形；

2、两摩擦面要具有一定的相对滑动速度，并且其速度方向应该使润滑油从楔形大口流入，小口流出；

3、润滑油应具有一定的黏度，且供油要充分。

三．说明承载机理，条件是什么？

1、由于润滑油的吸附作用，与A板接触的油液速度为U，与B板接触的油液速度为零；

2、又由于油不可压缩并假定沿垂直纸面方向板的宽度无穷大，油不能沿该方向流动，必然在楔形间隙中能产生把平板A向上托起的油压p；

3、在入口一侧，压力使速度向回凹以限制流入流量；在出口一侧，压力使速度向前凸以增加流出油量，这样就可以保证了流入流量等于流出流量。