机械设计经典五十问
一. 螺纹
1.请写出螺纹类型？哪些螺纹用于连接，哪些螺纹用于传动？
答：根据牙型的不同，螺纹可分为三角形螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹。
三角形螺纹、管螺纹主要用于联接，梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹主要用于传动。
2.螺纹连接有几种？各用在什么场合？
答：螺纹连接有四种，螺栓连接、螺钉连接、双头螺柱连接、紧定螺钉连接。
螺栓连接：适用于承受垂直于螺栓轴线的横向载荷，两个被连接件都比较薄，可以打通孔的时候。
螺钉、双头螺柱连接：其中一个被连接件比较薄，可以打通孔；另外一个被连接件比较厚，只能打 螺纹孔。
但双头螺柱连接是用在经常拆卸的场合，而螺钉连接是用在不经常拆卸的场合。
紧定螺钉连接：固定两个零件的相对位置，并可以传递不大的力或者转矩。
3.螺纹连接为什么要预紧？写出常见的确定预紧力的方法？
答：1.提高连接的刚度和紧密性。
2.4种，第一种是靠经验，第二用测力矩扳手。第三，用定力矩扳手。第四种，控制螺纹的伸长量。
4.螺纹连接为什么要防松？防松方法有哪几种？要求每一种举一例。
答：第一种是专门元件防松，第二种就是摩擦力防松。第三种是其他方法防松。
1.用槽形螺母和开口销 2.弹簧垫片 3.涂黏合剂
5.如何提高螺纹连接的强度？请写出3种提高螺纹连接强度的措施。
1,优化螺纹设计：调整螺纹的参数如螺纹的深度、螺距、牙型等，以提高螺纹的承载能力。
2,材料选择：选择高强度材料; 对螺纹连接件进行合适的热处理
3,装配工艺：及时螺纹清洁，按照正确的装配工艺进行螺纹连接，适当螺纹紧固。
二、齿轮
5.何谓渐开线齿轮传动的可分性？如令一对标准齿轮的中心距略大于标准中心距，能不能传动？有什么不良影响？
答：可分性：中心句变化不一定完全不一样。
能穿动，但中心距大于标 准中心距，齿侧间隙不等于零，会有震动。
在运动的过程当中，有震动噪声。
6.何谓齿轮的分度圆及节圆？两者有何区别？
答：分度圆：尺寸计算的基准圆，在这个圆上面，齿厚和齿槽宽是相等的。
节圆：齿轮啮合时实际接触的圆。节圆是两齿轮分度圆的公切圆。
分度圆主要用于齿轮设计时确定齿轮的齿距和齿数，而节圆用于计算齿轮啮合时的力传递和啮合线速度。分度圆是固定不变的，而节圆的位置会随着齿轮的啮合状态变化。分度圆是固定不变的，而节圆的位置会随着齿轮的啮合状态变化。
7.何谓齿轮的压力角及啮合角？两角有何区别？
答：力的方向和速度方向所夹的锐角是压力角。对于渐开线的标准直齿圆柱齿轮，压力角是20度。
内公切线所夹的角度是啮合角。
- 定义不同：压力角是齿轮齿廓法线与齿轮轴线之间的夹角，而啮合角是两个啮合中的齿轮轴线之间的夹角。
- 作用不同：压力角主要影响齿轮齿形的设计、强度和 传动效率，而啮合角则影响到齿轮啮合时的传动特性和力学性能。
8.常见的齿轮失效形式有哪些？失效的原因是什么？
答：轮齿折断，还有齿面的点蚀、磨损、胶合、塑性变形；
轮齿折断：齿根处产生的弯曲应力导致出现初始疲劳裂纹，裂纹不断扩展最终导致折断。
齿面点蚀：齿面受交变接触应力导致出现初始疲劳裂纹，润滑油进入裂纹产生挤压，表层金属剥落出现麻点状凹坑。
齿面磨损：由于灰尘和硬屑粒进入齿面磨损，或者新齿轮副接触处受载较大跑合磨损。
齿面胶合：高速重载时摩擦热使得油膜破裂，齿面金属直接接触并粘接，造成齿面相对滑动，较软齿面金属沿滑动方向被撕落；低速重载时不易形成油膜，表面膜被刺破而粘着。
齿面塑性变形：齿面材料较软且载荷和摩擦力很大，齿面金属会沿摩擦力的方向流动。
9.齿轮传动的设计准则通常是由哪些失效形式决定的？
闭式软齿轮，疲劳点蚀 。
闭式硬齿面齿轮，轮齿的折断；
开式齿轮主要针对的是磨损。
10.齿轮设计计算中有哪两种强度计算理论？
齿面接触疲劳强度、轮齿弯曲疲劳强度。
11.闭式软齿面齿轮的主要失效形式是什么？如何进行设计？
疲劳点蚀。先按接触疲劳强度设计，再校核弯曲疲劳强度。
12.请列举出提高齿轮强度的主要措施。
1.热处理 2.增加模数 3.增加分度圆直径 4.改善材料
13.一对斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是什么？
端面的模数和端面压力角分别相等，或者说法面的模数和法面的压力角分别相等。
还有一条螺旋角大小相等。如果外啮合齿轮的话，旋向是相反的。如果内镍和齿轮的话，旋向是相同的。
14.与直齿轮相比，斜齿轮传动有哪些优缺点？
啮合性能好：齿面上的力由小到大，再由大到小逐渐减小。因此，斜齿轮适用于高速、重载的场合。
重合度大：意味着同时参与啮合的轮齿对数多，传动平稳。
结构紧凑：最小齿数越小，结构越紧凑。
15.为什么要限制齿轮的最少齿数？对于α=20° 正常齿制的标准直齿圆柱齿轮，其最少齿数zmin是多少？
1.防止根切
2.17
三、带传动
16.带传动中，弹性滑动是怎样产生的？造成什么后果？
1.紧边拉力和松边拉力不相等，带会在带轮上产生微量的相对滑动。
2.传动比不准确。
17.带传动中，打滑是怎样产生的？打滑的利害方面各是什么？
1.传递的载荷大于载荷带轮之间的极限摩擦力就会产生打滑。
2.害：打滑使得带的磨损加剧，导致传动失效；
利：过载时产生的打滑可以避免机器因过载而损坏。
18.带传动工作时，带上所受应力有哪几种？如何分布？最大应力在何处？
3种，拉应力、离心拉应力、弯曲应力。
第一圈，离心拉应力是在带的全长上都有，而且都是相等的。
紧边拉应力和松边应力，在紧边这一侧和松边这一侧分别是紧边拉应力和松边拉应力，但是这两个的值是不相等的。
在绕过小带轮和绕过大带轮的这两侧，应力都是一直在变化的。
第三圈，弯曲应力只有小带轮一侧和大带轮一侧有。
19.带传动的主要失效形式是什么？写出带传动设计的依据？
打滑、疲劳破坏。
既不打滑，又要有一定的疲劳强度和寿命。
四、蜗杆传动
20.蜗杆传动有哪些特点？适用于哪些场合？为什么？
很大的传动比、结构紧凑、传动平稳、噪声较小。传动效率较低，制造成本较高。
中小功率、间断工作的场合。
有大传动比的要求、需要平稳运行、噪声低。
21.大功率传动为什么很少用蜗杆传动？
因为蜗杆传动效率低（70%），损失多。
22.何谓蜗杆传动的中间平面？何谓蜗杆分度圆直径？
过蜗杆的轴线，并且垂直于蜗轮轴线的，这样的平面是中间平面。
蜗杆分度圆直径=模数*蜗杆直径系数。
23.一对阿基米德圆柱蜗杆与蜗轮的正确啮合条件是什么？
中间平面，也就是涡杆的模数和蜗轮的端面模数相等。蜗杆的轴面压力角和涡轮的端面压力角相等。
蜗杆的导程角和蜗轮的螺旋角，大小相等，旋向是相同的。
24.蜗杆传动的传动比等于什么？为什么蜗杆传动可得到大的传动比？
等于N1比N2，等于Z2比Z1，不等于D2比上D1（因为蜗杆分度圆直径是用直径系数计算的）。
这是由于传动比等于蜗轮齿数与蜗杆齿数比，而蜗杆齿数（螺纹头数）往往可以很少，所以传动比可以很大。
25.为什么蜗杆传动的效率低？
蜗杆传动的时候，蜗杆和蜗轮啮合的区域有相对滑动速度，而且这个相对滑动速度比较大。用一个直角三角形来表示的话，涡轮速度矢量和蜗杆速度矢量是两个直角边，相对滑动速度矢量是斜边，产生摩擦热导致效率低。
26.蜗杆传动中，为什么要规定d1与m对应的标准值？
当用滚刀加工蜗轮时，为了保证蜗杆与该蜗轮的正确啮合，所用蜗轮滚刀的齿形及直径必须与相啮合的蜗杆相同，这样，每一种尺寸的蜗杆，就对应有一把蜗轮刀滚，因此规定蜗杆分度圆直径 d 为标准值，且与模数 m 相搭配; 其次，蜗轮加工的刀具昂贵，规定蜗杆分度直径 d 为标准值且与模数相搭配可以减少加工刀具的数量。
五、轴承
27.试说明轴承代号6206、33215E、7312C及52412/P6的含义。
（掌握：六类深沟球，三类圆锥滚子轴承，七类脚接触球轴承，五类推力球轴承、N类圆柱滚子轴承。）
6206: 深沟球轴承，尺寸系列02，为(窄)轻系列，轴承内径d=30mm，公差等级为0级。
33215E: 圆锥滚子轴承，尺寸系列32，为特宽轻系列，轴承内径d=75mm，加强 型，公差等级为0级。
7312C: 角接触球轴承，尺寸系列03，为(窄)中系列，轴承内径d=60mm，公称接触角15°，公差等级为0级。
52412/P6: 双向推力球轴承，尺寸系列24，为正常高、重系列，轴承内径d=60mm，公差等级为6级。
28.轴承寿命计算中用到当量动载荷,请解释什么是当量动载荷,如何计算当量动载荷?
定义：实际承受的，径向和轴向载荷转换成一个单方向的假想载荷。
计算：计算轴向载荷和径向载荷，将它们分别乘以轴向载荷系数得出当量动载荷。
29.什么是轴承的正装和反装?
正装：轴承的外圈，窄边对窄边。
反装：轴承的外圈，宽边对宽边。
30.对于角接触球轴承和圆锥滚子轴承而言,如何计算轴向载荷?
1.判断是正装还是反装
正装：派生轴向力相面对；反装：相背离。
2.求派生轴向力
（考试会给公式）
3.计算整个轴向方向的合力，判断哪边是紧端哪边是松端。正装，合力的指向指向紧端，反装指向松端。
4.紧端轴承所受的轴线力是除了它自己轴线力以外，其他轴向载荷的代数和；放松端轴承所承受的轴向力就是它自己的派生轴线力。
31.试述滚动轴承的寿命与基本额定寿命的区别。某轴承实际使用寿命低于其计算的基本额定寿命，试解释其原因。
寿命：实际在滚动体的内外圈或者是滚道上出现这个疲劳点蚀的时候，轴承所经历的时间就是它的寿命。
基本额定寿命：一批相同的轴承在相同下条件下运转，90%的轴承不发生疲劳点蚀的时间。
原因：实际使用的过程当中有可能会发生失效，概率是10%。
六、齿轮计算（强度计算不是重点，重点是轴）
32.直齿圆柱齿轮进行弯曲疲劳强度计算时危险截面是如何确定的？
用30°切线法确定。找到齿轮尺厚的中心线，从这条线开始做这个30度的切线，最先切到的这个面就是它的危险截面。
33.齿形系数Y_Fa 与模数有关吗？有哪些因素影响Y_Fa 的大小？
无关；齿数和变位系数。
34.试述齿宽系数的定义。选择时应考虑哪些因素？
圆柱齿轮：尺宽除以小齿轮的分度圆直径。
锥齿轮：尺宽除以锥距。
考虑载荷大小、传动精度、噪声要求、材料强度和制造工艺等多种因素。
35.试说明齿形系数Y_Fa 的物理意义。如果两个齿轮的齿数和变位系数相同，而模数不同，试问齿形系数Y_Fa 是否有变化？
物理意义：轮齿的几何形状对于抗弯能力的影响；
无变化，齿形系数与齿数和变位系数有关，与模数没有直接的关系。
36.一对钢制标准直齿圆柱齿轮，z1=19，z2=88 。试问哪个齿轮所受的接触应力大？哪个齿轮所受的弯曲应力大？
一对齿轮粘合的时候，接触应力是相等的，小齿轮所受的弯曲应力大。
37.为什么设计齿轮时所选齿宽系数既不能太大，又不能太小？
太大的话容易偏窄，齿越宽越容易偏窄。如果太小的话，它的接触应力大，有可能齿轮的强度不够，所以齿宽系数既不能太大，也不能太小。
38.一对圆柱齿轮的实际齿宽为什么做成不相等？哪个齿轮的齿宽大？在计算中齿宽b应以哪个齿轮的齿宽代入？为什么？
保证它的接触线的长度；小齿轮齿宽大；代入大齿轮的齿宽；目的主要是保证它的接触线的长度。
39.一对钢制（45钢调质，硬度为280 HBS）标准齿轮和一对铸铁齿轮（HT300，硬度为230HBS），两对齿轮的尺寸、参数及传递载荷相同。试问哪对齿轮所受的接触应力大？哪对齿轮的接触疲劳强度高？为什么？
两种材料的齿轮接触应力相同， 因为尺寸、参数及传递载荷相同。
45钢的齿轮接触疲劳强度比铸铁的高，与材料强度有关。
40.在什么情况下要将齿轮与轴做成一体？为什么往往齿轮与轴分开制造？
在这个齿轮的轮毂上开键槽，键槽的顶部和齿轮根部之间的距离如果小于2.5倍的模数的话，那么这个地方特别容易裂开。这时候必须做成这个齿轮轴。
41.设计传动比i=3的标准直齿圆柱齿轮，选择齿数z1 =12，z2=36，行不行？为什么？
不行；直齿圆柱齿轮最小齿数是17，这样才能保证正常传动。齿数小于17后，会产生根切，强度不够。
42.设计一对闭式齿轮传动，先按接触强度进行设计，校核时发现弯曲疲劳强度不够，请至少提出两条改进意见，并简述其理由。
改变齿轮材料，提高许用弯曲应力。
适当增大齿宽，弯曲应力下降。
中心距不变，减少齿数，增大模数，弯曲应力下降。
43.在闭式软齿面圆柱齿轮传动中，在保证弯曲强度的前提下，齿数z 1 选多些有利，试简述其理由。
当分度圆直径一定时(即中心矩不变),增大齿数能增大端面重合度,改善传动的平稳性,并减小噪声。(2 分)
同时齿数的增多,则模数减小,可以减小齿顶圆直径,降低切削成本。 齿面相对滑动速度减小,还 可以减小磨损和胶合。(1 分)
但模数减小,齿厚减小,因而会降低齿根的弯曲强度。因此在满足齿根弯曲疲劳强度的条件下,齿数宜取多一些。
七、轴的设计
44.为何大多数轴呈阶梯形?
方便零件在轴上的装拆和固定，同时也可以节省材料、减轻重量、便于加工。
45.零件在轴上进行周向固定时，可采用哪些方法?
键、花键、过盈配合。
46.零件在轴上进行轴向固定时，可采用哪些方法?
轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈。
47.当量弯矩计算公式中α的含义是什么?
α为折合系数，将剪应力折合成对称循环变应力。
48.设计轴肩高度和轴的圆角半径时，应注意什么问题?
为使轴上零件与轴肩端面靠紧，应保证轴的圆角半径r、轴肩高度h与零件毂孔倒角高度C或圆角半径R之间满足如下关系：r<C<h，r<R<h。
49.轴受载以后，如果产生了过大的弯曲变形或扭转变形，对轴的正常工作有什么影响?举例说明之。
影响轴上零件的正常工作。
例：安装齿轮的轴弯曲变形，会使得齿轮啮合发生偏载，滚动轴承支承的轴的弯曲变形，使得轴承的内外环相互倾斜，超过允许值后，轴承寿命显著降低。扭转变形过大，将影响机器的精度以及旋转零件上载荷的分布均匀性，对轴的振动也有一定的影响。
50.齿轮减速器中，为什么低速轴的直径要比高速轴的直径粗得多?
低速轴传递的转矩T大。根据扭矩公式可知，在功率基本不变的情况下，转速低的话，轴承受的载荷大，所以轴的直径就比较粗。