8  机械零件设计概论9  联　　接10  齿 轮 传 动11  蜗 杆 传 动

1、【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。

2、【答】机械零件的常规设计方法

（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。

3、【答】变应力的循环特性r是最小应力与最大应力的比值，即

静应力时：

对称循环应力时：

脉动循环应力时：

4、【答】滑动摩擦的四个状态是干摩擦、边界摩擦、混合摩擦和液体摩擦。主要特征是

（1）干摩擦：表面间无任何润滑剂或保护的纯金属接触时的摩擦；

（2）边界摩擦：摩擦表面被吸附的边界膜隔开，摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦；

（3）流体摩擦：摩擦表面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦；

（4）混合摩擦：摩擦状态处于边界摩擦及流体摩擦的混合状态时的摩擦。

5、【答】机械零件的一般磨损过程大致分为磨合阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损三个阶段。

每个阶段的特征：

1）  磨合阶段：新的摩擦副表面较粗糙，在一定载荷的作用下，摩擦表面逐渐被磨平，实际接触面积逐渐增大，磨损速度开始很快，然后减慢；

2）  稳定磨损阶段：经过磨合，摩擦表面加工硬化，微观几何形状改变，从而建立了弹性接触的条件，磨损速度缓慢，处于稳定状态；

3）  剧烈磨损阶段：经过较长时间的稳定磨损后，因零件表面遭到破化，湿摩擦条件发生加大的变化（如温度的急剧升高，金属组织的变化等），磨损速度急剧增加，这时机械效率下降，精度降低，出现异常的噪声及振动，最后导致零件失效。

6、【答】润滑油的主要质量指标有：粘度、润滑性（油性）、极压性、闪点、凝点和氧化稳定性。

润滑脂的主要质量指标有：锥（针）入度（或稠度）和滴点。

9  联　　接

1、【答】三角形螺纹牙型角大，故自锁性能好，而且牙根厚、强度高，故多用于紧固联接。

由公式    和    可知，矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹牙型角小，传动效率高，故多用于传动。

由公式    可知，螺距相同时，多线螺纹升角大，传动效率较高，故主要用于传动。

2、【答】联接用螺纹紧固件一般都能满足自锁条件，并且拧紧后，螺母、螺栓头部等承压面处的摩擦也都有防松作用，因此在承受静载荷和工作温度变化不大时，螺纹联接一般都不会自动松脱。但在冲击、振动、变载荷及温度变化较大的情况下，联接有可能松动，甚至松开，造成联接失效，引起机器损坏，甚至导致严重的人身事故等。所以在设计螺纹联接时，必须考虑防松问题。

螺纹联接防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。具体的防松装置或方法很多，按工作原理可分为三类： 1）摩擦防松：采用各种结构措施使螺旋副中保持较大的防松阻力矩。这种方法简单方便，但不十分可靠，多用于冲击的振动不剧烈的场合。2）机械防松：利用各种止动零件阻止拧紧的螺纹零件相对转动。这类防松方法相当可靠，应用很广。3）其它方法：如端面冲点法防松、粘合法防松，防松效果良好，但仅适用于很少拆开或不拆的联接。

3、【答】螺纹联接的主要类型有螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接和紧定螺钉联接四种。主要特点是：

１、螺栓联接：有普通螺栓联接和铰制孔螺栓联接两种。普通螺栓联接被联接件的通孔与螺栓杆之间有间隙，所以孔的加工精度可以低些，不需在被联接件上切制螺纹，同时结构简单、装拆方便，所以应用最广。铰制孔螺栓联接螺栓杆与孔之间没有间隙，能确定被联接件的相对位置，并能承受横向载荷。

2、螺钉联接：螺钉直接旋入被联接件的螺纹孔中。适用于被联接件之一较厚，或另一端不能装螺母的场合。由于不用螺母，所以易于实现外观平整、结构紧凑；但要在被联接件上切制螺纹，因而其结构比螺栓联接复杂一些。 不适用于经常拆装的场合。如经常拆装，会使螺纹孔磨损，导致被联接件过早失效。

3、双头螺柱联接：使用两端均有螺纹的螺柱，一端旋入并紧定在较厚被联接件的螺纹孔中，另一端穿过较薄被联接件的通孔，加上垫片，旋上螺母并拧紧，即成为双头螺柱联接。这种联接在结构上较前两种复杂，但兼有前两者的特点，即便于拆装，又可用于有较厚被联接件或要求结构紧凑的场合。

４、紧定螺钉联接：将紧定螺钉拧入一零件的螺纹孔中，其末端顶住另一零件的表面，或顶入相应的凹坑中，以固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或扭矩,多用于固定轴上零件的相对位置。

4、【解】自锁时有  l≤ r ′

故具有自锁性螺旋传动的效率小于50%

8、【答】平键联接的工作面是两侧面，上表面与轮毂槽底之间留有间隙，工作时，靠键与键槽的互压传递转矩，但不能实现轴上零件的轴向定位，所以也不能承受轴向力。具有制造简单、装拆方便、定心性较好等优点，应用广泛。

楔键联接的工作面是上下面，其上表面和轮毂键槽底面均有1:100的斜度，装配时需打紧，靠楔紧后上下面产生的摩擦力传递转矩，并能实现轴上零件的轴向固定和承受单向轴向力。由于楔紧后使轴和轮毂产生偏心，故多用于定心精度要求不高、载荷平稳和低速的场合。

9、【答】平键联接的主要失效形式是较弱零件（通常为轮毂）的工作面被压溃（静联接）或磨损（动联接，特别是在载荷作用下移动时），除非有严重过载，一般不会出现键的剪断。

键的截面尺寸应根据轴径d从键的标准中选取。

键的长度L可参照轮毂长度从标准中选取，L值应略短于轮毂长度。

10  齿 轮 传 动

1、【答】齿轮传动常见的失效形式有：（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、【答】1）金属制的软齿面齿轮配对的两齿轮中，小齿轮齿根强度较弱，且小齿轮的应力循环次数较多，所以提高小齿轮齿面硬度能够提高齿根强度；

2）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。

3、【答】将小齿轮的齿宽在圆整值的基础上加宽5~10mm，可以防止大小齿轮因制造和装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的工作载荷。

11  蜗 杆 传 动

1、【答】蜗杆传动的主要特点有：（1）传动比大，零件数目少，结构紧凑；（2）冲击载荷小、传动平稳，噪声低；（3）当蜗杆的螺旋升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动具有自锁性；（4）摩擦损失较大，效率低；当传动具有自锁性时，效率仅为0。4左右；（5）由于摩擦与磨损严重，常需耗用有色金属制造蜗轮（或轮圈），以便与钢制蜗杆配对组成减摩性良好的滑动摩擦副。

蜗杆传动通常用于空间两轴线交错，要求结构紧凑，传动比大的减速装置，也有少数机器用作增速装置。

2、【答】蜗杆直径系数是蜗杆分度圆直径和模数的比值。

引入蜗杆直径系数是为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的标准化。

3、【答】蜗轮的端面模数是标准值1）在中间平面上，普通圆柱蜗杆传动就相当于齿条与齿轮的啮合传动。所以在设计蜗杆传动时，均取中间平面上的参数（如模数、压力角等）和尺寸（如齿顶圆、分度圆等）为基准，并沿用齿轮传动的计算关系。对于蜗轮来说，端面模数等于中间平面上的模数。

2）蜗杆传动的正确啮合条件是：蜗杆的轴向模数等于蜗轮的端面模数；蜗杆的轴向压力角等于蜗轮的端面压力角；蜗杆中圆柱上螺旋线的导程角等于蜗轮分度圆上的螺旋角，且螺旋线方向相同。即

；；

第二篇：机械设计基础课程教学大纲(8)

20xx年硕士研究生入学考试大纲

考试科目名称：机械设计基础 考试科目代码：[944]

一、 考试要求：

机械设计基础课程是一门技术基础课。它为学习专业课程提供必要的理论基础，学生毕业后无论从事机械设计还是作为设备管理、运行工作，课程都提供了常用机构、通用零部件及其传动的原理，设备的正确使用、维护及设备的故障分析等方面所必要的基本知识。通过本课程的学习和课程设计实践，可以培养学生初步具备设计普通机械传动装置和简单机械的能力，为日后创造性的活动打下坚实的基础。

考试具体要求：

1）答案写要在答题纸上；

2）要求考生自带直尺、圆规、三角板、计算器等。

二、考试内容：

1）绪论

a:机器的组成，研究对象、内容及概念，机器与机构的区别、联系。

2）机构运动简图及自由度的计算

a:机构的组成、运动副的类型、平面机构运动简图的绘制。平面机构自由度的计算。速度瞬心及其在机构速度分析上的应用。

b:重点掌握平面机构自由度的计算；

c:重点掌握速度瞬心及其在机构速度分析上的应用。

3）平面连杆机构

a:平面四杆机构的基本类型及其应用。铰链四杆机构的演化、曲柄存在条件、四杆机构的基本特性。平面四杆机构的设计；

b:重点掌握铰链四杆机构的演化、曲柄存在条件、四杆机构的基本特性。

4）凸轮机构

a:凸轮机构的应用和类型。凸轮机构的概念。凸轮轮廓设计。

b:重点掌握凸轮机构压力角。

5）齿轮机构

a:齿轮机构的特点和类型，齿廓啮合基本定律。渐开线形成及性质。齿轮各部分名称及渐开线齿轮的几何尺寸计算。渐开线标准齿轮的啮合。齿轮加工。根切、最少齿数及变位齿轮。斜齿圆柱齿轮齿廓形成及参数关系，当量齿轮、当量齿数，几何尺寸计算。直齿圆锥齿轮齿面形成、背锥、当量齿数，几何尺寸计算。

b:重点掌握齿轮各部分名称及渐开线齿轮的几何尺寸计算。

5）轮系

a:定轴轮系传动比的计算。周转轮系传动比的计算。混合轮系传动比的计算。轮系的应用。

b:重点掌握混合轮系传动比的计算。

6）机械设计概述

a:机械零件的主要失效形式。机械零件设计的一般步骤，机械零件的工作能力和计算准则。机械零件的强度。机械零件的耐磨性。机械零件的常用材料。机械零件的工艺性、标准化

b:重点掌握机械零件的强度。

7）联接

联接的类型和应用，平键联接的选用、校核和计算。花键联接。销联接。螺纹的参数。螺旋副的受力分析、效率和自锁。常用螺纹。螺纹连接的基本类型及紧固件。螺纹连接的预紧和防松，螺栓联接的强度计算。材料及许用应力。提高螺栓联接强度的措施。

b:重点掌握螺栓组联接的强度计算。

c: 重点掌握自锁、当量摩擦角、当量摩擦系数概念及螺旋副自锁条件。

8）齿轮传动

a:齿轮的失效形式及计算准则。齿轮材料及热处理。直齿圆柱齿轮的受力分析。直齿圆柱齿轮齿面接触强度及齿根弯曲强的计算。斜齿圆柱齿轮受力分析及强度计算。直齿圆锥齿轮受力分析及强度计算。齿轮的结构设计、齿轮传动的润滑。

b:重点掌握直齿圆柱齿轮齿面接触强度及齿根弯曲强的计算。

c:重点掌握:斜齿圆柱齿轮受力分析、圆锥齿轮受力分析。

9）蜗杆传动

a:蜗杆传动的类型和应用。蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算。蜗杆传动的受力分析和强度计算。蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算。

b:重点掌握蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算。

c:重点掌握蜗杆传动的受力分析和强度计算。

10）带传动和链传动

a:带传动的类型和应用。带传动的运动分析。带传动的受力分析。带的应力分析。弹性滑动与打滑。普通∨带传动计算。带轮结构。

链传动的特点和应用。链传动运动的不均匀性。链传动的受力分析。链传动的主要参数及其选择。滚子链传动的设计计算。链传动的布置和润滑。

b:重点掌握弹性滑动与打滑。链传动运动的不均匀性。

c:重点掌握普通∨带传动计算。滚子链传动的设计计算。

11）轴

a:轴的功用和类型、轴的材料。轴的结构设计，轴的强度计算。轴的刚度计算。

b:重点掌握轴的结构设计。

12）滑动轴承

a:摩擦状态。滑动轴承的结构型式。轴瓦及轴承材料。润滑剂及润滑装置。非液体润滑轴承的计算。动压润滑形成原理。液体动压向心轴承设计简介。

b:重点掌握轴瓦及轴承材料，非液体润滑轴承的计算，动压润滑形成原理。

13）滚动轴承

滚动轴承类型和特点。滚动轴承的代号。滚动轴承的失效形式。滚动轴承的选择计算。滚动轴承的组合设计。

b: 重点掌握滚动轴承的选择计算，。

14）联轴器

a:联轴器的类型、特点和应用。联轴器的选择方法。

15）弹簧

a:内圆柱螺旋弹簧的主要参数。特性曲线。圆柱螺旋弹簧的应力与变形。

三、 参考书目

[1]杨可桢等.机械设计基础.第五版.北京：高等教育出版社.20xx.

[2] 杨可桢等.机械设计基础.第四版.北京：高等教育出版社.20xx.

[3] 陈良玉,王玉良.机械设计基础.第一版.沈阳：东北大学出版社.20xx.