机械设计复习要点及重点习题

【答】平键连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。

楔键连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。 2、平键连接有哪些失效形式？普通平键的截面尺寸和长度如何确定？

【答】平键连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（静连接）或磨损（动连接，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b?h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。

3、为什么采用两个平键时，一般布置在沿周向相隔180°的位置，采用两个楔键时，则应沿周向相隔90°～120°，而采用两个半圆键时，却布置在轴的同一母线上？

【答】两个平键连接，一般沿周向相隔180布置，对轴的削弱均匀，并且两键的挤压力对轴平衡，对轴不产生附加弯矩，受力状态好。

采用两个楔键时，相隔90~120布置。若夹角过小，则对轴的局部削弱过大。若夹角过大，则两个楔键的总承载能力下降。当夹角为180时，两个楔键的承载能力大体上只相当于一个楔键盘的承载能力。

采用两个半圆键时，在轴的同一母线上布置。半圆键对轴的削弱较大，两个半圆键不能放在同一横截面上。只能放在同一母线上。

????五 带 传 动

1、影响带传动工作能力的因素有哪些？

1?1/ef?【答】由公式（8-7）Fec?2F01?1/ef?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）?c??2A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

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F1?F0?因此，为避免紧边过大的拉应力?1FeP?F0?1000 2??F1A，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n1?1450 r/min，带与带轮的当量摩擦系数fv?0.51，包角?1?180?，预紧力

F0?360 N。试问：

1） 该传动所能传递的最大有效拉力为多少； 2） 若dd1?100 mm，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。

1?1/efa1?1/e0.51??2?360??478.35N 【解】(1) Fec?2F0fa0.51?1?1/e1?1/e(2) 传递的最大扭矩

T?Fec?(3) 输出功率

dd1100?478.35??23917.5N.mm 22Fec?Fec?n1?dd1?0.95??0.95100060?1000?1000

478.35?1450???100 ??0.95?3.63 kW60?1000?1000P?6、V带传动传递的功率P?7.5 kW，带速??10 m/s，紧边拉力是松边拉力的两倍，即 F1?2F2，试求紧边拉力F1、有效拉力Fe和预紧力F0。

【解】由P?Fe?kW，得 1000Fe?1000P??1000?7.5?750N

10由Fe?F1?F2，又F1?2F2，得

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F1?2F2?2?750?1500N

由F1?F0?Fe，得 2F0?F1?Fe750?1500??1125N 22六 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（?拉断。

?0.6m/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

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4、在如图所示链传动中，小链轮为主动轮，中心距a?(30～50)p。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）

a

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。

七 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30～50 HBS？

【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）。 【解】

Fa3 Fr4

Ft4

Fr1

Ft1

Ft3

Fr3

Fa4 Ft2

Fa1

Fr2 Fa2

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