2025年机械设计简答试题及答案.docxVIP

2025年机械设计简答试题及答案

1.简述螺纹连接防松的基本原理及常用防松方法，各举1-2例说明。

答：螺纹连接防松的核心原理是防止螺纹副在受载（如振动、冲击、变载荷）时发生相对转动，避免连接松动失效。常用防松方法分为三类：

（1）摩擦防松：通过增大螺纹副间的摩擦力矩阻止相对转动。例如：①双螺母防松（利用两螺母对顶使螺纹间产生附加压力）；②弹簧垫圈防松（垫圈被压平后反弹力使螺纹副保持摩擦）。

（2）机械防松：利用机械装置直接限制螺纹副相对转动。例如：①开口销与槽形螺母防松（开口销穿过螺母槽和螺栓尾孔，限制螺母转动）；②止动垫圈防松（内舌嵌入螺栓槽，外舌弯入螺母切口中）。

（3）永久防松：通过破坏螺纹副或连接结构实现不可拆卸的防松。例如：①焊接防松（将螺栓与螺母局部焊接）；②冲点防松（在螺纹末端冲点使螺纹变形）。

2.齿轮传动中，齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度的计算分别针对哪些失效形式？设计时如何通过参数选择提高两种强度？

答：接触疲劳强度计算主要针对齿面疲劳点蚀失效，弯曲疲劳强度计算主要针对轮齿疲劳折断失效。

提高接触疲劳强度的参数选择策略：①增大齿轮分度圆直径（d=mz）或中心距（a=(d1+d2)/2），降低接触应力；②采用较小的模数（m）和较多的齿数（z），在相同分度圆直径下增加齿数可减小齿顶圆直径，改善润滑条件；③提高齿面硬度（如表面淬火、渗碳），增强抗点蚀能力。

提高弯曲疲劳强度的参数选择策略：①增大模数（m），因弯曲应力与m3成反比；②采用负变位齿轮（仅适用于大齿轮），使齿根厚度增加；③降低齿形系数（YFa），选择标准齿（20°压力角）或修形齿以优化齿根应力分布；④提高齿面加工精度（减小齿根过渡圆角处的应力集中）。

3.轴的结构设计需要满足哪些主要原则？请结合阶梯轴的典型结构说明各原则的具体体现。

答：轴的结构设计需满足以下原则：

（1）强度与刚度原则：轴的截面形状和尺寸应满足载荷下的强度、刚度要求。例如阶梯轴的直径从中间向两端递减（大直径段承受弯矩/扭矩大的部位），避免应力集中（轴肩处设过渡圆角，键槽采用对称布置）。

（2）定位与固定原则：轴上零件需轴向和周向固定。轴向固定常用轴肩（如齿轮内孔与轴肩端面接触）、套筒（齿轮与轴承间用套筒定位）、圆螺母（轴端零件用圆螺母+止动垫圈固定）；周向固定常用平键（传递较大扭矩）、花键（多齿接触，承载均匀）或过盈配合（无键连接，结构紧凑）。

（3）加工与装配工艺性原则：轴的结构应便于加工和装配。例如：①轴端倒角（方便零件套入）；②同一轴段上的键槽布置在同一母线上（减少换刀次数）；③滚动轴承安装段直径与轴承内孔公差配合（如k6/h7），便于拆卸。

（4）润滑与密封原则：轴上与轴承配合段需预留油槽（如轴承内侧轴肩处开环形油槽），密封部位设计密封槽（如O型圈槽或迷宫密封齿）。

4.滚动轴承寿命计算中，当量动载荷P的物理意义是什么？其计算公式P=f_p(F_r+YF_a)中各参数的含义及应用条件是什么？

答：当量动载荷P是将实际工况下的径向载荷（F_r）和轴向载荷（F_a）等效为某一恒定的径向载荷，用于计算轴承的基本额定寿命。其物理意义是：在该载荷作用下，轴承的寿命与实际变载荷作用下的寿命相等。

公式中：f_p为载荷系数（考虑冲击、振动等附加载荷，通常取1.0-1.5）；F_r为径向载荷；Y为轴向载荷系数（与轴承类型和接触角有关，如深沟球轴承Y=0，角接触球轴承Y=1.0-1.5）；F_a为轴向载荷。

应用条件：仅适用于向心轴承（如深沟球轴承、圆柱滚子轴承）和角接触轴承（如70000型），当F_a/F_re（e为轴承的轴向载荷影响系数，由轴承型号查得）时，需计入轴向载荷的影响；若F_a/F_r≤e，Y=0，此时P=f_pF_r。

5.平键连接的主要失效形式是什么？设计时如何通过尺寸选择和公差配合避免失效？

答：平键连接的主要失效形式：对于静连接（如齿轮与轴的连接），主要是工作面压溃（键、轴、轮毂中较弱材料的压溃）；对于动连接（如导向平键），主要是工作面磨损。

设计时的预防措施：

（1）尺寸选择：①键的截面尺寸（b×h）按轴的直径d查标准（如GB/T1096-2003），长度L略短于轮毂长度（避免轮毂端部应力集中）；②动连接时选用较窄的键（减少接触面积，降低磨损速率）。

（2）公差配合：①静连接采用较紧的配合（如轴槽P9，轮毂槽N9），确保键与槽侧面紧密接触，减少相对滑动；②动连接采用较松的配合（如轴槽H9，轮毂槽D10），允许键在槽内轴向滑动，同时通过表面淬火（HRC40-50）提高耐磨性。

6.带传动中，弹性滑动与打滑的本质区别是什么？设计时如何防止打滑？