超实用机械设计的20个小知识

1. 螺纹联接为何需要防松及其解决方法？

解答：之所以需要防松，是因为螺纹联接在经历冲击、振动或变载时，其预紧力可能瞬间消失，导致联接松动。而在高温环境下，螺纹联接也可能因温度变形差异而发生松动。因此，在设计时，必须考虑采取防松措施。具体的解决方法包括利用额外的摩擦力进行防松，例如使用槽型螺母、开口销或止动垫片等。此外，还可以采用其他方法，如冲点法或粘合法来防止松动。

2. 如何提高螺栓联接的坚固性？ 解答：要提高螺栓联接的坚固性，可以从以下几个方面入手： （1）减小螺栓的总拉伸载荷变化范围，具体做法包括减小螺栓的刚度（例如减小光杆部分直径、采用空心螺杆或增加螺杆长度），以及保持被联接件的刚度（例如采用金属薄垫片或O形密封圈作为密封元件，以避免因使用软垫片而降低刚度）。 （2）改善螺纹牙间的载荷分布，使应力分布更加均匀。 （3）减小应力集中，避免在联接部位出现过多的应力集中。 （4）避免或减小附加应力，以减少对螺栓联接的影响。

3. 轮齿失效的几种形式？ 解答：轮齿失效的形式有多种，包括： （1）轮齿折断，通常发生在齿根部分，由于齿根弯曲应力最大且存在应力集中，可分为过载折断和疲劳折断。 （2）齿面点蚀，即齿面出现小坑状腐蚀。 （3）齿面胶合，即两个齿面在高温高压下粘合在一起。 （4）齿面磨损，即齿面因摩擦而逐渐磨损。 5）齿面塑性变形，即齿面在受力后发生塑性变形。

4. 齿轮传动的润滑方式及选择依据？ 解答：齿轮传动的润滑方式主要有人工定期加油润滑和自动润滑两种。 对于开式齿轮传动，通常采用人工定期加油润滑，可使用润滑油或润滑脂。 而闭式齿轮传动的润滑方式则根据齿轮的圆周速度V来确定。 当V≤12时，多采用油池润滑； 当V》12时，由于圆周速度过高、搅油过于激烈以及可能搅起杂质等原因，不宜采用油池润滑，而应采用喷油润滑。

5. 蜗杆传动为何需要进行热平衡计算及采取冷却措施？ 解答：蜗杆传动由于效率低、发热量大，若不及时散热，会导致箱体内油温升高、润滑失效，进而加剧齿轮磨损甚至发生胶合现象。因此，对于连续工作的闭式蜗杆传动，需要进行热平衡计算以确定散热需求。具体的冷却措施包括增加散热面积（如合理设计箱体结构、铸出或焊上散热片）、提高表面传热系数（如在蜗杆轴上装置风扇或在箱体油池内装设蛇形冷却水管）等。

6. 带传动的优缺点概述？ 解答：带传动的优点包括： （1）适用于中心距较大的传动场合； （2）带具有良好的挠性，可缓和冲击、吸收振动； （3）过载时带与带轮间产生打滑，可保护其他零件不受损坏； （4）结构简单、成本低廉。 然而，带传动也存在一些缺点： （1）传动的外廓尺寸较大； （2）需要设置张紧装置以保持带的紧张度； （3）由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比； （4）带的寿命相对较短； （5）传动效率较低。

7. 弹性滑动与滑脱现象阐释： 弹性滑动源自材料受拉力作用下的弹性形变，进而引发的滑动现象。而滑脱则是由于负荷过重，导致整体滑动。弹性滑动因紧边与松边的拉力差异而必然发生，是传递圆周力时的固有现象，故V2恒大于V1，无法避免。 8. 链传动与带传动、齿轮传动的优劣对比： 相较于带传动，链传动避免了弹性滑动与滑脱，确保了传动比的精准性，所需张紧力小，对轴的压力亦小，减少了轴承的摩擦损耗，结构紧凑，能在恶劣环境如高温、油污中稳定工作。 与齿轮传动相比，链传动对制造与安装的精度要求较低，尤其适用于中心距较大的传动系统，结构更为简单。然而，链传动的瞬时链速与传动比不稳定，传动平稳性较差，伴随一定的冲击与噪声。

9. 轴的功能及转轴、传动轴、心轴的区别： 轴是支撑旋转部件的机械元件。转轴既传递转矩又承受弯矩；传动轴专注于转矩的传递，弯矩承受能力极小；心轴则主要承受弯矩，不传递转矩。

10. 轴结构设计的核心要求： 首先，轴的设计需便于加工，轴上部件应易于拆装； 其次，轴与轴上部件的加工位置需精确无误； 再者，各部件间需牢固可靠地相对固定；最后，需优化受力状态，减少应力集中。

11. 动压油膜形成的必要条件： 两工作面间需存在楔形间隙；工作面间需连续充满润滑油或其他粘性流体；工作面间需有相对滑动速度，且运动方向需使润滑油从大截面流入，小截面流出。此外，还需确保速度、粘度及间隙等参数的合理匹配。 12. 联轴器与离合器的异同： 两者均用于轴与轴之间的连接，实现共同旋转与转矩传递。联轴器连接的两轴，需停机并拆卸后方可分离；而离合器则能在机器运行中方便地实现两轴的分离与接合。

13. 变应力下零件疲劳断裂的特点： 疲劳断裂的最大应力远低于静应力下的材料强度极限，甚至低于屈服极限；无论脆性还是塑性材料，疲劳断裂口均呈现无明显塑性变形的脆性断裂特征；疲劳断裂是损伤积累的结果。

14. 机械磨损的主要分类： 磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损及腐蚀磨损。

15. 垫圈的功能： 增加被连接部件的支撑面积，以降低接触处的压强，同时防止拧紧螺母时损伤被连接部件的表面。

16. 探讨滚动螺旋的利与弊 优点阐述： 1） 滚动螺旋磨损微乎其微，通过调整手段，我们能消除间隙并产生预变形，从而大幅提升其传动精度。 2） 滚动螺旋不具备自锁特性，这一特点让它能轻松地将直线运动转化为旋转运动。 缺点剖析： 1） 滚动螺旋的结构相对复杂，制造起来颇具挑战性。 2） 在某些机构中，为了防止其逆转，我们不得不额外添加自锁机构。

17. 齿轮传动误差对传动效果的影响 1） 误差会直接影响齿轮传递运动的准确性。 2） 瞬时传动比无法保持恒定，这会进一步影响传动的平稳性。 3. 误差还会影响载荷分布的均匀性，对传动效果产生不利影响。

18. 齿轮传动功率损耗的构成 齿轮传动的功率损耗主要包括：啮合过程中的摩擦损耗、搅动润滑油所产生的油阻损耗，以及轴承中的摩擦损耗。

19. 单圆弧齿轮的优缺点解析 优点方面：1） 。 单圆弧齿轮的齿面接触强度高，具有出色的承载能力。 2） 其齿廓形状对润滑极为有利，能有效提升传动效率。 3） 齿面容易达到饱和状态，且无需根切，齿面数相对较少。 缺点方面： 1） 单圆弧齿轮对中心距及切齿深度的精度要求极高，一旦存在误差，将显著降低其传动承载能力。 2） 噪声较大，在高速传动中其应用受到一定限制。 3） 轮齿弯曲强度相对较低，可能影响其使用寿命。 4） 切削同一模数的凸圆弧齿廓和凹圆弧齿廓需要使用不同的滚刀，增加了加工难度。

20. 轴瓦材料的性能特点 轴瓦材料应具备以下性能： 1） 摩擦系数小，以降低磨损和能耗。 2） 导热性好且热膨胀系数小，以确保轴瓦在高温下仍能保持稳定性能。 3） 耐磨、耐蚀、抗胶合能力强，以提高轴瓦的使用寿命。 4） 足够的机械强度和可塑性，以确保轴瓦在承受重载时仍能保持稳定形状