机械设计试卷3
一 选择填空题 （每空一分共20分）
1在常用的螺纹连接中，自锁性能最好的螺纹是 普通螺纹 ，其牙型角??60?。 2普通平键连接工作时，平键的工作面是 侧面，平键的剖面尺寸b?h按 轴径 从标准中查取。平键连接主要失效形式是 压溃 。
3带传动中，若?1为主动轮圆周速度，?2为从动轮圆周速度，?为带速，则这些速度之间存在的关系是 ?1????2 。
4 V带传动中，V带截面楔角??40?，则V带轮的轮槽角φ0应 < 40?。
5在设计V带传动时，V带的型号可根据 计算功率 和 小带轮转速 查选型图确定。 6对于一对材料相同的钢制软齿面齿轮传动，为使大小齿轮接近等强度，常用的热处理方法是小齿轮 调质 ，大齿轮 正火 。 7根据轴的承载情况，自行车的前轴承受弯矩作用应称为 心 轴。中间轴应称为 转 轴。 8代号为6206的滚动轴承，其类型是 深沟球轴承，内径d= 30 mm。
9温度和压力是影响粘度的主要因素，若温度升高，则 粘度降低（或减少） ， 若压力升高，则 粘度增加（或变大）。
10 在下列联轴器中，能补偿两轴的相对位移以及可缓冲吸振的是 D 。 A凸缘联轴器 B齿式联轴器 C万向联轴器 D弹性柱销轴器 11在蜗杆传动中，规定蜗杆分度圆直径的目的是 减少蜗轮滚刀的数量，利于刀具标准化。 12普通平键连接工作时，平键的工作面是 侧面。 二 简答题(共5题，每题6分)
1 简述齿轮传动的失效形式和开式齿轮传动的设计准则
答：失效形式包括： 轮齿折断（1分）、齿面疲劳点蚀（1分）、齿面磨损（1分）、齿面胶合（1分）、轮齿塑性变形（1分）。
开式齿轮传动的设计准则：按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后考虑磨损的影响将模数适当加大。（1分）
2 以框图形式说明转轴的设计过程。
已知条件选择轴的材料初算轴径结构设计计算弯矩校核计算完善设计修改直径转轴设计程序框图
3简述蜗杆传动的正确啮合条件。
答：中间平面上，蜗杆轴向模数与蜗轮端面模数相等，均为标准值（2分）；蜗杆轴面压力角与蜗轮端面压力角相等，且为标准值（2分）；蜗杆与蜗轮轮齿的螺旋线方向相同并且蜗杆分度圆柱上的导程角等与蜗轮分度圆柱上的螺旋角。（2分）
4 简述动载系数Kv和齿间载荷分配系数Kα的含义并各举出两个主要影响因素。
答：动载系数Kv是考虑由于齿轮制造精度、运转速度等轮齿内部因素引起的附加动载荷影响系数。（1.5分）
影响Kv的主要因素有由基节和齿形误差产生的传动误差、节线速度误差和轮齿啮合刚度等。
齿间载荷分配系数Kα是考虑同时啮合的各对轮齿载荷分配不均匀对轮齿应力的影响系数。（1.5分）
影响K?的主要因素有轮齿制造误差，特别是基节偏差、轮齿的啮合刚度、重合度和跑合
情况等。
三 分析计算题
1．如图a、b分别为二级标准斜齿圆柱齿轮减速器的两种布置形式。已知齿轮2模数mn2=2.5mm，z2=57，β2=13°；齿轮3模数mn3=3mm，z3=19；齿轮4轮齿旋向为右旋。若主动轴I转向如图所示，试：
1）图a、b两种布置形式哪种布置合理？并分析为什么？（2分） 2）为使中间轴Ⅱ的受力合理，试确定齿轮2轮齿旋向。（2分） 3）在你认为齿轮布置合理的图上，画出各齿轮受力方向。（3分）
4）为使轴Ⅱ的外部轴向力为零，试计算出齿轮3的螺旋角β3的值？（7分） 5）若主动轴I转向相反，轴Ⅱ的轴向力还是否为零？（1分）
图a 图b 1）图b布置形式合理（1分）。理由：将齿轮布置在远离转矩输入端的位置，（1）可利用
轴的弯曲和扭转变形的综合作用使齿轮的最大载荷降低；（2）也可使载荷分布不均状况得以改善（答对一个或两个理由都得1分）。
2）如本题答图a、b所示：a、b两图中齿轮2皆为左旋。(2分，每画对1个得1分) 3）如本题答图b所示：（总计6对分力总计3分。每画对1对分力得0.5分）
4）
齿轮2、3的圆周力分别为：
Ft3?Ft2?2TIId32TIId2??2TIImn3z3/cos?32TIImn2z2/cos?2??2cos?3TIImn3z3（2分） 2cos?2TII （1）
mn2z2齿轮2、3的轴向力分别为：
Fa3?Ft3tan?3 （2分）
Fa2?Ft2tan?2为使轴II的轴向力为零，应满足如下条件：
Fa3?Fa2?Ft3tan?3?Ft2tan?2 （2）（1分）
将（1）式代入（2）式中整理得：
sin?3?mn3z3mn2z2sin?2??3?arcsin(mn3z3mn2z2sin?2) （1分）
所以，?3?arcsin(3?192.5?57sin13?)?5.16248??5?9?45??。 （1分）
6）即使轴I反转，轴II的轴向力仍为零。（1分）
2（总15分）： 如图所示，一级斜齿圆柱齿轮减速器传动装置的小齿轮为悬臂布置形式。该齿轮的轴系采用一对角接触球轴承背对背安装的支撑形式。已知：轴承径向载荷Fr1、Fr2方向如图所示，大小分别为：Fr1=5500N、Fr2=3000N，小齿轮轴向力A=1500N。轴承内部轴向力按S=0.4Fr计算。
1）分别计算图该对轴承的轴向力Fa1、Fa2。（8分）
2）若该对轴承的寿命为8000小时，现将载荷加大一倍，将转速减小一半，试计算后确定该对轴承能否满足载荷及转速改变后寿命至少2500小时的工作要求？（7分）
1） S1=0.4Fr1 = 0.4x5500 = 2200(N) ，方向向左； （1分）
S2=0.4Fr2 = 0.4x3000 = 1200(N) ，方向向右； （1分） 根据轴的转向及小齿轮旋向判断出：小齿轮轴向力A向左。（3分） S1+A = 2200+1500 = 3700 (N) > S2 = 1200 (N) （1分） 所以，Fa2 = S1+A = 3700 N （1分）
Fa1 = S1 = 2200 N (1分)
（以上步骤中公式正确、轴向力A方向判断正确，仅计算结果错误，只扣1分。） 2）
Lh?10(fTCL'h?10(fTC?2Lh/8?2?8000/8?2000(小时)?2500(小时)（1分）66
fPP)3(60n)3(3分)(3分)fP(2P))(60n2)
结论：不满足。 （没有中间步骤和计算公式，只答不满足，“蒙对的”给1分）
四 结构题
1 下图分别用六角头M16的普通螺栓、六角头M16的铰制孔螺栓连接两块厚度为20mm的
钢板，采用弹簧垫圈，补画出其余结构线条，并注明那个是普通螺栓连接，那个是铰制孔螺栓连接（4分）。 答案：
普通螺栓连接（2分） 铰制孔螺栓连接（2分）
2 (结构设计题)指出齿轮轴系结构图中的错误（指出并改正8处即可），说明错误原因，并在中心线上方画出正确结构（16分）。已知： 1）齿轮是油润滑，轴承是脂润滑；
2）轴承为深沟球轴承。
答案：任意标出8处错误，并在上部改正这8处错误（每处2分）。 错误1：键槽的长度不能大于与其连接的联轴器轴毂的长度； 错误2：联轴器没有轴向定位； 错误3 ：没有密封；
错误4 ：密封处的轴径不能和轴承安装处的轴径相同；
错误5：轴承端盖作为轴承外圈的定位，其内圈直径不能小于轴承外环内径； 错误6：套筒作为轴承内圈的定位，其外径不能大于轴承内环外径； 错误7：螺栓连接处的画法不对，包括螺纹画法和光孔的画法； 错误8：没有画剖面线；
错误9：用套筒对齿轮进行轴向定位时，套筒不能同时与轴肩和齿轮接触； 错误10：两个键槽的位置应在同一直线上，确保两个键槽一次装夹加工出来； 错误11：轴肩作为轴承内圈的定位，其直径不能大于轴承内环外径； 错误12：同错误5；
错误13：没有画剖面线；
错误14：轴的伸出长度不应超过联轴器，这样无法实现两个半联轴器的连接；
错误15：联轴器没有实现轴向固定，可采用紧定螺钉或轴端挡圈固定； 错误16：齿轮是油润滑，轴承是脂润滑，因此应该有两个挡油环。
机械设计试卷4
一、简答题
1、齿轮强度计算中，有哪两种强度计算理论？分别针对哪些失效？若齿轮传动为闭式软
齿面传动，其设计准则是什么？
答：齿面的接触疲劳强度和齿根的弯曲疲劳强度的计算，齿面的接触疲劳强度针对于齿面的疲劳点蚀失效和齿根的弯曲疲劳强度针对于齿根的疲劳折断。 齿轮传动为闭式软齿面传动，其设计准则是按齿面的接触疲劳强度设计，校核齿根的弯曲疲劳强度。 2、连接螺纹能满足自锁条件，为什么还要考虑防松？根据防松原理，防松分哪几类？（8
分）
答：因为在冲击、振动、变载以及温度变化大时，螺纹副间和支承面间的摩擦力可能在瞬间减小或消失，不再满足自锁条件。这种情况多次重复，就会使联接松动，导致机器不能正常工作或发生严重事故。因此，在设计螺纹联接时，必须考虑防松。根据防松原理，防松类型分为摩擦防松，机械防松，破坏螺纹副关系防松。 3、联轴器和离合器的功用是什么？二者的区别是什么？（6分）
答：因为在冲击、振动、变载以及温度变化大时，螺纹副间和支承面间的摩擦力可能在瞬间减小或消失，不再满足自锁条件。这种情况多次重复，就会使联接松动，导致机器不能正常工作或发生严重事故。因此，在设计螺纹联接时，必须考虑防松。根据防松原理，防松类型分为摩擦防松，机械防松，破坏螺纹副关系防松。
4、链传动产生动载荷的原因是什么？为减小动载荷应如何选取小链轮的齿数和链条节
距？（6分） 答：
小链轮的齿数不宜过小和链条节距不宜过大。 二、选择题
1、当两个被联接件之一太厚，不易制成通孔且需要经常拆卸时，往往采用 B 。 A．螺栓联接 B．双头螺柱联接 C．螺钉联接
2、滚动轴承中，为防止轴承发生疲劳点蚀，应进行 A 。 A. 疲劳寿命计算 B. 静强度计算 C. 极限转速验算 3、阿基米德蜗杆的 A 参数为标准值。 A. 轴面 B. 端面 C. 法面
4、一对相啮合的圆柱齿轮的Z1＜Z2 ， b1>b2,其齿面接触应力的大小为 A 。 A. σH1=σH2 B. σH1>σH2 C. σH1<σH2
5、V带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了___B____。 A．使结构紧凑 B．限制弯曲应力
C．限制小带轮上的包角 D．保证带和带轮接触面间有足够摩擦力 6、在齿轮抗弯强度的设计公式m≥A.与
YFa1YSa12KT1?dz21???FYFaYSa中，应代入_ C __。
YFa1YSa1???F1YFa2YSa2 B.中小者
YFa2YSa2???F2 C.
???F1与
YFa2YSa2???F2中大者 D.
YFa1YSa1???F1???F27、链传动中，链节数常选偶数，是为了使链传动 B 。
A．工作平稳 B．避免过渡链节 C．链条与链轮磨损均匀 8、滑动轴承中，含油轴承是采用 B 材料制成的。 A．硬木 B．粉末冶金 C．塑料
9、承受预紧力F′的紧螺栓联接在受轴向工作拉力F时，剩余预紧力为F″，其螺栓所受
的总拉力Fo为__ B 。
A．Fo＝F十F′ B．Fo＝F十F″ C．Fo＝F′十F″
10、当键联接强度不足时可采用双键。使用两个平键时要求键 D 布置。 A．在同一条直线上 B．相隔90° C．相隔120° D．相隔180° 11、下列零件的失效中， C 不属于强度问题。
A．螺栓断裂 B．齿轮的齿面上发生疲劳点蚀
C．蜗杆轴产生过大的弯曲变形 D．滚动轴承套圈的滚道上被压出深的凹坑 12、带传动发生打滑总是____A__ _。 A．在小轮上先开始 B．在大轮上先开始
C．在两轮上同时开始 D．不定在哪轮先开始 三、分析题
1. 如图所示，1、2是一对蜗杆蜗轮传动，3、4是一对斜齿轮传动。已知1为原动件，4为输出件，各轮转向如图所示。为了使中间轴上蜗轮2和斜齿轮3的轴向力互相抵消一部分，
⑴试确定1、2、3、4各轮的旋向；
⑵在图上标出2和3所受各力的方向。
1、2、3轮左旋，4轮右旋
3、如图所示为带传动简图。轮1为主动轮。试问：
（1）带传动的主要失效形式有哪些？带传动工作时为什么出现弹性滑动现象？能否避免
弹性滑动？
（2）带传动工作时，带处于图中哪一点应力最大？最大应力?max＝？ （5分） 解：带传动的主要失效形式有打滑和疲劳断裂。弹性滑动是由拉力差引起的，
?max??1??c??b1（只要传递圆周力，必然会产生弹性滑动）。弹性滑动是正常的工作现象，不可避免。 图中A点应力最大，
四、计算题
1、某轴由一对代号为30212的圆锥滚子轴承支承，其基本额定动载荷C = 97.8 kN。轴承受径向力Fr1= 6000N，Fr2 =16500N。轴的转速 n =500 r/min，轴上有轴向力FA = 3000 N，方向如图。轴承的其它参数见附表。动载荷系数 fd = 1，温度系数ft= 1。 试：（1）说明轴承代号的意义；
（2）确定轴承的寿命。(以小时为单位)
S Fa/Fr≤e Fa/Fr＞e Fr2Ye 0.40 X 1 Y X Y 0 0.4 1.5
解：3：轴承类型代号，圆锥滚子轴承；02：尺寸系列代号（0：宽度系列代号，2：直径
系列代号）；12：内径系列代号，内径为60mm；公差等级为0级。 1）求内部派生轴向力S1、S2的大小方向
?2000 N 2?1.516500S2???5500 N
2Y2?1.5S1?2YFr2?Fr16000方向如图所示。
，2轴承被“放松”。 S1?FA?5000N?S2，1轴承被“压紧”
2）求轴承所受的轴向力
Fa1? S2?FA?2500Fa2?S2 ?5500N
N，
3）轴承的当量动载荷
据：Fa1/ Fr1= 2500/6000 = 0.417＞e = 0.40，得：X1 = 0.4，Y1 =1.5
P1 = fd（X1 Fr1 + Y1 Fa1）= 0.436000 + 1.532500 = 6150 N
据：Fa2/ Fr2 = 5500/16500 = 0.33 ＜e，得：X2 = 1，Y2 = 0
P2 = fd（X2 Fr2 + Y2 Fa2） = 16500 N P2＞P1，用 P2 计算轴承寿命。
4）计算轴承寿命
L10h10?C??97800????????60n?P?60?500?16500?106?6103?12562 h
2、一牵曳钩用2个M10(d1=8.376mm)的普通螺栓固定于机体上，如图所示。已知接合面间摩擦系数 f =0.15，可靠性系数 Kf=1.2，螺栓材料强度级别为6.6级，屈服极限σs=360MPa，安全系数S=3。试计算该螺栓组连接允许的最大牵引力R max=?（6分）
解：许用应力:360/3=120MPa 预紧力为由公式d?4*1.3*Fπ[?]
求出预紧力：F′=5083.7N
最大牵引力与预紧力关系公式为 fF?zm?KfR
最大牵引力为R=1271N
五、改错题
试分析如图所示轴系结构中的错误，并加以改正。（指出错误之处，并编上号，简述其错误原因，并改正之。）（至少改正5处）
指出错误之处，并编上号，简述其错误原因（略）。 改正为：
机械设计试卷1
一．选择题
1．为了保证轴承内圈与轴肩端面的良好接触，轴承的圆角半径r与轴肩处的圆角半径
rl应有 ② 关系。
①r=rl； ②r>r1； ③r 2．带传动中，主动轮上的滑动弧是发生在带与带轮的 ② 。 ①绕进段 ②退离段 ③全部包围弧段 3. 计算轴的当量弯矩公式中Me?M2?(?T)2中折算系数?，是考虑T对M的： ④ 。 ① 大小不同 ②方向不同 ③类型不同 ④应力循环特性不同 4．带传动设计中，应验算小带轮包角不要过小，这是为了 ④ 。 ①提高传动寿命； ②减小对轴的压力； ③减小结构尺寸； ④提高摩擦力保证有一定承载能力 5．非液体滑动轴承，其润滑状态通常为： ① 。 ①边界润滑 ②流体膜润滑 ③混合润滑 ④边界润滑或混合润滑 6．蜗杆传动热平衡计算的目的是为了控制温升，防止 ② 。 ①蜗杆机械性能下降 ②润滑油变性或齿面胶合 ③传动效率下降 ④蜗轮材料退火 7．为提高螺栓在变载荷作用下的疲劳强度，可采取 ③ 的措施。 ①增大螺栓刚度②适当减小预紧力③减小螺栓刚度④减小被联接件刚度 8．只受预紧力作用的普通螺栓联接，螺栓危险剖面上单元体的应力状态为 ③ 。 ①简单拉伸 ②纯剪切 ③拉扭组合 ④拉弯组合 9．转轴上载荷和支点位置都已确定后，轴的直径可以根据来 ④ 进行计算或校核。①抗弯强度； ②扭转强度； ③扭转刚度； ④弯扭合成强度 10．对液体动压轴承需要足够的供油量主要是为了 ① 。 ①补充端泄油； ②提高承载能力； ③提高轴承效率； ④减轻磨损 二．填空题 1．在带、链和齿轮组成的多级传动中，带传动宜布置在 高速 级。 2．需成对使用的滚动轴承类型有 角接触球轴承、圆锥滚子轴承 。 3．对于链速v<0.6m／s的低速链传动，因其主要失效形式是链条的 静力拉断 ，故应按 静 强度条件进行计算。 4．当被联接件之一很厚、且该联接需经常拆卸时，应采用 双头螺柱 联接；当用螺纹联接件联接轴和轴上零件时，常采用 紧定螺钉 联接。 5．如需在同一轴段内安装一对平键时，应将它们布置在 180° 位置。 6．计算载荷Fca、名义载荷F和载荷系数K的关系式 Fca ＝KF ，强度计算时应该用 计算 载荷。 7．实际的轴多做成阶梯形，这主要是为了 轴上零件定位及装拆方便 。 8．滚动轴承额定寿命是指该型轴承有 10 ％发生 点蚀 失效前的总工作转数。 9．联轴器只有在机器 停机 时才能结合和断开两轴的联接；在机器运行中要进行轴的分离和接合，需要采用 离合器 。 10．闭式齿轮传动的主要失效形式是 轮齿折断、 齿面点蚀 、 齿面胶合 、 塑性变形 三．计算题 1如图所示二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器，I、III轴分别为输入和输出轴。已知1轮的转向和螺旋线旋向，欲使II轴上两轮的轴向力抵消一部分，要求： 1）画出2、3、4轮螺旋线旋向； 2）画出2、3轮的圆周力、轴向力和径向力的方向及2轮的转向。 Fa1 Ft1 Ft2 Fr1 Fa2 Fr2 Fa3 Fr3 Fa4 解：如图所示 Fr4 Ft3 Ft4 2如图所示螺栓联接中采用两个M20的螺栓，其小径d1＝17. 294mm，螺栓许用拉应力[?]?160MPa，被联接件结合面的摩擦系数f＝0.20，可靠性系数Kf?1.2。试计算联接容许传递的静载荷Q。 解：由结合面不滑移得：mzfsF0?KfQ (4分) 由螺栓强度得： 4?1.3?F0?d21?[?] （5分） 其中m=2, z=2 （1分） 解得Q?19273N （2分） 3.某矿车自重1吨，载重3吨，矿车的两根同样的车轴各支承在同样的一对车轮上，支承 2 距a=600mm，轨距b=900mm，若车轴材料的许用弯曲应力[σ]=70N/mm，试画出车轴的弯矩图并确定车轴危险断面的直径d。 解：车轴弯矩图如下图 M 600 900 最大弯矩M? 900?6002?(1?32?2)?1000?150000Nmm (4分) 车轴危险断面的直径d?0.1?[?]0.1?704．一工程机械中的传动装置，根据工作条件决定采用一对圆锥滚子轴承，并暂定轴承型号为30308，已知轴承载荷R1＝2400N，R2＝5000N，轴上的轴向载荷Fa＝800 N，轴转速n=500r/min，运转中取载荷系数fp＝1.5，预期寿命L’h＝12000小时，试求： （1） 两轴承的轴向力A1，A2 （4分） （2） 两轴承的径向载荷系数x1, x2以及轴向载荷系数y1,y2（4分） （3） 两轴承的当量动载荷P1，P2（4分） （4） 该轴承是否满足寿命要求？（2分） （注：30308轴承：额定动载荷C＝90800N，额定静载荷C0r＝108000N，e=0.35，y=1.7。 当 AR?e3M?3150000?27.75mm (4分) 时，x=0.4,y=1.7；当 AR?e时，x=1，y=0） 解： S1＝R1/(2Y)=2400/(231.7)＝705.8N S2＝R2/(2Y)=5000/(231.7)=1470.6N 因FA + S2=800+1470.6=2270.6> S1 所以 A1= Fa+ S2=2270.6N A2= S2=1470.6N 取ft＝1，fp＝1.5 A1/R1=2270.6/2400=0.94>e X1=0.4 Y1=1.7 A2/R2=1470.6/5000=0.094 P1?fp(x1R1?y1A1)?1.5?(0.4?2400?1.7?2270.6)＝7228P2?fp(x2R2?y2A2)?1.5?(1?5000?0)＝7500NN 取P=P2 Lh?10660?500(1?908007500)10/3＝135819?12000h 满足寿命要求 机械设计试卷2 一、填空题〔每空1分，计25分〕 1、一减速齿轮传动，主动轮1用45号钢调质，从动轮用45号钢正火，则它们齿面接触应力的关系是 b 。 a、?H1??H2；b、?H1??H2；c、?H1??H2。 2、带传动中紧边拉力为F1，松边拉力为F2，则其传递的有效圆周力F为 c 。 a、F1?F2；b、(F1?F2)/2；c、F1?F2；d、(F1?F2)/2。 3、对于硬齿面闭式齿轮传动，其齿面接触承载能力较高，故通常先按 齿根弯曲疲劳 强度进行设计，然后校核 齿面接触疲劳 强度。 4、蜗杆的 c 模数为标准模数，蜗轮的 b 压力角为标准压力角。 a、法面； b、端面；c、轴面。 5、带在带轮上即将打滑而尚未打滑的临界状态时，F1与F2的关系可用著名的欧拉公式表 示为 F1?F2ef?1 。 6、在蜗杆传动中，当需要自锁时，应使当量摩擦角 b 蜗杆导程角。 a、小于；b、大于；c、等于。 7、计算蜗杆传动的传动比时，公式 c 是错误的。 a、i??1/?2；b、i?n1/n2；c、i?d2/d1；d、i?z2/z1。 8、蜗杆传动的失效通常是发生在 蜗轮轮齿 上。 9、设计圆柱螺旋弹簧时，其弹簧直径d按 强度条件确定，其工作圈数n按刚度条件确定。 10、弹簧指数C＝ D2/d ，C值越大，刚度越 小 。 11、楔键联接靠 摩擦力 传递转矩，用于对中性要求不高的联接。 12、按国家标准GB/292-93规定，代号为7210C的滚动轴承类型为 角接触球轴承 轴承，其内径为 50 mm，宽度系列为 窄、系列，直径系列为 轻 系列，C代表 公称接触角15o，其精度为 P0 级。 13、下列各种联轴器中，能减缓振动和冲击的是 f ；可实现两轴线角位移最大的是 c ；常用于两轴线对中性不好、低速情况下的是 d 和 e 。 a套筒联轴器；b. 凸缘联轴器；c. 万向联轴器；d. 十字滑块联轴器；e. 齿轮联轴器；f. 弹性柱销联轴器。 二、问答题〔每题5分、计30分〕 1、试分析影响带传动所能传递最大有效圆周力Fmax 的主要因素。（5分） 1?Fmax?2F01?1eef?11f?1 Fmax与初拉力F0、包角?1和摩擦系数 f有关。 F0大、?1大、f大，则产生的摩擦力大，传递的最大有效圆周力也大。 2、试说明齿形系数YF与齿轮的哪些参数有关，YF对齿根弯曲应力?F有何影响？（5分） 齿形系数YF反映了轮齿几何形状对齿根弯曲应力?F的影响，凡是影响齿廓形状的参数如齿数z、变位系数x和分度圆压力角?都影响YF。 如果齿数z增大、变位系数x和分度圆压力角?增大，均可以使齿根增厚，齿形系数YF减小，?F减小。 (2’) 3、为提高轮齿的抗折断能力，可采取哪些措施？（5分） 可适当增大齿根圆角半径以减小应力集中；合理提高齿轮的制造精度和安装精度； 正确选择材料和热处理方式；以及对齿根部位进行喷丸、輾压等强化处理。 4、螺纹联接防松的实质是什么？按工作原理分，防松的方法有哪几类？ 答：防松的实质是防止螺纹副间的相对转动。 防松的方法有摩擦防松、机械防松、永久防松。 5、什么是滚动轴承的基本额定动负荷？其方向是如何确定的？（5分） 答：轴承工作温度在100oC以下，基本额定寿命L=1x10r时，轴承所能承受的最大载荷，称为基本额定动负荷。对于向心轴承，其方向为径向载荷；对于推力轴承，其方向为轴向载荷；对于角接触轴承，其方向为载荷的径向分量。 6 6、简述非液体摩擦径向滑动轴承校核计算的主要内容？（5分） 答：（1）验算压强：滑动轴承压强p≤许用压强[p]；验算pv值：pv≤[pv]; 验算轴径圆周速度v：v≤[v]。 三、分析计算题 1、如图示，卷筒与齿轮用普通螺栓联接在一起（螺栓个数Z=8），轴不旋转，卷筒与齿轮在轴上旋转，已知卷筒所受旋转力矩T=107Nmm，螺栓分布直径D0=500mm，卷筒与齿轮接合面间摩擦系数f=0.12，可靠性系数Kf =1.2，螺栓材料的屈服极限σS=300Mpa，安全系数S=3。试设计该螺栓组的螺栓直径。（10分） 普通螺纹基本尺寸表（第一系列） 公称直径d 24 30 36 42 48 中径d2 22.051 27.727 33.402 39.077 44.725 小径d1 20.752 26.211 31.670 37.129 42.587 螺距p 3 3.5 4 4.5 5 解：设螺栓受预紧力F? ①计算螺栓所需预紧力F’ ZfF?'D02?KfT（2分） 2?1.2?107F?'2KfTZfD0?sS?8?0.12?500?50000N ②计算许用应力 ?????3003?100MPa（2分） ③确定螺栓直径d1 d1?4?1.3F'?????4?1.3?50000??100?28.768mm ④选择螺栓 查表选取M36（d1=31.670mm>28.768mm） 2、如图所示，a)、b)分别为斜齿圆柱齿轮的悬臂布置和对称布置的支承形式。图1)、2) 分 别为一对角接触球轴承背对背、面对面安装支承形式。 1）请合理选择斜齿轮不同布置形式下，一对角接触球轴承的支承形式，你认为正确的， 在“□”中打“√”： 图a)所示悬臂布置宜采用： √图1)； 图2) （1分） 图b)所示对称布置宜采用： 图1)；√图2)。（1分） 2）根据1）中的选择结果计算图a）所示情况下，轴承的轴向力Fa1、Fa2。 已知：轴承径向载荷Fr1、Fr2、齿轮的轴向力A方向如图所示，大小分别为：Fr1=4000N、Fr2=2000N，A=2000N。轴承内部轴向力S=0.4Fr。（4分） 解：S1=0.4Fr1 = 0.4x4000 = 1600(N) ，方向向左； （1分） S2=0.4Fr2 = 0.4x2000 = 800(N) ，方向向右； （1分） S2+A = 800+2000 = 2800 (N) > S1 = 1600 (N) （1分） 所以，Fa1 = S2+A = 2800 N （1分） Fa2 = S2 = 800 N 3）若该对轴承的寿命为5000小时，现将当量动载荷加大一倍，将转速减小一半，试 计算后确定该对轴承能否满足载荷及转速改变后寿命至少1000小时的工作要求？（4分） 标准答案： Lh?10(fTCL'h?10(fTC?2Lh/8?2?5000/8?1250(小时)?1000(小时) 66fPP)3(60n)3(2分)(1分)fP(2P))(60n2)（1分） 结论：此轴承能够满足寿命至少1000小时要求。 3、在图示传动系统中，件1和2均为斜齿圆柱齿轮，件3为蜗杆，件4为蜗轮。已知齿轮1轮齿螺旋线方向为左旋，其转向如图所示，试回答下列问题： 1）齿轮2的轮齿螺旋线方向是 旋。（1分） 2）在图中画出齿轮1、齿轮2在节点A所受的轴向力Fa1和Fa2的方向。（2分） 3）为使在Ⅱ轴上的齿轮2与蜗杆3的轴向力相互抵消一部分，蜗杆3的螺旋线方向应该是 旋，并在图中画出蜗杆的旋向；在节点B处画出蜗杆3所受的轴向力Fa3、圆周力Ft3和径向力Fr3的方向，在节点B处画出蜗轮4所受的圆周力Ft4和径向力Fr4的方向， 在图中画出蜗轮4的转动方向。（8分） 答：1）右旋。2）齿轮1、齿轮2在节点A所受的轴向力Fa1和Fa2的方向如图所示。 3) 右旋； 画出螺旋线方向 蜗杆3所受的三个分力Fa3、Ft3和Fr3的方向如图所示；蜗轮4所受的圆周力Ft4和径向力Fr4的方向如图所示； 蜗轮4的转动方向如图所示。(1’) 齿轮1 蜗轮4 3 2 Ⅰ Fa2 n4 Fr4 Fa3 B Ft4 2 Fr3 Ⅱ 电动机 Fa1 A 3 Ft3 ? 蜗杆3 齿轮2 4、一对标准斜齿圆柱齿轮传动如图所示，已知：输入轴转速n1?960r/min，输入功率 P?3kW，齿轮齿数z1?21，z2=62，法向模数mn?2.5mm，分度圆螺旋角??8.849725?， 分度圆柱上的法面压力角?n?20?，试计算： （1）输入轴I上的转矩；（2）大斜齿圆柱齿轮上三个分力的大小。（本题4分） 解： 输入轴上的转矩 T1?Pn12T1d1?3?103960?2?/60?29.84N. m Ft??2?29.84cos?2.5?21?1.123kN ??Fr?Ft?tan?n/cos??1.123?tan20cos8.849725?0.414?kW Fa?Ft?tan??1.123?tan8.849725 ?0.175kN 四、结构题（10分） 1、如图所示，已知圆锥滚子轴承安 装在零件1的轴承座孔内。由于结构限制，设计时不能改变零件1的尺寸。试问：采用何种方法以便于轴承外圈拆卸？并在右侧图上画出零件1的结构。（2分） 答：可在零件1圆周方向上等分圆 周位置加2至3个螺纹孔，用螺钉顶轴承外圈拆卸。如右图所示。（答出方法1.5分、画出结构1.5分） 2、写出实现轴上零件轴向固定的四种方法，并画出相应的结构图。（8分） 标准答案： （评分标准：每种方法各2分：文字说明0.5分，画出结构图1.5分） 机械设计试卷5 一、 填空 1．在疲劳曲线上，以循环基数N0为界分为两个区：当N≥N0时，为（ 无限寿命区 ）区；当N＜N0时，为（ 有限寿命区 ）区。 2．刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗（ 弹性变形 ）的能力。零件材料的弹性模量越小，其刚度就越（ 小 ）。 3．润滑油的（ 油 ）性越好，则其产生边界膜的能力就越强；（ 粘度 ）越大，则其内摩擦阻力就越大。 4．为改善润滑油在某些方面的性能，在润滑油中加入的各种具有独特性能的化学合成物即为（ 添加剂 ）。 5．正是由于（ 弹性滑动 ）现象，使带传动的传动比不准确。带传动的主要失效形式为（打滑 ）和（ 带的疲劳破坏 ）。 6．蜗杆传动的主要缺点是齿面间的（ 相对滑动速度 ）很大，因此导致传动的（ 效率 ）较低、温升较高。 7．链传动水平布置时，最好（ 紧 ）边在上，（ 松边 ）在下。 8．设计中，应根据被联接轴的转速、（ 转矩 ）和（ 直径 ）选择联轴器的型号。 9．径向滑动轴承的半径间隙与轴颈半径之比称为（ 相对间隙 ）；而（ 偏心距 ）与（ 半 径间隙 ）之比称为偏心率?。 10．对于普通平键，考虑到载荷分布的不均匀性，双键联接的强度按（ 1.5 ）个键计算。 二、判断题（每小题1分，共10分）（正确的划“√”，错误的划“3”） 1．十字滑块联轴器中的所有元件都是刚性元件，因此属于刚性联轴器。 （ 3 ） 2．两摩擦表面的粗糙度值越小，则越容易实现液体动力润滑。 （ √ ） 3．在计算转轴的强度时，安全系数法比当量弯矩法更精确。 （ √ ） 4．相啮合的蜗杆和蜗轮的螺旋角必须大小相等，旋向相反。 （ 3 ） 5．闭式齿轮传动皆须首先按齿面接触强度进行设计计算，确定传动的几何尺寸，然后校核齿根弯曲疲劳强度。 （ 3 ） 6．由于链传动不需要张紧力，故作用在轴上的载荷较小。 （ √ ） 7．正是由于过载时产生“弹性滑动”，故带传动对传动系统具有保护作用。 （ 3 ） 8．楔键只能用于单向传动，双向传动时，必须采用两个楔键。 （ 3 ） 9．性能等级为6.6级的螺栓，其屈服点 ＝600MPa。 （ 3 ） 10．机械零件的计算分为设计计算和校核计算，两种计算的目的都是为了防止机械零件在正常使用期限内发生失效。 （ √ ） 三、简答题（每小题5分，共20分） 1． 简述为什么开式齿轮传动一般不会出现点蚀现象？ 答：因为在开式齿轮传动中，磨粒磨损的速度比产生点蚀的速度还快，在点蚀形成之前，齿面的材料已经被磨掉，故而一般不会出现点蚀现象。 2． 对于滚动轴承的轴系固定方式，请解释什么叫“两端固定支承”？ 答：两端固定支承即为轴上的两个轴承中，一个轴承的固定限制轴向一个方向的串动，另一个轴承的固定限制轴向另一个方向的串动，两个轴承的固定共同限制轴的双向串动。 3． 简述形成稳定动压油膜的条件？ 答：1）两摩擦表面之间必须能够形成收敛的楔形间隙； 2）两摩擦表面之间必须有充足的、具有一定粘度的润滑油； 3）两摩擦表面之间必须有足够的相对运动速度。 4． 解释名词： 滚动轴承的寿命； 滚动轴承的基本额定动载荷。 答：1）滚动轴承的寿命即滚动轴承中内、外圈滚道以及滚动体，任一元件出现疲劳点蚀之前，两套圈之间的相对运转总转数。也可用恒定转速下的运转小时数表示； 2）基本额定动载荷即基本额定寿命为106转时，轴承所能承受的最大载荷 四、（15分）某轴用一对同型号角接触球轴承 12支承，受力情况如图所示。已知：内部轴向力 FS＝0.68FR，e＝0.68。当 FAFRFx=900N≤e时，X＝1， FR2=2500NY＝0；当 FAFR＞e时，X＝0.41，Y＝0.87。问 FR1=4000N哪个轴承的寿命低？ 解：（1）Fs1?0.68FR1＝0.68?4000?2720（N） Fs2?0.68FR2＝0.68?2500?1700（N） （2）Fs2?Fx?1700?900?2600（N）＜Fs1?2720（N） 故 FA1?Fs1?2720（N） Fs1?Fx?2720?900?1820（N）＞Fs2?1700（N） 故 FA2?Fs1?Fx?1820（N） FA1FR1?27204000?0.68?e，则X＝1，Y=0。 则 FP1?fP(X1FR1?Y1FA1)?fP?(1?4000?0?2720)＝4000fP（N） FA2FR2?18202500?0.728＞e，则 X＝0.41，Y＝0.87。 则 FP2?fP(X2FR2?Y2FA2)?fP?(0.41?2500?0.87?1820) ?3500f（N） 由于 FP1＞FP2 ，故轴承1的寿命短。 五、（15分）如图所示的螺栓组联接，已知外载荷F＝5KN，各有关几何尺寸如图所示。试计算受力最大螺栓所受的横向工作载荷Fsmax。 500F160160解：（1）将F向螺栓组形心平移，同时得转矩T。 T=5003F＝531053500＝2.53106（N） 在F作用下，各螺栓所受横向力为 Fs1＝ Fz?5?1043?1250（N） 在T作用下，各螺栓所受横向力也相等，为 Fs2?rT4r2?T4r?4?2.5?1080262＝5524.3（N） ?80 显然，1、2两螺栓所受的横向力最大，为 Fsmax? Fs1?Fs2?2Fs1Fs2cos?22 ?12502?5524.3?2?1250?5524.3?cos1352? ?6469（N） 六、设计一个标准直齿圆柱齿轮传动，传动比i＝3.2，允许传动比有不超过±5％的误差。通过强度计算已确定中心距a＝320mm，模数m≥3mm，取齿宽系数?d＝1。试确定下列几何尺寸：m、z1、z2、d1、d2、b1、b2。 （模数系列：3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、7、8、?） 解：（1）由 a?12m(z1?z2)得 z1?z2?2am?2?320m 取 m =5（mm）（应为标准值） 则 z1?z2?2?3205＝128 （1） z2?iz1?3.2z1 （2） 联立 （1）、（2）解得 z1?30.47， z2?97.53 取 z1?30， z2?98 d1?mz1?5?30?150（mm） d2?mz2?5?98?490（mm） b??dd1?1?150（mm） 取 b2?b?150（mm）， b1?b2?10?150?10?160（mm） 注：本题主要考察：m是否为标准值？是否满足a?寸取值圆整是否合理？ 机械设计试卷6 一、填空（每空1分，共20分） 1．当所受轴向载荷通过（ 螺栓组形心 ）时，螺栓组中各螺栓承受的（ 轴向工作拉力 ）相等。 2．从结构上看，带轮由（ 轮毂 ）、轮辐和（ 轮缘 ）三部分组成。 3．在直齿圆柱齿轮传动的接触疲劳强度计算中， 以（ 节点 ）为计算点，把一对轮齿的啮合简化为两个（ 圆柱体 ）相接触的模型。 4．按键齿齿廓曲线的不同，花键分为（ 矩形 ）花键和（ 渐开线 ）花键。 5．请写出两种螺纹联接中常用的防松方法：（ 双螺母等 ）和（ 防松垫圈等 ）。 6．疲劳曲线是在（ 应力比 ）一定时，表示疲劳极限 与（ 循环次数 ）之间关系的曲线。 7．理论上为（ 点 ）接触或（ 线 ）接触的零件，在载荷作用下，接触处局部产生的应力称为接触应力。 8．开式齿轮传动的主要失效形式是：（ 齿面的磨粒磨损 ）和（ 断齿 ）。 9．径向滑动轴承的条件性计算主要是限制压强、（ 速度 ）和（ pv值 ）不超过许用值。 10．在类型上，万向联轴器属于（ 无弹性元件的挠性 ）联轴器，凸缘联轴器属于 12(d1?d2)?12m(z1?z2)？各参数和尺 3、完成图中轴系部件结构。（8分） 评分标准： 键连接结构（3分） 齿轮轴向定位固定（2分） 轴承考虑拆卸的固定（左右各1.5分） 机械设计课程试题 一、填空及选择填空：把答案写在题中的空格里( 每空2分, 共26分) 1、工程上常用的螺纹联接的防松方法有_摩擦防松__、_机械防松__和__永久止动__。 2、滚动轴承的基本额定寿命Lh10是指_一批轴承作实验，其中90%轴承不发生疲劳点蚀时的工作小时数。 3、阿基米德蜗杆传动的正确啮合条件是_ mx1=mt2=m _、_αx1=αt2=α=200_和_γ=β2 旋向相同_。 4、带传动中，带每转一周受____________应力、_离心力产生的拉_应力和__弯曲__应力作用，最大应力发生在 紧边开始进入小带轮的那一点。 5、在闭式软齿面齿轮传动中（无冲击载荷），按___C_____设计，按___A_____校核 A.齿根弯曲疲劳强度 B.齿根弯曲静强度 C.齿面接触疲劳强度 D.齿面接触静强度 二、说明下列滚动轴承代号的意义 (本大题共4小题，每小题4分，总计16分) 1、6209 2、7311AC/P4/DF 3、30420/P2/DB 4、N220/P5 答：1.深沟球轴承，窄、轻系列，内径45，公差等级Po级 0 2.角接触球轴承，窄、中系列，内径55，接触角25，公差等级P4级，面对面排列 3.圆锥滚子轴承，窄、重系列，内径100，公差等级P2级，背对背排列 4.圆柱滚子轴承，窄、轻系列，内径100，公差等级P5级 三、计算题（共30分） 1、.图示托架受铅垂力F（N），托架与托体之间的摩擦系数为μs,,可靠系数Kf=1,螺栓与被联接件的相对刚度为0.2，螺栓材料的许用应力为[σ]，按步骤列出螺栓根径d1的计算式。（14分） kfF解：（1）求F′：不下滑条件：4 F′2μs ≥ kf F ∴F′ ≥ 4? sMlmax4F?H??a?4???2?a22（2）求F：F = ′ ?i?1l2iF?H = = 2a c1kfF (3) 求 F0 = F+ c?d1?c2F = 4?+ 0.2 F s1.3F01.3F0 (4) 求d1: 由公式 运转时有轻微冲击 C0r?30500N421?≤[σ] ∴ d1 ≥ 4[?] FA?2700Nn=1250r/min ，2、一轴上有一对30204圆锥滚子轴承，轴承受载荷FR?5400N， fp?1.1，试计算这对轴承当量动载荷p和寿命L10h。轴承参数：d=20mm； 2； Cr?28200N；e?0.35；Fa/Fr≤e，x=1，y=0；Fa/Fr>e，x=0.4，y=1.7， 1F[注：Fs?Fr/(2Y)] (本题16分) F S1S2Fr1Fr2 s1、s2方向如图所示 Fr1?23FR?3600N;Fr2?13FR?1800N ； s1?Fr1/(2Y)?1058.82N?Fr1?s1?s2；sa22?Fr2/(2Y)?529.41N，轴承2受压 Fa1?s1?1058.82N；F?s1?FA?3758.82N； Fa1/Fr1?1058.82/3600?0.294?eP1?fp?x1?Fr1?3960N，x1=1,y1=0 Fa2/Fr2?3758.82/1800?2.09?e，x2=0.4，y2=1.7 P2?fp?(x2?Fr2?y2?Fa2)?1.1?(0.4?1800?1.7?3758.82)?7109.99NP?P2?7109.99N； ????10/3L10h?16670n?Cr????p?28200?????12507109.99??1667010/3?1317.1h 四、分析题（18分） 图示蜗杆-斜齿轮传动，已知蜗杆为左旋，转向如图示，蜗杆m=8mm，d1=64mm(q=8)，z1=2，z2=42，蜗杆输入转矩T1=38000N.mm，蜗杆传动效率?＝0.75。试求： 1）画出蜗轮的转向； 2）欲使II轴的蜗轮2和齿轮3的轴向力抵消一部分，决定斜齿轮3、4的螺旋线方向； 3）分别求出蜗杆、蜗轮上各力的大小和方向。 1）蜗轮转向如图示。 2）斜齿3为左旋，4为右旋。 3）蜗杆、蜗轮上各力方向如图示，各力的大小为： T2?i?T1?42/2?0.75?38000?598500N?mmFt1?Fa1? Fa2?2T1/d1?2?38000/(8?8)?1187.5N Ft2?2T2/d2?2?598500/(8?42)?3563N Fr1?Fr2?Ft2tan??3563?tan20??1297N 五、指出下列轴系错误，并将正确的结构画在轴心线下面（14分）。
