1、机械设计课程试题（一） 一、选择题：本题共 10 个小题，每小题 2 分，共 20 分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。把所选项前的字母填在题后的括号内。 1一般工作条件下，齿面硬度 HB 350 的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为 【 B 】 A轮齿疲劳折断 B. 齿面疲劳点蚀 C齿面胶合 D. 齿面塑性变形 2带传动在工作时产生弹性滑动，是由于 【 C 】 A包角 太小 B. 初拉力 F0 太小 C紧边与松边拉力不等 D. 传动过载 3下列四种型号的滚动轴承，只能承受径向载荷的是 【 B 】 A 6208 B. N208 C. 3208 D. 5208 4下列四种螺纹
2、，自锁性能最好的是 【 D】 A粗牙普通螺纹 B.细牙普通螺纹 C梯形螺纹 D.锯齿形螺纹 5在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，可采用的方法为 【 C】 A减小齿面滑动速度 s B. 减少蜗杆头数 Z1 C增加蜗杆头数 Z1 D. 增大蜗杆直径系数 q 6在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数 C 是指 【 D 】 A弹簧外径与簧丝直径之比值 B弹簧内径与簧丝直径之比值 C弹簧自由高度 与簧丝直径之比值 D弹簧中径与簧丝直径之比值 7普通平键接联采用两个键时，一般两键间的布置角度为 【 B 】 A 90 B. 120 C.135 D.180 8 V 带在减速传动过程中，带的最大应
3、力发生在 【 D 】 A V 带离开大带轮处 B. V 带绕上大带轮处 C V 带离开小带轮处 D. V 带绕上小带轮处 9对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时， 螺栓所受的载荷是 【 D 】 A拉力 B.扭矩 C压力 D.拉力和扭矩 10滚子链传动中，链节数应尽量避免采用奇数，这主要是因为采用过渡链节后 【 D 】 A制造困难 B.要使用较长的销轴 C不便于装配 D.链板要产生附加的弯曲应力 二、填空题：本大题共 10 个小题，每空 1 分，共 20 分。把答案填在题中横线上。 1轴如按受载性质区分，主要受 弯矩 的轴为心轴，主要受 转矩 的轴为传动轴。 2代号 62203 的滚动轴承，为 深沟球
4、轴承 轴承，其内径为 17 mm。 3在一般机械中的圆柱齿轮传动，往往使小齿轮齿宽 b1 大于 大齿轮齿宽 b2；在计算齿轮强度时，工作齿宽 b 应取 大齿轮齿宽 b2 。 4普通平键联接的工作面是键的 两侧面 ；楔键联接的工作面是键的 上下面 。 5为了便于互换及适应大量生产，轴承内圈孔与轴的配合采用 基孔 制，轴承外圈与轴承座孔的配合采 用 基轴 制。 6不随时间变化的应力称为 静应力 ，随时间变化的应力称为 变应力 ，具有周期性的变应力称为 循环变应力 。 7按照平面图形的形状，螺纹分为 三角形螺纹 、梯形螺纹 和 锯齿形螺纹 等。 1 8按照工作条件，齿轮传动可分为 开式传动 和 闭式
5、传动 两种。 9齿轮传动设计时，软齿面闭式传动通常先按 齿面接触强度 设计公式确定传动尺寸，然后验算轮齿弯曲强度。 2 10直径较小的钢制齿轮，当齿 根圆直径与轴径接近时，可以将齿轮和轴做成一体，称为 齿轮轴 。 三、简答题：本大题共 6 个小题，每题 5 分，共 30 分。把答案填在题中横线上。 1简述螺纹联接的基本类型主要有哪四种？ 螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接、紧定螺钉联接。 2提高螺栓联接强度的措施有哪些？ 1 降低螺栓总拉伸载荷的变化范围； 2 改善螺纹牙间的载荷分布； 3 减小应力集中； 4 避免或减小附加应力。 3闭式蜗杆传动的功率损耗主要包括哪三部分？ 闭式蜗杆传动的功率损
6、耗包括三部分：轮齿啮合的功率损耗，轴承中摩擦损耗和搅动箱体内润滑油的 油阻损耗。 4简述带传动的优点？ 适于中心矩较大的场合；带具有良好的扰性，可缓和冲击、吸收振动；过载时带与带轮间会出现打滑，打滑虽使传动失效，当可防止损坏其他零件； 5链传动的主要失效形式有哪些？ 链板疲劳破坏；滚子套筒的冲击疲劳破坏；销轴与套筒的胶合；链条铰链磨损；过载拉断。 6滚动轴承的基本类型有哪些？ 调心球轴承、调心滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承、深沟球轴承、角接触球轴承、推力圆柱滚子轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承等。 四、 结构改错 1、图示为一用对圆锥滚子轴承外圈窄边相对安装的轴系结构。请按示 例所示，指出图中
7、的其他结构错误（不少于 7 处）（ 7 分） （注：润滑方式、倒角和圆角忽略不计。） 例 缺少调整垫片 解 缺少调整垫片 轮毂键槽不对 与齿轮处键槽的位置不在同一角度上 键槽处表达不正确（应该局部剖视） 端盖孔与轴径间无间隙 多一个键 齿轮左侧轴向定位不可靠 齿轮右侧无轴向定位 轴承安装方向不对 轴承外圈定位超高 轴与轴承端盖相碰 2、请说明图示轴系结构中用数字标出位置的错误（不合理）的原因。（ 5 分） 轴肩 的高度超出了轴承内圈的外径； 轴段的长度应该小于轮毂的宽度； 螺纹轴段缺少螺纹退刀槽； 键槽应该与中间部位的键槽在同一母线上布置； 键的长度应该小于轴段的长度。 北京机械工业学院机械设
8、计考题与答案 一、 是非题（有 5 小题，每题 1 分，共 5 分。正 确在括号内写“ T”，错误在括号内写“ F”） 1双螺母防松结构中，如两螺母厚度不同，应先安装薄螺母，后安装厚螺母。（ T ） 2滚动轴承的轴向系数 Y 值越大，其承受轴向能力越大。（ F ） 3减速器的齿轮和滚动轴承可以采用不同的润滑剂。（ T ） 4设计蜗杆传动时，为了提高传动效率，可以增加蜗杆的头数。（ T ） 5失效就是零件断裂了。（ F ） 二、选择题（有 5 小题，每题 2 分 ,共 10 分。在每小题的选项中，只有一项是符合题目要求的，把所选项的字母填在题中的横线上） 6温度对润滑油粘度的影响是随着温度的升高
9、润滑油的粘度 C 。 A）提高 B）不变 C）降低 7设计时键的截面尺寸通常是根据 D 从标准中选取。 A）键传递的转矩 B）轴的转速 C）轮毂的长度 D）轴的直径 8下列四种叙述中 D 是正确的。 A）变应 力只能由变载荷产生 B）静载荷不能产生变应力 C）变应力是由静载荷产生 D）变应力是由变载荷产生，也可能由静载荷产生 9从经济观点考虑，单件生产的齿轮减速箱的箱体最好采用 C 。 A）灰铸铁铸造 B）铸钢铸造 C）钢板焊接 10由下列不同材料制造的零件，其形状、尺寸、结构、表面加工情况和工作条件等完全相同，其中有效应力集中系数最大的是 B 。 A） HT200 灰铸铁 B） 40CrNi
10、 钢 C） 45 钢 三、填空题（有 5 小题， 20 个空，每空 1 分 ,共 20 分。把答案填在题中横线上） 11对下列各种零件至少举出一种常用材料的牌号，齿轮 45， 40Cr ，滑动轴承轴瓦 ZQSn10-1， ZQAl9-4 ，蜗轮轮缘 ZQSn10-1， ZQAl9-4 ，螺钉 Q235， 20 ，弹簧 65Mn， 碳素弹簧钢丝 ，弹簧垫圈 65Mn ，滚动轴承套圈 GCr15 ，滚动轴承保持架 08F ，键 45 。 12带传动的失效形式为 打滑 和 疲劳破坏 。因此，其主要设计依据为 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 。 13轴按承载分为 心轴 ， 转轴
11、 和 传动轴 。 14螺纹联接按防松原理可分为 摩擦防松 ， 机械防松 和 其它防松 。 15灰铸铁齿轮常用于 开 式传动中，这种齿轮的主要失效形式是 磨损 。 四、问答题 （有 5 小题，每题 4 分 ,共 20 分） 16什么是等强度设计？在设计中如何应用？ 答：一个机器的各零件或一个零件对于各种失效方式具有同样的承载能力。 在设计中的应用有二：一是使各部分等强度，避免某些部分强度过大，浪费材料；二是故意设置薄弱 环节，过载时失效，使其它部分在过载时不致于损坏而得到保护。 17什么是机械零件的失效？ 答：机械零件由于某种原因不能正常工作，叫失效。 18滑动轴承计算中，计算 p， pv， v
12、 各考虑什么问题？ 答： p 轴承磨损； pv 发热； v 局部磨损。 19 齿轮传动中的载荷系数 K=KAKvK K ， KAKvK K 各为什么系数，各考虑什么因素对齿轮传动的影响？ 答：齿轮传动中的载荷系数 K=KAKvK K 中， KA是使用系数，考虑外部因素引起附加动载荷 对齿轮传动的影响； Kv是动载系数，考虑 齿轮制造、安装误差等引起附加动载荷对齿轮传动的影响； K 是齿间载荷分配系数，考虑多齿啮合间分配载荷的不均匀现象对齿轮传动的影响； K 是齿向载荷分布系数，考虑载荷沿接触线分布不均的现象对齿轮传动的影响； 20什么叫机械零件的计算准则？常用的机械零件的计算准则有那些？ 答：
13、机械零件的计算准则就是为防止机械零件的失效而制定的判定条件，常用的准则有强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则等？ 五、分析题 （有 2 小题，每题 6分 ,共 12 分） 21 一钢制液压油缸，缸内油压 P 2.5MPa(静载 )，油缸内径 D 125mm，缸盖由 6 个 M16 的螺钉联接在缸体上 .螺钉刚度 Cb与缸体缸盖的刚度 Cm之比为 l/4，螺钉材料的性能等级为 5.6级，安全系数取 S 1.5， M16螺钉的小径 d1=13.835mm.若根据联接的紧密性要求，要求残余预紧力 QP 1.5F.试分析预紧力 QP应控制在什么范围内才能满足此联接的要求 ? 解 1
14、.计算单个螺钉的工作拉力 F（ 2 分） 油缸盖联接所受的载荷 F =pD2/4，每个螺钉的工作拉力 F F 6 pD2/4/6 2.5 (125)2 4/6 5113.27 N 2.计算允许的螺钉最大总拉力 Q（ 2分） 螺钉材料性能等级为 5.6 级， s 300MPa，许用应力 = s/S 300/1.5 200MPa.由强度条件 ca 1.3Q/( d2/4) Q d2/4/1.3 13.8352200/4/1.3 23127.83 N 3.求预紧力 Qp的允许范围（ 2 分） 1)按螺钉强度条件求允许的最大预紧力 Q Qp十 Cb/（ Cb +Cm ） F 23127.83 N Qp
15、 23127.83-0.2F 23127.83-0.25113.27=22105.17 N 2)按联接紧密性条件求最小的预紧力，根据联接紧密性要求， QP 1.5F QP Qp- Cm /（ Cb +Cm ） F=Qp-0.8F 1.5F 即 Qp 1.5F 十 0.8F 2.3F l1760.52 N 由以上计算结果可知，预紧力 Qp应控制为 l1760.52 N Qp 22105.17 N 22一传动装 置，输入转矩为 T1，输出转矩为 T2，速比为 i，总效率为，试证明 T2= T1 i 答：设输入功率为 P1（ kW），输出功率为 P2（ kW），输入转速为 n1（ r/min），输出
16、转速为 n2（ r/min）， T=9.55 106 P/n(N.mm) P1= T1 n1/(9.55 106) P2= T2 n2/(9.55 106) = P2/ P1=( T2 n2/(9.55 106)/( T1 n1/(9.55 106) = T2 n2/( T1 n1) i= n2/ n1 = T2/ T1/i 即 T2= T1 i 六、计算题 （有 2小题，每题 6 分 ,共 12 分） 23一对 46210 角接触球轴承反安装，如图 1 所示。已知轴承 1和轴承 2 的 径向 载 荷 分别 为R1=2000N,R2=4000N,轴上作用的轴向载荷 Fa=800N(指向轴承 2
17、)，轴承的派生轴向力 S的计算式 S=0.68R，e=0.68， X=0.41,Y=0.87。轴承载荷有轻微冲击，载荷系数 fF=1.2，工作温度不大于 120C。试求： (1) 轴承 1 和轴承 2的轴向载荷 A1和 A2； (2) 轴承 1 和轴承 2的当量动载荷 P1和 P2。 解 :(1)计算轴承的轴向载荷 S1=0.68R1=0.68 2000=1360 N S2=0.68R2=0.68 4000=2720 N S1、 S2方向见图 2 因为 Fa+ S2=800+2720=3520 N S1 所以 轴承 1“压紧”， A1= Fa+ S2=800+2720=3520 (2 分 )
18、轴承 2“放松”， A2= S2=2720 N(2 分 ) （ 2）计算轴承的当量动载荷 轴承 1 A1/R1=3520/2000=1.76 e=0.68,则取 图 1 X1=0.41,Y1=0.87 P1=fF(X1R1+Y1A1) =1.2 (0.41 2000+0.87 3520)=3882.4 N (2 分 ) 轴承 2 A2/R1=2720/4000=0.68 e=0.68,则取 X2=1,Y2=0 P2=fFX2R2 =1.2 1 4000=4800 N (2 分 ) 24已知 V 带传动中，最大传递功率 P=8kW，带的速度v=10m/s，若紧边拉力 F1 为松边拉力 F2 的
19、2 倍，此时小带轮上包角 1=120，求：（ 1）有效拉力 Fe；（ 2）紧边拉力 F1；（ 3）当量摩擦系数 f 。 解 : 有效拉力 Fe =1000P/v=1000 8/10=800 N (2 分 ) 又知 :F1-F2= Fe,F1=2F2 则紧边拉力 F1=2 Fe =1600 N (2 分 ) 根据欧拉公式 得 当量摩擦系数 f=ln(F1/F2)/ =ln2/(3.14 120/180) =0.693/2.0933=0.331 (2 分 ) 七、结构题（有 4 小题，每题分别为 10分 ,2 分， 2分， 2分，共 16 分） 25 图 3 中为一对圆锥滚子轴承支承的轴系，齿轮油
20、润滑，轴承脂润滑，轴端装有联轴器。试指出图中的结构错误（在图中错误处写出序号 并在下半部改正 ， 按序号简要说明错误的内容 ）（每指出一处 ,并正确说明错误内容 和改正 的 ,得 1 分 ,总分为 10 分） 键的位置应与齿轮处在同一直线上，而且结构不正确； 轴承盖孔径应大于轴径，避免接触； 此处不应有键联接； 轴长应短于轮毂长度，保证轴套压紧齿轮； 轴应有轴环，使齿轮定位； 轴承应正装； 轴不应与轴承盖相碰，且不需这么长； 左右两轴承盖与箱体间应有调整垫片； 两轴承内侧应加封油环； feFF 21 箱体 加工面与非加工面未分开。 26画出 V 带与带轮槽的正确安装图； 27画出普通螺栓联接的
21、结构图 28画出普通平键 A型、 B型、 C 型的形状 26,27,28 题答案 : 机械设计课程试题（二） 一、填空题（ 25 分） 每空 1 分 1、 滚动轴承轴系一端固定一端游动的固定方式常用在 跨距较大 或 工作温度较高 情况下。 2、 dn值大的滚动轴承应采用 油 润滑，而 dn值小的滚动轴承可采用 润滑脂 润滑。 3、滑动轴承保证液体动压润滑的条件有 相对滑动的两表面间必须 形成收敛的楔形间隙；被油膜分开的两表面必须有足够的相对滑动速度，其运动方向必须使润滑油大口进小口出； 3 润滑油必须有一定的粘度供油要充分 。 4、混合摩擦（非液体摩擦）滑动轴承计算应校核 P 、 V 、 PV
22、 值。 5、列举两种刚性联轴器的名称，并说明是否具有补偿轴向。径向或角向位移的能力： 套筒式联轴器（无补偿能力）、凸缘式联轴器（无补偿能力） 。 6、轴按所受载荷性质分类，只承受弯矩的称 心 轴；只承受扭矩称 传动 轴；承受弯矩和扭矩称 转 轴。 7、直齿圆锥齿轮的当量齿 数 z/cos ；标准模数和压力角在 齿轮大端 ；受力分析和强度计算用 平均分度圆 直径。 8、带传动的主要失效形式为 打滑 和 疲劳破坏 。 9、带工作是截面上产生的应力有 拉应力 ， 弯曲应力 ， 离心应力 。 10、在齿轮传动中，大小齿轮的接触应力是 相 等的，大小齿轮的弯曲应力是 不 等的。 二、选择题（ 11 分）
23、 每空 1 分 1、滚动轴承内圈与轴配合的正确标注应为 C 。 A . 30H7/k6 B. 30H7 C . 30k6 2、下列滚动轴承密 封装置，其中 AC 是属于接触式密封，而 BD 是属于非接触式密封。 .毡圈密封 .甩油环 .密封环 .缝隙密封 3、在 B 情况下，滑动轴承润滑油的粘度不应选得较高。 .重载 .高速 .工作温度 .高承受变载或冲击振动载荷 4、两相对滑动的接触表面，依靠吸附油膜进行润滑的摩擦状态称 D 。 .液体摩擦 .半液体摩擦 .混合摩擦 .边界摩擦 5、半圆键联接当采用双键时两键应 D 布置。 .在周向相隔 o .在周向相隔 o .在周向相隔 o .在轴向沿同一
24、直线 6、为了提高受轴向变载荷螺栓联接的疲劳强度，应 B 。 .增加螺栓刚度。 .降低螺栓刚度。 .降低被联接件刚度。 7、弹簧的刚度为 1，弹簧的刚度为 2，两弹簧并联的刚度为 C 。 . 1 . 2 . 2 . 1 2（ 1 2） 8、强度等级为 .8 级的螺栓材料 D 。 . . . . 9、链轮中心距已定，合理确定链传动的链长时，应取 B 。 . 任 意值 . 等于链节长度的偶数倍 .等于链节长度的奇数倍 10、带传动的两带轮直径不相等，一般情况下，应使哪个轮曹楔角较大 B ？ . 大轮 . 小轮 . 主动论 . 从动轮 三、计算题 （ 34分） 1、（ 14 分）图示为手动铰车中所采
25、用的蜗杆传动。已知 m=8mm， d1=80mm ， z1=1，i=40，卷筒的直径 D=250mm，试计算：（ 1）欲使重物上升 1m，应转动蜗杆的转数；（ 2）设蜗杆和蜗轮间的当量摩擦系数为 0.18，检验该蜗杆传动是否满足自锁条件；（ 3）设重物重 Q=5kN，通过手柄转 臂施加的力 F=100N，手柄转臂的长度 l 的最小值 (不计轴承效 率 ) 。 解：（ 1）重物上升 1m 时， 卷筒转动圈数：N2=1000/ D=1000 (250x3.14)=1.27 蜗杆转动圈数为： N1=i N2=40x1.27=50.96(圈 ) （ 2）蜗杆直径系数 q=d1/m=80 8=10 导程角： =arctan =arctan =7.125o
