1、第 1 页 （共 21 页）考试科目： 机 械 设 计 考试时间： 120 分钟 试卷总分 100 分题号 一 二 三 四 五 总分得分评卷教师一、简答题 （本大题共 4 小题，总计 26 分）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？ （6 分）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
2、哪几类？（8 分）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）联轴器和离合器的功用是联接两轴使之一同回转并传递转矩。二者区别是：用联轴器联接的两轴在工作中不能分离，只有在停机后拆卸零件才能分离两轴，而用离合器可以在机器运转过程中随时分离或接合两轴。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
3、小链轮的齿数和链条节距？（6 分）小链轮的齿数不宜过小和链条节距不宜过大。二、选择题 （在每题若干个选项中选出正确的选项填在横线上。本大题共 12 小题，总计 24 分）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 。得分得分装 订 线班级： 学号： 姓名：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 Z1Z 2 ， b1b2,其齿面接触应力的大小为 A 。A. H1=
4、 H2 B. H1 H2 C. H1 H2 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 中，应代入_ C _。12FaSdKTYzA. B. C. 与 中大者 D. 与1FaSY2FaSY1aSF2aSFY1FaSY中小者2FaS7、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
5、紧力为 F，其螺栓所受的总拉力 Fo为_ B 。AFoF 十 F BFo F 十 F CFoF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 90C相隔 120 D相隔 18011、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 （本大题共 3 小题，总计 20 分）1. 如图所示，1、2 是一对蜗杆蜗轮传动，3、4 是一对斜齿轮
6、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，试确定 1、2、3、4 各轮的旋向；在图上标出 2 和 3 所受各力的方向。 （10 分）得分1、2、3 轮左旋，4 轮右旋2、写出一维雷诺方程的表达式，说明油膜承载的必要条件，并指出图示四种情况，哪一种能够形成流体动压润滑油膜？ （5 分）A B C D形成动力润滑的必要条件：1）相对运动的两表面间必须形成楔形间隙；2）被油膜分开的两表面须有一定的相对滑动速度，其方向应保证润滑油由大口进，从小口出；3）润滑油须有一定的粘度，供油要充分。B 能够形成流体动压润滑油膜3、如图所
7、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）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， （只要传递圆周力，必然会306hxp11maxbc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 （本大题共 2 小题，总计 20 分） 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
8、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f t= 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) （14 分）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N205.16YFrN2r方向如图所示。，1轴承被“压紧” ，2轴承被“放松” 。2150SFSA2）求轴承所受的轴向力Na21 N， 3）轴承的当量动载荷据：F a1/
9、Fr1= 2500/6000 = 0.417e = 0.40，得：X 1 = 0.4，Y 1 =1.5P1 = fd（X 1 Fr1 + Y1 Fa1）= 0.46000 + 1.52500 = 6150 N据：F a2/ Fr2 = 5500/16500 = 0.33 e，得：X 2 = 1，Y 2 = 0P2 = fd（X 2 Fr2 + Y2 Fa2） = 16500 N P2P 1，用 P2 计算轴承寿命。4）计算轴承寿命12562 h3106610 59780CnLh得分S Fa/Fre Fa/Fre eX Y X YFr21 0 0.4 1.50.40装 订 线班级： 学号： 姓名
10、：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 s=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）许用应力:360/3=120MPa预紧力为由公式 4*1.3Fd求出预紧力：F =5083.7N最大牵引力与预紧力关系公式为 RKzmFff最大牵引力为 R=1271N五、改错题 （本题 10 分）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
11、5 处）指出错误之处，并编上号，简述其错误原因（略） 。改正为：得分2011 年机械设计试题及答案一、填空题及选择填空题（27 分，每空 1 分）1当动压润滑条件不具备，且边界膜遭破坏时，就会出现 、 和 同时存在的现象，这种摩擦状态称为 。2. 一公称直径为 d=16mm 的螺纹副，螺纹头数 n=2,螺距 p=4mm, 螺纹中径 d2=D2=14mm,牙侧角 =15,螺纹副材料的当量摩擦系数f =0.080.10, 经计算该螺纹副 自锁性要求。a. 满足 b. 不满足3. 导向平键连接的主要失效形式是 ，设计时通过限制 来进行耐磨性计算；半圆键的缺点是 ，所以主要适用于轴端。4. 作为标准普
12、通 V 带工作面的两侧面夹角为 =40，相应的 V 带轮轮槽的两侧面夹角则 。 a.大于 40 b.小于 40 c. 等于 40。5. 传动带所能传递的最大有效圆周力 Fmax 与 、 、等因素有关，它们的值越大，F max 就越大。当传递的外载荷超过 时，带在带轮上发生打滑现象；而且在传动比大于 1 的情况下打滑总是先从小带轮上开始的，其原因是 。6. 齿轮传动的五种主要失效形式中，最严重、必须避免的失效形式是 ；软齿面闭式齿轮传动最主要的失效形式是 ；高速重载齿轮传动易发生 ；轮齿的塑性变形常发生在齿面材料较软、低速重载、频繁起动的传动中。7. 下列齿轮参数中，对齿形系数 YF 没有影响的
13、是 。a. 齿数 b. 变位系数 c. 齿顶高系数 d. 压力角 e. 模数8. 按国家标准 GB/292-93 规定，型号 7212 C/DB 轴承的类型为 ，宽度类型为 ，精度等级为 ，公称接触角 = 。9. 对于转动的滚动轴承,其主要失效形式是 ；对于不转动、低速或摆动的轴承，主要失效形式是 ； 对于高速轴承，是其主要失效形式。10. 滑动轴承一般由轴颈、轴瓦、轴承座三者组成，其失效形式主要是 ，主要发生在 上。二、问答题（24 分,每小题 4 分）1. 齿向载荷分布系数 K的物理意义是什么？改善齿向载荷分布不均匀状况的措施有哪些？2. 试述齿轮传动的设计准则。3. 按在支撑轴上零件传递
14、运动和动力时受到的载荷类型的不同，轴分为那几种类型？并分别举例说明。4给出滚动轴承的当量静载荷 P0 的定义。5同滚动轴承相比，液体摩擦滑动轴承有哪些特点？6在一些基本假设条件下，流体形成动压的必要条件是什么？三、分析计算题（29 分,第一小题 19 分，第二小题 10 分）1一重物匀速升降装置采用如图 a 所示的电机+圆柱蜗杆传动系统，已知蜗杆传动的模数 m =8mm，蜗杆头数及分度圆直径分别为 z1=1、d 1=80mm，蜗轮齿数 z2=50，卷筒直径 D=250mm。重物匀速升降的速度 v=40m/min，最大载重量 W 为 4kN，工况系数 KA 按 1.0 计，试分析、计算提升重物时
15、的下列问题：1）该装置以 40m/min 的速度匀速升起重物 1m 时，蜗杆应转多少转？并在图中标明蜗杆的转向、蜗轮轮齿旋向、节点位置处蜗杆及蜗轮的受力方向。 （5 分）2）若蜗杆与蜗轮齿面间当量摩擦系数 f = 0.18，该机构能否自锁？（2 分）3）若重物 W=4kN，传动装置总的传动效率为 =0.5，试计算出电机的输出转矩 Tm 应是多少？（2 分）4）若蜗轮轴采用如图 b 所示的两个角接触轴承 7209 C 支撑形式, L=100mm，蜗杆传动效率 1 = 0.7，卷筒、联轴器(连接蜗轮轴与卷筒轴)、蜗轮轴上轴承的效率合计为 2 = 0.8，轴承 7209 C 的基本额定动载荷和基本额
16、定静载荷分别为 C = 29800N、C 0 = 23800N, 其内部轴向力S=0.4Fr，径向载荷系数 X 和轴向载荷系数 Y 分别为 0.44 和 1.36，f T=1.0，f P=1.5，试计算轴承 II 的寿命 Lh 为多少小时？（10 分）2图 c 所示为一托架，20kN 的载荷作用在托架宽度方向的对称线上，用四个螺栓将托架连接在一钢制横梁上，螺栓的相对刚度为 0.3，螺栓组连接采用普通螺栓连接形式，假设被连接件都不会被压溃、也不滑移，试计算:1) 该螺栓组连接的接合面不出现间隙所需的螺栓预紧力 F 至少应大于多少？（接合面的抗弯剖面模量 W=12.71106mm3） （7 分）2
17、）若受力最大螺栓处接合面间的残余预紧力 F 要保证 6956N，计算该螺栓所需预紧力 F 、所受的总拉力 F0。 （ 3 分）四、结构题（20 分）1试说明实现轴上零件轴向固定的五种方法，并分别画出相应于各种轴向固定方法的结构图；画出模锻轮坯、腹板式大齿轮在转轴的轴端实现轴向固定与周向固定的结构图（要求齿轮也要画出来） 。（12 分）2图 d 和图 e 为凸缘联轴器的两个半联轴器的将两根轴连接起来的两种形式的部分结构，请将未画出的其余部分补全，成为完整的结构。 （5 分）3. 现有成品一级标准圆柱齿轮减速器一台，输入轴与小齿轮采用普通平键连接，轴与小齿轮轮毂配合段轴颈直径 d=40mm，该轴段
18、长度 l=58mm，键槽长 L=50mm,小齿轮轮毂键槽深 t1=3.3mm。为得到比现有减速器更大的减速比，现在需要重新设计、更换该减速器的齿轮。已知重新设计得到的齿轮模数 m=3.0mm, 小齿轮齿顶圆直径 da1=69mm, 齿根圆直径 df1=55.5mm，齿宽 b1=60mm，如果采用该小齿轮，试根据上述数据进行分析：该减速器的输入轴是否具有可以继续使用的可能性？（3 分）一、填空题及选择填空题（27 分，每空 1 分）1当动压润滑条件不具备，且边界膜遭破坏时，就会出现流体摩擦、边界摩擦和干摩擦同时存在的现象，这种摩擦状态称为混合摩擦。2. 一公称直径为 d=16mm 的螺纹副，螺纹头数 n=2,螺距 p=4mm, 螺纹中径 d2=D2=14mm,牙侧角 =15,螺纹副材料的当量摩擦系数f=0.080.10, 经计算该螺纹副 a 自锁性要求。 a.满足 b.不满足3. 导向平键连接的主要失效形式是 工作面的磨损 ，设计时通过限制 工作面间的压强 来进行耐磨性计算；半圆键的缺点是 键槽对轴强度削弱较大 ，所以主要适用于轴端。4. 作为标准普通 V 带工作面的两侧面夹角为 =40，相应的 V 带轮轮槽的两侧面夹角则 b 。 a.大于 40 b.小于 40 c. 等于 40。
