机械设计历年试题及答案 (2)

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一、 填空题，（每空1分，共26分）

1、设计连轴器时，先根据工作条件和要求选择合适的类型，然后按

轴的直径 、 转速 和 计算转矩 从标准中选择所需要的型号和尺寸。 2、非液体摩擦滑动轴承处于 混合 摩擦状态，在非液体摩擦径向滑动轴承的设计计算时，验算pv值的目的主要是为了限制 轴承温度（或摩擦功耗） ，维持边界膜不被破坏。

3、螺纹公称直径是 螺纹大径 ，强度计算时应用的螺纹直径参数是 螺纹小径 。

4、在带传动的失效形式中， 打滑 是由于过载引起的。

5、齿轮传动的失效形式有齿面磨损、 轮齿折断 、 齿面胶合 、 ( 齿面点蚀 和 轮齿塑性变形 。 6、齿轮传动的载荷系数主要由使用系数，动载系数，齿向载荷分布系数 和 齿间载荷分配系数 组成。其中主要与齿轮相对于轴承安装位置有关的系数是( 齿向载荷分布 系数。 7、一对相互啮合圆柱齿轮，两齿轮的齿面接触应力关系是σH1＝ σH2，许用接触应力的关系 [σH1] ≠ [σH2]，两齿轮的齿根弯曲应力σF1 ≠ σF2。（填 =、≠） 8、螺纹连接中，按其工作原理不同，螺纹防松方法有 摩擦防松 、 _ 机械防松 和永久性防松等。 9、 代号为7309 C/P4的滚动轴承，其类型名称为 角接触球轴承 ，内径为 45 mm，接触角为 15° ，精度等级是 P4 。 10、平键连接的主要失效形式是 工作面的压溃 和 键的剪断 二、 简答题（共24分） 1.带传动过程中，带受到的应力分为几种？写出名称。以如图所示的减速传动为例，画出带传动时，带中的应力变化图，并指出最大应力的位置，写出最大应力表达式。画图时适当照顾比例。（6分） 答：带传动受3种应力，分别是紧边和松边的拉应力?1和?2，弯曲应力?b，离心应力?c（3分）。最大应力发生在紧边，带刚绕上小带轮的入口处（1分）。最大应力表达式，?max??1??c??b （1分）。 1． 闭式蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？提高散热能力的常用措施主要有哪些？（6分）

答：因为蜗杆传动效率低，发热大，在闭式蜗杆传动中，如果产生的热量不能及时散逸，就会使油温升高，润滑油粘度下降，润滑条件恶化，导致齿面磨损加剧，甚至发生胶合，所以，需要进行热平衡计算。（得2分）。常用的提高散热能力的措施主要有1）合理地设计箱体的结构，铸出或焊上散热片，以增大散热面积；2）在蜗杆上安装风扇，进形人工通风，以提高散热系数；3）在箱体油池中装设蛇形冷却水管，直接降低油温；4）采用压力喷油循环润滑。（得4分）。 2． 什么是轴承的基本额定动负荷？基本额定动负荷的方向是如何规定的？（6分）

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答：轴承的基本额定动负荷：滚动轴承标准中规定，轴承工作温度在100℃以下，基本额定寿命L＝1×106r时，轴承所能承受的最大载荷成为轴承的基本额定动负荷.（3分）

轴承的基本额定动负荷的方向，对于向心轴承为径向载荷（1分），对于推力轴承为中心轴向载荷（1分），对于角接触向心轴承为载荷的径向分量（1分）。 3． 简述闭式齿轮传动的设计准则。（6分） 答：1）对于软齿面闭式齿轮传动，通常先按齿面接触疲劳强度进行设计(2分)，然后校核齿根弯曲疲劳强度(1分)。

2）对于硬齿面闭式齿轮传动，通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设计(2分)，然后校核齿面接触疲劳强度(1分)。 三、分析计算题（共34分） 有一电动绞车，采用如图2所示的传动方案，齿轮1和2为闭式直齿圆柱齿轮传动，蜗杆3和蜗轮4为开式传动。已知齿轮1、齿轮2和蜗本题分数 杆3的材料均为40Cr钢，且它们均为表面淬火处理，表面硬度为45~55HRC，蜗轮材料为铸造锡磷青铜。采用4个联轴器将6根轴连接， 把运动和动力传递到卷筒，实现提升重力W的目的。解答下列各问题。

图2 1、试分析I、II和VI轴各受什么载荷作用，注明各轴的类别（不计各轴的自重）。分析III轴A-A截面和B-B截面上各作用有哪几种应力？这些应力的变化性质如何？（卷筒轴双向转动受力）。（10分） 答：I轴只受扭矩，是传动轴（2分）；II和VI轴不仅受转矩，还受弯矩，是转轴（2分）；III轴A-A截面上只作用弯曲应力，弯曲应力为对称循环变应力（2分）；B-B截面上不仅作用弯曲应力，还作用有扭剪应力，其中弯曲应力为对称循环的变应力，扭剪应力为对称循环的变应力（4分）。 2、受力分析问题。（共8分） 1）蜗杆轮齿的螺旋线方向如图2所示，试确定蜗轮轮齿的螺旋线方向，并标在图上。在图中标出使重力W上升时电机的转向，并画出蜗轮轮齿在啮合点D处各分力Fr，Fa，Ft的方向。可在两个视图上分别用箭头表示。（5分） 答： 蜗轮为右旋。 （1分） 电机转向为如图向上。 （1分） 如图所示：3个力各1分，共3分，

（2）如果采用如图3所示传动方案，当重力W上升时，为了使II轴受力合理，怎样设计齿轮1和齿轮2的轮齿螺旋线方向？并在图中啮合点C处标出齿轮2的轴向力的方向。（3分）

答：齿轮1为左旋。（1分）；齿轮2应为右旋。（1分）；轴向力方向向左。（1分）

3、若凸缘联轴器的两个半联轴器凸缘间用6个M16的普通螺栓连接，已知预紧力 F′=800N，结合面间的摩擦系数f =0.15，可靠性系数Kf=1.2，卷筒直径为

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D=250mm，螺栓中心所在圆周的直径为D0=300mm。按此预紧力大小，计算该螺栓组连接所能允许提起的最大重力Wmax。（7分）

答：对于只承受预紧力的紧螺栓连接，依靠预紧力在结合面间产生的摩擦力对形心的力矩之和来平衡外力矩，预紧力满足

KfTF??z （2分）

f?rii?1Tmax?fF??rii?1z0.15?800?6??Wmax?Kf1.23002?90000N?mm （1分）

Wmax?2TmaxDD?Tmax （2分） 22?90000??720N （1分） 250该螺栓组所能允许提起的最大重力为720N （1分） 4、若轴采用一对7000型轴承固定方式，如图4所示。已知轴承1、2的径向支反力为Fr1＝4000N，Fr2＝5000N。轴上两零件所受的轴向力A1=900N，A2=400N（方向如图所示）。轴承上的内部轴向力S与径向载荷Fr之间的关系式为S=0.4 Fr。试计算轴承1、2所受的轴向载荷Fa1、Fa2。（9分） 答：1)求轴承1和2的内部轴向力大小和方向 S1=0.4Fr1=0.4X4000=1600N 方向如图 （计算正确0.5分，方向正确0.5分）

S2=0.4Fr2=0.4X5000=2000N 方向如图 （计算正确0.5分，方向正确0.5分）

2)判断压紧和放松的轴承，即轴的运动方向。 S1+A1=1600+900=2500N> S2 ＋A2＝2000＋400＝2400N，轴有向右运动趋A1 A2 势，轴承1放松，轴承2压紧。（3分） 3)求轴向力 Fa1= S1=1600N （2分） Fa2= S1+A1－A2= 2100N （2分） 四、 结构题（共16分）

1、图5轴承部件，采用两端固定支承结构形式，轴承采用润滑脂润滑。指出图中设计的结构错误，并对错误的原因作简要说明，并在图中下半

本题分数 部分画出正确结构图。（12分）

注：标出8处即可，同类性质的错误按一处记分。 图5 ① 箱体上与轴承端盖接触面应有凸台，减少加工面积； ② 应有调整垫片；

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③ 缺少挡油板；

④ 轴承端面和轴承座端面不应重合；

⑤ 与轮毂配合段轴颈长度应比轮毂长小1～2mm； ⑥ 端盖和轴之间不应接触，要有间隙； ⑦ 应加密封圈；

⑧ 应同一轴上的键连接应在同一母线上；

⑨ 轴承的定位套筒和轴肩外径不应高过轴承内圈，应为轴承留拆卸空间； ⑩ 密封处轴径应比轴承内径下，减小安装轴承的距离。 每指出一处错误，并说明得0.5分，总共不超过4分； 把指出的错误画正确每处得1分，总共不超过8分。 2、如图6所示凸缘联轴器结构，采用铰制孔螺栓连接，请画出螺栓连接两个半联轴器的结构图。（螺栓的公称直径为M12）。（4分） 图6 哈工大2009秋季学期考试试题答案 机械设计试题（A卷） 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的关系可用着名的欧拉公式表示为 F1?F2ef? 。 16、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。

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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）

Fmax与初拉力F0、包角?1和摩擦系数f有关。（3’）

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’） 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。(3’) 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；（1’） 合理提高齿轮的制造精度和安装精度；(1’) 正确选择材料和热处理方式；(2’) 以及对齿根部位进行喷丸、辗压等强化处理。(1’) 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。（2分） 防松的方法有摩擦防松、机械防松、永久防松。（3分） 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。(2分) 对于向心轴承，其方向为径向载荷；（1分） 对于推力轴承，其方向为轴向载荷；（1分） 对于角接触轴承，其方向为载荷的径向分量。（1分）

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]；（2分） 验算pv值：pv≤[pv]; （2分）

验算轴径圆周速度v：v≤[v]。（1分） 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）

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