机械设计试题5套卷讲解Word文件下载.docx

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按受横向载荷的基本螺栓组联接，根据接合面不产生相对滑移确定每个螺栓所需的预紧力；

⑷检验接合面上的挤压应力。

上端边缘是否出现间隙、下端是否被压坏？

〔0.5＋0.5＝1分〕

⑸确定螺栓直径。

按受轴向载荷的单个紧螺栓联接进行强度计算，确定螺栓直径。

2）心轴〔2分〕

3）方案II较方案I合理。

〔1分〕

根据相应轴的弯矩图〔如图所示〕可知此结论。

2、简述选择蜗杆头数Z1和蜗轮的齿数Z2应考虑哪些因素？

答：

蜗杆头数通常取为1、2、4、6。

当传动比大或要求自锁时可取头为1，但传递效率低，当传动比较小时，为了避免蜗轮轮齿发生根切，或传递功率大时，为了提高传动效率，可采用多头蜗杆，但是蜗杆头数过多时，制造较高精度的蜗杆和蜗轮滚刀有困难。

蜗轮齿数选择。

蜗轮的齿数不应小于28，为了避免用蜗轮滚刀切制蜗轮时发生根切。

但对于动力传动，蜗轮齿数也不宜大于80。

因为当蜗轮直径d2不变时，蜗轮齿数越大，模数就越小，将削弱蜗轮轮齿的弯曲强度；

而如果模数不变，则蜗轮直径将要增大，传动结构尺寸变大，蜗杆轴的支承跨距加长，致使蜗杆的弯曲刚度降低，容易产生挠曲而影响正常的啮合。

3、齿轮传动设计中，影响齿向载荷分布系数

的主要因素有哪些？

〔4分〕

影响齿轮载荷分布系数

的主要因素：

齿轮的制造和安装误差；

齿轮相对轴承的布置；

轴的弯曲变形与扭转变形；

齿宽b的大小选用不当；

齿面硬度等。

4、什么是带传动的滑动率？

滑动率如何计算？

由于弹性滑动引起带传动中从动轮圆周速度低于主动轮轮圆速度，其相对降低率通常称为带传动滑动系数或滑动率，用

表示。

其中：

v1为主动轮转速；

v2为从动轮转速。

5、试写出一维雷诺方程，并说明形成液体动压润滑的必要条件。

（2分）

流体具有粘性（

）；

有足够的速度（

）且流体从大口进小口出；

具有收敛性楔形间隙（

）。

（6分）

三、分析计算题〔38分〕

1、有一单个紧螺栓联接，已知预紧力F＇＝7500N，轴向工作载荷F＝6000N，螺栓刚度Cb＝200N/μm，被联接件刚度Cm＝800N/μm，要求：

1）计算螺栓所受的总拉力F0和残余预紧力F＇＇；

〔4分〕

2）为使接合面不出现缝隙，轴向工作载荷最大值Fmax是多少？

3）若要使F0减小，又不增加螺栓个数，有哪些具体措施？

〔要求：

1〕、2）要有详细的计算步骤〕

答:

1）计算螺栓所受的总拉力F0和残余预紧力F＇＇

F0＝F＇＋Cb／（Cb＋Cm）F〔2.5分〕

＝7500＋200／（200＋800）×

6000

＝8700（N）〔0.5分〕

F＇＇＝F0－F＝8700－6000＝2700（N）〔1分〕

2）为使接合面不出现缝隙，必须使F＇＇＞0，即：

F＇＇＝F0－F＞0〔1.5分〕

F＜F0＝8700（N），即Fmax＝8700N〔0.5分〕

3）使F0减小的具体措施：

⑴减小螺栓刚度Cb：

增大螺栓长度、减小螺栓杆直径、作成

空心杆、在螺母下安装弹性元件等；

⑵增大被联接件刚度Cm：

采用刚性大的垫片。

2、已知V带传动所传递的功率P=7.5kW，带速v=10m/s，现测得张紧力F0=1125N，试求紧边拉力F1和松边拉力F2。

各等于多少？

（5分）

（1）有效圆周力

N〔2分〕

（2）

F1=1500NF2=750N〔3分〕

3、如图所示为某手动简单起重设备，按图示方向转动蜗杆，提升重物G，试求：

1）蜗杆与蜗轮轮齿的螺旋线方向；

（2分）

2）在图上标出啮合点处各力的方向；

3）若蜗杆自锁，反转手柄使重物下降，求蜗轮上作用力方向的变化。

（1）蜗杆及蜗轮的轮齿螺旋线均为右旋，如图。

（2）啮合点所受各力Fr1、Ft1、Fa1及Fr2、Ft2、Fa2均示于图解中。

〔6分〕

（3）反转手柄使重物下降时，蜗轮上所受的Fr2不变，仍指向蜗轮轮心；

但Ft2与原来方向相反（即向左）推动蜗轮逆时针转动；

Fa2与原方向相反，变为指向纸面（即表示Fa2）〔2分〕

4、一对圆锥滚子3206轴承，安装形式如图。

已知轴承I、II所受径向载荷为Fr1=970N，Fr2=840N，A为作用于轴上的轴向力，A=237N，载荷系数fp=1.1，温度系数fT=1.0，轴承内部轴向力S的计算式为

，Y=1.7，e=0.36，试计算轴承I、II的当量动载荷P1和P2。

如果已知轴的转速n=1200r/min轴承的预期寿命为

，问该轴承能否满足要求？

（12分）

所需参数如下表。

轴承型号

基本额定动载荷C（N）

3206

X

Y

24800

0.4

1.7

1

1）

N（0.5分）

N（0.5分）

2）判断S2+A=247+237=484>

S1=285（1分）

3）Fa1=A+S2=484N（1分）

Fa2=S2=247N（1分）

4）

（1分）

5）

N（1分）

6）

，取P=P1=1210.8N计算轴承寿命Lh（1分）

r/min

h（1分）

该轴承满足要求。

四、结构题（15分）

1、在下面两个视图上，画出平键联接结构图。

用方头键也可以，但右边b图结构要对。

诸如：

1）（a）图键不打剖面线，（b）图键过短，扣0.5~1.0分。

2）如（b）图没剖键，键露过长扣1分。

3）侧面工作，和上端留隙没画或画错扣2~3分。

2、指出下列结构的错误（在有错处画×

，简要说明原因，并在另一侧画出其正确结构图。

（找出5处可即可，同类错误算一处，多找只算前5个答案，其余不计分）（10分）

本题的典型错误：

①套筒过高，不便拆轴承；

②齿轮不能准确固定；

③安轴承处轴径不应和密封轴段轴径相同；

④透盖应密封；

⑤联轴器轴段轴径应比密封轴径小些（或联轴器不能定位）；

⑥安联轴器轴段应比联轴器孔短；

⑦分箱面不应画剖面线；

⑧轴承凸台应突出，以便加工；

⑨端盖应凹下去，以便减小加工面。

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α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．6208B.N208C.3208D.5208

4．下列四种螺纹，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υsB.减少蜗杆头数Z1

C．增加蜗杆头数Z1D.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，为深沟球轴承轴承，其内径为17mm。

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。

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。

4、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①所示，指出图中的其他结构错误（不少于7处）（7分）

（注：

润滑方式、倒角和圆角忽略不计。

例①——缺少调整垫片

[解]

⑴——缺少调整垫片

⑵——轮毂键槽不对

⑶——与齿轮处键槽的位置不在同一角度上

⑷——键槽处表达不正确（应该局部剖视）

⑸——端盖孔与轴径间无间隙

⑹——多一个键

⑺——齿轮左侧轴向定位不可靠

⑻——齿轮右侧无轴向定位

⑼——轴承安装方向不对

⑽——轴承外圈定位超高

⑾——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。

⑴——轴肩的高度超出了轴承内圈的外径；

⑵——轴段的长度应该小于轮毂的宽度；

⑶——螺纹轴段缺少螺纹退刀槽；

⑷——键槽应该与中间部位的键槽在同一母线上布置；

⑸——键的长度应该小于轴段的长度。

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。

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？

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？

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各考虑什么问题？

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=KAKvKαKβ，KAKvKαKβ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=KAKvKαKβ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；

Kα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；

Kβ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？

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.计算单个螺钉的工作拉力F（2分）

油缸盖联接所受的载荷FΣ=pD2/4，每个螺钉的工作拉力F＝FΣ／6＝p×

D2/4/6＝2.5（125）2／4/6＝5113.27N

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＝×

13.8352×

200/4/1.3＝23127.83N

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≤23127.83N

∴Qp≤23127.83-0.2F＝23127.83-0.2×

5113.27=22105.17N

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＝l1760.52N

由以上计算结果可知，预紧力Qp应控制为

l1760.52N≤Qp≤22105.17N

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×

η

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）

∵η=P2/P1=（T2×

106））/（T1×

106））

=T2×

n2/（T1×

n1）

i=n2/n1

∴η=T2/T1/i

即T2=T1×

图1

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），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=1360N

S2=0.68R2=0.68×

4000=2720N

S1、S2方向见图2

因为Fa+S2=800+2720=3520N＞S1

所以轴承1“压紧”，A1=Fa+S2=800+2720=3520（2分）

轴承2“放松”，A2=S2=2720N（2分）

（2）计算轴承的当量动载荷

轴承1A1/R1=3520/2000=1.76＞e=0.68,则取

X1=0.41,Y1=0.87

P1=fF（X1R1+Y1A1）

=1.2×

（0.41×

2000+0.87×

3520）=3882.4N（2分）

轴承2A2/R1=2720/4000=0.68≤e=0.68,则取

X2=1,Y2=0

P2=fFX2R2

1×

4000=4800N（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fˊ。

有效拉力Fe=1000P/v=1000×

8/10=800N（2分）

又知:

F1-F2=Fe,F1=2F2

则紧边拉力F1=2Fe=1600N（2分）

根据欧拉公式

得当量摩擦系数f=ln（F1/F2）/α=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；

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:

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 

①．相对滑动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙；

②．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