北方工业大学机械设计期末考试.docx
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北方工业大学机械设计期末考试
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
得一、简答题(本大题共4小题,总计26分)
分
1、齿轮强度计算中,有哪两种强度计算理论?
分别针对哪些无效?
若齿
轮传动为闭式软齿面传动,其设计准则是什么?
(6分)
齿面的接触疲惫强度和齿根的曲折疲惫强度的计算,齿面的接触疲惫强度针
关于齿面的疲惫点蚀无效和齿根的曲折疲惫强度针关于齿根的疲惫折断。
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惫强度设计,校
核齿根的曲折疲惫强度。
2、连结螺纹能知足自锁条件,为何还要考虑防松?
依据防松原理,防松
分哪几类?
(8分)
由于在冲击、振动、变载以及温度变化大时,螺纹副间和支承面间的摩
擦力可能在瞬时减小或消逝,不再知足自锁条件。
这类状况多次重复,就会
使联接松动,致使机器不可以正常工作或发生严重事故。
所以,在设计螺纹联
接时,一定考虑防松。
依据防松原理,防松种类分为摩擦防松,机械防松,
破坏螺纹副关系防松。
第1页(共17页)
3、联轴器和离合器的功用是什么?
两者的差别是什么?
(6分)
联轴器和离合器的功用是联接两轴使之一起展转并传达转矩。
两者差别是:
用联轴器联接的两轴在工作中不可以分别,只有在停机后拆卸部件才能分别两
轴,而用离合器能够在机器运行过程中随时分别或接合两轴。
4、链传动产生动载荷的原由是什么?
为减小动载荷应怎样选用小链轮的齿
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。
得
二、选择题
(在每题若干个选项中选出正确的选项填在横
分
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常常拆卸时,常常采纳
。
A.螺栓联接B.双头螺柱联接C.螺钉联接
2、转动轴承中,为防备轴承发生疲惫点蚀,应进行A。
A.疲惫寿命计算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假如为了____B___。
A.使构造紧凑
B.限制曲折应力
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≥
2KT1
YFaYSa
中,应代入_
C__。
dz12
F
A.YFa1YSa1
B.YFa2YSa2
C.YFa1YSa1与YFa2YSa2中大者
F1
F2
F1
F2
YFa1YSa1与YFa2YSa2中小者
F1F2
7、链传动中,链节数常选偶数,是为了使链传动B。
A.工作安稳B.防止过渡链节C.链条与链轮磨损平均
8、滑动轴承中,含油轴承是采纳B资料制成的。
A.硬木
B.粉末冶金
C.塑料
9、蒙受预紧力
F′的紧螺栓联接在受轴向工作拉力
F时,节余预紧力为
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纳双键。
使用两个平键时要求键D部署。
A.在同一条直线上B.相隔90°
C.相隔120°D.相隔180°
11、以下部件的无效中,C不属于强度问题。
A.螺栓断裂B.齿轮的齿面上发生疲惫点蚀
C.蜗杆轴产生过大的曲折变形D.转动轴承套圈的滚道上被压出深
的凹坑
12、带传动发生打滑老是___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
得三、剖析题(本大题共3小题,总计20分)
分
如下图,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,各轮转向如下图。
为了使中间轴上蜗轮2和斜齿轮3的轴向力相互抵消一部分,
⑴试确立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。
(10
分)
1、2、3轮左旋,4轮右旋
3、如下图为带传动简图。
轮1为主动轮。
试问:
(1)带传动的主要无效形式有哪些?
带传动工作时为何出现弹性滑动现象?
可否防止弹性滑动?
(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)
带传动的主要无效形式有打滑和疲惫断裂。
弹性滑动是由拉力差惹起的,(只
max1cb1
要传达圆周力,必定会产生弹性滑动)。
弹性滑动是正常的工作现象,不行
防止。
图中A点应力最大,
得
四、计算题
(本大题共
2小题,总计
20分)
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=kN。
轴蒙受径向力Fr1=6000N,Fr2=16500N。
轴的转速n=500r/min,轴上
有轴向力FA
,方向如图。
轴承的其余参数见附表。
动载荷系数
d
=
=3000N
f
1,温度系数ft=1。
试:
(1)说明轴承代号的意义;
(2)确立轴承的寿命。
(以小时为单位)(14分)
SFa/Fr≤eFa/Fr>ee
Fr
2Y
解:
3:
轴承种类代号,圆锥滚子轴承;
XYXY
10
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
Fr1
6000
S1
2
2000
2Y
Fr2
16500
S2
2
5500
2Y
N
N
方向如下图。
S1FA5000NS2,1轴承被“压紧”,2轴承被“放松”。
2)求轴承所受的轴向力
Fa1S2FA2500N
Fa2S25500N,
3)轴承的当量动载荷
据:
Fa1/Fr1=2500/6000=>e=,得:
X1=,Y1
P1=fd(X1Fr1+Y1Fa1)=×6000+×2500=6150N
据:
Fa2/Fr2=5500/16500=<e,得:
X2=1,Y2=0
P2=fd(X2Fr2+Y2Fa2)=16500N
P2>P1,用P2计算轴承寿命。
4)计算轴承寿命
106
C
106
97800
103
12562h
L10h
P
60500
16500
60n
2、一牵曳钩用2个M10(d1=8.376mm)的一般螺栓固定于机体上,如下图。
已知接合面间摩擦系数f,靠谱性系数Kf,螺栓资料强度级别为
级,折服极限σs=360MPa,安全系数S=3。
试计算该螺栓组连结同意的最
大牵引力Rmax=?
(6分)
许用应力:
360/3=120MPa
预紧力为
由公式d
4*1.3*F
π
[]
求出预紧力:
F′
最大牵引力与预紧力关系公式为
最大牵引力为R=1271N
fFzmKfR
得五、改错题(此题10分)
分
试剖析如下图轴系构造中的错误,并加以更正。
(指犯错误之处,并编上
号,简述其错误原由,并更正之。
)(起码更正
5处)
指犯错误之处,并编上号,简述其错误原由(略)。
更正为:
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,且界限膜遭破坏时,就会出现流体摩擦、界限摩擦和干摩擦同时存在的现象,这类摩擦状态称为混淆摩擦。
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β=15o,螺纹副资料的当量摩擦系数
f′=0.08~0.10,经计算该螺纹副a自锁性要求。
a.知足b.不知足
3.导向平键连结的主要无效形式是工作面的磨损,设计时经过
限制工作面间的压强来进行耐磨性计算;半圆键的弊端
是键槽对轴强度削弱较大,所以主要合用于轴端。
作为标准一般V带工作面的双侧面夹角为φ=40o,相应的V带轮轮槽的双侧面夹角则b。
a.大于40ob.小于40oc.等于40o。
传动带所能传达的最大有效圆周力Fmax与初拉力F0、带在小带轮上的包角α1、带与带轮间的摩擦系数f等要素相关,它们的值越大,
Fmax就越大。
当传达的外载荷超出最大有效圆周力下的承载能力
时,带在带轮上发生打滑现象;并且在传动比大于1的状况下,打滑老是先从小带轮上开始的,其原由是带在小带轮上的包角小于大带轮上的包角(或带在大带轮上的包角大于小带轮上的包角)。
齿轮传动的五种主要无效形式中,最严重、一定防止的无效形式
是轮齿折断;软齿面闭式齿轮传动最主要的无效形式是齿面疲惫点蚀;高速重载齿轮传动易发生热胶合;轮齿的塑性变形常发生在齿面资料较软、低速重载、屡次起动的传动中。
7.以下齿轮参数中,对齿形系数YF没有影响的是e。
a.齿数b.变位系数c.齿顶高系数d.压力角e.模数
按国家标准GB/292-93规定,型号7212C/DB轴承的种类为角接触球轴
承,宽度种类为窄系列,精度等级为P0,公称接触角α=15o。
关于转动的转动轴承,其主要无效形式是疲惫点蚀,关于不转动、低速
或摇动的轴承,主要无效形式是局部塑性变形,关于高速轴承,
发热以致胶合是其主要无效形式。
滑动轴承一般由轴颈、轴瓦、轴承座三者构成,其无效形式主假如胶合和磨损,主要发生在轴瓦上。
二、问答题(24分,每题4分)
齿向载荷散布系数Kβ的物理意义是什么?
改良齿向载荷散布不平均状况的举措有哪些?
Kβ的物理意义——考虑沿齿宽方向载荷散布不平均对轮齿应力的影响系数。
(2分)
举措:
(答出以下7点中3点以下者1分,答出3点以上者2分)
1)
齿轮的制造和安装精度↑
2)
轴、轴承及机体的刚度↑
3)
齿轮在轴上的部署——合理选择
4)
轮齿的宽度——设计时合理选择
5)
采纳软齿面——经过跑合使载荷平均
6)
硬齿面齿轮——将齿端修薄、或做成鼓形齿
7)
齿轮要部署在远离转矩输入端的地点。
2.试述齿轮传动的设计准则
评分标准:
以下4点各点1分
1)软齿面闭式齿轮传动:
往常先按齿面接触疲惫强度进行设计,而后校核齿根曲折疲惫强度。
2)硬齿面式齿轮传动:
往常先按齿根曲折疲惫强度进行设计,而后校核齿面接触疲惫强度。
3)高速重载齿轮传动,还可能出现齿面胶合,故需校核齿面胶合强度。
4)开式齿轮传动:
当前多是按齿根曲折疲惫强度进行设计,并考虑磨损的影响将模数适合增大(加大10~15%)。
依据轴所受载荷种类的不一样,轴分为那几种种类?
并分别举例说明。
评分标准:
以下3点各点1分,举例正确共计1分。
(1)仅受弯矩M的轴——心轴,只起支撑部件作用,如自行车前轴。
(2)仅受转矩T的轴——传动轴,只传达运动和转矩不起支撑作用,如汽车后轮传
动轴。
(3)既受弯矩又受转矩的轴——转轴,既起支撑又起传运动和转矩作用,如减速器
的输出轴。
4.给出转动轴承的当量静载荷P0的定义。
当量静载荷是一个设想载荷,其作用方向与基本额定静负荷同样,而在当量静载荷
作用下,轴承的受载最大转动体与滚道接触处的塑性变形总量与实质载荷作用下的
塑性变形总量同样。
(4分)
5.同转动轴承对比,液体摩擦滑动轴承有哪些特色?
评分标准:
以下6点中,答出1~2点2分,答出3~4点分3分,答出5~6点4分
在高速重载下能正常工作,寿命长;
精度高;转动轴承工作一段时间后,旋转精度↓
滑动轴承能够做成剖分式的—能知足特别构造需要。
如曲轴上的轴承;
液体摩擦轴承拥有很好的缓冲和阻尼作用,能够汲取震动,和缓冲击。
滑动轴承的径向尺寸比转动轴承的小。
起动摩擦阻力较大。
6.在一些基本假定条件下,流体形成动压的必需条件是什么?
评分标准:
答出1点2分,答出2点3分,答出3点4分
流体一定流经收敛空隙,并且空隙倾角越大则产生的油膜压力越大。
流体一定有足够的速度;
流体一定是粘性流体。
三、剖析计算题(29分,第一小题19分,第二小题10分)
1.一重物匀速起落装置采纳如图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、d1=80mm,蜗轮齿数z2=50,卷筒直径D=250mm。
重物匀速起落的速度v=40m/min,最大载重量W为4kN,工况系数KA按计,试剖析、计算提高重物时
的以下问题:
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?
并在图中注明蜗杆的转向、蜗轮轮齿旋向、节点地点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′=,该机构可否自锁?
(2分)
3)若重物W=4kN,传动装置总的传动效率为η,试计算出电机的输
出转矩Tm应是多少?
(2分)
4)若蜗轮轴采纳如图
b所示的两个角接触轴承
7209C支撑形式,
L=100mm,蜗杆传动效率η1=
,卷筒、联轴器(连结蜗轮轴与卷筒
轴)、蜗轮轴上轴承的效率共计为
η2
,轴承
7209C
的基本额定动
=
载荷和基本额定静载荷分别为C=29800N、C
其内部轴向
0=23800N,
力r,径向载荷系数X和轴向载荷系数Y分别为和,fT,fP,试计算轴承II的寿命Lh为多少小时?
(10分)
1)蜗杆转:
1*50/(3.14*D)=50/(3.14*0.25)=63.69(转)
(1分)
蜗轮转速:
40/()
蜗杆转向(1分)、蜗轮轮齿旋向(1分)、蜗轮蜗杆受力剖析方向如下图(2分)。
2)写出公式得1分,结论正确得1分。
tan
z1m/d118/80
tan
'
f'
tan
tan
'
'
结论:
该机构知足自锁性条件。
3)写出公式得分,结论正确得
分。
W
4kN
T卷筒
TW
W
D/2
4000
250/2
500000Nmm
Tm
TW
5
105
10
4
Nmm
i
2
50
4)公式、步骤都正确得
9分(此中:
轴承寿命计算公式占
5分),计算结果正确
得1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
个螺栓将托架连结在一钢制横梁上,螺栓的相对刚度为,螺栓组连结
采纳一般螺栓连结形式,假定被连结件都不会被压溃,试计算:
1)该螺栓组连结的接合面不出现空隙所需的螺栓预紧力F′起码应大于多
少?
(接合面的抗弯剖面模量×106mm3)(7分)
2)若受力最大螺栓处接合面间的节余预紧力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)
1)
(1)、螺栓组联接受力剖析:
将托架受力状况分解成以下图所示的受轴向载荷Q和受颠覆力矩M的两种基本螺栓组连结状况分别考虑。
(2分)
(2)计算受力最大螺栓的工作载荷F:
(1分)
Q使每个螺栓所受的轴向载荷均等,为
F
Q
20000
5000(N)
1
Z
4
颠覆力矩M使左边两个螺栓工作拉力减小;使右边两个螺栓工作拉力增添,其值为:
F2
Mlmax
6106
6593.41(N)
4
li2
42
i1
明显,轴线右边两个螺栓所受轴向工作载荷最大,均为:
FFF
2
11593.41(N)
1
(3)依据接合面间不出现空隙条件确立螺栓所需的预紧力F’:
(4分)
预紧力F’的大小应保证接合面在轴线右边不可以出现空隙,即:
2)若F’’=6956N,则:
(3分)
四、构造题(20分)
1.试说明实现轴上部件轴向固定的五种方法,并分别画出相应于各样轴向固定方法的构造图;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构造图(要求齿轮也要画出来)。
(12分)
评分标准:
轴向固定:
五种方法每种方法各分,每画对一种构造1分;齿轮(分)
在轴端实现周向固定(一般平键)(1分)和轴向固定(轴肩和轴端挡板)(1分)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结起来的两种形
式的部分构造,请将未画出的其余部分补全,成为完好的构造。
(5分)
现有成品一级标准圆柱齿轮减速器一台,输入轴与小齿轮采纳一般平键
连结,轴与小齿轮轮毂配合段轴颈直径d=40mm,该轴段长度l=58mm,
键槽长L=50mm,小齿轮轮毂键槽深t1。
为获得比现有减速器更大
的减速比,此刻需要从头设计、改换齿轮。
已知从头设计获得的齿轮模数m=3.0mm,小齿轮齿顶圆直径da1=69mm,齿根圆直径df1,齿宽
b1=60mm,假如采纳该小齿轮,试依据上述数据进行剖析:
该减速器的输入轴能否拥有能够持续使用的可能性?
(3分)
标准答案:
该小齿轮可否做成齿轮与轴分开决定了这根输入轴可否持续被使用的首要条件:
df1
d
40
7.5(mm)
e
t1
4.45(mm)3
2
2
结论:
按着这根轴设计小齿轮轮毂构造一定做成齿轮与轴为一体的轴齿轮形式,
所以,假如采纳该
小齿轮,原输入轴不可以持续被使用,一定从头设计输入轴。
选择题:
1-5:
BCBDC6-10:
DBDDD
一、
填空题:
1弯矩,转矩
2
深沟球轴承,17
3大于,大齿轮齿宽b24双侧面,上下边
5基孔,基轴
6
静应力,变应力,循环变应力
7三角形螺纹,梯形螺纹,锯齿形螺纹
8开式传动,闭式传动
9齿面接触强度
10齿轮轴
二、简答题:
1.
螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接、紧定螺钉联接。
2.
降低螺栓总拉伸载荷的变化范围;
改良螺纹牙间的载荷散布;减小应力集中;防止或减小附带应力。
3.
闭式蜗杆传动的功率消耗包含三部分:
轮齿啮合的功率消耗,轴承中摩擦消耗和搅动箱体内润滑油
的油阻消耗。
4.
适于中心矩较大的场合;
1分
带拥有优秀的扰性,可和缓冲击、汲取振动;
1分
过载时带与带轮间会出现打滑,打滑虽使传动无效,当可防备破坏其余部件;
2分
构造简单、成本便宜
1分
5.
链板疲惫破坏;
1分
滚子套筒的冲击疲惫破坏;
1分
销轴与套筒的胶合;
1分
链条铰链磨损;1分
过载拉断。
1分
6.
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。
分
五、构造改错题:
共八处错误
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