机械设计模拟试题答案.docx

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机械设计模拟试题答案

一、填空

1、受预紧力和轴向工作载荷的螺栓，其总拉力为（工作载荷）与（预紧力）之和。

2、普通平键的工作面是（键的两个侧面），工作时靠（键与键槽间的挤压）传递转矩。

3、根据齿形不同，花键分为（矩形花键），（渐开线花键）和（三角形花键）三种。

4、带传动的主要失效形式为（打滑）和（疲劳断裂）两种。

5、链传动中，链轮转速（高）链节距（长）链轮齿数（少）则动载都将愈大。

6、齿轮传动的主要失效形式有（齿面点蚀）（轮齿折断）（齿面胶合）（齿面磨粒磨损）（齿面塑形流动）。

7、滚动轴承常见的失效形式有（疲劳点蚀）（塑形变形）（磨损）三种。

8、一般情况下，轴主要由（轴颈）（轴肩）（轴环）三部分构成。

9、低于第一临界转速下工作的轴称作（刚性轴），超过第一临界转速工作的轴称作（挠性轴）。

10滑动轴承的轴瓦上开的油孔用于（供应润滑油）开的油沟用于（输送和分布润滑油）。

11基本额定寿命为（106转/分），可靠度为（90%）时滚动轴承所能承受的恒定载荷为基本额定动载荷。

12链传动的（平均）速比是不变的，而（瞬时）速比是变化的。

13一对相啮合的大小齿轮的齿面接触应力是（相）等的，而其接触强度是（不）等的。

14装在一根轴上两端的两个滚动轴承均轴向固定，适用于温升较（底）轴较（短）的情况下。

15直齿轮的齿形系数YFa只与（齿数）和（变位系数）有关。

二、问答题

1、拧紧螺纹联结为什么要考虑防松？

防松方法分为哪几种？

答：

螺纹联接一般有自锁能力，但是当在冲击、振动或变载荷作用，或者温度变化大时，螺纹联接有可能松动，甚至松开。

所以在设计螺纹联接时，必须考虑防松。

常用的防松方法分为三种：

利用摩擦防松、直接锁住防松和破坏螺纹副防松。

2、带传动中，主动轮圆周速度、带速、从动轮圆周速度是否相等？

为什么？

答：

在带传动中，主动轮圆周速度、带速、从动轮圆周速度各不相同。

这是因为带存在弹性滑动。

3、试述齿轮传动计算动载荷中的系数KA、KV、Ka、Kβ、各是什么系数？

它们分别考虑什么因素影响

答：

KA是工况系数，主要考虑动力机和工作运转性能、联轴器的缓冲性能等外部因素的影响；KV是动载系数，主要考虑齿轮副因存在制造和装配误差，以及弹性变形而产生的动载荷；Ka是齿间载荷分配系数，主要考虑同时啮合的各对轮齿间载荷分配不均匀对计算载荷的影响；Kβ是齿向载荷分布系数，主要考虑是轮齿沿接触线产生载荷分布不均匀现象的影响。

4、皮带传动中心距取的过大与过小各有什么不利影响？

答：

在带传动中，如果中心距过大，将会因为载荷的变化引起皮带的颤动；如果中心距过小，会加速带的磨损，而且在传动比较大时会使小带轮包角过小。

5、轴的主要作用是什么？

答：

轴的主要作用是支承旋转的机械零件，并传递运动和动力。

6、滚动轴承一般由哪几部分零件构成？

各起什么作用？

答：

滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。

内圈一般和轴配合，外圈一般和轴承孔配合，外圈和内圈之间发生相对运动；滚动体起支承和承载作用；保持架将滚动体均匀隔开，避免滚动体直接接触而产生剧烈磨损。

7、获得流体动压润滑的必要条件是什么？

答：

获得流体动压润滑必须满足以下条件：

①润滑油具有一定的粘度；②相互运动表面有较大的相对滑动速度；③相对滑动表面之间必须形成收敛形间隙；④要有足够的供油量。

三、分析及计算题

1、如图所示为一传动系统，已知动力从锥齿轮1输入，转向如图所示。

试判断：

（1）、蜗杆3的齿向及蜗轮4的转动方向；

（2）、锥齿轮1、2啮合处及蜗轮4蜗杆3啮合处各个力的方向。

解：

（1）根据锥齿轮1的转向可以判断锥齿轮2的转向如图所示。

而锥齿轮2和蜗杆3安装在同一根轴上，所以蜗杆3的转向与齿轮2的转向相同。

锥齿轮2所受的轴向力方向为由小端指向大端，如图Fa2所示，为平衡该轴的轴向力，应使蜗杆所受的轴向力方向与Fa2相反，因此得到蜗杆所受轴向的方向Fa3，如图所示。

根据蜗杆的转向和轴向力的方向，采用左手定律，可以判断蜗杆的齿向为左旋。

涡轮4所受圆周力与蜗杆所受轴向力为作用力与反作用力，可以知道Ft4的方向如图所示，因此可以判断蜗杆4为沿顺时针方向旋转。

（2）在锥齿轮1、2啮合处，锥齿轮1和2的轴向力Fa1、Fa2的方向以及径向力Fr1、Fr2的方向如图所示；锥齿轮1所受的圆周力Ft1垂直纸面向里，锥齿轮2所受的圆周力Ft2垂直纸面向外。

在蜗轮、蜗杆3、4啮合处，蜗杆所受的轴向力Fa3、径向力Fr3，以及蜗轮所受的径向力Fr4、切向力Ft4如图所示；蜗杆3所受的切向力Ft3方向垂直纸面向外，蜗轮所受的轴向力Fa4的方向垂直纸面向里。

2.已知一托架边板用四个螺栓与相邻机架联接（假设螺栓靠剪切传力），托架受一与边板螺栓组对称轴线相平行，大小为3500N的载荷作用，如图所示。

试问：

每个螺栓所受的力是多少？

方向如何？

解：

将力F=3500N向螺栓组中心平移，则可以转化为主失F=3500N和主矩M=2625000Nmm。

考虑主失作用下，各个螺栓的受力大小相同，方向向下：

（N）考虑主矩作用下，各个螺栓所受的力：

（N）各力的方向如图所示。

螺栓1的合力

（N）螺栓2的合力

（N）螺栓3的合力

（N）螺栓4的合力

（N）

3、如图所示，齿轮轴由两个角接触球轴承支承，轴承承受径向载荷：

Fr1=900N,Fr2=2100N,内部轴向力S=0.7Fr,轴向载荷Fa=900N。

求：

（1）轴承1、2上所受的轴向力Fa1、Fa2,并标出内部轴向力S1、S2的方向；

（2）求轴承1、2上的当量动载荷P1、P2（已知P=fp（XFr+Yfa,fp=1.5）

参考答案：

（1）轴承1和2背靠背安装。

径向力作用下，在角接触球轴承中产生附加轴向力。

方向如图所示

附加轴向力的大小为：

（N）

（N）

因为

所以轴承2被压紧，轴承1被防松。

所以

（N）

（N）

确定因数X和Y：

查表的X1=1，Y1=0

查表的X2=0.41，Y2=0.85

计算当量载荷：

（N）

（N）

4.（本题10分）4.（本题10分）一个由40Cr制成的零件，已知

求此零件的疲劳安全系数和静强度安全系数。

解:

计算平均应力和应力幅：

（MPa）

（MPa）

零件的疲劳安全系数：

静强度安全系数：

5、（本题10分）指出图中齿轮轴系上的错误，并简要说明理由。

（1）轴颈的长度应略短于轮毂的长度，以使定位可靠。

（2）两键应在同一条母线上，以便一次加工成型。

（3）端盖不应与轴接触，否则产生摩擦；端盖与轴之间加装密封环，防止润滑油外漏。

（4）该处应加装密封垫，防止润滑油泄露。

（5）箱体孔的边缘应低于轴承外圈的厚度，以便轴承外圈的拆卸。

（6）轴承右边定位轴肩的高度过高，应低于轴承内圈的厚度，以便轴承内圈的拆卸（7）轴颈的长度应略短于轮毂的长度，以使定位可靠；齿轮右侧无定位（8）轴承左侧无定位。

6、如图1所示为斜齿轮----蜗杆传动装置。

动力由齿轮1输入，蜗杆3为右旋蜗杆。

试问：

（1）、为使蜗轮4按图中方向转动，确定斜齿轮1的转动方向；

（2）、为使蜗杆所在的轴上所受轴向力能互相抵消一部分，确定斜齿轮1和斜齿轮2的轮齿旋向；

（3）、在图上画出齿轮1和蜗轮4所受的各分力（Ft,Fr,Fa）方向（垂直纸面向外的力画⊙、向内的力画）。

解:

1.

（1）根据蜗轮4的转向可以判断其圆周力Ft4的方向如图所示。

而蜗杆3的轴向力与蜗轮4的圆周力大小相等，方向相反；并且蜗杆3为右旋；运用右手规则，可以判断出蜗杆的转动方向如图所示。

从而可以判断斜齿轮1的旋转方向如图所示。

（2）为使轴向力相互抵消一部分，应使斜齿轮2的轴向力方向与蜗杆3的轴向力方向相反。

则Fa2的方向应如图所示。

而斜齿轮1的轴向力方向与斜齿轮2的轴向力方向相反，从而得到斜齿轮1的轴向力方向如图所示。

根据斜齿轮1的转动方向和轴向力方向运用左右手规则判断，发现满足左手规则，因此可以确定斜齿轮1的旋向为左旋。

（3）斜齿轮1和蜗轮4所受各力方向如图所示。

7、一轴两端各由一个角接触轴承支承，受力情况如图2所示，载荷系数，试求两个轴承的当量动载荷P。

（已知:

轴承内部轴向力S=Fr/2Y，Y=1.6，）。

解：

（1）轴承1和2面对面安装。

在悬臂端轴受径向力Fr=1200N，轴向力Fa=400N作用。

在径向力作用下，在角接触球轴承中产生径向支反力。

设左边轴承为1，右边轴承为2

计算各个轴承所承受的径向力：

联立以上两式，可得：

N，方向向上；

N，方向向下

计算派生轴向力：

（N）

（N）

因为

，所以轴承2被压紧，轴承1被防松。

所以

（N）

（N）确定因数X和Y：

查表的X1=1，Y1=0

查表的X2=0.4，Y2=1.6计算当量载荷：

（N）

（N）

8、如图所示的夹紧联接,柄部承受载荷P=600N,柄长L=350mm,轴直径db=60,螺栓个数z=2,接合面摩擦系数f=0.15,螺栓的许用应力[σ]=240MPa，试确定螺栓直径。

设螺栓的工作拉力为F，则有下列关系：

则有：

（N）根据螺栓的强度条件：

可以得到螺栓的计算直径dc

（mm）

9、如图4所示为普通螺栓组联接，载荷R=4000N作用在水平轴x上的A点，已知L=400mm,l=200mm，试分析求解每个螺栓所受的工作载荷。

解：

把载荷R向螺栓组中心0简化。

则得到主矢R和主矩M=RL

螺栓组在主矩作用下，预紧力受到防松。

在主矩作用下，螺栓3、4被防松；螺栓1、2被拉紧。

由于螺栓组的四个螺栓位置对称，则有下列关系：

则有：

（N）所以，螺栓1、2所受的工作载荷为4000N；螺栓3、4所受的工作载荷为-4000N。