机械设计历年试题及答案

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哈工大2004秋季学期机械设计试题答案

一、选择填空题〔每空1分，共25分〕

1、按照摩擦界面的润滑状态，可将摩擦分为 干摩擦 、 边界摩擦 、液体摩擦 和混合摩擦。 2、已知某三线螺纹中径为9.5mm，螺距为1mm，则螺纹的导程为 3 mm。

3、螺纹连接防松的实质就是防止螺纹副的相对转动。按照防松方法的工作原理可将其分为三类，分别是 摩擦防松 、 机械防松 、和 永久防松 。

4、受轴向工作载荷的紧螺栓连接中，螺栓受到的总拉力F0与预紧力F′、残余预紧力F〞和工作拉力F之间的关系为 b 。 a、F0?F??F ； b、F?F??0CB ； c、F0?F??F?? 。 FCB?Cm5、导向平键的工作面是 键的两侧面 ，导向平键连接的主要失效形式是 工作面的磨损 。 6、V带传动中带工作中最大应力产生在 紧边进入小带轮 处， 其值为?max??1??b1??c。 7、齿轮传动中选取齿宽系数时，一般采用硬齿面齿轮时齿宽系数 b 采用软齿面齿轮时齿宽系数，齿轮相对于轴承对称布置时的齿宽系数 a 齿轮悬臂布置时的齿宽系数。 a、大于； b、小于； c、等于。 8、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?H1 b ?H2, 齿根弯曲应力的关系是?F1 a ?F2。 a、>； b、=； c、<。 9、按国家标准GB/292-1993规定，代号为32208的滚动轴承类型为 圆锥滚子 轴承，其内径为 40 mm，其精度为 P0 级。 10、下列各种联轴器中，属于弹性联轴器的是 d ；属于可移式刚性联轴器的是 a ；属于固定式刚性联轴器的是 b 和 c 。

a. 万向联轴器；b. 凸缘联轴器；c套筒联轴器；d弹性柱销联轴器。

11、联轴器和离合器都是用来实现轴与轴之间的连接，传递运动和动力。但联轴器与离合器的主要区别在于 联轴器需要在停车后才能实现轴与轴的结合或分离，而离合器可使工作中的轴随时实现结合或分离 。

二、问答题〔每题6分、计30分〕

1、分别说明普通螺纹、梯形螺纹的特点和应用场合。

答：普通螺纹自锁性能好，强度高（2分），主要用于连接（1分）。

梯形螺纹效率比矩形螺纹略低，但牙根强度较高，易于对中，磨损后可以补偿（2分）；在螺

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旋传动中应用最普遍。（1分）

2、分别说明硬齿面闭式齿轮传动和闭式蜗杆传动的主要失效形式与设计准则。

答：硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是齿根弯曲疲劳折断 (1分) ；其设计准则是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 (2分)。

闭式蜗杆传动的主要失效形式是齿面胶合、点蚀和磨损（1分）；其设计准则是按齿面接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力，在选择许用应力时适当考虑胶合和磨损的影响，同时应进行热平衡计算（2分）。

3、什么是摩擦型带传动中的弹性滑动现象？可否避免？它对带传动有何影响？ 答：由带的弹性变形而引起带与带轮之间的相对滑动现象称为弹性滑动(2分)。 弹性滑动是带传动中不可避免的现象（2分）。

它会引起以下后果：①从动轮的圆周速度总是落后于主动轮的圆周速度，并随载荷变化而变化，导致此传动的传动比不准确。②损失一部分能量，降低了传动效率，会使带的温度升高，并引起传动带磨损。（2分） 4、齿轮传动中的载荷系数K为四个系数的乘积，K=KAKVKβKα，分别说明KV和Kβ的名称及引入该系数是为了考虑哪些方面的影响。 答：动载系数（1分）Kυ考虑由于齿轮制造精度、运转速度等轮齿内部因素引起的附加动载荷影响系数（2分） 齿向载荷分布系数（1分）Kβ考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿应力的影响系数（2分）5、写出一维流体动压基本方程（雷诺方程）并利用该方程说明形成流体动压润滑的必要条件。 答：一维流体动压基本方程：dp?6??Vh?3h0 （3分） dxh形成流体动压力的必要条件是： ①流体必须流经收敛形间隙，入口处h>h0，dp/dx>0，压力逐渐增大，出口处h

①齿轮1的轮齿螺旋线方向是 旋。（2分）

②在图中用箭头表示出重物上升时齿轮1和齿轮2的转动方向以及齿轮2在节点A所受的轴向力

Fa2的方向。（4分）

③重物上升时，在节点B处画出蜗杆3所受的轴向力Fa3、圆周力Ft3和径向力Fr3的方向，在节点B处画出蜗轮4所受的圆周力Ft4的方向。（4分）

④若起重量W=50000N，蜗杆头数z3=2，蜗杆分度圆直径d3=100mm，蜗轮齿数z4=60，模数m=5，卷筒直径D=300mm，传动效率η=0.75。试求节点B处Fa3和Fa4的大小。（6分）

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齿轮1

× Ⅱ 电动机 n1 n2 · A × Ⅰ Fa2 Ft3 B × 蜗杆3 Fa3 · Fr3 Ft4 齿轮2 蜗轮4 W 答： ①左旋（2分）。 ②齿轮1、齿轮2的转动方向的方向如图所示(2分)，Fa2的方向如图所示(2分)。 ③各分力方向如图所示。（4分） ④ Fa3??Ft4?2T4/d4?W?D/(m?z4)?50000?300（/5?60）?50000Fa4??Ft3?2T3/d3?2T4/(i???d3)?W?D/(i???d3)?50000?300（/30?0。75?100）?6667NN (3分) (3分) 2、如图所示，某轴由一对7209 AC轴承支承，轴承采用面对面安装形式。已知两轴承径向载荷分别为Fr1=3000N，Fr2=4000N，轴上作用有轴向外载荷A=1800N。载荷平稳，在室温下工作，转速n=1000r/min。该轴承额定动载荷C=29800N，内部轴向力S=0.4Fr，e=0.68，当量动载荷系数如下表所示。试计算此对轴承的使用寿命。（9分） Fa/Fr>e X 0.41 Y 0.87 X 1 Fa/Fr≤e Y 0 答：内部轴向力方向如图所示 （2分）， S1=0.4Fr1=1200N (0.5分) S2=0.4Fr2=1600N (0.5分) 因为A+S1>S2 故 Fa1=S1=1200N (1分)

Fa2=S1+A=3000N (1分)

比较两轴承受力，只需校核轴承2。 Fa2/Fr2=0.75>e (1分) P=XFr2+YFa2

=0.41*4000+0.87*3000=4250N (1分)

610 L?(CP)3?5240.5 h (2分) 60n 欢迎阅读

四、结构题（20分）

1、如下图所示，轴承部件采用左端固定右端游动支承结构，指出图中错误并在不改变轴承类型前提下画出正确结构。直接画在中心线下方，轴承可采用简化画法。（6分） 答：轴可向右侧窜动（2分）。 改正错误（4分，其它结构达到相同目的也可）。

2、图连接面受转矩作用，利用四个螺栓完成连接，重新布置螺栓组使其受力更为合理，并在右边画出铰制孔用螺栓连接结构示意图。（6分）

评分标准：螺栓位置（2分） 铰制孔用螺栓连接（4分） 3、完成图中轴系部件结构。（8分） 评分标准： 键连接结构（3分） 齿轮轴向定位固定（2分） 轴承考虑拆卸的固定（左右各1.5分） 哈工大 2006 年 秋 季学期机械设计试 题 一 选择填空题 （每空一分共20分） 1在常用的螺纹连接中，自锁性能最好的螺纹是 ，其牙型角α= 。 2普通平键连接工作时，平键的工作面是 ，平键的剖面尺寸b?h按 从标准中查取。普通平键连接的主要失效形式 。 3带传动中，若?1为主动轮圆周速度，?2为从动轮圆周速度，?为带速，则这些速度之间存在的关系是 。 4 V带传动中，V带截面楔角??40，则V带轮的轮槽角φ0应 40。 5在设计V带传动时，V带的型号可根据 和 查选型图确定。

6对于一对材料相同的钢制软齿面齿轮传动，为使大小齿轮接近等强度，常用的热处理方法是小齿轮 ，大齿轮 。

7根据轴的承载情况，自行车的前轴应称为 轴。中间轴应称为 轴。 8代号为6206的滚动轴承，其类型是 ，内径d= mm 9温度和压力是影响粘度的主要因素，若温度升高，则 ，

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若压力升高，则 。

10 在下列联轴器中，能补偿两轴的相对位移并可缓冲吸振的是 。 A凸缘联轴器 B齿式联轴器 C万向联轴器 D弹性柱销轴器

11在蜗杆传动中，对每一模数规定了一个或几个蜗杆分度圆直径的目的是 。 12普通平键连接工作时，平键的工作面是 。 二 简答题(共5题，每题6分)

1 简述齿轮传动的失效形式和开式齿轮传动的设计准则 2 以框图形式说明转轴的设计过程。 3简述蜗杆传动的正确啮合条件。 4 简述动载系数Kv和齿间载荷分配系数Kα的含义并各举出两个主要影响因素。 5写出一维的雷诺方程并根据该方程简述形成流体动压润滑的必要条件。 三 分析计算题 1．如图a、b分别为二级标准斜齿圆柱齿轮减速器的两种布置形式。已知齿轮2模数mn2=2.5mm，z2=57，β2=13°；齿轮3模数mn3=3mm，z3=19；齿轮4轮齿旋向为右旋。若主动轴I转向如图所示，试： 1）图a、b两种布置形式哪种布置合理？并分析为什么？（2分） 2）为使中间轴Ⅱ的受力合理，试确定齿轮2轮齿旋向。（2分） 3）在你认为齿轮布置合理的图上，画出各齿轮受力方向。（3分） 4）为使轴Ⅱ的外部轴向力为零，试计算出齿轮3的螺旋角β3的值？（7分） 5）若主动轴I转向相反，轴Ⅱ的外部轴向力还是否为零？（1分） （本题合计15分） 图a 图b 2（总15分）： 如图所示，一级斜齿圆柱齿轮减速器的小齿轮为悬臂布置形式。该齿轮的轴系采用一对角接触球轴承背对背安装的支撑形式。已知：轴承径向载荷Fr1、Fr2方向如图所示，大小分别为：Fr1=5500N、Fr2=3000N，小齿轮轴向力A=1500N。轴承内部轴向力按S=0.4Fr计算。 1）分别计算该对轴承的轴向力Fa1、Fa2。（8分） 2）若该对轴承的基本额定寿命为8000小时，现将载荷加大一倍，将转速减小一半，试计算后确定该对轴承能否满足载荷及转速改变后基本额定寿命至少2500小时的工作要求？（7分） 四 结构题 1 下图分别用六角头M16的普通螺栓、六角头M16的铰制孔螺栓连接两块厚度为20mm的钢板，采用弹簧垫圈，补画出其余结构线条，并注明那个是普通螺栓连接，那个是铰制孔螺栓连接（4分）。

2 指出齿轮轴系结构图中的错误（指出并改正8处即可），说明错误原因，并在中心线上方画出正确结构（16分）。

已知：

1）齿轮是油润滑，轴承是脂润滑； 2）轴承为深沟球轴承。

哈工大 2007 年秋季学期机械设计试题

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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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普通螺纹基本尺寸表（第一系列） 公称直径d 中径d2 小径d1 24 22.051 20.752 30 27.727 26.211 36 33.402 31.670 42 39.077 37.129 48 44.725 42.587 解：设螺栓受预紧力F? ①计算螺栓所需预紧力F’

ZfF'?D0?KfT（2分） 22KfT2?1.2?107'F???50000N（2分） ZfD08?0.12?500螺距p 3 3.5 4 4.5 5 ②计算许用应力 ????d1??sS?300?100MPa（2分） 34?1.3?50000?28.768mm（2分） ??100③确定螺栓直径d1 4?1.3F'?????④选择螺栓 查表选取M36（d1=31.670mm>28.768mm）（2分） 2、如图所示，a)、b)分别为斜齿圆柱齿轮的悬臂布置和对称布置的支承形式。图1)、2) 分别为一对角接触球轴承背对背、面对面安装支承形式。 1） 请合理选择斜齿轮不同布置形式下，一对角接触球轴承的支承形式，你认为正确的，在“□”中打“√”： 图a)所示悬臂布置宜采用： √图1)； 图2) （1分） 图b)所示对称布置宜采用： 图1)；√图2)。（1分） 2） 根据1）中的选择结果计算图a）所示情况下，轴承的轴向力Fa1、Fa2。 已知：轴承径向载荷Fr1、Fr2、齿轮的轴向力A方向如图所示，大小分别为：Fr1=4000N、Fr2=2000N，A=2000N。轴承内部轴向力S=0.4Fr。（4分）

解：S1=0.4Fr1 = 0.4x4000 = 1600(N) ，方向向左； （1分）

S2=0.4Fr2 = 0.4x2000 = 800(N) ，方向向右； （1分） S2+A = 800+2000 = 2800 (N) > S1 = 1600 (N) （1分） 所以，Fa1 = S2+A = 2800 N （1分） Fa2 = S2 = 800 N

3） 若该对轴承的寿命为5000小时，现将当量动载荷加大一倍，将转速减小一半，试计算后确定该对轴承能否满足载荷及转速改变后寿命至少1000小时的工作要求？（4分） 标准答案：

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Lh?106(fTCfPP)3(60n)L'h?106(fTCfP(2P))3(60n2)?2Lh/8?2?5000/8?1250(小时)?1000(小时)(2分)(1分)（1分） 结论：此轴承能够满足寿命至少1000小时要求。

3、在图示传动系统中，件1和2均为斜齿圆柱齿轮，件3为蜗杆，件4为蜗轮。已

知齿轮1轮齿螺旋线方向为左旋，其转向如图所示，试回答下列问题： 1）齿轮2的轮齿螺旋线方向是 旋。（1分）

2）在图中画出齿轮1、齿轮2在节点A所受的轴向力Fa1和Fa2的方向。（2分） 3）为使在Ⅱ轴上的齿轮2与蜗杆3的轴向力相互抵消一部分，蜗杆3的螺旋线方向应该是 旋，并在图中画出蜗杆的旋向；在节点B处画出蜗杆3所受的轴向力Fa3、圆周力Ft3和径向力Fr3的方向，在节点B处画出蜗轮4所受的圆周力Ft4和径向力Fr4的方向，在图中画出蜗轮4的转动方向。（8分） 答：

1）右旋。（1’） 2）齿轮1、齿轮2在节点A所受的轴向力Fa1和Fa2的方向如图所示。(2’) 3) 右旋；（1’） 画出螺旋线方向(1’) 蜗杆3所受的三个分力Fa3、Ft3和Fr3的方向如图所示；(3’) 蜗轮4所受的圆周力Ft4和径向力Fr4的方向如图所示；（2’） 蜗轮4的转动方向如图所示。(1’) 4、一对标准斜齿圆柱齿轮传动如图所示，已知：输入轴转速n1?960r/min，输入功率P?3kW，齿轮齿数z1?21，z2=62，法向模数mn?2.5mm，分度圆螺旋角??8.849725?，分度圆柱上的法面压力角?n?20?，试计算： （1）输入轴I上的转矩；（2）大斜齿圆柱齿轮上三个分力的大小。（本题4分） 解：

输入轴上的转矩

P3?103. T1???29.84Nm (1’)

n1960?2?/602T2?29.84cos?Ft?1??1.123kN (1’)

d12.5?211.123?tan20?Fr?Ft?tan?n/cos???0.414kW (1’) ?cos8.849725Fa?Ft?tan??1.123?tan8.849725??0.175kN (1’)

四、结构题（10分）

1、 如图所示，已知圆锥滚子轴承安装在零件1的轴承座孔内。由于结构限制，

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设计时不能改变零件1的尺寸。试问：采用何种方法以便于轴承外圈拆卸？并在右侧图上画出零件1的结构。（2分） 答：可在零件1圆周方向上等分圆周位置加2至3个螺纹孔，用螺钉顶轴承外圈拆卸。如右图所示。（答出方法1.5分、画出结构1.5分）

2、写出实现轴上零件轴向固定的四种方法，并画出相应的结构图。（8分）

标准答案： （评分标准：每种方法各2分：文字说明0.5分，画出结构图1.5分） 2010年机械设计考试题 一、填空题(共11分) 1、如果一个零件的应力循环特性r??0.6，?a?80Mpa，则此时?m? ，?max? ，?min? 。(1分) 2、普通螺纹的公称直径指的是螺纹的___ ____径，计算螺纹危险截面时使用的是螺纹的______ __径。(1分) 3、普通平键联接的工作面是 ，主要失效形式是 ，其键的剖面尺寸b?h按 由标准中选定，而键长L通常按 从标准中查取。 (2分) 4、带工作时截面上产生的应力有 、 、 ，最大应力值为 。 (2分) 5、在设计V带传动中时，V带的型号是根据 和 选取的。(1分) 6、在链传动中，链轮的转速 ，节距 ，则传动的动载荷越大。 (1分) 7、安装于某轴单支点上的代号为6208的一对滚动轴承，其内径___________mm, 轴承名称为____________。(1分)

8、安装滚动轴承时，其内圈与轴径一般是采用____________配合关系，以保证两者之间没有相对的转动。(1分)

9、在轴的结构设计中，轴的最小直径dmin是按____ ______初步确定的。

(1分)

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二、选择题(共20分，每小题2分)

1、机械零件由于某些原因不能 时称为失效。

A.工作 B. 连续工作 C.正常工作 D. 负载工作 2、绘制零件简化的极限应力图时，所必需的已知数据是 。 A.??1、?0、??、K? B. ?0、??1、?S、K?

B.??1、?0、?S、?? D. ?1、?0、??、K?

3、带传动中，主动轮圆周速度v1从动轮v2圆周速度带速v，它们之间的关系为 。

A. v1 = v2 = v B. v1 > v> v2 C. v1 < v < v2 D. v > v1> v2 4、带张紧的目的是 。 A、减轻带的弹性滑动 B、提高带的寿命 C、改变带的运动方向 D、使带具有一定的初拉力 5、与齿轮传动相比，链传动的主要特点这一是 。 A. 适合于高速 B.制造成本高 C.安装精度要求较低 D.有过载保护 6、一齿轮传动，主动轮1用45号钢调质，从动轮2用45号钢正火，则它们的齿面接触应力 。 A. ?H1??H2 B. ?H1??H2 C. ?H1??H2 D. 无法判断 7、在蜗杆传动中，蜗杆材料和蜗轮材料的组合，应该选取 。 A.钢蜗杆与青铜蜗轮 B.青铜蜗杆与钢蜗轮 C.青铜蜗杆与青铜蜗轮 D.钢蜗杆与钢蜗轮 8、设计斜齿圆柱齿轮传动时，螺旋角β一般在80～200范围内选取，β太小斜齿轮传动的优点不明显，太大则会引起 。 A. 大的切向力 B. 大的轴向力 C. 小的切向力 D. 小的轴向力 9 、在不完全液体润滑滑动轴承设计中，除了限制轴承p值外，还要对轴承pv值进行验算，其主要目的是 。 A. 限制轴承过渡磨损 B. 限制轴承的温升 C. 保证轴承的强度 D. 限制轴承的质量

10、在进行滚动轴承组合设计时，对支承跨距很长，工作温度变化很大的轴，为适应轴有较大的伸缩变形，应考虑 。

A.将一端轴承设计成游动的 B.采用内部间隙可调整的轴承 C.采用内部间隙不可调整的轴承 D.轴颈与轴承内圈采用很松的配合 三、简答题(共25分，每小题5分)

1、螺纹联接主要有哪几种基本类型？试简述其特点及使用场合。（不要求画图）(5分)

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2、带传动中的弹性滑动与打滑有何区别？对传动有何影响？什么叫打滑？如何避免打滑？

3、为什么点蚀主要发生在节线附近齿根面上？(5分) 4、对标准直齿圆柱齿轮传动，问：

（1）计算大、小齿轮弯曲强度时所用公式是否相同？ （2）计算大、小齿轮弯曲强度时那些参数取值不同？

（3）两轮弯曲强度大小通过那些参数比较就能看出来？可得到什么结论？(5分) 注：?F?KFtYFaYSaY??[?]F bm5、形成液体动力润滑的必要条件是什么？

四、分析题(共20分，第1题12分，第2题8分) 1、如图1所示机械传动系统，已知I轴转向，试分析：（在图上画出或写出） （1）为使II轴所受的轴向力最小，确定两斜齿圆柱齿轮螺旋线的方向； （2）确定蜗轮旋转方向和螺旋线方向； （3）画出II轴上斜齿圆柱齿轮受力的三个分力的方向； （4）画出II轴上锥齿轮受力的三个分力的方向。 图1 2、图2所示为三级减速装置传动方案简图，要求总传动比i=50，这样布置是否合理？为什么？试画出合理的传动方案简图（不采用蜗杆传动） 单级圆柱齿轮 电机 减速器 F 运输带

滚筒 链传动 V 带传动 图2 五、计算题(14分)

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某传动装置, 根据工作条件决定采用一对角接触球轴承(如图3) ,暂定轴承型号为7307AC。已知:轴承荷载Fr1?1000N,Fr2?2060N,Fae?880N,转速n?5000r/min,取载

??2000h。试问:所选轴承型号是否合适? 荷系数fP?1.5,预期寿命Lh106ftC?()备用公式：Lh?60nP

对于球轴承??3

图3

六、结构设计(10分)

图6中所示轴系结构有错误和不合理的地方，请指出并说明原因。 要求：请在图示中的结构错误处引出线并标上序号，如1、2、3、……

图6 哈工大 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 纹中数 据 牙侧角材料的f ′ 经计算自锁性派生轴向 C 型 号 （N力Fd） （NX ） 7307A3340 C 0 径d2=D2=14mm,β=15o,螺纹副当量摩擦系数 =0.08~0.10, 该螺纹副 0.68 要求。 a. 满足 b. 不满足

Y X 1 Y 0 0.80.41 7 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. 作为标准普通V带工作面的两侧面夹角为φ=40o，相应的V带轮 轮槽的两侧面夹角则 。 a.大于40o b.小于40o c. 等于40o。

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，Fmax就越大。 当传递的外载荷超过 时，带在带

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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α = o。 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Kβ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、d1=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）

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3）若重物W=4kN，传动装置总的传动效率为η =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η1 = 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η2 = 0.8，轴承7209 C的基本额定动载荷和基本额定静载荷分别为C = 29800N、C0 = 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，fT=1.0，fP=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=12.71×106mm3）（7分） 2）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） 欢迎阅读

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β=15o,螺纹副材料的当量摩擦系数 f′=0.08~0.10, 经计算该螺纹副 a 自锁性要求。 a.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φ=40o，相应的V带轮 轮槽的两侧面夹角则 b 。

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a.大于40o b.小于40o c. 等于40o。

5. 传动带所能传递的最大有效圆周力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等因素有关，它们的值越大， Fmax就越大。当传递的外载荷超过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；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）。 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 是轮齿折断；软齿面闭式齿轮传动最主要的失效形式是齿面疲劳点 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没有影响的是 e 。 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 角接触球轴承，宽度类型为 窄系列 ，精度等级为 P0 ，公称接触角α = 15 o。 9. 对于转动的滚动轴承,其主要失效形式是 疲劳点蚀 , 对于不转动、低速或摆动的轴承，主要失效形式是 局部塑性变形 , 对于高速轴承， 发热以至胶合 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 胶合和磨损 ，主要发生在 轴瓦 上。 二、问答题（24分,每小题4分） 1. 齿向载荷分布系数Kβ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？ Kβ的物理意义——考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿应力的影响系数。(2分) 措施：（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) 齿轮在轴上的布置——合理选择 4) 轮齿的宽度——设计时合理选择 5) 采用软齿面——通过跑合使载荷均匀 6) 硬齿面齿轮——将齿端修薄、或做成鼓形齿 7) 齿轮要布置在远离转矩输入端的位置。

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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：通常先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。

（2）硬齿面式齿轮传动：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。

（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：目前多是按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并考虑磨损的影响将模数适当增大（加大10~15%）。

3. 按照轴所受载荷类型的不同，轴分为那几种类型？并分别举例说明。 评分标准：以下3点各点1分，举例正确合计1分。 （1）仅受弯矩M的轴——心轴，只起支撑零件作用，如自行车前轴。 （2）仅受转矩T的轴——传动轴，只传递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．给出滚动轴承的当量静载荷P0的定义。 当量静载荷是一个假想载荷，其作用方向与基本额定静负荷相同，而在当量静载荷作用下，轴承的受载最大滚动体与滚道接触处的塑性变形总量与实际载荷作用下的塑性变形总量相同。（4分） 5．同滚动轴承相比，液体摩擦滑动轴承有哪些特点？ 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 1) 在高速重载下能正常工作，寿命长； 2) 精度高；滚动轴承工作一段时间后，旋转精度↓ 3) 滑动轴承可以做成剖分式的 — 能满足特殊结构需要。如曲轴上的轴承； 4) 液体摩擦轴承具有很好的缓冲和阻尼作用，可以吸收震动，缓和冲击。 5) 滑动轴承的径向尺寸比滚动轴承的小。 6) 起动摩擦阻力较大。

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？ 评分标准：答出1点2分，答出2点3分，答出3点4分

1) 流体必须流经收敛间隙,而且间隙倾角越大则产生的油膜压力越大。 2) 流体必须有足够的速度； 3) 流体必须是粘性流体。

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、d1=80mm，蜗轮齿数

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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η =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η1 = 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η2 = 0.8，轴承7209 C的基本额定动载荷和基本额定静载荷分别为C = 29800N、C0 = 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，fT=1.0，fP=1.5，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/（3.14*0.25）=50.96r/min 蜗杆转向(1分)、蜗轮轮齿旋向(1分)、蜗轮蜗杆受力分析方向如图所示（2分）。 2）写出公式得1分，结论正确得1分。 tan??z1m/d1?1?8/80?0.1tan?'?f'?0.18?tan??tan?'????' 结论：该机构满足自锁性条件。 3）写出公式得1.5分，结论正确得0.5分。 W?4kNT卷筒?TW?W?D/2?4000?250/2?500000NmmTW5?105Tm???2?104Nmm??i0.5?504）公式、步骤都正确得9分（其中：轴承寿命计算公式占5分），计算结果正确得1分。

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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，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=12.71×106mm3）（7分）

2）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） 1）

（1）、螺栓组联接受力分析：将托架受力 情况分解成下图所示的受轴向载荷Q和受倾覆力矩M的两种基本螺栓组连接情况分别考虑。（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F1?值为：F2?Mlmax6?106?227.54?227.52Q20000??5000(N) Z4 倾覆力矩M使左侧两个螺栓工作拉力减小；使右侧两个螺栓工作拉力增加，其?li2i?14??6593.41(N) 显然，轴线右侧两个螺栓所受轴向工作载荷最大，均为： （3）根据接合面间不出现间隙条件确定螺栓所需的预紧力F’：（4分） 预紧力F’的大小应保证接合面在轴线右侧不能出现间隙，即： 欢迎阅读

2）若F’’ =6956N，则：（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） 评分标准：轴向固定：五种方法每种方法各0.5分，每画对一种结构1分；齿轮（2.5分）在轴端实现周向固定（普通平键）（1分）和轴向固定（轴肩和轴端挡板）（1分）4.5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）

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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） 标准答案： 该小齿轮能否做成齿轮与轴分开决定了这根输入轴能否继续被使用的首要条件：

e?df1?d2?t1?55.5?40?3.3?7.75?3.3?4.45(mm)?2.5m?2.5?3?7.5(mm)2 结论：按着这根轴设计小齿轮轮毂结构必须做成齿轮与轴为一体的轴齿轮形式，因此，如果采用该小齿轮，原输入轴不能继续被使用，必须重新设计输入轴。

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