机械设计试题整理，含答案

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 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 ，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 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）

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=12.71×10mm）（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）

6

3

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 。 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。

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?500000NmmTm?TW?5?105??i0.5?50?2?10Nmm44）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。

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?QZ?200004?5000(N)

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，

其值为：F2?Mlmax4i?1?6?106?227.52?6593.41(N)

?li24?227.5 显然，轴线右侧两个螺栓所受轴向工作载荷最大，均为： F?F1?F2?11593.41(N)

（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：

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）

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?402?3.3?7.75?3.3?4.45(mm)?2.5m?2.5?3?7.5(mm) 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。

《机械设计》试题A

一、填空（每空1分，共20分）

1．在疲劳曲线上，以循环基数N0为界分为两个区：当N≥N0时，为（ ）区；当N＜N0时，为（ ）区。 2．刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗（ ）的能力。零件材料的弹性模量越小，其刚度就越（ ）。

3．润滑油的（ ）性越好，则其产生边界膜的能力就越强；（ ）越大，则其内摩擦阻力就越大。

4．为改善润滑油在某些方面的性能，在润滑油中加入的各种具有独特性能的化学合成物即为（ ）。

5．正是由于（ ）现象，使带传动的传动比不准确。带传动的主要失效形式为（ ）和（ ）。 6．蜗杆传动的主要缺点是齿面间的（ ）很大，因此导致传动的（ ）较低、温升较高。

7．链传动水平布置时，最好（ ）边在上，（ ）在下。 8．设计中，应根据被联接轴的转速、（ ）和（ ）选择联轴器的型号。

9．径向滑动轴承的半径间隙与轴颈半径之比称为（ ）；而（ ）与（ ）之比称为偏心率?。 10．对于普通平键，考虑到载荷分布的不均匀性，双键联接的强度按（ ）个键计算。

二、判断题（每小题1分，共10分）（正确的划“√”，错误的划“×”）

1．十字滑块联轴器中的所有元件都是刚性元件，因此属于刚性联轴器。 （ ） 2．两摩擦表面的粗糙度值越小，则越容易实现液体动力润滑。（ ） 3．在计算转轴的强度时，安全系数法比当量弯矩法更精确。 （ ） 4．相啮合的蜗杆和蜗轮的螺旋角必须大小相等，旋向相反。 （ ） 5．闭式齿轮传动皆须首先按齿面接触强度进行设计计算，确定传动的几何尺寸，然后校核齿根弯曲疲劳强度。 （ ） 6．由于链传动不需要张紧力，故作用在轴上的载荷较小。 （ ） 7．正是由于过载时产生“弹性滑动”，故带传动对传动系统具有保护作用。 （ ） 8．楔键只能用于单向传动，双向传动时，必须采用两个楔键。 （ ） 9．性能等级为6.6级的螺栓，其屈服点?s＝600MPa。 （ ） 10．机械零件的计算分为设计计算和校核计算，两种计算的目的都是为了防止机械零件在正常使用期限内发生失效。 （ ）

三、简答题（每小题5分，共20分）

1．简述为什么开式齿轮传动一般不会出现点蚀现象？

2．对于滚动轴承的轴系固定方式，请解释什么叫“两端固定支承”？ 3．简述形成稳定动压油膜的条件？

4．解释名词: 滚动轴承的寿命； 滚动轴承的基本额定动载荷。

四、（15分）某轴用一对同型号角接触球轴承支承，受力情况如图所示。已知：内部轴向力FS＝0.68FR，e＝0.68。当Y＝0；当

FAFRFAFR≤e时，X＝1，

＞e时，X＝0.41，Y＝0.87。问哪个轴承的寿命低？

1Fx=900N2FR1=4000NFR2=2500N

五、（15分）如图所示的螺栓组联接，已知外载荷F＝5KN，各有关几何尺寸如图所示。试计算受力最大螺栓所受的横向工作载荷Fsmax。

六、（20分）设计一个标准直齿圆柱齿轮传动，传动比i＝3.2，允许传动比有不超过±5％的误差。通过强度计算已确定中心距a＝320mm，模数m≥3mm，取齿宽系数?d＝1。试确定下列几何尺寸：m、z1、z2、d1、d2、b1、b2。

（模数系列：3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、7、8、?）

《机械设计》试题A标准答案

一、填空（每空1分，共20分）

1．在疲劳曲线上，以循环基数N0为界分为两个区：当N≥N0时，为（ 无限寿命区 ）区；当N＜N0时，为（ 有限寿命区 ）区。

2．刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗（ 弹性变形 ）的能力。零件材料的弹性模量越小，其刚度就越（ 小 ）。

3．润滑油的（ 油 ）性越好，则其产生边界膜的能力就越强；（ 粘度 ）越大，则其内摩擦阻力就越大。

4．为改善润滑油在某些方面的性能，在润滑油中加入的各种具有独特性能的化学合成物即为（ 添加剂 ）。

5．正是由于（ 弹性滑动 ）现象，使带传动的传动比不准确。带传动的主要失效形式为（ 打滑 ）和（ 带的疲劳破坏 ）。

6．蜗杆传动的主要缺点是齿面间的（ 相对滑动速度 ）很大，因此导致传动的（ 效率 ）较低、温升较高。

7．链传动水平布置时，最好（ 紧边 ）边在上，（ 松边 ）在下。

8．设计中，应根据被联接轴的转速、（ 转矩 ）和（ 直径 ）选择联轴器的型号。 9．径向滑动轴承的半径间隙与轴颈半径之比称为（ 相对间隙 ）；而（ 偏心距 ）与（ 半径间隙 ）之比称为偏心率?。

10．对于普通平键，考虑到载荷分布的不均匀性，双键联接的强度按（ 1.5 ）个键计算。 二、判断题（每小题1分，共10分）（正确的划“√”，错误的划“×”）

1．十字滑块联轴器中的所有元件都是刚性元件，因此属于刚性联轴器。 （ × ） 2．两摩擦表面的粗糙度值越小，则越容易实现液体动力润滑。 （ √ ） 3．在计算转轴的强度时，安全系数法比当量弯矩法更精确。 （ √ ） 4．相啮合的蜗杆和蜗轮的螺旋角必须大小相等，旋向相反。 （ × ） 5．闭式齿轮传动皆须首先按齿面接触强度进行设计计算，确定传动的几何尺寸，然后校核齿根弯曲疲劳强度。 （ × ） 6．由于链传动不需要张紧力，故作用在轴上的载荷较小。 （ √ ） 7．正是由于过载时产生“弹性滑动”，故带传动对传动系统具有保护作用。 （ × ） 8．楔键只能用于单向传动，双向传动时，必须采用两个楔键。 （ × ）

9．性能等级为6.6级的螺栓，其屈服点?s＝600MPa。 （ × ） 10．机械零件的计算分为设计计算和校核计算，两种计算的目的都是为了防止机械零件在正常使用期限内发生失效。 （ √ ）

三、简答题（每小题5分，共20分）

1． 简述为什么开式齿轮传动一般不会出现点蚀现象？

答：因为在开式齿轮传动中，磨粒磨损的速度比产生点蚀的速度还快，在点蚀形成之前，齿

面的材料已经被磨掉，故而一般不会出现点蚀现象。

2． 对于滚动轴承的轴系固定方式，请解释什么叫“两端固定支承”？

答：两端固定支承即为轴上的两个轴承中，一个轴承的固定限制轴向一个方向的串动，另一

个轴承的固定限制轴向另一个方向的串动，两个轴承的固定共同限制轴的双向串动。 3． 简述形成稳定动压油膜的条件？

答：1）两摩擦表面之间必须能够形成收敛的楔形间隙；

2）两摩擦表面之间必须有充足的、具有一定粘度的润滑油； 3）两摩擦表面之间必须有足够的相对运动速度。

4． 解释名词； 滚动轴承的寿命； 滚动轴承的基本额定动载荷。

答：1）滚动轴承的寿命即滚动轴承中内、外圈滚道以及滚动体，任一元件出现疲劳点蚀之

前，两套圈之间的相对运转总转数。也可用恒定转速下的运转小时数表示； 2）基本额定动载荷即基本额定寿命为106转时，轴承所能承受的最大载荷。 四、解：（1）Fs1?0.68FR1＝0.68?4000?2720（N） ―――――――――1.5分

Fs2?0.68FR2＝0.68?2500?1700（N） ―――――――――1.5分

（2）Fs2?Fx?1700?900?2600（N）＜Fs1?2720（N）

故 FA1?Fs1?2720（N） ――――――――――――――――3分 Fs1?Fx?2720?900?1820（N）＞Fs2?1700（N）

故 FA2?Fs1?Fx?1820（N） ―――――――――――――3分

FA1FR1?27204000?0.68?e，则X＝1，Y=0。

则 FP1?fP(X1FR1?Y1FA1)?fP?(1?4000?0?2720)＝4000fP（N） ――――――――――――――――――3分 FA2FR2?18202500?0.728＞e，则 X＝0.41，Y＝0.87。

则 FP2?fP(X2FR2?Y2FA2)?fP?(0.41?2500?0.87?1820)

?3500f（N） ――――――――――――――― ――3分

由于 FP1＞FP2 ，故轴承1的寿命短。

五、解：（1）将F向螺栓组形心平移，同时得转矩T。

500FF 160T 160T=500×F＝5×105×500＝2.5×106（N） ―――― ―――4分

在F作用下，各螺栓所受横向力为 Fs1＝

Fz?5?1043?1250（N） ―――3分

在T作用下，各螺栓所受横向力也相等，为

Fs2?rT4r2?T4r?4?2.5?108026＝5524.3（N） ――――――4分

2?80 显然，1、2两螺栓所受的横向力最大，为 Fsmax? ?Fs1?Fs2?2Fs1Fs2cos?

221250?5524.3?2?1250?5524.3?cos135

22? ?6469（N） ―――――――4分

六、解：（1）由 a?12m(z1?z2)得 z1?z2?2am?2?320m

取 m =5（mm）（应为标准值） ―――――――2分

则 z1?z2?2?3205＝128 （1） ―――2分

z2?iz1?3.2z1 （2） ―――2分 联立 （1）、（2）解得 z1?30.47， z2?97.53

取 z1?30， z2?98 ――――――4分 d1?mz1?5?30?150（mm） ―――――――2分 d2?mz2?5?98?490（mm） ―――――――2分 b??dd1?1?150（mm） ――――――――――2分 取 b2?b?150（mm）， b1?b2?10?150?10?160（mm） ――4分 注：本题主要考察：m是否为标准值？是否满足a?尺寸取值圆整是否合理？

12(d1?d2)?12m(z1?z2)？各参数和

《机械设计》试题B

一、填空（每空1分，共20分）

1．当所受轴向载荷通过（ ）时，螺栓组中各螺栓承受的（ ）相等。

2．从结构上看，带轮由（ ）、轮辐和（ ）三部分组成。

3．在直齿圆柱齿轮传动的接触疲劳强度计算中， 以（ ）为计算点，把一对轮齿的啮合简化为两个（ ）相接触的模型。

4．按键齿齿廓曲线的不同，花键分为（ ）花键和（ ）花键。

5．请写出两种螺纹联接中常用的防松方法：（ ）和（ ）。

6．疲劳曲线是在（ ）一定时，表示疲劳极限?（ ）之间关系的曲线。

7．理论上为（ ）接触或（ ）接触的零件，在载荷作用下，接触处局部产生的应力称为接触应力。

8．开式齿轮传动的主要失效形式是：（ ）和（ ）。

9．径向滑动轴承的条件性计算主要是限制压强、（ ）和（ ）不超过许用值。

10．在类型上，万向联轴器属于（ ）联轴器，

γN与

凸缘联轴器属于（ ）联轴器。 二、选择填空（每空1分，共10分）

1．下列磨损中，不属于磨损基本类型的是（ ）；只在齿轮、滚动轴承等高副零件上经常出现的是（ ）。

（1）粘着磨损； （2）表面疲劳磨损；

（3）磨合磨损； （4）磨粒磨损。

2．在通过轴线的截面内，（ ）的齿廓为直边梯形；在与基圆柱相切的截面内，（ ）的齿廓一侧为直线，另一侧为曲线。 （1）阿基米德蜗杆； （2）法向直廓蜗杆； （3）渐开线蜗杆； （4）锥蜗杆。

3、对于直齿圆柱齿轮传动，其齿根弯曲疲劳强度主要取决于（ ）；其表面接触疲劳强度主要取决于（ ）。

（1）中心距和齿宽； （2）中心距和模数； （3）中心距和齿数； （4）模数和齿宽。

4、对于径向滑动轴承，（ ）轴承具有结构简单，成本低廉的特点；（ ）轴承必须成对使用。

（1）整体式； （2）剖分式； （3）调心式； （4）调隙式。

5．在滚子链传动的设计中，为了减小附加动载荷，应（ ）。 （1）增大链节距和链轮齿数； （2）增大链节距并减小链轮齿数； （3）减小链节距和链轮齿数； （4）减小链节距并增加链轮齿数。 6．对中性高且对轴的削弱又不大的键联接是（ ）联接。

（1）普通平键； （2）半圆键； （3）楔键； （4）切向键。 三、简答题（每小题5分，共20分）

1．画图表示机械零件的正常磨损过程，并指出正常磨损过程通常经历哪几个磨损阶段？

2．简述Miner法则（即疲劳损伤线性累积假说）的内容。 3．简述齿向载荷分布系数K?和齿间载荷分配系数K?分别考虑的是什么因素对齿轮所受载荷的影响？

4．试分析张紧力F0对带传动正反两方面的影响。

四、（15分）已知某材料的力学性能为：??1＝350MPa，m＝9，N0＝5×106，对此材料进行对称循环疲劳试验，依次加载应力为：（1）?1＝550MPa，循环次数n1＝5×104；（2）?2＝450 MPa，循环次数n2＝2×105；（3）?3=400 MPa。求：发生疲劳破坏时，?3的循环次数n3＝？

六、（18分）图示为一蜗杆轴用两个角接触球轴承支承。已知蜗杆所受轴向力Fx＝580N，两轴承的径向力为：FR1＝935N，FR2＝1910N，载荷性质系数fP＝1.1。试计算两个轴承的当量动载荷。 注：＊内部轴向力FS＝eFR， e＝0.36。 ＊当

FAFR≤e时，X＝1，Y＝0；当

FAFR＞e时，X＝0.41，Y＝0.87。

1Fx2FR1FR2

八、（17分）图示为由圆锥齿轮和斜齿圆柱齿轮组成的传动系统。已知：Ⅰ轴为输入轴，转向如图所示，输出轴功率PⅢ＝5KW，转速nⅢ＝157rpm，各轮齿数为：z1=25，z2=60，z3=22，z4=84，设效率为100％。 （1） 在图中标出各轮转向，并计算各轴的转矩。

（2） 为使2、3两轮的轴向力方向相反，确定并在图中标出3、4

两轮的螺旋方向。

（3） 在图中标出2、3两轮在啮合点处所受各分力(Ft、Fr、Fx)的

方向。

Ⅱ31Ⅲ4n1Ⅰ2《机械设计》试题B标准答案

一、填空（每空1分，共20分）

1．当所受轴向载荷通过（ 螺栓组形心 ）时，螺栓组中各螺栓承受的（ 轴向工作拉力 ）相等。

2．从结构上看，带轮由（ 轮毂 ）、轮辐和（ 轮缘 ）三部分组成。

3．在直齿圆柱齿轮传动的接触疲劳强度计算中， 以（ 节点 ）为计算点，把一对轮齿的啮合简化为两个（ 圆柱体 ）相接触的模型。

4．按键齿齿廓曲线的不同，花键分为（ 矩形 ）花键和（ 渐开线 ）花键。 5．请写出两种螺纹联接中常用的防松方法：（ 双螺母等 ）和（ 防松垫圈等 ）。 6．疲劳曲线是在（ 应力比 ）一定时，表示疲劳极限?线。

7．理论上为（ 点 ）接触或（ 线 ）接触的零件，在载荷作用下，接触处局部产生的应力称为接触应力。

8．开式齿轮传动的主要失效形式是：（ 齿面的磨粒磨损 ）和（ 断齿 ）。

9．径向滑动轴承的条件性计算主要是限制压强、（ 速度 ）和（ pv值 ）不超过许用值。 10．在类型上，万向联轴器属于（ 无弹性元件的挠性 ）联轴器，凸缘联轴器属于（ 刚性 ）联轴器。

二、选择填空（每空1分，共10分）

1．下列磨损中，不属于磨损基本类型的是（ 3 ）；只在齿轮、滚动轴承等高副零件上经

常出现的是（ 2 ）。

（1）粘着磨损； （2）表面疲劳磨损； （3）磨合磨损； （4）磨粒磨损。

2．在通过轴线的截面内，（ 1 ）的齿廓为直边梯形；在与基圆柱相切的截面内，（ 3 ）的齿廓一侧为直线，另一侧为曲线。

（1）阿基米德蜗杆； （2）法向直廓蜗杆； （3）渐开线蜗杆； （4）锥蜗杆。

3、对于直齿圆柱齿轮传动，其齿根弯曲疲劳强度主要取决于（ 4 ）；其表面接触疲劳强度

主要取决于（ 1 ）。

（1）中心距和齿宽； （2）中心距和模数；

γN与（ 循环次数 ）之间关系的曲

（3）中心距和齿数； （4）模数和齿宽。

4、对于径向滑动轴承，（ 1 ）轴承具有结构简单，成本低廉的特点；（ 3 ）轴承必须成

对使用。

（1）整体式； （2）剖分式； （3）调心式； （4）调隙式。

5．在滚子链传动的设计中，为了减小附加动载荷，应（ 4 ）。 （1）增大链节距和链轮齿数； （2）增大链节距并减小链轮齿数； （3）减小链节距和链轮齿数； （4）减小链节距并增加链轮齿数。 6．对中性高且对轴的削弱又不大的键联接是（ 1 ）联接。 （1）普通平键； （2）半圆键； （3）楔键； （4）切向键。 三、简答题（每小题5分，共20分）

1． 画图表示机械零件的正常磨损过程，并指出正常磨损过程通常经历哪几个磨损阶段？ 答：主要经历三个阶段：磨合磨损阶段；稳定磨损阶段；剧烈磨损阶段。

2． 简述Miner法则（即疲劳损伤线性累积假说）的内容。

答：在规律性变幅循环应力作用下，各应力对材料造成的损伤是独立进行的，并可以线性地

累积成总损伤，当各应力的寿命损伤率之和等于1时，材料将会发生疲劳。

3． 简述齿向载荷分布系数K?和齿间载荷分配系数K?分别考虑的是什么因素对齿轮所受

载荷的影响？

答：系数K?考虑的是载荷沿齿向分布不均匀性对齿轮轮齿所受载荷的影响；

系数K?考虑的是载荷在同时啮合的齿对之间分配不均对齿轮轮齿所受载荷的影响。 4． 试分析张紧力F0对带传动正反两方面的影响。

答：张紧力F0越大，则带传动的承载能力就越大，但同时带中所受的拉应力也越大，从而 降

低带的寿命；张紧力越小，虽可减小带中的拉应力，提高带的寿命，但带传动的承载能

力会降低。

四、解：（1）由 疲劳曲线方程 ???? 得 N???1?N0

???mmN?C???1N0

???1 N1?????19?64350???N0?? ―――――――――3分 ?5?10?8.6?10??550???mm N2???1?????2???1?????39?65450???N0?? ―――――――－3分 ?5?10?8.2?10??550???m N39?65400???N0?? ――――――――3分 ?5?10?2.85?10??550??? （2）根据Miner法则

n1N155?n2N2?n3N3?1

5?10448.6?10?2?108.2?10?n32.85?105?1 ―――――――――－3分

解得： n3?4.98?104 ――――――――――――3分

五、解：（1）Fs1?0.36FR1?0.36?935(N)?336.6(N) ――2分

Fs2?0.36FR2?0.36?1910(N)?687.6(N) ―― 2分

（2）Fs2?Fx?687.6?580?1267.6(N) ＞Fs1?336.6(N)

.6(N) ―――――――――――3分 故 FA1?Fs2?Fx?1267Fs1?Fx?336.6?580??243.4(N)＜Fs2?687.6(N)

故 FA2?Fs2?687.6(N) ―――――――――――――－3分

（3）

FA1FR1P?1267.6935?1.36＞e，故 X1?0.41，Y1?0.87

FP1?f(X1FR1?Y1FA1)?1.1?(0.41?935?0.87?1267.6)?1634.78（N）

――――――――――――――――――――――4分

FA2FR2?687.61910?10.36?e，故 X2?1，Y2?0

FP2?fP(X2FR2?Y2FA2)?1.1?(1?1910?0?687.6)?2101（N） ―――――4分

六、解：（1）各轴转向如图所示。 ――――3分 i14?z2z4z1z3z4z3??60?8425?22?9.16 ――1分

Ⅱ31Ⅲ4i34?8422?3.82 ―――――1分

n1Ⅰ2

nⅠ＝i14nⅢ?9.16?157?1438.12(rpm)

―――――――――――――1分

nⅡ?i14nⅢ＝3.82?157?599.74（rpm） ―――――――――――――1分

TⅠ?9550PⅠnⅠPⅡnⅡ?9550?51438.125599.745157?33.2（Nm） ―――――――――1分

TⅡ?9550?9550??79.6 (Nm) ―――――――――1分

TⅢ?9550PⅢnⅢ?9550??304.1 (Nm) ――――――――――1分

（2） 3轮左旋，4轮右旋。 ―――――――――――――――3分 （3） 2、3两轮的各分力方向如图所示。 ―――――――――――――－4分

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