机械设计考题1

机械设计考题1

一、判断题（每小题1分，共10分）

正确的在括号内填“√”，错误的在括号内填“×”。

1．机械零件的刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。 （√） 2．当带传动的载荷稳定不变时，其弹性滑动等于零。 （×） 3．齿形系数YFa与模数无关，因此其它条件不变时模数增加齿根弯曲应力不变。 （×） 4．齿轮强度计算中，动载系数KV是考虑工作机和原动机振动而引起的附加对齿轮强度的

影响系数。 （×）

5．在蜗杆传动中，其它条件相同，若增加蜗杆头数，则齿面相对滑动速度增加。 （√）

6．凡具有自锁性螺纹副（即螺纹升角小于当量摩擦角），则不必考虑其防松。 （×） 7．楔键联接可以实现轴上零件单向轴向固定。 （√） 8．按基本额定动载荷通过寿命计算的滚动轴承，在预定使用期限内也可能失效。 （√） 9．非液体摩擦滑动轴承，验算pv值的目的是为了保证轴承有足够的机械强度。 （×） 10．矿山机械和重型机械中，低速、重载、不易对中处常用的联轴器是凸缘联轴器。（×）

二、选择题（每小题2分，共20分）

将正确答案的字母代号填入空格内，只允许填一种字母代号。 1．齿轮表面非扩展性点蚀一般出现在 A 。

A．磨合阶段 B．稳定磨损阶段 C．剧烈磨损阶段

2．闭式硬齿面齿轮传动，直径一定，取较少齿数以增大模数，主要是为了 A 。 A．保持轮齿的弯曲疲劳强度 B．保证齿面接触疲劳强度 C．减少加工切削量，提高生产率 D．其他目的

3．为了减轻摩擦副的表面疲劳磨损，下列措施中 D 是不合理的。 A．降低表面粗糙度 B．增大润滑油粘度 C．提高表面硬度 D．提高相对滑动速度 4．用 C 的方法来提高带传动传递的功率是不合适的。

A．增大初拉力 B．增大中心距 C．增加带轮表面粗糙度 D．增大小带轮直径 5．对温升较高，两轴承距离较大的轴系应采用 A 支承。 A．一端固定一端游动 B．两端固定

C．两轴承都游动 D．两轴承都双向固定 6．在螺栓联接中，采用双螺母，其目的是 D 。

A．提高强度 B．提高刚度 C．降低螺栓所受的拉力 D．以上都不是 7．蜗杆传动中，通常蜗轮轮缘应采用青铜，蜗杆采用钢来制造，这是因为这样配对 B 。 A．强度高 B．减摩耐磨性好 C．加工性能好 D．价格便宜 8． B 不是滚动轴承预紧的目的。

A．增加支承刚度 B．提高旋转精度

C．减小振动和噪声 D．降低摩擦力矩

9．设平键联接原来传递的最大转矩为T，现欲增为1.5T，则应将 A 。 A．平键改为双键 B．轴直径增至1.5倍 C．键宽增至1.5 倍 D．键高增至1.5倍 10．设计液体动压径向滑动轴承时，若宽径比Bd取得较大，则 C 。 A．轴承端泄量大，承载能力低，温升高 B．轴承端泄量大，承载能力低，温升低 C．轴承端泄量小，承载能力高，温升高 D．轴承端泄量小，承载能力高，温升低

三、简答题（每小题4分，共20分）

1．根据流体动压润滑雷诺方程的微分形式，试说明形成流体动压润滑的基本条件。

2．试指出普通螺栓联接、双头螺柱联接和螺钉联接的结构特点，各用在什么场合？ 3．在V带传动中，为什么带的张紧力不能过大或过小？张紧轮一般布置在什么位置？ 4．普通平键联接有哪些失效形式？主要失效形式是什么？如经校核发现强度不够时，应采取哪些措施？

5．一齿轮传动，如何判断大、小齿轮中哪个不易出现齿面点蚀？哪个不易出现齿根弯曲疲劳折断？

四、分析题（13分）

如图所示，V带和二级斜齿圆柱齿轮减速器所组成的传动系统中，mnz3?20，z4?41，??14，齿轮z1为左旋，轴Ⅱ转矩T2?3200N?mm。

??3mm，

1）为使轴Ⅱ的轴承所受轴向力较小，试确定齿轮z4的螺旋角方向。

2）计算齿轮z4的三个分力大小（忽略摩擦力），并在图试卷a图上画出这三个分力的方向。 3）在带轮直径和其它条件不变的情况下，将传动系统按图试卷b图重新布置，试分析可能会出现什么问题？简要说明理由。

五、计算题（共25分）

1．（10分）如图所示，一支架用四个螺栓固定于铅垂的墙上，螺栓为上、下各两个。螺

栓距中心线的距离为200mm，载荷P＝20000N，铅垂向下，离墙壁距离为400mm，为使支架在载荷P作用下不相对滑动，也不产生分离，求受轴向载荷最大的螺栓上所受的总拉力。设：

1）支架底与墙之间的摩擦因数f?0.15。 2）取可靠系数K?1.2。

3）在轴向工作拉力F作用下，螺栓应保持 的剩余预紧力F?0.4F。

4）相对刚度系数Kc?C1(C1?C2)?0.3。

2．（15分）如图所示斜齿轮轴采用一对7207AC轴承支承，已知斜齿轮的圆周力

FT?3500N，径向力FR?1200N，轴向力FA?900N，轴的转速n?1450r/min，轴

''承的载荷系数fd?1.2，温度系数ft?1， 额定动载荷Cr?29000N。试计算该对 轴承的寿命（用小时计）。

六、结构题（12分）

如图所示为减速器的部分结构，指出图中结构错误及不合理之处，并说明理由。

三．简答题（简要答案） 1．答：从雷诺方程

dpdx?6?v(h?h0)h0dpdx不难看出：当?0时，若外界不提供压力油，则

间隙内（油）压力不会发生改变，也就不可能产生具有承载能力的压力油膜。因此，要想建立液体动压润滑，就必须使现。

（1）h?h0。即必须形成楔形间隙（保证在h0有一侧为h?h0，另一侧h?h0）。

dpdx?0条件成立。这只有在同时满足下面三个条件时才能实

（2）??0，即必须保证间隙内充满具有一定粘度的流体。

（3）v?0，两表面之间必须具有一定的相对滑动速度，且相对速度的方向要保证流体从大截面流进，小截面流出，即保证在h?h0的一侧

dpdx?0。

2．答：普通螺栓联接在被联接件上制出通孔，螺栓一端配有螺母。

双头螺柱联接在被联接之一制出通孔，另一（较厚件）件上制出螺纹孔（盲孔），螺柱一端配有螺母。

螺钉联接适用于被联接件可以开通孔，另一（较厚件）上制出螺纹孔（盲孔），不需螺母。

螺栓联接适用于被连接件可以开通孔的场合。双头螺柱联接和螺钉联接适用于被联接件之一较厚，不宜制作通孔的场合。双头螺柱联接与螺钉联接相比，前者适用于经常拆卸的场合，而后者适用于不需要经常拆卸的场合。

3．答：初拉力过大容易使带过早产生脱层、断裂等现象，使用寿命减小；初张力过小，则承载能力减小，易产生打滑。

张紧轮一般应布置在松边、内侧、靠近大带轮处。

4．答：普通平键联接可能的失效形式是工作面压溃或键被剪断。按标准选用的普通平键其主要失效形式是工作面压溃。

单键联接强度不够时，可采用双键相隔180布置。在允许的情况下也可适当增大轴颈，以选择截面尺寸较大的键，或适当增大轮毂的长度以增大键的长度。

5．答：大、小齿轮的齿面接触疲劳强度条件分别为?H2???H2?和?H1???H1?，由于大、小齿轮齿面接触应力?H1??H2，故许用接触应力??H1?、?疲劳强度较高，不宜出现齿面点蚀。

大、小齿轮的齿根弯曲疲劳强度条件分别为?F2???F2?和?F1???F1?，由于大、小齿轮齿根弯曲应力?F2??F1YF2YS2YF1YS1H2?中数值较大者，齿面接触

， 故在大、小齿轮的

[?F2]YF2YS2、

[?F1]YF1YS1中，数值较

大者，齿根弯曲疲劳强度较高，不易出现齿根弯曲疲劳折断。 四．分析题

1）为图中轴Ⅱ的轴承所受轴向力较小，齿轮z4的螺旋角方向为左旋。 2）齿轮z4三个分力方向如图所示，各分力大小分别为 切向力 Ft4?2T1d3?2T2cos?mnz3?2?3200?cos143?20???103N

径向力 Fr4?Ft4tan?ncos??103?tan20cos14??38.8N

轴向力 Fa4?Ft4tan??103?tan14?35.8N

?

3）假设传动功率无损失，按图b布置使带的速度降低，所需圆周力加大，会导致带打滑。 五．1．解：

（1）将载荷向结合面形心简化，则可得到翻转力矩M和横向载荷P。其中 M?P?400?20000?400?8?10N.m

（2）由结合面不滑移条件 zfF1?KP可得所需螺栓预紧力为 F1?（3）螺栓工作拉力为 F?Mzl?8?1066''KPzf?1.2?200004?0.15?4?10N

44?200?10N

4（4）结合面不分离所需预紧力 F?0.4F?0.4?10（5）结合面不分离所需预紧力

F2?F0?KCF?F?F?KCF?4?10?10（6）同时满足结合面不滑移且不分离条件的预紧力 F?max(F1,F2)?4?10N （7）上方两个螺栓所受拉力较大。其总拉力为 F0?F?KCF?4?10'4'\34\4?4?10N

3?0.3?104?1.1?10N

4'''4?0.3?104?4.3?10N

42．解：（1）计算滚动轴承上的径向载荷Fr1、Fr2

1）水平面支反力 F1x?FT?40100?3500?40100?1.4?10N

333 Fx2?FT?Fx1?3500?1.4?10?2.1?10N 2）垂直面支反力

F1y? F2y?FR?40?FA30100100?1200?40?900?30100?990N

?210N

FR?60?FA?303）轴承上的径向载荷 Fr1? Fr2?F1x?F1y?F2x?F2y?222214002?21022?1420N

22100?900?2320N

（2）计算轴承上的轴向载荷 1）计算附加轴向力并判断其指向

FS1?0.7Fr1?0.7?1420?994N FS2?0.7Fr2?0.7?2320?1624N

滚动轴承的配置为面对面，附加轴向 力的方向如图

2）计算轴向载荷

FS1?FA?994?900?1894N?FS2

可以判断轴承2被压紧，轴承1被放松 于是有

Fa1?FS1?994N

Fa2?FS1?F?994?900?1894N

（3）计算轴承的当量动载荷，因e?0.68 由

Fa1Fr1?9941420?0.7?e

Fa2Fr2?18942320?0.8?e

可查表确定径向系数X，轴向系数Y。于是 Pr1?FR1?1420N

Pr2?XFR2?YFA2?0.41?2320?0.87?1894?2569.2N 由于Pr2?Pr1，取当量动载荷Pr?Pr2?2569.2N （4）计算轴承寿命 L10h?1060n6(ftCrfdPr)??1?29000??h ???956060?1450?1.2?2569?1063六．结构题

解：该轴系存在以下几个方面错误 （1） 轴系及轴向零件的定位及固定

1） 左轴承内圈无固定，使轴系轴向得不到定位。 2）圆锥滚子轴承应成对使用。 3）联轴器没有轴向定位

4）安装齿轮的轴段长度应小于轮毂宽度，以使齿轮得到可靠的轴向定位。 （2）装拆与调整

1）轴承端盖与机体之间无垫片，无法调整轴承间隙。 2）右轴承内圈左侧轴肩过高无法拆卸。

3）与右轴承配合处的轴过长，轴缺少台阶，轴承装拆不方便。 （3）转动件与静止件的关系 轴与右轴承盖不应接触 （4）零件的结构工艺性

1）为便于加工，轴上安装齿轮处的键槽应与安装联轴器键处的键槽开在同一母线上 2）联轴器上的键槽与键之间应留有间隙。 3）箱体端面的加工面积过大，应起轴承凸台。 （5）润滑与密封

轴与轴承透盖之间缺少密封装置。

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