《机械设计》习题集

第一章 绪 论

分析与思考题

1-1 机器的基本组成要素是什么?

1-2 什么是零件?什么是构件?什么是部件?试各举三个实例。 1-3 什么是通用零件?什么是专用零件?试各举三个实例。 1-4 机械设计课程研究的内容是什么?

第二章 机械设计总论

分析与思考题

2-1 一台完整的机器通常由哪些基本部分组成?各部分的作用是什么?

2-2 设计机器时应满足哪些基本要求?设计机械零件时应满足哪些基本要求? 2-3 机械零件主要有哪些失效形式?常用的计算准则主要有哪些?

2-4 什么是零件的强度要求?强度条件是如何表示的?如何提高零件的强度?

2-5 什么是零件的刚度要求?刚度条件是如何表示的?提高零件刚度的措施有哪些? 2-6 零件在什么情况下会发生共振?如何改变零件的固有频率?

2-7 什么是可靠性设计?它与常规设计有何不同?零件可靠度的定义是什么? 2-8 机械零件设计中选择材料的原则是什么?

2-9 指出下列材料的种类，并说明代号中符号及数字的含义：HTl50，ZG230-450， 65Mn，45，Q235，40Cr，20CrMnTi，ZCuSnl0Pb5。

2-10 机械的现代设计方法与传统设计方法有哪些主要区别?

第三章 机械零件的强度

一、选择与填空题

3-1 零件表面的强化处理方法有_________________、___________________、_________________等。

3-2 零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之____________。

(1)增高 (2)不变 (3)降低

3-3 机械零件受载时，在_____________________处产生应力集中，应力集中的程度通常随材料强度的增大而___________________。

3-4 在载荷和几何形状相同的情况下，钢制零件间的接触应力_____________铸铁零件间的接触应力。

3-5 两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值__________。

(1)相等 (2)不相等 (3)是否相等与材料和几何尺寸有关

二、分析与思考题

3-6 试举例说明什么零件的疲劳破坏属于低周疲劳破坏，什么零件的疲劳破坏属高周

疲劳破坏。

- 1 -

3-7 在材料的疲劳曲线上，为何需要人为规定一循环基数N0，并将对应的极限应力称为材料的疲劳极限?

3-8 图示各零件均受静载荷作用，试判断零件上A点的应力是静应力还是变应力；并确定应力比r的大小或范围。

题3-8图

3-9 弯曲疲劳极限的综合影响系数Kζ的含义是什么?它与哪些因素有关?它对零件的疲劳强度和静强度各有何影响?

3-10 零件的等寿命疲劳曲线与材料试件的等寿命疲劳曲线有何区别?在相同的应力变化规律下，零件和材料试件的失效形式是否总是相同的?为什么?

3-11 试说明承受循环变应力的机械零件，在什么情况下可按静强度条件计算?什么情况下需按疲劳强度条件计算?

3-12 在单向稳定变应力下工作的零件，如何确定其极限应力? 3-13 疲劳损伤线性累积假说的含义是什么?写出其数学表达式。 3-14 在双向稳定变应力下工作的零件，怎样进行疲劳强度计算?

3-15 影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些?提高机械零件疲劳强度的措施有哪些?

3-16 导致机械结构发生低应力断裂的原因有哪些? 3-17 机械结构的裂纹是否会失稳扩展是如何判定的?

三、设计计算题

3-18 某材料的对称循环弯曲疲劳极限ζ-1=350MPa，屈服极限 σs=550MPa，强度极限σ

6

B=750MPa，循环基数N0=5310，m=9，试求对称循环次数N分别为53104、53105、53107次时的极限应力。

题3—19图

3-19 某零件如图所示，材料的强度极限σB=650MPa，表面

精车，不进行强化处理。试确定Ι-Ι截面处的弯曲疲劳极限的综合影响系数Kζ和剪切疲劳极限的综合影响系数Kη。

3-20 一零件由45钢制成，材料的力学性能为：σs=360MPa，σ-1=300 MPa，ψζ=0.2。已知零件上的最大工作应力σmax=190MPa，最小工作应力σmin=110MPa，应力变化规律为σm=常数，弯曲疲劳极限的综合影响系数Kd=2.0，试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。

题3-20图

- 2 -

3-21 某材料受弯曲变应力作用，其力学性能为：σ-1=350MPa，m=9，N0=53106。现用此材料的试件进行试验，以对称循环变应力σl=500MPa作用104次，σ2=400MPa作用105次，σ3=300MPa作用106次。试确定：

(1)该试件在此条件下的计算安全系数；

(2)如果试件再作用σ=450MPa的应力，还能循环多少次试件才破坏?

3-22 转轴的局部结构如题3-19图所示。已知轴的I-I截面承受的弯矩M=300N2m，扭矩T=800N2m，弯曲应力为对称循环，扭转切应力为脉动循环。轴材料为40Cr钢调质，ζ-1=355MPa，η-1=200MPa，ψζ=0.2，ψη=0.1，设Kζ=2.2，Kη=1.8，试计算考虑弯矩和扭矩共同作用时的计算安全系数Sca。

第四章 摩擦、磨损及润滑概述

分析与思考题

4-1 按照摩擦面间的润滑状态不同，滑动摩擦可分为哪几种? 4-2 膜厚比的物理意义是什么?边界摩擦、混合摩擦和液体摩擦所对应的膜厚比范围各是多少?

4-3 在工程中，常用金属材料副的摩擦系数是如何得来的?

4-4 什么是边界膜?边界膜的形成机理是什么?如何提高边界膜的强度? 4-5 零件的磨损过程大致可分为哪几个阶段?每个阶段的特征是什么?

4-6 根据磨损机理的不同，磨损通常分为哪几种类型?它们各有什么主要特点?

4-7 润滑油的粘度是如何定义的?什么是润滑油的粘性定律?什么样的液体称为牛顿液体?

4-8 粘度的表示方法通常有哪几种?各种粘度的单位和换算关系是什么? 4-9 润滑油的主要性能指标有哪些?润滑脂的主要性能指标有哪些? 4-10 在润滑油和润滑脂中加入添加剂的作用是什么?

4-11 流体动力润滑和流体静力润滑的油膜形成原理有何不同?流体静力润滑的主要优缺点是什么?

4-12 流体动力润滑和弹性流体动力润滑两者间有何本质区别?所研究的对象有何不同?

第五章 螺纹联接和螺旋传动

一、选择与填空题

5-1 普通螺纹的公称直径指的是螺纹的__________，计算螺纹的摩擦力矩时使用的是螺纹的_______，计算螺纹危险截面时使用的是螺纹的_______ 。

5-2 螺纹升角ψ增大，则联接的自锁性________，传动的效率_______；牙型角α增大，则联接的自锁性_________，传动的效率_________。

(1)提高 (2)不变 (3)降低

5-3 在铰制孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为___________。 (1)间隙配合 (2)过渡配合 (3)过盈配合

5-4 在螺栓联接的破坏形式中，约有_____％的螺栓属于疲劳破坏，疲劳断裂常发生在__________。

5-5 在承受横向载荷或旋转力矩的普通紧螺栓组联接中，螺栓杆____________作用。 (1)受切应力 (2)受拉应力 (3)受扭转切应力和拉应力 (4)既可能只受切应力又可能只受拉应力

- 3 -

5-6 紧螺栓联接受轴向外载荷。假定螺栓的刚度Cb与被联接件的刚度Cm相等，联接的预紧力为F0，要求受载后接合面不分离，当外载荷F等于预紧力F0时，则_______________。

(1)被联接件分离，联接失效 (2)被联接件即将分离，联接不可靠 (3)联接可靠，但不能继续再加载 (4)联接可靠，只要螺栓强度足够，还可以继续加大外载荷F

二、分析与思考题

5-7 常用螺纹有哪几种类型?各用于什么场合?对联接螺纹和传动螺纹的要求有何不同?

5-8 在螺栓联接中，不同的载荷类型要求不同的螺纹余留长度，这是为什么? 5-9 联接螺纹都具有良好的自锁性，为什么有时还需要防松装置?试各举出两个机械防松和摩擦防松的例子。

5-10 普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接的主要失效形式是什么?计算准则是什么? 5-11 计算普通螺栓联接时，为什么只考虑螺栓危险截面的拉伸强度，而不考虑螺栓头、螺母和螺纹牙的强度?

5-12 普通紧螺栓联接所受到的轴向工作载荷或横向工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷是什么循环?

5-13 螺栓的性能等级为8.8级，与它相配的螺母的性能等级应为多少?性能等级数字代号的含义是什么?

5-14 在什么情况下，螺栓联接的安全系数大小与螺栓直径有关?试说明其原因。

5-15 紧螺栓联接所受轴向变载荷在0～F间变化，当预紧力F0一定时，改变螺栓或被联接件的刚度，对螺栓联接的疲劳强度和联接的紧密性有何影响?

5-16 在保证螺栓联接紧密性要求和静强度要求的前提下，要提高螺栓联接的疲劳强度， 应如何改变螺栓和被联接件的刚度及预紧力大小?试通过受力变形线图来说明。

5-17 为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10?通常采用哪些结构形式可使各圈螺纹牙的载 荷分布趋于均匀?

5-18 滑动螺旋的主要失效形式是什么?其基本尺寸(即螺杆直径及螺母高度)通常是根据什么条件确定的?

5-19 滚动螺旋传动与滑动螺旋传动相比较，有何优缺点?

三、设计计算题

5-20 如图所示，两根梁用8个4.6级普通螺栓与两块钢盖板相联接，梁受到的拉力F=28kN，摩擦系数f=0.2，控制预紧力，试确定所需螺栓的直径。

解：已知螺栓数目z=8，接合面数i=2，取防滑系数Ks=1.2，则螺栓所需预紧力F0为F0≥

查主教材中的表5-8，得σS=240MPa，查表5-10，取安全系数S=1.3，则[σ]=σS/S =240MPa/1.3=184.6MPa，所需螺栓的直径d1≥

KsF1.2?28000?N?10500Nfzi0.2?8?2

4?1.3?F0

取整后得螺栓尺寸d=10mm，螺纹为M10。 注：解中有两处错误，请指出错处并说明原因。 5-21 图示为一气缸盖螺栓组联接。已知气缸内的工作压力p在0～1.5MPa间变化，缸盖与缸体均为钢制，其结构尺寸如图所示。为保证气密性要求，试选择螺栓材料，并确定螺栓数目和尺寸。

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?????4?1.3?10500?9.7mm??184.65-22 受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已知预紧力F0=1500N，当轴向工作载荷F=1000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。

5-23 图示凸缘联轴器(GB/T5843-1986)的型号为YLDl0，允许传递的最大转矩T= 630N2m，两半联轴器采用4个M12的铰制孔用螺栓联接，螺栓规格为M12~60(GB/T 27-1988)，螺栓的性能等级为8.8级，联轴器材料为HT200，试校核其联接强度。

题5-23图 题5-24图

5-24 铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示。已知L=300mm，a=60mm，试求螺栓组联接的三个方案中，受力最大的螺栓所受的力各为多少?哪个方案较好?

5-25 如图所示的底板螺栓组联接受外力Fe的作用。外力Fe作用在包含x轴并垂直于底板接合面的平面内。试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大?保证联接安全工作的必要条件有哪些?

题5-25图

四、结构设计与分析题

5-26 试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。

a)螺钉联接 b)双头螺柱联接 c)铰制孔用螺栓联接

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第十一章 蜗杆传动

一、选择与填空题

11-1 在蜗杆传动中，蜗杆头数越少，则传动效率越________，自锁性越_________。一般蜗杆头数常取________。

11-2 对滑动速度vs≥4m/s的重要蜗杆传动，蜗杆的材料可选用__________进行___________处理；蜗轮的材料可选用_____________。

11-3 对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是为了防止温升过高导致_________。

(1)材料的力学性能下降 (2)润滑油变质 (3)蜗杆热变形过大 (4)润滑条件恶化

11-4 蜗杆传动的当量摩擦系数fv随齿面相对滑动速度的增大而____________。 (1)增大 (2)不变 (3)减小

11-5 蜗杆传动的相对滑动速度vs<5m/s时采用_________润滑；vs>10m/s时应采用________润滑。

二、分析与思考题

11-6 蜗杆传动与齿轮传动相比有何特点?常用于什么场合?

11-7 与普通圆柱蜗杆传动相比，圆弧圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动各有何特点?各适用于什么场合?

11-8 普通圆柱蜗杆主要有哪几种类型?其中哪几种蜗杆不便于磨削，精度较低?

11-9 在车床上用直线刀刃加工蜗杆，什么情况下用单刀?什么情况下用双刀?为什么? 11-10 在普通圆柱蜗杆传动中，为什么将蜗杆的分度圆直径规定为标准值?

11-11 采用变位蜗杆传动的目的是什么?变位蜗杆传动与变位齿轮传动相比有何特点? 11-12 影响蜗杆传动效率的主要因素有哪些?为什么传递大功率时很少用普通圆柱蜗杆传动?

11-13 蜗轮材料的许用接触应力，有的与相对滑动速度大小有关，而与应力循环次数无关，有的则相反，试说明其原因。

11-14 对于蜗杆传动，下面三式有无错误?为什么? (1)i=ω1/ω2=nl/n2=z2/zl=d2/dl； (2)a=(d1+d2)/2=m(z1+z2)/2； (3)Ft2=2T2/d2=2Tli/d2=2Tl/dl=Ftl

11-15 图示蜗杆传动均是以蜗杆为主动件。试在图上标出蜗轮(或蜗杆)的转向，蜗轮齿的螺旋线方向，蜗杆、蜗轮所受各分力的方向。

a) b)

题11-15图

11-16 蜗杆传动中为何常以蜗杆为主动件?蜗轮能否作为主动件?为什么?

11-17 图示为简单手动起重装置。若按图示方向转动蜗杆，提升重物G，试确定： (1)蜗杆和蜗轮齿的旋向；

(2)蜗轮所受作用力的方向(画出)；

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(3)当提升重物或降下重物时，蜗轮齿面是单侧受载还是双侧受载?

题11-17图

11-18 在动力蜗杆传动中，蜗轮的齿数在什么范围内选取?齿数过多或过少有何不利? 11-19 选择蜗杆、蜗轮材料的原则是什么?

11-20 蜗杆传动设计中为何特别重视发热问题?如何进行热平衡计算?常用的散热措施有哪些?

11-21 为什么蜗杆传动要进行蜗杆的刚度计算?对于常用的两端支承蜗杆轴如何进行刚度计算?

11-22 为什么普通圆柱蜗杆传动的承载能力主要取决于蜗轮轮齿的强度，用碳钢或合金钢制造蜗轮有何不利?

三、设计计算题

11-23 图示为某起重设备的减速装置。已知各轮齿数z1=z2=20，z3=60，z4=2，z5=40，轮1转向如图所示，卷筒直径D=136mm。试求：

(1)此时重物是上升还是下降?

(2)设系统效率η=0.68，为使重物上升，施加在轮1上的驱动力矩T1=10N2m，问重物的重量是多少?

题11-23图 题11-24图

11-24 蜗轮滑车如图所示，起重量F=10kN，蜗杆为双头，模数m=6.3mm，分度圆直径dl=63mm，蜗轮齿数z2=40，卷简直径D=148mm，蜗杆传动的当量摩擦系数fv=0.1，轴承、溅油和链传动的功率损失为8％，工人加在链上的作用力F′=200N。试求链轮直径D′，并验算蜗杆传动是否自锁。

11-25 试设计轻纺机械中的一单级蜗杆减速器，传递功率P1=8.5kW，主动轴转速，nl=1460r/min，传动比i=20，载荷平稳，单向工作，长期连续运转，润滑情况良好，工作寿命Lh=15000h。

11-26 已知一蜗杆传动，蜗杆为主动，转速nl=1440r/min，蜗杆头数zl=2，模数m=4mm，蜗杆直径系数q=10，蜗杆材料为钢，齿面硬度大于45HRC，磨削，蜗轮材料为铸锡青铜，求该传动的啮合效率。

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11-27 设计用于带式输送机的普通圆柱蜗杆减速器，传递功率P1=7.5kW，蜗杆转速n1=970r/min，传动比i=18，由电动机驱动，载荷平稳。蜗杆材料为20Cr钢，渗碳淬火，硬度大于58HRC。蜗轮材料为ZCuSnl0P1，金属模铸造。蜗杆减速器每日工作8小时，工作寿命为7年(每年250个工作日)。

四、传动篇综合题

11-28 在图示传动系统中，件1、5为蜗杆，件2、6为蜗轮，件3、4为斜齿圆柱齿轮，件7、8为直齿圆锥齿轮。已知蜗杆1为主动，要求输出齿轮8的回转方向如图所示。试确定：

(1)各轴的回转方向(画在图上)； (2)考虑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴上所受轴向力能抵消一部分，定出各轮的螺旋线方向(画在图上)；

(3)画出各轮的轴向分力的方向。

题11-28图 题11-29图

11-29 图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)。

第十二章 滑动轴承

一、选择与填空题

12-1 宽径比B/d是设计滑动轴承时首先要确定的重要参数之一，通常取B/d=___________。

(1)1～10 (2)0.1～1 (3)0.3～1.5 (4)3～5 12-2 轴承合金通常用于做滑动轴承的__________。 (1)轴套 (2)轴承衬 (3)含油轴瓦 (4)轴承座

12-3 在不完全液体润滑滑动轴承设计中，限制p值的主要目的是___________________； 限制pv值的主要目的是___________________ 。

12-4 径向滑动轴承的偏心距e随着载荷增大而_________；随着转速增高而__________。

12-5 ______________不是静压滑动轴承的特点。

(1)起动力矩小 (2)对轴承材料要求高 (3)供油系统复杂 (4)高、低速运转性能均好

二、分析与思考题

12-6 试分别从摩擦状态、油膜形成的原理以及润滑介质几方面对滑动轴承进行分类。 12-7 为什么滑动轴承要分成轴承座和轴瓦，有时又在轴瓦上敷上一层轴承衬? 12-8 在滑动轴承上开设油孔和油槽时应注意哪些问题?

12-9 一般轴承的宽径比在什么范围内?为什么宽径比不宜过大或过小?

12-10 提高液体动力润滑径向滑动轴承的运动稳定性和油膜刚度是设计时应考虑的重

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要问题，其具体措施有哪些?

12-11 采用扇形块可倾轴瓦时，可倾轴瓦的支承点与轴的旋转方向有何关系?轴是否允许正反转?

12-12 滑动轴承常见的失效形式有哪些?

12-13 对滑动轴承材料的性能有哪几方面的要求?

12-14 对滑动轴承材料的基本要求之一是耐磨，而表面淬硬的钢材是很耐磨的，试问是否可用表面淬硬的钢制轴颈和钢制轴瓦配对，以达到耐磨的要求?

12-15 在设计滑动轴承时，相对间隙ψ的选取与速度和载荷的大小有何关系? 12-16 某离心泵用径向滑动轴承，轴颈表面圆周速度v=2.5m/s，工作压力P=3～4MPa，设计中拟采用整体式轴瓦(不加轴承衬)，试选择一种合适的轴承材料。

12-17 验算滑动轴承的压力p、速度v和压力与速度的乘积pv，是不完全液体润滑轴承设计中的内容，对液体动力润滑轴承是否需要进行此项验算?为什么?

12-18 试分析液体动力润滑轴承和不完全液体润滑轴承的区别，并讨论它们各自适用的场合。

12-19 不完全液体润滑轴承与液体动力润滑轴承的设计计算准则有何不同? 12-20 试说明液体动压油膜形成的必要条件。

12-21 对已设计好的液体动力润滑径向滑动轴承，试分析在仅改动下列参数之一时，将如何影响该轴承的承载能力。

(1)转速由n=500r/min改为n=700r/min； (2)宽径比B/d由1.0改为0.8；

(3)润滑油由采用46号全损耗系统用油改为68号全损耗系统用油； (4)轴承孔表面粗糙度由Rz=6.3μm改为Rz=3.2μm。

12-22 在设计液体润滑轴承时，当出现下列情况之一后，可考虑采取什么改进措施(对每种情况提出两种改进措施)?

(1)当hmin<[h]时；

(2)当条件p<[p]，v<[v]，pv<[pv]不满足时； (3)当计算入口温度ti偏低时。

12-23 液体动力润滑轴承承载能力验算合格的基本依据是什么?

12-24 滑动轴承润滑的目的是什么(分别从液体润滑和不完全液体润滑两类轴承分析)? 12-25 滑动轴承常用的润滑剂种类有哪些?选用时应考虑哪些因素?

三、设计计算题

12-26 起重机卷筒轴采用两个不完全液体润滑径向滑动轴承支承，已知每个轴承上的径向载荷F=100kN，轴颈直径d=90mm，转速v=90r/min。拟采用整体式轴瓦，试设计此轴承，并选择润滑剂牌号。

12-27 有一不完全液体润滑径向滑动轴承，轴颈直径d=200mm，轴承宽度B=250mm，轴承材料选用ZCuAll0Fe3，当轴转速为60r/min、100r/min、500r/min时，轴承允许的最大径向载荷各为多少?

12-28 一液体动力润滑径向滑动轴承，承受径向载荷F=70kN，转速n=1500r/min，轴颈直径d=200mm，宽径比B/d=0.8，相对间隙ψ=0.0015，包角α=180°，采用32号全损耗系统用油(无压供油)，假设轴承中平均油温tm=50℃，油的粘度η=0.018Pa2s，求最小油膜厚度hmin。

12-29 某汽轮机用动力润滑径向滑动轴承，轴承直径d=80mm，转速n=1000r/min，轴承上的径向载荷F=10kN，载荷平稳，试确定轴瓦材料、轴承宽度B、润滑油牌号、流量、最小油膜厚度、轴与孔的配合公差及表面粗糙度，并进行轴承热平衡计算。

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第十三章 滚动轴承

一、选择与填空题

13-1 说明下列型号滚动轴承的类型、内径、公差等级、直径系列和结构特点：6306、51316、N316/P6、30306、6306/P5、30206，并指出其中具有下列特征的轴承：

(1)径向承载能力最高和最低的轴承分别是__________和__________； (2)轴向承载能力最高和最低的轴承分别是__________和__________； (3)极限转速最高和最低的轴承分别是__________和__________； (4)公差等级最高的轴承是________________；

(5)承受轴向径向联合载荷的能力最高的轴承是__________。

13-2 若一滚动轴承的基本额定寿命为537000转，则该轴承所受的当量动载荷__________基本额定动载荷。

(1)大于 (2)等于 (3)小于

13-3 在保证轴承工作能力的条件下，调心轴承内、外圈轴线间可倾斜的最大角度为__________，而深沟球轴承内、外圈轴线间可倾斜的最大角度为__________。

(1)3′～4′ (2)8′～16′ (3)1°～2° (4)2°～3°

13-4 滚动轴承的内径和外径的公差带均为_____________，而且统一采用上偏差为____________，下偏差为___________的分布。

13-5 采用滚动轴承轴向预紧措施的主要目的是__________。

(1)提高轴承的旋转精度 (2)提高轴承的承载能力 (3)降低轴承的运转噪声 (4)提高轴承的使用寿命

13-6 各类滚动轴承的润滑方式，通常可根据轴承的__________来选择。

(1)转速n (2)当量动载荷P (3)轴颈圆周速度v (4)内径与转速的乘积dn 13-7 若滚动轴承采用脂润滑，则其装脂量一般为轴承内部空间容积的__________。

二、分析与思考题

13-8 滚动轴承共分几大类型?写出它们的类型代号及名称，并说明各类轴承能承受何种载荷(径向或轴向)。

13-9 为什么30000型和70000型轴承常成对使用?成对使用时，什么叫正装及反装?什么叫“面对面”及“背靠背”安装?试比较正装与反装的特点。

ε

13-10 滚动轴承的寿命与基本额定寿命有何区别?按公式L=(C/P)计算出的L是什么含义?

13-11 滚动轴承基本额定动载荷C的含义是什么?当滚动轴承上作用的当量动载荷不超过C值时，轴承是否就不会发生点蚀破坏?为什么?

13-12 对于同一型号的滚动轴承，在某一工况条件下的基本额定寿命为L。若其它条件不变，仅将轴承所受的当量动载荷增加一倍，轴承的基本额定寿命将为多少?

ε

13-13 滚动轴承常见的失效形式有哪些?公式L=(C/P)是针对哪种失效形式建立起来的?

13-14 你所学过的滚动轴承中，哪几类滚动轴承是内、外圈可分离的?

13-15 什么类型的滚动轴承在安装时要调整轴承游隙?常用哪些方法调整轴承游隙? 13-16 滚动轴承支承的轴系，其轴向固定的典型结构形式有三类：(1)两支点各单向固定；(2)一支点双向固定，另一支点游动；(3)两支点游动。试问这三种类型各适用于什么场合?

13-17 一高速旋转、传递较大功率且支承跨距较大的蜗杆轴，采用一对正装的圆锥滚子轴承作为支承，是否合适?为什么?

13-18 滚动轴承的回转套圈和不回转套圈与轴或机座装配时所取的配合性质有何不同?常选用什么配合?其配合的松紧程度与圆柱公差标准中相同配合有何不同?

13-19 在圆锥齿轮传动中，小圆锥齿轮的轴常支承在套杯里，采用这种结构形式有何

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件图进行成品的检验和验收。因此，一张完整的零件图应满足以下要求：

(1)清楚而正确地表达出零件各部分的结构形状； (2)标出零件各部位的尺寸及其精度； (3)标出零件各部位必要的形状位置公差； (4)标出零件各表面的粗糙度；

(5)注明对零件的其它技术要求，例如圆角半径、倒角尺寸及传动件的主要参数等，对于齿轮还应列出其主要几何参数、精度等级及检验项目等；

(6)填写清楚零件图标题栏。 三、设计计算步骤

1．选择电动机，分配传动比，计算传动参数。 2．V带传动设计计算或(和)齿轮传动设计计算。 3．画小带轮零件图或(和)大齿轮零件图。

作业三 轴系组件设计

一、任务书

题目1 斜齿圆柱齿轮传动输出轴的轴系组件设计(图5) 1．原始数据 题 1 2 号 参 数 输出轴转速n2/(r/min) 输出轴功率P/kW 齿轮齿数z 齿轮模数mn/mm 齿轮齿宽b/mm a/mm(见图5) c/mm(见图5) 齿轮螺旋角β(右旋)/(°) 137 2.5 101 3 80 14.25 80 100 145 2.7 107 3 80 14.25 80 100 3 153 3.0 113 3 80 14.25 80 100 4 165 3.2 120 3 80 14.25 80 100 注：滚动轴承寿命为10000h，工作温度小于120℃，有轻微冲击。 图5 斜齿圆柱齿轮轴系结构

2．工作量

(1)输出轴的轴系组件装配图一张。

(2)设计计算说明书一份，主要内容包括：输出轴的设计计算，轴承类型选择和寿命计算，以及其它必要的计算。

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题目2 圆锥齿轮传动输入轴的轴系组件设计(图6) 1．原始数据 题 号 1 2 参 数 输入轴转速n1/(r/min) 输入轴功率P/kW 小圆锥齿轮齿数z1 齿轮模数 m/mm 小圆锥齿轮分度圆锥角δl/(°) 960 2.5 23 3 18.43 100 50 80 960 3.0 25 3 18.43 100 50 80 3 960 3.5 27 3 18.43 100 50 80 4 960 4.0 28 3 18.43 100 50 80 a/mm(见图6) b/mm(见图6) c/mm(见图6) 注：滚动轴承寿命为10 000h，工作温度小于120℃，有轻微冲击。 图6 圆锥齿轮轴系结构

2．工作量

(1)输入轴的轴系组件装配图一张。

(2)设计计算说明书一份，主要内容包括：输入轴的设计计算，轴承类型选择和寿命计算，以及其它必要的计算。

二、设计指导

1．轴和齿轮的结构

轴和齿轮的结构设计参考主教材中的有关章节。对于小圆锥齿轮，当齿根圆与轴径接近时，可将

齿轮与轴制成一体，但要注意齿轮

图7 小圆锥齿轮轴系结构 轴的装拆问题。轴承正装的小圆锥齿

轮轴系结构如图7所示。

图a是齿轮轴结构。这种结构当齿轮外径比套杯孔大时，轴承和套筒是在套杯内进行安装，很不方便。因此，如果用正装结构，只有当小圆锥齿轮外径比套杯孔小时，才能采用齿轮轴结构，这时可在套杯外先将轴承和套筒装在齿轮轴上后，一起装入套杯。图b是齿轮与轴分开的结构。这种结构轴承安装方便。轴承反装的小圆锥齿轮轴系结构由于装配和调整都

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比较麻烦，因此本作业要求采用正装结构。

2．滚动轴承的组合、固定和调整

对于斜齿圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动，轴上受到径向力和轴向力，因此，需采用向心推力轴承，支承方式通常为两支承各单向固定结构。

滚动轴承支承的结构形式参考主教材。滚动轴承的外圈以及轴系的轴向固定采用轴承端盖。轴承端盖有凸缘式和嵌入式两种，本作业要求采用凸缘式端盖，其结构尺寸参考机械设计手册。

向心推力轴承是可调间隙轴承，在安装时，其间隙可通过在轴承端盖与箱体间加装调整垫片组进行调整(参看图5)。调整垫片由多片厚度不同(例如0.1mm、0.2mm和0.5mm)的软钢(08F)片或黄铜片组成，使用时可根据需要组成合适的厚度。

为了保证圆锥齿轮的正确啮合，装配时两齿轮的锥顶必须重合，因此要调整大、小齿轮的轴向位置。对于悬臂安装的小圆锥齿轮轴系，为了便于调整，小圆锥齿轮轴通常放在套杯里，在套杯凸缘端面与箱体之间，用加减调整垫片(参看图6)的办法来调整小圆锥齿轮的轴向位置。

3．滚动轴承的润滑和密封

减速器中的滚动轴承可以采用脂润滑，也可以采用油润滑，这与齿轮的圆周速度和箱体结构有关。本作业要求采用脂润滑。为了防止箱内的润滑油溅人轴承室而稀释或带走润滑脂，需在轴承室内侧加装封油环(图8)。轴伸出端的密封是为了防止滚动轴承内的润滑油(脂)漏

出或外界杂质侵入轴承室。常用的密封形式如图9。设计时可参考机械设计手册。

图8 封油环密封装置

a)毡圈密封 b)旋转轴唇形密封圈密封 c)油沟槽密封

图9 常用密封形式

三、设计步骤

1．根据设计的原始数据，计算作用在齿轮上的力。 2．按扭转强度条件初步估算轴径。

3．根据轴上零件的安装、定位和调整要求进行轴的结构设计。 4．画轴的受力分析图，进行轴的强度校核。 5．计算轴承所受的力，并验算轴承的寿命。

6．完成轴系组件装配图，标注主要尺寸和配合尺寸，引出零件号，填写标题栏和零件明细栏。

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机械设计自测试题Ⅰ

一、是非题和选择题[是非题在括号内填√(正确)或填3(不正确)，选择题在空格处填相应的答案号]

I-1 选用普通平键时，键的截面尺寸b3h和键长L都是根据强度计算确定的。 ( ) I-2 圆柱齿轮结构形式和毛坯获取方法的选择都与齿轮的外径大小有关。 ( ) I-3 圆柱螺旋弹簧的弹簧丝直径d=6mm，旋绕比C=5，则它的内径D1=30mm。 ( ) I-4 V带横截面中两工作面之间的夹角为40°，所以带轮槽角也是40°。 ( ) I-5 变应力是由变载荷产生，也可能由静载荷产生。 ( ) I-6 在承受横向载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓杆__________作用。

(1)受切应力 (2)受拉应力 (3)受扭转切应力和拉应力 (4)既可能只受切应力又可能只受拉应力

I-7 在下列四种向心滚动轴承中，_____________型除可以承受径向载荷外，还能承受不大的双向轴向载荷。

(1)60000 (2)N0000 (3)NA0000 (4)50000

1-8 在载荷比较平稳，冲击不大，但两轴轴线具有一定程度的相对偏移的情况下，两轴间通常宜选____________联轴器。

(1)刚性 (2)无弹性元件的挠性 (3)有弹性元件的挠性 (4)安全 I-9 采取___________的措施不能有效地改善轴的刚度。

(1)改用其它高强度钢材 (2)改变轴的直径 (3)改变轴的支承位置 (4)改变轴的结构 I-10 在滑动轴承材料中，_________通常只用于作为双金属或三金属轴瓦的表层材料。 (1)铸铁 (2)轴承合金 (3)铸造锡磷青铜 (4)铸造黄铜 二、填空题

I-11 在承受轴向载荷的紧螺栓联接中，当预紧力F0和轴向工作载荷F一定时，若降低螺栓的刚度Cb，则螺栓中的总拉力将______________。

I-12 在转轴的结构设计中，轴的最小直径dmin是按____________________初步确定的。 I-13 圆柱螺旋弹簧的旋绕比C(弹簧指数)选得过大则弹簧将______________。

I-14 蜗杆传动的失效形式与齿轮传动的失效形式相类似，其中蜗杆传动最易发生____________失效。

I-15 带传动正常工作时不能保证准确的传动比，是因为________________________。 I-16 对于闭式软齿面齿轮传动，在传动尺寸不变并满足弯曲疲劳强度要求的前提下，齿数宜适当取多些。其目的是___________________________________________________。

I-17 滑块联轴器属于_____________________联轴器。

I-18 滚子链传动中，限制链轮最少齿数的目的是__________________________。 I-19 相同系列和尺寸的球轴承与滚子轴承相比较，_______________________轴承的承载能力高，______________________轴承的极限转速高。

I-20 ____________键联接既可用于传递转矩，又可承受单向的轴向载荷，但轴与轮毂的对中性较差。

三、问答题

I-21 用同一材料制成的机械零件和标准试件的疲劳极限通常是不相同的，试说明导致不相同的主要原因。

I-22 在设计齿轮的过程中，当出现满足齿根弯曲疲劳强度条件而不满足齿面接触疲劳强度条件时，可以考虑从哪几方面提高齿面接触疲劳强度?

I-23 在哪些场合，滚动轴承是难以替代滑动轴承的?为什么? 四、分析题

I-24 图示为圆锥-圆柱齿轮传动装置。轮1为主动轮，转向如图所示，轮3、4为斜齿圆柱齿轮。

(1)轮3、4的螺旋方向应如何选择，才能使轴

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Ⅱ上两齿轮的轴向力相反?

(2)画出齿轮2、3所受各分力的方向。 试题I-24图

I-25 试用受力变形线图说明受轴向工作载荷的紧螺栓联接中螺栓所受的总载荷F2与预紧力F0的关系。

五、计算题

I-26 一根轴用两个角接触球轴承支承，如图所示。Ll=40mm，L2=200mm，轴端作用有轴向力Fae=820N，径向力Fre=1640N。试分别求出两轴承所受的径向载荷Fr1、Fr2和轴向载荷Fal、Fa2(注：轴承派生轴向力Fd=0.68Fr)。

试题I-26图

I-27 凸缘联轴器用一圆头普通平键与轴相联接，已知键的尺寸为b3h3L=1038350(单位均为mm)，轴的直径d=35mm，键联接的许用挤压应力[σp]=100MPa，试求该联接所允许传递的转矩。

I-28 某机械结构如图所示，一滑轨用4个M12(d1=10.1mm)的普通螺栓固定在两立柱上，滑块的最大行程为300mm，若螺栓材料的屈服极限σS =320MPa，螺纹联接的安全系数S=4，接合面摩擦系数f=0.2，防滑系数Ks=1.2。试确定滑块上所允许承受的最大载荷F。

试题I-28图

试题I-29图

六、结构分析题

I-29 试指出图示轴系中的错误结构并改正。

械设计自测试题Ⅱ

一、是非题和选择题【是非题在括号内填√(正确)或填3(不正确)，选择题在空格处填

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