东莞理工机械设计试卷样式 - 期中考试 - 11机械-参考答案

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东莞理工学院（本科）试卷（期中考试）参考答案

2013 --2014学年第二学期

《机械设计》试卷

开课单位：机械工程学院，考试形式：闭卷，允许带计算器、绘图仪器入场

题序得分评卷人一二三四五总分一、是非题（共12分，每小题2分，对者在括号内打“√”，错者打“×”）得分︳ 1、(×) 在其他条件不变的前提下，零件的截面形状一定，其疲劳极限随着截面尺寸增大而增高。

2、(×) 带传动能保证准确的瞬时传动比。

3、(√) 链传动中，跳齿和脱链现象最先发生在大链轮轮齿上。

4、(×) 当两个被连接件一个较薄、另一个较厚，且需经常拆卸时，宜采用螺钉连接。 5、(×) 标记为“键C16×80 GB/T 1096-2003”的普通平键，其工作长度为64 mm。

6、(√) 滚子链的链节数应尽量取偶数。

二、选择填空题（共12分，每空2分）得分︳ 1、普通平键连接强度校核的内容主要是 A 。

A. 校核键与键槽侧面的挤压强度； B. 校核键的剪切强度； C. A、B二者均需校核； D. 校核磨损。

2、带传动中，若小带轮为主动轮，则带中的最大应力发生在带 A 接触处。 A. 紧边与小带轮； B. 紧边与大带轮； C. 松边与小带轮； D. 松边与大带轮。

3、零件受单向不稳定变应力作用时，若各级应力是递减的，则发生疲劳破坏时的总损伤率计算值将 A 。

A. 小于1；B.等于1；C. 大于1； D. 可能大于1，也可能小于1。 4、按防松原理分类， A 属于摩擦防松。

A．弹簧垫圈； B．开口销与开槽螺母； C．串联钢丝； D. 止动垫圈。 5、链条的磨损主要发生在 C 的接触面上。

A．滚子与轮齿； B. 滚子与套筒； C. 套筒与销轴； D. 内链板与轮齿。

6、在受轴向载荷的紧螺栓连接强度计算中，将螺栓所受总拉力乘以1.3，是为了 D 。

A．保证足够的预紧力； B. 增大安全系数； C. 防止松脱； D. 计入扭转剪应力。

三、填空题（共10分，每空1分）得分︳ 1、设计带传动时，为防止带中的弯曲应力过大，应限制小带轮的最小直径。

2、普通平键的截面尺寸是根据轴的直径查标准确定的。当键连接强度不足需采用双键时，应沿圆周 180 度对称布置，并按 1.5 个键校核其强度。

《机械设计》期中考试试卷参考答案第1页共5页

3、滚子链由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板组成，其销轴与外链板之间、套筒与内链板之

间分别为过盈配合，其销轴与套筒之间、套筒与滚子之间分别为间隙配合。 4、受轴向变载荷的紧螺栓连接，在工作拉力和残余预紧力不变的情况下，减小螺栓刚度和增大被连接件刚度均能使应力幅减小，使疲劳强度提高。

四、简答题（共8分，每小题4分）

1、试述弹性滑动和打滑的相同点和不同点?

答：相同点：均为带与带轮接触弧之间的相对滑动。

不同点：1）产生原因不同。弹性滑动是由于带两边的拉力差引起带的弹性变形量的改变而产生

的；而打滑是由于过载造成的。2）性质不同：弹性滑动是一种固有特性，会导致带传动运动不准确，是不可避免的；而打滑是一种失效，可以避免。3）滑动范围不同：弹性滑动是局部带在局部接触弧上产生的相对滑动；而打滑是整个接触弧上带与轮面产生明显的相对滑动。随着要求传递载荷的增加，弹性滑动区域不断扩展，当整个接触弧上都存在分布摩擦力时，带传动处于打滑的临界状态。出现过载时，便会发生打滑现象。 2、何谓滚子链传动的多边形效应？其主要影响因素有哪些？

答：链传动中，由于链呈多边形运动，其瞬时链速和瞬时传动比均呈周期性变化，造成运动不均匀

和传动不平稳现象，引起连续不断的冲击、振动和噪声。加之，链在啮入链轮轮齿时，还会引起啮入冲击。上述现象即为多边形效应。

多边形效应的主要影响因素：小链轮转速、链节距、小链轮齿数。增大小链轮转速，或加大链节

距，或减少小链轮齿数，均会使链的多边形效应加剧。

五、分析计算作图题（共58分）得分︳ 1、（12分）已知45钢经调质后的机械性能为：强度极限?B?600MPa,屈服极限?S?360MPa,疲劳极限??1?300MPa,材料常数???0.25,试求： 1）材料的脉动循环疲劳极限?0； 2）绘制材料的等寿命疲劳曲线；

3）若已知零件疲劳强度综合影响系数K??2，试作出零件的等寿命疲劳曲线。（说明：2）、3）中两图可作在同一坐标系内，要求标出比例尺）得分︳解：1）因???2??1??0?0，?0?2??12?300??480MPa

1???1?0.252）绘制材料的等寿命疲劳曲线A’G’C 3）绘制零件的等寿命疲劳曲线AGC

?aA'(0,300)G'50MPa

D'(240,240)A(0,150)GD(240,120)45o?mC(360,0)

《机械设计》期中考试试卷参考答案第2页共5页

2、（12分）图1所示组合式链轮采用普通螺栓组连接，螺栓组呈圆形分布。已知螺栓大径

d?16mm ，螺栓小径d1?13.835mm ，传递的转矩T?1200Nm ，接合面摩擦系数f?0.12 ，防滑系数Ks?1.1，螺栓材料为45钢（?s?360MPa），安全系数S?3 。试求该连接螺栓的个

数Z。得分︳解：1)求单个螺栓所需要的预紧力F0

fF0ZD?KsT 2F0?KsT1.1?1200000141935?? D155ZfZ0.12?Z?222)由拉伸强度条件有

[?]??sS?360?120MPa 3图1

?ca?

1.3F01.3?1419351.3?141935Z??10.23 ， ??120，

??13.8352?120?d12??13.8352Z444φ155

Z?12（尽量取偶数）一般情况下，螺栓个数会取。

3、（10分）设V带在保证不打滑的条件下，所能传递的最大功率Pmax?3KW，已知主动带轮基准直径dd1?140mm，转速n1?1420r/min，小带轮包角?1?160o，带与带轮槽间的当量摩擦系数

fv?0.5，试求带传动的最大有效拉力和打滑临界状态时的紧边拉力F1。得分︳解：1）最大有效拉力Fec

带速v??dd1n160?1000???140?142060?1000?10.41m/s

由Pmax?Fecv/1000，可知：Fec?1000Pmax/v?1000?3/10.41?288.18N 2）打滑临界状态时的紧边拉力F1

fv?1F/F?e由1，F1?F2?Fec，可得： 2F1?Fec288.18?fv?1?0.5?160??/180??382.97N 1?1/e1?1/e《机械设计》期中考试试卷参考答案第3页共5页

4、（12分）一滚子链传动，主动轮齿数z1?25，从动轮齿数z2?75，小链轮转速n1?960r/min，现工作需要，拟将从动轮转速降到n2?220r/min左右（相对误差应小于5%），若不考虑中心距变化的影响，试问：

1）若从动轮齿数和其他条件不变，应将主动轮齿数z1减少到多少？此时链条所能传递的功率将是原来的多少倍？

2）若主动轮链轮齿数和其他条件不变，应将从动轮齿数z2增加到多少？ 3）上述两种方案中，哪种方案比较合适？为什么？得分︳解：1）改变z1的方案

为使n2'?220r/min，又知z2?75，n1?960r/min，由n1/n2'?z2/z1'，可知：

z1'?z2n2'/n1?75?220/960?17.2

选z1'?17，则从动轮实际转速n2''?n1z1'/z2?960?17/75?217.6r/min 从动轮转速相对误差??因此满足运动误差要求。由当量的单排链计算功率Pca?n2''?n2'217.6?220?100%??100%?1.1%?5%， n2'220KpPcKAKz P?Pc，可知：链所能传递的功率：P?KpKAKz此方案中，只变动了小链轮齿数z1，对功率P有影响的只有小链轮齿数系数Kz，当小链轮齿数为z1时，对应的小链轮齿数系数为Kz；当小链轮齿数为z1'时，对应的小链轮齿数系数为Kz'；

故改变齿数z1为z1'后，链所能传递的功率减少为原来的Kz/Kz'。

2）改变z2的方案

需要通过增大z2来满足n2'?220r/min的要求，则：

z2'?n1z1'/n2'?960?25/220?109.1

取z2'?109齿，则从动轮实际转速n2''?n1z1/z2'?960?25/109?220.2r/min

从动轮转速相对误差??因此满足运动误差要求。

由1）可知，链所能传递的功率：P?n2''?n2'220.2?220?100%??100%?0.1%?5%， n2'220KpPcKAKz

改变z2不影响上式中的任何参数，故改变z2，链传递的功率不变。

3）比较上述两种方案，若传动空间允许，则改变从动轮齿数z2的方案较为有利，不会降低链的传动能力；但减少小链轮齿数，则会使得链能传递的功率减少。

《机械设计》期中考试试卷参考答案第4页共5页

5、（12分）有一受预紧力F0和轴向工作载荷F作用的紧螺栓连接，已知预紧力F0?1000N，螺栓刚度Cb和被连接件刚度Cm相等，轴向工作载荷F?1000N，试计算：

1）该螺栓所受总拉力F2；2）残余预紧力F1；3）在预紧力F0不变的条件下，若保证被连接件间不出现缝隙，该螺栓允许的最大轴向工作载荷Fmax为多少？解：1）该螺栓所受总拉力F2