北方工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)期末考試

1、裝 訂 線班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名：考試科目： 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 考試時(shí)間： 120分鐘 試卷總分 100分題號(hào)一二三四五總分得分評(píng)卷教師得分一、簡(jiǎn)答題 （本大題共4小題，總計(jì)26分）1、 齒輪強(qiáng)度計(jì)算中，有哪兩種強(qiáng)度計(jì)算理論？分別針對(duì)哪些失效？若齒輪傳動(dòng)為閉式軟齒面?zhèn)鲃?dòng)，其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是什么？ （6分）齒面的接觸疲勞強(qiáng)度和齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算，齒面的接觸疲勞強(qiáng)度針對(duì)于齒面的疲勞點(diǎn)蝕失效和齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度針對(duì)于齒根的疲勞折斷。齒輪傳動(dòng)為閉式軟齒面?zhèn)鲃?dòng)，其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是按齒面的接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，校核齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度。 2、連接螺紋能滿足自鎖條件，為什么還要考慮防松？根據(jù)防松原理，防松分哪幾類？（8分）

2、因?yàn)樵跊_擊、振動(dòng)、變載以及溫度變化大時(shí)，螺紋副間和支承面間的摩擦力可能在瞬間減小或消失，不再滿足自鎖條件。這種情況多次重復(fù)，就會(huì)使聯(lián)接松動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)器不能正常工作或發(fā)生嚴(yán)重事故。因此，在設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)，必須考慮防松。根據(jù)防松原理，防松類型分為摩擦防松，機(jī)械防松，破壞螺紋副關(guān)系防松。3、聯(lián)軸器和離合器的功用是什么？二者的區(qū)別是什么？（6分）聯(lián)軸器和離合器的功用是聯(lián)接兩軸使之一同回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩。二者區(qū)別是：用聯(lián)軸器聯(lián)接的兩軸在工作中不能分離，只有在停機(jī)后拆卸零件才能分離兩軸，而用離合器可以在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中隨時(shí)分離或接合兩軸。4、鏈傳動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)載荷的原因是什么？為減小動(dòng)載荷應(yīng)如何選取小鏈輪的齒數(shù)和鏈條節(jié)

3、距？（6分）小鏈輪的齒數(shù)不宜過小和鏈條節(jié)距不宜過大。得分二、選擇題 （在每題若干個(gè)選項(xiàng)中選出正確的選項(xiàng)填在橫線上。本大題共12小題，總計(jì)24分）1、當(dāng)兩個(gè)被聯(lián)接件之一太厚，不易制成通孔且需要經(jīng)常拆卸時(shí)，往往采用 B 。A螺栓聯(lián)接 B雙頭螺柱聯(lián)接 C螺釘聯(lián)接2、滾動(dòng)軸承中，為防止軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕，應(yīng)進(jìn)行 A 。A. 疲勞壽命計(jì)算 B. 靜強(qiáng)度計(jì)算 C. 極限轉(zhuǎn)速驗(yàn)算3、阿基米德蝸桿的 A 參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值。A. 軸面 B. 端面 C. 法面4、一對(duì)相嚙合的圓柱齒輪的Z1Z2 ， b1b2,其齒面接觸應(yīng)力的大小為 A 。A. H1=H2 B. H1H2 C. H1H2 5、V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，限制小帶輪的

4、最小直徑主要是為了_B_。A使結(jié)構(gòu)緊湊B限制彎曲應(yīng)力C限制小帶輪上的包角D保證帶和帶輪接觸面間有足夠摩擦力6、在齒輪抗彎強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式m中，應(yīng)代入_ C _。A. B. C.與中大者 D.與中小者7、鏈傳動(dòng)中，鏈節(jié)數(shù)常選偶數(shù)，是為了使鏈傳動(dòng) B 。A工作平穩(wěn) B避免過渡鏈節(jié) C鏈條與鏈輪磨損均勻8、滑動(dòng)軸承中，含油軸承是采用 B 材料制成的。A硬木 B粉末冶金 C塑料9、承受預(yù)緊力F的緊螺栓聯(lián)接在受軸向工作拉力F時(shí)，剩余預(yù)緊力為F，其螺栓所受的總拉力Fo為_ B 。AFoF十F BFoF十F CFoF十F 10、當(dāng)鍵聯(lián)接強(qiáng)度不足時(shí)可采用雙鍵。使用兩個(gè)平鍵時(shí)要求鍵 D 布置。A在同一條直線上 B

5、相隔90C相隔120 D相隔18011、下列零件的失效中， C 不屬于強(qiáng)度問題。A螺栓斷裂 B齒輪的齒面上發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕C蝸桿軸產(chǎn)生過大的彎曲變形 D滾動(dòng)軸承套圈的滾道上被壓出深的凹坑12、帶傳動(dòng)發(fā)生打滑總是_A_。A在小輪上先開始B在大輪上先開始C在兩輪上同時(shí)開始D不定在哪輪先開始得分三、分析題 （本大題共3小題，總計(jì)20分）1. 如圖所示，1、2是一對(duì)蝸桿蝸輪傳動(dòng)，3、4是一對(duì)斜齒輪傳動(dòng)。已知1為原動(dòng)件，4為輸出件，各輪轉(zhuǎn)向如圖所示。為了使中間軸上蝸輪2和斜齒輪3的軸向力互相抵消一部分，試確定1、2、3、4各輪的旋向；在圖上標(biāo)出2和3所受各力的方向。 （10分）1、2、3輪左旋，4輪右旋3、

6、如圖所示為帶傳動(dòng)簡(jiǎn)圖。輪1為主動(dòng)輪。試問： （1）帶傳動(dòng)的主要失效形式有哪些？帶傳動(dòng)工作時(shí)為什么出現(xiàn)彈性滑動(dòng)現(xiàn)象？能否避免彈性滑動(dòng)？（2）帶傳動(dòng)工作時(shí)，帶處于圖中哪一點(diǎn)應(yīng)力最大？最大應(yīng)力smax？ （5分） 帶傳動(dòng)的主要失效形式有打滑和疲勞斷裂。彈性滑動(dòng)是由拉力差引起的，（只要傳遞圓周力，必然會(huì)產(chǎn)生彈性滑動(dòng)）。彈性滑動(dòng)是正常的工作現(xiàn)象，不可避免。圖中A點(diǎn)應(yīng)力最大，得分四、計(jì)算題 （本大題共2小題，總計(jì)20分） 1、某軸由一對(duì)代號(hào)為30212的圓錐滾子軸承支承，其基本額定動(dòng)載荷C = 97.8 kN。軸承受徑向力Fr1= 6000N，F(xiàn)r2 =16500N。軸的轉(zhuǎn)速 n =500 r/min，軸

7、上有軸向力FA = 3000 N，方向如圖。軸承的其它參數(shù)見附表。動(dòng)載荷系數(shù) fd = 1，溫度系數(shù)ft= 1。試：（1）說明軸承代號(hào)的意義；（2）確定軸承的壽命。(以小時(shí)為單位) （14分）SFa/FreFa/FreeXYXY0.40100.41.5 解：3：軸承類型代號(hào)，圓錐滾子軸承；02：尺寸系列代號(hào)（0：寬度系列代號(hào)，2：直徑系列代號(hào)）；12：內(nèi)徑系列代號(hào)，內(nèi)徑為60mm；公差等級(jí)為0級(jí)。1）求內(nèi)部派生軸向力S1、S2的大小方向 N N方向如圖所示。，1軸承被“壓緊”，2軸承被“放松”。裝 訂 線班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名：2）求軸承所受的軸向力NN， 3）軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷據(jù)：Fa1/ Fr

8、1= 2500/6000 = 0.417e = 0.40，得：X1 = 0.4，Y1 =1.5 P1 = fd（X1 Fr1 + Y1 Fa1）= 0.46000 + 1.52500 = 6150 N據(jù)：Fa2/ Fr2 = 5500/16500 = 0.33 e，得：X2 = 1，Y2 = 0 P2 = fd（X2 Fr2 + Y2 Fa2） = 16500 N P2P1，用 P2 計(jì)算軸承壽命。4）計(jì)算軸承壽命12562 h2、一牽曳鉤用2個(gè)M10(d1=8.376mm)的普通螺栓固定于機(jī)體上，如圖所示。已知接合面間摩擦系數(shù) f =0.15，可靠性系數(shù) Kf=1.2，螺栓材料強(qiáng)度級(jí)別為6.

9、6級(jí)，屈服極限s=360MPa，安全系數(shù)S=3。試計(jì)算該螺栓組連接允許的最大牽引力R max=?（6分）許用應(yīng)力:360/3=120MPa預(yù)緊力為由公式求出預(yù)緊力：F=5083.7N最大牽引力與預(yù)緊力關(guān)系公式為 最大牽引力為R=1271N得分五、改錯(cuò)題 （本題10分）試分析如圖所示軸系結(jié)構(gòu)中的錯(cuò)誤，并加以改正。（指出錯(cuò)誤之處，并編上號(hào)，簡(jiǎn)述其錯(cuò)誤原因，并改正之。）（至少改正5處）指出錯(cuò)誤之處，并編上號(hào)，簡(jiǎn)述其錯(cuò)誤原因（略）。改正為：一、填空題及選擇填空題（27分，每空1分）1當(dāng)動(dòng)壓潤(rùn)滑條件不具備，且邊界膜遭破壞時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)流體摩擦、邊界摩擦和干摩擦同時(shí)存在的現(xiàn)象，這種摩擦狀態(tài)稱為混合摩擦。2.

10、 一公稱直徑為d=16mm的螺紋副，螺紋頭數(shù)n=2,螺距p=4mm, 螺紋中徑d2=D2=14mm,牙側(cè)角=15,螺紋副材料的當(dāng)量摩擦系數(shù)f=0.080.10, 經(jīng)計(jì)算該螺紋副 a 自鎖性要求。 a.滿足 b.不滿足3. 導(dǎo)向平鍵連接的主要失效形式是 工作面的磨損 ，設(shè)計(jì)時(shí)通過限制 工作面間的壓強(qiáng) 來進(jìn)行耐磨性計(jì)算；半圓鍵的缺點(diǎn)是 鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度削弱較大 ，所以主要適用于軸端。4. 作為標(biāo)準(zhǔn)普通V帶工作面的兩側(cè)面夾角為=40，相應(yīng)的V帶輪輪槽的兩側(cè)面夾角則 b 。 a.大于40 b.小于40 c. 等于40。5. 傳動(dòng)帶所能傳遞的最大有效圓周力Fmax與初拉力F0、帶在小帶輪上的包角1、帶與帶輪

11、間的摩擦系數(shù)f等因素有關(guān)，它們的值越大，F(xiàn)max就越大。當(dāng)傳遞的外載荷超過最大有效圓周力下的承載能力時(shí)，帶在帶輪上發(fā)生打滑現(xiàn)象；而且在傳動(dòng)比大于1的情況下，打滑總是先從小帶輪上開始的，其原因是帶在小帶輪上的包角小于大帶輪上的包角（或帶在大帶輪上的包角大于小帶輪上的包角）。6. 齒輪傳動(dòng)的五種主要失效形式中，最嚴(yán)重、必須避免的失效形式是輪齒折斷；軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)最主要的失效形式是齒面疲勞點(diǎn)蝕；高速重載齒輪傳動(dòng)易發(fā)生熱膠合；輪齒的塑性變形常發(fā)生在齒面材料較軟、低速重載、頻繁起動(dòng)的傳動(dòng)中。7. 下列齒輪參數(shù)中，對(duì)齒形系數(shù)YF沒有影響的是 e 。 a. 齒數(shù) b. 變位系數(shù) c. 齒頂高系數(shù) d.

12、壓力角 e. 模數(shù)8. 按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/292-93規(guī)定，型號(hào)7212 C/DB軸承的類型為 角接觸球軸承，寬度類型為 窄系列 ，精度等級(jí)為 P0 ，公稱接觸角 = 15 。9. 對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)的滾動(dòng)軸承,其主要失效形式是 疲勞點(diǎn)蝕 , 對(duì)于不轉(zhuǎn)動(dòng)、低速或擺動(dòng)的軸承，主要失效形式是 局部塑性變形 , 對(duì)于高速軸承， 發(fā)熱以至膠合 是其主要失效形式。10. 滑動(dòng)軸承一般由軸頸、軸瓦、軸承座三者組成， 其失效形式主要是 膠合和磨損 ，主要發(fā)生在 軸瓦 上。二、問答題（24分,每小題4分）1. 齒向載荷分布系數(shù)K的物理意義是什么？改善齒向載荷分布不均勻狀況的措施有哪些？K的物理意義考慮沿齒寬方向載荷分布不

13、均勻?qū)嘄X應(yīng)力的影響系數(shù)。(2分)措施：（答出以下7點(diǎn)中3點(diǎn)以下者1分，答出3點(diǎn)以上者2分）1) 齒輪的制造和安裝精度2) 軸、軸承及機(jī)體的剛度3) 齒輪在軸上的布置合理選擇4) 輪齒的寬度設(shè)計(jì)時(shí)合理選擇5) 采用軟齒面通過跑合使載荷均勻6) 硬齒面齒輪將齒端修薄、或做成鼓形齒7) 齒輪要布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端的位置。2. 試述齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：以下4點(diǎn)各點(diǎn)1分（1）軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)：通常先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。（2）硬齒面式齒輪傳動(dòng)：通常先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度。（3）高速重載齒輪傳動(dòng)，還可能出現(xiàn)齒面膠合，故需校核齒面膠

14、合強(qiáng)度。（4）開式齒輪傳動(dòng)：目前多是按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，并考慮磨損的影響將模數(shù)適當(dāng)增大（加大1015%）。3. 按照軸所受載荷類型的不同，軸分為那幾種類型？并分別舉例說明。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：以下3點(diǎn)各點(diǎn)1分，舉例正確合計(jì)1分。（1）僅受彎矩M的軸心軸，只起支撐零件作用，如自行車前軸。 （2）僅受轉(zhuǎn)矩T的軸傳動(dòng)軸，只傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩不起支撐作用，如汽車后輪傳動(dòng)軸。 （3）既受彎矩又受轉(zhuǎn)矩的軸轉(zhuǎn)軸，既起支撐又起傳運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩作用，如減速器的輸出軸。4給出滾動(dòng)軸承的當(dāng)量靜載荷P0的定義。當(dāng)量靜載荷是一個(gè)假想載荷，其作用方向與基本額定靜負(fù)荷相同，而在當(dāng)量靜載荷作用下，軸承的受載最大滾動(dòng)體與滾道接觸處的塑性

15、變形總量與實(shí)際載荷作用下的塑性變形總量相同。（4分）5同滾動(dòng)軸承相比，液體摩擦滑動(dòng)軸承有哪些特點(diǎn)？評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：以下6點(diǎn)中，答出12點(diǎn)2分，答出34點(diǎn)分3分，答出56點(diǎn)4分 1) 在高速重載下能正常工作，壽命長(zhǎng)；2) 精度高；滾動(dòng)軸承工作一段時(shí)間后，旋轉(zhuǎn)精度3) 滑動(dòng)軸承可以做成剖分式的 能滿足特殊結(jié)構(gòu)需要。如曲軸上的軸承；4) 液體摩擦軸承具有很好的緩沖和阻尼作用，可以吸收震動(dòng)，緩和沖擊。5) 滑動(dòng)軸承的徑向尺寸比滾動(dòng)軸承的小。6) 起動(dòng)摩擦阻力較大。6在一些基本假設(shè)條件下，流體形成動(dòng)壓的必要條件是什么？評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：答出1點(diǎn)2分，答出2點(diǎn)3分，答出3點(diǎn)4分1) 流體必須流經(jīng)收斂間隙,而且間隙傾角越

16、大則產(chǎn)生的油膜壓力越大。2) 流體必須有足夠的速度；3) 流體必須是粘性流體。三、分析計(jì)算題（29分,第一小題19分，第二小題10分）1一重物勻速升降裝置采用如圖a所示的電機(jī)+圓柱蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)，已知蝸桿傳動(dòng)的模數(shù)m =8mm，蝸桿頭數(shù)及分度圓直徑分別為z1=1、d1=80mm，蝸輪齒數(shù)z2=50，卷筒直徑D=250mm。重物勻速升降的速度v=40m/min，最大載重量W為4kN，工況系數(shù)KA按1.0計(jì)，試分析、計(jì)算提升重物時(shí)的下列問題：1）該裝置以40m/min的速度勻速升起重物1m時(shí)，蝸桿應(yīng)轉(zhuǎn)多少轉(zhuǎn)？并在圖中標(biāo)明蝸桿的轉(zhuǎn)向、蝸輪輪齒旋向、節(jié)點(diǎn)位置處蝸桿及蝸輪的受力方向。（5分）2）若蝸桿與蝸

17、輪齒面間當(dāng)量摩擦系數(shù)f = 0.18，該機(jī)構(gòu)能否自鎖？（2分）3）若重物W=4kN，傳動(dòng)裝置總的傳動(dòng)效率為 =0.5，試計(jì)算出電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tm應(yīng)是多少？（2分）4）若蝸輪軸采用如圖b所示的兩個(gè)角接觸軸承7209 C支撐形式, L=100mm，蝸桿傳動(dòng)效率1 = 0.7，卷筒、聯(lián)軸器(連接蝸輪軸與卷筒軸)、蝸輪軸上軸承的效率合計(jì)為2 = 0.8，軸承7209 C的基本額定動(dòng)載荷和基本額定靜載荷分別為C = 29800N、C0 = 23800N, 其內(nèi)部軸向力S=0.4Fr，徑向載荷系數(shù)X和軸向載荷系數(shù)Y分別為0.44和1.36，fT=1.0，fP=1.5，試計(jì)算軸承II的壽命Lh為多少小時(shí)？（

18、10分）1）蝸桿轉(zhuǎn)：1*50/(3.14*D)=50/(3.14*0.25)=63.69(轉(zhuǎn)) （1分）蝸輪轉(zhuǎn)速：40/（3.14*0.25）=50.96r/min蝸桿轉(zhuǎn)向(1分)、蝸輪輪齒旋向(1分)、蝸輪蝸桿受力分析方向如圖所示（2分）。 2）寫出公式得1分，結(jié)論正確得1分。 結(jié)論：該機(jī)構(gòu)滿足自鎖性條件。3）寫出公式得1.5分，結(jié)論正確得0.5分。4）公式、步驟都正確得9分（其中：軸承壽命計(jì)算公式占5分），計(jì)算結(jié)果正確得1分。2圖c所示為一托架，20kN的載荷作用在托架寬度方向的對(duì)稱線上，用四個(gè)螺栓將托架連接在一鋼制橫梁上，螺栓的相對(duì)剛度為0.3，螺栓組連接采用普通螺栓連接形式，假設(shè)被連接

19、件都不會(huì)被壓潰，試計(jì)算:1) 該螺栓組連接的接合面不出現(xiàn)間隙所需的螺栓預(yù)緊力F 至少應(yīng)大于多少？（接合面的抗彎剖面模量W=12.71106mm3）（7分）2）若受力最大螺栓處接合面間的殘余預(yù)緊力F 要保證6956N， 計(jì)算該螺栓所需預(yù)緊力F 、所受的總拉力F0。（3分）1）（1）、螺栓組聯(lián)接受力分析：將托架受力 情況分解成下圖所示的受軸向載荷Q和受傾覆力矩M的兩種基本螺栓組連接情況分別考慮。（2分）（2）計(jì)算受力最大螺栓的工作載荷F：（1分） Q使每個(gè)螺栓所受的軸向載荷均等，為 傾覆力矩M使左側(cè)兩個(gè)螺栓工作拉力減小；使右側(cè)兩個(gè)螺栓工作拉力增加，其值為： 顯然，軸線右側(cè)兩個(gè)螺栓所受軸向工作載荷最

20、大，均為： （3）根據(jù)接合面間不出現(xiàn)間隙條件確定螺栓所需的預(yù)緊力F：（4分）預(yù)緊力F的大小應(yīng)保證接合面在軸線右側(cè)不能出現(xiàn)間隙，即：2）若F =6956N，則：（3分）四、結(jié)構(gòu)題（20分）1試說明實(shí)現(xiàn)軸上零件軸向固定的五種方法，并分別畫出相應(yīng)于各種軸向固定方法的結(jié)構(gòu)圖；畫出模鍛輪坯、腹板式大齒輪在轉(zhuǎn)軸的軸端實(shí)現(xiàn)軸向固定與周向固定的結(jié)構(gòu)圖（要求齒輪也要畫出來）。（12分）評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：軸向固定：五種方法每種方法各0.5分，每畫對(duì)一種結(jié)構(gòu)1分；齒輪（2.5分）在軸端實(shí)現(xiàn)周向固定（普通平鍵）（1分）和軸向固定（軸肩和軸端擋板）（1分）4.5分。2圖d和圖e為凸緣聯(lián)軸器的兩個(gè)半聯(lián)軸器的將兩根軸連接起來的兩種形式的部分結(jié)構(gòu)，請(qǐng)將未畫出的其余部分補(bǔ)全，成為完整的結(jié)構(gòu)。（5分）3. 現(xiàn)有成品一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪減速器一臺(tái)，輸入軸與小齒輪采用普通平鍵連接，軸與小齒輪輪轂配合段軸頸直徑d=40mm，該軸段長(zhǎng)度l=58mm，鍵槽長(zhǎng)L=50mm,小齒輪輪轂鍵槽深t1=3.3mm。為得到比現(xiàn)有減速器更大的減速比，現(xiàn)在需要重新設(shè)計(jì)、更換齒輪。已知重新設(shè)計(jì)得到的齒輪模數(shù)m