哈工大機械設計2011年期末試題

1、試 題： 班號： 姓名：哈工大2011年機械設計試題及答案一、填空題及選擇填空題（27分，每空1分）1當動壓潤滑條件不具備，且邊界膜遭破壞時，就會出現(xiàn) 、 和 同時存在的現(xiàn)象，這種摩擦狀態(tài)稱為 。2. 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,牙側角=15º,螺紋副材料的當量摩擦系數(shù)f =0.080.10, 經(jīng)計算該螺紋副 自鎖性要求。a. 滿足 b. 不滿足3. 導向平鍵連接的主要失效形式是 ，設計時通過限制 來進行耐磨性計算；半圓鍵的缺點是 ，所以主要適用于軸端。4. 作為標準普通V帶工作面的兩側面夾角為=40º，

2、相應的V帶輪輪槽的兩側面夾角則 。 a.大于40º b.小于40º c. 等于40º。5. 傳動帶所能傳遞的最大有效圓周力Fmax與 、 、 等因素有關，它們的值越大，F(xiàn)max就越大。當傳遞的外載荷超過 時，帶在帶輪上發(fā)生打滑現(xiàn)象；而且在傳動比大于1的情況下打滑總是先從小帶輪上開始的，其原因是 。6. 齒輪傳動的五種主要失效形式中，最嚴重、必須避免的失效形式是 ；軟齒面閉式齒輪傳動最主要的失效形式是 ；高速重載齒輪傳動易發(fā)生 ；輪齒的塑性變形常發(fā)生在齒面材料較軟、低速重載、頻繁起動的傳動中。7. 下列齒輪參數(shù)中，對齒形系數(shù)YF沒有影響的是 。 a. 齒數(shù) b. 變

3、位系數(shù) c. 齒頂高系數(shù) d. 壓力角 e. 模數(shù)8. 按國家標準GB/292-93規(guī)定，型號7212 C/DB軸承的類型為 ，寬度類型為 ，精度等級為 ，公稱接觸角 = º。9. 對于轉動的滾動軸承,其主要失效形式是 ；對于不轉動、低速或擺動的軸承，主要失效形式是 ； 對于高速軸承， 是其主要失效形式。10. 滑動軸承一般由軸頸、軸瓦、軸承座三者組成，其失效形式主要是 ，主要發(fā)生在 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？2. 試述齒輪傳動的設計準則。3. 按在支撐軸上零件傳遞運動和動力時受到的載荷類型的

4、不同，軸分為那幾種類型？并分別舉例說明。4給出滾動軸承的當量靜載荷P0的定義。5同滾動軸承相比，液體摩擦滑動軸承有哪些特點？6在一些基本假設條件下，流體形成動壓的必要條件是什么？三、分析計算題（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+圓柱蝸桿傳動系統(tǒng)，已知蝸桿傳動的模數(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，試分析、計算提升重物時的下列問題：1）該裝置以40m/min的速度勻速升起重物1m時，蝸桿應轉

5、多少轉？并在圖中標明蝸桿的轉向、蝸輪輪齒旋向、節(jié)點位置處蝸桿及蝸輪的受力方向。（5分）2）若蝸桿與蝸輪齒面間當量摩擦系數(shù)f = 0.18，該機構能否自鎖？（2分）3）若重物W=4kN，傳動裝置總的傳動效率為 =0.5，試計算出電機的輸出轉矩Tm應是多少？（2分）4）若蝸輪軸采用如圖b所示的兩個角接觸軸承7209 C支撐形式, L=100mm，蝸桿傳動效率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為2 = 0.8，軸承7209 C的基本額定動載荷和基本額定靜載荷分別為C = 29800N、C0 = 23800N, 其內部軸向力S=0.4Fr，徑向載荷系數(shù)X和軸向載

6、荷系數(shù)Y分別為0.44和1.36，fT=1.0，fP=1.5，試計算軸承II的壽命Lh為多少小時？（10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稱線上，用四個螺栓將托架連接在一鋼制橫梁上，螺栓的相對剛度為0.3，螺栓組連接采用普通螺栓連接形式，假設被連接件都不會被壓潰、也不滑移，試計算:1) 該螺栓組連接的接合面不出現(xiàn)間隙所需的螺栓預緊力F 至少應大于多少？（接合面的抗彎剖面模量W=12.71×106mm3）（7分）2）若受力最大螺栓處接合面間的殘余預緊力F 要保證6956N，計算該螺栓所需預緊力F 、所受的總拉力F0。（3分）四、結構題（20分）1試說明實現(xiàn)軸上

7、零件軸向固定的五種方法，并分別畫出相應于各種軸向固定方法的結構圖；畫出模鍛輪坯、腹板式大齒輪在轉軸的軸端實現(xiàn)軸向固定與周向固定的結構圖（要求齒輪也要畫出來）。（12分）2圖d和圖e為凸緣聯(lián)軸器的兩個半聯(lián)軸器的將兩根軸連接起來的兩種形式的部分結構，請將未畫出的其余部分補全，成為完整的結構。（5分）3. 現(xiàn)有成品一級標準圓柱齒輪減速器一臺，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，該軸段長度l=58mm，鍵槽長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)在需要重新設計、更換該減速器的齒輪。已知重新設計得到的齒輪模數(shù)m=3.0mm

8、, 小齒輪齒頂圓直徑da1=69mm, 齒根圓直徑df1=55.5mm，齒寬b1=60mm，如果采用該小齒輪，試根據(jù)上述數(shù)據(jù)進行分析：該減速器的輸入軸是否具有可以繼續(xù)使用的可能性？（3分）答案：一、填空題及選擇填空題（27分，每空1分）1當動壓潤滑條件不具備，且邊界膜遭破壞時，就會出現(xiàn)流體摩擦、邊界摩擦和干摩擦同時存在的現(xiàn)象，這種摩擦狀態(tài)稱為混合摩擦。2. 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,牙側角=15º,螺紋副材料的當量摩擦系數(shù)f´=0.080.10, 經(jīng)計算該螺紋副 a 自鎖性要求。 a.滿足 b.不滿足3

9、. 導向平鍵連接的主要失效形式是 工作面的磨損 ，設計時通過限制 工作面間的壓強 來進行耐磨性計算；半圓鍵的缺點是 鍵槽對軸強度削弱較大 ，所以主要適用于軸端。4. 作為標準普通V帶工作面的兩側面夾角為=40º，相應的V帶輪輪槽的兩側面夾角則 b 。 a.大于40º b.小于40º c. 等于40º。5. 傳動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、帶與帶輪間的摩擦系數(shù)f等因素有關，它們的值越大，F(xiàn)max就越大。當傳遞的外載荷超過最大有效圓周力下的承載能力時，帶在帶輪上發(fā)生打滑現(xiàn)象；而且在傳動比大于1的情況下，打滑總是先從小

10、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. 齒輪傳動的五種主要失效形式中，最嚴重、必須避免的失效形式是輪齒折斷；軟齒面閉式齒輪傳動最主要的失效形式是齒面疲勞點蝕；高速重載齒輪傳動易發(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、頻繁起動的傳動中。7. 下列齒輪參數(shù)中，對齒形系數(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. 壓力角 e. 模數(shù)8. 按國家標準GB/292-93規(guī)定，型號7212 C/DB軸承的類型為 角接觸球軸承，寬度類型為 窄系列 ，精度等級為 P0 ，公稱接觸角 = 15

11、 º。9. 對于轉動的滾動軸承,其主要失效形式是 疲勞點蝕 , 對于不轉動、低速或擺動的軸承，主要失效形式是 局部塑性變形 , 對于高速軸承， 發(fā)熱以至膠合 是其主要失效形式。10. 滑動軸承一般由軸頸、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均勻對輪齒應力的影響系數(shù)。(2分)措施：（答出以下7點中3點以下者1分，答出3點以上者2分）1) 齒輪的制造和安裝精度2) 軸、軸承及機體的剛度3) 齒輪在軸

12、上的布置合理選擇4) 輪齒的寬度設計時合理選擇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) 齒輪要布置在遠離轉矩輸入端的位置。2. 試述齒輪傳動的設計準則評分標準：以下4點各點1分（1）軟齒面閉式齒輪傳動：通常先按齒面接觸疲勞強度進行設計，然后校核齒根彎曲疲勞強度。（2）硬齒面式齒輪傳動：通常先按齒根彎曲疲勞強度進行設計，然后校核齒面接觸疲勞強度。（3）高速重載齒輪傳動，還可能出現(xiàn)齒面膠合，故需校核齒面膠合強度。（4）開式齒輪傳動：目前多是按齒根彎曲疲勞強度進行設計，并考慮磨損的影響將模數(shù)適當增大（加大1015%）。3. 按照軸所受載荷類型的不同，軸分為那幾種

13、類型？并分別舉例說明。評分標準：以下3點各點1分，舉例正確合計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）僅受轉矩T的軸傳動軸，只傳遞運動和轉矩不起支撐作用，如汽車后輪傳動軸。 （3）既受彎矩又受轉矩的軸轉軸，既起支撐又起傳運動和轉矩作用，如減速器的輸出軸。4給出滾動軸承的當量靜載荷P0的定義。當量靜載荷是一個假想載荷，其作用方向與基本額定靜負荷相同，而在當量靜載荷作用下，軸承的受載最大滾動體與滾道接觸處的塑性變形總量與實際載荷作用下的塑性變形總量相同。（4分）5同滾動軸承相比，液體摩擦滑動軸承有哪些特點？評分標準：以下6點中，答出12點2分，答出34點分3分，答出

14、56點4分 1) 在高速重載下能正常工作，壽命長；2) 精度高；滾動軸承工作一段時間后，旋轉精度3) 滑動軸承可以做成剖分式的 能滿足特殊結構需要。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，緩和沖擊。5) 滑動軸承的徑向尺寸比滾動軸承的小。6) 起動摩擦阻力較大。6在一些基本假設條件下，流體形成動壓的必要條件是什么？評分標準：答出1點2分，答出2點3分，答出3點4分1) 流體必須流經(jīng)收斂間隙,而且間隙傾角越大則產(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

15、如圖a所示的電機+圓柱蝸桿傳動系統(tǒng)，已知蝸桿傳動的模數(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，試分析、計算提升重物時的下列問題：1）該裝置以40m/min的速度勻速升起重物1m時，蝸桿應轉多少轉？并在圖中標明蝸桿的轉向、蝸輪輪齒旋向、節(jié)點位置處蝸桿及蝸輪的受力方向。（5分）2）若蝸桿與蝸輪齒面間當量摩擦系數(shù)f = 0.18，該機構能否自鎖？（2分）3）若重物W=4kN，傳動裝置總的傳動效率為 =0.5，試計算出電機的輸出轉矩Tm應是多少？（2

16、分）4）若蝸輪軸采用如圖b所示的兩個角接觸軸承7209 C支撐形式, L=100mm，蝸桿傳動效率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為2 = 0.8，軸承7209 C的基本額定動載荷和基本額定靜載荷分別為C = 29800N、C0 = 23800N, 其內部軸向力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，試計算軸承II的壽命Lh為多少小時？（10分）1）蝸桿轉：1*50/(3.14*D)=50/(3.14*0.25)=63.69(轉) （1分）蝸輪轉速：40/（3.14*0.25）=50.96r/

17、min蝸桿轉向(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，結論正確得1分。 結論：該機構滿足自鎖性條件。3）寫出公式得1.5分，結論正確得0.5分。4）公式、步驟都正確得9分（其中：軸承壽命計算公式占5分），計算結果正確得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稱線上，用四個螺栓將托架連接在一鋼制橫梁上，螺栓的相對剛度為0.3，螺栓組連接采用普通螺栓連接形式，假設被連接件都不會被壓潰，試計算:1) 該螺栓組連接的接合面不出現(xiàn)間隙所需的螺栓預緊力F´ 至少應大于多少？（接合面的抗彎剖面模量W=12.71×1

18、06mm3）（7分）2）若受力最大螺栓處接合面間的殘余預緊力F´´ 要保證6956N， 計算該螺栓所需預緊力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）計算受力最大螺栓的工作載荷F：（1分） Q使每個螺栓所受的軸向載荷均等，為 傾覆力矩M使左側兩個螺栓工作拉力減小；使右側兩個螺栓工作拉力增加，其值為： 顯然，軸線右側兩個螺栓所受軸向工作載荷最大，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緊力F：（4分）預緊力F的大小應保證接合面在軸線右側不能出現(xiàn)間隙，即：2）若F =6956N，則：（3分）四、結構題（20分）1試