1機械設計試題及答案解析

1、機械設計課程試題（一） 一、選擇題：本題共 10 個小題，每小題 2 分，共 20 分，在每小題給出的四個選 項中，只有一項是符合題目要求的。把所選項前的字母填在題后的括號內。 1. 一般工作條件下，齒面硬度HB 350的閉式齒輪傳動，通常的主要失效形式為 【B】 A .輪齒疲勞折斷 B.齒面疲勞點蝕 C.齒面膠合 D.齒面塑性變形 2. 帶傳動在工作時產生彈性滑動， 是由于 【C A .包角a太小 B.初拉力Fo太小 C.緊邊與松邊拉力不等 D.傳動過載 3下列四種型號的滾動軸承，只能承受徑向載荷的是 【B A. 6208 B. N208 C. 3208 D. 5208 4. 下列四種螺紋，

2、自鎖性能最好的是 【D A .粗牙普通螺紋 B.細牙普通螺紋 C.梯形螺紋 D.鋸齒形螺紋 5在潤滑良好的條件下，為提高蝸桿傳動的嚙合效率， 可采用的方法為 【C A .減小齒面滑動速度 u s B.減少蝸桿頭數Zi C.增加蝸桿頭數 乙 D.增大蝸桿直徑系數 q 6. 在圓柱形螺旋拉伸（壓縮）彈簧中，彈簧指數C是指 【D A .彈簧外徑與簧絲直徑之比值 B. 彈簧內徑與簧絲直徑之比值 C. 彈簧自由高度與簧絲直徑之比值 D .彈簧中徑與簧絲直徑之比值 7. 普通平鍵接聯采用兩個鍵時，一般兩鍵間的布置角度為 【B A. 90 B. 120 C.135 D.180 & V帶在減速傳動過程

3、中，帶的最大應力發(fā)生在 【D A . V帶離開大帶輪處 B. V帶繞上大帶輪處 C. V帶離開小帶輪處 D. V帶繞上小帶輪處 9. 對于普通螺栓聯接，在擰緊螺母時，螺栓所受的載荷是 【D A .拉力 B.扭矩 C.壓力 D.拉力和扭矩 10. 滾子鏈傳動中，鏈節(jié)數應盡量避免采用奇數， 這主要是因為采用過渡鏈節(jié)后 【D A .制造困難 B.要使用較長的銷軸 C.不便于裝配 D.鏈板要產生附加的彎曲應力 二、 填空題：本大題共 10 個小題，每空 1 分，共 20 分。把答案填在題中橫線上。 1. _ 軸如按受載性質區(qū)分，主要受 彎矩 的軸為心軸， 主要受 _轉矩的軸為傳動軸。 2. _ 代號6

4、2203的滾動軸承，為 深溝球軸承 軸承，其內徑為 _ 17 mm。 3. 在一般機械中的圓柱齒輪傳動，往往使小齒輪齒寬 b1_大于 大齒輪齒寬b2；在計 算齒輪強度時，工作齒寬 b應取_大齒輪齒寬b2 _ 。 4普通平鍵聯接的工作面是鍵的 兩側面楔鍵聯接的工作面是鍵的 上下面 _ 。 5. 為了便于互換及適應大量生產， 軸承內圈孔與軸的配合采用 基孔 _ 制，軸承外圈 與軸承座孔的配合采用 _基軸 _ 制。 6. _ 不隨時間變化的應力稱為靜應力 _ ，隨時間變化的應力稱為_變應力 _ 具有周期性的變應力稱為 _循環(huán)變應力 _ 。 7按照平面圖形的形狀，螺紋分為 一三角形螺紋_、梯形螺紋_和

5、鋸齒形螺紋 _ 等。 &按照工作條件，齒輪傳動可分為 開式傳動和閉式傳動兩種。 9. _ 齒輪傳動設計時，軟齒面閉式傳動通常先按齒面接觸強度 _ 設計公式確定傳 動尺寸，然后驗算輪齒彎曲強度。 10. 直徑較小的鋼制齒輪，當齒根圓直徑與軸徑接近時，可以將齒輪和軸做成一體，稱為 齒輪軸 _ 。 三、 簡答題：本大題共 6 個小題，每題 5 分，共 30 分。把答案填在題中橫線上。 1. 簡述螺紋聯接的基本類型主要有哪四種？ 螺栓聯接、螺釘聯接、雙頭螺柱聯接、緊定螺釘聯接。 2提高螺栓聯接強度的措施有哪些？ 1降低螺栓總拉伸載荷的變化范圍； 2改善螺紋牙間的載荷分布； 3減小應力集中；4避

6、免或 減小附加應力。 3. 閉式蝸桿傳動的功率損耗主要包括哪三部分？ 閉式蝸桿傳動的功率損耗包括三部分： 輪齒嚙合的功率損耗，軸承中摩擦損耗和攪動箱體內 潤滑油的油阻損耗。 4. 簡述帶傳動的優(yōu)點？ 適于中心矩較大的場合； 帶具有良好的擾性， 可緩和沖擊、吸收振動； 過載時帶與帶輪間會 出現打滑，打滑雖使傳動失效，當可防止損壞其他零件； 5. 鏈傳動的主要失效形式有哪些？ 鏈板疲勞破壞；滾子套筒的沖擊疲勞破壞；銷軸與套筒的膠合；鏈條鉸鏈磨損；過載拉斷。 6. 滾動軸承的基本類型有哪些？ 調心球軸承、調心滾子軸承、圓錐滾子軸承、推力球軸承、深溝球軸承、角接觸球軸承、推 力圓柱滾子軸承、圓柱滾子軸

7、承、滾針軸承等。 四、 結構改錯 1、圖示為一用對圓錐滾子軸承外圈窄邊相對安裝的軸系結構。請按示例所示，指出圖中 的其他結構錯誤（不少于 7處）（7分） （注：潤滑方式、倒角和圓角忽略不計。 ） 例缺少調整墊片 解 缺少調整墊片 一一輪轂鍵槽不對 與齒輪處鍵槽的位置不在同一角度上 一一鍵槽處表達不正確（應該局部剖視） 一一端蓋孔與軸徑間無間隙 一一多一個鍵 齒輪左側軸向定位不可靠 - 齒輪右側無軸向定位 一一軸承安裝方向不對 一一軸承外圈定位超高 （11）軸與軸承端蓋相碰 2、請說明圖示軸系結構中用數字標出位置的錯誤（不合理）的原因。（5分） 3 軸肩的高度超出了軸承內圈的外徑； 一一軸段的長

8、度應該小于輪轂的寬度； 一一螺紋軸段缺少螺紋退刀槽； 一一鍵槽應該與中間部位的鍵槽在同一母線上布置; 一一鍵的長度應該小于軸段的長度。 北京機械工業(yè)學院機械設計考題與答案 一、 是非題（有5小題，每題1分，共5分。正 確在括號內寫“T”錯誤在括號內寫“F” 1 雙螺母防松結構中，如兩螺母厚度不同，應先安裝薄螺母，后安裝厚螺母。 （T ） 2. 滾動軸承的軸向系數 Y值越大，其承受軸向能力越大。 （F ） 3. 減速器的齒輪和滾動軸承可以采用不同的潤滑劑。 （T ） 4. 設計蝸桿傳動時，為了提高傳動效率，可以增加蝸桿的頭數。 （T ） 5. 失效就是零件斷裂了。 （F ） 二、 選擇題（有5小

9、題，每題2分，共10分。在每小題的選項中，只有一項是符合題目要求 的，把所選項的字母填在題中的橫線上） 6 .溫度對潤滑油粘度的影響是隨著溫度的升高潤滑油的粘度 _C_。 A）提高B ）不變 C ）降低 7 .設計時鍵的截面尺寸通常是根據 D 從標準中選取。 A）鍵傳遞的轉矩 B ）軸的轉速 C ）輪轂的長度 D ）軸的直徑 8. 下列四種敘述中_D_是正確的。 A）變應力只能由變載荷產生 B ）靜載荷不能產生變應力 C ）變應力是由靜載荷產 生D ）變應力是由變載荷產生，也可能由靜載荷產生 5 3 9 .從經濟觀點考慮，單件生產的齒輪減速箱的箱體最好采用 C。 A）灰鑄鐵鑄造 B ）鑄鋼鑄造

10、 C ）鋼板焊接 10.由下列不同材料制造的零件，其形狀、尺寸、結構、表面加工情況和工作條件等 完全相同，其中有效應力集中系數最大的是 B。 A) HT200 灰鑄鐵 B ) 40CrNi 鋼 C ) 45 鋼 三、 填空題（有5小題，20個空，每空1分,共20分。把答案填在題中橫線上） 11. 對下列各種零件至少舉出一種常用材料的牌號，齒輪 45 , 40Cr ，滑動軸承軸 瓦 ZQSn10-1 ， ZQAI9-4 ，蝸輪輪緣 ZQSn10-1 ， ZQAI9-4 ，螺釘 Q235 ， 20 ， 彈簧65Mn , 碳素彈簧鋼絲 ，彈簧墊圈 65Mn ，滾動軸承套圈 GCr15 ，滾動 軸承保

11、持架08F ，鍵 45 。 12. 帶傳動的失效形式為 打滑 和 疲勞破壞 。因此，其主要設計依據為 在保 證帶傳動不打滑的條件下，具有一定的疲勞強度和壽命 。 13. 軸按承載分為 心軸， 轉軸 和 傳動軸 。 14. 螺紋聯接按防松原理可分為 摩擦防松 ，機械防松和其它防松 。 15. 灰鑄鐵齒輪常用于 _ 開 式傳動中，這種齒輪的主要失效形式是 磨 損 _ 。 四、 問答題（有5小題，每題4分，共20分） 16什么是等強度設計？在設計中如何應用？ 答：一個機器的各零件或一個零件對于各種失效方式具有同樣的承載能力。 在設計中的應用有二：一是使各部分等強度，避免某些部分強度過大，浪費材料；二

12、 是故意設置薄弱環(huán)節(jié)，過載時失效，使其它部分在過載時不致于損壞而得到保護。 17.什么是機械零件的失效？ 答：機械零件由于某種原因不能正常工作，叫失效。 18 .滑動軸承計算中，計算 p, pv, v各考慮什么問題？ 答：p軸承磨損； pv- 發(fā)熱； v - 局部磨損。 19.齒輪傳動中的載荷系數 K=KAKvKa KB, KAKVK“KB各為什么系數，各考慮什么因素對齒 輪傳動的影響？ 答：齒輪傳動中的載荷系數 K=KKKa氐中，KA是使用系數，考慮外部因素引起附加動載 荷對齒輪傳動的影響；Kv是動載系數，考慮齒輪制造、安裝誤差等引起附加動載 荷對齒輪傳動的影響；Ka 是齒間載荷分配系數，考

13、慮多齒嚙合間分配載荷的不均 勻現象對齒輪傳動的影響； KB是齒向載荷分布系數， 考慮載荷沿接觸線分布不均 的現象對齒輪傳動的影響； 20 .什么叫機械零件的計算準則？常用的機械零件的計算準則有那些？ 答：機械零件的計算準則就是為防止機械零件的失效而制定的判定條件， 常 用的準則有強度準則、剛度準則、壽命準則、振動穩(wěn)定性準則、可靠性準則等？ 五、分析題（有 2 小題，每題 6 分,共 12 分） 21. 一鋼制液壓油缸，缸內油壓 P= 2.5MPa（靜載），油缸內徑 D = 125mm 缸蓋 由 6 個 M16 的螺釘聯接在缸體上.螺釘剛度 Cb與缸體缸蓋的剛度 Cm之比為 l/4 , 螺釘材料

14、的性能等級為 5.6 級，安全系數取 S= 1.5，M16 螺釘的小徑 d1=13.835mm. 若根據聯接的緊密性要求，要求殘余預緊力 Q1.5F.試分析預緊力 Q 應控制 在什么范圍內才能滿足此聯接的要求？ 解 1. 計算單個螺釘的工作拉力 F （2 分） 油缸蓋聯接所受的載荷 F , =pD74，每個螺釘的工作拉力 F= F,/6= px 2 2 D/4/6 = 2.5 二（125） /4/6 = 5113.27 N 2. 計算允許的螺釘最大總拉力 Q （2 分） 螺釘材料性能等級為 5.6 級， 企=300MPa 許用應力可=VS = 300/1.5 2 =200MPa 由強度條件 1

15、.3Q/( -：d /4) - 2 2 Q nd 切/4/1.3 = JTX13.835 X200/4/1.3 = 23127.83 N 3. 求預緊力 Qp的允許范圍(2 分) 1) 按螺釘強度條件求允許的最大預緊力 Q= Q 十 C (Cb +Cm ) F 1.5F 即 Q p 1.5F 十 0.8F = 2.3F = 11760.52 N 由以上計算結果可知，預緊力 Q 應控制為 11760.52 N S 所以軸承 1 “壓緊”，A= Fa+ 5=800+2720=3520 (2 分) 軸承 2 “放松” ，A= S2=2720 N(2 分) (2)計算軸承的當量動載荷 軸承 1 A/R

16、=3520/2000=1.76 e=0.68,則取 %=0.41, 丫i=0.87 即 T2= T1 x i x n 六、計算題(有 2 小題，每題 6 分, 共12 分 23. 一對 46210 角接觸球軸承 反安裝，如圖 1 所示。已知軸承 1 和軸承 2 的徑向載荷分別為 R=2000N,R=4000N,軸上作用的軸 向載荷 Fa=800N(指向軸承 2)，軸承 的派生軸向力 S 的計算式 S=0.68R, e=0.68，X=0.41, 丫=0.87。軸承載荷 1 2 b Fo IO |Qi | Ri R 圖 1 Pi=fF（XiR+Y1A） =1.2 X （0.41 X 2000+0.

17、87 X 3520）=3882.4 N （2 分） 軸承 2 A Ri=2720/4000=0.68 ID 10-12 12* 17 )7-21 a-x M - JB tilK SxWft A 2M2 3 H3 4x4 J M5 6 X 44-575-S3 Ki - 93 IV MVA A 14 k 4 IA K 10 IN M 11 2U* 12 25x 14 11M 16 32 X IS (3)蝸桿傳動的嚙合效率: 7125 仙十輕)tan(7125- f 10J204) =0,401 則: F 01 10 F=A 1000 1000P 1000 x75=75ON 所以 （2 3、（10

18、分）圖示為一剛性凸緣聯軸器，材料為 Q215 鋼，傳遞的最大轉矩為 1400 N.m（靜載荷）。已知軸的材料為 45 鋼，工作時有輕微沖擊。試根據圖示和表為 該聯軸器選擇平鍵，確定鍵的尺寸，并校核其強度（W100d 伽）。 解：由軸徑 55 查下表,選取鍵 b=16,h=10,鍵長 L=90 鍵的工作長度 匸 L-b=90-16=74mm 鍵與聯軸器的接觸長度 k=0.5h=0.5x10=5mm 2TXJ02x1400 xlO5 a. 由戶 冊 你=100跟 可見聯接擠壓強度不夠，考慮到相差較大，所以應采用雙鍵，相隔 180 布置， 雙鍵的工作長度 I=1.5x74=111mm=750N =2

19、x750=1500N 2TX101 = 2xl400 xl(f=917 ,. 5x111x55 1 /J 見的標記為：鍵 16x90 機械設計課程試題（三） 一、填空題（每空 1 分共 24 分） 1、 螺紋的公稱直徑是指螺紋的 大 徑，螺紋的升角是指螺紋 中 徑處 的升角。螺旋的自鎖條件為 _ 廠; 2、 三角形螺紋的牙型角a = 60 ,適用于 聯接 ，而梯形螺紋的牙型 角 a = 30 _ , 適用于傳動 。 3、 螺紋聯接防松，按其防松原理可分為 摩擦 防松、 機械 防松 和 永久 防松。 4、 選擇普通平鍵時，鍵的截面尺寸（b X h）是根據 軸徑 d 查標準來確定 的,普通平鍵的工

20、作面是 側面 。 5、 帶傳動的傳動比不宜過大，若傳動比過大將使 包角a 減小 _ , 從而使帶的有效拉力值減小。 &鏈傳動瞬時傳動比是 變量 ，其平均傳動比是 常數 。 7、 在變速齒輪傳動中，若大、小齒輪材料相同，但硬度不同，則兩齒輪工作中 產生的齒面接觸應力 相同 ，材料的許用接觸應力 不同 ，工作中產 =) 生的齒根彎曲應力 不同 ，材料的許用彎曲應力 不同 。 8、 直齒圓柱齒輪作接觸強度計算時取 節(jié)點 處的接觸應力為計算依據,其 載荷由一對輪齒承擔。 9、 對非液體摩擦滑動軸承，為防止軸承過度磨損，應校核 p ，為防止軸 承溫升過高產生膠合,應校核 pv 。 10、 撓性聯

21、抽器按是否具行彈性元件分為 無彈性元件 撓性聯軸器和有彈 性元件 撓性聯軸器兩大類。 二、單項選擇題（每選項 1 分,共 10 分） 1. 采用螺紋聯接時，若被聯接件之一厚度較大，且材料較軟，強度較低，需 要經常裝拆，則一般宜采用 B。 A 螺栓聯接； B 雙頭螺柱聯接； C 螺釘聯接。 2. 螺紋副在摩擦系數一定時,螺紋的牙型角越大,則 D 。 A. 當量摩擦系數越小，自鎖性能越好； B. 當量摩擦系數越小，自鎖性能越差； C. 當量摩擦系數越大，自鎖性能越差； D. 當量摩擦系數越大，自鎖性能越好； 3. 當鍵聯接強度不足時可采用雙鍵。使用兩個平鍵時要求鍵 D 布置。 A 在同一直線上；

22、B 相隔 900 ; C .相隔 1200； D 相隔 1800 4、普通平鍵聯接強度校核的內容主要是 A.校核鍵側面的擠壓強度；B.校核鍵的剪切強度；CAB 兩者均需校核；D.校 核磨損。 5、 選取 V 帶型號，主要取決于 D 。 A.帶的線速度 B .帶的緊邊拉力 C .帶的有效拉力 D .帶 傳遞的功率和小帶輪轉速 6、 為了限制鏈傳動的動載荷，在節(jié)距 p 和小鏈輪齒數 Zi 定時，.應該限 制 A 。 A.小鏈輪的轉速 ni; B.傳動的功率 P; C.傳遞的圓周力。 7、 圓柱齒輪傳動，當齒輪直徑不變，而減小模數時，可以 D _ 。 A.提高輪齒的彎曲強度； B.提高輪齒的接觸強度

23、； C.提高輪齒的靜強度； D .改善傳動的平穩(wěn)性。 8、 當轉速較低、同時受徑向載荷和軸向載荷，要求便于安裝時，宜選 用 B 。 A.深溝球軸承 B .圓錐滾子軸承 C .角接觸球軸承 9、 溫度升高時，潤滑油的粘度 C 。 A.隨之升高； B.保持不變；C.隨之降低； D.可能升高也可能降低。 10、 圓柱螺旋彈簧的彈簧絲直徑 d=6mm 旋繞比 C=5,則它的內徑 D 等 于 _ B _。 A、30mm, B、24mm, C、36mm, D、40mm 三、計算題（38 分）1、（15 分）圖 3-1 示螺栓聯接中,采用兩個 M20 的普通螺 栓，其許用拉應力（7 = I60N/mrr,聯

24、接件接合面間摩擦系數 f = 0.20 ,防滑系 數 K. = 1.2，計算該聯接件允許傳遞的靜載荷 F= ?（M20 的螺栓 di = 17.294mm）（10 分）解：螺栓預緊后，接合面所產生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷， 假 設各螺栓所需預緊力均為 F。 則由平衡條件 flzn 螺栓危險截面的強度條件為 :I 于是得（4 分） 4X1.3XK, Ka/j af z * i 5?2fC 圖 3-1KX 17. 294: X16OXO. 2X2x2 = 192?3 巧、 5. 2XL 2 (5 2、（13 分）如圖 3-2 所示某電梯傳動裝置中采用蝸桿傳動， 電機功率P=10kW轉 速m = 970r/min,蝸桿傳動參數 乙=2；Z2= 60;直徑系數 q = 8;總效率n 0.8, m= 8,右旋蝸桿，試計算：14 分） （1） 電梯上升時，標出