機械設計歷年試題與答案解析

..哈工大2004秋季學期機械設計試題答案一、選擇填空題〔每空1分,共25分〕1、按照摩擦界面的潤滑狀態(tài),可將摩擦分為干摩擦、邊界摩擦、液體摩擦和混合摩擦。2、已知某三線螺紋中徑為9.5mm,螺距為1mm,則螺紋的導程為3mm。3、螺紋連接防松的實質就是防止螺紋副的相對轉動。按照防松方法的工作原理可將其分為三類,分別是摩擦防松、機械防松、和永久防松。4、受軸向工作載荷的緊螺栓連接中,螺栓受到的總拉力F0與預緊力F′、殘余預緊力F〞和工作拉力F之間的關系為b。a、；b、；c、。5、導向平鍵的工作面是鍵的兩側面,導向平鍵連接的主要失效形式是工作面的磨損。6、V帶傳動中帶工作中最大應力產生在緊邊進入小帶輪處,其值為。7、齒輪傳動中選取齒寬系數時,一般采用硬齒面齒輪時齒寬系數b采用軟齒面齒輪時齒寬系數,齒輪相對于軸承對稱布置時的齒寬系數a齒輪懸臂布置時的齒寬系數。a、大于；b、小于；c、等于。8、一減速齒輪傳動,主動輪1用45號鋼調質,從動輪用45號鋼正火,則它們齒面接觸應力的關系是b,齒根彎曲應力的關系是a。a、>；b、=；c、<。9、按國家標準GB/292-1993規(guī)定,代號為32208的滾動軸承類型為圓錐滾子軸承,其內徑為40mm,其精度為P0級。10、下列各種聯軸器中,屬于彈性聯軸器的是d；屬于可移式剛性聯軸器的是a；屬于固定式剛性聯軸器的是b和c。a.萬向聯軸器；b.凸緣聯軸器；c套筒聯軸器；d彈性柱銷聯軸器。11、聯軸器和離合器都是用來實現軸與軸之間的連接,傳遞運動和動力。但聯軸器與離合器的主要區(qū)別在于聯軸器需要在停車后才能實現軸與軸的結合或分離,而離合器可使工作中的軸隨時實現結合或分離。二、問答題〔每題6分、計30分〕分別說明普通螺紋、梯形螺紋的特點和應用場合。答：普通螺紋自鎖性能好,強度高〔2分,主要用于連接〔1分。梯形螺紋效率比矩形螺紋略低,但牙根強度較高,易于對中,磨損后可以補償〔2分；在螺旋傳動中應用最普遍?！?分分別說明硬齒面閉式齒輪傳動和閉式蝸桿傳動的主要失效形式與設計準則。答：硬齒面閉式齒輪傳動的主要失效形式是齒根彎曲疲勞折斷<1分>；其設計準則是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<2分>。閉式蝸桿傳動的主要失效形式是齒面膠合、點蝕和磨損〔1分；其設計準則是按齒面接觸疲勞強度條件計算蝸桿傳動的承載能力,在選擇許用應力時適當考慮膠合和磨損的影響,同時應進行熱平衡計算〔2分。3、什么是摩擦型帶傳動中的彈性滑動現象？可否避免？它對帶傳動有何影響？答：由帶的彈性變形而引起帶與帶輪之間的相對滑動現象稱為彈性滑動<2分>。彈性滑動是帶傳動中不可避免的現象〔2分。它會引起以下后果：①從動輪的圓周速度總是落后于主動輪的圓周速度,并隨載荷變化而變化,導致此傳動的傳動比不準確。②損失一部分能量,降低了傳動效率,會使帶的溫度升高,并引起傳動帶磨損。〔2分4、齒輪傳動中的載荷系數K為四個系數的乘積,K=KAKVKβKα,分別說明KV和Kβ的名稱及引入該系數是為了考慮哪些方面的影響。答：動載系數〔1分Kυ考慮由于齒輪制造精度、運轉速度等輪齒內部因素引起的附加動載荷影響系數〔2分齒向載荷分布系數〔1分Kβ考慮沿齒寬方向載荷分布不均勻對輪齒應力的影響系數〔2分5、寫出一維流體動壓基本方程〔雷諾方程并利用該方程說明形成流體動壓潤滑的必要條件。答：一維流體動壓基本方程：〔3分形成流體動壓力的必要條件是：①流體必須流經收斂形間隙,入口處h>h0,dp/dx>0,壓力逐漸增大,出口處h<h0,dp/dx<0,壓力逐漸減??；〔1分②流體必須有足夠的速度,V≠0；〔1分③流體必須是粘性流體,η≠0?！?分三、分析計算題〔共25分1、在圖示電動絞車系統中,件1和2均為斜齒圓柱齒輪,件3為蝸桿,件4為蝸輪。已知蝸輪蝸桿均為右旋,并且設計時Ⅱ軸上的齒輪2與蝸桿3的軸向力能夠相互抵消一部分,試回答下列問題<共16分>：①齒輪1的輪齒螺旋線方向是旋?！?分②在圖中用箭頭表示出重物上升時齒輪1和齒輪2的轉動方向以及齒輪2在節(jié)點A所受的軸向力的方向?！?分③重物上升時,在節(jié)點B處畫出蝸桿3所受的軸向力、圓周力和徑向力的方向,在節(jié)點B處畫出蝸輪4所受的圓周力的方向?！?分④若起重量W=50000N,蝸桿頭數z3=2,蝸桿分度圓直徑d3=100mm,蝸輪齒數z4=60,模數m=5,卷筒直徑D=300mm,傳動效率η=0.75。試求節(jié)點B處Fa3和Fa4的大小。〔6分齒輪1齒輪1齒輪2ⅠⅡ·電動機××A·蝸桿3蝸輪4WBFt4Fa3Fa2n1n2Fr3×Ft3答：①左旋〔2分。②齒輪1、齒輪2的轉動方向的方向如圖所示<2分>,的方向如圖所示<2分>。③各分力方向如圖所示?！?分④<3分><3分>2、如圖所示,某軸由一對7209AC軸承支承,軸承采用面對面安裝形式。已知兩軸承徑向載荷分別為Fr1=3000N,Fr2=4000N,軸上作用有軸向外載荷A=1800N。載荷平穩(wěn),在室溫下工作,轉速n=1000r/min。該軸承額定動載荷C=29800N,內部軸向力S=0.4Fr,e=0.68,當量動載荷系數如下表所示。試計算此對軸承的使用壽命。〔9分Fa/Fr>eFa/Fr≤eXYXY0.410.8710答：內部軸向力方向如圖所示〔2分,S1=0.4Fr1=1200N<0.5分>S2=0.4Fr2=1600N<0.5分>因為A+S1>S2故Fa1=S1=1200N<1分>Fa2=S1+A=3000N<1分>比較兩軸承受力,只需校核軸承2。Fa2/Fr2=0.75>e<1分>P=XFr2+YFa2=0.41*4000+0.87*3000=4250N<1分>h<2分>四、結構題〔20分如下圖所示,軸承部件采用左端固定右端游動支承結構,指出圖中錯誤并在不改變軸承類型前提下畫出正確結構。直接畫在中心線下方,軸承可采用簡化畫法?！?分答：軸可向右側竄動〔2分。改正錯誤〔4分,其它結構達到相同目的也可。圖連接面受轉矩作用,利用四個螺栓完成連接,重新布置螺栓組使其受力更為合理,并在右邊畫出鉸制孔用螺栓連接結構示意圖。〔6分評分標準：螺栓位置〔2分鉸制孔用螺栓連接〔4分3、完成圖中軸系部件結構。〔8分評分標準：鍵連接結構〔3分齒輪軸向定位固定〔2分軸承考慮拆卸的固定〔左右各1.5分哈工大2006年秋季學期機械設計試題一選擇填空題〔每空一分共20分1在常用的螺紋連接中,自鎖性能最好的螺紋是,其牙型角α=。2普通平鍵連接工作時,平鍵的工作面是,平鍵的剖面尺寸按從標準中查取。普通平鍵連接的主要失效形式。3帶傳動中,若為主動輪圓周速度,為從動輪圓周速度,為帶速,則這些速度之間存在的關系是。4V帶傳動中,V帶截面楔角,則V帶輪的輪槽角φ0應。5在設計V帶傳動時,V帶的型號可根據和查選型圖確定。6對于一對材料相同的鋼制軟齒面齒輪傳動,為使大小齒輪接近等強度,常用的熱處理方法是小齒輪,大齒輪。7根據軸的承載情況,自行車的前軸應稱為軸。中間軸應稱為軸。8代號為6206的滾動軸承,其類型是,內徑d=mm9溫度和壓力是影響粘度的主要因素,若溫度升高,則,若壓力升高,則。10在下列聯軸器中,能補償兩軸的相對位移并可緩沖吸振的是。A凸緣聯軸器B齒式聯軸器C萬向聯軸器D彈性柱銷軸器11在蝸桿傳動中,對每一模數規(guī)定了一個或幾個蝸桿分度圓直徑的目的是。12普通平鍵連接工作時,平鍵的工作面是。二簡答題<共5題,每題6分>1簡述齒輪傳動的失效形式和開式齒輪傳動的設計準則2以框圖形式說明轉軸的設計過程。3簡述蝸桿傳動的正確嚙合條件。4簡述動載系數Kv和齒間載荷分配系數Kα的含義并各舉出兩個主要影響因素。5寫出一維的雷諾方程并根據該方程簡述形成流體動壓潤滑的必要條件。三分析計算題1．如圖a、b分別為二級標準斜齒圓柱齒輪減速器的兩種布置形式。已知齒輪2模數mn2=2.5mm,z2=57,β2=13°；齒輪3模數mn3=3mm,z3=19；齒輪4輪齒旋向為右旋。若主動軸I轉向如圖所示,試：圖a、b兩種布置形式哪種布置合理？并分析為什么？〔2分為使中間軸Ⅱ的受力合理,試確定齒輪2輪齒旋向?！?分在你認為齒輪布置合理的圖上,畫出各齒輪受力方向?！?分為使軸Ⅱ的外部軸向力為零,試計算出齒輪3的螺旋角β3的值？〔7分若主動軸I轉向相反,軸Ⅱ的外部軸向力還是否為零？〔1分〔本題合計15分圖a圖b2〔總15分：如圖所示,一級斜齒圓柱齒輪減速器的小齒輪為懸臂布置形式。該齒輪的軸系采用一對角接觸球軸承背對背安裝的支撐形式。已知：軸承徑向載荷Fr1、Fr2方向如圖所示,大小分別為：Fr1=5500N、Fr2=3000N,小齒輪軸向力A=1500N。軸承內部軸向力按S=0.4Fr計算。1分別計算該對軸承的軸向力Fa1、Fa2?！?分2若該對軸承的基本額定壽命為8000小時,現將載荷加大一倍,將轉速減小一半,試計算后確定該對軸承能否滿足載荷及轉速改變后基本額定壽命至少2500小時的工作要求？〔7分四結構題1下圖分別用六角頭M16的普通螺栓、六角頭M16的鉸制孔螺栓連接兩塊厚度為20mm的鋼板,采用彈簧墊圈,補畫出其余結構線條,并注明那個是普通螺栓連接,那個是鉸制孔螺栓連接〔4分。2指出齒輪軸系結構圖中的錯誤〔指出并改正8處即可,說明錯誤原因,并在中心線上方畫出正確結構〔16分。已知：1齒輪是油潤滑,軸承是脂潤滑；2軸承為深溝球軸承。哈工大2007年秋季學期機械設計試題填空題,〔每空1分,共26分1、設計連軸器時,先根據工作條件和要求選擇合適的類型,然后按軸的直徑、轉速和計算轉矩從標準中選擇所需要的型號和尺寸。2、非液體摩擦滑動軸承處于混合摩擦狀態(tài),在非液體摩擦徑向滑動軸承的設計計算時,驗算pv值的目的主要是為了限制軸承溫度〔或摩擦功耗,維持邊界膜不被破壞。3、螺紋公稱直徑是螺紋大徑,強度計算時應用的螺紋直徑參數是螺紋小徑。4、在帶傳動的失效形式中,打滑是由于過載引起的。5、齒輪傳動的失效形式有齒面磨損、輪齒折斷、齒面膠合、<齒面點蝕和輪齒塑性變形。6、齒輪傳動的載荷系數主要由使用系數,動載系數,齒向載荷分布系數和齒間載荷分配系數組成。其中主要與齒輪相對于軸承安裝位置有關的系數是<齒向載荷分布系數。7、一對相互嚙合圓柱齒輪,兩齒輪的齒面接觸應力關系是σH1＝σH2,許用接觸應力的關系[σH1]≠[σH2],兩齒輪的齒根彎曲應力σF1≠σF2?！蔡?、≠8、螺紋連接中,按其工作原理不同,螺紋防松方法有摩擦防松、_機械防松和永久性防松等。9、代號為7309C/P4的滾動軸承,其類型名稱為角接觸球軸承,內徑為45mm,接觸角為15°,精度等級是P4。10、平鍵連接的主要失效形式是工作面的壓潰和鍵的剪斷簡答題〔共24分1.帶傳動過程中,帶受到的應力分為幾種？寫出名稱。以如圖所示的減速傳動為例,畫出帶傳動時,帶中的應力變化圖,并指出最大應力的位置,寫出最大應力表達式。畫圖時適當照顧比例?！?分答：帶傳動受3種應力,分別是緊邊和松邊的拉應力和,彎曲應力,離心應力〔3分。最大應力發(fā)生在緊邊,帶剛繞上小帶輪的入口處〔1分。最大應力表達式,〔1分。閉式蝸桿傳動為什么要進行熱平衡計算？提高散熱能力的常用措施主要有哪些？〔6分答：因為蝸桿傳動效率低,發(fā)熱大,在閉式蝸桿傳動中,如果產生的熱量不能及時散逸,就會使油溫升高,潤滑油粘度下降,潤滑條件惡化,導致齒面磨損加劇,甚至發(fā)生膠合,所以,需要進行熱平衡計算?！驳?分。常用的提高散熱能力的措施主要有1合理地設計箱體的結構,鑄出或焊上散熱片,以增大散熱面積；2在蝸桿上安裝風扇,進形人工通風,以提高散熱系數；3在箱體油池中裝設蛇形冷卻水管,直接降低油溫；4采用壓力噴油循環(huán)潤滑?！驳?分。什么是軸承的基本額定動負荷？基本額定動負荷的方向是如何規(guī)定的？〔6分答：軸承的基本額定動負荷：滾動軸承標準中規(guī)定,軸承工作溫度在100℃以下,基本額定壽命L＝1×106r時,軸承所能承受的最大載荷成為軸承的基本額定動負荷.〔3分軸承的基本額定動負荷的方向,對于向心軸承為徑向載荷〔1分,對于推力軸承為中心軸向載荷〔1分,對于角接觸向心軸承為載荷的徑向分量〔1分。簡述閉式齒輪傳動的設計準則?！?分答：1對于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<2分>,然后校核齒根彎曲疲勞強度<1分>。2對于硬齒面閉式齒輪傳動,通常先按齒根彎曲疲勞強度進行設計<2分>,然后校核齒面接觸疲勞強度<1分>。三、分析計算題〔共34分有一電動絞車,采用如圖2所示的傳動方案,齒輪1和2為閉式直齒圓柱齒輪傳動,蝸桿3和蝸輪4為開式傳動。已知齒輪1、齒輪2和蝸桿3的材料均為40Cr鋼,且它們均為表面淬火處理,表面硬度為45~55HRC,蝸輪材料為鑄造錫磷青銅。采用4個聯軸器將6根軸連接,把運動和動力傳遞到卷筒,實現提升重力W的目的。解答下列各問題。圖21、試分析I、II和VI軸各受什么載荷作用,注明各軸的類別〔不計各軸的自重。分析III軸A-A截面和B-B截面上各作用有哪幾種應力？這些應力的變化性質如何？〔卷筒軸雙向轉動受力?！?0分答：I軸只受扭矩,是傳動軸〔2分；II和VI軸不僅受轉矩,還受彎矩,是轉軸〔2分；III軸A-A截面上只作用彎曲應力,彎曲應力為對稱循環(huán)變應力〔2分；B-B截面上不僅作用彎曲應力,還作用有扭剪應力,其中彎曲應力為對稱循環(huán)的變應力,扭剪應力為對稱循環(huán)的變應力〔4分。2、受力分析問題?！补?分1蝸桿輪齒的螺旋線方向如圖2所示,試確定蝸輪輪齒的螺旋線方向,并標在圖上。在圖中標出使重力W上升時電機的轉向,并畫出蝸輪輪齒在嚙合點D處各分力Fr,Fa,Ft的方向。可在兩個視圖上分別用箭頭表示?！?分答：蝸輪為右旋?！?分電機轉向為如圖向上。〔1分如圖所示：3個力各1分,共3分,〔2如果采用如圖3所示傳動方案,當重力W上升時,為了使II軸受力合理,怎樣設計齒輪1和齒輪2的輪齒螺旋線方向？并在圖中嚙合點C處標出齒輪2的軸向力的方向?！?分答：齒輪1為左旋?！?分；齒輪2應為右旋?！?分；軸向力方向向左。〔1分3、若凸緣聯軸器的兩個半聯軸器凸緣間用6個M16的普通螺栓連接,已知預緊力F′=800N,結合面間的摩擦系數f=0.15,可靠性系數Kf=1.2,卷筒直徑為D=250mm,螺栓中心所在圓周的直徑為D0=300mm。按此預緊力大小,計算該螺栓組連接所能允許提起的最大重力Wmax。〔7分答：對于只承受預緊力的緊螺栓連接,依靠預緊力在結合面間產生的摩擦力對形心的力矩之和來平衡外力矩,預緊力滿足〔2分〔1分〔2分〔1分該螺栓組所能允許提起的最大重力為720N〔1分4、若軸采用一對7000型軸承固定方式,如圖4所示。已知軸承1、2的徑向支反力為Fr1＝4000N,Fr2＝5000N。軸上兩零件所受的軸向力A1=900N,A2=400N〔方向如圖所示。軸承上的內部軸向力S與徑向載荷Fr之間的關系式為S=0.4Fr。試計算軸承1、2所受的軸向載荷Fa1、Fa2?！?分答：1>求軸承1和2的內部軸向力大小和方向S1=0.4Fr1=0.4X4000=1600N方向如圖〔計算正確0.5分,方向正確0.5分S2=0.4Fr2=0.4X5000=2000N方向如圖〔計算正確0.5分,方向正確0.5分AA1A22>判斷壓緊和放松的軸承,即軸的運動方向。S1+A1=1600+900=2500N>S2＋A2＝2000＋400＝2400N,軸有向右運動趨勢,軸承1放松,軸承2壓緊。〔3分3>求軸向力Fa1=S1=1600N〔2分Fa2=S1+A1－A2=2100N〔2分結構題〔共16分1、圖5軸承部件,采用兩端固定支承結構形式,軸承采用潤滑脂潤滑。指出圖中設計的結構錯誤,并對錯誤的原因作簡要說明,并在圖中下半部分畫出正確結構圖。〔12分注：標出8處即可,同類性質的錯誤按一處記分。圖5箱體上與軸承端蓋接觸面應有凸臺,減少加工面積；應有調整墊片；缺少擋油板；軸承端面和軸承座端面不應重合；與輪轂配合段軸頸長度應比輪轂長小1～2mm；端蓋和軸之間不應接觸,要有間隙；應加密封圈；應同一軸上的鍵連接應在同一母線上；軸承的定位套筒和軸肩外徑不應高過軸承內圈,應為軸承留拆卸空間；密封處軸徑應比軸承內徑下,減小安裝軸承的距離。每指出一處錯誤,并說明得0.5分,總共不超過4分；把指出的錯誤畫正確每處得1分,總共不超過8分。2、如圖6所示凸緣聯軸器結構,采用鉸制孔螺栓連接,請畫出螺栓連接兩個半聯軸器的結構圖?！猜菟ǖ墓Q直徑為M12?！?分圖6哈工大2009秋季學期考試試題答案機械設計試題〔A卷一、填空題〔每空1分,計25分〕1、一減速齒輪傳動,主動輪1用45號鋼調質,從動輪用45號鋼正火,則它們齒面接觸應力的關系是b。a、；b、；c、。2、帶傳動中緊邊拉力為,松邊拉力為,則其傳遞的有效圓周力為c。a、；b、；c、；d、。3、對于硬齒面閉式齒輪傳動,其齒面接觸承載能力較高,故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。4、蝸桿的c模數為標準模數,蝸輪的b壓力角為標準壓力角。a、法面；b、端面；c、軸面。5、帶在帶輪上即將打滑而尚未打滑的臨界狀態(tài)時,與的關系可用著名的歐拉公式表示為。6、在蝸桿傳動中,當需要自鎖時,應使當量摩擦角b蝸桿導程角。a、小于；b、大于；c、等于。7、計算蝸桿傳動的傳動比時,公式c是錯誤的。a、；b、；c、；d、。8、蝸桿傳動的失效通常是發(fā)生在蝸輪輪齒上。9、設計圓柱螺旋彈簧時,其彈簧直徑d按強度條件確定,其工作圈數n按剛度條件確定。10、彈簧指數C＝D2/d,C值越大,剛度越小。11、楔鍵聯接靠摩擦力傳遞轉矩,用于對中性要求不高的聯接。12、按國家標準GB/292-93規(guī)定,代號為7210C的滾動軸承類型為角接觸球軸承軸承,其內徑為50mm,寬度系列為窄、系列,直徑系列為輕系列,C代表公稱接觸角15o,其精度為P0級。13、下列各種聯軸器中,能減緩振動和沖擊的是f；可實現兩軸線角位移最大的是c；常用于兩軸線對中性不好、低速情況下的是d和e。a套筒聯軸器；b.凸緣聯軸器；c.萬向聯軸器；d.十字滑塊聯軸器；e.齒輪聯軸器；f.彈性柱銷聯軸器。二、問答題〔每題5分、計30分〕1、試分析影響帶傳動所能傳遞最大有效圓周力Fmax的主要因素?！?分與初拉力、包角和摩擦系數有關?！?’大、大、大,則產生的摩擦力大,傳遞的最大有效圓周力也大?！?’2、試說明齒形系數與齒輪的哪些參數有關,對齒根彎曲應力有何影響？〔5分齒形系數反映了輪齒幾何形狀對齒根彎曲應力的影響,凡是影響齒廓形狀的參數如齒數、變位系數和分度圓壓力角都影響。<3’>如果齒數增大、變位系數和分度圓壓力角增大,均可以使齒根增厚,齒形系數減小,減小。<2’>3、為提高輪齒的抗折斷能力,可采取哪些措施？〔5分可適當增大齒根圓角半徑以減小應力集中；〔1’合理提高齒輪的制造精度和安裝精度；<1’>正確選擇材料和熱處理方式；<2’>以及對齒根部位進行噴丸、輾壓等強化處理。<1’>4、螺紋聯接防松的實質是什么？按工作原理分,防松的方法有哪幾類？答：防松的實質是防止螺紋副間的相對轉動?！?分防松的方法有摩擦防松、機械防松、永久防松?！?分5、什么是滾動軸承的基本額定動負荷？其方向是如何確定的？〔5分答：軸承工作溫度在100oC以下,基本額定壽命L=1x1r時,軸承所能承受的最大載荷,稱為基本額定動負荷。<2分>對于向心軸承,其方向為徑向載荷；〔1分對于推力軸承,其方向為軸向載荷；〔1分對于角接觸軸承,其方向為載荷的徑向分量?！?分6、簡述非液體摩擦徑向滑動軸承校核計算的主要內容？〔5分答：〔1驗算壓強：滑動軸承壓強p≤許用壓強[p]；〔2分驗算pv值：pv≤[pv];〔2分驗算軸徑圓周速度v：v≤[v]。〔1分三、分析計算題1、如圖示,卷筒與齒輪用普通螺栓聯接在一起〔螺栓個數Z=8,軸不旋轉,卷筒與齒輪在軸上旋轉,已知卷筒所受旋轉力矩T=107Nmm,螺栓分布直徑D0=500mm,卷筒與齒輪接合面間摩擦系數f=0.12,可靠性系數Kf=1.2,螺栓材料的屈服極限σS=300Mpa,安全系數S=3。試設計該螺栓組的螺栓直徑?！?0分普通螺紋基本尺寸表〔第一系列公稱直徑d中徑d2小徑d1螺距p2422.05120.75233027.72726.2113.53633.40231.67044239.07737.1294.54844.72542.5875解：設螺栓受預緊力①計算螺栓所需預緊力F’〔2分〔2分②計算許用應力〔2分③確定螺栓直徑d1〔2分④選擇螺栓查表選取M36〔d1=31.670mm>28.768mm〔2分2、如圖所示,a>、b>分別為斜齒圓柱齒輪的懸臂布置和對稱布置的支承形式。圖1>、2>分別為一對角接觸球軸承背對背、面對面安裝支承形式。請合理選擇斜齒輪不同布置形式下,一對角接觸球軸承的支承形式,你認為正確的,在"□"中打"√"：圖a>所示懸臂布置宜采用：√圖1>；圖2>〔1分圖b>所示對稱布置宜采用：圖1>；√圖2>?！?分根據1中的選擇結果計算圖a所示情況下,軸承的軸向力Fa1、Fa2。已知：軸承徑向載荷Fr1、Fr2、齒輪的軸向力A方向如圖所示,大小分別為：Fr1=4000N、Fr2=2000N,A=2000N。軸承內部軸向力S=0.4Fr?！?分解：S1=0.4Fr1=0.4x4000=1600<N>,方向向左；〔1分S2=0.4Fr2=0.4x2000=800<N>,方向向右；〔1分S2+A=800+2000=2800<N>>S1=1600<N>〔1分所以,Fa1=S2+A=2800N〔1分Fa2=S2=800N若該對軸承的壽命為5000小時,現將當量動載荷加大一倍,將轉速減小一半,試計算后確定該對軸承能否滿足載荷及轉速改變后壽命至少1000小時的工作要求？〔4分標準答案：結論：此軸承能夠滿足壽命至少1000小時要求。3、在圖示傳動系統中,件1和2均為斜齒圓柱齒輪,件3為蝸桿,件4為蝸輪。已知齒輪1輪齒螺旋線方向為左旋,其轉向如圖所示,試回答下列問題：1齒輪2的輪齒螺旋線方向是旋。〔1分2在圖中畫出齒輪1、齒輪2在節(jié)點A所受的軸向力和的方向?！?分3為使在Ⅱ軸上的齒輪2與蝸桿3的軸向力相互抵消一部分,蝸桿3的螺旋線方向應該是旋,并在圖中畫出蝸桿的旋向；在節(jié)點B處畫出蝸桿3所受的軸向力、圓周力和徑向力的方向,在節(jié)點B處畫出蝸輪4所受的圓周力和徑向力的方向,在圖中畫出蝸輪4的轉動方向?！?分答：1右旋?！?’2齒輪1、齒輪2在節(jié)點A所受的軸向力和的方向如圖所示。<2’>3>右旋；〔1’畫出螺旋線方向<1’>蝸桿3所受的三個分力、和的方向如圖所示；<3’>蝸輪4所受的圓周力和徑向力的方向如圖所示；〔2’蝸輪4的轉動方向如圖所示。<1’>4、一對標準斜齒圓柱齒輪傳動如圖所示,已知：輸入軸轉速,輸入功率kW,齒輪齒數,=62,法向模數mm,分度圓螺旋角,分度圓柱上的法面壓力角,試計算：〔1輸入軸I上的轉矩；〔2大斜齒圓柱齒輪上三個分力的大小?！脖绢}4分解：輸入軸上的轉矩N.m<1’>kN<1’>kW<1’>kN<1’>四、結構題〔10分如圖所示,已知圓錐滾子軸承安裝在零件1的軸承座孔內。由于結構限制,設計時不能改變零件1的尺寸。試問：采用何種方法以便于軸承外圈拆卸？并在右側圖上畫出零件1的結構?！?分答：可在零件1圓周方向上等分圓周位置加2至3個螺紋孔,用螺釘頂軸承外圈拆卸。如右圖所示?！泊鸪龇椒?.5分、畫出結構1.5分2、寫出實現軸上零件軸向固定的四種方法,并畫出相應的結構圖?！?分標準答案：〔評分標準：每種方法各2分：文字說明0.5分,畫出結構圖1.5分20XX機械設計考試題一、填空題<共11分>1、如果一個零件的應力循環(huán)特性,,則此時,,。<1分>2、普通螺紋的公稱直徑指的是螺紋的_______徑,計算螺紋危險截面時使用的是螺紋的________徑。<1分>3、普通平鍵聯接的工作面是,主要失效形式是,其鍵的剖面尺寸按由標準中選定,而鍵長通常按從標準中查取。<2分>4、帶工作時截面上產生的應力有、、,最大應力值為。<2分>5、在設計V帶傳動中時,V帶的型號是根據和選取的。<1分>6、在鏈傳動中,鏈輪的轉速,節(jié)距,則傳動的動載荷越大。<1分>7、安裝于某軸單支點上的代號為6208的一對滾動軸承,其內徑___________mm,軸承名稱為____________。<1分>8、安裝滾動軸承時,其內圈與軸徑一般是采用____________配合關系,以保證兩者之間沒有相對的轉動。<1分>9、在軸的結構設計中,軸的最小直徑dmin是按__________初步確定的。<1分>二、選擇題<共20分,每小題2分>1、機械零件由于某些原因不能時稱為失效。A.工作B.連續(xù)工作C.正常工作D.負載工作2、繪制零件簡化的極限應力圖時,所必需的已知數據是。A.、、、B.、、、B.、、、D.、、、3、帶傳動中,主動輪圓周速度v1從動輪v2圓周速度帶速v,它們之間的關系為。A.v1=v2=vB.v1>v>v2C.v1<v<v2D.v>v1>v24、帶張緊的目的是。A、減輕帶的彈性滑動B、提高帶的壽命C、改變帶的運動方向D、使帶具有一定的初拉力5、與齒輪傳動相比,鏈傳動的主要特點這一是。A.適合于高速B.制造成本高C.安裝精度要求較低D.有過載保護6、一齒輪傳動,主動輪1用45號鋼調質,從動輪2用45號鋼正火,則它們的齒面接觸應力。A.B.C.D.無法判斷7、在蝸桿傳動中,蝸桿材料和蝸輪材料的組合,應該選取。A.鋼蝸桿與青銅蝸輪B.青銅蝸桿與鋼蝸輪C.青銅蝸桿與青銅蝸輪D.鋼蝸桿與鋼蝸輪8、設計斜齒圓柱齒輪傳動時,螺旋角β一般在80～200范圍內選取,β太小斜齒輪傳動的優(yōu)點不明顯,太大則會引起。A.大的切向力B.大的軸向力C.小的切向力D.小的軸向力9、在不完全液體潤滑滑動軸承設計中,除了限制軸承p值外,還要對軸承pv值進行驗算,其主要目的是。A.限制軸承過渡磨損B.限制軸承的溫升C.保證軸承的強度D.限制軸承的質量10、在進行滾動軸承組合設計時,對支承跨距很長,工作溫度變化很大的軸,為適應軸有較大的伸縮變形,應考慮。A.將一端軸承設計成游動的B.采用內部間隙可調整的軸承C.采用內部間隙不可調整的軸承D.軸頸與軸承內圈采用很松的配合三、簡答題<共25分,每小題5分>1、螺紋聯接主要有哪幾種基本類型？試簡述其特點及使用場合?！膊灰螽媹D<5分>2、帶傳動中的彈性滑動與打滑有何區(qū)別？對傳動有何影響？什么叫打滑？如何避免打滑？3、為什么點蝕主要發(fā)生在節(jié)線附近齒根面上？<5分>4、對標準直齒圓柱齒輪傳動,問：〔1計算大、小齒輪彎曲強度時所用公式是否相同？〔2計算大、小齒輪彎曲強度時那些參數取值不同？〔3兩輪彎曲強度大小通過那些參數比較就能看出來？可得到什么結論？<5分>注：5、形成液體動力潤滑的必要條件是什么？四、分析題<共20分,第1題12分,第2題8分>1、如圖1所示機械傳動系統,已知I軸轉向,試分析：〔在圖上畫出或寫出〔1為使=2\*ROMANII軸所受的軸向力最小,確定兩斜齒圓柱齒輪螺旋線的方向；〔2確定蝸輪旋轉方向和螺旋線方向；〔3畫出=2\*ROMANII軸上斜齒圓柱齒輪受力的三個分力的方向；〔4畫出=2\*ROMANII軸上錐齒輪受力的三個分力的方向。圖12、圖2所示為三級減速裝置傳動方案簡圖,要求總傳動比i=50,這樣布置是否合理？為什么？試畫出合理的傳動方案簡圖〔不采用蝸桿傳動電機單級圓柱齒輪電機減速器F運輸帶滾筒鏈傳動V帶傳動圖2五、計算題<14分>某傳動裝置,根據工作條件決定采用一對角接觸球軸承<如圖3>,暫定軸承型號為7307AC。已知:軸承荷載,,,轉速,取載荷系數,預期壽命。試問:所選軸承型號是否合適?備用公式：對于球軸承圖3型號數據C〔N派生軸向力〔NXYXY7307AC334000.410.87100.68六、結構設計<10分>圖6中所示軸系結構有錯誤和不合理的地方,請指出并說明原因。要求：請在圖示中的結構錯誤處引出線并標上序號,如1、2、3、……圖6哈工大20XX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、和同時存在的現象,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n=2,螺距p=4mm,螺紋中徑d2=D2=14mm,牙側角β=15o,螺紋副材料的當量摩擦系數f′=0.08~0.10,經計算該螺紋副自鎖性要求。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φ=40o,相應的V帶輪輪槽的兩側面夾角則。a.大于40ob.小于40oc.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,Fmax就越大。當傳遞的外載荷超過時,帶在帶輪上發(fā)生打滑現象；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.下列齒輪參數中,對齒形系數YF沒有影響的是。a.齒數b.變位系數c.齒頂高系數d.壓力角e.模數8.按國家標準GB/292-93規(guī)定,型號7212C/DB軸承的類型為,寬度類型為,精度等級為,公稱接觸角α=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Kβ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,已知蝸桿傳動的模數m=8mm,蝸桿頭數及分度圓直徑分別為z1=1、d1=80mm,蝸輪齒數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?！?分2若蝸桿與蝸輪齒面間當量摩擦系數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η=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7209C支撐形式,L=100mm,蝸桿傳動效率η1=0.7,卷筒、聯軸器<連接蝸輪軸與卷筒軸>、蝸輪軸上軸承的效率合計為η2=0.8,軸承7209C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X和軸向載荷系數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．試說明實現軸上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軸向固定與周向固定的結構圖〔要求齒輪也要畫出來?！?2分2．圖d和圖e為凸緣聯軸器的兩個半聯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?！?分3.現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。為得到比現有減速器更大的減速比,現在需要重新設計、更換該減速器的齒輪。已知重新設計得到的齒輪模數m=3.0mm,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,試根據上述數據進行分析：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,就會出現流體摩擦、邊界摩擦和干摩擦同時存在的現象,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n=2,螺距p=4mm,螺紋中徑d2=D2=14mm,牙側角β=15o,螺紋副材料的當量摩擦系數f′=0.08~0.10,經計算該螺紋副a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φ=40o,相應的V帶輪輪槽的兩側面夾角則b。a.大于40ob.小于40oc.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α1、帶與帶輪間的摩擦系數f等因素有關,它們的值越大,Fmax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.下列齒輪參數中,對齒形系數YF沒有影響的是e。a.齒數b.變位系數c.齒頂高系數d.壓力角e.模數8.按國家標準GB/292-93規(guī)定,型號7212C/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α=15o。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Kβ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？Kβ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。<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適當增大〔加大10~15%。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?！?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1~2點2分,答出3~4點分3分,答出5~6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