機(jī)械設(shè)計(jì)試題及答案[1]

1、注 意 行 為 規(guī) 范遵 守 考 場(chǎng) 紀(jì) 律管導(dǎo)核字 主領(lǐng)審簽一、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) 和同時(shí)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(cè)角3=15q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 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 ，設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)限制來(lái)進(jìn)行耐磨性計(jì)算；半圓鍵的缺點(diǎn)是，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$=40o,相應(yīng)的V帶輪輪槽的兩側(cè)

2、面夾角則。a.大于40o b.小于40o c.等于40a5傳動(dòng)帶所能傳遞的最大有效圓周力Fmax與、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(guò) 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(kāi)始的，其原因是 。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;軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)最主要的失效形式是 高速重載齒輪傳動(dòng)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(dòng)的傳動(dòng)中。7. 下列齒輪參數(shù)中，對(duì)齒形系數(shù)Yf沒(méi)有影響的是 。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(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/292-93

3、規(guī)定，型號(hào) 7212 C/DB軸承的類型為 ，寬度類型為，精度等級(jí)為 ，公稱接觸角 a= Q9. 對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)的滾動(dòng)軸承，其主要失效形式是 ;對(duì)于不轉(zhuǎn)動(dòng)、低速或擺動(dòng)的軸承，主要失效形式是 ; 對(duì)于高速軸承,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，主要發(fā)生在上。二、問(wèn)答題（24分,每小題4分）1. 齒向載荷分布系數(shù) Kb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(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。3. 按在支撐軸上零件傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力時(shí)受到的載荷類型的不同，軸分為那幾種類型？并分別舉例說(shuō)明。4. 給出滾動(dòng)軸承的當(dāng)量靜載荷P0的定義。5. 同滾動(dòng)軸

4、承相比，液體摩擦滑動(dòng)軸承有哪些特點(diǎn)？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？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“=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(wèn)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

5、向。（5分）2） 若蝸桿與蝸輪齒面間當(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n =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 n =圖札重物升降裝置傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖圖b蝸輪軸的軸承支撐簡(jiǎn)圖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n = 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、Co = 23800N,其內(nèi)部軸向力 S=O.4F，徑向載荷系數(shù)X和軸向

6、載荷系數(shù) Y分別為0.44和1.36，斤=1.0，fp=1.5，試計(jì)算軸承II的壽命Lh為多少小時(shí)？ （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(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)被連接件都不會(huì)被壓潰、 也不滑移，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=12.71X 106mm3） （ 7 分）F'要保證6956N，計(jì)算該螺栓所需預(yù)緊力F'、所受2）若受力最大螺栓處接合面間的殘余預(yù)緊力的總拉力Fo。（ 3分）/

7、=20030020kN圖G托架（圖中尺寸單位:mm）四、結(jié)構(gòu)題（20分）1 試說(shuō)明實(shí)現(xiàn)軸上零件軸向固定的五種方法，并分別畫(huà)出相應(yīng)于各種軸向固定方法的結(jié)構(gòu)圖；畫(huà)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(huà)出來(lái)）（12 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(lái)的兩種形式的部分結(jié)構(gòu)，請(qǐng)將未畫(huà) 出的其余部分補(bǔ)全，成為完整的結(jié)構(gòu)。（5分）圖d圖e3.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

8、比現(xiàn)有減速器更大的減速比，現(xiàn)在需要重新設(shè)計(jì)、更換該減速器的齒輪。已知重新設(shè)計(jì)得到的齒輪模數(shù)m=3.0mm,小齒輪齒頂圓直徑 dai=69mm,齒根圓直徑dfi=55.5mm，齒寬bi=60mm，如果采用該小齒輪，試根據(jù)上述數(shù)據(jù)進(jìn)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）注 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、 意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. 一公稱直徑為d=16mm的螺紋副，螺紋頭數(shù)n=2,螺距p=4mm,螺 為 紋中徑d2=D2=14mm,牙側(cè)角3=15q螺紋副材料

9、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(guò)限制工作面間的壓強(qiáng)來(lái)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。i尊4作為標(biāo)準(zhǔn)普通V帶工作面的兩側(cè)面夾角為 忙40o,相應(yīng)的V帶輪寸輪槽的兩側(cè)面夾角則b 。占a.大于40o b小于40o c.等于40o"5.傳動(dòng)帶所能傳遞的最大有效圓周力 Fmax與初拉力Fo、帶在小帶輪上的包角a、帶與帶輪間的摩擦系數(shù)f等因素有關(guān)，它們的值越大， 出Fmax就越大。當(dāng)傳遞的外載荷超過(guò) 最大有效圓周力下的承載能力時(shí)，帶在帶輪上發(fā)生

10、打滑現(xiàn)象；而且在傳動(dòng)比大于1的情況下，打管導(dǎo)核字 主領(lǐng)審簽滑總是先從小帶輪上開(kāi)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(méi)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)&按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/292-93規(guī)定，型號(hào)7212 C/DB軸承的類型為 角

11、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a=159. 對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)的滾動(dòng)軸承，其主要失效形式是 疲勞占蝕,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(wèn)答題（24分,每小題4分）1. 齒向載荷分布系數(shù)Kb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？Kb的物理意義一一考慮沿齒寬方向載荷分布不均勻?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

12、精度T2）軸、軸承及機(jī)體的剛度T3）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）采用軟齒面一一通過(guò)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，故需校核齒面膠合強(qiáng)度。（4）開(kāi)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101

13、5%）。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(shuō)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的軸一一傳動(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)矩的軸一一轉(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

14、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J3）滑動(dòng)軸承可以做成剖分式的 一能滿足特殊結(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

15、分，第一小題 佃分，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 zi=1、di=80mm， 蝸輪齒數(shù)22=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(wèn)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）若蝸桿與蝸輪齒面間當(dāng)量摩擦系數(shù) f ' = 0.1,該機(jī)構(gòu)能否自鎖？ （2 分）

16、3）若重物W=4kN，傳動(dòng)裝置總的傳動(dòng)效率為 n=05,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，圖涼重物升降裝置傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖IIL=100mm,蝸桿傳動(dòng)效率n = 07,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 n = 08,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、Co = 23800N,其內(nèi)部軸向 力S=04Fr,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=10, fp=15,試計(jì)算軸承II的壽命Lh為多少小時(shí)？ （ 10分）圖b.蝸

17、輪軸的軸承支撐簡(jiǎn)圖1）蝸桿轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)）（1 分）蝸輪轉(zhuǎn)速：40/（ ） =50.96r/mi n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(xiě)出公式得1分，結(jié)論正確得1分。tan uNm/dl 8/80=0.1tan Q = f =0.18tan Y < tan P；,y<p 結(jié)論：該機(jī)構(gòu)滿足自鎖性條件。3）寫(xiě)出公式得1.5分，結(jié)論正確得0.5分。W =4kNT卷筒二Tw 二W D /2 = 4000 250/2 二500000 NmmTw5"054Tm w2 104 Nmmd 0.5 504） 公式、步驟都正確得9分（其中：軸承壽命計(jì)算

18、公式占5分），計(jì)算結(jié)果正確 得1分。7=錯(cuò)字5"吶8x501 a蝸輪軸的受力簡(jiǎn)團(tuán)SO兀6常=瞎=- P/2=啞U0 x250 /2 = 500003 麗底碼=為=0.44643此2 x 殆 tancj =耳tans = 3.125 x tan20° xlO 3 = 1.13741 xlO 3 TT礙=J兀；+ 碼=V3.1252 -bl .13741 2 xlO5 =1 .059326 xlO3 = 3.32556 k1.03N軸承啲徑向支反加=nn =。碣4* ci"述頃=121635 xl0.K212 xLOO軸承M 的徑向支反力R =Fk-R! = (3 3

19、2556 - 1.21635 ) xlO 3 = 2 .10921 xW'N3 = 0.4S6L54 xlO3 N£Tf =U.4R” = xlO 3 = 0.S436S4 xlO3巧 + 眄=(P43殆4 -+0.44643) xlO3 =0.93297 xlO=0.843634 xL05N碼“ =/ + 碼=D .93297 xlO ' W碼=§ = 0.4S654 x103JT只需計(jì)尊軸劇的壽命即可oPfi = Ri + F碼” =(0.44 xO .S436S4 + 1.36 x 0.93297) xlO3 =1.64 xlO3N2. 圖c所示為一托

20、架，20kN的載何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03,螺栓組連接采用普通螺栓連接形式，假設(shè)被連接件都不會(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=127ixi06mm3） （7分）2） 若受力最大螺栓處接合面間的殘余預(yù)緊力要保證6956N，計(jì)算該 螺栓所需預(yù)緊力F '、所受的總拉力Fo。（3分）1）1 s1ji_V -i嚴(yán)L2圖U托架（圏中尺寸單也：mm）（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

21、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 fQ = 20000 =5000（N）Z 4傾覆力矩M使左側(cè)兩個(gè)螺栓工作拉力減??；使右側(cè)兩個(gè)螺栓工作拉力增加，其值為:F2Ml max6 106227.54 227.52=6593.41( N)顯然，軸線右側(cè)兩個(gè)螺栓所受軸向工作載荷最大，均為:F = F1 F2 = 11593.41（ N）（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：”弟側(cè)邊界=q>04F1220 x (600 - 20

22、0)8800022000AF1220x600 - 200)4 288000 22000Mpa'')M6xio6才、訴-220；«0（/-20氐 2 pa12 600”曲腹|邊界=5o° 1590476= °°%確。）°.F'（0 159 + 0 476）x22000= 0.635 x22000 = 13970（27）結(jié)論：為保證接合面不出現(xiàn)間隙，燥栓的預(yù)緊力円至少應(yīng)大于139702）若 F' =6956N,貝U: （3 分）Fr= F"+（l- = 6956 + 0.7X11593 ,41 = 15071.43（?/）Cq + CqFo = F + Frt= 11593,41+G955 = 1