机械设计 课后题答案

机械设计试题
一、问答题（共40分，每题5分）
1．为什么螺纹联接常需要防松？防松的实质是什么？有哪几类防松措施？
2．在进行机械零件有限寿命的疲劳强度计算时，需将材料的疲劳曲线修正成零件的疲劳曲线。

问有几种修正方法？各有何优缺点？
3．非液体摩擦滑动轴承需进行哪些计算？各有何含义？
4．在V带传动设计中，为什么要限制带的根数？限制条件如何？
5．闭式蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？
6．机械零件的主要失效形式有哪些？
7．直齿圆柱齿轮轮齿弯曲疲劳强度计算时，其危险载面是如何确定的？
8．链传动产生运动不均匀性的原因是什么？
二、受力分析题（14分）
图1所示为二级蜗杆传动，已知蜗杆3号的螺旋线方向为右旋，蜗轮4的转向如图所示，轴I为输入轴，试求：
（1）轴I和轴Ⅱ的转向
（2）蜗轮、蜗杆的螺旋线方向（所有的）
（3）蜗轮2和蜗杆3所受各分力的方向。

（注：要求蜗轮2与蜗杆3的轴向力方向相反）
图1 图2
三、计算题（共46分）
1．已知一支架用一组螺栓与机座联接（图2），所受外载荷分解成一轴向工作载荷N
和
F16000
=
∑
一横向工作载荷R =5000N 。

已知螺栓的相对刚度为0:25，接合面摩擦系数为0.15。

选择螺栓的机械性能等级为8.8级，取安全系数S =1.5，可靠性系数k f =1.2。

试求螺栓直径的计算值。

（14分）
2．试画出机械零件的疲劳极限线图（特殊点标出坐标值），并据此推导出零件在非对称循环应力作用下（工作应力点M 在疲劳区）计算安全系数的表达式（r =常数）。

（16分）
3．如图3所示减速器一根轴用两个型号为30310的圆锥滚子轴承支承，作用于轴承的径向载荷R 1=8000N ，R 2=2000N ；齿轮上的轴向力F a1=2000N ，F a2=1000N ；工作转速n =350r/min 。

减速器在常温下工作，有中等冲出，试计算轴承的寿命L h （16分） （已知条件：Y R
S Y X e N C f f r p t 2,7.1,4.0,35.0,78400,5.1,1=======）
图3
机 械 设 计 试 题
一、填空题（40分）（请将答案直接填写在空格内）
1．螺旋传动中的螺母、滑动轴承的轴瓦、蜗杆传动中的蜗轮，多采用青铜材料，这主要是为了提高 能力。

2．蜗轮的材料通常是按 的大小来选择。

3．若螺纹的直径和螺纹副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的 和 。

4．普通平键联接的工作面是 ，主要失效形式是 。

其键的剖面尺寸b ×h 按 由标准中选定，而键长L 通常按 从标准中查取。

5．根据轴的承载情况，工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为 ；只传递转矩的轴称为 ；只承受弯矩的轴称为 。

6．在螺栓联接中，当螺栓轴线与被联接件表面不垂直时，螺栓中将产生 附加应力。

7．一般单向回转的转轴，考虑起动、停车及载荷不平稳的影响，其扭转剪应力的性质按 处理。

8．滚子链的最主要参数是链的 ，为提高链速的均匀性，应选用齿数为 的链轮。

9．压缩弹簧受载时，弹簧丝内的最大应力发生在 处，弹簧指数（亦称旋绕比）C=d
D 2愈小，此应力愈 。

10．在弹簧设计计算中，由强度条件确定弹簧的 ，由变形条件确定弹簧的 。

11．非液体摩擦滑动轴承工作能力的校验公式是 ， 和 。

12．形成流体动压润滑的必要条件是 ， ， 。

13．在普通V 带传动中，载荷平稳，包角α为180°，带长L d 为特定长度，强力层为化学纤维绳结构条件下求得的单根V 带所能传递的基本额定功率P 0主要与 ， 和 有关。

14．在设计V 带传动时，V 带的型号是根据 和 选取的。

15．转速与当量动载荷一定的球轴承，若额定动载荷增加一倍，其寿命为原来寿命的 倍。

（2分）
16．一变位蜗杆传动，已知：m ＝5mm ，z 2＝41，d 1＝50mm ，中心距a ＝125mm ，则该传动的变
位系数为。

（2分）
17．一对闭式直齿圆柱齿轮，m=3mm，z1=21，z2=63，α=20°，小齿轮用40Cr钢，表面淬火，HRC=55，[σH]1=1200MPa；大齿轮用45号钢，调质，HB=220~240，[σH]2=600MPa。

若齿轮传动工作时，齿面接触应力为σH=500MPa，则小齿轮的接触强度安全系数为大齿轮的倍。

（2分）18．蜗杆传动工作时，作用在蜗杆上的三个啮合分力通常最大。

19．阿基米德蜗杆和蜗轮在中间平面（亦称主平面）内相当于相啮合，因此，蜗杆的模数应与蜗轮的模数相等。

二、问答题（共20分，每题5分）
1．由双速电动机驱动V带传动，若电机输出功率不变，则V带传动应按哪种转速设计？为什么？
2．有一由V带传动、链传动和齿轮传动组成的减速传动装置，试合理确定其传动布置顺序，并说明其原因。

3．在软齿面闭式齿轮传动设计中，如何选择模数m（m n）及小齿轮齿数z1？为什么？
4．设计液体动压润滑滑动轴承时，为保证轴承正常工作应满足哪些条件？
三、计算题（30分）
1．有一钢制液压油缸，如图1所示。

缸内油压P=3MPa，
缸体内径D=160mm，螺栓分布圆直径D0=200mm，缸盖外径
D1=240mm.。

为保证气密性要求。

残余预紧力取为工作载荷的
1.6倍，螺栓间弧线距离不大于100mm。

已知螺栓的许用应力
为[σ]=180MPa。

试计算：（9分）
（1）最少的螺栓数目；
（2）单个螺栓承受的总拉力；
（3）螺栓小径。

图1 2．有一提升装置，如图2所示。

已知：卷筒由6个均布于D0=240mm圆周上的M12螺栓（d1=10.106mm）联接于蜗轮上，卷筒直径d=200mm，卷筒转速n=85r/min，接合面间摩擦系数ƒ=0.15，可靠性系数k S=1.2，螺栓材料的许用拉伸应力为[σ]=120MPa，起吊的最大载荷W max=6200N，蜗杆分度圆导程角方向为右旋，齿轮传动效率η1=0.95，蜗杆传动效率η2=0.42，轴承效率η3=0.98，卷筒效率η4=0.95。

齿轮的模数为3mm；齿数为z1=21，z2=84；中心距a=160mm。

（15分）
（1）试确定重物上升时电动机的转动方向。

（在图上用箭头表示）
（2）根据使I轴上的合力最小条件，确定齿轮1、2的轮齿螺旋线方向（在图上用细斜线表示）。

并求出螺旋角β的大小。

（3）试在图中标出重物上升时，蜗杆与蜗轮在点C处受的三对分力（F a、F r、F t）的方向。

（4）当重物匀速上升时，电机的输出功率P=？
（5）试校核滚筒与蜗轮联接螺栓的强度。

图2
3．有一轴由一对角接触球轴承支承，如图3所示。

（6分）
已知：齿轮的分度圆直径d=200mm，作用在齿轮上的载荷F t=1890N，F r=700N，F a=360N。

轴承的内部轴向力S与径向载荷的关系式为：S=0.4F r.。

求两轴承所承受的轴向载荷。

图3 图4
四、结构题（10分）
1．有一个箱体通过螺纹联接到基座上，试选择螺纹联接类型，并绘制出其结构（绘于图4中）（4分）
2．指出下面轴承部件结构图5中的错误，并说明错误原因。

（6分）
说明：（1）轴承部件采用两端固定式支承，轴承采用油脂润滑；
（2）同类错误按1处计；
（3）指出6处错误即可，在错误处引出编号；例如错误处——①，并在图下方做筒单说明，例如①——缺少油沟；
（4）若多于6处，且其中有错误答案时，按错误计算。

机械设计试题
一、是非判断题（共10分，每题1分）（你认为正确的，在括号内画“√”你认为错误的，在括号内画“×”号）
1．降低被联接件刚度，可以提高受变载荷螺栓的疲劳强度。

（）
2．链传动中，当一根链的链节数为偶数时需采用过渡链节。

（）
3．由于蜗轮和蜗杆之间的相对滑动较大，更容易产生胶合和磨粒磨损。

（）
4．在变位齿轮接触强度计算中，因基圆不变，传递的扭矩不变，因而可以用分度圆的圆周力来代替作用于节圆的圆周力，算出的d1也是分度圆直径。

（）
5．旧自行车的后链轮（小链轮）比前链轮（大链轮）容易脱链。

（）
6．当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性比粗牙螺纹的自锁性好。

（）7．带在工作时受变应力的作用，这是它可能出现疲劳破坏的根本原因。

（）
8．轴的强度计算中，安全系数校核就是疲劳强度校核，即计入应力集中、表面状态和尺寸影响以后的精确校核。

（）
9．牙嵌式联轴器允许径向位移。

（）
10．轮齿齿面的相对滑动所产生的摩擦力，对从动轮其摩擦力是背向节线的，因此塑性变形后出现凹痕。

（）
二、填空题（共12分）
1．链传动中，即使主动链轮的角速度ω1＝常数，也只有当时，从动链轮的角速度ω2和传动比i才能得到恒定值。

2．标准渐开线齿轮的齿形系数取决于。

3．蜗杆头数愈少，其升角愈，传动的啮合效率愈。

齿面滑动速度愈。

4. 滚动轴承轴向固定的典型结构形式有。

5．滑动轴承形成液体动压润滑油膜的条件是。

三、单项选择题（共10分，每题1分）
1．V带传动中，V带带轮的最小直径D1min取决于。

A．带的速度D．带的型号C．传动比 D. 带的根数2．校核Pυ值的目的是为了限制滑动轴承的。

A．点蚀破坏B．疲劳破坏 C. 温升 D.过度磨损3．只能承受轴向载荷的滚动轴承的类型代号为。

A．“7”型B．“2”型C．“6”型D．“5”型
4．金属弹性元件挠性联轴器中的弹性元件都具有的功能。

A．对中B．减磨C．缓冲和减振D．缓冲
5．一般开式齿轮传动的主要失效形式是。

A．齿面胶合B．疲劳点蚀C．齿面磨损D．轮齿折断
6．斜齿圆柱齿轮螺旋角β的一般取值范围为。

A．β＝2°～10° B.β＝8°～25° C. β＝15°～30° D. β＝20°～40°7．设计链传动时，为了降低动载荷，一般采用。

A．较多的链轮齿数z和较小的链节距p B．较少的z和较小的p
C．较多的z和较大的p D．较少的z和较大的p 8．V带传动中，带在小带轮上的包角 1一般不小于。

A．90°B．120°C．150°D．170°
9．根据轴的承载情况，的轴称为转轴。

A．既承受弯矩又承受转矩B．只承受弯矩不承受转矩
C．只承受转矩不承受弯矩D．承受较大轴向载荷
10．当键联接强度不足时可采用双键。

使用2个平键时要求键布置。

A．在同一直线上B．相隔90°C．相隔120°D．相隔180°
四、受力分析题（10分）
图l所示为一蜗杆蜗轮驱动的螺旋传动系统简图（a），高速级为蜗杆传动，蜗杆的转向，螺杆的移动方向如图所示。

试确定：
（1）蜗杆、蜗轮的螺旋线方向；
（2）画出蜗杆及蜗轮在啮合点所受诸分力的方向（按给定坐标在图（b）上画出）。

图1
五、计算题（共58分）
1. 如图2所示的夹紧联接柄承受载荷Q =600N ，螺栓个数z =2，联接柄长度L =300mm ，轴的直径d =60mm ，夹紧结合面摩擦系数ƒ=0.15，考虑摩擦传力的可靠性系数k f =1.2。

试确定联接螺栓的直径（螺栓材料为Q 235。

[σ]=0.6σs ，σs =240MPa ）（10分）
图2
2．一对外啮合闭式软齿面标准直齿圆柱齿轮传动。

已知其大小齿轮均为钢制，材料的弹性系数Z E =189.8MPa ，许用接触应力分别为[σ]HI =550MPa ，[σ]H2=500MPa ，中心距a =150mm ，齿宽分别为b 1=55mm ，b 2=50mm 传动比i =u =5，载荷系数K =1.4，不计重合度的影响。

试用接触应力基本公式H E H Z ][/σρωσ≤=（式中：ω为单位计算载荷，ρ为综合曲率半径）推算出该对齿轮所能传递的最大转矩T max =？（15分）
3．某齿轮轴由一对30212E 轴承支承，其径向载荷分别F r1=5200N ，F r2=3800N ，作用于轴上的轴
向外载荷F A =1200N ，方向如图3所示，取载荷系数ƒP =1.2。

试计算：
（1）两轴承的当量动负荷P 1=？，P 2=？
（2）当该对轴承的预期寿命为L h10=18000h 时，齿轮轴所允许的最大工作转速n max =？（15分）
附30212E 轴承的有关参数如下：
Cr =59250 N ，e =0.35，X =0.4，Y =1.7，()Y Fr S 2/=
图3
4. 某一径向滑动轴承，轴承宽径比B/d =1.0，轴颈和轴瓦的公称直径d =80mm ，轴承相对间隙ψ=0.0015，轴颈及轴瓦表面微观不平度的十点平均高度分别为R z 1=1.6μm ，R z 2=3.2μm 。

在径向工作载荷F ，轴颈速度υ的工作条件下，偏心率x =0.8，能形成液体动压润滑。

若其他条件不变，试求：
（1）当轴颈速度提高到υˊ=1.7υ时，轴承的最小油膜厚度为多少？
（2）当轴颈速度降低为υˊ=0.7υ时，该轴承能否达到液体动压润滑状态？（10分）
注： （a ）B
F C p ηυψ22
=； （b ）承载量系数C P 表（B/d =1）
X
0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 C p 1.253 1.528 1.929 2.469 3.372 4.808 7.772 17.18
5．指出图4中各结构设计的错误之处（在图上用箭头及序号标出错误之处，并说明错误原因）（8分）
图4。