机械设计试题与答案

机械设计试题与答案
一、填空题〔每空0.5分，24空计12分〕
1、从防松工作原理来看，弹簧垫圈属于摩擦防松；止动垫圈与园螺母配用属于机械防松措施。

2、平键的工作面为两侧面，工作时靠轴槽、键及毂槽的侧面受挤压来传递转矩。

3、在下列各类联轴器中，能补偿两轴间轴线偏移、但不能吸振缓冲的是c、d、e ；既能补偿两轴间轴线偏移、又能吸振缓冲的是f、g、h ；适用于转矩小、转速高、频繁正反转的是f、g ；可实现两轴轴线角位移最大的是c 。

（a、套筒联轴器；b、凸缘联轴器；c、万向联轴器；d、十字滑块联轴器；e、齿轮联轴器；f、弹性套柱销联轴器；g、尼龙柱销联轴器；h、轮胎联轴器。

）
4、设计圆柱螺旋弹簧时，其弹簧丝直径d按强度条件确定，其工作圈数n按刚度条件确定。

5、蜗杆传动时的螺旋线方向应与蜗轮螺旋线方向相同。

蜗杆的导程角应等于与蜗轮的螺旋角。

6、在传动比不变的条件下，V带传动的中心距增大，则小轮的包角增大，因而带传动的承载能力提高。

7、在工作中只受弯矩不受扭矩的轴叫做心轴，只受扭矩不受弯矩的轴叫做传动轴，同时受弯矩与扭矩的轴叫做转轴。

自行车前轮轴属于心轴。

8、非液体摩擦滑动轴承是工作在混合摩擦状态，验算Pv值为了限制轴承的工作温升不超过许用值。

二、问答题〔30分〕
1、有一卷筒支座，使用普通螺栓组联接在混凝土基座上，如图所示。

卷筒上作用一平行于螺栓组联接接合面、垂直向下的载荷Q。

请回答∶
1）简述该螺栓组联接的设计
要紧过程与内容〔要求：简明扼
要、不必写出计算公式〕；〔5分〕
2）该卷筒的支撑轴属于哪类轴？
〔2分〕
3）图中所示的两种卷筒支撑方
案，哪一个更合理？为什么？〔3
分〕
答1）该螺栓组联接的设计要紧
过程与内容：
⑴将该螺栓组联同意力简化。

简化成受横向载荷基本螺
栓组联接、受倾覆力矩基本螺栓组联接；如图所示〔0.5
＋0.5＝1分〕
⑵确定受力最大螺栓的工作载荷。

按受倾覆力矩
的基本螺栓组联接，计算受力最大螺栓所承受的工作载
荷；〔0.5＋0.5＝1分〕
⑶确定预紧力。

按受横向载荷的基本螺栓组联接，根据接合面不产生相对滑移确定每个螺栓所需的预紧力；〔0.5＋0.5＝1分〕
⑷检验接合面上的挤压应力。

上端边缘是否出现间隙、下端是否被压坏？ 〔0.5＋0.5＝1分〕
⑸确定螺栓直径。

按受轴向载荷的单个紧螺栓
联接进行强度计算，确定螺栓直径。

〔0.5＋0.5＝1分〕
2）心轴 〔2分〕
3）方案II 较方案I 合理。

〔1分〕
根据相应轴的弯矩图〔如图所示〕可知此结论。

〔2
分〕
2、简述选择蜗杆头数Z 1与蜗轮的齿数Z 2应考虑什么因素？
答：蜗杆头数通常取为1、2、4、6。

当传动比大或者要求自锁时可取头为1，但传递效率低，当传动比较小时，为了避免蜗轮轮齿发生根切，或者传递功率大时，为了提高传动效率，可使用多头蜗杆，但是蜗杆头数过多时，制造较高精度的蜗杆与蜗轮滚刀有困难。

蜗轮齿数选择。

蜗轮的齿数不应小于28，为了避免用蜗轮滚刀切制蜗轮时发生根切。

但关于动力传动，蜗轮齿数也不宜大于80。

由于当蜗轮直径d 2不变时，蜗轮齿数越大，模数就越小，将削弱蜗轮轮齿的弯曲强度；而假如模数不变，则蜗轮直径将要增大，传动结构尺寸变大，蜗杆轴的支承跨距加长，致使蜗杆的弯曲刚度降低，容易产生挠曲而影响正常的啮合。

3、齿轮传动设计中，影响齿向载荷分布系数K β的要紧因素有什么？〔4分〕
答：影响齿轮载荷分布系数K β的要紧因素：齿轮的制造与安装误差；齿轮相对轴承的布置；轴的弯曲变形与扭转变形；齿宽b 的大小选用不当；齿面硬度等。

4、什么是带传动的滑动率？滑动率如何计算？
答：由于弹性滑动引起带传动中从动轮圆周速度低于主动轮轮圆速度，其相对降低率通常称之带传动滑动系数或者滑动率，用ε表示。

〔2分〕 121211v v n i n v n ε--⋅==
其中：v 1为主动轮转速；v 2为从动轮转速。

〔2分〕
5、试写出一维雷诺方程，并说明形成液体动压润滑的必要条件。

答： 036h h dp v dx
h η-=⋅⋅ （2分） 流体具有粘性（0η≠）；有足够的速度（0v ≠）且流体从大口进小口出；具有收敛性楔形间隙（0h h ≠）。

（6分）
三、分析计算题〔38分〕
1、有一单个紧螺栓联接，已知预紧力F ＇＝7500N ，轴向工作载荷F ＝6000N ，螺栓刚度C b ＝200N/μm ，被联接件刚度C m ＝800N/μm ，要求：
1）计算螺栓所受的总拉力F 0与残余预紧力F ＇＇；〔4分〕
2）为使接合面不出现缝隙，轴向工作载荷最大值Fmax 是多少？〔2分〕
3）若要使F 0减小，又不增加螺栓个数，有什么具体措施？〔2分〕
〔要求：1〕、2）要有全面的计算步骤〕
答: 1）计算螺栓所受的总拉力F 0与残余预紧力F ＇＇
F 0＝F ＇＋C b ／（C b ＋C m ）F 〔2.5分〕
＝7500＋200／（200＋800）×6000
＝8700（N ） 〔0.5分〕
F ＇＇＝F 0－F ＝8700－6000＝2700（N ） 〔 1分〕
2）为使接合面不出现缝隙，务必使F ＇＇＞0，即：
F ＇＇＝F 0－F ＞0 〔1.5分〕
F ＜F 0＝8700（N ），即F max ＝8700N 〔0.5分〕
3）使F 0减小的具体措施：
⑴减小螺栓刚度C b ：增大螺栓长度、减小螺栓杆直径、作成
空心杆、在螺母下安装弹性元件等； 〔0.5＋0.5＝1分〕
⑵增大被联接件刚度C m ：使用刚性大的垫片。

〔0.5＋0.5
＝1分〕
2、已知V 带传动所传递的功率P=7.5kW ，带速v=10m/s ，现测得
张紧力F 0=1125N ，试求紧边拉力F 1与松边拉力F 2。

各等于多少？
（5分）
答：（1）有效圆周力1000750P F V =
=N 〔2分〕 （2）121202F F F F F F -=+=
∴F 1=1500N F 2=750N 〔3分〕
3、如图所示为某手动简单起重设备，按图示方向转动蜗杆，提升
重物G ，试求：
1）蜗杆与蜗轮轮齿的螺旋线方向；（2分）
2）在图上标出啮合点处各力的方向；（6分）
3）若蜗杆自锁，反转手柄使重物下降，求蜗轮上作用力方向的变化。

（2分）
答：（1）蜗杆及蜗轮的轮齿螺旋线均为右旋，如图。

〔2分〕
（2）啮合点所受各力F r1、F t1、F a1及F r2、F t2、F a2均示于图解中。

〔6
分〕
（3）反转手柄使重物下降时，蜗轮上所受的F r2不变，仍指向蜗轮轮
心；但F t2与原先方向相反（即向左）推动蜗轮逆时针转动；F a2与原
方向相反，变为指向纸面（即 表示F a2）〔2分〕
4、一对圆锥滚子3206轴承，安装形式如图。

已知轴承I 、II 所受径向
载荷为F r1=970N ，F r2=840N ，A 为作用于轴上的轴向力，A=237N ，载荷系数f p =1.1，温度系数f T =1.0，轴承内部轴
向力S 的计算式为2r F S Y =，Y=1.7，e=0.36，试计算轴承I 、II 的当量动载荷P 1与P 2。

假如已知轴的转速n=1200r/min 轴承的预期寿命为24000h L h '=，问该轴承能否满足要求？（12分）
所需参数如下表。

轴承型号
a r F e F > a r F e F ≤ 基本额定动载荷C （N ） 3206
X Y X Y 24800 0.4 1.7 1 0 答：
1）11/2970/2 1.7285r S F Y ==⨯=N （0.5分）
22/2840/2 1.7247r S F Y ==⨯=N(0.5分）
2）推断S 2+A=247+237=484>S 1=285 （1分）
3）F a1=A+S 2=484N （1分）
F a2=S 2=247N （1分）
4）1111
4840.490.36,0.4, 1.7970a r F e X Y F ==>=== （1分） 2222
2850.340.36,1,0840a r F e X Y F ==<=== （1分） 5）
111110.49970 1.74841210.8r a P X F Y F =+=⨯+⨯=N （1分）
2221970970r P X F ==⨯=N （1分） 6）12P P >，取P=P 1=1210.8N 计算轴承寿命L h （1分）
61060T h P f C L n f P ε⎛⎫= ⎪⎝⎭ （1分）
10/3, 1.0, 1.1,1200T p f f n ε====r/min
10/3610 1.024*********.8601200 1.11210.8h L ⨯⎛⎫== ⎪⨯⨯⎝⎭h （1分）
24000h h L L h '>= ∴ 该轴承满足要求。

（1分）
四、结构题（15分）
1、在下面两个视图上，画出平键联接结构图。

（5分）
答：用方头键也能够，但右边b 图结构要对。

诸如：
1）（a ）图键不打剖面线，（b ）图键
过短，扣0.5~1.0分。

2）如（b ）图没剖键，键露过长扣1
分。

3）侧面工作，与上端留隙没画或者画错扣2~3分。

2、指出下列结构的错误（在有错处画×，简要说明原因，并在另一侧画出其正确结构图。

（找出5处可即可，同类错误算一处，多找只算前5个答案，其余不计分）（10
分）
本题的典型错误：
①套筒过高，不便拆轴承；②齿轮不能准确固定；
③安轴承处轴径不应与密封轴段轴径相同；④透盖
应密封；⑤联轴器轴段轴径应比密封轴径小些（或
者联轴器不能定位）；⑥安联轴器轴段应比联轴器孔短；⑦分箱面不应画剖面线；⑧轴承凸台应突出，以便加工；
⑨端盖应凹下去，以便减小加工面。

一、选择题：本题共10个小题，每小题2分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

把所选项前的字母填在题后的括号内。

1．齿轮传动中，轮齿的齿面疲劳点蚀，通常首先发生在【】
A．齿顶部分 B. 靠近节线的齿顶部分
C．齿根部分 D. 靠近节线的齿根部分
2．塑性材料制成的零件进行静强度计算时，其极限应力为【】
A．σB B. σs C. σ0 D. σ－1
3．带传动中，弹性滑动【】
A．在张紧力足够时能够避免
B．在传递功率较小时能够避免
C．在小带轮包角足够大时能够避免
D．是不可避免
4．齿轮传动中，通常开式传动的要紧失效形式为【】
A．轮齿折断 B. 齿面点蚀
C．齿面磨损 D. 齿面胶合
5．在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，应使用【】
A．大直径系数的蜗杆 B. 单头蜗杆
C．多头蜗杆 D. 较多的蜗轮齿数
6．设计V带传动时，选择小带轮基准直径d1≥d min，其要紧目的是为了【】A．使传动的包角不致于过小
B．使带的弯曲应力不致于过大
C．增大带轮间的摩擦力
D．便于带轮的制造
7．在下列四种型号的滚动轴承中，只能承受轴向载荷的是【】A．6208 B. N2208 C. 3208 D. 5208
8．关于相对滑动速度较高（
s
m
V
s
/
6
）的重要蜗杆传动，蜗轮材料应选用【】
A.铸锡青铜
B.铸铝铁青铜
C.铸铁
D.碳钢
9．代号为1318的滚动轴承，内径尺寸d为【】
A. 90mm
B. 40mm
C. 19mm
D. 8mm
10．下列哪种螺纹要紧用于联接？【】
A. 矩形螺纹
B. 梯形螺纹
C. 锯齿形螺纹
D. 三角形螺纹
二、填空题：本大题共10个小题，每空1分，共20分。

把答案填在题中横线上。

1．软齿面齿轮是指轮齿的齿面硬度HBS ；在通常情况下，闭式软齿面齿轮传动的要紧失效形式是。

2．我国的标准分为、、地方标准与企业标准四级。

按照标准实施的强制程度，标准又分为强制性与推荐性两种。

3．按照螺旋线的旋向，螺纹分为与。

4．键是标准件，要紧分为、、楔键与切向键等。

5．开式齿轮传动的要紧失效形式是磨损，固通常只进行计算。

6．开始齿轮传动通常使用人工定期加油润滑的方式；闭式齿轮传动通常使用或者的方式。

7．传递动力用的链条，按结构的不一致要紧有与两种。

8．滚动轴承通常是由、、与保持架构成。

9．按照承受载荷的方向或者公称接触角的不一致，滚动轴承可分为与。

10．弹簧的种类很多，从外形看，有、、碟形弹簧、平面涡卷弹簧与板弹簧等。

三、简答题：本大题共6个小题，每题5分，共30分。

把答案填在题中横线上。

1．简述轮齿的失效形式要紧有哪五种？
2．简述带传动中，打滑、弹性滑动的含义。

3．试说明滚动轴承代号6308的含义。

4．简述联轴器的分类及各自的特点。

5．常用的螺纹紧固件有什么？
6．简述链传动的要紧优点。

四、计算题：本大题只有一个小题，满分14分
下图所示被联接件用两个普通紧螺栓联接，已知被联接件所承受的横向外载F=15000N，接合面之间的摩擦系数f=0.2，可靠性系数Ks=1.2，螺栓许用拉应力[σ]=160MPa。

试求所需螺栓的最小直径d1。

五、结构改错题：本大题只有一个小题，满分12分
标准答案纸
一、选择题：
1－5：DDDCC 6-10：BBAAD
二、填空题：
1．≤350，点蚀
2．国家标准，行业标准
3．左旋螺纹，右旋螺纹
4．平键，半圆键
5．弯曲强度
6．浸油润滑，喷油润滑
7．滚子链，齿形链
8．外圈，内圈，滚动体
9．向心轴承，推力轴承
10．螺旋弹簧，环形弹簧
三、简答题：
1．轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形 (1)
2．若带所需传递的圆周力超过带与轮面间的极限摩擦力总与时，带与带轮将发生显著的相对滑动，这种现象称之打滑。

…………2分
这种由于材料的弹性变形而产生的滑动称之弹性滑动。

…………2分
打滑应当避免，弹性滑动不可避免。

…………1分
3．6─深沟球轴承…………1分
3─中系列…………1分
08─内径d=40mm…………1分
公差等级为0级…………1分
游隙组为0组…………1分
4．联轴器分为刚性联轴器与弹性联轴器。

…………1分
刚性联轴器又分为固定式与可移式。

…………1分
固定式刚性联轴器不能补偿两轴的相对位移。

…………1分
可移式刚性联轴器能补偿两轴的相对位移。

…………1分
弹性联轴器包含弹性元件，能补偿两轴的相对位移，并具有汲取振动与缓与冲击的能力。

…………1分5．常用的螺纹紧固件品种很多，包含螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母、垫圈等。

6．与带传动相比，链传动没有弹性滑动与打滑，能保持准确的传动比；…………1分
需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，结构紧凑；…………1分
能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作；…………1分
安装精度要求较低；…………1分
中心矩较大时其传动结构简单。

…………1分
五、结构改错题：共八处错误。