(机械制造行业)机械设计试题与答案

机械设计试题（A卷）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、在下列各种联轴器中，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，同时受弯矩和扭矩的轴叫做转轴。

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，采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主要过程与内容〔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主要过程与内容：⑴将该螺栓组联接受力简化。

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和蜗轮的齿数Z 2应考虑哪些因素？答：蜗杆头数通常取为1、2、4、6。

当传动比大或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，或传递功率大时，为了提高传动效率，可采用多头蜗杆，但是蜗杆头数过多时，制造较高精度的蜗杆和蜗轮滚刀有困难。

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。

但对于动力传动，蜗轮齿数也不宜大于80。

因为当蜗轮直径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；而如果模数不变，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的主要因素有哪些？〔4分〕答：影响齿轮载荷分布系数K β的主要因素：齿轮的制造和安装误差；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为带传动滑动系数或滑动率，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 dpv dxh 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和残余预紧力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，有哪些具体措施？〔2分〕 〔要求：1〕、2）要有详细的计算步骤〕答: 1）计算螺栓所受的总拉力F 0和残余预紧力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，必须使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 ：采用刚性大的垫片。

〔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和松边拉力F 2。

各等于多少？（5分）答：（1）有效圆周力1000750PF V ==N 〔2分〕（2）121202F F FF F F -=+=Q∴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与原来方向相反（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2rF S Y =，Y=1.7，e=0.36，试计算轴承I 、II 的当量动载荷P 1和P 2。

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

轴承型号 arF e F >arF e F ≤基本额定动载荷C （N ）3206X Y X Y 248000.41.7 1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）判断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）11114840.490.36,0.4, 1.7970a r F e X Y F ==>=== （1分）22222850.340.36,1,0840a 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 >Q ，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/min10/3610 1.024*********.8601200 1.11210.8h L ⨯⎛⎫== ⎪⨯⨯⎝⎭h （1分）24000h hL L h '>=Q∴ 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：用方头键也可以，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，和上端留隙没画或画错扣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安轴承处轴径不应和密封轴段轴径相同；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－13．带传动中，弹性滑动【】A．在张紧力足够时可以避免B．在传递功率较小时可以避免C．在小带轮包角足够大时可以避免D．是不可避免4．齿轮传动中，通常开式传动的主要失效形式为【】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，应采用【】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，其主要目的是为了【】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. 52088．对于相对滑动速度较高（smVs/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. 90mmB. 40mmC. 19mmD. 8mm10．下列哪种螺纹主要用于联接？【】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。