哈工大机械设计期末试题试题附标准答案

哈工大 2006 年 秋 季学期
机械设计 试 题
题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 分数
班号 姓名
一 选择填空题 （每空一分共20分）
1在常用的螺纹连接中，自锁性能最好的螺纹是 普通螺纹 ，其牙型角60α=o 。

2普通平键连接工作时，平键的工作面是 侧面，平键的剖面尺寸b h ⨯按
轴径 从标准中查取。

平键连接主要失效形式是 压溃 。

3带传动中，若1υ为主动轮圆周速度，2υ为从动轮圆周速度，υ为带速，则这些速度之间存在的关系是 12υυυ>> 。

4 V 带传动中，V 带截面楔角40ϕ=o ，则V 带轮的轮槽角φ0应 < 40o 。

5在设计V 带传动时，V 带的型号可根据 计算功率 和 小带轮转速 查选型图确定。

6对于一对材料相同的钢制软齿面齿轮传动，为使大小齿轮接近等强度，常用的热处理方法是小齿轮 调质 ，大齿轮 正火 。

7根据轴的承载情况，自行车的前轴承受弯矩作用应称为 心 轴。

中间轴应称为 转 轴。

8代号为6206的滚动轴承，其类型是 深沟球轴承，内径d= 30 mm 。

9温度和压力是影响粘度的主要因素，若温度升高，则 粘度降低（或减少） ， 若压力升高，则 粘度增加（或变大）。

10 在下列联轴器中，能补偿两轴的相对位移以及可缓冲吸振的是 D 。

A 凸缘联轴器 B 齿式联轴器 C 万向联轴器 D 弹性柱销轴器
11在蜗杆传动中，规定蜗杆分度圆直径的目的是 减少蜗轮滚刀的数量，利于刀具标准化。

12普通平键连接工作时，平键的工作面是 侧面。

二 简答题(共5题，每题6分)
1 简述齿轮传动的失效形式和开式齿轮传动的设计准则
答：失效形式包括： 轮齿折断（1分）、齿面疲劳点蚀（1分）、齿面磨损（1分）、齿面胶合（1分）、轮齿塑性变形（1分）。

开式齿轮传动的设计准则：按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后考虑磨损的影响将模数适当加大。

（1分）
2 以框图形式说明转轴的设计过程。

3简述蜗杆传动的正确啮合条件。

答：中间平面上，蜗杆轴向模数与蜗轮端面模数相等，均为标准值（2分）；蜗杆轴面压力角与蜗轮端面压力角相等，且为标准值（2分）；蜗杆与蜗轮轮齿的螺旋线方向相同并且蜗杆分度圆柱上的导程角等与蜗轮分度圆柱上的螺旋角。

（2分）
转轴设计程序框图
2
2121βγααα=====t a t a m
m m
4 简述动载系数K v 和齿间载荷分配系数K α的含义并各举出两个主要影响因素。

答：动载系数K v 是考虑由于齿轮制造精度、运转速度等轮齿内部因素引起的附加动载荷影响系数。

（1.5分）
影响K v 的主要因素有由基节和齿形误差产生的传动误差、节线速度误差和轮齿啮合刚度等。

（每个因素0.5分，共1.5分）
齿间载荷分配系数K α是考虑同时啮合的各对轮齿载荷分配不均匀对轮齿应力的影响系数。

（1.5分）
影响K α的主要因素有轮齿制造误差，特别是基节偏差、轮齿的啮合刚度、重合度和跑合情况等。

（每个因素0.5分，共1.5分）
5写出一维的雷诺方程并根据该方程简述形成流体动压润滑的必要条件。

答：方程。

（3分）
(1)流体必须流经收敛间隙,而且间隙倾角越大则产生的油膜压力越大。

（1分） (2)流体必须有足够的速度。

（1分） (3)流体必须是粘性流体。

（1分）
三 分析计算题
1．如图a 、b 分别为二级标准斜齿圆柱齿轮减速器的两种布置形式。

已知齿轮2模数m n2=2.5mm ，z 2=57，β2=13°；齿轮3模数m n3=3mm ，z 3=19；齿轮4轮齿旋向为右旋。

若主动轴I 转向如图所示，试：
1）图a 、b 两种布置形式哪种布置合理？并分析为什么？（2分） 2）为使中间轴Ⅱ的受力合理，试确定齿轮2轮齿旋向。

（2分） 3）在你认为齿轮布置合理的图上，画出各齿轮受力方向。

（3分）
4）为使轴Ⅱ的外部轴向力为零，试计算出齿轮3的螺旋角β3的值？（7分） 5）若主动轴I 转向相反，轴Ⅱ的轴向力还是否为零？（1分） （本题合计15分）
3
6dp h h V dx h η-=⋅
图a
图b
1）图b布置形式合理（1分）。

理由：将齿轮布置在远离转矩输入端的位置，（1）可利用轴的弯曲和扭转变形的综合作用使齿轮的最大载荷降低；（2）也可使载荷分布不均状况得以改善（答对一个或两个理由都得1分）。

2）如本题答图a、b所示：a、b两图中齿轮2皆为左旋。

(2分，每画对1个得1分)
3）如本题答图b所示：（总计6对分力总计3分。

每画对1对分力得0.5分）
4）
齿轮2、3的圆周力分别为：
2
2
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
3
3
cos
2
cos
/
2
2
2
cos
2
cos
/
2
2
z
m
T
z
m
T
d
T
F
z
m
T
z
m
T
d
T
F
n
II
n
II
II
t
n
II
n
II
II
t
β
β
β
β
=
=
=
=
=
=
（1）（2分）
齿轮2、3的轴向力分别为：
2
2
2
3
3
3
tan
tan
β
β
t
a
t
a
F
F
F
F
=
=
（2分）
为使轴II的轴向力为零，应满足如下条件：
2
2
3
3
2
3
tan
tanβ
β
t
t
a
a
F
F
F
F=
⇒
=（2）（1分）
将（1）式代入（2）式中整理得：
)
sin
arcsin(
sin
sin
2
2
2
3
3
3
2
2
2
3
3
3
β
β
β
β
z
m
z
m
z
m
z
m
n
n
n
n=
⇒
=
（1分）
所以，。

5
4
9
5
16248
.5
)
13
sin
57
5.2
19
3
arcsin(
3
''
'
︒
=
︒
=
︒
⨯
⨯
=
β
（1分）6）即使轴I反转，轴II的轴向力仍为零。

（1分）
2（总15分）：如图所示，一级斜齿圆柱齿轮减速器传动装置的小齿轮为悬臂布置形式。

该齿轮的轴系采用一对角接触球轴承背对背安装的支撑形式。

已知：轴承径向载荷Fr1、Fr2方向如图所示，大小分别为：Fr1=5500N、Fr2=3000N，小齿轮轴向力A=1500N。

轴承内部轴向力按S=0.4Fr计算。

1）分别计算图该对轴承的轴向力Fa1、Fa2。

（8分）
2）若该对轴承的寿命为8000小时，现将载荷加大一倍，将转速减小一半，试计算后确定该对轴承能否满足载荷及转速改变后寿命至少2500小时的工作要求？（7分）
1）S1=0.4Fr1 = 0.4x5500 = 2200(N) ，方向向左；（1分）
S2=0.4Fr2 = 0.4x3000 = 1200(N) ，方向向右；（1分）
根据轴的转向及小齿轮旋向判断出：小齿轮轴向力A向左。

（3分）
S1+A = 2200+1500 = 3700 (N) > S2 = 1200 (N) （1分）
所以，Fa2 = S1+A = 3700 N （1分）
Fa1 = S1 = 2200 N (1分)
（以上步骤中公式正确、轴向力A方向判断正确，仅计算结果错误，只扣1分。

）
2）
分）
（小时小时分分1)
(2500)(20008/800028/2)
3()
260())2((10')3()60()(103636<=⨯====h P T h P T h L n P f C f L n P f C f L
结论：不满足。

（没有中间步骤和计算公式，只答不满足，“蒙对的”给1分）
四 结构题
1 下图分别用六角头M16的普通螺栓、六角头M16的铰制孔螺栓连接两块厚度为20mm 的钢板，采用弹簧垫圈，补画出其余结构线条，并注明那个是普通螺栓连接，那个是铰制孔螺栓连接（4分）。

答案：
普通螺栓连接（2分）铰制孔螺栓连接（2分）
2 (结构设计题)指出齿轮轴系结构图中的错误（指出并改正8处即可），说明错误原因，并在中心线上方画出正确结构（16分）。

已知：
1）齿轮是油润滑，轴承是脂润滑；
2）轴承为深沟球轴承。

答案：任意标出8处错误，并在上部改正这8处错误（每处2分）。

错误1：键槽的长度不能大于与其连接的联轴器轴毂的长度；
错误2：联轴器没有轴向定位；
错误3 ：没有密封；
错误4 ：密封处的轴径不能和轴承安装处的轴径相同；
错误5：轴承端盖作为轴承外圈的定位，其内圈直径不能小于轴承外环内径；
错误6：套筒作为轴承内圈的定位，其外径不能大于轴承内环外径；
错误7：螺栓连接处的画法不对，包括螺纹画法和光孔的画法；
错误8：没有画剖面线；
错误9：用套筒对齿轮进行轴向定位时，套筒不能同时与轴肩和齿轮接触；
错误10：两个键槽的位置应在同一直线上，确保两个键槽一次装夹加工出来；错误11：轴肩作为轴承内圈的定位，其直径不能大于轴承内环外径；
错误12：同错误5；
错误13：没有画剖面线；
错误14：轴的伸出长度不应超过联轴器，这样无法实现两个半联轴器的连接；错误15：联轴器没有实现轴向固定，可采用紧定螺钉或轴端挡圈固定；
错误16：齿轮是油润滑，轴承是脂润滑，因此应该有两个挡油环。