机械设计期末考试题A卷答案

1、一减速齿轮传动，主动轮1用45号钢调质，从动轮用45号钢正火，则它们齿面接触应力的关系是 b 。

a 、2H 1H σσ>；b 、2H 1H σσ=；c 、2H 1H σσ<。

3、对于硬齿面闭式齿轮传动，其齿面接触承载能力较高，故通常先按 齿根弯曲疲劳 强度进行设计，然后校核 齿面接触疲劳 强度。

4、蜗杆的 c 模数为标准模数，蜗轮的 b 压力角为标准压力角。

a 、法面；b 、端面；c 、轴面。

5、带在带轮上即将打滑而尚未打滑的临界状态时，1F 与2F 的关系可用著名的欧拉公式表示为 121αf eF F = 。

6、在蜗杆传动中，当需要自锁时，应使当量摩擦角 b 蜗杆导程角。

a 、小于；b 、大于；c 、等于。

7、计算蜗杆传动的传动比时，公式 c 是错误的。

a 、21/ωω=i ；b 、21/n n i =；c 、12/d d i =；d 、12/z z i =。

8、蜗杆传动的失效通常是发生在 蜗轮轮齿 上。

9、设计圆柱螺旋弹簧时，其弹簧直径d 按 强度 条件确定，其工作圈数n 按 刚度 条件确定。

10、弹簧指数C ＝ D 2/d ，C 值越大，刚度越 小 。

11、楔键联接靠 摩擦力 传递转矩，用于对中性要求不高的联接。

12、按国家标准GB/292-93规定，代号为7210C 的滚动轴承类型为 角接触球轴承 轴承，其内径为 50 mm ，宽度系列为 窄、系列，直径系列为 轻 系列，C 代表 公称接触角15º，其精度为 P0 级。

13、下列各种联轴器中，能减缓振动和冲击的是 f ；可实现两轴线角位移最大的是 c ；常用于两轴线对中性不好、低速情况下的是 d 和 e 。

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. 弹性柱销联轴器。

二、问答题〔每题5分、计30分〕1、试分析影响带传动所能传递最大有效圆周力F max 的主要因素。

（5分）110max11112ααf f ee F F +-= m ax F 与初拉力0F 、包角1α和摩擦系数f 有关。

（3’）0F 大、1α大、f 大，则产生的摩擦力大，传递的最大有效圆周力也大。

（2’）2、试说明齿形系数F Y 与齿轮的哪些参数有关，F Y 对齿根弯曲应力F σ有何影响？（5分）齿形系数F Y 反映了轮齿几何形状对齿根弯曲应力F σ的影响，凡是影响齿廓形状的参数如齿数z 、变位系数x 和分度圆压力角α都影响F Y 。

(3’)如果齿数z 增大、变位系数x 和分度圆压力角α增大，均可以使齿根增厚，齿形系数FY 减小，F σ减小。

(2’)3、为提高轮齿的抗折断能力，可采取哪些措施？（5分）可适当增大齿根圆角半径以减小应力集中；（1’） 合理提高齿轮的制造精度和安装精度；(1’) 正确选择材料和热处理方式；(2’)以及对齿根部位进行喷丸、輾压等强化处理。

(1’)4、螺纹联接防松的实质是什么？按工作原理分，防松的方法有哪几类？ 答：防松的实质是防止螺纹副间的相对转动。

（2分） 防松的方法有摩擦防松、机械防松、永久防松。

（3分）5、什么是滚动轴承的基本额定动负荷？其方向是如何确定的？（5分）答：轴承工作温度在100ºC 以下，基本额定寿命L=1x10 6r 时，轴承所能承受的最大载荷，称为基本额定动负荷。

(2分)对于向心轴承，其方向为径向载荷；（1分） 对于推力轴承，其方向为轴向载荷；（1分） 对于角接触轴承，其方向为载荷的径向分量。

（1分）6、简述非液体摩擦径向滑动轴承校核计算的主要内容？（5分） 答：（1）验算压强：滑动轴承压强p ≤许用压强[p]；（2分） 验算pv 值：pv ≤[pv]; （2分） 验算轴径圆周速度v ：v ≤[v]。

（1分） 三、分析计算题1、如图示，卷筒与齿轮用普通螺栓联接在一起（螺栓个数Z =8），轴不旋转，卷筒与齿轮在轴上旋转，已知卷筒所受旋转力矩T =107Nmm ，螺栓分布直径D 0=500mm ，卷筒与齿轮接合面间摩擦系数f =0.12，可靠性系数K f =1.2，螺栓材料的屈服极限σS =300Mpa ，安全系数S =3。

试设计该螺栓组的螺栓直径。

（10分）普通螺纹基本尺寸表（第一系列）解：设螺栓受预紧力F ' ①计算螺栓所需预紧力F ’'02f D ZfF K T ⋅=（2分） 7'022 1.2105000080.12500f K TF N ZfD ⨯⨯===⨯⨯（2分）②计算许用应力[]3001003sMPa Sσσ===（2分） ③确定螺栓直径d 1[]'14 1.34 1.35000028.768100F d mm πσπ⨯⨯⨯≥==⨯（2分）④选择螺栓查表选取M36（d 1=31.670mm >28.768mm ）（2分）2、如图所示，a)、b)分别为斜齿圆柱齿轮的悬臂布置和对称布置的支承形式。

图1)、2) 分别为一对角接触球轴承背对背、面对面安装支承形式。

1） 请合理选择斜齿轮不同布置形式下，一对角接触球轴承的支承形式，你认为正确的，在“□”中打“√”：图a)所示悬臂布置宜采用： √图1)； 图2) （1分） 图b)所示对称布置宜采用： 图1)；√图2)。

（1分）2） 根据1）中的选择结果计算图a ）所示情况下，轴承的轴向力Fa1、Fa2。

已知：轴承径向载荷Fr1、Fr2、齿轮的轴向力A 方向如图所示，大小分别为：Fr1=4000N 、Fr2=2000N ，A=2000N 。

轴承内部轴向力S=0.4Fr 。

（4分） 解：S1=0.4Fr1 = 0.4x4000 = 1600(N) ，方向向左； （1分）S2=0.4Fr2 = 0.4x2000 = 800(N) ，方向向右； （1分） S2+A = 800+2000 = 2800 (N) > S1 = 1600 (N) （1分） 所以，Fa1 = S2+A = 2800 N （1分） Fa2 = S2 = 800 N3） 若该对轴承的寿命为5000小时，现将当量动载荷加大一倍，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1000小时的工作要求？（4分） 标准答案：结论：此轴承能够满足寿命至少1000小时要求。

3、在图示传动系统中，件1和2均为斜齿圆柱齿轮，件3为蜗杆，件4为蜗轮。

已知齿轮1轮齿螺旋线方向为左旋，其转向如图所示，试回答下列问题： 1）齿轮2的轮齿螺旋线方向是旋。

（1分）2）在图中画出齿轮1、齿轮2在节点A 所受的轴向力1a F 和2a F 的方向。

（2分）3）为使在Ⅱ轴上的齿轮2与蜗杆3的轴向力相互抵消一部分，蜗杆3的螺旋线方向应该是 旋，并在图中画出蜗杆的旋向；在节点B 处画出蜗杆3所受的轴向力3a F 、圆周力3t F 和径向力3r F 的方向，在节点B 处画出蜗轮4所受的圆周力4t F 和径向力4r F 的方向，在图中画分）（小时小时分分1)(1000)(12508/500028/2)1()260())2((10')2()60()(103636>=⨯====h P T h P T h L n P f C f L n P f C f L出蜗轮4的转动方向。

（8分） 答：1）右旋。

（1’）2）齿轮1、齿轮2在节点A 所受的轴向力1a F 和2a F 的方向如图所示。

(2’) 3) 右旋；（1’） 画出螺旋线方向(1’)蜗杆3所受的三个分力3a F 、3t F 和3r F 的方向如图所示；(3’) 蜗轮4所受的圆周力4t F 和径向力4r F 的方向如图所示；（2’） 蜗轮4的转动方向如图所示。

(1’)4、一对标准斜齿圆柱齿轮传动如图所示，已知：输入轴转速m in /9601r n =，输入功率3=P kW ，齿轮齿数211=z ，2z =62，法向模数5.2=n m mm ，分度圆螺旋角ο849725.8=β，分度圆柱上的法面压力角ο20=n α，试计算：（1）输入轴I 上的转矩；（2）大斜齿圆柱齿轮上三个分力的大小。

（本题4分） 解：输入轴上的转矩84.2960/2960103311=⨯⨯==πn P T N .m123.1215.2cos 84.292211=⨯⨯==βd T F t kN 414.0849725.8cos 20tan 123.1cos /tan =⨯=⋅=οοβαn t r F F kW (1’) 175.0849725.8tan 123.1tan =⨯=⋅=οβt a F F kN (1’)F a1F t4F r3· •BF t3 F r4F a3× ×ⅠⅡ齿轮2蜗杆3电动机·AF a2n 4二、问答题〔每题6分、计30分〕1、 分别说明普通螺纹、梯形螺纹的特点和应用场合。

答：普通螺纹自锁性能好，强度高（2分），主要用于连接（1分）。

梯形螺纹效率比矩形螺纹略低，但牙根强度较高，易于对中，磨损后可以补偿（2分）；在螺旋传动中应用最普遍。

（1分）2、 分别说明硬齿面闭式齿轮传动和闭式蜗杆传动的主要失效形式与设计准则。

答：硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是齿根弯曲疲劳折断 (1分) ；其设计准则是按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度 (2分)。

闭式蜗杆传动的主要失效形式是齿面胶合、点蚀和磨损（1分）；其设计准则是按齿面接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力，在选择许用应力时适当考虑胶合和磨损的影响，同时应进行热平衡计算（2分）。

3、 什么是摩擦型带传动中的弹性滑动现象？可否避免？它对带传动有何影响？ 答：由带的弹性变形而引起带与带轮之间的相对滑动现象称为弹性滑动(2分)。

弹性滑动是带传动中不可避免的现象（2分）。

它会引起以下后果：①从动轮的圆周速度总是落后于主动轮的圆周速度，并随载荷变化而变化，导致此传动的传动比不准确。

②损失一部分能量，降低了传动效率，会使带的温度升高，并引起传动带磨损。

（2分）4、 齿轮传动中的载荷系数K 为四个系数的乘积，K=K A K V K βK α，分别说明K V 和K β的名称及引入该系数是为了考虑哪些方面的影响。

答：动载系数（1分）K υ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（2分）齿向载荷分布系数（1分）K β考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿应力的影响系数（2分）5、写出一维流体动压基本方程（雷诺方程）并利用该方程说明形成流体动压润滑的必要条件。

答：一维流体动压基本方程：306hh h V dx dp-⋅=η （3分） 形成流体动压力的必要条件是：①流体必须流经收敛形间隙，入口处h>h0，dp/dx>0，压力逐渐增大，出口处h<h0，dp/dx<0，压力逐渐减小； （1分）②流体必须有足够的速度，V≠0； （1分） ③流体必须是粘性流体，η≠0。