北方工业大学机械设计期末考试汇总.docx

1、北方工业大学机械设计期末考试汇总考试科目：机 械设计 考试时间：120分钟 试卷总分100分题号 得分一二三四五总分评卷 教师得一、简答题（本大题 共4小题，总 计26分）分F_ 度计算中，有哪两种强度计算理论？分别针对哪些失效？若齿轮传动为闭式软齿面传动，其设计准则是什么？ （ 6分）齿面的接触疲劳强度和齿根的弯曲疲劳强度的计算，齿面的接触疲劳强度 针对于齿面的疲劳点蚀失效和齿根的弯曲疲劳强度针对于齿根的疲劳折断。齿轮传动为闭式软齿面传动，其设计准则是按齿面的接触疲劳强度设计， 校核齿根的弯曲疲劳强度。2、连接螺纹能满足自锁条件，为什么还要考虑防松？根据防松原理，防松 分哪几类？ （ 8分）

2、因为在冲击、振动、变载以及温度变化大时，螺纹副间和支承面间的 摩擦力可能在瞬间减小或消失，不再满足自锁条件。这种情况多次重复， 就会使联接松动，导致机器不能正常工作或发生严重事故。因此，在设计 螺纹联接时，必须考虑防松。根据防松原理，防松类型分为摩擦防松，机械防松，破坏螺纹副关系防松。3、联轴器和离合器的功用是什么？二者的区别是什么？ （ 6分）联轴器和离合器的功用是联接两轴使之一同回转并传递转矩。二者区别是: 用联轴器联接的两轴在工作中不能分离，只有在停机后拆卸零件才能分离 两轴，而用离合器可以在机器运转过程中随时分离或接合两轴。4、链传动产生动载荷的原因是什么？为减小动载荷应如何选取小链轮

3、的齿数和链条节距？（ 6分）u琏前进逮度变化贯込二士也；不稳定a2、 链上下垂直速JS变化总囂=士牛研-cos 0橫向振动，共振隈因便 链产生动較荷.3、 商时啮合的相对速度引起冲击、动戟荷.4、 由于琏条松弛，起动，制动，反犠突然超载卸载出现冲击、动載 荷.小链轮的齿数不宜过小和链条节距不宜过大。线上本大题共12小题，总计24分）1、 当两个被联接件之一太厚，不易制成通孔且需要经常拆卸时，往往采用B 。A .螺栓联接 B .双头螺柱联接 C.螺钉联接2、 滚动轴承中，为防止轴承发生疲劳点蚀，应进行 _A 。A.疲劳寿命计算 B.静强度计算 C.极限转速验算3、 阿基米德蜗杆的 A 参数为标准

4、值。A.轴面 B.端面 C.法面4、 一对相啮合的圆柱齿轮的Zib2,其齿面接触应力的大小为A 。5、V带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了B.限制弯曲应力D.YalYSal 与 YFa2Ysa2 中小者I tl - T 27、 链传动中，链节数常选偶数，是为了使链传动 B 。A .工作平稳 B.避免过渡链节 C.链条与链轮磨损均匀8、 滑动轴承中，含油轴承是采用 B 材料制成的。A .硬木 B .粉末冶金 C.塑料9、 承受预紧力F的紧螺栓联接在受轴向工作拉力 F时，剩余预紧力为F，其螺栓所受的总拉力Fo为 B10、当键联接强度不足时可采用双键。使用两个平键时要求键 D 布置A .在

5、同一条直线上 B .相隔90C.相隔120 D .相隔18011、下列零件的失效中， C 不属于强度问题。A .螺栓断裂 B .齿轮的齿面上发生疲劳点蚀C.蜗杆轴产生过大的弯曲变形 D.滚动轴承套圈的滚道上被压出深的凹坑12、带传动发生打滑总是 _A 。A .在小轮上先开始 B .在大轮上先开始C.在两轮上同时开始 D .不定在哪轮先开始轮传动。已知1为原动件，4为输出件，各轮转向如图所示。为了使中间轴 上蜗轮2和斜齿轮3的轴向力互相抵消一部分, 试确定1、2、3、4各轮的旋向;在图上标出2和3所受各力的方向（10 分）1、2、3轮左旋，4轮右旋3、如图所示为带传动简图。轮1为主动轮。试问：（

6、1） 带传动的主要失效形式有哪些？带传动工作时为什么出现弹性滑动现 象？能否避免弹性滑动？（2） 带传动工作时，带处于图中哪一点应力最大？最大应力 ；maQ?（5分）带传动的主要失效形式有打滑和疲劳断裂。弹性滑动是由拉力差引起的，:二 max = ；丁1 bl（只要传递圆周力，必然会产生弹性滑动）。弹性滑动是正常的工作现象,不可避免。图中A点应力最大，1、某轴由一对代号为30212的圆锥滚子轴承支承，其基本额定动载荷 C =97.8 kN。轴承受径向力 Fr1= 6000N, Fr2 =16500N。轴的转速 n =500 r/min，轴上有轴向力Fa = 3000 N，方向如图。轴承的其它参

7、数见附表。动 载荷系数fd = 1，温度系数ft二1。试：（1）说明轴承代号的意义；（2）确定轴承的寿命。（以小时为单位） （14分）代号，内径为60mm;公差等级为0级1）求内部派生轴向力S1、S2的大小方向2000 N2Y 2 1.5Fr2 16500S2 5500 N2Y 2汉1.5方向如图所示。S Fa = 5000N : S，1轴承被“压紧”，2轴承被“放松”。2）求轴承所受的轴向力Fa1 _ Fa = 2500nFa2 = Sb = 5500 n3）轴承的当量动载荷据:Fa1/ Fr1= 2500/6000= 0.417e=0.40, 得: X1 = 0.4, 丫1=1.5P1 =

8、fd (X1 Fr1 + Y1 Fa1)=0.4X 6000+ 1.5 2500= 6150 N据:Fa2/ Fr2 = 5500/16500= 0.33 P1,用P2计算轴承寿命。4）计算轴承寿命Leh 二必 C 10 97800 1ll2562h60nlP 丿 60x500 J6500 丿2、一牵曳钩用2个M10（di=8.376mm）的普通螺栓固定于机体上，如图所示。 已知接合面间摩擦系数f=0.15,可靠性系数Kf=1.2，螺栓材料强度级别为 6.6级，屈服极限os=360MPa，安全系数S=3。试计算该螺栓组连接允许的 最大牵引力R max二？ （ 6分）预紧力为由公式7爲F求出预紧

9、力：F =5083.7NfF zm_ Kf R最大牵引力与预紧力关系公式为最大牵引力为R=1271N试分析如图所示轴系结构中的错误，并加以改正。（指出错误之处，并编 上号，简述其错误原因，并改正之。）（至少改正5处）指出错误之处，并编上号，简述其错误原因（略）改正为：一、填空题及选择填空题（27分，每空1分）1. 当动压润滑条件不具备，且边界膜遭破坏时，就会出现 流体摩擦、 边界摩擦和干摩擦同时存在的现象，这种摩擦状态称为 混合摩擦。2.一公称直径为d=16mm的螺纹副，螺纹头数n=2,螺距p=4mm,螺 纹中径d2=D2=14mm,牙侧角3=15q螺纹副材料的当量摩擦系数f =0.080.1

10、0,经计算该螺纹副 壬自锁性要求。a满足 b.不满足3.导向平键连接的主要失效形式是 工作面的磨损 ，设计时通过限制 工作面间的压强 来进行耐磨性计算；半圆键的缺点是键槽对轴强度削弱较大，所以主要适用于轴端。4.作为标准普通V带工作面的两侧面夹角为 忙40o相应的V带轮轮槽的两侧面夹角则 b 。a大于40o b小于40o c.等于4005.传动带所能传递的最大有效圆周力 Fmax与初拉力Fo、带在小带轮上的包角01、带与带轮间的摩擦系数f等因素有关，它们的值越大， Fmax就越大。当传递的外载荷超过 最大有效圆周力下的承载能力 时，带在带轮上发生打滑现象；而且在传动比大于 1的情况下，打滑总是

11、先从小带轮上开始的，其原因是 带在小带轮上的包角小于大带轮上的包角（或带在大带轮上的包角大于小带轮上的包角 ）。6.齿轮传动的五种主要失效形式中，最严重、必须避免的失效形式 是轮齿折断；软齿面闭式齿轮传动最主要的失效形式是齿面疲劳点蚀；高速重载齿轮传动易发生 热胶合；轮齿的塑性变形常发生在齿面材料较软、低速重载、频繁起动的传动中。7.下列齿轮参数中，对齿形系数 Yf没有影响的是 e 。a.齿数 b.变位系数 c.齿顶高系数 d.压力角 e.模数8.按国家标准GB/292-93规定，型号7212 C/DB轴承的类型为 角接触球轴承，宽度类型为 窄系列，精度等级为P0 ,公称接触角a= 15o9.

12、对于转动的滚动轴承，其主要失效形式是 疲劳点蚀 ，对于不转动、低速或摆动的轴承，主要失效形式是 局部塑性变形 ,对于高速轴承，发热以至胶合是其主要失效形式。10滑动轴承一般由轴颈、轴瓦、轴承座三者组成， 其失效形式主要是胶合和磨损_,主要发生在轴瓦 上。二、问答题（24分,每小题4分）1.齿向载荷分布系数Kb的物理意义是什么？改善齿向载荷分布不均匀状况 的措施有哪些？KB的物理意义一一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）措施：（答出以下7点中3点以下者1分，答出3点以上者2分）1） 齿轮的制造和安装精度T2） 轴、轴承及机体的刚度T3） 齿轮在轴上的布置合理选择4） 轮

13、齿的宽度 设计时合理选择5） 采用软齿面一一通过跑合使载荷均匀6） 硬齿面齿轮 将齿端修薄、或做成鼓形齿7） 齿轮要布置在远离转矩输入端的位置。2试述齿轮传动的设计准则评分标准：以下4点各点1分（1） 软齿面闭式齿轮传动：通常先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯 曲疲劳强度。（2） 硬齿面式齿轮传动：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。（3） 高速重载齿轮传动，还可能出现齿面胶合，故需校核齿面胶合强度。（4） 开式齿轮传动：目前多是按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并考虑磨损的影响将 模数适当增大（加大1015%）。3.按照轴所受载荷类型的不同，轴分为那几种类型？并分

14、别举例说明。评分标准：以下3点各点1分，举例正确合计1分。（1） 仅受弯矩M的轴心轴，只起支撑零件作用，如自行车前轴。（2） 仅受转矩T的轴一一传动轴，只传递运动和转矩不起支撑作用，如汽车后轮 传动轴。（3） 既受弯矩又受转矩的轴一一转轴，既起支撑又起传运动和转矩作用，如减速 器的输出轴。4.给出滚动轴承的当量静载荷P0的定义。当量静载荷是一个假想载荷，其作用方向与基本额定静负荷相同，而在当量静载荷 作用下，轴承的受载最大滚动体与滚道接触处的塑性变形总量与实际载荷作用下的 塑性变形总量相同。（4分）5同滚动轴承相比，液体摩擦滑动轴承有哪些特点？评分标准：以下6点中，答出12点2分，答出34点分

15、3分，答出56点4分1） 在高速重载下能正常工作，寿命长；2） 精度高；滚动轴承工作一段时间后，旋转精度J3） 滑动轴承可以做成剖分式的 一能满足特殊结构需要。如曲轴上的轴承；4） 液体摩擦轴承具有很好的缓冲和阻尼作用，可以吸收震动，缓和冲击。5） 滑动轴承的径向尺寸比滚动轴承的小。6） 起动摩擦阻力较大。6.在一些基本假设条件下，流体形成动压的必要条件是什么?评分标准：答出1点2分，答出2点3分，答出3点4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。2） 流体必须有足够的速度；3） 流体必须是粘性流体。三、分析计算题（29分，第一小题 佃分，第二小题10分）1.一重物

16、匀速升降装置采用如图a所示的电机+圆柱蜗杆传动系统，已知 蜗杆传动的模数m =8mm，蜗杆头数及分度圆直径分别为zi=1、di=80mm,蜗轮齿数22=50,卷筒直径D=250mm。重物匀速升降 的速度v=40m/min,最大载重量W为4kN，工况系数Ka按1.0计，试分 析、计算提升重物时的下列问题：1） 该装置以40m/min的速度匀速升起重物1m时，蜗杆应转多少转？并 在图中标明蜗杆的转向、蜗轮轮齿旋向、节点位置处蜗杆及蜗轮的受 力方向。（5分）2） 若蜗杆与蜗轮齿面间当量摩擦系数f =0.18,该机构能否自锁？ （ 2 分）3） 若重物W=4kN，传动装置总的传动效率为n =05,试计

17、算出电机的 输出转矩Tm应是多少？ （2分）4） 若蜗轮轴采用如图b所示的两个角接触轴承7209 C支撑形式,L=100mm,蜗杆传动效率n = 0.7，卷筒、联轴器（连接蜗轮轴与卷筒 轴）、蜗轮轴上轴承的效率合计为n = 0.8,轴承7209C的基本额定动 载荷和基本额定静载荷分别为C = 29800N Co = 23800N其内部轴向力S=0.4Fr，径向载荷系数X和轴向载荷系数Y分别为0.44和1.36，fT=1.0，fp=1.5,试计算轴承II的寿命Lh为多少小时？ （ 10分）图比重物升降转曾传动系统简谢 图b蜗轮轴的轴承支撑简图1）蜗杆转：1*50/（3.14*D）=50/（3.1

18、4*0.25）=63.69（转） （1 分）蜗轮转速：40/（ 3.14*0.25） =50.96r/mi n蜗杆转向（1分）、蜗轮轮齿旋向（1分）、蜗轮蜗杆受力分析方向如图所示 （2分）。2） 写出公式得1分，结论正确得1分。tan 二zim/di =1 8/80=0.1tan 二f =0.18.tan : tan结论：该机构满足自锁性条件。3） 写出公式得1.5分，结论正确得0.5分。W =4kNT卷卷二Tw 二W D/2 =4000 250/2 = 500000Nmm5Tm = tW 510 2 104 Nmm乜 0.5 x 504） 公式、步骤都正确得9分（其中：轴承寿命计算公式占5分

19、），计算吉果正确 得1分。xlCpN二几二阿 Q/2二 4OD0 x25D /2 = JOCOOD Na和 r = ?k. = lzs!2i = 6.25 xlUN*硏 0 87； = = 6 25 a1J.=017S57 y 10s AftMW1 羽 50 x0 7珂厂込二込=空6字比“沁“Hz- 8 x 50吃= 2 a0.17$5 zlO =Q 443 “屮“ 坊 80码 g 0.44C43 xW、N卑2 加忌 ton tan a - 3.125 x Un20 xlO3 - 1.13741码.机 十殆 -旳 1252 +1.12741 “0、A1 .059326 xl0 - 3.3255

20、6 xlO轴和的径向支反枫心亠几 竺兰U心- 3竺迥小 “21635 xlOW 2L 2 xlCO辅M的経向立反 力R 一 码-乩-(3.32556 -1 21635105 - 2.10921 0NS =0 4& =0 4x1 21635 xlO5 = 0 48654 x103 NF” - 0.42w -0.4x2 1G921 0 0.343684 xlONSj +-P；(0.8654 10 44543 )x10 - U 93297 xlUNS； - 0 xl0)N.-. f 二岛 + 卑=O.P3297 X10 JVF. = S严 0 48654 xiePN只詔计算轴和旳寿命即可口匕=巧=(

21、J).44x0/43684 4-1.36 x0.93297) xlO5 =1.64 xlO5 AT102.图c所示为一托架，20kN的载荷作用在托架宽度方向的对称线上，用 四个螺栓将托架连接在一钢制横梁上，螺栓的相对刚度为0.3,螺栓组连 接采用普通螺栓连接形式，假设被连接件都不会被压溃，试计算：1） 该螺栓组连接的接合面不出现间隙所需的螺栓预紧力F至少应大于多 少？（接合面的抗弯剖面模量 W=127lxiC6mm3） （7分）2） 若受力最大螺栓处接合面间的残余预紧力F 要保证6956N,计算该 螺栓所需预紧力F /、所受的总拉力F。（3分）1）（1）、螺栓组联接受力分析：将托架受力 情况分

22、解成下图所示的受轴向载荷Q和受倾覆力矩M的两 种基本螺栓组连接情况分别考虑。（2分）（2）计算受力最大螺栓的工作载荷F: （1分）Q使每个螺栓所受的轴向载荷均等，为Q =2 =5000（N） Z 4倾覆力矩M使左侧两个螺栓工作拉力减小；使右侧两个螺栓工作拉力增加，其值为:显然，轴线右侧两个螺栓所受轴向工作载荷最大，均为:F =F! F2 =11593.41（M）（3）根据接合面间不出现间隙条件确定螺栓所需的预紧力 F: （4分）预紧力F的大小应保证接合面在轴线右侧不能出现间隙，即：b用侧边界=疔尹一 bpQ - 0二 二 (Mpu)A 220 x (600 - 200) 88000 22000

23、45*1 AFl 歹4F 4F 占口加.= = = 二 (Mpa )“ A 220x(600 - 200) 28000 22000一, S、Q6x10s池 AM pm k = 0,4712护 W 22* (60$ _ 2晞 乂 2600-0,159 一 0.476 = 0.05() 0_ _ _ _ F1b注側边界二口声-旷刚=22000Fl (0.159 + 0.476)x 22000 = 0 635x 22000 = 1397O(2V)结论：为保证接合面不出现间隙，螺栓的预紧力护至少应大于139702) 若 F =6956N,则:)3 分)Ff= F卄十Q 冬)F= 6956 + 0.7x

24、11593 .41 = 15071.43(77)Or 十 Cg环=y=11593.41 +6955 =1854S .41(77)四、结构题（20分）1试说明实现轴上零件轴向固定的五种方法，并分别画出相应于各种轴向 固定方法的结构图；画出模锻轮坯、腹板式大齿轮在转轴的轴端实现轴 向固定与周向固定的结构图（要求齿轮也要画出来分）式大齿轮在轴端的固定评分标准：轴向固定：五种方法每种方法各0.5分，每画对一种结构1分；齿轮（2.5分） 在轴端实现周向固定（普通平键）（1分）和轴向固定（轴肩和轴端挡板）（1分）4.5分。2.图d和图e为凸缘联轴器的两个半联轴器的将两根轴连接起来的两种形式的部分结构，请将

25、未画出的其余部分补全，成为完整的结构。（5分）3.现有成品一级标准圆柱齿轮减速器一台，输入轴与小齿轮采用普通平键 连接，轴与小齿轮轮毂配合段轴颈直径d=40mm,该轴段长度l=58mm, 键槽长L=50mm小齿轮轮毂键槽深ti=33mm（为得到比现有减速器更大 的减速比，现在需要重新设计、更换齿轮（已知重新设计得到的齿轮模数 m=30mm,小齿轮齿顶圆直径dai=69mm,齿根圆直径dfi=555mm 齿宽 b=60mm,如果采用该小齿轮，试根据上述数据进行分析：该减速器的 输入轴是否具有可以继续使用的可能性？ （ 3分）标准答案：该小齿轮能否做成齿轮与轴分开决定了这根输入轴能否继续被使用的首

26、要条件:df 1 -d 55 540e= f1 b =5 403.3=7.75 3.3=4.45（mm） ： 2.5m = 2.5 3=7.5（mm）2 2结论：按着这根轴设计小齿轮轮毂结构必须做成齿轮与轴为一体的轴齿轮形式，因此，如果采用该小齿轮，原输入轴不能继续被使用，必须重新设计输入轴。选择题:、 填空题：1弯矩，转矩 2深沟球轴承，17 3大于，大齿轮齿宽 b2 4两侧面，上下面5基孔，基轴 6静应力，变应力，循环变应力 7三角形螺纹，梯形螺纹，锯齿形螺纹8开式传动，闭式传动 9齿面接触强度 10齿轮轴二、简答题：1. 螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接、紧定螺钉联接。2. 降低螺栓总拉

27、伸载荷的变化范围；改善螺纹牙间的载荷分布；减小应力集中；避免或减小附加应 力。3. 闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分：轮齿啮合的功率损耗，轴承中摩擦损耗和搅动箱体内润滑 油的油阻损耗。4. 适于中心矩较大的场合； 1 分带具有良好的扰性，可缓和冲击、吸收振动； 1 分过载时带与带轮间会出现打滑，打滑虽使传动失效，当可防止损坏其他零件； 2结构简单、成本低廉 1 分5. 链板疲劳破坏； 1 分滚子套筒的冲击疲劳破坏； 1 分销轴与套筒的胶合； 1 分链条铰链磨损； 1 分过载拉断。 1 分6. 调心球轴承、调心滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承、深沟球轴承、角接触球轴承、推力圆 柱滚子轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承等。 0.5 分五、结构改错题：共八处错误