山东科技大学机械设计基础期末试题.docx

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山东科技大学机械设计基础期末试题

山东科技大学2011—2012学年第学期

机械设计（A卷）

班级姓名学号

题号

一

二

三

四

总得分

评卷人

审核人

得分

一、填空题（每空1分，共20分）

1、一般地讲，设计机械零件大致有以下基本要求避免在寿命期内失效的要求、结构工艺性要求、经济性要求、质量小的要求和可靠性要求。

2、螺纹的公称直径是指螺纹的__大径_____，强度计算时用螺纹的_小径______，计算螺纹升角时用___中径_____。

3、在键联接中，普通平键的工作面是__侧面______，楔键的工作面是__上下两面_______，半圆键的工作面是_____侧面_____。

4、带传动工作时带中产生___拉应力______、弯曲应力_________、__离心应力________三种应力。

最大应力发生在带的紧边绕上小带轮处。

5、按照承受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三种。

自行车前轴属于心轴。

6、制动器在机器中使速度降低以至于停止运转。

7、齿轮传动的设计准则通常是齿面接触疲劳强度准则和齿根弯曲疲劳强度准则。

二、选择题（每题1分，共10分）

1．在常用的螺纹联接中，自锁性能最好的是__A______。

A三角形螺纹B梯形螺纹C锯齿形螺纹D矩形螺纹

2．对于气缸盖螺栓组联接，若汽缸内的气体压力在0~2Mpa之间循环变化，则螺栓中的应力变化规律为____C______。

A对称循环B脉动循环C非对称循环D非稳定循环

3．温度升高时润滑油的粘度____A______。

A随之降低B保持不变C随之升高D不确定

4．两相对滑动的接触表面，依靠吸附膜进行润滑的状态称为___A____。

A干摩擦B边界摩擦C混合摩擦D液体摩擦

5．零件表面经淬火、渗碳、喷丸、碾压等处理后，其疲劳强度___C_____。

A降低B不变C增高D不能确定

6．两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值__A___。

A相等B不相等C是否相等与材料的性质有关

7．在下列轴毂联接中，定心精度最高的是_D_____。

A平键联接B半圆键联接C楔键联接D花键联接

8．带传动发生滑动时____A____。

A首先发生在小带轮上B首先发生在大带轮上C在大、小轮上同时发生

9．链条的磨损主要发生在___B____。

A滚子与套筒的接触面上B销轴与套筒的接触面上C滚子与链轮齿的接触面

10．齿轮传动中，将轮齿加工成鼓形齿的目的是__B____。

A减小动载荷B改善载荷沿齿向分布不均匀C提高传动精度

三、简答题（每题5分，共20分）

1、影响螺纹联接强度的因素有很多，通常提高螺纹联接强度的措施有哪些？

答：

a）降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围。

b）改善螺纹牙间的载荷分布。

c）减小应力集中。

d）避免或减小附加应力

2、在机械设备中滑动轴承主要用于哪些地方？

答：

在某些不能、不便或使用滚动轴承没有优势的场合，即轧钢机、汽轮机、内燃机、铁路机车及车辆、金属切削机床、航空发动机附件、雷达、卫星通讯地面站、天文望远镜以及各种仪表中

3、如果一台机器中的传动机构中有齿轮传动、带传动、链传动，应如何布置？

为什么？

先是带传动，再就是齿轮传动，最后是链传动。

因为带传动能起到过载保护的作用，且传动平稳，无冲击振动，能保证齿轮传动的精度和质量，链传动能承受比较大的载荷，传动多城中产生动载荷，这样能充分发挥各自的优势，提高传动质量，延长使用寿命。

4、蜗轮蜗杆传动中，如何选择蜗杆头数和蜗轮齿数？

为什么？

蜗杆的头数越少，传动比可以越大，但是效率越低，通常有自锁性。

为了提高传动效率，，通常是增加蜗杆的头数，但加工困难。

因此，综合考虑各种因素，蜗杆的头数通常取1、2、4、6。

为了避免用蜗轮滚刀切制蜗轮时产生根切与干涉，理论上应使齿数不小于17。

但当齿数小于26时，啮合区要显著减小，将影响传动的平稳性。

只有当齿数大于28时，则可始终保证有两对以上的齿参与啮合。

但是，齿数一般不大于80。

这是由于当蜗轮直径不变时，齿数越多，模数越小，将使轮齿弯曲强度削弱；当模数不变时，齿数越多，尺寸越大，使相啮合的蜗杆支撑间距加长，这将降低蜗杆的弯曲刚度，容易产生挠曲而影响正常啮合。

故蜗杆传动中蜗轮的齿数不宜太少也不宜太大。

四、计算题（50分）

1、分析题：

如图所示为二级斜齿圆柱齿轮减速器。

已知齿轮1的螺旋方向和轴Ⅲ上的转向，齿轮2的参数mn=3mm,z2=57,2=140;齿轮3的参数mn=5mm,z3=21。

试求：

1、）为使轴Ⅱ所受的轴向力最小，齿轮3应选取的螺旋线方向，并指出齿轮2应选取的螺旋线方向；

2、）用图示标出齿轮2、3所受各分力的方向；；

3、）若使轴Ⅱ上轴承不受轴向力，则齿轮3的螺旋角3应取多大值？

（15分）

1）、齿轮3的螺旋线方向是右旋

齿轮2的螺旋线方向是右旋。

2）、受力如图所示

3）、若使轴2轴承不受轴向力，

则

而

所以：

略去摩擦损失，由转矩平衡条件得

所以：

得：

2、如图所示，一厚度=12mm的钢板用4个螺栓固连在厚度1=30mm的铸铁支架上，螺栓材料为Q235，[]=95MPa，[]=96MPa，结合面摩擦系数f=0.15，可靠性系数Kf=1.2，载荷F=12000N，尺寸l=400mm，a=100mm。

试确定采用铰制孔用螺栓（假定按剪切强度设计即可符合要求）联接时的螺栓直径；若采用普通螺栓联接，试计算螺纹小径应满足的条件。

（15分）

1）F载荷等效到联接形心处为

F=12000NT=12000*400=4800000N.mm

2）在F作用下每个螺栓上所承受的横向载荷F1

3）在T作用下每个螺栓上所承受的横向载荷F2

4）每个螺栓上所承受的总横向载荷F

5）若是铰制孔用螺栓，根据

得出：

若是普通螺栓，根据

得出：

计算螺栓的小径

3、如图所示轴系结构，请找出不合理之处并加以改正。

（10分）

（1）两个轴承端盖外圆外侧应倒角；

（2）两个轴承端盖与箱体接触面应有调整垫片；

（3）箱体上与端盖的接触面之外的外表面应低一些；

（4）轴端太长，可与轴承左端平齐或略长；

（5）该段轴径太大，不应超出轴承内圈；

（6）齿轮和轴之间的键太长；

（7）与齿轮配合的轴径长度应比齿轮宽度小；

（8）该轴套太厚，不应超出轴承内圈；

（9）透盖与轴之间应有间隙，应有密封毡圈；

（10）联轴器与透盖不能直接接触；

（11）联轴器与轴间应有轴肩定位，与其配合段轴径应减少；

（12）联轴器与轴间的键联接应与其他键在一条线上；

（13）轴右端面不应超出联轴器端面，应缩进去1～2mm；

（14）联轴器上外圆及左端面内外圆均有倒角；

4、一双排滚子链传动，已知链节距p=25.4mm，单排链传递的额定功率p0=16KW，小链轮齿数z1=19，大链轮齿数z2=65，中心距约为800mm，小链轮转速n1=400r/min，载荷平稳。

小链轮齿数系数KZ=1.11，链长系数KL=1.02，双排链系数KP=1.7，工作情况系数KA=1.0。

试计算：

（1）该链传动能传递的最大功率；

（2）链条的长度。

（10分）

（1）由Pca=KAP，P0=Pca/KLKPKZ可得：

P=P0KLKPKZ/KA=161.021.71.11/1.0=30.8KW

（2）

山东科技大学2011—2012学年第学期

机械设计（B卷）

题号

一

二

三

四

总得分

评卷人

审核人

得分

一、填空题（每空1分，共20分）

1.承受横向外载荷时普通螺栓联接的失效形式为___塑性变形或断裂______________________，铰制孔用螺栓可能失效形式为贴合面被压溃_______和螺栓杆被剪断_________。

2.当采用两个楔键传递周向载荷时，应使两键布置在沿周向相隔900~1200_______的位置，在强度校核只按_1.5_____个键计算。

3.链传动中，当节距P增大时，优点是__传递的功率随之增大________________________，缺点是________传动的动载荷加大_______________________________。

4.链传动中一般是主动链轮匀速转动，链条变速移动，链轮变速转动，从而产生振动和噪声。

5.在70000C（α=150）,70000AC（α=250）,70000B（α=400）三种轴承中，承受轴向载荷能力最小者为____70000C（α=150）_____，最大者为___70000B（α=400）_______，

6.国标规定，滚动轴承公差等级的内径和外径的公差带均为单向制，而且统一采用上偏差为0，下偏差为负值的分布。

7.根据承受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三种。

8.滑动轴承按承受载荷的方向不同，可以分为径向滑动轴承和止推滑动轴承。

二、选择题（每题1分，共10分）

1.齿轮的齿面点蚀经常发生在（b）。

A、齿根B、节线附近C、齿顶D、整个齿面

2.设计键联接时，键的截面尺寸通常根据（c）按标准选取。

A、所传递转矩的大小B、所传递功率的大小

C、轴的直径D、轮毂长度

3.大尺寸蜗轮通常采用组合式结构，是为了（b）。

A、制造工艺简单B、节约有色金属C、装拆方便

4.（a）既可以承受径向载荷，又可以承受轴向载荷。

A、圆锥滚子轴承B、圆柱滚子轴承C、推力圆柱滚子轴承

5.在直齿圆柱齿轮传动的弯曲强度计算中，若齿形系数和许用应力均不同，则应以（c）为计算依据。

A、

较小者B、

较大者C、

较小者D、

较大者

6.在带传动设计中，限制小带轮的最小基准直径是为了避免（c）。

A、传动结构太大B、带轮强度不够C、带的弯曲应力过大

7.一般链条的链节数为偶数，为了使磨损均匀，链轮齿数应当（c）。

A、采用偶数B、选较多值C、采用奇数D、选较少值

8.联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器，下面（c）属于刚性联轴器。

A、万向联轴器B、弹性柱销联轴器C、凸缘联轴器D、齿式联轴器

9.设计键联接的主要内容有：

①按轴的直径查取键的剖面尺寸，②按使用要求选择键的类型，③按轮毂长度确定键的长度，④作必要的校核。

一般的设计顺序为c。

A①②③④B②③①④C②①③④D②①④③

10.计算蜗杆传动的传动比时，不能采用下面（c）公式。

A、

B、

C、

三、简答题（每题5分，共25分）

1、在图4两对蜗杆传动中，在图中分别标出a图蜗轮的转向及b图蜗杆的螺旋方向。

2、简述齿轮传动的设计准则。

答：

开式和半开式齿轮传动，由于其失效形式主要是轮齿的折断和齿面磨损，所以一般以齿跟弯曲疲劳强度设计，以齿面接触疲劳强度校核。

闭式软齿面齿轮传动，其主要失效形式是齿面点蚀，所以以齿面接触疲劳强度设计，以齿跟弯曲疲劳强度校核。

闭式硬齿面齿轮传动，虽然其主要失效形式仍然是齿面点蚀，由于其硬度较大，所以以齿跟弯曲疲劳强度设计，以齿面接触疲劳强度校核

3、在带传动中，什么是打滑？

什么是弹性滑动？

二者有何不同？

带传动过程中，带与带轮之间的急速相对滑动，叫打滑。

打滑是失效，必须避免。

带传动工作时，紧边与松边存在拉力差，带绕在带轮上从紧边到松边其弹性变形逐渐减小，带也随之收缩，与带轮之间产生相对滑动，叫弹性滑动。

这种滑动是不可避免的。

4、在蜗轮蜗杆传动中如何选择蜗杆头数和蜗轮齿数？

为什么？

蜗杆头数选取1时可以获得较大的传动比且加工容易，但效率较低，头数越多，效率越高但加工越难，因此蜗杆的头数一般取1、2、4、6。

为了避免用蜗轮滚刀切制蜗轮时产生根切与干涉，理论上应使齿数不小于17。

但当齿数小于26时，啮合区要显著减小，将影响传动的平稳性。

只有当齿数大于28时，则可始终保证有两对以上的齿参与啮合。

但是，齿数一般不大于80。

这是由于当蜗轮直径不变时，齿数越多，模数越小，将使轮齿弯曲强度削弱；当模数不变时，齿数越多，尺寸越大，使相啮合的蜗杆支撑间距加长，这将降低蜗杆的弯曲刚度，容易产生挠曲而影响正常啮合。

故蜗杆传动中蜗轮的齿数不宜太少也不宜太大。

5、两级齿轮传动中，若一级为斜齿，另一级为直齿，试问斜齿圆柱齿轮应置于高速级还是低速级？

为什么？

若为直齿锥齿轮和圆柱齿轮所组成的两级传动，锥齿轮应置于高速级还是低速级？

为什么？

1）在两级圆柱齿轮传动中，斜齿轮应置于高速级，主要因为高速级的转速高，用斜齿圆柱齿轮传动平稳，在精度等级相同时，允许传动的圆周速度较高；在忽略摩擦阻力影响时，高速级小齿轮的转矩是低速级小齿轮转矩的1/i（i是高速级传动比），其轴向力较小。

2）由锥齿轮和圆柱齿轮组成的两级齿轮传动中，锥齿0轮一般应置于高速级，主要因为传递功率一定时，低速级的转矩大，则齿轮的尺寸和模数也大，而锥齿轮的锥距R和模数m大时，则加工困难，或者加工成本大为提高

四、计算题（共45分）

1、如图所示为五铧犁上的安全联接器，用两个普通螺栓联接（d1=10.106mm）。

已知钢板间摩擦系数f=0.15，防滑系数Ks=1.2，螺栓许用应力

=160Mpa，试求拧紧螺栓后所能承受的最大牵引力F。

（10分）

解：

根据

可得

再根据

可得

2、如图所示，安装有两个斜齿圆柱齿轮的转轴由一对代号为7210AC的轴承支承。

已知两齿轮上的轴向力分别为

，

，方向如图。

轴承所受径向载荷

，

。

试确定哪个轴承更有可能先毁坏？

（15分）

e=0.68

F′=eFr

Fa/Fr＞e

Fa/Fr≤e

X=0.41,Y=0.87

X=1,Y=0

解：

如图所示：

说明：

该轴所受轴向力2000N,方向向左。

左端轴承为1，右端轴承为2。

所以：

轴有向左运动的趋势，轴承1被压紧，轴承2被放松。

可见：

轴承1更有可能先毁坏，应该以轴承1为准选择轴承

3、图示为面对面安装角接触球轴承支承，试指出图中的结构错误（在错误处写出序号，按序号简要说明错误之内容；不考虑轴承的润滑方式以及图中的倒角和圆角，不必在图上改正）。

（10分）

1）两个轴承端盖外圆外侧应倒角；

（2）两个轴承端盖与箱体接触面应有调整垫片；

（3）左侧箱体上与端盖的接触面之外的外表面应低一些；

（4）左侧轴承外圈外侧应定位；

（5）齿轮齿顶圆两侧应倒角；

（6）透盖与轴之间应有间隙，应有密封毡圈；

（7）联轴器与轴间应有轴肩定位，与其配合段轴径应减少；

（8）联轴器与轴间应由键联接，且与其他键在一条线上；

（9）轴右端面不应超出联轴器端面，应缩进去1～2mm；

（10）联轴器上外圆及左端面内外圆均有倒角

4、如图所示机构中，转动手柄，提升重物。

要求Ⅱ轴上轴承所受轴向力较小，

（1）确定斜齿轮2的螺旋线方向；

（2）画出斜齿轮2和蜗杆3的受力图。

（10分）

解：

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