济南大学机械设计考试试题.doc
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2012年机械设计试题及答案
装订线
班级：
学号：
姓名：
考试科目：
机械设计考试时间：
120分钟试卷总分100分
题号
一
二
三
四
五
总分
得分
评卷教师
得分
一、简答题（本大题共4小题，总计26分）
1、齿轮强度计算中，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）
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的齿数和链条节距？
（6分）
小链轮的齿数不宜过小和链条节距不宜过大。
得分
二、选择题（在每题若干个选项中选出正确的选项填在横线上。
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参数为标准值。
A.轴面B.端面C.法面
4、一对相啮合的圆柱齿轮的Z1＜Z2，b1>b2,其齿面接触应力的大小为A。
A.σH1=σH2B.σH1>σH2C.σH1<σH2
5、V带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了____B___。
A．使结构紧凑 B．限制弯曲应力
C．限制小带轮上的包角 D．保证带和带轮接触面间有足够摩擦力
6、在齿轮抗弯强度的设计公式m≥中，应代入_C__。
A.B.C.与中大者D.与中小者
7、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__B。
A．Fo＝F十F′B．Fo＝F十F″C．Fo＝F′十F″
10、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．在同一条直线上 B．相隔90°
C．相隔120° D．相隔180°
11、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
得分
三、分析题（本大题共3小题，总计20分）
1.如图所示，1、2是一对蜗杆蜗轮传动，3、4是一对斜齿轮传动。
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，
⑴试确定1、2、3、4各轮的旋向；
⑵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
2、写出一维雷诺方程的表达式，说明油膜承载的必要条件，并指出图示四种情况，哪一种能够形成流体动压润滑油膜？
（5分）
A．B．C．D．
形成动力润滑的必要条件：
1）相对运动的两表面间必须形成楔形间隙；
2）被油膜分开的两表面须有一定的相对滑动速度，其方向应保证润滑油由大口进，从小口出；
3）润滑油须有一定的粘度，供油要充分。
B能够形成流体动压润滑油膜
3、如图所示为带传动简图。
轮1为主动轮。
试问：
（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smax＝？
（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，（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，
得分
四、计算题（本大题共2小题，总计20分）
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=97.8kN。
轴承受径向力Fr1=6000N，Fr2=16500N。
轴的转速n=500r/min，轴上有轴向力FA=3000N，方向如图。
轴承的其它参数见附表。
动载荷系数fd=1，温度系数ft=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）
S
Fa/Fr≤e
Fa/Fr＞e
e
X
Y
X
Y
0.40
1
0
0.4
1.5
解：
3：
轴承类型代号，圆锥滚子轴承；02：
尺寸系列代号（0：
宽度系列代号，2：
直径系列代号）；12：
内径系列代号，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
N
N
方向如图所示。
，1轴承被“压紧”，2轴承被“放松”。
装订线
班级：
学号：
姓名：
2）求轴承所受的轴向力
N
N，
3）轴承的当量动载荷
据：
Fa1/Fr1=2500/6000=0.417＞e=0.40，得：
X1=0.4，Y1=1.5
P1=fd（X1Fr1+Y1Fa1）=0.4×6000+1.5×2500=6150N
据：
Fa2/Fr2=5500/16500=0.33＜e，得：
X2=1，Y2=0
P2=fd（X2Fr2+Y2Fa2）=16500N
P2＞P1，用P2计算轴承寿命。
4）计算轴承寿命
12562h
2、一牵曳钩用2个M10（d1=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σs=360MPa，安全系数S=3。
试计算该螺栓组连接允许的最大牵引力Rmax=?
（6分）
许用应力:
360/3=120MPa
预紧力为
由公式
求出预紧力：
F´=5083.7N
最大牵引力与预紧力关系公式为
最大牵引力为R=1271N
得分
五、改错题（本题10分）
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：
2011年机械设计试题及答案
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、
和同时存在的现象，这种摩擦状态称为。
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β=15º,螺纹副材料的当量摩擦系数
f′=0.08~0.10,经计算该螺纹副自锁性要求。
a.满足b.不满足
3.导向平键连接的主要失效形式是，设计时通过
限制来进行耐磨性计算；半圆键的缺点
是，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φ=40º，相应的V带轮
轮槽的两侧面夹角则。
a.大于40ºb.小于40ºc.等于40º。
5.传动带所能传递的最大有效圆周力Fmax与、、
等因素有关，它们的值越大，Fmax就越大。
当传递的外载荷超过时，带在带
轮上发生打滑现象；而且在传动比大于1的情况下打滑总是先从小
带轮上开始的，其原因是。
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；软齿面闭式齿轮传动最主要的失效形式是；
高速重载齿轮传动易发生；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。
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7212C/DB轴承的类型为，宽度类型为，精度等级为，公称接触角α=º。
9.对于转动的滚动轴承,其主要失效形式是；对于不转动、低速或摆动的轴承，主要失效形式是；对于高速轴承，
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，主要发生在上。
二、问答题（24分,每小题4分）
1.齿向载荷分布系数Kβ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？
2.试述齿轮传动的设计准则。
3.按在支撑轴上零件传递运动和动力时受到的载荷类型的不同，轴分为那几种类型？
并分别举例说明。
4．给出滚动轴承的当量静载荷P0的定义。
5．同滚动轴承相比，液体摩擦滑动轴承有哪些特点？
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？
三、分析计算题（29分,第一小题19分，第二小题10分）
1．一重物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z1=1、d1=80mm，蜗轮齿数z2=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η=0.5，试计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7209C支撑形式,L=100mm，蜗杆传动效率η1=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η2=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、C0=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）
2．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、也不滑移，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=12.71×106mm3）（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F0。
（3分）
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）。
（12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t1=3.3mm。
为得到比现有减速器更大的减速比，现在需要重新设计、更换该减速器的齿轮。
已知重新设计得到的齿轮模数m=3.0mm,小齿轮齿顶圆直径da1=69mm,齿根圆直径df1=55.5mm，齿宽b1=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）
2010年机械设计试题及答案
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．在一般工作条件下，齿面硬度HB≤350的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为【】
A．轮齿疲劳折断B.齿面疲劳点蚀C．齿面胶合D.齿面塑性变形
2．带传动在工作时产生弹性滑动，是由于【】
A．包角α太小B.初拉力F0太小C．紧边与松边拉力不等D.传动过载
3．在下列四种型号的滚动轴承中，只能承受径向载荷的是【】
A．6208B.N208C.3208D.5208
4．下列四种螺纹中，自锁性能最好的是【】
A．粗牙普通螺纹B.细牙普通螺纹C．梯形螺纹D.锯齿形螺纹
5．在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，可采用的方法为【】
A．减小齿面滑动速度υsB.减少蜗杆头数Z1C．增加蜗杆头数Z1D.增大蜗杆直径系数q
6．在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指【】
A．弹簧外径与簧丝直径之比值B．弹簧内径与簧丝直径之比值
C．弹簧自由高度与簧丝直径之比值D．弹簧中径与簧丝直径之比值
7．普通平键接联采用两个键时，一般两键间的布置角度为【】
A．90°B.120°C.135°D.180°
8．V带在减速传动过程中，带的最大应力发生在【】
A．V带离开大带轮处B.V带绕上大带轮处C．V带离开小带轮处D.V带绕上小带轮处
9．对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是【】
A．拉力B.扭矩C．压力D.拉力和扭矩
10．滚子链传动中，链节数应尽量避免采用奇数，这主要是因为采用过渡链节后【】
A．制造困难B.要使用较长的销轴
C．不便于装配D.链板要产生附加的弯曲应力
二、填空题：
本大题共10个小题，每空1分，共20分。
把答案填在题中横线上。
1．轴如按受载性质区分，主要受的轴为心轴，主要受的轴为传动轴。
2．代号62203的滚动轴承，为轴承，其内径为mm。
3．在一般机械中的圆柱齿轮传动，往往使小齿轮齿宽b1大齿轮齿宽b2；在计算齿轮强度时，工作齿宽b应取。
4．普通平键联接的工作面是键的；楔键联接的工作面是键的。
5．为了便于互换及适应大量生产，轴承内圈孔与轴的配合采用制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用制。
6．不随时间变化的应力称为，随时间变化的应力称为，具有周期性的变应力称为。
7．按照平面图形的形状，螺纹分为、和等。
8．按照工作条件，齿轮传动可分为和两种。
9．齿轮传动设计时，软齿面闭式传动通常先按设计公式确定传动尺寸，然后验算轮齿弯曲强度。
10．直径较小的钢制齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可以将齿轮和轴做成一体，称为。
三、简答题：
本大题共6个小题，每题5分，共30分。
把答案填在题中横线上。
1．简述螺纹联接的基本类型主要有哪四种？
2．提高螺栓联接强度的措施有哪些？
3．闭式蜗杆传动的功率损耗主要包括哪三部分？
4．简述带传动的优点？
5．链传动的主要失效形式有哪些？
6．滚动轴承的基本类型有哪些？
四、计算题：
本大题只有一个小题，满分14分
下图表示两平板用2个M20的普通螺栓联接，承受横向载荷F=6000N，若取接合面间的摩擦系数ƒ=0.2，可靠性系数KS=1.2，螺栓材料的的许用应力[σ]=120N/mm2，螺栓的小径d1=17.294mm。
试校核螺栓的强度。
五、结构改错题：
请用圆圈标出错误的位置，满分16分
2009济南大学试卷
科目机械设计班级（01）姓名学号得分：
-------------------------注：
试卷无答题空间，请考生将答案写在答题纸上-----------------------------------
一、单项选择题（共10分，每小题2分）
1、当两个被联接件都不太厚时，宜采用。
①双头螺柱联接②螺栓联接③螺钉联接④紧定螺钉联接
2、一个普通平键联接如不能满足强度条件要求时，可在轴上安装一对平键，使他们沿圆周相隔。
①900②1200③1500④1800
3、不能列入过盈联接的优点。
①结构简单②工作可靠③装配很方便④能传递很大的转矩和轴向力
4、对于要求有综合位移，外廓尺寸紧凑，传递转矩较大，起动频繁，经常正反转的重型机械常用联轴器。
①齿式②刚性凸缘③轮胎④滑块
5、轴承合金是用来制造。
①单层轴瓦②双层或多层轴瓦③含油轴承轴瓦④非金属轴瓦
二、填空题（共10分，每小题2分）
1、在轴的结构设计时，轴的最小直径是按初步估算的。
2、链传动人工润滑时，润滑油应加在。
3、当两轴线时，可采用蜗杆传动。
4、灰铸铁齿轮常用于的场合。
5、V带传动中，若小带轮为主动轮，则带的最大应力发生在带处。
三、改错题（共10分，每小题2分）
1、心轴是既承受弯矩又承受扭矩的轴。
2、选择滑动轴承的润滑油时，转速高、压力大和温度高适应选择粘度高的润滑油。
3、斜齿圆柱齿轮进行齿根弯曲疲劳强度计算时，齿形系数YFa应按齿轮的齿数和模数两参数查表计算。
4、采用变位蜗杆传动时，通常要对蜗杆和蜗轮同时变位。
5、普通平键的截面尺寸应按轴的直径和轮榖长度由标准中选定。
四、计算题（共40分，每小题10分）
1、某合金钢制成的零件，其材料性能为：
S=800MPa，-1=450MPa，=0.3。
已知工作应力为max=280MPa，min=—80MPa，应力比r=常数，零件弯曲疲劳极限的综合影响系数=1.62，若许用安全系数取S=1.3，并按无限寿命考虑，试用解析法或者用图解法校核该零件是否安全（任选一种方法校核）。
2、如图所示为一螺栓联接的力—变形图。
若保证残余预紧力F1的大小等于其预紧力F0的一半。
试求该联接所能承受的最大工作载荷和螺栓所受的总拉力。
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