机械设计试题与答案

1机械设计试题（A卷）与答案一、填空题〔每空0.5分，24空计12分〕1、从防松工作原理来看，弹簧垫圈属于摩擦防松；止动垫圈与园螺母配用属于机械防松措施。2、平键的工作面为两侧面，工作时靠轴槽、键及毂槽的侧面受挤压来传递转矩。3、在下列各种联轴器中，能补偿两轴间轴线偏移、但不能吸振缓冲的是c、d、e；既能补偿两轴间轴线偏移、又能吸振缓冲的是f、g、h；适用于转矩小、转速高、频繁正反转的是f、g；可实现两轴轴线角位移最大的是c。（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、弹性套柱销联轴器；g、尼龙柱销联轴器；h、轮胎联轴器。）4、设计圆柱螺旋弹簧时，其弹簧丝直径d按强度条件确定，其工作圈数n按刚度条件确定。5、蜗杆传动时的螺旋线方向应与蜗轮螺旋线方向相同。蜗杆的导程角应等于与蜗轮的螺旋角。6、在传动比不变的条件下，V带传动的中心距增大，则小轮的包角增大，因而带传动的承载能力提高。7、在工作中只受弯矩不受扭矩的轴叫做心轴，只受扭矩不受弯矩的轴叫做传动轴，同时受弯矩和扭矩的轴叫做转轴。自行车前轮轴属于心轴。8、非液体摩擦滑动轴承是工作在混合摩擦状态，验算Pv值为了限制轴承的工作温升不超过许用值。二、问答题〔30分〕1、有一卷筒支座，采用普通螺栓组联接在混凝土基座上，如图所示。卷筒上作用一平行于螺栓组联接接合面、垂直向下的载荷Q。请回答∶1）简述该螺栓组联接的设计主要过程与内容〔要求：简明扼要、不必写出计算公式〕；〔5分〕2）该卷筒的支撑轴属于哪类轴？〔2分〕3）图中所示的两种卷筒支撑方案，哪一个更合理？为什么？〔3分〕答1）该螺栓组联接的设计主要过程与内容：⑴将该螺栓组联接受力简化。简化成受横向载荷基本螺栓组联接、受倾覆力矩基本螺栓组联接；如图所示〔0.5＋0.5＝1分〕⑵确定受力最大螺栓的工作载荷。按受倾覆力矩的基本螺栓组联接，计算受力最大螺栓所承受的工作载荷；〔0.5＋0.5＝1分〕⑶确定预紧力。按受横向载荷的基本螺栓组联接，根据接合面不产生相对滑移确定每个螺栓所需的预紧力；〔0.5＋0.5＝1分〕⑷检验接合面上的挤压应力。上端边缘是否出现间隙、下端是否被压坏？〔0.52＋0.5＝1分〕⑸确定螺栓直径。按受轴向载荷的单个紧螺栓联接进行强度计算，确定螺栓直径。〔0.5＋0.5＝1分〕2）心轴〔2分〕3）方案II较方案I合理。〔1分〕根据相应轴的弯矩图〔如图所示〕可知此结论。〔2分〕2、简述选择蜗杆头数Z1和蜗轮的齿数Z2应考虑哪些因素？答：蜗杆头数通常取为1、2、4、6。当传动比大或要求自锁时可取头为1，但传递效率低，当传动比较小时，为了避免蜗轮轮齿发生根切，或传递功率大时，为了提高传动效率，可采用多头蜗杆，但是蜗杆头数过多时，制造较高精度的蜗杆和蜗轮滚刀有困难。蜗轮齿数选择。蜗轮的齿数不应小于28，为了避免用蜗轮滚刀切制蜗轮时发生根切。但对于动力传动，蜗轮齿数也不宜大于80。因为当蜗轮直径d2不变时，蜗轮齿数越大，模数就越小，将削弱蜗轮轮齿的弯曲强度；而如果模数不变，则蜗轮直径将要增大，传动结构尺寸变大，蜗杆轴的支承跨距加长，致使蜗杆的弯曲刚度降低，容易产生挠曲而影响正常的啮合。3、齿轮传动设计中，影响齿向载荷分布系数K的主要因素有哪些？〔4分〕答：影响齿轮载荷分布系数K的主要因素：齿轮的制造和安装误差；齿轮相对轴承的布置；轴的弯曲变形与扭转变形；齿宽b的大小选用不当；齿面硬度等。4、什么是带传动的滑动率？滑动率如何计算？答：由于弹性滑动引起带传动中从动轮圆周速度低于主动轮轮圆速度，其相对降低率通常称为带传动滑动系数或滑动率，用表示。〔2分〕121211vvninvn其中：v1为主动轮转速；v2为从动轮转速。〔2分〕5、试写出一维雷诺方程，并说明形成液体动压润滑的必要条件。答：036hhdpvdxh（2分）流体具有粘性（0）；有足够的速度（0v）且流体从大口进小口出；具有收敛性楔形间隙（0hh）。（6分）三、分析计算题〔38分〕1、有一单个紧螺栓联接，已知预紧力F＇＝7500N，轴向工作载荷F＝6000N，螺栓刚度Cb＝200N/μm，被联接件刚度Cm＝800N/μm，要求：1）计算螺栓所受的总拉力F0和残余预紧力F＇＇；〔4分〕2）为使接合面不出现缝隙，轴向工作载荷最大值Fmax是多少？〔2分〕33）若要使F0减小，又不增加螺栓个数，有哪些具体措施？〔2分〕〔要求：1〕、2）要有详细的计算步骤〕答:1）计算螺栓所受的总拉力F0和残余预紧力F＇＇F0＝F＇＋Cb／（Cb＋Cm）F〔2.5分〕＝7500＋200／（200＋800）×6000＝8700（N）〔0.5分〕F＇＇＝F0－F＝8700－6000＝2700（N）〔1分〕2）为使接合面不出现缝隙，必须使F＇＇＞0，即：F＇＇＝F0－F＞0〔1.5分〕F＜F0＝8700（N），即Fmax＝8700N〔0.5分〕3）使F0减小的具体措施：⑴减小螺栓刚度Cb：增大螺栓长度、减小螺栓杆直径、作成空心杆、在螺母下安装弹性元件等；〔0.5＋0.5＝1分〕⑵增大被联接件刚度Cm：采用刚性大的垫片。〔0.5＋0.5＝1分〕2、已知V带传动所传递的功率P=7.5kW，带速v=10m/s，现测得张紧力F0=1125N，试求紧边拉力F1和松边拉力F2。各等于多少？（5分）答：（1）有效圆周力1000750PFVN〔2分〕（2）121202FFFFFFF1=1500NF2=750N〔3分〕3、如图所示为某手动简单起重设备，按图示方向转动蜗杆，提升重物G，试求：1）蜗杆与蜗轮轮齿的螺旋线方向；（2分）2）在图上标出啮合点处各力的方向；（6分）3）若蜗杆自锁，反转手柄使重物下降，求蜗轮上作用力方向的变化。（2分）答：（1）蜗杆及蜗轮的轮齿螺旋线均为右旋，如图。〔2分〕（2）啮合点所受各力Fr1、Ft1、Fa1及Fr2、Ft2、Fa2均示于图解中。〔6分〕（3）反转手柄使重物下降时，蜗轮上所受的Fr2不变，仍指向蜗轮轮心；但Ft2与原来方向相反（即向左）推动蜗轮逆时针转动；Fa2与原方向相反，变为指向纸面（即表示Fa2）〔2分〕4、一对圆锥滚子3206轴承，安装形式如图。已知轴承I、II所受径向载荷为Fr1=970N，Fr2=840N，A为作用于轴上的轴向力，A=237N，载4荷系数fp=1.1，温度系数fT=1.0，轴承内部轴向力S的计算式为2rFSY，Y=1.7，e=0.36，试计算轴承I、II的当量动载荷P1和P2。如果已知轴的转速n=1200r/min轴承的预期寿命为24000hLh，问该轴承能否满足要求？（12分）所需参数如下表。轴承型号arFeFarFeF基本额定动载荷C（N）3206XYXY248000.41.710答：1）11/2970/21.7285rSFYN（0.5分）22/2840/21.7247rSFYN(0.5分）2）判断S2+A=247+237=484S1=285（1分）3）Fa1=A+S2=484N（1分）Fa2=S2=247N（1分）4）11114840.490.36,0.4,1.7970arFeXYF（1分）22222850.340.36,1,0840arFeXYF（1分）5）111110.499701.74841210.8raPXFYFN（1分）2221970970rPXFN（1分）6）12PP，取P=P1=1210.8N计算轴承寿命Lh（1分）61060ThPfCLnfP（1分）10/3,1.0,1.1,1200Tpffnr/min10/36101.024800237636.86012001.11210.8hLh（1分）24000hhLLh该轴承满足要求。（1分）四、结构题（15分）1、在下面两个视图上，画出平键联接结构图。（5分）答：用方头键也可以，但右边b图结构要对。诸如：1）（a）图键不打剖面线，（b）图键过短，扣0.5~1.0分。2）如（b）图没剖键，键露过长扣1分。53）侧面工作，和上端留隙没画或画错扣2~3分。2、指出下列结构的错误（在有错处画×，简要说明原因，并在另一侧画出其正确结构图。（找出5处可即可，同类错误算一处，多找只算前5个答案，其余不计分）（10分）本题的典型错误：①套筒过高，不便拆轴承；②齿轮不能准确固定；③安轴承处轴径不应和密封轴段轴径相同；④透盖应密封；⑤联轴器轴段轴径应比密封轴径小些（或联轴器不能定位）；⑥安联轴器轴段应比联轴器孔短；⑦分箱面不应画剖面线；⑧轴承凸台应突出，以便加工；⑨端盖应凹下去，以便减小加工面。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．齿轮传动中，轮齿的齿面疲劳点蚀，通常首先发生在【】A．齿顶部分B.靠近节线的齿顶部分C．齿根部分D.靠近节线的齿根部分2．塑性材料制成的零件进行静强度计算时，其极限应力为【】A．σBB.σsC.σ0D.σ－13．带传动中，弹性滑动【】A．在张紧力足够时可以避免B．在传递功率较小时可以避免C．在小带轮包角足够大时可以避免D．是不可避免4．齿轮传动中，通常开式传动的主要失效形式为【】A．轮齿折断B.齿面点蚀C．齿面磨损D.齿面胶合5．在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，应采用【】A．大直径系数的蜗杆B.单头蜗杆6C．多头蜗杆D.较多的蜗轮齿数6．设计V带传动时，选择小带轮基准直径d1≥dmin，其主要目的是为了【】A．使传动的包角不致于过小B．使带的弯曲应力不致于过大C．增大带轮间的摩擦力D．便于带轮的制造7．在下列四种型号的滚动轴承中，只能承受轴向载荷的是【】A．6208B.N2208C.3208D.52088．对于相对滑动速度较高（smVs/6）的重要蜗杆传动，蜗轮材料应选用【】A.铸锡青铜B.铸铝铁青铜C.铸铁D.碳钢9．代号为1318的滚动轴承，内径尺寸d为【】A.90mmB.40mmC.19mmD.8mm10．下列哪种螺纹主要用于联接？【】A.矩形螺纹B.梯形螺纹C.锯齿形螺纹D.三角形螺纹二、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．软齿面齿轮是指轮齿的齿面硬度HBS；在一般情况下，闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是。2．我国的标准分为、、地方标准和企业标准四级。按照标准实施的强制程度，标准又分为强制性和推荐性两种。3．按照螺旋线的旋向，螺纹分为和。4．键是标准件，主要分为、、楔键和切向键等。5．开式齿轮传动的主要失效形式是磨损，固通常只进行计算。6．开始齿轮传动通常采用人工定期加油润滑的方式；闭式齿轮传动通常采用或的方式。7．传递动力用的链条，按结构的不同主要有和两种。8．滚动轴承一般是由、、和保持架组成。9．按照承受载荷的方向或公称接触角的不同，滚动轴承可分为和。10．弹簧的种类很多，从外形看，有、、碟形弹簧、平面涡卷弹簧和板弹簧等。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．简述轮齿的失效形式主要有哪五种？2．简述带传动中，打滑、弹性滑动的含义。3．试说明滚动轴承代号6308的含义。4．简述联轴器的分类及各自的特点。5．常用的螺纹紧固件有哪些？76．简述链传动的主要优点。四、计算题：本大题只有一个小题，满分14分下图所示被联接件用两个普通紧螺栓联接，已知被联接件所承受的横向外载F=15000N，接合面之间的摩擦系数f=0.2，可靠性系数Ks=1.2，螺栓许用拉应力[σ]=160MPa。试求所需螺栓的最小直径d1。五、结构改错题：本大题只有一个小题，满分12分标准答案纸一、选择题：1－5：DDDCC6-10：BBAAD二、填空题：1．≤350，点蚀2．国家标准，行业标准3．左旋螺纹，右旋螺纹4．平键，半圆键5．弯曲强度6．浸油润滑，喷油润滑7．滚子链，齿形链