机械设计历年试题及答案

第1页共48页哈工大2004秋季学期机械设计试题答案一、选择填空题〔每空1分，共25分〕1、按照摩擦界面的润滑状态，可将摩擦分为干摩擦、边界摩擦、液体摩擦和混合摩擦。2、已知某三线螺纹中径为9.5mm，螺距为1mm，则螺纹的导程为3mm。3、螺纹连接防松的实质就是防止螺纹副的相对转动。按照防松方法的工作原理可将其分为三类，分别是摩擦防松、机械防松、和永久防松。4、受轴向工作载荷的紧螺栓连接中，螺栓受到的总拉力F0与预紧力F′、残余预紧力F〞和工作拉力F之间的关系为b。a、FFF0；b、FCCCFFmBB0；c、FFF0。5、导向平键的工作面是键的两侧面，导向平键连接的主要失效形式是工作面的磨损。6、V带传动中带工作中最大应力产生在紧边进入小带轮处，其值为cb11max。7、齿轮传动中选取齿宽系数时，一般采用硬齿面齿轮时齿宽系数b采用软齿面齿轮时齿宽系数，齿轮相对于轴承对称布置时的齿宽系数a齿轮悬臂布置时的齿宽系数。a、大于；b、小于；c、等于。8、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1Hb2H,齿根弯曲应力的关系是1Fa2F。a、；b、=；c、。9、按国家标准GB/292-1993规定，代号为32208的滚动轴承类型为圆锥滚子轴承，其内径为40mm，其精度为P0级。第2页共48页10、下列各种联轴器中，属于弹性联轴器的是d；属于可移式刚性联轴器的是a；属于固定式刚性联轴器的是b和c。a.万向联轴器；b.凸缘联轴器；c套筒联轴器；d弹性柱销联轴器。11、联轴器和离合器都是用来实现轴与轴之间的连接，传递运动和动力。但联轴器与离合器的主要区别在于联轴器需要在停车后才能实现轴与轴的结合或分离，而离合器可使工作中的轴随时实现结合或分离。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=KAKVKβKα，分别说明KV和Kβ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）Kυ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）第3页共48页齿向载荷分布系数（1分）Kβ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：306hhhVdxdp（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hh0，dp/dx0，压力逐渐增大，出口处hh0，dp/dx0，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。（1分）三、分析计算题（共25分）1、在图示电动绞车系统中，件1和2均为斜齿圆柱齿轮，件3为蜗杆，件4为蜗轮。已知蜗轮蜗杆均为右旋，并且设计时Ⅱ轴上的齿轮2与蜗杆3的轴向力能够相互抵消一部分，试回答下列问题(共16分)：①齿轮1的轮齿螺旋线方向是旋。（2分）②在图中用箭头表示出重物上升时齿轮1和齿轮2的转动方向以及齿轮2在节点A所受的轴向力2aF的方向。（4分）③重物上升时，在节点B处画出蜗杆3所受的轴向力3aF、圆周力3tF和径向力3rF的方向，在节点B处画出蜗轮4所受的圆周力4tF的方向。（4分）④若起重量W=50000N，蜗杆头数z3=2，蜗杆分度圆直径d3=100mm，蜗轮齿数z4=60，模数m=5，卷筒直径D=300mm，传动效率η=0.75。试求节点B处Fa3和Fa4的大小。（6分）第4页共48页答：①左旋（2分）。②齿轮1、齿轮2的转动方向的方向如图所示(2分)，2aF的方向如图所示(2分)。③各分力方向如图所示。（4分）④NzmDWdTFFta50000605/30050000)/(/244443）（(3分)NdiDWdiTdTFFta666710075030/30050000)/()/(2/23343334）。（(3分)2、如图所示，某轴由一对7209AC轴承支承，轴承采用面对面安装形式。已知两轴承径向载荷分别为Fr1=3000N，Fr2=4000N，轴上作用有轴向外载荷A=1800N。载荷平稳，在室温下工作，转速n=1000r/min。该轴承额定动载荷C=29800N，内部轴向力S=0.4Fr，e=0.68，当量动载荷系数如下表所示。试计算此对轴承的使用寿命。（9分）Fa/FreFa/Fr≤eXYXY0.410.8710答：内部轴向力方向如图所示（2分），S1=0.4Fr1=1200N(0.5分)S2=0.4Fr2=1600N(0.5分)齿轮1齿轮2ⅠⅡ·电动机××A·蜗杆3蜗轮4WBFt4Fa3Fa2n1n2Fr3×Ft3第5页共48页因为A+S1S2故Fa1=S1=1200N(1分)Fa2=S1+A=3000N(1分)比较两轴承受力，只需校核轴承2。Fa2/Fr2=0.75e(1分)P=XFr2+YFa2=0.41*4000+0.87*3000=4250N(1分)5.5240)(601036PCnLh(2分)四、结构题（20分）1、如下图所示，轴承部件采用左端固定右端游动支承结构，指出图中错误并在不改变轴承类型前提下画出正确结构。直接画在中心线下方，轴承可采用简化画法。（6分）答：轴可向右侧窜动（2分）。改正错误（4分，其它结构达到相同目的也可）。2、图连接面受转矩作用，利用四个螺栓完成连接，重新布置螺栓组使其受力更为合理，并在右边画出铰制孔用螺栓连接结构示意图。（6分）第6页共48页评分标准：螺栓位置（2分）铰制孔用螺栓连接（4分）3、完成图中轴系部件结构。（8分）评分标准：键连接结构（3分）齿轮轴向定位固定（2分）轴承考虑拆卸的固定（左右各1.5分）第7页共48页哈工大2006年秋季学期机械设计试题一选择填空题（每空一分共20分）1在常用的螺纹连接中，自锁性能最好的螺纹是，其牙型角α=。2普通平键连接工作时，平键的工作面是，平键的剖面尺寸bh按从标准中查取。普通平键连接的主要失效形式。3带传动中，若1为主动轮圆周速度，2为从动轮圆周速度，为带速，则这些速度之间存在的关系是。4V带传动中，V带截面楔角40，则V带轮的轮槽角φ0应40。5在设计V带传动时，V带的型号可根据和查选型图确定。6对于一对材料相同的钢制软齿面齿轮传动，为使大小齿轮接近等强度，常用的热处理方法是小齿轮，大齿轮。7根据轴的承载情况，自行车的前轴应称为轴。中间轴应称为轴。8代号为6206的滚动轴承，其类型是，内径d=mm9温度和压力是影响粘度的主要因素，若温度升高，则，若压力升高，则。10在下列联轴器中，能补偿两轴的相对位移并可缓冲吸振的是。第8页共48页A凸缘联轴器B齿式联轴器C万向联轴器D弹性柱销轴器11在蜗杆传动中，对每一模数规定了一个或几个蜗杆分度圆直径的目的是。12普通平键连接工作时，平键的工作面是。二简答题(共5题，每题6分)1简述齿轮传动的失效形式和开式齿轮传动的设计准则2以框图形式说明转轴的设计过程。3简述蜗杆传动的正确啮合条件。4简述动载系数Kv和齿间载荷分配系数Kα的含义并各举出两个主要影响因素。第9页共48页5写出一维的雷诺方程并根据该方程简述形成流体动压润滑的必要条件。三分析计算题1．如图a、b分别为二级标准斜齿圆柱齿轮减速器的两种布置形式。已知齿轮2模数mn2=2.5mm，z2=57，β2=13°；齿轮3模数mn3=3mm，z3=19；齿轮4轮齿旋向为右旋。若主动轴I转向如图所示，试：1）图a、b两种布置形式哪种布置合理？并分析为什么？（2分）2）为使中间轴Ⅱ的受力合理，试确定齿轮2轮齿旋向。（2分）3）在你认为齿轮布置合理的图上，画出各齿轮受力方向。（3分）4）为使轴Ⅱ的外部轴向力为零，试计算出齿轮3的螺旋角β3的值？（7分）5）若主动轴I转向相反，轴Ⅱ的外部轴向力还是否为零？（1分）（本题合计15分）图a图b第10页共48页2（总15分）：如图所示，一级斜齿圆柱齿轮减速器的小齿轮为悬臂布置形式。该齿轮的轴系采用一对角接触球轴承背对背安装的支撑形式。已知：轴承径向载荷Fr1、Fr2方向如图所示，大小分别为：Fr1=5500N、Fr2=3000N，小齿轮轴向力A=1500N。轴承内部轴向力按S=0.4Fr计算。1）分别计算该对轴承的轴向力Fa1、Fa2。（8分）2）若该对轴承的基本额定寿命为8000小时，现将载荷加大一倍，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基本额定寿命至少2500小时的工作要求？（7分）四结构题1下图分别用六角头M16的普通螺栓、六角头M16的铰制孔螺栓连接两块厚度为20mm的钢板，采用弹簧垫圈，补画出其余结构线条，并注明那个是普通螺栓连接，那个是铰制孔螺栓连接（4分）。第11页共48页2指出齿轮轴系结构图中的错误（指出并改正8处即可），说明错误原因，并在中心线上方画出正确结构（16分）。已知：1）齿轮是油润滑，轴承是脂润滑；2）轴承为深沟球轴承。第12页共48页哈工大2007年秋季学期机械设计试题一、填空题，（每空1分，共26分）1、设计连轴器时，先根据工作条件和要求选择合适的类型，然后按轴的直径、转速和计算转矩从标准中选择所需要的型号和尺寸。2、非液体摩擦滑动轴承处于混合摩擦状态，在非液体摩擦径向滑动轴承的设计计算时，验算pv值的目的主要是为了限制轴承温度（或摩擦功耗），维持边界膜不被破坏。3、螺纹公称直径是螺纹大径，强度计算时应用的螺纹直径参数是螺纹小径。4、在带传动的失效形式中，打滑是由于过载引起的。5、齿轮传动的失效形式有齿面磨损、轮齿折断、齿面胶合、(齿面点蚀和轮齿塑性变形。6、齿轮传动的载荷系数主要由使用系数，动载系数，齿向载荷分布系数和齿间载荷分配系数组成。其中主要与齿轮相对于轴承安装位置有关的系数是(齿向载荷分布系数。7、一对相互啮合圆柱齿轮，两齿轮的齿面接触应力关系是σH1＝σH2，许用接触应力的关系[σH1]≠[σH2]，两齿轮的齿根弯曲应力σF1≠σF2。（填=、≠）8、螺纹连接中，按其工作原理不同，螺纹防松方法有摩擦防松、_机械防松和永久性防松等。9、代号为7309C/P4的滚动轴承，其类型名称为角接触球轴承，内径为45mm，接触角为15°，精度等级是P4。10、平键连接的主要失效形式是工作面的压溃和键的剪断二、简答题（共24分）1.带传动过程中，带受到的应力分为几种？写出名称。以如图所示的减速传动为例，画出带传动时，带中的应力变化图，并指出最大应力的位置，写出最大应力表达式。画图时适当照顾比例。（6分）第13页共48页答：带传动受3种应力，分别是紧边和松边的拉应力1和2，弯曲应力b，离心应力c（3分）。最大应力发生在紧边，带刚绕上小带