河南理工大学机械设计试题及答案

《机械设计》课程试题（一）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。1．一般工作条件下，齿面硬度HB≤350的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为【B】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【C】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．下列四种型号的滚动轴承，只能承受径向载荷的是【B】A．6208B.N208C.3208D.52084．下列四种螺纹，自锁性能最好的是【D】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【C】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q6．在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指【D】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【B】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【D】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【D】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【D】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，主要受弯矩的轴为心轴，主要受转矩的轴为传动轴。2．代号62203的滚动轴承，为深沟球轴承轴承，其内径为17mm。3．在一般机械中的圆柱齿轮传动，往往使小齿轮齿宽b1大于大齿轮齿宽b2；在计算齿轮强度时，工作齿宽b应取大齿轮齿宽b2。4．普通平键联接的工作面是键的两侧面；楔键联接的工作面是键的上下面。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基孔制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。6．不随时间变化的应力称为静应力，随时间变化的应力称为变应力，具有周期性的变应力称为循环变应力。7．按照平面图形的形状，螺纹分为三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等。1．8．按照工作条件，齿轮传动可分为开式传动和闭式传动两种。9．齿轮传动设计时，软齿面闭式传动通常先按齿面接触强度设计公式确定传动尺寸，然后验算轮齿弯曲强度。2．10．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，称为齿轮轴。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？螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接、紧定螺钉联接。2．提高螺栓联接强度的措施有哪些？1降低螺栓总拉伸载荷的变化范围；2改善螺纹牙间的载荷分布；3减小应力集中；4避免或减小附加应力。3．闭式蜗杆传动的功率损耗主要包括哪三部分？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．简述带传动的优点？适于中心矩较大的场合；带具有良好的扰性，可缓和冲击、吸收振动；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；5．链传动的主要失效形式有哪些？链板疲劳破坏；滚子套筒的冲击疲劳破坏；销轴与套筒的胶合；链条铰链磨损；过载拉断。6．滚动轴承的基本类型有哪些？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。四、结构改错1、图示为一用对圆锥滚子轴承外圈窄边相对安装的轴系结构。请按示例①所示，指出图中的其他结构错误（不少于7处）（7分）（注：润滑方式、倒角和圆角忽略不计。）例①——缺少调整垫片[解]⑴——缺少调整垫片⑵——轮毂键槽不对⑶——与齿轮处键槽的位置不在同一角度上⑷——键槽处表达不正确（应该局部剖视）⑸——端盖孔与轴径间无间隙⑹——多一个键⑺——齿轮左侧轴向定位不可靠⑻——齿轮右侧无轴向定位⑼——轴承安装方向不对⑽——轴承外圈定位超高⑾——轴与轴承端盖相碰2、请说明图示轴系结构中用数字标出位置的错误（不合理）的原因。（5分）⑴——轴肩的高度超出了轴承内圈的外径；⑵——轴段的长度应该小于轮毂的宽度；⑶——螺纹轴段缺少螺纹退刀槽；⑷——键槽应该与中间部位的键槽在同一母线上布置；⑸——键的长度应该小于轴段的长度。北京机械工业学院机械设计考题与答案一、是非题（有5小题，每题1分，共5分。正确在括号内写“T”，错误在括号内写“F”）1．双螺母防松结构中，如两螺母厚度不同，应先安装薄螺母，后安装厚螺母。（T）2．滚动轴承的轴向系数Y值越大，其承受轴向能力越大。（F）3．减速器的齿轮和滚动轴承可以采用不同的润滑剂。（T）4．设计蜗杆传动时，为了提高传动效率，可以增加蜗杆的头数。（T）5．失效就是零件断裂了。（F）二、选择题（有5小题，每题2分,共10分。在每小题的选项中，只有一项是符合题目要求的，把所选项的字母填在题中的横线上）6．温度对润滑油粘度的影响是随着温度的升高润滑油的粘度C。A）提高B）不变C）降低7．设计时键的截面尺寸通常是根据D从标准中选取。A）键传递的转矩B）轴的转速C）轮毂的长度D）轴的直径8．下列四种叙述中D是正确的。A）变应力只能由变载荷产生B）静载荷不能产生变应力C）变应力是由静载荷产生D）变应力是由变载荷产生，也可能由静载荷产生9．从经济观点考虑，单件生产的齿轮减速箱的箱体最好采用C。A）灰铸铁铸造B）铸钢铸造C）钢板焊接10．由下列不同材料制造的零件，其形状、尺寸、结构、表面加工情况和工作条件等完全相同，其中有效应力集中系数最大的是B。A）HT200灰铸铁B）40CrNi钢C）45钢三、填空题（有5小题，20个空，每空1分,共20分。把答案填在题中横线上）11．对下列各种零件至少举出一种常用材料的牌号，齿轮45，40Cr，滑动轴承轴瓦ZQSn10-1，ZQAl9-4，蜗轮轮缘ZQSn10-1，ZQAl9-4，螺钉Q235，20，弹簧65Mn，碳素弹簧钢丝，弹簧垫圈65Mn，滚动轴承套圈GCr15，滚动轴承保持架08F，键45。12．带传动的失效形式为打滑和疲劳破坏。因此，其主要设计依据为在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。13．轴按承载分为心轴，转轴和传动轴。14．螺纹联接按防松原理可分为摩擦防松，机械防松和其它防松。15．灰铸铁齿轮常用于开式传动中，这种齿轮的主要失效形式是磨损。四、问答题（有5小题，每题4分,共20分）16．什么是等强度设计？在设计中如何应用？答：一个机器的各零件或一个零件对于各种失效方式具有同样的承载能力。在设计中的应用有二：一是使各部分等强度，避免某些部分强度过大，浪费材料；二是故意设置薄弱环节，过载时失效，使其它部分在过载时不致于损坏而得到保护。17．什么是机械零件的失效？答：机械零件由于某种原因不能正常工作，叫失效。18．滑动轴承计算中，计算p，pv，v各考虑什么问题？答：p——轴承磨损；pv——发热；v——局部磨损。19．齿轮传动中的载荷系数K=KAKvKαKβ，KAKvKαKβ各为什么系数，各考虑什么因素对齿轮传动的影响？答：齿轮传动中的载荷系数K=KAKvKαKβ中，KA是使用系数，考虑外部因素引起附加动载荷对齿轮传动的影响；Kv是动载系数，考虑齿轮制造、安装误差等引起附加动载荷对齿轮传动的影响；Kα是齿间载荷分配系数，考虑多齿啮合间分配载荷的不均匀现象对齿轮传动的影响；Kβ是齿向载荷分布系数，考虑载荷沿接触线分布不均的现象对齿轮传动的影响；20．什么叫机械零件的计算准则？常用的机械零件的计算准则有那些？答：机械零件的计算准则就是为防止机械零件的失效而制定的判定条件，常用的准则有强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则等？五、分析题（有2小题，每题6分,共12分）21．一钢制液压油缸，缸内油压P＝2.5MPa(静载)，油缸内径D＝125mm，缸盖由6个M16的螺钉联接在缸体上.螺钉刚度Cb与缸体缸盖的刚度Cm之比为l/4，螺钉材料的性能等级为5.6级，安全系数取S＝1.5，M16螺钉的小径d1=13.835mm.若根据联接的紧密性要求，要求残余预紧力QP‘＞1.5F.试分析预紧力QP应控制在什么范围内才能满足此联接的要求?解1.计算单个螺钉的工作拉力F（2分）油缸盖联接所受的载荷FΣ=pD2/4，每个螺钉的工作拉力F＝FΣ／6＝p×D2/4/6＝2.5(125)2／4/6＝5113.27N2.计算允许的螺钉最大总拉力Q（2分）螺钉材料性能等级为5.6级，s＝300MPa，许用应力[]=s/S＝300/1.5＝200MPa.由强度条件ca＝1.3Q/(d2/4)≤[]Q≤d2[]/4/1.3＝×13.8352×200/4/1.3＝23127.83N3.求预紧力Qp的允许范围（2分）1)按螺钉强度条件求允许的最大预紧力Q＝Qp十Cb/（Cb+Cm）F≤23127.83N∴Qp≤23127.83-0.2F＝23127.83-0.2×5113.27=22105.17N2)按联接紧密性条件求最小的预紧力，根据联接紧密性要求，QP‘≥1.5F∴QP‘＝Qp-Cm/（Cb+Cm）F=Qp-0.8F≥1.5F即Qp≥1.5F十0.8F＝2.3F＝l1760.52N由以上计算结果可知，预紧力Qp应控制为l1760.52N≤Qp≤22105.17N22．一传动装置，输入转矩为T1，输出转矩为T2，速比为i，总效率为，试证明T2=T1×i×η答：设输入功率为P1（kW），输出功率为P2（kW），输入转速为n1（r/min），输出转速为n2（r/min），∵T=9.55×106×P/n(N.mm)∴P1=T1×n1/(9.55×106)P2=T2×n2/(9.55×106)∵η=P2/P1=(T2×n2/(9.55×106))/(T1×n1/(9.55×106))=T2×n2/(T1×n1)i=n2/n1∴η=T2/T1/i即T2=T1×i×η六、计算题（有2小题，每题6分,共12分）23．一对46210角接触球轴承反安装，如图1所示。已知轴承1和轴承2的径向载荷分别为R1=2000N,R2=4000N,轴上作用的轴向载荷Fa=800N(指向轴承2)，轴承的派生轴向力S的计算式S=0.68R，e=0.68，X=0.41,Y=0.87。轴承载荷有轻微冲击，载荷系数fF=1.2，工作温度不大于120C。试求：(1)轴承1和轴承2的轴向载荷A1和A2；(2)轴承1和轴承2的当量动载荷P1和P2。解:(1)计算轴承的轴向载荷S1=0.68R1=0.68×2000=1360NS2=0.68R2=0.68×4000=2720NS1、S2方向见图2因为Fa+S2=800+2720=3520N＞S1所以轴承1“压紧”，A1=Fa+S2=800+2720=3520(2分)轴承2“放松”，A2=S2=2720N(2分)（2）计算轴承的当量动载荷轴承1A1/R1=3520/2000=1.76＞e=0.68,则取图1X1=0.41,Y1=0.87P1=fF(X1R1+Y1A1)=1.2×(0.41×2000+0.87×3520)=3882.4N(2分)轴承2A2/R1=2720/4000=0.68≤e=0.68,则取X2=1,Y2=0P2=fFX2R2=1.2×1×4000=4800N(2分)24．已知V带传动中，最大传递功率P=8kW，带的速度v=10m/s，若紧边拉力F1为松边拉力F2的2倍，此时小带轮上包角1=120，求：（1）有效拉力Fe；（2）紧边拉力F1；（3）当量摩擦系数fˊ。解:有效拉力Fe=1000P/