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第 1 页 共 47 页 哈工大 2004 秋季学期 机械设计试题答案机械设计试题答案 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 3 mm 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 F CC C FF mB B 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 b 2H 齿根弯曲应力的关系是 1F a 2F a b c h0 dp dx 0 压力逐渐增大 出口处 h h0 dp dxeFa Fr e XYXY 0 410 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 因为 A S1 S2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 75 e 1 分 P XFr2 YFa2 0 41 4000 0 87 3000 4250N 1 分 5 5240 60 10 3 6 P C n L h 2 分 第 5 页 共 47 页 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 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 6 页 共 47 页 哈工大 2006 年年 秋 季学期 机械设计机械设计 试试 题题 一选择填空题 每空一分共 20 分 1 1 在常用的螺纹连接中 自锁性能最好的螺纹是 其牙型角 2 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 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 4 V 带传动中 V 带截面楔角40 则 V 带轮的轮槽角 0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 第 7 页 共 47 页 8 代号为 6206 的滚动轴承 其类型是 内径 d mm 9 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 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 第 8 页 共 47 页 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K 的含义并各举出两个主要影响因素 第 9 页 共 47 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 2 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 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 的外部轴向力为零 试计算出齿轮 3 的螺旋角 3的值 7 分 5 若主动轴 I 转向相反 轴 的外部轴向力还是否为零 1 分 本题合计 本题合计 1515 分 分 第 10 页 共 47 页 图 a图 b 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 第 11 页 共 47 页 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 12 页 共 47 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 第 13 页 共 47 页 2 轴承为深沟球轴承 第 14 页 共 47 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 轴的直径轴的直径 转速转速和计算转矩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 或轴承温度 或 摩擦功耗 摩擦功耗 维持边界膜不被破坏 3 螺纹公称直径是 螺纹大径螺纹大径 强度计算时应用的螺纹直径参数是 螺纹小径螺纹小径 4 在带传动的失效形式中 打滑打滑 是由于过载引起的 5 齿轮传动的失效形式有齿面磨损 轮齿折断轮齿折断 齿面胶合齿面胶合 齿面点蚀齿面点蚀和 轮齿塑性变形轮齿塑性变形 6 齿轮传动的载荷系数主要由使用系数 动载系数 齿向载荷分布齿向载荷分布 系数系数和 齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数 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 H1 H2 许 用接触应力的关系 H1 H2 两齿轮的齿根弯曲应力 F1 F2 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摩擦防 松松 机械防松机械防松和永久性防松等 9 代号为 7309 C P4的滚动轴承 其类型名称为 角接触球轴承角接触球轴承 内径为 45 mm 接触角为 15 精度等级是 P4 10 平键连接的主要失效形式是 工作面的压溃工作面的压溃和 键的剪断键的剪断 本题分数本题分数 第 15 页 共 47 页 二 简答题 共共 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 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 带刚绕上小带轮的入口处 1 分 最大应力表达式 bcmax 1 1分 2 闭式蜗杆传动为什么要进行热平衡计算 提高散热能力的常用措施主要有 哪些 6分 答 因为蜗杆传动效率低 发热大 在闭式蜗杆传动中 如果产生的热量不能 及时散逸 就会使油温升高 润滑油粘度下降 润滑条件恶化 导致齿面磨损加 剧 甚至发生胶合 所以 需要进行热平衡计算 得 2分 常用的提高散热 能力的措施主要有 1 合理地设计箱体的结构 铸出或焊上散热片 以增大散热面 积 2 在蜗杆上安装风扇 进形人工通风 以提高散热系数 3 在箱体油池中 装设蛇形冷却水管 直接降低油温 4 采用压力喷油循环润滑 得 4分 3 什么是轴承的基本额定动负荷 基本额定动负荷的方向是如何规定 的 6 分 答 轴承的基本额定动负荷 滚动轴承标准中规定 轴承工作温度在 100 以 下 基本额定寿命 L 1 10 6r 时 轴承所能承受的最大载荷成为轴承的基本额定 动负荷 3 分 本题分数本题分数 第 16 页 共 47 页 轴承的基本额定动负荷的方向 对于向心轴承为径向载荷 1 分 对于推力 轴承为中心轴向载荷 1 分 对于角接触向心轴承为载荷的径向分量 1 分 4 简述闭式齿轮传动的设计准则 6 分 答 1 对于软齿面闭式齿轮传动 通常先按齿面接触疲劳强度进行设计 2 分 然后校核齿根弯曲疲劳强度 1 分 2 对于硬齿面闭式齿轮传动 通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设计 2 分 然 后校核齿面接触疲劳强度 1 分 三 分析计算题 共共 34 分 有一电动绞车 采用如图 2所示的传动方案 齿轮 1 和 2为闭式 直齿圆柱齿轮传动 蜗杆 3 和蜗轮 4 为开式传动 已知齿轮 1 齿轮 2 和蜗杆 3的材料均为 40Cr钢 且它们均为表面淬火处理 表面硬度为 45 55HRC 蜗轮材料为铸造锡磷青铜 采用 4个联轴器将 6根轴连 接 把运动和动力传递到卷筒 实现提升重力 W的目的 解答下列各 问题 图图 2 1 试分析 I II 和 VI 轴各受什么载荷作用 注明各轴的类别 不计各轴的自 重 分析 III 轴 A A截面和 B B 截面上各作用有哪几种应力 这些应力的变化性 质如何 卷筒轴双向转动受力 10分 答 I轴只受扭矩 是传动轴 2分 II 和 VI轴不仅受转矩 还受弯矩 是 转轴 2 分 III 轴 A A截面上只作用弯曲应力 弯曲应力为对称循环变应力 2 分 B B截面上不仅作用弯曲应力 还作用有扭剪应力 其中弯曲应力为对称循 环的变应力 扭剪应力为对称循环的变应力 4分 本题分数本题分数 第 17 页 共 47 页 2 受力分析问题 共 8分 1 蜗杆轮齿的螺旋线方向如图 2所示 试确定蜗轮轮齿的螺旋线方向 并 标在图上 在图中标出使重力 W上升时电机的转向 并画出蜗轮轮齿在啮合点 D 处各分力 Fr Fa Ft的方向 可在两个视图上分别用箭头表示 5分 答 蜗轮为右旋 1分 电机转向为如图向上 1分 如图所示 3个力各 1 分 共 3分 2 如果采用如图 3所示传动方案 当重力 W上升时 为了使 II 轴受力合 理 怎样设计齿轮 1和齿轮 2 的轮齿螺旋线方向 并在图中啮合点 C处标出齿轮 2 的轴向力的方向 3分 答 齿轮 1 为左旋 1 分 齿轮 2 应为右旋 1分 轴向力方向向 左 1 分 第 18 页 共 47 页 3 若凸缘联轴器的两个半联轴器凸缘间用 6个 M16的普通螺栓连接 已知预 紧力 F 800N 结合面间的摩擦系数 f 0 15 可靠性系数 Kf 1 2 卷筒直径为 D 250mm 螺栓中心所在圆周的直径为 D0 300mm 按此预紧力大小 计算该螺 栓组连接所能允许提起的最大重力 Wmax 7 分 答 对于只承受预紧力的紧螺栓连接 依靠预紧力在结合面间产生的摩擦力 对形心的力矩之和来平衡外力矩 预紧力满足 z i i f rf TK F 1 2分 mmN90000 2 1 2 300 680015 0 1 max f z i i K rFf T 1分 maxmax 2 T D W 2分 N720 250 9000022 max max D T W 1分 该螺栓组所能允许提起的最大重力为 720N 1分 4 若轴采用一对 7000型轴承固定方式 如图 4所示 已知轴承 1 2 的径向支反 力为 Fr1 4000N Fr2 5000N 轴上两零件所受的轴向力 A1 900N A2 400N 方 第 19 页 共 47 页 向如图所示 轴承上的内部轴向力 S与径向载荷 Fr之间的关系式为 S 0 4 Fr 试 计算轴承 1 2 所受的轴向载荷 Fa1 Fa2 9分 答 1 求轴承 1 和 2的内部轴向力大小和方向 S1 0 4Fr1 0 4X4000 1600N 方向如图 计算正确 0 5分 方向正确 0 5 分 S2 0 4Fr2 0 4X5000 2000N 方向如图 计算正确 0 5分 方向正确 0 5 分 2 判断压紧和放松的轴承 即轴的运动方向 S1 A1 1600 900 2500N S2 A2 2000 400 2400N 轴有向右运动 趋势 轴承 1 放松 轴承 2 压紧 3分 3 求轴向力 Fa1 S1 1600N 2分 Fa2 S1 A1 A2 2100N 2 分 四 结构题 共 16 分 1 图 5轴承部件 采用两端固定支承结构形式 轴承采用润滑脂润 滑 指出图中设计的结构错误 并对错误的原因作简要说明 并在图中下 半部分画出正确结构图 12分 注 标出 8处即可 同类性质的错误按一处记分 本题分数本题分数 A1 A2 第 20 页 共 47 页 图 5 1箱体上与轴承端盖接触面应有凸台 减少加工面积 2应有调整垫片 3缺少挡油板 4轴承端面和轴承座端面不应重合 5与轮毂配合段轴颈长度应比轮毂长小 1 2mm 6端盖和轴之间不应接触 要有间隙 7应加密封圈 8应同一轴上的键连接应在同一母线上 9轴承的定位套筒和轴肩外径不应高过轴承内圈 应为轴承留拆卸空间 10密封处轴径应比轴承内径下 减小安装轴承的距离 每指出一处错误 并说明得 0 5分 总共不超过 4分 把指出的错误画正确每处得 1分 总共不超过 8分 第 21 页 共 47 页 2 如图 6 所示凸缘联轴器结构 采用铰制孔螺栓连接 请画出螺栓连接两个 半联轴器的结构图 螺栓的公称直径为 M12 4分 图 6 第 22 页 共 47 页 哈工大 2009秋季学期考试试题答案 机械设计试题 A 卷 一 填空题 每空 1分 计 25 分 1 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 b a 2H1H b 2H1H c 2H1H 2 带传动中紧边拉力为 1 F 松边拉力为 2 F 则其传递的有效圆周力F为c a 21 FF b 2 21 FF c 21 FF d 2 21 FF 3 对于硬齿面闭式齿轮传动 其齿面接触承载能力较高 故通常先按 齿根弯曲 疲劳 强度进行设计 然后校核 齿面接触疲劳 强度 4 蜗杆的 c模数为标准模数 蜗轮的b压力角为标准压力角 a 法面 b 端面 c 轴面 5 带在带轮上即将打滑而尚未打滑的临界状态时 1 F与 2 F的关系可用著名的欧拉 公式表示为 1 21 f eFF 6 在蜗杆传动中 当需要自锁时 应使当量摩擦角b蜗杆导程角 a 小于 b 大于 c 等于 7 计算蜗杆传动的传动比时 公式c是错误的 a 21 i b 21 n ni c 12 d di d 12 z zi 8 蜗杆传动的失效通常是发生在蜗轮轮齿 上 9 设计圆柱螺旋弹簧时 其弹簧直径 d按 强度条件确定 其工作圈数 n 按 刚度条件确定 10 弹簧指数 C D2 d C 值越大 刚度越 小 11 楔键联接靠 摩擦力 传递转矩 用于对中性要求不高的联接 12 按国家标准 GB 292 93 规定 代号为 7210C的滚动轴承类型为 角接触球轴承 轴承 其内径为 50 mm 宽度系列为 窄 系列 直径系列为 轻 系列 C 代表 公称接触角 15 其精度为 P0 级 13 下列各种联轴器中 能减缓振动和冲击的是 f 可实现两轴线角位移最大的 是 c 常用于两轴线对中性不好 低速情况下的是 d 和 e 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 弹性柱销联轴器 二 问答题 每题 5分 计 30 分 1 试分析影响带传动所能传递最大有效圆周力 Fmax的主要因素 5分 第 23 页 共 47 页 1 1 0max 1 1 1 1 2 f f e e FF max F与初拉力 0 F 包角 1 和摩擦系数f有关 3 0 F 大 1 大 f大 则产生的摩擦力大 传递的最大有效圆周力也大 2 2 试说明齿形系数 F Y与齿轮的哪些参数有关 F Y对齿根弯曲应力 F 有何影响 5分 齿形系数 F Y反映了轮齿几何形状对齿根弯曲应力 F 的影响 凡是影响齿廓形 状的参数如齿数z 变位系数x和分度圆压力角 都影响 F Y 3 如果齿数z增大 变位系数x和分度圆压力角 增大 均可以使齿根增厚 齿 形系数 F Y减小 F 减小 2 3 为提高轮齿的抗折断能力 可采取哪些措施 5分 可适当增大齿根圆角半径以减小应力集中 1 合理提高齿轮的制造精度和安装精度 1 正确选择材料和热处理方式 2 以及对齿根部位进行喷丸 輾压等强化处理 1 4 螺纹联接防松的实质是什么 按工作原理分 防松的方法有哪几类 答 防松的实质是防止螺纹副间的相对转动 2分 防松的方法有摩擦防松 机械防松 永久防松 3分 5 什么是滚动轴承的基本额定动负荷 其方向是如何确定的 5分 答 轴承工作温度在 100 C以下 基本额定寿命 L 1x1 6 0r 时 轴承所能承受的最 大载荷 称为基本额定动负荷 2 分 对于向心轴承 其方向为径向载荷 1分 对于推力轴承 其方向为轴向载荷 1分 对于角接触轴承 其方向为载荷的径向分量 1分 6 简述非液体摩擦径向滑动轴承校核计算的主要内容 5分 答 1 验算压强 滑动轴承压强 p 许用压强 p 2 分 验算 pv 值 pv pv 2 分 验算轴径圆周速度 v v v 1分 三 分析计算题 1 如图示 卷筒与齿轮用普通螺栓联接在一起 螺栓个数 Z 8 轴不旋 转 卷筒与齿轮在轴上旋转 已知卷筒所受旋转力矩 T 107Nmm 螺栓分布直径 第 24 页 共 47 页 D0 500mm 卷筒与齿轮接合面间摩擦系数 f 0 12 可靠性系数 Kf 1 2 螺栓材料 的屈服极限 S 300Mpa 安全系数 S 3 试设计该螺栓组的螺栓直径 10分 普通螺纹基本尺寸表 第一系列 公称直径 d中径 d2小径 d1螺距 p 2422 05120 7523 3027 72726 2113 5 3633 40231 6704 4239 07737 1294 5 4844 72542 5875 解 设螺栓受预紧力 F 计算螺栓所需预紧力 F 0 2 f D ZfFK T 2分 7 0 2 2 1 2 10 50000 8 0 12 500 f K T FN ZfD 2 分 计算许用应力 300 100 3 s MPa S 2分 确定螺栓直径 d1 1 4 1 34 1 3 50000 28 768 100 F dmm 2分 选择螺栓 查表选取 M36 d1 31 670mm 28 768mm 2分 2 如图所示 a b 分别为斜齿圆柱齿轮的悬臂布置和对称布置的支承形式 图 1 2 分别为一对角接触球轴承背对背 面对面安装支承形式 1 请合理选择斜齿轮不同布置形式下 一对角接触球轴承的支承形式 你认 为正确的 在 中打 第 25 页 共 47 页 图 a 所示悬臂布置宜采用 图 1 图 2 1 分 图 b 所示对称布置宜采用 图 1 图 2 1 分 2 根据 1 中的选择结果计算图 a 所示情况下 轴承的轴向力 Fa1 Fa2 已知 轴承径向载荷 Fr1 Fr2 齿轮的轴向力 A 方向如图所示 大小分别 为 Fr1 4000N Fr2 2000N A 2000N 轴承内部轴向力 S 0 4Fr 4 分 解 S1 0 4Fr1 0 4x4000 1600 N 方向向左 1分 S2 0 4Fr2 0 4x2000 800 N 方向向右 1分 S2 A 800 2000 2800 N S1 1600 N 1分 所以 Fa1 S2 A 2800 N 1 分 Fa2 S2 800 N 3 若该对轴承的寿命为 5000 小时 现将当量动载荷加大一倍 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寿命至少 1000 小时 的工作要求 4分 标准答案 第 26 页 共 47 页 结论 此轴承能够满足寿命至少 1000 小时要求 3 在图示传动系统中 件 1和 2 均为斜齿圆柱齿轮 件 3 为蜗杆 件 4为蜗轮 已知齿轮 1 轮齿螺旋线方向为左旋 其转向如图所示 试回答下列问题 1 齿轮 2 的轮齿螺旋线方向是旋 1分 2 在图中画出齿轮 1 齿轮 2在节点 A所受的轴向力 1a F 和 2a F的方向 2分 3 为使在 轴上的齿轮 2与蜗杆 3 的轴向力相互抵消一部分 蜗杆 3 的螺旋线方 向应该是旋 并在图中画出蜗杆的旋向 在节点 B处画出蜗杆 3所受的轴向力 3a F 圆周力 3t F和径向力 3r F 的方向 在节点 B处画出蜗轮 4所受的圆周力 4t F和 径向力 4r F的方向 在图中画出蜗轮 4的转动方向 8分 答 答 1 右旋 1 2 齿轮 1 齿轮 2在节点 A所受的轴向力 1a F 和 2a F的方向如图所示 2 3 右旋 1 画出螺旋线方向 1 蜗杆 3 所受的三个分力 3a F 3t F和 3r F 的方向如图所示 3 蜗轮 4 所受的圆周力 4t F和径向力 4r F的方向如图所示 2 蜗轮 4 的转动方向如图所示 1 分 小时 小时 分 分 1 1000 1250 8 50002 8 2 1 260 2 10 2 60 10 36 36 h PTh PTh L nPfCfL nPfCfL Fa1 Ft4 Fr3 B Ft3 Fr4 Fa3 齿轮 1 齿轮 2 蜗杆 3 蜗轮 4 电动机 A Fa2 n4 第 27 页 共 47 页 4 一对标准斜齿圆柱齿轮传动如图所示 已知 输入轴转速min 960 1 rn 输入 功率3 PkW 齿轮齿数21 1 z 2 z 62 法向模数5 2 n mmm 分度圆螺旋角 849725 8 分度圆柱上的法面压力角 20 n 试计算 1 输入轴 I 上的转矩 2 大斜齿圆柱齿轮上三个分力的大小 本题 4 分 解 输入轴上的转矩 84 29 60 2960 103 3 1 1 n P TN m 1 123 1 215 2 cos84 2922 1 1 d T FtkN 1 414 0 849725 8 cos 20tan123 1 cos tan n tr FFkW 1 175 0849725 8tan123 1tan ta FFkN 1 四 结构题 10 分 1 如图所示 已知圆锥滚子轴承安装在零件 1 的轴承座孔内 由于结构限制 设计时不能改变零件 1 的尺寸 试问 采用何种方法以便于轴承外圈拆卸 并在右侧图上画出零件 1的结构 2 分 答 可在零件 1圆周方 向上等分圆周位置加 2 至 3 个螺纹孔 用螺钉 顶轴承外圈拆卸 如右 图所示 答出方法 1 5 分 画出结构 1 5 第 28 页 共 47 页 分 2 写出实现轴上零件轴向固定的四种方法 并画出相应的结构图 8分 标准答案 评分标准 每种方法各 2 分 文字说明 0 5 分 画出结构图 1 5 分 第 29 页 共 47 页 2010 年机械设计考试题 一 填空题 共 11 分 1 如果一个零件的应力循环特性6 0 r Mpa80 a 则此时 m max min 1 分 2 普通螺纹的公称直径指的是螺纹的 径 计算螺纹危险截面时使用 的是螺纹的 径 1 分 3 普通平键联接的工作面是 主要失效形式是 其键的剖面 尺寸hb 按由标准中选定 而键长L通常按从标准中查 取 2 分 4 带工作时截面上产生的应力有 最大应力值 为 2 分 5 在设计 V 带传动中时 V 带的型号是根据和选取的 1 分 6 在链传动中 链轮的转速 节距 则传动的动载荷越大 1 分 7 安装于某轴单支点上的代号为 6208 的一对滚动轴承 其内径 mm 轴承名称为 1 分 8 安装滚动轴承时 其内圈与轴径一般是采用 配合关系 以保证两 者之间没有相对的转动 1 分 9 在轴的结构设计中 轴的最小直径 dmin是按 初步确定的 1 分 二 选择题 共 20 分 每小题 2 分 1 机械零件由于某些原因不能时称为失效 A 工作B 连续工作C 正常工作D 负载工作 2 绘制零件简化的极限应力图时 所必需的已知数据是 A 1 0 KB 0 1 S K B 1 0 S D 1 0 K 3 带传动中 主动轮圆周速度 v1从动轮 v2圆周速度带速 v 它们之间的关系 为 A v1 v2 vB v1 v v2 第 30 页 共 47 页 C v1 v v1 v2 4 带张紧的目的是 A 减轻带的弹性滑动B 提高带的寿命 C 改变带的运动方向D 使带具有一定的初拉力 5 与齿轮传动相比 链传动的主要特点这一是 A 适合于高速B 制造成本高 C 安装精度要求较低D 有过载保护 6 一齿轮传动 主动轮 1 用 45 号钢调质 从动轮 2 用 45 号钢正火 则它们的齿 面接触应力 A 12HH B 12HH C 12HH D 无法判断 7 在蜗杆传动中 蜗杆材料和蜗轮材料的组合 应该选取 A 钢蜗杆与青铜蜗轮B 青铜蜗杆与钢蜗轮 C 青铜蜗杆与青铜蜗轮D 钢蜗杆与钢蜗轮 8 设计斜齿圆柱齿轮传动时 螺旋角 一般在 8 0 200范围内选取 太小斜齿轮 传动的优点不明显 太大则会引起 A 大的切向力B 大的轴向力C 小的切向力D 小的轴向力 9 在不完全液体润滑滑动轴承设计中 除了限制轴承p值外 还要对轴承pv值 进行验算 其主要目的是 A 限制轴承过渡磨损B 限制轴承的温升 C 保证轴承的强度D 限制轴承的质量 10 在进行滚动轴承组合设计时 对支承跨距很长 工作温度变化很大的轴 为适应轴 有较大的伸缩变形 应考虑 A 将一端轴承设计成游动的B 采用内部间隙可调整的轴承 C 采用内部间隙不可调整的轴承D 轴颈与轴承内圈采用很松的配合 三 简答题 共 25 分 每小题 5 分 1 螺纹联接主要有哪几种基本类型 试简述其特点及使用场合 不要求画图 5 分 2 带传动中的弹性滑动与打滑有何区别 对传动有何影响 什么叫打滑 如何避 免打滑 3 为什么点蚀主要发生在节线附近齿根面上 5 分 4 对标准直齿圆柱齿轮传动 问 1 计算大 小齿轮弯曲强度时所用公式是否相同 2 计算大 小齿轮弯曲强度时那些参数取值不同 3 两轮弯曲强度大小通过那些参数比较就能看出来 可得到什么结论 5 分 第 31 页 共 47 页 注 FSaFa t F YYY bm KF 5 形成液体动力润滑的必要条件是什么 四 分析题 共 20 分 第 1 题 12 分 第 2 题 8 分 1 如图 1 所示机械传动系统 已知 I 轴转向 试分析 在图上画出或写出 1 为使 II 轴所受的轴向力最小 确定两斜齿圆柱齿轮螺旋线的方向 2 确定蜗轮旋转方向和螺旋线方向 3 画出 II 轴上斜齿圆柱齿轮受力的三个分力的方向 4 画出 II 轴上锥齿轮受力的三个分力的方向 图 1 2 图 2 所示为三级减速装置传动方案简图 要求总传动比 i 50 这样布置是否合 理 为什么 试画出合理的传动方案简图 不采用蜗杆传动 第 32 页 共 47 页 图 2 五 计算题 14 分 某传动装置 根据工作条件决定采用一对角接触球轴承 如图 3 暂定轴承型 号 为 7307AC 已 知 轴 承 荷 载N1000 1 r F NFr2060 2 NFae880 转 速 min 5000rn 取载荷系数5 1 P f 预期寿命h2000 hL 试问 所选轴承型号是否合 适 备用公式 60 106 P Cf n L t h pra PfXFYF 对于球轴承3 图 3 单级圆柱齿轮 减速器 F运输带 滚筒 链传动V 带传动 12 1r F2r F ae F 电机 第 33 页 共 47 页 六 结构设计 10 分 图 6 中所示轴系结构有错误和不合理的地方 请指出并说明原因 要求 请在图示中的结构错误处引出线并标上序号 如 1 2 3 图 6 型 号 数据 C N 派生轴 向力 d F N eFF ra eFF ra e XYXY 7307AC33400 r 0 68F0 410 87100 68 第 34 页 共 47 页 哈工大哈工大 20112011 年机械设计试题及答案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 15 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 40 相应的 V带轮 轮槽的两侧面夹角则 a 大于 40 b 小于 40 c 等于 40 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 第 35 页 共 47 页 8 按国家标准 GB 292 93 规定 型号 7212 C DB 轴承的类型为 宽度类型 为 精度等级为 公称接触角 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 K 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 0 5 试计算出电机的输出转 矩 Tm应是多少 2 分 第 36 页 共 47 页 4 若蜗轮轴采用如图 b 所示的两个角接触轴承 7209 C支撑形式 L 100mm 蜗杆传动效率 1 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 2 0 8 轴承 7209 C 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 第 37 页 共 47 页 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 第 38 页 共 47 页 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 一 填空题及选择填空题 一 填空题及选择填空题 2727 分 每空分 每空 1 1 分 分 1 当动压润滑条件不具备 且边界膜遭破坏时 就会出现流体流体 摩擦摩擦 边界摩擦边界摩擦和干摩擦干摩擦同时存在的现象 这种摩擦状态称为混合混合 摩擦摩擦 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 15 螺纹副材料的当量摩擦系数 f 0 08 0 10 经计算该螺纹副a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 工作面的磨损工作面的磨损 设计时通 过 限制工作面间的压强工作面间的压强来进行耐磨性计算 半圆键的缺点 是 键槽对轴强度削弱较大键槽对轴强度削弱较大 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 40 相应的 V 带轮 轮槽的两侧面夹角则b a 大于大于 40 b 小于小于 40 c 等于等于 40 5 传动带所能传递的最大有效圆周力 Fmax与初拉力初拉力 F0 带在小带在小 第 39 页 共 47 页 带轮带轮 上的包角上的包角 1 带与带轮间的摩擦系数带与带轮间的摩擦系数 f 等因素有关 它们的值越大 Fmax就越大 当传递的外载荷超过最大有效圆周力下的承载能力最大有效圆周力下的承载能力 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 其原因是带在小带轮上的包角小于带在小带轮上的包角小于 大带轮上的包角大带轮上的包角 或带在大带轮上的包角大于小带轮上的包角带在大带轮上的包角大于小带轮上的包角 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 是轮齿折断轮齿折断 软齿面闭式齿轮传动最主要的失效形式是齿面疲劳点齿面疲劳点 蚀蚀 高速重载齿轮传动易发生热胶合热胶合 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e 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 7212 C DB轴承的类型为 角接触角接触 球轴承球轴承 宽度类型为 窄系列窄系列 精度等级为P0 公称接触角 15 9 对于转动的滚动轴承 其主要失效形式是 疲劳点蚀疲劳点蚀 对于不转动 低 速或摆动的轴承 主要失效形式是 局部塑性变形局部塑性变形 对于高速轴 承 发热以至胶合发热以至胶合 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 胶合和磨损胶合和磨损 主要发生在 轴瓦轴瓦 上 二 问答题 二 问答题 24 分分 每小题每小题 4 分 分 1 齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数 K 的物理意义是什么 改善齿向载荷分布不均匀的物理意义是什么 改善齿向载荷分布不均匀 状况的措施有哪些 状况的措施有哪些 K 的物理意义 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 2 分分 措施 答出以下 7 点中 3 3 点以下者点以下者 1 1 分分 答出 3 3 点以上者点以上者 2 2 分分 1 齿轮的制造和安装精度 第 40 页 共 47 页 2 轴 轴承及机体的刚度 3 齿轮在轴上的布置 合理选择 4 轮齿的宽度 设计时合理选择 5 采用软齿面 通过跑合使载荷均匀 6 硬齿面齿轮 将齿端修薄 或做成鼓形齿 7 齿轮要布置在远离转矩输入端的位置 2 试述齿轮传动的设计准则试述齿轮传动的设计准则 评分标准 以下评分标准 以下 4 点各点点各点 1 分分 1 软齿面闭式齿轮传动 软齿面闭式齿轮传动 通常先按齿面接触疲劳强度进行设计 然后校核 齿根弯曲疲劳强度 2 硬齿面式齿轮传动 硬齿面式齿轮传动 通常先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 3 高速重载齿轮传动 还可能出现齿面胶合 故需校核齿面胶合强度 高速重载齿轮传动 还可能出现齿面胶合 故需校核齿面胶合强度 4 开式齿轮传动 开式齿轮传动 目前多是按齿根弯曲疲劳强度进行设计 并考虑磨损的 影响将模数适当增大 加大 10 15 3 按照轴所受载荷类型的不同 轴分为那几种类型 并分别举例说按照轴所受载荷类型的不同 轴分为那几种类型 并分别举例说 明 明 评分标准 以下评分标准 以下 3 3 点各点点各点 1 1 分 举例正确合计分 举例正确合计 1 1 分 分 1 仅受弯矩 M 的轴 心轴 只起支撑零件作用 如自行车前轴 2 仅受转矩 T 的轴 传动轴 只传递运动和转矩不起支撑作用 如汽车 后轮传动轴 3 既受弯矩又受转矩的轴 转轴 既起支撑又起传运动和转矩作用 如 减速器的输出轴 4 给出滚动轴承的当量静载荷 给出滚动轴承的当量静载荷 P0 的定义 的定义 第 41 页 共 47 页 当量静载荷当量静载荷是一个假想载荷 其作用方向与基本额定静负荷相同 而在当量 静载荷作用下 轴承的受载最大滚动体与滚道接触处的塑性变形总量与实际 载荷作用下的塑性变形总量相同 4 4 分 分 5 同滚动轴承相比 液体摩擦滑动轴承有哪些特点 同滚动轴承相比 液体摩擦滑动轴承有哪些特点 评分标准 评分标准 以下 6 点中 答出答出 1 21 2 点点 2 2 分分 答出 3 43 4 点分点分 3 3 分 答出分 答出 5 65 6 点点 4 4 分分 1 在高速重载下能正常工作 寿命长 2 精度高 滚动轴承工作一段时间后 旋转精度 3 滑动轴承可以做成剖分式的 能满足特殊结构需要 如曲轴上的轴承 4 液体摩擦轴承具有很好的缓冲和阻尼作用 可以吸收震动 缓和冲击 5 滑动轴承的径向尺寸比滚动轴承的小 6 起动摩擦阻力较大 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 在一些基本假设条件下 流体形成动压的必要条件是什么 评分标准 答出评分标准 答出 1 1 点点 2 2 分 答出分 答出 2 2 点点 3 3 分 答出分 答出 3 3 点点 4 4 分分 1 流体必须流经收敛间隙 而且间隙倾角越大则产生的油膜压力越大 2 流体必须有足够的速度 3 流体必须是粘性流体 三 分析计算题 三 分析计算题 29 分分 第一小题第一小题 19 分 第二小题分 第二小题 10 分 分 1 一重物匀速升降装置采用如图 一重物匀速升降装置采用如图 a 所示的电机所示的电机 圆柱蜗杆传动系统 圆柱蜗杆传动系统 已知蜗杆传动的模数已知蜗杆传动的模数 m 8mm 蜗杆头数及分度圆直径分别 蜗杆头数及分度圆直径分别为为 z1 1 d1 80mm 蜗轮齿数 蜗轮齿数 z2 50 卷筒直径 卷筒直径 D 250mm 重物匀速 重物匀速 升降的速度升降的速度 v 40m min 最大载重量 最大载重量 W 为为 4kN 工况系数 工况系数 KA按按 1 0 计 试分析 计算提升重物时的下列问题 计 试分析 计算提升重物时的下列问题 1 该装置以 该装置以 40m min 的速度匀速升起重物的速度匀速升起重物 1m 时 蜗杆应转多少时 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 及蜗轮的受力方向 5 分 分 2 2 若蜗杆与蜗轮齿面间当量摩擦系数 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 该机构能否自锁 2 2 分 分 3 3 若重物 若重物 W 4kN 传动装置总的传动效率为 传动装置总的传动效率为 0 5 试计算出电 试计算出电 机的输出转矩机的输出转矩 Tm应是多少 应是多少 2 2 分 分 第 42 页 共 47 页 4 4 若蜗轮轴采用如图 若蜗轮轴采用如图 b 所示的两个角接触轴承所示的两个角接触轴承 7209 C 支撑形式支撑形式 L 100mm 蜗杆传动效率 蜗杆传动效率 1 0 7 卷筒 联轴器 卷筒 联轴器 连接蜗轮轴与连接蜗轮轴与 卷筒轴卷筒轴 蜗轮轴上轴承的效率合计为 蜗轮轴上轴承的效率合计为 2 0 8 轴承 轴承 7209 C 的基的基 本额定动载荷和基本额定静载荷分别为本额定动载荷和基本额定静载荷分别为 C 29800N C0 23800N 其内部轴向力其内部轴向力 S 0 4Fr 径向载荷系数 径向载荷系数 X 和轴向载荷系和轴向载荷系 数数 Y 分别为分别为