机械设计样卷及各章例题.doc

一、 填空（填上正确答案，每空1分，共8分）1带传动的主要失效形式是 和 ；带传动的设计准则是 。2闭式软齿面齿轮传动，主要失效形式是 ，应按 强度进行设计，再按 强度进行校核计算。3链传动工作时,转速越高，链节距越 ，小链轮的齿数越 ，其运动不均匀性越大。二、 单向选择题（将正确答案的序号填在横线上，每题1分，共20分）1不完全液体润滑滑动轴承正常工作时，其工作表面的摩擦状态是 。A）干摩擦状态； B）边界摩擦或混合状态； C）完全液体摩擦状态。2转动心轴工作时,若外载荷的大小、方向均不变,则轴受弯曲应力的性质是 。A）对称循环变应力；B）脉动循环变应力；C）静应力；D）非对称循环变应力。3半圆键联接当采用双键应 布置。A）周向相隔90。；B）周向相隔120。 ；C）周向相隔180。 ；D）轴向沿同一直线。4强度等级为6.8级的螺栓材料s= Mpa。 A) 600； B) 800； C) 680； D) 480。5在带传动设计中根据 来选择带的型号。 A）P， B）Pca, C）P，i。6温度升高时，润滑油的粘度 。 A）随之升高； B）保持不变； C）随之降低；D）随油的种类或升高或降低。7带传动中两轮摩擦系数相同，直径不同。如发生打滑，先发生在 。 A）大轮； B）小轮；C）不一定； D两轮同时打滑。8在螺栓的直径参数中， 用来计算螺栓的强度。A）中径； B）小径； C）大径。9对圆柱体配合，常用基孔制，但也有些情况下用基轴制，如 。A）滚动轴承外圈和机座孔； B）滚动轴承内圈与轴；C）齿轮孔与轴； D）蜗轮与轴。10角接触球轴承，内径100mm，轻系列，接触角为 ，0组游隙，其代号为 。 A) 7220； B) 7220C； C) 7220AC。11蜗杆分度圆的直径为： 。 A）；B）；C）；D）。12. 键的剖面尺寸通常是根据 按标准选择。 A）传递扭矩的大小；B）传递功率的大小；C）轴的直径；D）轮毂的长度。13在转轴的初步设计计算中，轴的直径是按 进行估算。 A）弯曲强度；B）扭转强度；C）复合强度；D）相配零件的孔径。14被联接件受横向载荷作用时，若采用普通螺栓联接，则载荷靠 来传递。A）接合面之间的摩擦力； B）螺栓的剪切和挤压；C）螺栓的剪切和被联接件的挤压。15带传动的离心应力不宜过大，因此设计带传动时应限制 。 A) 横截面积A ； B) 单位长度的质量； C) 带速V。16.在非液体润滑滑动轴承中，限制值的主要目的是： 。 A）防止轴承材料过度磨损；B）防止轴承材料因压力过大而过度发热；C）防止轴承材料发生塑性变形；D）防止出现过大的摩擦阻力矩。17滚动轴承6210的额定动载荷C=35.0KN,表示该轴承在35.0KN的负荷下，寿命为 106r时，其可靠度为 。A） 50； B） 90； C) 95% ；D）85。18采用 的措施不能有效地改善轴的刚度。A） 改变轴的直径； B）改变轴的支承位置； C）改用高强度的钢；D）改变轴的结构。19 预紧力为F0的单个螺栓联接，受到轴向工作载荷F之后，螺栓杆受到的总载荷F2 F0 F。A） 大于； B）等于； C）小于。20在闭式软齿面齿轮传动中，若大小齿轮采用不同的材料和热处理，则它们的齿面接触应力 。 A）； B）；C）；D）。三、分析题（13分）图示斜齿轮-锥齿轮-蜗杆蜗轮组成的三级传动系统，为使轴、的轴向力最小，要求：（1）确定两个斜齿轮1、2和蜗杆5、蜗轮6的旋向；（2）标出每个轮所受的轴向力的方向。（3）标出轴、及蜗轮6的旋转方向。 四、简要回答下列问题（每题5分，共10分）1带传动中弹性滑动和打滑的区别和联系是什么? 2形成液体动力润滑的必要条件是什么？d0D6035五、计算题（共计41分） 1. 图示一凸缘联轴器，用6个M10的铰制孔用螺栓联接，螺栓中心所在圆直径，其他尺寸如图。两半联轴器材料为HT200，其许用挤压应力；螺栓材料的许用剪切应力，许用拉力。计算该螺栓组联接允许传递的最大扭矩。若在此最大扭矩的作用下，改用普通螺栓联接，计算所需螺栓的小径（设两半联轴器间的摩擦系数，防滑系数）。（本题12分） 2.轴系由一对7205AC轴承支承（C=15800N），轴的转速n=1380r/min，轴上传动件受力, ，方向如图。求：(1)计算两个轴承所受的轴向载荷、；（2）计算两轴承的当量动载荷、；（3）计算危险轴承的寿命 (注：e=0.68,若,则：X=1,Y=0 ；若,则：X=0.41,Y=0.87)（本题12分）3一带传动传递的功率P=4.7KW，小带轮基准直径dd1=200mm,小带轮的转速n1=1800r/min,预紧力F0=225N，求有效拉力Fe、紧边拉力F1和松边拉力F2。 （本题5分）4已知某零件,其材料的机械性能为s=800MPa,-1=440MPa,0=720Mpa。已知零件上的最大工作应力，最小工作应力，应力变化规律为，综合影响系数。绘制此零件的简化极限应力线图，并用图解法求零件的安全系数。（本题12分）六、结构改错（8分，指出图中不正确的地方，并简要说明原因，改对8处即得8分）3.2 典型题型精解 例3.1 某钢材的对称循环弯曲疲劳极限，屈服极限，去循环基数，寿命指数，试求循环次数分别为，次时相应的寿命系数和疲劳极限 。解 由题意知 由于，所以取 因，故应取。例3.2 某合金钢制成的零件，其材料性能为：，。已知工作应力为，。若设计S=1.3，并按无限寿命考虑，试分别用图解法和解析法校核该零件是否安全。解 （1）解析法。 若工作应力点在疲劳极限区 若工作应力点在屈服强度区 所以该零件安全。（2）图解法。根据已知条件，可得A（0，450/1.62），C（800，0）。由 得D（692.3/2，692.3/2/1.62）。根据点A（0，277.78），C（800，0），D（346.15，213.67）按比例绘出该零件的极限应力线图，如图3.2.1所示。 在图上确定M（100，180），因，故自原点作过点的射线与线AG交于，则为极限应力点。 所以该零件安全。例5.3 图5.3所示，支架用四个普通螺栓与立柱相联接。已知载荷，结合面摩擦系数，螺栓材料的许用应力，被联接件刚度，为螺栓刚度。取防滑系数，求所需螺栓小径（结合面的工作能力不用验算）。图5.3解 （1） 在力的作用下，螺栓组联接受到倾覆力矩作用（2） 螺栓所受拉力即螺栓所受轴向工作载荷 (3) 在力的作用下，根据联接结合面不滑移的条件为，则 取 (4) 螺栓所受的总拉力(5) 螺栓危险截面的直径（螺纹小径）为例5.4 如图所示，一铸铁支架用4个M16（）的普通螺栓安装在混凝土地基上，承受载荷，尺寸，结合面摩擦系数，防滑系数，螺栓材料的许用拉应力，螺栓相对刚度，混凝土的许用挤压应力。螺栓的预紧力。要求：（1） 校核螺栓的强度；（2） 校核支架是否滑移；（3） 该结合面的承载面积，抗弯截面系数。校核结合面能否既不压碎，也不松开。解 作用于螺栓中心，垂直向上。作用于结合面，水平向右。作用在通过轴并垂直于结合面的对称平面内，顺时针方向。图5.6（1） 校核螺栓的强度在轴向力的作用下，各螺栓所受的工作拉力为在倾覆力矩的作用下，左边两螺栓的受力最大，其值为左边螺栓所受的轴向工作载荷为螺栓所受的总拉力为故螺栓的计算应力为可见螺栓的强度足够。（2） 校核支架是否滑移。支架结合面不滑移的条件为由于螺栓数目，而故而可见条件成立，故支架不会滑移。（3） 校核结合面能否既不压碎、不松开。右端故结合面右端不会压碎。左端故结合面左端不会松开。例6.1 平键联接中，两侧面是工作面；楔键联接中，上下面是工作面。平键联接中导向平键和花键用于动联接。例6.2 平键联接的主要失效形式有：工作面压溃（静联接），工作面磨损（动联接），个别情况下会出现键的剪断。例6.3 在平键联接中，静联接应验算挤压强度；动联接应验算耐磨性（压力）强度。例6.4 在键联接强度不足时，可采用双键。使用两个平键时，要求键 D 布置。A.在同一直线上 B.相隔90 C.相隔120 D.相隔180例6.5 当轮毂轴向移动距离较小时，可采用 C 联接，当轴向移动距离较大时，可采用 D 联接。A.普通平键 B.半圆键 C.导向平键 D.花键例9.1 在一定转速下，要减轻链传动的运动不均匀性，设计时为什么要选择较小节距的链条。 答 链节距越大，链条和链轮各部分的尺寸也愈大，链传动的承载能也越大，但传动的多边行效应也加剧，所以在满足承载能力的条件下，应选取较小的节距。例9.2 链传动中链节数取偶数，链轮齿数取与链节数互为质数的奇数，为什么？ 答 链轮的齿数取与链节数互为质数的奇数时，在传动过程中每个链节与每个链轮齿都有机会啮合，这样可以使磨损均匀，反之，若两链轮的齿数为偶数，则链节与齿数之间存在公约数，由于传动具有周期性，只有少数的几个齿和链节经常啮合，造成受力磨损不均匀，有些部位提早失效，降低链传动的使用寿命。例9.3 旧自行车上链条容易脱落的主要原因是什么？答 链传动中的主要失效形式之一是磨损，由于磨损会使链条上的链节增大，从而增加了链条的长度，链条与链轮间的配合联接变松容易产生脱落。例9.4 单列滚子链传动，已知需传递的功率，主动链轮转速，从动链轮转速，中心距，水平传动，链速，静强度安全系数，电动机驱动，取工况系数。试选择链节距，求链的长度（以链节数表示），链轮齿数，及链轮分度圆的直径。解 （1） 选择链节距。链的工作拉力初步选用10A型滚子链，其链节距，每米质量，极限拉伸载荷（单排），则离心应力由于是水平传动，所以倾斜角。初选链条垂直度与中心距的比值，由教材图911得，则根据式（9.6）得悬垂拉力紧边总拉力根据式（9.10）可得所需极限拉伸载荷所以选用10A型链是合适的。（2） 求大小链轮的齿数。根据教材表98取，则大链轮齿数（3） 验算链速。符合题目要求。（4） 校核安全系数。由式（9.10）得安全系数所以选用10A型滚子链是合理的。（5） 求大小链轮的分度圆直径。（6） 计算链节数。取。例10.1 轮齿的失效形式有哪些？闭式和开式传动的失效形式有哪些不同？答 轮齿的主要失效形式有轮齿折断和齿面损坏两类。轮齿折断有疲劳折断和过载折断两种形式。齿面失效主要有疲劳点蚀、磨损、胶合和塑性变形。一般情况下，若设计正确、润滑良好，闭式软齿面轮齿的主要失效形式是疲劳点蚀。闭式硬齿面的主要失效形式是弯曲疲劳折断。高速大功率闭式传动主要出现点蚀和胶合。开式齿轮传动的主要失效形式是磨损。例10.2 齿轮传动中为何两轮齿面要有一定的硬度差？答 齿轮传动中，小齿轮齿面硬度比大齿轮大一些、一般要大。这是由于： 小齿轮的齿根厚度小于大齿轮； 若软硬齿面配对啮合，因冷作硬化，可提高齿面的接触疲劳强度； 小齿轮的应力循环次数比的大齿轮多； 提高啮合性能。例10.3 要提高轮齿的抗弯疲劳强度和齿面抗点蚀能力有哪些可能的措施？答 提高轮齿的抗弯疲劳强度的措施有：增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，可降低齿根应力集中；增大轴和支承的刚度，可减小齿面局部受载；采取合适的热处理方法使轮芯部具有足够繁荣韧性；在齿根部进行喷丸、滚压等表面强度处理，降低齿轮表面粗糙度；齿轮采用正变位等。提高齿面抗点蚀能力的措施有：提高齿面硬度；降低表面粗糙度；增大润滑油粘度；提高加工、安装精度以减小动载荷；在许可范围内采取较大变位系数的正传动，可增大齿轮传动的综合曲率半径。例11.1 如图11.1（a）所示的蜗杆传动和圆锥齿轮传动的组合，已知输出轴上圆锥齿轮的转向。（1） 为使中间轴上的轴向力能抵消一部分，试确定蜗杆传动的螺旋线方向和蜗杆的转向。（2） 在图上标出各轴轴向力的方向。解 （1） 在和组成的圆锥齿轮传动中，各轮所受轴向力的方向都是从小端指向大端，因此，和的方向如图11.1（b）所示。为了使中间轴上的轴向力能抵消一部分，的方向应与的方向相反。根据的转向可知的转向如图11.1（b）所示，进而可知的方向应为有里到外，即的方向应为有外向里。由于与方向相反，故蜗杆的转向应为顺时针方向。由于蜗杆的转向和轴向力的关系符合右手定则，因此蜗杆为右旋蜗杆，其螺旋线旋向标在蜗轮上。（2） 将上述对轴向力的分析结果标在图上，如图11.1（b）所示。(a) (b)图11.11.2例12.1 试分析图12.1中所示各种两板间的油膜能否产生流体动压力，并说明理由。 (a) (b) (c) (d) (e) 图12.1解 （1） 图12.1（a）：摩擦表面运动时不改变油楔在空间的位置，运动表面是使润滑油有大口流向小口，故该油楔能产生流体动压力。（2）图12.1（b）：摩擦表面运动的结果改变了油楔在空间的位置，且使油楔上任一固定截面的间隙高度在瞬时增大，故不能产生流体动压力。 (3) 图12.1（c）：面运动的结果，改变了油楔在空间的位置，且使油楔上任一固定截面的间隙高度减小，故不能产生流体动压力。（4）图12.1（d）：速度方向沿 倾斜方向，运动的结果并不改变油楔在空间的位置，且使油楔上任一固定截面的间隙高度减小，故不能产生流体动压力。（5）图12.1（e）：当，同（4）图12.1（a）；当，同（4）图12.1（b）。 例13.1 分别说明滚动轴承代号分别为，所代表轴承的类型、内径、尺寸系列、公差等级和结构特点，并指出：（1） 径向承载能力最高的最低的轴承分别是哪两个。（2） 轴向承载能力最高的最低的轴承分别是哪两个。（3） 极限转速最高的最低的轴承分别是哪两个。（4） 公差等级最高的轴承是哪个。（5） 承受轴向径向联合载荷的能力最高的轴承是哪个。 答： 各轴承的类型、内径、公差等级、尺寸系列和结构特点见下表：轴承类型推力球圆柱滚子圆锥滚子深沟球圆锥滚子角接触球内径尺寸系列公差等级级级级级级级结构特点正常结构正常结构正常结构正常结构正常结构接触角（1） 径向承载能力最高的轴承是，径向承载能力最低的轴承是。（2） 轴向承载能力最高的轴承是，轴向承载能力最低的轴承是。（3） 极限转速最高的轴承是，极限转速最低的轴承是。（4） 公差等级最高的轴承是。（5） 承受轴向径向联合载荷的