东北石油大学机械设计复习2015-2016车辆、机自(绝密).

1 机械设计复习机械设计复习 一 填空题一 填空题 1 选择普通平键时 键的截面尺寸 是根据 轴径 查标准确定 普通平键的工作hb 面是 键的两侧面 2 在设计 V 带传动时 V 带的型号是根据 计算功率 和 小带轮转速 选取的 3 在圆柱齿轮传动中 齿轮直径不变而减小模数 对轮齿的弯曲强度 接触强度及传动m 的工作平稳性的影响分别为 下降 不变 提高 4 一般的轴都需要具有足够的 强度 合理的 结构形式和尺寸 和良好的 工艺性能 这就是轴设计的基本要求 5 当带有打滑趋势时 带传动的有效拉力达到最大值 而带传动的最大有效拉力取决于 包角 摩擦系数 预紧力 三个因素 6 当键联接强度不足时可采用双键 使用两个平键时要求键按相隔布置 180 7 向心推力轴承产生内部轴向力是由于 接触角 0 8 对于高速重载的链传动 应选择 小节距多排链 9 齿轮传动强度计算中 齿形系数YFa值 直齿圆柱齿轮按 齿数 Z 选取 而斜齿圆柱齿 轮按 当量齿数 ZV 选取 10 普通平键连接工作时 平键的工作面是 侧面 11 根据轴的承载情况分类 自行车的中轴应称为 转 轴 12 带传动的初拉力增加 传动能力 提高 13 为了便于轴上零件的装拆 转轴的结构形式应设计成 阶梯状 14 既承受弯矩又承受转矩的轴称为 转轴 15 一个滚动轴承能够工作到基本额定寿命的可靠度是 90 16 蜗杆头数越高 传动效率越 高 17 带传动的设计准则为 在不打滑的条件下具有一定的疲劳寿命 18 链传动的节距越 大 链速波动越明显 19 在常见的几种牙型中 连接螺纹采用 三角形螺纹 其牙型角 60 度 20 代号为 6206 的滚动轴承 其类型是 深沟球轴承 内径 30 mm 21 在蜗杆传动中 规定蜗杆分度圆直径的目的是 限制蜗杆刀具的数量 22 对于一对闭式软齿面齿轮传动 小齿轮的材料硬度应该 大于 大齿轮的硬度 23 转轴的结构设计成阶梯状是为了便于 便于零件的装拆 24 螺纹联接中 加弹簧垫圈是为了 防松 25 既承受弯矩又承受转矩的轴称为 转轴 26 蜗杆头数增加时 传动效率如何变化 传动效率提高 27 带传动的失效形式为带的 疲劳破坏 和 打滑 28 在设计图纸上注明某链条的标记为 16A 1 50 其中 16A 代表 链号 50 代 表 链节数 29 在普通圆柱蜗杆传动中 在 中间平面 上的参数为 基准参数 在该平面内其啮合 状态相当于 齿条与齿轮 的啮合传动 30 在带 链和齿轮合成的多级传动中 带传动宜布置在 高速 级 31 由于断齿破坏比点蚀破坏更具有严重的后果 所以通常设计齿轮时 抗弯强度的安全系 数SF应 大于 接触强度的安全系数SH 32 设计斜齿圆柱齿轮传动时 螺旋角 一般在 8 20 范围内选取 2 33 螺纹联接防松的根本问题在于 防止螺纹副的相对转动 34 普通平键联接的主要用途是使轴与轮毂之间 沿周向固定并传递转矩 35 链传动的 平均 传动比不变 瞬时 传动比是变化的 二 简答题二 简答题 1 链传动中为什么会产生运动不均匀现象 如何减小链传动的运动不均匀性 答 这是由于链传动的多边效应引起的 减小链的节距P降低转速 1 增加小链轮齿 数Z1都能减小链传动的不均匀性 2 在直齿 斜齿圆柱齿轮传动中 为什么常将小齿轮设计得比大齿轮宽一些 答 在直齿 斜齿圆柱齿轮传动中 轴系零件和支撑箱体存在加工和装配偏差 使得两 齿轮轴向错位而减少了轮齿的接触宽度 为了保证轮齿的接触宽度 故将小齿轮设计的比 大齿轮宽一些 3 简述带传动的失效形式和设计准则 答 1 带传动的失效形式为带与轮槽之间的打滑和带体的疲劳破坏 2 设计准则 在保证带传动不打滑的条件下 具有一定的疲劳破坏强度和寿命 4 说明 7312AC 轴承代号中各数字和符号所代表的含义是什么 答 AC 接触角 12 代表轴承内径为 60mm 3 代表直径系列为中系列 7 25 代表轴承是角接触球轴承 5 设计一对软齿面圆柱齿轮传动时 大小齿轮的齿面硬度确定原则是什么 为什么 答 设计一对软齿面的圆柱齿轮传动时 小齿轮的齿面硬度应比大齿轮高 HBS50 30 这是因为在啮合过程中 小齿轮的轮齿啮合次数多 而且小齿轮的齿根较薄 为使大小齿 轮寿命接近 就应使小齿轮齿面硬度高一些 另外 较硬的小齿轮齿面可对较软的大齿轮 齿面起冷作硬化效应 提高大齿轮的疲劳极限 6 链传动的多边形效应对链传动有什么影响 主要受哪些参数的影响 答 链传动的多边形效应使链传动的瞬时传动比周期性的变化 从而产生冲击 振动 噪音 产生动载荷 链传动的多边形效应主要受节距和齿数的影响 P1 Z 7 为什么普通圆柱蜗杆传动的承载能力主要取决于蜗轮轮齿的强度 用碳钢或合金钢制造 蜗轮有何不利 答 因为在蜗杆与蜗轮的配对材料中 蜗轮材料的强度比较低 所以蜗杆传动的承载能 力主要取决于蜗轮轮齿的强度 在蜗杆传动中 啮合齿面是具有很大的相对滑动速度 为 了减少磨损 提高抗胶合的能力 要求配对轮齿材料具有良好的减磨性 磨合性和耐磨性 碳钢或合金钢制造的蜗轮虽然强度高 但与碳钢蜗杆配对时减磨性和磨合性差 因此两者 配对啮合传动时并不耐磨 同时抗胶合能力差 8 花键联接和平键联接相比有哪些优缺点 答 优点 受力较为均匀 应力集中较小 轴与毂的强度削弱较小 可承受较大 的载荷 可用磨削方法提高加工精度及联接质量 缺点 齿根仍有应力集中 有时 需要专门设备加工 成本较高 9 普通 V 带的楔角为 40 为何带轮轮槽角为 32 34 36 38 答 因胶带绕在带轮会产生弯曲变形 胶带顶层受拉横向尺寸变小 而胶带底层受压其 横向尺寸变大 因此带的楔角变小 为了保证带两侧面与轮槽有良好的接触 带轮的轮槽 角依轮径的大小不同均适当减小 10 蜗杆传动为什么要进行热平衡计算 3 答 因为蜗杆传动效率低 发热量大 若不能及时散热 将因油温不断升高而使润滑油 的粘度下降 从而增大摩擦损失 甚至发生胶合 11 写出下列滚动轴承型号所表示的轴承类型 直径系列 内径尺寸 精度等级 7211C P5 6308 答 7211C P5 表示内径为 55mm 角接触球轴承 尺寸系列为 02 接触角 15 5 级公差 0 组游隙 6308 表示内径为 40mm 深沟球轴承 尺寸系列为 03 正常结构 0 级公差 0 组游隙 12 简述带传动中 最大有效圆周力与哪些因素有关 max F 答 在摩擦型带传动中 带传动的最大有效圆周力 从而可知 1 1 2 f f o e e FFmax 1 与预紧力大小有关 与成正比 越大 带传动的有效圆周力越大 max F o F o F o F 2 与包角有关 包角越大 带传递的有效圆周力越大 max F 3 与摩擦系数 f 有关 f 越大 带传递的有效圆周力越大 max F 13 简述带传动打滑与弹性滑动 说明其不同处及各造成什么问题 答 弹性滑动是由于在带传动运动过程中 由于紧边和松边拉力的不同 造成带在由 紧边向松边的弹性伸长量逐渐减小 而引起的带速落后于主动的圆周速度 在从动轮处带 速超前于从动轮 弹性滑动由拉力产生不可避免 打滑是由过载产生 使带和轮之间产生 明显的相对滑动 加速带的磨损 可以避免 14 在带传动中 带速为什么不宜过高或过低 答 带速过高 离心力加大 带与带轮间的正压力减少 从而降低带的工作能力 带速过 低 在传递功率一定时 所需有效拉力增大 带的根数增多 一般要求为smV25 5 宜 15 简述带的应力主要由几部分组成 其最大应力发生在何部位 为多少 带的应力主要由拉应力 弯曲应力和离心拉应力三部分组成 max 1 c b1 1 紧边拉应力 c 离心拉应力 b1 小带轮处带上的弯曲应力 带的最大应力发生在带绕入小带轮处 16 简述在计算直齿圆柱齿轮弯曲疲劳强度计算中 要注意哪些事项 答 1 在选择小齿轮的齿数时 一般要求不根切 即 1 17Z 2 采用强度校核公式时 要对大小齿轮分别进行强度校核 3 采用强度设计公式时 要比较大小齿轮的的大小 将两者中的较大 1122 12 FaSaFaSa FF YYYY 者代入公式中 4 4 如果齿轮传动是受对称循环的交变应力作用 则其实验齿轮的弯曲疲劳极限应在 FE 查取的脉动循环弯曲疲劳极限的基础上再乘上 0 7 FE 17 简述在计算直齿圆柱齿轮接触疲劳强度计算中 要注意哪些事项 答 1 在选择小齿轮的齿数时 一般要求不根切 即 1 17Z 2 采用强度校核公式时 要对大小齿轮的进行比较 将两者中的较小者代 12 HH 入公式中 3 采用强度设计公式时 要对大小齿轮的进行比较 将两者中的较小者代 12 HH 入公式中 18 简述斜齿圆柱齿轮传动强度计算的原理 答 斜齿轮的轮齿在受法向载荷作用后 在法面齿根处产生弯曲应力 在法面齿面产生 接触应力 而斜齿轮的当量齿轮的齿廓形状与斜齿轮的发面齿形最为接近 所以斜齿轮的 强度计算以直齿轮的强度计算为基础 引入当量齿轮的概念 考虑斜齿与直齿的不同 修 正直齿轮的强度计算公式 即可形成适用于斜齿轮的强度公式 19 分别说明轴承代号 6208 7312AC P4 的含义 答 6208 深沟球轴承 正常宽度 直径系列为轻系列 轴承内径为 d 40mm 7312AC P4 角接触球轴承 宽度系列为 0 窄 系列 直径系列为中系列 轴承内 径为 60mm 公称接触角为 25 公差等级为 4 级 20 简述公称接触角的定义及含义 轴承的外圈滚道与滾动体接触点的法线与垂直于轴承轴线的平面所夹的锐角 称为公 称接触角 其意义 是表示轴承承受轴向载荷能力大小的一个重要的标志 接触角越大 承载轴向载 荷的能力越大 轴承的受力分析和轴承类型及尺寸的选择都与公称接触角大小有关 21 简述当量动载荷的含义 当量动载荷是一个假想的载荷 轴承在当量动载荷的作用下与轴承在实际载荷的作用 下对轴承寿命的影响等效 对向心轴承为径向载荷 对推力轴承为轴向载荷 22 一根转轴中部安装了齿轮 两端用滚动轴承支承 轴端安装带轮 请说明为了便于装配 实现零件的固定应该设计哪些结构来实现 答 将轴做成阶梯状 中部粗 装齿轮 便于装拆 对于轴承 齿轮 带轮都需要设计单 独的轴段 以便于安装和保证安装可靠性 齿轮 带轮所在的轴段应该设计轴肩或轴环来 实现零件的定位 轴两端应设计倒角以便于装配 轴承安装轴段需要磨削 可能要设计砂 轮越程槽 23 简述蜗杆传动的正确啮合条件 答 中间平面上 蜗杆轴向模数与蜗轮端面模数相等 均为标准值 蜗杆轴面压力角与 蜗轮端面压力角相等 且为标准值 蜗杆与蜗轮轮齿的螺旋线方向相同并且蜗杆分度圆柱 上的导程角等与蜗轮分度圆柱上的螺旋角 5 三 计算题三 计算题 1 一对相啮合的标准直齿圆柱齿轮传动 有关参数和许用值如表所示 试分析比较哪个 齿轮的弯曲强度低 哪个齿轮的接触强度低 F SaFat F bm YYKF 齿数Z模数m齿宽b Fa Y Sa Y F H 小齿轮 202452 82 2490570 大齿轮 502402 42 3400470 解 1 55 79 2 28 2 490 11 1 11 1 aaaa SF F t SF F YYbm KF YY 46 72 22 2 22 2 aaaa SF F t sF F YYbm KF YY 因为 所以大齿轮的弯曲强度低 22 2 11 1 aaaa SF F SF F YYYY 2 由于 所以大齿轮的接触强度低 21 HH 21 HH 2 图示轴系采用一对型角接触球轴承 已知轴承的径向支反力为 AC7306NFr2500 1 轴上零件所受的轴向力 轴的转速 载荷平稳 NFr1500 2 NFec400 min 1200rn 取 常温下工作 取 求轴承的寿命 0 1 p f0 1ft 提示 轴承 AC7306NCr25200 rd FF68 0 68 0 e e时 e时 Fr Fa 0 0 1 YX Fr Fa 87 0 41 0 YX 2 解 1 求派生轴向力 NFF rd 1700250068 0 68 0 11 NFF rd 1020150068 0 68 0 22 2 计算当量动载荷 NFNFF daed 170014204001020 12 轴承 2 被 压紧 轴承 1 被 放松 Fae 6 NFF da 1700 11 NFFdF aea12 e 1 1 Fr Fa e 68 0 2500 1700 0 0 1 11 YX 2 2 Fr Fa 1300 0 87 1500 87 0 41 0 22 YX NFFYFXfp rarP 2500 111111 NFYFXfP arP 1746130087 0 150041 0 22222 3 计算轴承的寿命 h Lh P cf n t 14225 2500 252001 120060 10 60 10 3 66 3 V 带传动的 带与带轮的当量摩擦系数 包角 预 min 1450 1 r n 51 0 f 180 1 紧力 试问 NF360 0 1 该传动所能传递的最大有效拉力为多少 2 若 其传递的最大转矩为多少 mmdd100 1 3 若传动效率为 0 95 弹性滑动忽略不计 从动轮输出功率为若干 解 1 N e e FF f f ec 478 1718 2 1718 2 3602 1 1 2 14 3 51 0 14 3 51 0 0 2 mmN d FT d ec 23900 2 100 478 2 1 max 3 s m nd v d 588 7 100060 145010014 3 100060 1 1 KW vF P ec 63 3 1000 588 7 478 1000 入 KWPP45 3 95 0 63 3 入出 4 单根 V 带传动的预紧力 主动带轮的基准直径 主动带轮的NF354 0 mmdd160 1 转速 小带轮包角 V 带与带轮间当量摩擦系数 min 1500 1 r n 150 485 0 f 求 1 V 带紧边 松边的拉力 1 F 2 F 2 V 带能传递的最大圆周力和最大功率 ec F ec P 7 解 1 21 f eFF 0221 21 FeFFF f N e e F F f 155 1 3542 1 2 27 1 0 2 62 2 180 150 NFFF5532 201 2 NFFFec398155553 21 或 N e e FF f f ec 398 1718 2 1718 2 3542 1 1 2 27 1 27 1 0 KW vF P ec 5 1000601000 1500160398 1000 max s m nd v d 566 12 100060 1500160 100060 1 1 5 已知一对正常齿的渐开线标准直齿圆柱齿轮 外啮合传动 z1 21 z2 105 量得 d1 52 5mm b1 50 b2 45 小齿轮转速 n1 1400r min 传递的功率为 8kW 估计载荷系数 K 1 3 76 2 1 Fa Y56 1 1 Sa Y18 2 2 Fa Y80 1 2 Sa Y Mpa Mpa 试计算该对齿轮的齿根弯曲应力 并判断该对齿轮传 300 1 F 240 2 F 动的强度是否足够 Mpa 2 1 3 1 2 zm YYKT d SaFa F 解 求 d1 由于该齿轮为渐开线的标准齿轮 正常齿制 所以 1 a h 11 mzd mmzdm5 2 11 N mm 4 6 1 1 6 1 10457 5 1400 81055 9 1055 9 n P T 857 0 5 52 45 1 2 1 d b d b d MPa 4 103 215 2857 0 56 1 76 2 10457 5 3 122 23 4 2 1 3 111 1 zm YYKT d SaFa F MPa 3 94 215 2857 0 8 118 2 10457 5 3 122 23 4 2 1 3 221 2 zm YYKT d SaFa F 由于 所以该对齿轮的弯曲强度足够 11FF 22FF 8 6 齿轮轴的两端正装两个角接触球轴承 如图所示 已知轴上受的径向力为Fre 2000N 受的轴向力Fae 450N 轴的转速 n 1450r min 初选轴承为 7205AC 基本额定动载荷 Cr 22700N 请计算轴承的工作寿命 rd FF68 0 轴承类型 相对轴向载 荷 eFF ra eFF ra 名称代号 0 CFa XYXY 判断系数 e ft 1 P Cf n L t h 60 106 角接触球轴 承 70000AC 100 410 870 68 1 2 Fre Fd1Fd2 Fr1Fr2 Fae 解 解 1 求派生轴向力 由于两支撑点相对于径向载荷对称支撑 所以 NFFF rerr 10002 21 NFFF rdd 68068 0 121 12 1130680450 ddae FNFF 所以 轴向左串动 轴承 1 被压紧 轴承 2 被放松 轴承 1 所受的轴向力 NFFF daea 1130 21 轴承 2 所受的轴向力为自身的派生轴向力 NFF da 680 22 轴承 1 受载荷较大 因此重点计算轴承 1 的寿命 2 求当量动载荷 对于轴承 1 eFF ra 13 1 10001130 11 取 x 0 41 y 0 87 当量载荷 111ar YFXFP NP 1 1393113087 0 100041 0 1 3 求轴承寿命 轴承的寿命为 寿命系数取 P Cf n L t h 60 106 3 49729h 3 6 1 1393 227001 145060 10 h L 所以 轴承的寿命为 49729h 7 V 带传递的功率 p 7 5KW 带速 v 10m s 紧边拉力是松边拉力的 2 倍 即 F1 2F2 试求 紧边拉力 F1 有效拉力 Ft和初拉力 F0 9 解 1 圆周力 N v P F750 10 5 710001000 2 紧边 松边拉力 NF NFFFF 1500 750 1 221 3 初拉力 NFFF11252 210 8 单根平带传动的初拉力N 主动带轮上的包角 带与带轮之间的摩擦 0 354F 0 1 150 系数为 试求 1 带的紧边与松边拉力 2 带能传递的最大有效圆周力 0 48f 解 1 带紧边 松边的拉力和 1 F 2 F N 120 22 354708FFF 150 0 48 1 180 2 3 51 f F ee F 可解得 N 1 551F N 2 157F 2 带传动能传递的最大有效圆周力 max F N 1 max1 11 15511394 3 51 f FF e 9 一平带传动 传递功率 P 15KW 带速 V 15m s 带在小带轮上的包角 1 170 带与带 轮间的摩擦系数 f 0 3 求 1 求传递的有效圆周力 F 2 求紧边拉力 F1 和松边拉力 F2 解 1 圆周力 N v P F1000 15 1510001000 2 紧边 松边拉力 2 44 97 2 3 0 ee f N e e FF f f 1694 144 2 44 2 1000 1 1 2 11000 694 12 44 1 f FFN e 10 10 一带传动 传递功率 带速 预紧力 求作用在KwP15 smV12 NF1800 0 带体上的紧边和松边拉力 解 1 求有效圆周力 e F N V P Fe1250 12 1510001000 2 求松边 紧边拉力 2 F 1 F 因为 解得 21 FFFe e FFF 12 210 2FFF 所以N FF F e 2425 2 125018002 2 2 0 1 NFFF e 117512502425 12 3 求带体与带轮槽接触面间的摩擦力 f F 或者NFF ef 1250 NFFFF ef 125011752425 21 11 为一对斜齿圆柱齿轮传动 传递的功率 P 20kW 主动轮的转速 从动min 1450 1 rn 轮的转速 两轮的中心距 a 265mm 小齿轮齿数 法面模数min 445 2 rn 24 1 z mm 法面压力角 求 5 n m o n 20 1 轮齿的受力大小 2 作图表示各力的方向 解 1 求几何参数 74mm 124 962 0 245 cos Zm d 1n 1 mmN n P T a zzm z izz n n i o n 131724 1450 20 1055 9 1055 9 79 15 962 0 2652 7824 5 2 cos 78 024 78251 3 24 251 3 446 1450 6 1 6 1 21 2 12 2 1 取 74mm 124 962 0 245 cos Zm d 1n 1 11 2 齿上的作用力 N F F NtgtgFF Ntgtg F F N d T F o n t n o tx o n t r t 322336 209620 2112 59779152112 20 9620 2112 74124 21317242 1 1 1 1 1 1 1 1 1 cos coscos 799 2112 cos 12 试对图中轴的结构不合理的地方作简要说明 并画出改进后的结构图 1 齿轮两段都有轴肩 无法安装回转零件 2 回转零件与轴之间无连接件 3 轴肩高 于轴承内圈外径 无法拆卸轴承 4 轴承与轴之间不应使用键联接 5 与轴承相配 合的轴段过长 修改后方案 13 指出图中的错误结构 重新绘制正确的结构图 轴承采用深沟球轴承 齿轮及轴承采 用油润滑 12 1 键太长 且无轴肩定位 2 缺少密封件 3 套筒的直径超过轴承内圆的直径 4 轴的长度应小于轮毂的长度 5 缺少键联接 6 缺少轴肩定位或套筒定位 14 指出图中的错误结构 重新绘制正确的结构图 1 缺少垫片 2 轴肩过高 3 键太长 4 轴的长度大于轮毂的长度 5 套筒定位置经过达 6 轴承拆装工艺不好 7 缺少垫片 8 缺少密封圈 15 按图示要求 绘制出合理的轴系结构 不要求严格按比例作图 16 下面的减速器轴系零件图中存在多处错误 其中包含结构设计上的错误 多余的结构以 及不全面的结构 请指出其中 7 处以上错误并在图下方修改 本题 14 分 任意标出 7 处 错误 并在上部改正这 7 处错误 每处 2 分 13 四 选择题四 选择题 1 一个链传动中 链轮齿数与链条的链节数采用何种搭配最好 c a 链轮有偶数齿 链条有偶数节 b 链轮有偶数齿 链条有奇数节 c 链轮有奇数齿 链条有偶数节 d 链轮有奇数齿 链条有奇数节 2 当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 在同一条直线上 B 相隔 90 C 相隔 120 D 相隔 180 3 带传动不能保证精确的传动比 其原因是 C A 带容易变形和磨损 B 带在带轮上打滑 C 带的弹性滑动 D 带的材料不遵守虎克定律 4 链传动中链节取偶数 链轮齿数为奇数 最好互为质数 其原因是 A A 磨损均匀 B 具有抗冲击力 C 减少磨损与胶合 D 瞬时传动比为定值 5 一对开式齿轮传动的主要失效形式是 C A 齿面胶合 B 齿面疲劳点蚀 C 齿面磨损或轮齿疲劳折断 D 轮齿塑性变形 6 蜗杆传动中 当其它条件相同时 增加蜗杆的头数 则传动效率 B A 降低 B 提高 C 不变 D 可能提高 可能降低 7 滚动轴承基本额定动载荷所对应的基本额定寿命是 C A 107 B 25 107 C 106 D 5 106 8 普通平键的工作面是 D A 顶面 B 底面 C 端面 D 侧面 9 一对相啮合的圆柱齿轮的 Z2 Z1 b1 b2 其接触应力的大小为 A A H1 H2 B H1 H2 C H1dmin