机械设计试卷

第 1 页 共 3 页 山东科技大学山东科技大学 2020 2020 学年第学年第 学期学期 机械设计机械设计 考试试卷 考试试卷 A A 卷 卷 班级 姓名 学号 题号一二三四总得分评卷人 审核人 得分 一 填空题 每空1分 共20分 1 一般地讲 设计机械零件大致有以下基本要求避免在寿命期内失效的要求 结构工艺性 要求 经济性要求 质量小的要求 和可靠性要求 2 螺纹的公称直径是指螺纹的 大径 强度计算时用螺纹的 小径 计算螺纹 升角时用 中径 3 在键联接中 普通平键的工作面是 侧面 楔键的工作面是 上下两面 半圆键的工作面是 侧面 4 带传动工作时带中产生 拉应力 弯曲应力 离心应力 三种应力 最大应力发生在 带的紧边绕上小带轮处 5 按照承受载荷的不同 轴可分为 转轴 心轴 和 传动轴 三种 自行 车前轴属于 心轴 6 制动器 在机器中使速度降低以至于停止运转 7 齿轮传动的设计准则通常是 齿面接触疲劳强度准则 和 齿根弯曲 疲劳强度准则 二 选择题 每题 1 分 共 10 分 1 在常用的螺纹联接中 自锁性能最好的是 A A 三角形螺纹 B 梯形螺纹 C 锯齿形螺纹 D 矩形螺纹 2 对于气缸盖螺栓组联接 若汽缸内的气体压力在 0 2Mpa 之间循环变化 则螺栓中的应 力变化规律为 C A 对称循环 B 脉动循环 C 非对称循环 D 非稳定循环 3 温度升高时润滑油的粘度 A A 随之降低 B 保持不变 C 随之升高 D 不确定 4 两相对滑动的接触表面 依靠吸附膜进行润滑的状态称为 A A 干摩擦 B 边界摩擦 C 混合摩擦 D 液体摩擦 5 零件表面经淬火 渗碳 喷丸 碾压等处理后 其疲劳强度 C A 降低 B 不变 C 增高 D 不能确定 6 两零件的材料和几何尺寸都不相同 以曲面接触受载时 两者的接触应力值 A A 相等 B 不相等 C 是否相等与材料的性质有关 第 2 页 共 3 页 7 在下列轴毂联接中 定心精度最高的是 D A 平键联接 B 半圆键联接 C 楔键联接 D 花键联接 8 带传动发生滑动时 A A 首先发生在小带轮上 B 首先发生在大带轮上 C 在大 小轮上同时发生 9 链条的磨损主要发生在 B A 滚子与套筒的接触面上 B 销轴与套筒的接触面上 C 滚子与链轮齿的接触面 10 齿轮传动中 将轮齿加工成鼓形齿的目的是 B A 减小动载荷 B 改善载荷沿齿向分布不均匀 C 提高传动精度 三 简答题 每题 5 分 共 20 分 1 影响螺纹联接强度的因素有很多 通常提高螺纹联接强度的措施有哪些 答 a 降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围 b 改善螺纹牙间的载荷分布 c 减小应力集中 d 避免或减小附加应力 2 在机械设备中滑动轴承主要用于哪些地方 答 在某些不能 不便或使用滚动轴承没有优势的场合 即轧钢机 汽轮机 内燃机 铁路机 车及车辆 金属切削机床 航空发动机附件 雷达 卫星通讯地面站 天文望远镜以及各种仪 表中 3 如果一台机器中的传动机构中有齿轮传动 带传动 链传动 应如何布置 为什么 先是带传动 再就是齿轮传动 最后是链传动 因为带传动能起到过载保护的作用 且传动平 稳 无冲击振动 能保证齿轮传动的精度和质量 链传动能承受比较大的载荷 传动多城中产 生动载荷 这样能充分发挥各自的优势 提高传动质量 延长使用寿命 4 蜗轮蜗杆传动中 如何选择蜗杆头数和蜗轮齿数 为什么 蜗杆的头数越少 传动比可以越大 但是效率越低 通常有自锁性 为了提高传动效率 通 常是增加蜗杆的头数 但加工困难 因此 综合考虑各种因素 蜗杆的头数通常取 1 2 4 6 为了避免用蜗轮滚刀切制蜗轮时产生根切与干涉 理论上应使齿数不小于 17 但当齿数小于 26 时 啮合区要显著减小 将影响传动的平稳性 只有当齿数大于 28 时 则可 始终保证有两对以上的齿参与啮合 但是 齿数一般不大于 80 这是由于当蜗轮直径不变时 齿数越多 模数越小 将使轮齿弯曲强度削弱 当模数不变时 齿数越多 尺寸越大 使相啮 合的蜗杆支撑间距加长 这将降低蜗杆的弯曲刚度 容易产生挠曲而影响正常啮合 故蜗杆传 动中蜗轮的齿数不宜太少也不宜太大 四 计算题 50 分 1 分析题 如图所示为二级斜齿圆柱齿轮减速器 已知齿轮 1 的螺旋方向和轴 上的转向 齿 轮 2 的参数mn 3mm z2 57 2 140 齿轮 3 的参数mn 5mm z3 21 试求 1 为使轴 所受的轴向力最小 齿轮 3 应选取的螺旋线方向 并指出齿轮 2 应选取的螺旋线方 向 2 用图示标出齿轮 2 3 所受各分力的方向 第 3 页 共 3 页 3 若使轴 上轴承不受轴向力 则齿轮 3 的螺旋角 3应取多大值 15 分 1 齿轮 3 的螺旋线方向是右旋 齿轮 2 的螺旋线方向是右旋 2 受力如图所示 3 若使轴 2 轴承不受轴向力 则 32aa FF 而 333222 tan tan tata FFFF 所以 3322 tantan tt FF 略去摩擦损失 由转矩平衡条件得 22 3 3 2 2 d F d F tt 所以 2 222 333 2 2 3 2 3 2 3 tan cos cos tantantan zm zm d d F F n n t t 得 1485 0 14sin 573 215 sinsin 2 22 33 3 zm zm n n 0 3 34238 2 如图所示 一厚度 12mm的钢板用 4 个螺栓固连在厚度 1 30mm的铸铁支架上 螺栓材 料为 Q235 95MPa 96MPa 结合面摩擦系数f 0 15 可靠性系数Kf 1 2 载荷 F 12000N 尺寸l 400mm a 100mm 试确定采用铰制孔用螺栓 假定按剪切强度设计即 可符合要求 联接时的螺栓直径 若采用普通螺栓联接 试计算螺纹小径应满足的条件 15 分 第 4 页 共 3 页 1 F 载荷等效到联接形心处为 F 12000N T 12000 400 4800000N mm 2 在F 作用下每个螺栓上所承受的横向载荷 F1 N N Z F F3000 4 12000 1 3 在 T 作用下每个螺栓上所承受的横向载荷 F2 N N Z F28 4858 21004 0004800 R T 2 4 每个螺栓上所承受的总横向载荷 F 5 若是铰制孔用螺栓 根据 得出 2 0 4 d F mm F d98 11 96 65 1081644 0 若是普通螺栓 根据得出 RsF KifZF 0 N fZi KF F 3 21633 1415 0 65 108162 1 0 NCOSFFF65 10816452FF 0 21 2 2 2 1 第 5 页 共 3 页 计算螺栓的小径 mmmm F d41 34 95 3 216333 143 14 0 1 3 如图所示轴系结构 请找出不合理之处并加以改正 10 分 1 两个轴承端盖外圆外侧应倒角 2 两个轴承端盖与箱体接触面应有调整垫片 3 箱体上与端盖的接触面之外的外表面应低一些 4 轴端太长 可与轴承左端平齐或略长 5 该段轴径太大 不应超出轴承内圈 6 齿轮和轴之间的键太长 7 与齿轮配合的轴径长度应比齿轮宽度小 8 该轴套太厚 不应超出轴承内圈 9 透盖与轴之间应有间隙 应有密封毡圈 10 联轴器与透盖不能直接接触 11 联轴器与轴间应有轴肩定位 与其配合段轴径应减少 12 联轴器与轴间的键联接应与其他键在一条线上 13 轴右端面不应超出联轴器端面 应缩进去 1 2mm 14 联轴器上外圆及左端面内外圆均有倒角 4 一双排滚子链传动 已知链节距p 25 4mm 单排链传递的额定功率p0 16KW 小链轮齿 数z1 19 大链轮齿数z2 65 中心距约为 800mm 小链轮转速n1 400r min 载荷平稳 小 链轮齿数系数KZ 1 11 链长系数KL 1 02 双排链系数KP 1 7 工作情况系数KA 1 0 试 计算 1 该链传动能传递的最大功率 2 链条的长度 10 分 1 由Pca KA P P0 Pca KLKPKZ可得 P P0KLKPKZ KA 16 1 02 1 7 1 11 1 0 30 8KW 2 106 2 2 2 2 1221 a pzzzz p a Lp 第 6 页 共 3 页 山东科技大学山东科技大学 2020 2020 学年第学年第 学期学期 机械设计机械设计 考试试卷 考试试卷 B B 卷 卷 班级 姓名 学号 题号一二三四总得分评卷人 审核人 得分 一 填空题 每空1分 共20分 1 承受横向外载荷时普通螺栓联接的失效形式为 塑性变形或断裂 铰制孔用螺栓可能失效形式为贴合面被压溃 和螺栓杆 被剪断 2 当采用两个楔键传递周向载荷时 应使两键布置在沿周向相隔900 1200 的位置 在强度校核只按 1 5 个键计算 3 链传动中 当节距 P 增大时 优点是 传递的功率随之增大 缺点是 传动的动载荷加大 4 链传动中一般是主动链轮 匀 速转动 链条 变速 移动 链轮 变速 转动 从而产生振动和噪声 5 在 70000C 150 70000AC 250 70000B 400 三种轴承中 承受轴向载荷能力最 小者为 70000C 150 最大者为 70000B 400 6 国标规定 滚动轴承公差等级的内径和外径的公差带均为 单向 制 而且统一采用 上偏差为 0 下偏差为 负值 的分布 7 根据承受载荷的不同 轴可分为 转轴 心轴 和 传动轴 三种 8 滑动轴承按承受载荷的方向不同 可以分为 径向滑动轴承 和 止推滑 动轴承 二 选择题 每题 1 分 共 10 分 1 齿轮的齿面点蚀经常发生在 b A 齿根 B 节线附近 C 齿顶 D 整个齿面 2 设计键联接时 键的截面尺寸通常根据 c 按标准选取 第 7 页 共 3 页 A 所传递转矩的大小 B 所传递功率的大小 C 轴的直径 D 轮毂长度 3 大尺寸蜗轮通常采用组合式结构 是为了 b A 制造工艺简单 B 节约有色金属 C 装拆方便 4 a 既可以承受径向载荷 又可以承受轴向载荷 A 圆锥滚子轴承 B 圆柱滚子轴承 C 推力圆柱滚子轴承 5 在直齿圆柱齿轮传动的弯曲强度计算中 若齿形系数和许用应力均不同 则应以 c 为 计算依据 A 较小者 B 较大者 C 较小者 D 较大者 F F Y F F Y F F Y 6 在带传动设计中 限制小带轮的最小基准直径是为了避免 c A 传动结构太大 B 带轮强度不够 C 带的弯曲应力过大 7 一般链条的链节数为偶数 为了使磨损均匀 链轮齿数应当 c A 采用偶数 B 选较多值 C 采用奇数 D 选较少值 8 联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器 下面 c 属于刚性联轴器 A 万向联轴器 B 弹性柱销联轴器 C 凸缘联轴器 D 齿式联轴器 9 设计键联接的主要内容有 按轴的直径查取键的剖面尺寸 按使用要求选择键的类型 按轮毂长度确定键的长度 作必要的校核 一般的设计顺序为 c A B C D 10 计算蜗杆传动的传动比时 不能采用下面 c 公式 A B C 2 1 n n i 1 2 z z i 1 2 d d i 三 简答题 每题5分 共25分 1 在图 4 两对蜗杆传动中 在图中分别标出 a 图蜗轮的转向及 b 图蜗杆的螺旋方向 第 8 页 共 3 页 2 简述齿轮传动的设计准则 答 开式和半开式齿轮传动 由于其失效形式主要是轮齿的折断和齿面磨损 所以一般以齿跟弯 曲疲劳强度设计 以齿面接触疲劳强度校核 闭式软齿面齿轮传动 其主要失效形式是齿面点蚀 所以以齿面接触疲劳强度设计 以齿 跟弯曲疲劳强度校核 闭式硬齿面齿轮传动 虽然其主要失效形式仍然是齿面点蚀 由于其硬度较大 所以以齿 跟弯曲疲劳强度设计 以齿面接触疲劳强度校核 3 在带传动中 什么是打滑 什么是弹性滑动 二者有何不同 带传动过程中 带与带轮之间的急速相对滑动 叫打滑 打滑是失效 必须避免 带传动工作时 紧边与松边存在拉力差 带绕在带轮上从紧边到松边其弹性变形逐渐减小 带也随之收缩 与带轮之间产生相对滑动 叫弹性滑动 这种滑动是不可避免的 4 在蜗轮蜗杆传动中如何选择蜗杆头数和蜗轮齿数 为什么 蜗杆头数选取 1 时可以获得较大的传动比且加工容易 但效率较低 头数越多 效率越高但加工 越难 因此蜗杆的头数一般取 1 2 4 6 为了避免用蜗轮滚刀切制蜗轮时产生根切与干涉 理论上应使齿数不小于 17 但当齿数小于 26 时 啮合区要显著减小 将影响传动的平稳性 只有当齿数大于 28 时 则可始终保证有两对以上的齿参与啮合 但是 齿数一般不大于 80 这是由于当蜗轮直径不变时 齿数越多 模数越小 将使轮齿弯曲强度削弱 当模数不 变时 齿数越多 尺寸越大 使相啮合的蜗杆支撑间距加长 这将降低蜗杆的弯曲刚度 容 易产生挠曲而影响正常啮合 故蜗杆传动中蜗轮的齿数不宜太少也不宜太大 5 两级齿轮传动中 若一级为斜齿 另一级为直齿 试问斜齿圆柱齿轮应置于高速级还是低速 级 为什么 若为直齿锥齿轮和圆柱齿轮所组成的两级传动 锥齿轮应置于高速级还是低速 级 为什么 1 在两级圆柱齿轮传动中 斜齿轮应置于高速级 主要因为高速级的转速高 用斜齿圆柱齿轮 传动平稳 在精度等级相同时 允许传动的圆周速度较高 在忽略摩擦阻力影响时 高速级 小齿轮的转矩是低速级小齿轮转矩的 1 i i 是高速级传动比 其轴向力较小 2 由锥齿轮和圆柱齿轮组成的两级齿轮传动中 锥齿 0 轮一般应置于高速级 主要因为传递 功率一定时 低速级的转矩大 则齿轮的尺寸和模数也大 而锥齿轮的锥距 R 和模数 m 大 第 9 页 共 3 页 时 则加工困难 或者加工成本大为提高 四 计算题 共45分 1 如图所示为五铧犁上的安全联接器 用两个普通螺栓联接 d1 10 106mm 已知钢板间摩 擦系数 f 0 15 防滑系数Ks 1 2 螺栓许用应力 160Mpa 试求拧紧螺栓后所能承受的最大 牵引力 F 10 分 解 根据可得 2 1 0 4 1 3 1 d F N d F45 9867 3 14 106 10160 3 14 22 1 0 再根据可得FKZifF s 0 N K ZifF F 7 4933 2 1 2245 986715 0 0 2 如图所示 安装有两个斜齿圆柱齿轮的转轴由一对代号为 7210AC 的轴承支承 已知两齿轮上 的轴向力分别为 方向如图 轴承所受径向载荷 NFx3000 1 NFx5000 2 NFr8600 1 试确定哪个轴承更有可能先毁坏 15 分 NFr12500 2 第 10 页 共 3 页 解 如图所示 N FFF XXA 2000 50003000 21 说明 该轴所受轴向力 2000N 方向向左 左端轴承为 1 右端轴承为 2 NeFF r 5848860068 0 1 1 NeFF r 85001250068 0 2 2 1 2 5848105020008500FNNFF A 所以 轴有向左运动的趋势 轴