1机械设计试题及答案解析

1、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a太小 B.初拉力Fo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. 6208 B. N208 C. 3208 D. 5208 4. 下列四种螺纹，

2、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 u s B.减少蜗杆头数Zi C.增加蜗杆头数 乙 D.增大蜗杆直径系数 q 6. 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 & V带在减速传动过程

3、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6

4、2203的滚动轴承，为 深沟球轴承 轴承，其内径为 _ 17 mm。 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 一三角形螺纹_、梯形螺纹_和

5、锯齿形螺纹 _ 等。 &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。 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

6、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

7、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。 ） 例缺少调整垫片 解 缺少调整垫片 一一轮毂键槽不对 与齿轮处键槽的位置不在同一角度上 一一键槽处表达不正确（应该局部剖视） 一一端盖孔与轴径间无间隙 一一多一个键 齿轮左侧轴向定位不可靠 - 齿轮右侧无轴向定位 一一轴承安装方向不对 一一轴承外圈定位超高 （11）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） 3 轴肩的高度超出了轴承内圈的外径； 一一轴段的长

8、度应该小于轮毂的宽度； 一一螺纹轴段缺少螺纹退刀槽； 一一键槽应该与中间部位的键槽在同一母线上布置; 一一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

9、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 5 3 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

10、 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 ， ZQAI9-4 ，蜗轮轮缘 ZQSn10-1 ， ZQAI9-4 ，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

11、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

12、 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=KAKvKa KB, KAKVK“KB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=KKKa氐中，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；Ka 是齿间载荷分配系数，考

13、虑多齿啮合间分配载荷的不均 匀现象对齿轮传动的影响； KB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

14、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 Q1.5F.试分析预紧力 Q 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 F , =pD74，每个螺钉的工作拉力 F= F,/6= px 2 2 D/4/6 = 2.5 二（125） /4/6 = 5113.27 N 2. 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， 企=300MPa 许用应力可=VS = 300/1.5 2 =200MPa 由强度条件 1

15、.3Q/( -：d /4) - 2 2 Q nd 切/4/1.3 = JTX13.835 X200/4/1.3 = 23127.83 N 3. 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= Q 十 C (Cb +Cm ) F 1.5F 即 Q p 1.5F 十 0.8F = 2.3F = 11760.52 N 由以上计算结果可知，预紧力 Q 应控制为 11760.52 N S 所以轴承 1 “压紧”，A= Fa+ 5=800+2720=3520 (2 分) 轴承 2 “放松” ，A= S2=2720 N(2 分) (2)计算轴承的当量动载荷 轴承 1 A/R

16、=3520/2000=1.76 e=0.68,则取 %=0.41, 丫i=0.87 即 T2= T1 x i x n 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 R=2000N,R=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, 丫=0.87。轴承载荷 1 2 b Fo IO |Qi | Ri R 图 1 Pi=fF（XiR+Y1A） =1.2 X （0.41 X 2000+0.

17、87 X 3520）=3882.4 N （2 分） 轴承 2 A Ri=2720/4000=0.68 ID 10-12 12* 17 )7-21 a-x M - JB tilK SxWft A 2M2 3 H3 4x4 J M5 6 X 44-575-S3 Ki - 93 IV MVA A 14 k 4 IA K 10 IN M 11 2U* 12 25x 14 11M 16 32 X IS (3)蜗杆传动的啮合效率: 7125 仙十轻)tan(7125- f 10J204) =0,401 则: F 01 10 F=A 1000 1000P 1000 x75=75ON 所以 （2 3、（10

18、分）图示为一刚性凸缘联轴器，材料为 Q215 钢，传递的最大转矩为 1400 N.m（静载荷）。已知轴的材料为 45 钢，工作时有轻微冲击。试根据图示和表为 该联轴器选择平键，确定键的尺寸，并校核其强度（W100d 伽）。 解：由轴径 55 查下表,选取键 b=16,h=10,键长 L=90 键的工作长度 匸 L-b=90-16=74mm 键与联轴器的接触长度 k=0.5h=0.5x10=5mm 2TXJ02x1400 xlO5 a. 由户 册 你=100跟 可见联接挤压强度不够，考虑到相差较大，所以应采用双键，相隔 180 布置， 双键的工作长度 I=1.5x74=111mm=750N =2

19、x750=1500N 2TX101 = 2xl400 xl(f=917 ,. 5x111x55 1 /J 见的标记为：键 16x90 机械设计课程试题（三） 一、填空题（每空 1 分共 24 分） 1、 螺纹的公称直径是指螺纹的 大 径，螺纹的升角是指螺纹 中 径处 的升角。螺旋的自锁条件为 _ 厂; 2、 三角形螺纹的牙型角a = 60 ,适用于 联接 ，而梯形螺纹的牙型 角 a = 30 _ , 适用于传动 。 3、 螺纹联接防松，按其防松原理可分为 摩擦 防松、 机械 防松 和 永久 防松。 4、 选择普通平键时，键的截面尺寸（b X h）是根据 轴径 d 查标准来确定 的,普通平键的工

20、作面是 侧面 。 5、 带传动的传动比不宜过大，若传动比过大将使 包角a 减小 _ , 从而使带的有效拉力值减小。 &链传动瞬时传动比是 变量 ，其平均传动比是 常数 。 7、 在变速齿轮传动中，若大、小齿轮材料相同，但硬度不同，则两齿轮工作中 产生的齿面接触应力 相同 ，材料的许用接触应力 不同 ，工作中产 =) 生的齿根弯曲应力 不同 ，材料的许用弯曲应力 不同 。 8、 直齿圆柱齿轮作接触强度计算时取 节点 处的接触应力为计算依据,其 载荷由一对轮齿承担。 9、 对非液体摩擦滑动轴承，为防止轴承过度磨损，应校核 p ，为防止轴 承温升过高产生胶合,应校核 pv 。 10、 挠性联

21、抽器按是否具行弹性元件分为 无弹性元件 挠性联轴器和有弹 性元件 挠性联轴器两大类。 二、单项选择题（每选项 1 分,共 10 分） 1. 采用螺纹联接时，若被联接件之一厚度较大，且材料较软，强度较低，需 要经常装拆，则一般宜采用 B。 A 螺栓联接； B 双头螺柱联接； C 螺钉联接。 2. 螺纹副在摩擦系数一定时,螺纹的牙型角越大,则 D 。 A. 当量摩擦系数越小，自锁性能越好； B. 当量摩擦系数越小，自锁性能越差； C. 当量摩擦系数越大，自锁性能越差； D. 当量摩擦系数越大，自锁性能越好； 3. 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 在同一直线上；

22、B 相隔 900 ; C .相隔 1200； D 相隔 1800 4、普通平键联接强度校核的内容主要是 A.校核键侧面的挤压强度；B.校核键的剪切强度；CAB 两者均需校核；D.校 核磨损。 5、 选取 V 带型号，主要取决于 D 。 A.带的线速度 B .带的紧边拉力 C .带的有效拉力 D .带 传递的功率和小带轮转速 6、 为了限制链传动的动载荷，在节距 p 和小链轮齿数 Zi 定时，.应该限 制 A 。 A.小链轮的转速 ni; B.传动的功率 P; C.传递的圆周力。 7、 圆柱齿轮传动，当齿轮直径不变，而减小模数时，可以 D _ 。 A.提高轮齿的弯曲强度； B.提高轮齿的接触强度

23、； C.提高轮齿的静强度； D .改善传动的平稳性。 8、 当转速较低、同时受径向载荷和轴向载荷，要求便于安装时，宜选 用 B 。 A.深沟球轴承 B .圆锥滚子轴承 C .角接触球轴承 9、 温度升高时，润滑油的粘度 C 。 A.随之升高； B.保持不变；C.随之降低； D.可能升高也可能降低。 10、 圆柱螺旋弹簧的弹簧丝直径 d=6mm 旋绕比 C=5,则它的内径 D 等 于 _ B _。 A、30mm, B、24mm, C、36mm, D、40mm 三、计算题（38 分）1、（15 分）图 3-1 示螺栓联接中,采用两个 M20 的普通螺 栓，其许用拉应力（7 = I60N/mrr,联

24、接件接合面间摩擦系数 f = 0.20 ,防滑系 数 K. = 1.2，计算该联接件允许传递的静载荷 F= ?（M20 的螺栓 di = 17.294mm）（10 分）解：螺栓预紧后，接合面所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷， 假 设各螺栓所需预紧力均为 F。 则由平衡条件 flzn 螺栓危险截面的强度条件为 :I 于是得（4 分） 4X1.3XK, Ka/j af z * i 5?2fC 图 3-1KX 17. 294: X16OXO. 2X2x2 = 192?3 巧、 5. 2XL 2 (5 2、（13 分）如图 3-2 所示某电梯传动装置中采用蜗杆传动， 电机功率P=10kW转 速m = 970r/min,蜗杆传动参数 乙=2；Z2= 60;直径系数 q = 8;总效率n 0.8, m= 8,右旋蜗杆，试计算：14 分） （1） 电梯上升时，标出