机械设计样卷及各章例题

1、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

2、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（T 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, n1 B ） Pea, n1 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。&在螺栓的直径参数中， 用来计算螺栓的强度。A

3、）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 15 , 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 ） di 二 mzi; B） di = mq ； C） d z,q ； D） di 二 d i。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

4、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pv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

5、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F。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F2F 0 + 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 ） '- H1 ' H 2 ； B ） J H1 "： J H 2 ； C）H 1 = H 2 ； D）H1

6、 '一 H 2。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n、川的轴向力最小，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n、川及蜗轮 6的旋转方向。III4#60叩35四、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？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，d0 =11mm ,螺栓中心所在圆直径D = 340mm，其他尺寸如图。两半联轴器材料为HT200,其许用挤压应力

7、 f ：=100MPa ;螺栓材 料的许用剪切应力I ）-92MPa，许用拉力1 -120MPa。计算该螺栓组联接允许传递的最大扭矩Tmax。若在此最大扭矩 Tmax的作用下，改用 普通螺栓联接，计算所需螺栓的小径d1 （设两半联轴器间的摩擦系数 f =0.16，防滑系数ks=1.2 ）。（本题12分）Fd =0.68F,轴上2. 轴系由一对 7205AC轴承支承（C=15800N,轴的转速 n=1380r/min ,传动 件受力 Fae =400n, Fr1 =875NFr2 -1512N，方向如图。求：（1）计算两个轴承所受的轴向载荷Fa1、Fa2 ；（2） 计算两轴承的当量动载荷R、P2

8、 ；（3）计算危险轴承的寿命 Lh若 旦 e,贝y： X=0.41,Y=0.87)Fr（本题12分）(注：e=0.68,若 旦 乞 e,则：X=1,Y=0 ；Fr3. 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 m=1800r/min,预紧力Fo=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d s=800MPa,c -1=440MPa, b o=720Mpa=已知零件上的最大工作应力cmax =260MPa，最小工作应力二min =120MPa，应力变化规律为二min二常数，综合影响系数K；=2。绘

9、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）53.2典型题型精解例3.1某钢材的对称循环弯曲疲劳极限二= 275MPa ,屈服极限二s =355MPa ,7568去循环基数 No =10，寿命指数 m=9，试求循环次数 N分别为10，5 10，10次时相应的寿命系数Kn和疲劳极限匚N6#:二N1 = KN1二=1.67 275 = 459MPa由于二 3N1 =459MPa 355MPa -；S，所以取二N1 一 s =355MPa#匚 an2 = KN4 -1.08 275 = 297 M

10、Pa877因 N3 =10 - N0 =10，故应取 N3 =10 。K N3#N3 二 Kn3；/=1 275 =275MPa例3.2某合金钢制成的零件，其材料性能为：=0.2，二j=450MPa，匚 s =800MPa。已知 工作应力为匚 max=280MPa，匚 mi-80MPa， 二 C，K.：；=1.62。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。acr +cr .max min2280 -802= 100MPa二 max 一匚 min280 802= 180MPa#若工作应力点在疲劳极限区#4501.62 180 0.3 100-

11、1.36 1.3 = S若工作应力点在屈服强度区800180 100=2.85 1.3 = S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）。由一02 1'-C2 450 =692.3MPa10.37#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），因吋=C，故自原点作过点 M的射线与线AG交于M则M 为极限应力点。所以该零件安全。ScaOMOM= 1.

12、381.3 = S#P -12000N，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L =150mm， H =160mm，结合面摩擦系数f = 0.15，螺栓材料的许用应力k- I - 180MPa，被联接件刚度 Cm =35 , Cb为螺栓刚度。取防滑系数K1.2，求所需螺栓小径di （结合面的工作能力不用验算）8解 （1） 在力P的作用下，螺栓组联接受到倾覆力矩M作用M =PL =12000 150 10=1800N mmaxFmaxMLmaxzr2i吕M2H18002 160 10=5626N即螺栓所受轴向工作载荷F =Fmax=5626N#，则 在力P的作用下，根据

13、联接结合面不滑移的条件为fF°z 一 Ks PF0 _= 12 12000 = 24000 Nfz 0.15 4取 F0 二 24000 N(4) 螺栓所受的总拉力CbCbF2=F0b F =24000 b 5625 =25406.25NCb Cm5 3Cb（5）螺栓危险截面的直径（螺纹小径d1）为d14 1.3F24 1.3 25406.25V "180二 15.285mm例5.4如图所示，一铸铁支架用4个M16 （ d, = 13.835mm）的普通螺栓安装在混凝土地基上，承受载荷P =10KN，尺寸h =1 =400mm, 一 -30，结合面摩擦系数f -0.3，防滑

14、系数Ks =1. 2,螺栓材料的许用拉应力丨- 120MPa，螺栓相对刚度Cb=02，混凝土的许用挤压应力<ip=2.5MPa。螺栓的预紧力F0 = 11KN 。Cb C m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 A =4 104mm2，抗弯截面系数 W =5 106mm3。校核结合 面能否既不压碎，也不松开。解FV作用于螺栓中心O，垂直向上。FV 二 Psin： =10000 sin30 = 5000NPh作用于结合面，水平向右。PH 二 Pcos： -10000 cos30 = 8660NM作用在通过x-x轴并垂直于结合面的对称平面内，顺时

15、针方向。M 二旳 h = 8660 0.4 = 3460 N mo1Y324o图5.6(1) 校核螺栓的强度Pv 5000Fv1250 Nz4在倾覆力矩M的作用下，左边两螺栓的受力最大，其值为3ML max 3460x200x10Fmaxz224325 Ny . 22(200200 )Lii 4在轴向力FV的作用下，各螺栓所受的工作拉力为左边螺栓所受的轴向工作载荷为F =Fv Fmax =1250 4325 =5575N螺栓所受的总拉力为F2 二 F。CbCb CmF =110000.2 5625 =12115N故螺栓的计算应力为1.3F21.312115r t二 ca 22 =104.7MP

16、a 一亠 120MPa-：d1二 13.83544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Cf(ZF0 一六 Pv.KsPh由于螺栓数目z=4，而CmCb CmCbCb Cm= 0.8故 f(zF0CmCb CmPJ =0.3 (4 11000 - 0.8 5000)=12000N而 KsPh =1.2 8660 =10392 N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%=扣&CCpPv)+WACb +CmW313460 x103=4 (4x11000 0.8x5000) +64灯045心06= 1.692MPa 

17、3; <J'p=2.5MPaCmCb ' Cm(4 11000 -0.8 5000)故结合面右端不会压碎。 左端max14 10433460 105 106=0.308MPa - 0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

18、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,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

19、，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 P =1.5KW，主动链轮转速m =120rmin，从动链轮转速n2 =40r.；min，中心距a : 820mm，水平传动，链速 0.6 m s，静强度 安全系数S =6，电动机驱动，取工况系数Ka =1.

20、2。试选择链节距P，求链的长度（以链节数表示），链轮齿数z,，z2及链轮分度圆的直径。解 （1）选择链节距P。链的工作拉力Fe =1000P. v =1000 1.5 0.6=2500N初步选用10A型滚子链，其链节距P = 15.875mm，每米质量q =1kgfm，极限拉伸 载荷（单排）Fmin =21.8KN，则离心应力Fe 二 qv2 =1 0.62 = 0.36N由于是水平传动，所以倾斜角=0。初选链条垂直度f与中心距a的比值f,：a = 2%，由教材图9 11得Kf =6.5，则根据式（9.6）得悬垂拉力Ff *qa 10 6.5 1 820 10 53.3N紧边总拉力F Fe F

21、c Ff =25000.36 53.3 = 2553.66N12017 =51根据式（9.10）可得所需极限拉伸载荷SKaF16 勺.2 汇2553.66Flim718.35KN : 21.8KNn1 1000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9 8取乙=17，则大链轮齿数1440n2（3）验算链速。z1Pn117 15.875 120v -0.54 m s ：. 0.6 m s60x100060x1000符合题目要求。(4) 校核安全系数。Fe =1000Pv =1000 1.5. 0.54 =2777.78NFe 二 qv2 =1 0.542 = 0.292NF

22、1 = Fe Fc Ff =2777.78 0.292 53.3 = 2831.37N由式(9.10)得安全系数ScaKaF121800 11.2 2831.37=6.42615#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。d1 = P sin(180 zj = 15.875. sin(180 17) = 86.39mmd P sin(180 Z2) =15.875 sin(180 51 257.87mm(6) 计算链节数LP。2a z, z2乙 一 z2 2 PLp2 :12 ( 12)137.872 一取 LP =138。例10.1轮齿的失效形式有哪些？闭式和开式传动的

23、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

24、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

25、 z4的转向 n4 。( 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Z3和Z4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，Fa3和Fa4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，Fa2的方向应与Fa3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 Ft2的方向应为有里到外，即Fa1的方向应为有外向里。由于Ft1与Fa2方向相反，故蜗杆的转向 山 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

26、向标在蜗轮上。将上述对轴向力的分析结果标在图上，如图11.1 ( b)所示。1617（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。八'、fVi（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

27、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 v1 >v2，同（4）图 12.1（ a）；当 v v2，同（4）图 12.1（ b）。例13.1分别说明滚动轴承代号分别为51316，N316 P6,30306,6306 P5，30206，7206AC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

28、）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:51316N316/P6303066306/P5302067206AC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d80mm80mm30mm30mm30mm30mm尺寸系列130303r 0302r 02公差等级0级6级0级5级0级0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25°(1)径向承载能力最高的轴承是N316. P6，径向承载能力最低的轴承是51316。(2) 轴向承

29、载能力最高的轴承是 51316，轴向承载能力最低的轴承是N316：P6。(3) 极限转速最高的轴承是 7206AC，极限转速最低的轴承是 51316。(4) 公差等级最高的轴承是 6306 P5。(5) 承受轴向径向联合载荷的能力最高的轴承是30306。例13.3 一农用水泵，决定选用深沟球轴承， 轴颈直径d = 35mm，转速n= 2900 r min ， 已知径向载荷Fr =1810N，轴向载荷Fa =740N，预期计算寿命L； = 6000h，试选择 轴承的型号。解 由于轴径已确定，所以采用验算的方法确定轴承的型号。初选轴承6207，其基本额定动载荷C =25500N，基本额定静载荷 C0 =15200N。验算如下：(1)求相对轴向载荷对应的 e值和丫值。根据教材表135注1，对深沟球轴承取fc