长沙理工大学机械设计期末考试题库及全部答案概要

1、 长沙理工大学机械设计期末考试题库含答案机械设计试卷3一 选择填空题 （每空一分共20分）1在常用的螺纹连接中，自锁性能最好的螺纹是 普通螺纹 ，其牙型角。2普通平键连接工作时，平键的工作面是 侧面，平键的剖面尺寸按轴径 从标准中查取。平键连接主要失效形式是 压溃 。3带传动中，若为主动轮圆周速度，为从动轮圆周速度，为带速，则这些速度之间存在的关系是 。4 V带传动中，V带截面楔角，则V带轮的轮槽角0应 S2 = 1200 (N) （1分）所以，Fa2 = S1+A = 3700 N （1分）Fa1 = S1 = 2200 N (1分) （以上步骤中公式正确、轴向力A方向判断正确，仅计算结果错

2、误，只扣1分。）2）结论：不满足。 （没有中间步骤和计算公式，只答不满足，“蒙对的”给1分）四 结构题1 下图分别用六角头M16的普通螺栓、六角头M16的铰制孔螺栓连接两块厚度为20mm的钢板，采用弹簧垫圈，补画出其余结构线条，并注明那个是普通螺栓连接，那个是铰制孔螺栓连接（4分）。答案： 普通螺栓连接（2分） 铰制孔螺栓连接（2分）2 (结构设计题)指出齿轮轴系结构图中的错误（指出并改正8处即可），说明错误原因，并在中心线上方画出正确结构（16分）。已知： 1）齿轮是油润滑，轴承是脂润滑；2）轴承为深沟球轴承。答案：任意标出8处错误，并在上部改正这8处错误（每处2分）。错误1：键槽的长度不能

3、大于与其连接的联轴器轴毂的长度；错误2：联轴器没有轴向定位；错误3 ：没有密封；错误4 ：密封处的轴径不能和轴承安装处的轴径相同；错误5：轴承端盖作为轴承外圈的定位，其内圈直径不能小于轴承外环内径；错误6：套筒作为轴承内圈的定位，其外径不能大于轴承内环外径；错误7：螺栓连接处的画法不对，包括螺纹画法和光孔的画法；错误8：没有画剖面线；错误9：用套筒对齿轮进行轴向定位时，套筒不能同时与轴肩和齿轮接触；错误10：两个键槽的位置应在同一直线上，确保两个键槽一次装夹加工出来；错误11：轴肩作为轴承内圈的定位，其直径不能大于轴承内环外径；错误12：同错误5；错误13：没有画剖面线；错误14：轴的伸出长度

4、不应超过联轴器，这样无法实现两个半联轴器的连接；错误15：联轴器没有实现轴向固定，可采用紧定螺钉或轴端挡圈固定；错误16：齿轮是油润滑，轴承是脂润滑，因此应该有两个挡油环。对应于机械设计四考试科目： 机 械 设 计 考试时间： 120分钟 试卷总分 100分得分一、 简答题 （本大题共4小题，总计26分）1、 齿轮强度计算中，有哪两种强度计算理论？分别针对哪些失效？若齿轮传动为闭式软齿面传动，其设计准则是什么？ （6分）齿面的接触疲劳强度和齿根的弯曲疲劳强度的计算，齿面的接触疲劳强度针对于齿面的疲劳点蚀失效和齿根的弯曲疲劳强度针对于齿根的疲劳折断。齿轮传动为闭式软齿面传动，其设计准则是按齿面的

5、接触疲劳强度设计，校核齿根的弯曲疲劳强度。 2、 连接螺纹能满足自锁条件，为什么还要考虑防松？根据防松原理，防松分哪几类？（8分）因为在冲击、振动、变载以及温度变化大时，螺纹副间和支承面间的摩擦力可能在瞬间减小或消失，不再满足自锁条件。这种情况多次重复，就会使联接松动，导致机器不能正常工作或发生严重事故。因此，在设计螺纹联接时，必须考虑防松。根据防松原理，防松类型分为摩擦防松，机械防松，破坏螺纹副关系防松。3、联轴器和离合器的功用是什么？二者的区别是什么？（6分）联轴器和离合器的功用是联接两轴使之一同回转并传递转矩。二者区别是：用联轴器联接的两轴在工作中不能分离，只有在停机后拆卸零件才能分离两

6、轴，而用离合器可以在机器运转过程中随时分离或接合两轴。4、链传动产生动载荷的原因是什么？为减小动载荷应如何选取小链轮的齿数和链条节距？（6分）小链轮的齿数不宜过小和链条节距不宜过大。得分二、选择题 （在每题若干个选项中选出正确的选项填在横线上。本大题共12小题，总计24分）1、当两个被联接件之一太厚，不易制成通孔且需要经常拆卸时，往往采用 B 。A螺栓联接 B双头螺柱联接 C螺钉联接2、滚动轴承中，为防止轴承发生疲劳点蚀，应进行 A 。A. 疲劳寿命计算 B. 静强度计算 C. 极限转速验算3、阿基米德蜗杆的 A 参数为标准值。A. 轴面 B. 端面 C. 法面4、一对相啮合的圆柱齿轮的Z1Z

7、2 ， b1b2,其齿面接触应力的大小为 A 。A. H1=H2 B. H1H2 C. H1r1； rrl 2带传动中，主动轮上的滑动弧是发生在带与带轮的 。绕进段 退离段 全部包围弧段3. 计算轴的当量弯矩公式中中折算系数，是考虑T对M的： 。 大小不同 方向不同 类型不同 应力循环特性不同4带传动设计中，应验算小带轮包角不要过小，这是为了 。提高传动寿命； 减小对轴的压力；减小结构尺寸； 提高摩擦力保证有一定承载能力5非液体滑动轴承，其润滑状态通常为： 。边界润滑 流体膜润滑 混合润滑 边界润滑或混合润滑6蜗杆传动热平衡计算的目的是为了控制温升，防止 。蜗杆机械性能下降 润滑油变性或齿面胶

8、合 传动效率下降 蜗轮材料退火7为提高螺栓在变载荷作用下的疲劳强度，可采取 的措施。增大螺栓刚度 适当减小预紧力减小螺栓刚度 减小被联接件刚度8只受预紧力作用的普通螺栓联接，螺栓危险剖面上单元体的应力状态为 。简单拉伸 纯剪切 拉扭组合 拉弯组合 9转轴上载荷和支点位置都已确定后，轴的直径可以根据来 进行计算或校核。抗弯强度； 扭转强度； 扭转刚度； 弯扭合成强度10对液体动压轴承需要足够的供油量主要是为了 。补充端泄油； 提高承载能力； 提高轴承效率； 减轻磨损二填空题(共20分，每小题2分)1在带、链和齿轮组成的多级传动中，带传动宜布置在 高速 级。2需成对使用的滚动轴承类型有 角接触球轴

9、承、圆锥滚子轴承 。3对于链速v S1 （1分）所以 A1= Fa+ S2=2270.6N （1分）A2= S2=1470.6N （1分） 取ft1，fp1.5 A1/R1=2270.6/2400=0.94e （1分）X1=0.4 Y1=1.7 （1分）A2/R2=1470.6/5000=0.09428.768mm）（2分）2、如图所示，a)、b)分别为斜齿圆柱齿轮的悬臂布置和对称布置的支承形式。图1)、2) 分别为一对角接触球轴承背对背、面对面安装支承形式。1） 请合理选择斜齿轮不同布置形式下，一对角接触球轴承的支承形式，你认为正确的，在“”中打“”：图a)所示悬臂布置宜采用： 图1)； 图

10、2) （1分）图b)所示对称布置宜采用： 图1)；图2)。（1分）2） 根据1）中的选择结果计算图a）所示情况下，轴承的轴向力Fa1、Fa2。已知：轴承径向载荷Fr1、Fr2、齿轮的轴向力A方向如图所示，大小分别为：Fr1=4000N、Fr2=2000N，A=2000N。轴承内部轴向力S=0.4Fr。（4分）解：S1=0.4Fr1 = 0.4x4000 = 1600(N) ，方向向左； （1分）S2=0.4Fr2 = 0.4x2000 = 800(N) ，方向向右； （1分）S2+A = 800+2000 = 2800 (N) S1 = 1600 (N) （1分）所以，Fa1 = S2+A =

11、 2800 N （1分） Fa2 = S2 = 800 N3） 若该对轴承的寿命为5000小时，现将当量动载荷加大一倍，将转速减小一半，试计算后确定该对轴承能否满足载荷及转速改变后寿命至少1000小时的工作要求？（4分）标准答案： 结论：此轴承能够满足寿命至少1000小时要求。3、在图示传动系统中，件1和2均为斜齿圆柱齿轮，件3为蜗杆，件4为蜗轮。已知齿轮1轮齿螺旋线方向为左旋，其转向如图所示，试回答下列问题：1）齿轮2的轮齿螺旋线方向是 旋。（1分）2）在图中画出齿轮1、齿轮2在节点A所受的轴向力和的方向。（2分）3）为使在轴上的齿轮2与蜗杆3的轴向力相互抵消一部分，蜗杆3的螺旋线方向应该是

12、 旋，并在图中画出蜗杆的旋向；在节点B处画出蜗杆3所受的轴向力、圆周力和径向力的方向，在节点B处画出蜗轮4所受的圆周力和径向力的方向，在图中画出蜗轮4的转动方向。（8分）答：1）右旋。（1）2）齿轮1、齿轮2在节点A所受的轴向力和的方向如图所示。(2)3) 右旋；（1） 画出螺旋线方向(1)蜗杆3所受的三个分力、和的方向如图所示；(3)蜗轮4所受的圆周力和径向力的方向如图所示；（2）蜗轮4的转动方向如图所示。(1) 4、一对标准斜齿圆柱齿轮传动如图所示，已知：输入轴转速，输入功率kW，齿轮齿数，=62，法向模数mm，分度圆螺旋角，分度圆柱上的法面压力角，试计算：（1）输入轴I上的转矩；（2）大

13、斜齿圆柱齿轮上三个分力的大小。（本题4分）解：输入轴上的转矩N.m kN kW (1)kN (1)对应于机械设计五 和 六 一、填空（每空1分，共20分）1在疲劳曲线上，以循环基数N0为界分为两个区：当NN0时，为（ 无限寿命区 ）区；当NN0时，为（ 有限寿命区 ）区。2刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗（ 弹性变形 ）的能力。零件材料的弹性模量越小，其刚度就越（ 小 ）。3润滑油的（ 油 ）性越好，则其产生边界膜的能力就越强；（ 粘度 ）越大，则其内摩擦阻力就越大。4为改善润滑油在某些方面的性能，在润滑油中加入的各种具有独特性能的化学合成物即为（ 添加剂 ）。 5正是由于（ 弹性滑动 ）现象

14、，使带传动的传动比不准确。带传动的主要失效形式为（ 打滑 ）和（ 带的疲劳破坏 ）。6蜗杆传动的主要缺点是齿面间的（ 相对滑动速度 ）很大，因此导致传动的（ 效率 ）较低、温升较高。7链传动水平布置时，最好（ 紧边 ）边在上，（ 松边 ）在下。 8设计中，应根据被联接轴的转速、（ 转矩 ）和（ 直径 ）选择联轴器的型号。9径向滑动轴承的半径间隙与轴颈半径之比称为（ 相对间隙 ）；而（ 偏心距 ）与（ 半径间隙 ）之比称为偏心率。10对于普通平键，考虑到载荷分布的不均匀性，双键联接的强度按（ 1.5 ）个键计算。二、判断题（每小题1分，共10分）（正确的划“”，错误的划“”）1十字滑块联轴器中的

15、所有元件都是刚性元件，因此属于刚性联轴器。 （ ）2两摩擦表面的粗糙度值越小，则越容易实现液体动力润滑。 （ ）3在计算转轴的强度时，安全系数法比当量弯矩法更精确。 （ ）4相啮合的蜗杆和蜗轮的螺旋角必须大小相等，旋向相反。 （ ）5闭式齿轮传动皆须首先按齿面接触强度进行设计计算，确定传动的几何尺寸，然后校核齿根弯曲疲劳强度。 （ ）6由于链传动不需要张紧力，故作用在轴上的载荷较小。 （ ）7正是由于过载时产生“弹性滑动”，故带传动对传动系统具有保护作用。 （ ）8楔键只能用于单向传动，双向传动时，必须采用两个楔键。 （ ）9性能等级为6.6级的螺栓，其屈服点600MPa。 （ ）10机械零件

16、的计算分为设计计算和校核计算，两种计算的目的都是为了防止机械零件在正常使用期限内发生失效。 （ ）三、简答题（每小题5分，共20分）1 简述为什么开式齿轮传动一般不会出现点蚀现象？答：因为在开式齿轮传动中，磨粒磨损的速度比产生点蚀的速度还快，在点蚀形成之前，齿面的材料已经被磨掉，故而一般不会出现点蚀现象。2 对于滚动轴承的轴系固定方式，请解释什么叫“两端固定支承”？答：两端固定支承即为轴上的两个轴承中，一个轴承的固定限制轴向一个方向的串动，另一个轴承的固定限制轴向另一个方向的串动，两个轴承的固定共同限制轴的双向串动。3 简述形成稳定动压油膜的条件？答：1）两摩擦表面之间必须能够形成收敛的楔形间

17、隙；2）两摩擦表面之间必须有充足的、具有一定粘度的润滑油；3）两摩擦表面之间必须有足够的相对运动速度。4 解释名词； 滚动轴承的寿命； 滚动轴承的基本额定动载荷。答：1）滚动轴承的寿命即滚动轴承中内、外圈滚道以及滚动体，任一元件出现疲劳点蚀之前，两套圈之间的相对运转总转数。也可用恒定转速下的运转小时数表示；2）基本额定动载荷即基本额定寿命为106转时，轴承所能承受的最大载荷。四、解：（1）（N） 1.5分（N） 1.5分 （2）（N）（N） 故 （N） 3分 （N）（N） 故 （N） 3分，则X1，Y=0。则 4000（N） 3分e，则 X0.41，Y0.87。则 （N） 3分由于 ，故轴承1

18、的寿命短。FT五、解：（1）将F向螺栓组形心平移，同时得转矩T。T=500F51055002.5106（N） 4分 在F作用下，各螺栓所受横向力为 Fs1（N） 3分 在T作用下，各螺栓所受横向力也相等，为 （N） 4分 显然，1、2两螺栓所受的横向力最大，为 （N） 4分 六、解：（1）由 得 取 m =5（mm）（应为标准值） 2分则 128 （1） 2分 （2） 2分联立 （1）、（2）解得 ， 取 ， 4分 （mm） 2分 （mm） 2分 （mm） 2分取 （mm）， （mm） 4分注：本题主要考察：m是否为标准值？是否满足？各参数和尺寸取值圆整是否合理？一、填空（每空1分，共20分）

19、1当所受轴向载荷通过（ 螺栓组形心 ）时，螺栓组中各螺栓承受的（ 轴向工作拉力 ）相等。 2从结构上看，带轮由（ 轮毂 ）、轮辐和（ 轮缘 ）三部分组成。3在直齿圆柱齿轮传动的接触疲劳强度计算中， 以（ 节点 ）为计算点，把一对轮齿的啮合简化为两个（ 圆柱体 ）相接触的模型。4按键齿齿廓曲线的不同，花键分为（ 矩形 ）花键和（ 渐开线 ）花键。 5请写出两种螺纹联接中常用的防松方法：（ 双螺母等 ）和（ 防松垫圈等 ）。 6疲劳曲线是在（ 应力比 ）一定时，表示疲劳极限与（ 循环次数 ）之间关系的曲线。7理论上为（ 点 ）接触或（ 线 ）接触的零件，在载荷作用下，接触处局部产生的应力称为接触应

20、力。8开式齿轮传动的主要失效形式是：（ 齿面的磨粒磨损 ）和（ 断齿 ）。9径向滑动轴承的条件性计算主要是限制压强、（ 速度 ）和（ pv值 ）不超过许用值。10在类型上，万向联轴器属于（ 无弹性元件的挠性 ）联轴器，凸缘联轴器属于（ 刚性 ）联轴器。 二、选择填空（每空1分，共10分）1下列磨损中，不属于磨损基本类型的是（ 3 ）；只在齿轮、滚动轴承等高副零件上经常出现的是（ 2 ）。 （1）粘着磨损； （2）表面疲劳磨损； （3）磨合磨损； （4）磨粒磨损。2在通过轴线的截面内，（ 1 ）的齿廓为直边梯形；在与基圆柱相切的截面内，（ 3 ）的齿廓一侧为直线，另一侧为曲线。 （1）阿基米德蜗

21、杆； （2）法向直廓蜗杆；（3）渐开线蜗杆； （4）锥蜗杆。3、对于直齿圆柱齿轮传动，其齿根弯曲疲劳强度主要取决于（ 4 ）；其表面接触疲劳强度主要取决于（ 1 ）。 （1）中心距和齿宽； （2）中心距和模数； （3）中心距和齿数； （4）模数和齿宽。4、对于径向滑动轴承，（ 1 ）轴承具有结构简单，成本低廉的特点；（ 3 ）轴承必须成对使用。 （1）整体式； （2）剖分式； （3）调心式； （4）调隙式。5在滚子链传动的设计中，为了减小附加动载荷，应（ 4 ）。 （1）增大链节距和链轮齿数； （2）增大链节距并减小链轮齿数； （3）减小链节距和链轮齿数； （4）减小链节距并增加链轮齿数。6对

22、中性高且对轴的削弱又不大的键联接是（ 1 ）联接。 （1）普通平键； （2）半圆键； （3）楔键； （4）切向键。三、简答题（每小题5分，共20分）1 画图表示机械零件的正常磨损过程，并指出正常磨损过程通常经历哪几个磨损阶段？答：主要经历三个阶段：磨合磨损阶段；稳定磨损阶段；剧烈磨损阶段。2 简述Miner法则（即疲劳损伤线性累积假说）的内容。答：在规律性变幅循环应力作用下，各应力对材料造成的损伤是独立进行的，并可以线性地累积成总损伤，当各应力的寿命损伤率之和等于1时，材料将会发生疲劳。3 简述齿向载荷分布系数和齿间载荷分配系数分别考虑的是什么因素对齿轮所受载荷的影响？答：系数考虑的是载荷沿齿

23、向分布不均匀性对齿轮轮齿所受载荷的影响； 系数考虑的是载荷在同时啮合的齿对之间分配不均对齿轮轮齿所受载荷的影响。4 试分析张紧力F0对带传动正反两方面的影响。答：张紧力F0越大，则带传动的承载能力就越大，但同时带中所受的拉应力也越大，从而 降低带的寿命；张紧力越小，虽可减小带中的拉应力，提高带的寿命，但带传动的承载能力会降低。四、解：（1）由 疲劳曲线方程 得 3分 3分 3分 （2）根据Miner法则 3分 解得： 3分五、解：（1） 2分 2分 （2） 故 3分 故 3分 （3）e，故 ，（N） 4分，故 ，（N） 4分六、解：（1）各轴转向如图所示。 3分 1分 1分(rpm) 1分（rp