机械设计期末试卷及答案1

1、;.中原工学院2003 2004 学年第一学期机械制造及自动化专业机械设计课程期末试卷专业 _ 班级 _ 姓名 _ 学号 _题二三四五六七八九总分一号一、是非题 ( 用“”表示正确，“”表示错误填在题末的括号中) 。( 本大题共 10 小题，每小题1 分，总计10 分 )1、受静载荷作用的零件只能产生静应力，受变载荷作用的零件才能产生变应力。（）2、受交变横向载荷作用的普通螺栓联接，在正常工作时螺栓杆所受到的拉力不变。（）3、为了使 v带的工作侧面能与 v带轮轮槽的工作侧面紧紧贴合，因为v带的剖面楔角为，因而v带40o轮轮槽角也相应为 40o 。（）4、为了避免带打滑，可将带轮上与带接触的表面

2、加工得粗糙些以增大摩擦。（）5、对轮齿沿齿宽作适当的修形（鼓形齿），可以大大改善载荷沿接触线分布不均匀的现象。（）6、齿面点蚀是润滑良好的软齿面闭式齿轮传动常见的失效形式。（）7、直齿圆锥齿轮的强度计算中，通常近似地以大端分度圆处的当量圆柱齿轮来代替圆锥齿轮进行强度计算。（）8、与齿轮传动的变位方法相类似，不仅可以对蜗杆进行变位加工，而且也可以对蜗轮进行变位加工。（）9、某 45钢轴的刚度不足，可以采取改用40cr合金钢措施来提高其刚度。（）10、滚动轴承的基本额定寿命是指一组轴承中10%的轴承发生疲劳破坏，而 90%的轴承不发生疲劳破坏前的转数（以106为单位）或工作小时数。（）二、选择题

3、( 将正确的代码a、 b、 c、 d 填入横线上方的空格处 ) 。( 本大题共 15 小题，每小题1.5分，总计15 分 )1零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之_。a. 增高b.降低c.不变d.有时增高，有时降低2对于联接用螺纹，主要要求联接可靠，自锁性能好，故常选用_ 。a升角小，单线三角形螺纹b升角大，双线三角形螺纹c. 升角小，单线梯形螺纹d升角大，双线矩形螺纹3. 设计键联接时，有以下主要内容：按使用要求选择键的类型；对键联接进行必要的强度校核计算；按轴径选择键的剖面尺寸；按轮毂宽度选择键的长度。在具体设计时， 一般的顺序为。a.；b.；c.；d.;.;.4选取

4、v 带型号，主要取决于_ 。a带传递的功率和小带轮转速b带的线速度c.带的紧边拉力d带的松边拉力5带传动不能保证准确的传动比，其原因是_ 。a. 带容易变形和磨损b.带传动工作时由拉力的变化而引起的弹性滑动c. 带在带轮上出现打滑d.带的弹性变形不符合虎克定律6.轮齿弯曲强度计算中的齿形系数yfa与无关。a齿数 zb变位系数 xc模数 md斜齿轮的螺旋角7.按齿根弯曲疲劳强度设计公式：m32kt1yfa ysamm计算齿轮传动的模数时，其公d z12fyfa ysa应代入：。式中fa.小齿轮的yfa1ysa1b.yfa1ysa1与yfa 2 ysa2中的较大值f 1f 1f 2c.大齿轮的yf

5、a 2ysa2；d.yfa 1ysa1与yfa 2ysa2中的较小值f 2f1f 28.对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是为了防止温升过高而导致。a. 材料的力学性能下降；b.润滑油变质；c. 蜗杆受热变形过大；d.润滑条件恶化。9.按弯扭合成强度条件计算轴的应力时，公式中折合系数 是考虑。a. 材料抗弯与抗扭的性能不同；b.弯曲应力和扭转切应力的循环特性不同；c. 轴的结构设计要求；d.强度理论的要求。10.下列四种轴承中，必须成对使用是。a.圆锥滚子轴承；b.深沟球轴承；c.推力球轴承；d. 圆柱滚子轴承三、计算题 ( 本大题共小题，每小题各15 分，共计45 分)1. 某零件用

6、40cr钢制成，材料的力学性能为：s=800mpa=0.2 。零件弯曲， -1=480mpa ， 疲劳极限的综合影响系数。已知作用在零件上的工作应力：max=450mpa ， min=150mpa，k =1.5应力循环特性 r 常数，试求：绘制出该零件的极限应力简图；在所绘制的零件极限应力简图中，标出零件的工作应力点m ，加载应力变化线以及极限应力;.;.点 m 1 ；用图解法确定该零件的极限应力的平均应力 me和应力幅 ae以及计算安全系数sca；用计算法确定该零件的计算安全系数sca。若许用安全系数为s=1.3 ，问该零件是否满足强度要求。2. 如 下图 所示 为一 个 铸铁 托 架， 用

7、四 个普 通 螺栓 固 定在 铸钢 立柱 上 ，已 知 w=1000n，l=700mm， l 1=300mm，接触面间的摩擦系数f=0.2 ，螺栓的许用拉应力 =50mpa ，防滑系数k =1.3 。试确定螺栓所需要的公称直径d 。s普通螺纹基本尺寸（gb196 81）dd 11210.1061411.8351613.8351815.2962017.2942420.7523一工程机械传动装置中的轴，采用一对圆锥滚子轴承支承，背靠背的反装( 如题图所示 ) ，已知作用于轴上的径向力fr 9000n ，轴向力 fa 1200n ，其方向和作用位置如图所示，运转中受轻微冲击（f p 1.2 ），常温

8、下工作（f t 1），试求：表 16-12 30000 轴承当量动载荷的x 、 y 值a/r ea/r eex 1y 0x 0.4y 1.60.37轴承派生的内部轴向力：s r/（ 2y ）;.;.(1)轴承所受的径向载荷r1，r2 ；2=260(2)l1=190mm轴承派生的内部轴向载荷s1，s2，=9000轴承2并在图中画出其方向；轴承1(3)轴承所受的轴向载荷a 1 ， a 2 ；1200(4)轴承所受的当量动载荷p1 ，p2 。12题 3. 图四 . 传动零件受力分析题（本题15 分）下图为一直齿圆锥齿轮斜齿圆柱齿轮蜗杆蜗轮三级传动。已知圆锥齿轮1 为主动件，转向如图所示。试在下图中标

9、出：各轮的转向；欲使轴、轴上轴承所受的轴向力为最小时，斜齿圆柱齿轮和蜗杆蜗轮的旋向（要求画出并用文字标出他们的旋向）；各轮在啮合点处的诸分力（ft 、 fr 、 fa）的方向。蜗轮 6（旋）斜齿轮 3（旋）锥齿轮2轴轴锥齿轮1轴n1轴蜗杆 5（ 旋）斜齿轮 4（ 旋）五 . 轴系零件结构改错（本题15分）下图为一齿轮减速器部分装配图，试指出结构不合理及错误所在（不考虑圆角和铸造斜度以及不计重复错误，指出十处或十处以上错误者满分）。例如：精加工面过长且装拆轴承不便。按上述范例在图中标出结构不合理及错误所在，并用文字说明原因（如果不说明原因不给分）。;.;.精加工面过长且装拆轴承不便中原工学院20

10、03 2004 学年第一学期机械制造及自动化专业机械设计课程期末试卷（答案）一、是非题 ( 用“”表示正确，“”表示错误填在题末的括号中) 。( 本大题共 10 小题，每小题1 分，总计 10分 )1、受静载荷作用的零件只能产生静应力，受变载荷作用的零件才能产生变应力。（ ）2、受交变横向载荷作用的普通螺栓联接，在正常工作时螺栓杆所受到的拉力不变。（ ）3、为了使 v带的工作侧面能与 v带轮轮槽的工作侧面紧紧贴合，因为v带的剖面楔角为40o，因而 v带轮轮槽角也相应为 40o 。（ ）4、为了避免带打滑， 可将带轮上与带接触的表面加工得粗糙些以增大摩擦。（ ）5、对轮齿沿齿宽作适当的修形（鼓形

11、齿），可以大大改善载荷沿接触线分布不均匀的现象。（ ）6、齿面点蚀是润滑良好的软齿面闭式齿轮传动常见的失效形式。（ ）7、直齿圆锥齿轮的强度计算中，通常近似地以大端分度圆处的当量圆柱齿轮来代替圆锥齿轮进行强度计算。（ ）8、与齿轮传动的变位方法相类似，不仅可以对蜗杆进行变位加工，而且也可以对蜗轮进行变位加工。（ ）9、某 45钢轴的刚度不足，可以采取改用40cr合金钢措施来提高其刚度。（ ）10、滚动轴承的基本额定寿命是指一组轴承中10%的轴承发生疲劳破坏， 而 90%的轴承不发生疲劳破坏前的转数（以 106为单位）或工作小时数。（ ）二、选择题 ( 将正确的代码a、 b、 c、 d 填入横线

12、上方的空格处 ) 。( 本大题共 15 小题，每小题1.5分，总计15 分 );.;.1零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之_b _。a.增高b.降低c.不变d.有时增高，有时降低2对于联接用螺纹，主要要求联接可靠，自锁性能好，故常选用_ a _ 。a升角小，单线三角形螺纹b升角大，双线三角形螺纹c.升角小，单线梯形螺纹d升角大，双线矩形螺纹3. 设计键联接时，有以下主要内容：按使用要求选择键的类型；对键联接进行必要的强度校核计算；按轴径选择键的剖面尺寸；按轮毂宽度选择键的长度。在具体设计时， 一般的顺序为c。a.；b.；c.；d.4选取v 带型号，主要取决于_d _ 。a

13、带的松边拉力b带的线速度c.带的紧边拉力d带传递的功率和小带轮转速5带传动不能保证准确的传动比，其原因是_ b_ 。a. 带容易变形和磨损b.带传动工作时由拉力的变化而引起的弹性滑动c. 带在带轮上出现打滑d.带的弹性变形不符合虎克定律6.轮齿弯曲强度计算中的齿形系数yfa 与c无关。a齿数zb变位系数xc模数md斜齿轮的螺旋角7.按齿根弯曲疲劳强度设计公式：2kt1yfa ysamm计算齿轮传动的模数时，其公m 3d z12fyfa ysa应代入：b。式中fa.小齿轮的yfa1ysa1b.yfa 1ysa1与yfa 2ysa2中的较大值f 1f1f 2c.大齿轮的yfa 2ysa2；d.yf

14、a1ysa1与 yfa 2 ysa2中的较小值f 2f 1f 28.对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是为了防止温升过高而导致d。a. 材料的力学性能下降；b.润滑油变质；c. 蜗杆受热变形过大；d.润滑条件恶化。9.按弯扭合成强度条件计算轴的应力时，公式中折合系数 是考虑c。a. 材料抗弯与抗扭的性能不同；b.轴的结构设计要求；c. 弯曲应力和扭转切应力的循环特性不同；d. 强度理论的要求。10.下列四种轴承中，必须成对使用是a。a.圆锥滚子轴承；b. 深沟球轴承；c.推力球轴承；d. 圆柱滚子轴承;.;.三、计算题 ( 本大题共小题，每小题各15 分，共计45 分)1. 某零件用40

15、cr钢制成，材料的力学性能为：s=800mpa=0.2 。零件弯曲， -1=480mpa ， 疲劳极限的综合影响系数k =1.5 。已知作用在零件上的工作应力：max=450mpa ， min=150mpa，应力循环特性 r常数，试求：绘制出该零件的极限应力简图；（4 分）在所绘制的零件极限应力简图中，标出零件的工作应力点m ，加载应力变化线以及极限应力点 m 1 ；（ 4 分）用图解法确定该零件的极限应力的平均应力 me和应力幅 ae以及计算安全系数 sca； 4 分用计算法确定该零件的计算安全系数sca。（ 2 分）若许用安全系数为s=1.3，问该零件是否满足强度要求。（1 分）解： (1

16、) 210；02 12480800 mpa0110.2在零件的极限应力简图中，各点坐标为：a （ 0，1 ） =a （ 0， 320）； b（0 ，0） =（ 400， 266.7）； c（ s，0） =（ 800， 0）k22k或 gk s1 ,1s=g1.5800480 , 4800.2800553.85,246.15kk1.5 0.21.5 0.2aa(0,320)(400,266.7)bm(505.26,252.63)g(553.85,246.15)(300,150)momc(800,0)（ 2） m=（ max+ min）/2=（450+150 ）/2=300mpa ， a=（ ma

17、x- min）/2=（ 450-150）/2=150mpa工作应力点 m ，加载应力变化线以及极限应力点m 1 如图所示（ 3）由图可量的极限应力点 m的平均应力 me =505.26mpa，应力幅 ae =252.63mpa 极限应力点 m的疲劳极限 rm =me +ae =757.89mpa计算安全系数sca=rm / max =757.89/450=1.684;.;.1480（ 4） sca1.684k am 1.5 150 0.2 300（ 5） sca=1.684 1.3, 该零件能满足强度要求。2. 如 下图 所示 为一 个 铸铁 托 架， 用四 个普 通 螺栓 固 定在 铸钢 立

18、柱 上 ，已 知 w=1000n，l=700mm， l 1=300mm，接触面间的摩擦系数f=0.2，螺栓的许用拉应力 =50mpa ，防滑系数ks=1.3 。试确定螺栓所需要的公称直径d 。普通螺纹基本尺寸d121416182024（ gb196 81）d 110.10611.83513.83515.29617.29420.7522rw1rw2r2r1r1t=wlr3rww43rrr3r4wr4解：（ 1）将 w 向 o 点平移得：w =w=1000n；t=wl=1000 700=7 105（ nmm ）； (2 分 )ww= r3w= r4w=w/z=1000/4=250 （ n ），方向

19、如图所示；（2）在 w作用下： r1= r2t= r2tttt7105在 t 作用下： r1= r3 = r4 =l1 z2824.96 (n），方向如图所示；2300 422由受力图可知，在w和 t 共同作用下，以螺栓2、 3 联接处所受的横向载荷为最大，即为：r2r3w 2t2wtcos135r2r22 r2r22502824.9622 250 824.96 cos135 1017.2 （ n）（ 7 分）（3）由螺栓2 或螺栓 3 处联接不滑移的条件得：;.k s r21.31017.26611.88 （n ） qp fzm=k sr2 ， q p0.211fzm5.2q p5.2661

20、1.88（4）由螺栓杆强度条件得： d13.1414.795（ mm）50故应选择m18 的普通螺栓， d1=15.296 14.795;.（ 3 分）（ 3 分）3一工程机械传动装置中的轴，采用一对圆锥滚子轴承支承，背靠背的反装( 如题图所示 ) ，已知作用于轴上的径向力fr 9000n，轴向力 fa 1200n，其方向和作用位置如图所示，运转中受轻微冲击（fp 1.2 ），常温下工作（f t 1），试求：(1)轴承所受的径向载荷 r1，r2 ；表 16-12 30000 轴承当量动载荷的x 、 y 值(2)轴承派生的内部轴向载荷s1，s2，a/r ea/r ee并在图中画出其方向；a 1

21、， a 2 ；x 1y 0x 0.4y 1.6(3) 轴承所受的轴向载荷轴承派生的内部轴向力：s r/（ 2y ）(4) 轴承所受的当量动载荷 p1 ，p2 。解： (1)r 1 fr l 2 /(l 1 l 2) 9000l1=190mm2=260 260/(190 260) 5200n，轴承1=9000r2 f rl 1/(l 1 l 2 ) 9000 190/(190 260) 3800n ；(3 分 )1200(2)s 1 r 1 /（ 2y ） 5200/（ 21 1.6 ） =1625n ，题 3. 图s2 r2 /(2y) 3800/(21.6)=1187.5n ，其方向如图所示

22、；(3 分 )(3) f a s2 1200 1187.5 2387.5 s1 1625 ，轴有向右窜动故：轴承 1为压紧端，a 1 fa s2 1200 1187.5 2387.5n ，轴承 2为放松端，a 2 s2 1187.5n(3 分 )(4) 计算轴承 1、 2 的当量动载荷：轴承 1:a 1 r1 2387.5 5200 0.459 0.37=e ，故： x 1 0.4 、 y 1 1.6 ；p1 fp (x 1rl y 1a 1) 1.2 （ 0.4 5200+1.6 2387.5 ） 7080 n轴承 2:a 2 r2 1187.5 3800 0.3125 0.37=e ，故： x 2 1 、 y 2 0；p2 fp (x 2r2 y 2a 2 ) 1.2 （ 13800+0 1187.5 ） 4560 n(6