北方工業(yè)大學(xué)機械設(shè)計期末考試要點

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1、考試科目：機 械設(shè)計 考試時間:120 分鐘試卷總分100分題號一二三四五總分得分評卷 教師得一、簡答題 （本大題共4小題，總計26分）分1、齒輪強度計算中，有哪兩種強度計算理論？分別針對哪些失效？若齒輪傳動為閉式軟齒面?zhèn)鲃樱湓O(shè)計準(zhǔn)則是什么？（ 6分）齒面的接觸疲勞強度和齒根的彎曲疲勞強度的計算，齒面的接觸疲勞強度針對于齒面的疲勞點蝕失效和齒根的彎曲疲勞強度針對于齒根的疲勞折斷。齒輪傳動為閉式軟齒面?zhèn)鲃樱湓O(shè)計準(zhǔn)則是按齒面的接觸疲勞強度設(shè)計，校 核齒根的彎曲疲勞強度。2、連接螺紋能滿足自鎖條件，為什么還要考慮防松？根據(jù)防松原理，防松 分哪幾類？ （8分）因為在沖擊、振動、變載以及溫度變化大時

2、，螺紋副間和支承面間的摩 擦力可能在瞬間減小或消失，不再滿足自鎖條件。這種情況多次重復(fù)，就會 使聯(lián)接松動，導(dǎo)致機器不能正常工作或發(fā)生嚴(yán)重事故。因此，在設(shè)計螺紋聯(lián) 接時，必須考慮防松。根據(jù)防松原理，防松類型分為摩擦防松，機械防松， 破壞螺紋副關(guān)系防松。3、聯(lián)軸器和離合器的功用是什么？二者的區(qū)別是什么？ （6分）聯(lián)軸器和離合器的功用是聯(lián)接兩軸使之一同回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩。二者區(qū)別是：用聯(lián)軸器聯(lián)接的兩軸在工作中不能分離，只有在停機后拆卸零件才能分離兩 軸，而用離合器可以在機器運轉(zhuǎn)過程中隨時分離或接合兩軸。4、鏈傳動產(chǎn)生動載荷的原因是什么？為減小動載荷應(yīng)如何選取小鏈輪的齒數(shù)和鏈條節(jié)距？ （ 6分）k薛前進速

3、度變化。械：=研不穩(wěn)定.22、睫上下垂直速度變化= 4?刈尸橫向振動,共振原因值髓產(chǎn)生動載荷。工瞬時嚙合的相對速度引起沖擊、動載荷.4、由于鏈條松弛，起動，制動，反轉(zhuǎn)，突然超載卸載出現(xiàn)沖擊、動裁荷.小鏈輪的齒數(shù)不宜過小和鏈條節(jié)距不宜過大。得二、選擇題（在每題若干個選項中選出正確的選項填在橫分線上。本大題共12小題，總計24分）1、當(dāng)兩個被聯(lián)接件之一太厚，不易制成通孔且需要經(jīng)常拆卸時，往往采用 B。A.螺栓聯(lián)接B.雙頭螺柱聯(lián)接C.螺釘聯(lián)接2、滾動軸承中，為防止軸承發(fā)生疲勞點蝕，應(yīng)進行 A 。A.疲勞壽命計算B.靜強度計算C.極限轉(zhuǎn)速驗算3、阿基米德蝸桿的 A參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值。A.軸面 B.端面 C.

4、法面4、一對相嚙合的圓柱齒輪的Zib2,其齒面接觸應(yīng)力的大小為A. )H1=6 H2 B.6 H1)H2 C.6 H1 eeFr 2YXYXY0.40100.41.52:直徑系列代號）；12:內(nèi)徑系列代號，內(nèi)徑為60mm;公差等級為。級1)求內(nèi)部派生軸向力S1、S2的大小方向Fr1 6000S1=2000 N2Y 2 1.5c Fr2 16500S25500 N2Y 2 1.5方向如圖所示。& +Fa =5000N e = 0.40,得：治=0.4, 丫1 =1.5P1 = fd (X1 Fr1 + Y1 Fa1)= 0.4 X 6000 + 1.5X 2500 = 6150 N據(jù)：Fa2/

5、Fr2 = 5500/16500 = 0.33 P1,用P2計算軸承壽命。4）計算軸承壽命L10h= 12562 h106 C y_ 106 父97800:360n P -60 500165002、一牽曳鉤用2個M10（d1=8.376mm）的普通螺栓固定于機體上，如圖所示已知接合面間摩擦系數(shù)f =0.15,可靠性系數(shù)Kf=1.2,螺栓材料強度級別為6.6級，屈服極限（s=360MPa,安全系數(shù)S=3。試計算該螺栓組連接允許的最大牽引力Rmax=? （6分）許用應(yīng)力：360/3=120MPa預(yù)緊力為 由公式d 一叮壯可求出預(yù)緊力：F=5083.7NfF zm _ K f R最大牽引力與預(yù)緊力關(guān)

6、系公式為最大牽引力為R=1271N得五、改錯題 （本題10分）分試分析如圖所示軸系結(jié)構(gòu)中的錯誤，并加以改正。（指出錯誤之處，并編上 號，簡述其錯誤原因，并改正之。）（至少改正 5處）指出錯誤之處，并編上號，簡述其錯誤原因（略）改正為：一、填空題及選擇填空題（27分，每空1分）1 .當(dāng)動壓潤滑條件不具備，且邊界膜遭破壞時，就會出現(xiàn)流體摩擦、邊界摩擦和干摩擦同時存在的現(xiàn)象,這種摩擦狀態(tài)稱為 混合摩擦。2 . 一公稱直徑為d=16mm的螺紋副，螺紋頭數(shù)n=2,螺距p=4mm,螺 紋中徑d2=D2=14mm,牙側(cè)角 田15o螺紋副材料的當(dāng)量摩擦系數(shù)f =0.080.10,經(jīng)計算該螺紋副_a自鎖性要求。

7、a.滿足 b.不滿足3.導(dǎo)向平鍵連接的主要失效形式是工作面的磨損，設(shè)計時通過限制工作面間的壓強來進行耐磨性計算:半圓鍵的缺點是鍵梢對軸強度削弱較大，所以主要適用于軸端。4 .作為標(biāo)準(zhǔn)普通V帶工作面的兩側(cè)面夾角為懺40q相應(yīng)的V帶輪 輪梢的兩側(cè)面夾角則b 。a.大于40o b.小于40o c.等于40Q5 .傳動帶所能傳遞的最大有效圓周力 Fmax與初拉力F0、帶在小帶輪 上的包角向、帶與帶輪間白摩擦系數(shù)f等因素有關(guān),它們的值越大， Fmax就越大。當(dāng)傳遞的外載荷超過 最大有效圓周力下的承載能力 時，帶在帶輪上發(fā)生打滑現(xiàn)象；而且在傳動比大于1的情況下，打滑總是先從小帶輪上開始的，其原因是 帶在小

8、帶輪上的包角小于 大帶輪上的包角 （或 帶在大帶輪上的包角大于小帶輪上的包角）。6 .齒輪傳動的五種主要失效形式中，最嚴(yán)重、必須避免的失效形式 是輪齒折斷:軟齒面閉式齒輪傳動最主要的失效形式是齒面疲勞點 蝕；高速重載齒輪傳動易發(fā)生 熱膠合;輪齒的塑性變形常發(fā)生在 齒面材料較軟、低速重載、頻繁起動的傳動中。7 .下列齒輪參數(shù)中，對齒形系數(shù) yf沒有影響的是 _e。a.齒數(shù) b.變位系數(shù)c.齒頂高系數(shù) d.壓力角 e.模數(shù)8 .按國家標(biāo)準(zhǔn) GB/292-93規(guī)定，型號7212 C/DB軸承的類型為 角接觸球軸 丞，寬度類型為 窄系列、精度等級為 上0_,公稱接觸角 =15 o9 .對于轉(zhuǎn)動的滾動軸

9、承，其主要失效形式是 疲勞點蝕,對于不轉(zhuǎn)動、低速 或擺動的軸承，主要失效形式是局部塑性變形,對于高速軸承，發(fā)熱以至膠合是其中要失效形式。10 .滑動軸承一般由軸頸、軸瓦、軸承座三者組成，其失效形式主要是 一股合和磨損，主要發(fā)生在軸瓦 上。二、問答題（24分,每小題4分）1 .齒向載荷分布系數(shù)Kb的物理意義是什么？改善齒向載荷分布不均勻狀況 的措施有哪些？Kb物理意義一一考慮沿齒寬方向載荷分布不均勻?qū)嘄X應(yīng)力的影響系數(shù)。（2分）措施：（答出以下7點中3點以下者1分，答出3點以上者2分）1）齒輪的制造和安裝精度T2）軸、軸承及機體的剛度T3）齒輪在軸上的布置一一合理選擇4）輪齒的寬度一一設(shè)計時合理

10、選擇5）采用軟齒面一一通過跑合使載荷均勻6）硬齒面齒輪一一將齒端修薄、或做成鼓形齒7）齒輪要布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端的位置。2 .試述齒輪傳動的設(shè)計準(zhǔn)則評分標(biāo)準(zhǔn)：以下4點各點1分（1）軟齒面閉式齒輪傳動： 通常先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，然后校核齒根彎 曲疲勞強度。（2）硬齒面式齒輪傳動：通常先按齒根彎曲疲勞強度進行設(shè)計，然后校核齒面接觸疲勞強度。（3）高速重載齒輪傳動，還可能出現(xiàn)齒面膠合，故需校核齒面膠合強度。（4）開式齒輪傳動：目前多是按齒根彎曲疲勞強度進行設(shè)計，并考慮磨損的影響將 模數(shù)適當(dāng)增大（加大1015%）。3 .按照軸所受載荷類型的不同，軸分為那幾種類型？并分別舉例說明。評分標(biāo)準(zhǔn)：以

11、下3點各點1分，舉例正確合計1分。（1）僅受彎矩M軸心軸，只起支撐零件作用，如自行車前軸。（2）僅受轉(zhuǎn)矩T軸一一傳動軸，只傳遞運動和轉(zhuǎn)矩不起支撐作用，如汽車后輪傳 動軸。（3）既受彎矩又受轉(zhuǎn)矩的軸一一轉(zhuǎn)軸，既起支撐又起傳運動和轉(zhuǎn)矩作用，如減速器 的輸出軸。4 .給出滾動軸承的當(dāng)量靜載荷 P0的定義。當(dāng)量靜載荷是一個假想載荷，其作用方向與基本額定靜負(fù)荷相同，而在當(dāng)量靜載荷 作用下，軸承的受載最大滾動體與滾道接觸處的塑性變形總量與實際載荷作用下的 塑性變形總量相同。（4分）5 .同滾動軸承相比，液體摩擦滑動軸承有哪些特點？評分標(biāo)準(zhǔn)：以下6點中，答出12點2分，答出34點分3分，答出56點4分1）在

12、高速重載下能正常工作，壽命長；2）精度高；滾動軸承工作一段時間后，旋轉(zhuǎn)精度J3）滑動軸承可以做成剖分式的 一能滿足特殊結(jié)構(gòu)需要。如曲軸上的軸承；4）液體摩擦軸承具有很好的緩沖和阻尼作用，可以吸收震動，緩和沖擊。5）滑動軸承的徑向尺寸比滾動軸承的小。6）起動摩擦阻力較大。6 .在一些基本假設(shè)條件下，流體形成動壓的必要條件是什么？評分標(biāo)準(zhǔn)：答出1點2分，答出2點3分，答出3點4分1）流體必須流經(jīng)收斂間隙，而且間隙傾角越大則產(chǎn)生的油膜壓力越大。2）流體必須有足夠的速度；3）流體必須是粘性流體。三、分析計算題（29分，第一小題19分，第二小題10分）1 . 一重物勻速升降裝置采用如圖a所示的電機+圓柱

13、蝸桿傳動系統(tǒng)，已知蝸 桿傳動的模數(shù)m =8mm,蝸桿頭數(shù)及分度圓直徑分別為 Zi=1、d產(chǎn)80mm, 蝸輪齒數(shù)22=50,卷筒直徑D=250mm。重物勻速升降的速度 v=40m/min, 最大載重量W為4kN,工況系數(shù)Ka按1.0計，試分析、計算提升重物時的下列問題：1）該裝置以40m/min的速度勻速升起重物1m時，蝸桿應(yīng)轉(zhuǎn)多少轉(zhuǎn)？并在圖中標(biāo)明蝸桿的轉(zhuǎn)向、蝸輪輪齒旋向、節(jié)點位置處蝸桿及蝸輪的受力 方向。（5分）2）若蝸桿與蝸輪齒面間當(dāng)量摩擦系數(shù) f = 0.18該機構(gòu)能否自鎖？ （2分）3）若重物W=4kN,傳動裝置總的傳動效率為 0.5,試計算出電機的輸 出轉(zhuǎn)矩Tm應(yīng)是多少？ （ 2分）4

14、）若蝸輪軸采用如圖b所示的兩個角接觸軸承7209 C支撐形式，L=100mm,蝸桿傳動效率。=0.7,卷筒、聯(lián)軸器（連接蝸輪軸與卷筒 軸）、蝸輪軸上軸承的效率合計為 皿=0.8,軸承7209 C的基本額定動 載荷和基本額定靜載荷分別為 C = 29800N、C0= 23800N,其內(nèi)部軸向 力S=0.4Fr,徑向載荷系數(shù)X和軸向載荷系數(shù)Y分別為0.44和1.36 , fT=1.0, fp=1.5,試計算軸承II的壽命Lh為多少小時？ （ 10分）圖文重物升降裝置傳動系統(tǒng)簡圖圖b.蝸輪軸的軸承支撐簡圖1）蝸桿轉(zhuǎn)：1*50/（3.14*D）=50/（3.14*0.25）=63.69（轉(zhuǎn)）（1 分）

15、蝸輪轉(zhuǎn)速：40/（3.14*0.25） =50.96r/min蝸桿轉(zhuǎn)向（1分）、蝸輪輪齒旋向（1分）、蝸輪蝸桿受力分析方向如圖所示（2分）。2）寫出公式得1分，結(jié)論正確得1分。tan =z1m/d1=1 8/80=0.1tan : =f =0.18.tan : tan : v % =0,843634 xL05N.khm = 5+ 母=口 9及97 xlD押母=吊=0,4S654 x103JT只需計算軸和的壽命即可.Pfi =尺+ F鞏u = (0.44 X0.S436S4 + 1.36 x0.93297) xlO 3 = 1.64 xlO3N10( frC 10 (1 x29800% 雙 1

16、祇彳前死60n fFP 60 x 50 .96 1.5x1.64 xlO52 .圖c所示為一托架，20kN的載荷作用在托架寬度方向的對稱線上，用四個螺栓將托架連接在一鋼制橫梁上，螺栓的相對剛度為0.3,螺栓組連接采用普通螺栓連接形式，假設(shè)被連接件都不會被壓潰，試計算：1）該螺栓組連接的接合面不出現(xiàn)間隙所需的螺栓預(yù)緊力F至少應(yīng)大于多少？（接合面的抗彎剖面模量 W=12.71X 106mm3） （7分）2）若受力最大螺栓處接合面間的殘余預(yù)緊力F 要保證6956N,計算該螺栓所需預(yù)緊力F 、所受的總拉力F0。（3分）1）（1）、螺栓組聯(lián)接受力分析：將托架受力 情況分 解成下圖所示的受軸向載荷Q和受傾

17、覆力矩M的兩種基本螺栓組連接情況分別考慮。（2分）0:H式圖c.托架（圖中尺寸單位：mm）（山受傾載荷緊螺檢屐接心）受頸甭力矩的繁蝶栓聯(lián)接（2）計算受力最大螺栓的工作載荷 F: （1分）Q使每個螺栓所受的軸向載荷均等，為 F1 =Q = 20000 =5000（N）Z 4傾覆力矩M使左側(cè)兩個螺栓工作拉力減?。皇褂覀?cè)兩個螺栓工作拉力增加，其值為:_ Ml max2 二 1“ li2i 16 106 227.54 227.52= 6593.41(N)顯然，軸線右側(cè)兩個螺栓所受軸向工作載荷最大，均為:F =F1 F2 =11593.41（N）（3）根據(jù)接合面間不出現(xiàn)間隙條件確定螺栓所需的預(yù)緊力F，：

18、（4分）預(yù)緊力F的大小應(yīng)保證接合面在軸線右側(cè)不能出現(xiàn)間隙，即：側(cè)邊界=仃2仃%04F1220 x (600 - 200)A8800022000AFl _ 4xF _ F 220x600 - 200) - 88000 22000(1-% )2A(1-0.3)x20000220x(600-200)nCH59(XFi)M6xl06打 %觸 一 丁- 2201血/-20晨 2 Pa12600b曲| 邊界=外尸一159-0 476= 0.05（） 0乙乙V V.F（0 159 + 0 476）x22000= 0.635 x22000 = 13970（27）結(jié)論：為保證接合面不出現(xiàn)間隙.螺栓的預(yù)案力至少應(yīng)

19、大于1397。k口2）若 F =6956N,則:（3 分）Fr=產(chǎn)4（1 -）F = 6956 + 0.7 xll593 ,41 = 15071.43（?/） Cq + CqFo = F+ 產(chǎn)”=11593.41+6955 = 18548 .41（JV）四、結(jié)構(gòu)題（20分）1 .試說明實現(xiàn)軸上零件軸向固定的五種方法，并分別畫出相應(yīng)于各種軸向 固定方法的結(jié)構(gòu)圖；畫出模鍛輪坯、腹板式大齒輪在轉(zhuǎn)軸的軸端實現(xiàn)軸向 固定與周向固定的結(jié)構(gòu)圖（要求齒輪也要畫出來）。（12分）評分標(biāo)準(zhǔn)：軸向固定：五種方法每種方法各 0.5分，每畫對一種結(jié)構(gòu)1分；齒輪（2.5分） 在軸端實現(xiàn)周向固定（普通平鍵）（1分）和軸向固

20、定（軸肩和軸端擋板）（1分）4.5分。模鍛輪坯腹板式大齒輪在軸端的固定2 .圖d和圖e為凸緣聯(lián)軸器的兩個半聯(lián)軸器的將兩根軸連接起來的兩種形式的部分結(jié)構(gòu)，請將未畫出的其余部分補全，成為完整的結(jié)構(gòu)。（5分）3 .現(xiàn)有成品一級標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪減速器一臺，輸入軸與小齒輪采用普通平鍵 連接，軸與小齒輪輪轂配合段軸頸直徑 d=40mm,該軸段長度l=58mm, 鍵梢長L=50mm,小齒輪輪轂鍵梢深ti=3.3mm。為得到比現(xiàn)有減速器更大 的減速比，現(xiàn)在需要重新設(shè)計、更換齒輪。已知重新設(shè)計得到的齒輪模數(shù) m=3.0mm,小齒輪齒頂圓直徑 da產(chǎn)69mm,齒根圓直徑 %=55.5mm,齒寬 bi=60mm,如果采

21、用該小齒輪，試根據(jù)上述數(shù)據(jù)進行分析：該減速器的輸 入軸是否具有可以繼續(xù)使用的可能性？ （3分）標(biāo)準(zhǔn)答案：該小齒輪能否做成齒輪與軸分開決定了這根輸入軸能否繼續(xù)被使用的首要條件:dfi -de =t1255.5 -40-3.3 =7.75 -3.3 =4.45(mm) ； 2.5m =2.5 3 = 7.5(mm)結(jié)論：按著這根軸設(shè)計小齒輪輪轂結(jié)構(gòu)必須做成齒輪與軸為一體的軸齒輪形式, 小齒輪，原輸入軸不能繼續(xù)被使用，必須重新設(shè)計輸入軸。因此，如果采用該選擇題:1 5: BCBDC610: DBDDD填空題:1彎矩，轉(zhuǎn)矩2 深溝球軸承，17 3大于，大齒輪齒寬 b2 4兩側(cè)面，上下面5基孔，基軸6

22、靜應(yīng)力，變應(yīng)力，循環(huán)變應(yīng)力7三角形螺紋，梯形螺紋，鋸齒形螺紋8開式傳動，閉式傳動9齒面接觸強度 10齒輪軸二、簡答題：1. .螺栓聯(lián)接、螺釘聯(lián)接、雙頭螺柱聯(lián)接、緊定螺釘聯(lián)接。2. 降低螺栓總拉伸載荷的變化范圍；改善螺紋牙間的載荷分布；減小應(yīng)力集中；避免或減小附加應(yīng)力。3. 閉式蝸桿傳動的功率損耗包括三部分：輪齒嚙合的功率損耗，軸承中摩擦損耗和攪動箱體內(nèi)潤滑油的油阻損耗。4. 適于中心矩較大的場合；，,，1分帶具有良好的擾性，可緩和沖擊、吸收振動；，,，1分過載時帶與帶輪間會出現(xiàn)打滑，打滑雖使傳動失效，當(dāng)可防止損壞其他零件；,2分結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，,，1分5. 鏈板疲勞破壞；，,，1分滾子套筒的沖擊疲勞破壞；，,，1分銷軸與套筒的膠合；，,，1分鏈條較鏈磨損；，,，1分過載拉斷。，,，1分6. 調(diào)心球軸承、調(diào)心滾子軸承、圓錐滾子軸承、推力球軸承、深溝球軸承、角接觸球軸承、推力圓柱滾子軸承、圓柱滾子軸承、滾針軸承等。，,，0.5分五、結(jié)構(gòu)改錯題：共八處錯誤