《机械设计》考试试卷(总卷答案)要点

1、昆明学院2011 2012学年上学期期末考试试卷（总卷）考试科目机械设计自动控制与机械工程 学院 机械设计制造及其自动化 专业 级 班学生姓名学号任课教师教研室主任题号| 一 |二|三|四|五|六|七|八|九|十 总 分一、填空（在下列各题括号内填入文字、数据或符号，每空0.5分，共10分）1a、螺纹联接中，当两被联接件之一较厚不能使用螺栓时，则应用（ 双头螺柱）连接或（螺钉）连接。1b、紧螺栓联接是指既能承受（ 轴向）向载荷又能承受（横向）向载荷的联接。1c.根据螺纹联接防松原理的不同，它可分为（ 摩擦）防松和（机械）防松两大类。2a、就平键联接而言，轴端与毂类零件采用的平键形式是（c型或单

2、圆头）平键，当毂类零件在轴上有移动要求时应采用（导向）平键。2b、锥形轴端与轮毂的联接通常用（ 半圆）键，而有冲击场合则常用（ 楔）键。2c、平键分为（普通）平键、薄型平键、（ 导向）平键和滑键四种。3a、花键联接具有（定心）精度高、（承载）能力强的特点。3b、花键联接的定心方式有（ 小径）定心和（大径）定心两种。3c、花键联接主要用于毂类零件有（ 滑移）要求、且（定心）精度要求高的场合。4a、带传动的设计准则是在保证带传动不产生（打滑）的条件下，具有足够的（ 疲劳强度）和寿命。4b、带传动的类型有平带传动、（ v带）传动、多楔带传动和（ 同步带）传动。4c、带传动当转速较高时，带轮材料宜选（

3、铸钢），而小功率传动时可以选（ 铸铝）或塑料。5a、套筒滚子链由（滚子）、（套筒）、销轴及内外链板组成。5b、链传动主要用在（两轴）相距较远且不宜采用（齿轮）传动的场合。5c、按用途不同，链分为（ 传动）链、（输送）和起重链三类。6a、齿轮设计通常是按保证齿根的（ 弯曲）强度和保证齿面的（接触疲劳）强度两个准则来进行。6b、齿轮传动的基本失效形式是（ 轮齿）折断、齿面磨损、（齿面）点蚀、齿面胶合和塑性变形。6c、对齿轮材料的基本要求是（ 齿面）硬度高，齿心具备相应的（ 韧性）。7a、斜齿圆柱齿轮啮合传动时旋向必须（相反），蜗杆涡轮啮合传动时旋向必须（ 相同）。7b、用于（空间交错）的两轴传动，

4、且具有较高传动比的传动是（ 蜗杆）传动。7c、由于蜗杆涡轮传动比大且啮合处相对（ 滑动）速度大，故必须对其进行（ 热平衡）计算校核。8a、能同时承受（径向）载荷和轴向载荷的滚动轴承称为（向心推力）轴承。8b、只能承受（轴向）载荷的滚动轴承称为（ 推力）轴承。8c、主要承受（径向）载荷的滚动轴承称为（向心）轴承。9a、工作中既承受（弯矩）又承受（扭矩）的轴称为转轴。9b、按轴的受载形式将轴分为（ 心）轴、转轴和（传动）轴三类。9c、工作中只承受（弯矩）不承受（扭矩）的轴称为心轴。10a、机械零件的（强）度是指零件在载荷作用下抵抗破坏的能力，而刚度是指在载荷作用下抵抗（变形）的能力。10b、机械零

5、件的 强度是指零件在载荷作用下抵抗（ 破坏）的能力，而（刚）度是指在载荷作用下抵抗 变形的 能力。10c、机械零件的强度是有（静）应力强度和（变）应力强度两类。二、判断题（在括号内错的打“x” ，对的打，每小题1分，共10分）1a、机床主轴的设计计算应当主要考虑满足强度条件，而对刚度则可以不作考虑。（x ）1b、行车横梁的设计计算应当主要满足强度条件和刚度条件。（，）1c、机械零件的设计计算和校核计算，它们目的都是为了防止机械零件在正常使用期限内发生失效。（，）2a、螺母工作高度越大（即螺母越厚），则螺母每圈牙的受力越小。（ x） 2b、凡具有自锁性螺纹副（即螺纹升角小于当量摩擦角），则不必考

6、虑其防松。（x）2c、性能等级为6.6级的螺栓，其屈服点 bs= 600mpa （x） 3a、楔键联接可以实现轴上零件单向轴向固定。（ v） 3b、楔键只能用于单向传动，双向传动时，必须采用两个楔键。（ x ） 3c、半圆键的缺点是键槽对轴强度削弱较大，但工艺性好，装配方便，所以主要适用于轴端。（，）4a、带传动中，若增大小带轮的包角，则带传动的承载能力减小。（x）4b、当带传动的载荷稳定不变时，其弹性滑动将不存在。（ x） 4c、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。（x）5a、闭式齿轮传动皆须首先按齿面接触强度进行设计计算，以确定传动的几何尺寸，然后校核齿根弯曲疲

7、劳 强度。（x ） 5b、齿轮传动的五种主要失效形式中，最严重、必须避免的失效形式是轮齿折断。（，）5c、软齿面闭式齿轮传动最主要的失效形式是齿面疲劳点蚀。（，）6a、轮齿的塑性变形常发生在齿面材料较软、低速重载、频繁起动的传动中。（，）6b、为了使啮合齿轮齿面接触强度一致，大小两轮材料及齿面硬度应相同。（x）6c、高速重载齿轮传动易发生热胶合。（ v） 7a、直齿圆锥齿轮的轴向力指向其大端。（，）7b、一对软齿面（齿面硬度w 350hbs的闭式齿轮传动，轮齿的主要失效形式为轮齿折断。（x）7c、当啮合齿轮的重合度 e w 1 , 才能保证齿轮传动的连续。（x ）8a、在蜗杆蜗轮传动中，其它条

8、件相同，若增加蜗杆头数，则齿面相对滑动速度增加。（，）8b、在蜗杆蜗轮传动中，若蜗杆头数增加，则其传动比也相应增加。（x）8c、在蜗杆涡轮传动中，对动力传动场合，蜗轮的齿数z2一般不多于80。（，）9a.对于转动的滚动轴承，其主要失效形式是疲劳点蚀。（v）9b、对于不转动、低速或摆动的滚动轴承，主要失效形式是局部塑性变形。（ v）9c、对于高速滚动轴承，发热以至胶合是其主要失效形式。（ v）10a、按基本额定动载荷通过寿命计算的滚动轴承，在预定使用期限内也可能失效。（v）10b、圆锥滚针轴承由于滚针细小且与内外圈的接触为线接触，所以具有调心性能。（x）10c、圆锥滚子轴承不具备承受轴向力的能力

9、，但能承受较球轴承大得多的向心力。（x）三、单项选择题（将选项填写在题后的括号上。每题 2分，共20分）1a、零件的截面形状一定，如绝对尺寸（横截面尺寸）增大，疲劳强度将随之（3）。增高 （2） 不变 （3） 降低 （4）增高或降低视处理方法而定1b、零件的形状，尺寸，结构相同时，磨削加工的零件与精车加工相比，其疲劳强度（1）。（1）较高（2）较低（3）相同（4）增高或降低视处理方法而定1c、零件的表面经淬火，渗氮，喷丸，滚子碾压等处理后，其疲劳强度（1）。增高（2）降低（3）不变（4）增高或降低视处理方法而定2a、当两个被联接件不太厚时，宜采用（2）。（1）双头螺柱联接（2）螺栓联接（3）螺

10、钉联接（4）紧定螺钉联接2b、螺纹联接防松的根本问题在于（3）。（1）增加螺纹联接的轴向力（2）增加螺纹联接的横向力（3）防止螺纹副的相对转动（4）增加螺纹联接的刚度2c、被联接件受横向载荷作用时，若采用一组普通螺栓联接，则载荷靠（1）来传递。（1）接合面之间的摩擦力（2）螺栓的剪切和挤压（3）螺栓的剪切和被联接件的挤压（4）螺栓的挤压和被联接件的剪切3a、键的剖面尺寸通常是根据（4）按标准选择。传递转矩的大小（2）传递功率的大小（3） 轮毂的长度 （4） 轴的直径3b、普通平键联结的主要用途是使轴与轮毂之间（3）。（1）沿轴向固定并传递轴向力（2）沿轴向可作相对滑动并具有导向作用（3）沿周向

11、固定并传递转矩（4）安装与拆卸方便3c、键的长度主要是根据（2）来选择。（1）传递转矩的大小（2）轮毂的长度（3） 轴的直径（4）轴的长度4a、平键联结如不能满足强度条件要求时，可在轴上安装一对平键，但应使它们沿圆周相隔（4）。 90 o （2）120 o （3）135 o（4） 180o4b、半圆键联结的主要优点是（3）。（1）对轴的强度削弱较轻（2）键槽的应力集中较小（3）工艺性好，安装方便（4）对键的强度消弱较小4c、平键联结与楔键联结相对比，它只能传递转矩，不能传递轴向力，这是因为（4）。（1）楔键端部具有钩头（2）平键摩擦力小于楔键的摩擦力（3）楔键的工作表面有斜度而键槽没有斜度，接

12、触时可以卡紧（4）在安装时，楔键可沿轴向楔紧5a、带传动中，若小带轮为主动轮，则带的最大应力发生在带（1）处。（1）进入主动轮（2）进入从动轮（3） 退出主动轮 （4） 退出从动论5b、带传动打滑总是（1）。（1）在小轮上先开始（2）在大轮上先开始（3）在两轮上同时开始（4）不明确在那个轮上5c、v带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了（2）。（1）使结构紧凑（2）限制弯曲应力（3）保证带和带轮接触面间有足够摩擦力（4）限制小带轮上的包角6a、链传动中，限制链轮最少齿数的目的之一是为了（1）。（1）减少传动的运动不均匀性和动载荷（2）防止链节磨损后脱链（3）使小链轮轮齿受力均匀（4）防止

13、润滑不良时轮齿加速磨损6b、设计链传动时，链节数最好取（1）。偶数 （2）奇数 （3） 质数（4）链轮齿数的整数倍6c、链传动设计中，当载荷大，中心距小，传动比大时，宜选用（2）。（1）大节距单排练（2）小节距多排练（3）小节距单排练 （3）大节距多排练7a、一般参数的闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是（2）。（1）齿面点蚀（2）软齿折断（3）齿面塑性变形（4）齿面胶合7b、一般参数的闭式软齿面齿轮传动主要失效形式是（1）。（1）齿面点蚀（2）软齿折断（3）齿面磨粒磨损（4）齿面胶合7c、高速重载且散热条件不良的闭式齿轮传动，其最可能出现的失效形式是（4）。（1）轮齿折断（2）齿面磨粒磨损（3

14、） 齿面塑性变形 （4）齿面胶合8a、在蜗杆蜗轮传动中，通常以（1）为主动件。（1）蜗杆 （2） 蜗轮 （3） 蜗杆或蜗轮都可以8b、在蜗杆蜗轮传动中，应用比较广泛的是（3）。圆柱蜗杆 （2）环面蜗杆（3） 锥蜗杆8c、为了减少蜗轮刀具数目，有利于刀具标准化，规定（4）为标准值。（1）蜗轮齿数 （2） 蜗轮分度圆直径 （3）蜗杆头数（4）蜗杆分度圆直径9a、深沟球轴承，内径100mm宽度系列q直径系列2,公差等级为o级，浙i隙ofi,其代号为（4）。 60220（2） 6220/po 60220/po（4） 62209b、滚动轴承的类型代号由（2）表示。数字 （2）数字或字母（3） 字母 （4

15、）数字加字母9c、一角接触轴承，内径 85mm宽度系列q直径系列3,接触角15o,公差等级为数，防i隙型，其代号为（4）。（1） 7317b/p62（2） 7317ac/p6/c2（3） 7317c/p6/c2（4） 7317c/p6210a、当轴上安装的零件要承受轴向力时，采用（1）来进行轴向固定，所能承受的轴向力较大。 螺母 （2）紧定螺钉（3） 弹性挡圈（4）定位销10b、增大轴在截面变化处的过渡圆角半径，可以 （2）。（1）使零件的轴向定位比较可靠（2）降低应力集中，提高轴的疲劳强度（3）使轴的加工方便（4）使两件便于安装10c、轴上安装有过盈配合零件时，应力集中将发生在轴上（3）。（

16、1）轮毂的中间部位（2）距离轮毂端部位1/3轮毂长度处（3）沿轮毂两端部位（4）距离轮毂端部位1/2轮毂长度处四、简答题（每题5分，共计20分）1a、齿向载荷分布系数 8的物理意义是什么？改善齿向载荷分布不均匀状况的措施有哪些？ 答：kb的物理意义一一考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿应力的影响系数。（2分）措施：（答出以下7点中3点以下者2分，答出3点以上者3分）1）齿轮的制造和安装精度t2）轴、轴承及机体的刚度t3）齿轮在轴上的布置一一合理选择4）轮齿的宽度一一设计时合理选择5）采用软齿面一一通过跑合使载荷均匀6）硬齿面齿轮一一将齿端修薄、或做成鼓形齿7）齿轮要布置在远离转矩输入端的位置。

17、1b、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。（2分）这是由于（答对2点及2点一下得2分，答对3点及以上得3分）：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；提高啮合性能。1c、提高轮齿的抗弯疲劳强度有哪些可能的措施？答：提高轮齿的抗弯疲劳弓ii度的措施有（答对 3点得3分,3点以上得5分）：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

18、处理，降低齿轮表面粗糙度；齿轮采用正变位等。2a、试述齿轮传动的具体设计准则答：评分标准（答对以下 2点得3分，3点及以上得5分）：（1）软齿面闭式齿轮传动：通常先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。（2）硬齿面式齿轮传动：通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。（3）高速重载齿轮传动，还可能出现齿面胶合，故需校核齿面胶合强度。（4）开式齿轮传动：目前多是按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并考虑磨损的影响将模数适当增大（加大 1015% 。2b、提高轮齿的齿面抗点蚀能力有哪些可能的措施？答：提高齿面抗点蚀能力的措施有（答对 3点得3分，3点及以上得5分）：提高齿

19、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。2c、使用系数ka的物理意义是什么？其大小取决于哪些因素？答：物理意义 考虑齿轮啮合外部因素引起的附加动载荷的影响。（3分）影响动载荷大小的因素：（1）主要取决于原动机、工作机的运转特性（1分）（2）轴和联轴器的类型、缓冲性能等（1分）3a、简述滚动轴承的当量静载荷 p0的定义。答：当量静载荷是一个假想载荷，其作用方向与基本额定静负荷相同（2分），而在当量静载荷作用下,轴承中受载最大滚动体与滚道接触处的塑性变形总量与实际载荷作用下的塑性变形总量相同。（3分

20、）3b、简述滚动轴承基本额定动载荷的定义。答：当一套轴承运转达到一百万（106）转时，轴承所能承受的载荷c,它表征了轴承的承载特性。（ 3分），有径向基本额定动载荷cr和轴向基本额定动载荷 ca两个参数。（2分）3c、简述滚动轴承的组成及国标分类数量？并写出最为常用的6类轴承的名称。答：滚动轴承的组成有滚动体、内圈、外圈和保持架四个部分构成。（2分）国标将滚动轴承分为 13类。（1分）常用的有：深沟球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力轴承、调心轴承、角接触球轴承。（答对3种及以下得1分，4种以上得2分）4a、指出下列各图中实现轴上零件轴向固定的五种方法的名称。（轴肩） （弹性卡簧）（圆螺母

21、）（轴端挡板）（鉴定螺钉）4b、请标出以下链传动的合理转动方向（小链轮为主动轮）。164c、注出下列普通平键的有效接触长度l。答案：后两个答对得 3分，前一个答对得五、分析计算题(2题共计30分)1a、图示为由圆锥齿轮和斜齿圆柱齿轮组成的传动系统。已知：i轴为输入轴，转向如图所示，输出轴功率 p? = 5kw/转速 n? = 157rpm,各轮齿数为：zi=25, z2=60, z3=22, z4=84,设传动效率为 100%。(1)在图中标出各轮转向，并计算各轴的转矩。(2)为使2、3两轮的轴向力方向相反，确定并在图中标出3、4两轮的螺旋方向。(3)在图中标出2、3两轮在啮合点处所受各分力

22、(ft、fr、fx)的方向。(15分)i 14z2z4 =9.16 乙z3i34 = = 3.82z3ni=i14n川=1438.12(rpm)nh = i34qii =599.74(rpm)pi-9559 i -33.2(nm) nit2 =9559p2nii= 79.6(nm)%t3 =9559304.1(nm)niii(2)因轮2的轴向力向下，则轮3的轴向力应向上，在3、4这对齿轮传动中，轮 3为主动轮，可用“左右手法则”。轮3适用左手法则判断得其旋向为左旋，因而轮4为右旋。(4分)(3)轮2、轮3啮合点处的受力：(6分)fa2已知轴承ii1的派生轴向力 f d1 = 400n ,轴承2

23、的派生轴向力f d2=200n ,求：(1)当作用在轴段上的轴向力f ae=300n时，轴承1、2所受的轴向力f al和fa2各为多大? ( 2)当作用在轴段上的轴向力 f ae=100n时，轴承1、2所受的轴向力fa1和fa2各为多大。15分)(3)该轴所装的两个轴承应当选何种类型的轴承？为什么？(21f* d jae 16 fdlio解：（1）当作用在轴段上的轴向力 f ae=300n时，由于fd2 +faefd1,所以轴承1被“压紧”而轴承2 被“放松”。（3分）因此轴承1、2有所受的轴向力分别为：fa1 = fd2 fae = 200 300 = 500（n）fa2 = fd2 = 2

24、00（n） （2 分）（2）当作用在轴段上的轴向力 f ae = 100n时，由于fd2十fae，；fd1,所以轴承1被“放松”而轴承2被“压紧”。（3分）因此轴承1、2所受的轴向力分别：fa1 = fd1 = 400（n）fa2= fd1 - fae = 400 - 300 = 100（n） （2 分）（3）选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。（2分）因为在工作中，轴承承受轴向力、径向力的联合作用，只有角接触球轴承或圆锥滚子轴承才具有此承载能力。（3分）2a 、下图为ca1091型汽车主减速器的结构示意图。 为使该减速器n轴上的轴向力抵消一部分。 要求：（1） 确定一对斜齿圆柱齿轮螺旋线方向。

25、（2）画出该减速器的 4个齿轮的轴向力、径向力和圆周力的方向。（17分）缶输入答：（1）小斜齿轮为左旋，大齿轮为右旋。（5分）（2）受力分析如右图所示。（每个齿轮受力分析 3分，共计12分）2b 、图示为一蜗杆轴用两个轴承支承。已知蜗杆所受轴向力fae = 580ni,两轴承的派生轴向力 fdi=320n、fd2=620n,问：（1）该蜗杆轴应当采用何种类型的轴承？ （2）轴承1、2所受的轴向力fa1和fa2各为多大？（13分）解：（1）由于蜗杆工作过程中承受轴向力、径向力，所以在轴承类型的原则上应当选用能够同时承受径向力和轴向力的轴承（2分），可选的类型有角接触球轴承或圆锥滚子轴承两大类。（

26、3分）（2）当作用在蜗杆轴上的轴向力及轴承的派生轴向力方向如图所示时，由于fae + fd2fd1 （2分），所以轴承1被“压紧”而轴承 2被“放松” （2分），因此轴承1、2所受的轴向力分别为：fa1=fae + fd2 = 580 + 620 =1200 （n） （2分）fa2=fd2=62 （n） （2 分）3a、如图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 z4的转向n4。问：（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（要求用文字作简要表述）。（2）在图上标出各轴轴向力的方向。（15分）解：（1）在z3和z4组成的圆锥齿轮传动中， 各

27、轮所受轴向力的方向都是从小端指向大端，因此，fa3和fa4的方向如下图所示。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。（5分）根据的转向可知的转向如下图所示，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fti与fa2方向相反，故蜗杆的转向ni应为顺时针方向。（5分）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，其螺旋线旋向标在蜗轮上。（5分）（2）将上述对轴向力的分析结果标在图上，如下图所示。 （5分）3b、如图所示为方形盖板用四个螺栓与箱体连接，盖板中心点o的吊环受拉力 q=20000n ,尺寸如图所示，设残余预紧力 f1

28、=0.6f , f为螺栓所受的轴向工作载荷。试求： （1）螺栓所受的总拉力，并计算确 定螺栓直径（螺栓材料的许用拉伸应力b】 = 180mpa）。 由gb196 81查得：m10： d1=8.376mm；m12： d1=10.106mm； m16： d1 = 13.835mm。请根据你的计算结果选取合适的螺栓。（3）本连接为仅受预紧力的状态，在（2）的设计计算中为什么可以只按拉伸强度计算螺栓直径？ （15分）200解：（1）吊环中心在点 o时，根据题意，可求出螺栓的总拉力f2为f2 =f1+f =0.6f+f =1.6f（3 分）而螺栓轴向工作载荷应与吊环所受拉力q平衡，故得单个螺栓所受的拉力

29、为:q 20000f =所以44f2 =1.6父5000 =8000n （1 分）= 5000n （1 分）根据强度条件得螺栓最小直径d1为:4 1.3 8000=8.577 mm （5 分）二 180（2）根据以上计算结构，选取 m12 （ d1 =10.106mm8.577mm）的螺栓即可。（1分）（3）本结构中，在拧紧时虽然各个螺栓同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时可以只按拉伸强度计算，原因是已经将单个螺栓的拉力（预紧力）增大了30麻考虑扭转的影响。所以是可行的。（4分）六、结构分析及改错题（10分）1b、如图所示为减速器的部分结构，指出图中结构错误及不合理之处，并说明理由。解：该结构存在以下几个方面的错误:序号错误及不合理理由1轴系及轴向零件的定位及固定（1）左轴承内圈无固定。使轴承轴向得不到定位。(2)圆锥滚子轴承不能只用一个。圆锥滚子轴承应成对使用。(3)右端联轴器无轴向定位。使输入或输出的位置无法确定。(4)安装齿轮的轴段过长。安装齿轮的轴段长度应小于轮载宽度1 2mm以使齿轮得到可靠的轴向定位。2装拆与调整(1)轴承端盖与机体之间无垫片无法调整轴承间隙。(2)右轴承内圈左侧套