工技大机械设计基础

1、联接 1、图示为一升降机构，承受载荷f =150 kn，采用梯形螺纹，d = 60 mm，d2 = 56 mm，p = 8 mm，线数n = 3。支撑面采用推力球轴承，升降台的上下移动处采用导向滚轮，它们的摩擦阻力近似为零。试计算：(1)工作台稳定上升时的效率（螺纹副当量摩擦系数为0.10）。(2)稳定上升时加于螺杆上的力矩。(3)若工作台以720 mm/min的速度上升，试按稳定运转条件求螺杆所需转速和功率。(4)欲使工作面在载荷作用下等速下降，是否需要制动装置？加于螺栓上的制动力矩是多少？解：1） ， 2）3），=3158w 4） 不自锁，需要制动装置，制动力矩 2、图示为一用两个m12螺

2、钉固定的牵曳钩，若螺钉材料为q235钢，装配时控制预紧力，结合面摩擦系数f = 0.15，求其允许的最大牵曳力。 解：由结构形式可知，结合面 联接螺栓数目 ，由表9.5查得 控制预紧力，取。 ，由表查取 ， 取 3、图示为一刚性凸缘联轴器，材料为q215钢，传递的最大转矩为1400 n.m（静载荷）。联轴器用4个m16的铰制孔用螺栓联接，螺栓材料为q235钢，试选择合适的螺栓长度，并校核该联接的强度。 解：单个螺栓所受横向载荷 强度条件 ， 由表9.5查得： 由表9.5查得 挤压强度校核，最弱材料 安全 螺栓长度 螺母厚度为14.8mm，垫片厚度 。 注：以0或5结尾 4、图示为一钢制液压油缸

3、，采用双头螺柱联接。已知油压p= 8 mpa，油缸内径d = 250 mm，d1=300mm,为保证气密性要求，螺柱间距l不得大于4.5d（d为螺纹大径），试设计此双头螺柱联接。 解：1）计算单个螺栓得工作载荷，暂取螺栓数目 ， 2）计算单个螺栓总拉力，取残余预紧力 3）求螺栓公称直径 选取螺栓材料为40cr，装配时不控制预紧力，按表9.6暂取安全系数， 由表9.1，取，按图表9.6可知所取安全系数是正确的。 4）验证螺栓数目 5、在题9-3中，已知轴的材料为45钢，工作时有轻微冲击。试为该联轴器选择平键，确定键的尺寸，并校核其强度。解：1）选择键联接的类型和尺寸 选用半圆头普通平键，材料45

4、钢，由表9.10查得，参考轮毂长度，取 2）校核键联接强度 键和轴的材料优于轮毂材料，应校核联轴器强度，由表9.11取许用应力，合适。 标记 键 齿轮传动1已知闭式直齿圆柱齿轮传动的传动比，长期双向转动，载荷有中等冲击，要求结构紧凑，采用硬齿面材料。试设计此齿轮传动。解：1）选择材料、确定许用应力 大小齿轮均采用20cr，渗碳处理淬火，由表10.1选择硬度为59hrc，由图109c得到， ，由表10.4得，取，由图106c得，由表10.4得，取，2）按轮齿弯曲强度设计齿轮按8级精度制造，由表10.3，取载荷系数，齿宽系数，小齿轮上得转矩 取，则，由图108查得， ，将带入式（1010）由表4.

5、1取 中心距 齿 宽 ，取， 3）验算齿面的接触强度 安全 4）齿轮的圆周速度 由表10.2可知选8级精度是合适的。 2、设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，试问：1)低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反；2)低速级螺旋角应取多大数值才能使中间轴上两个轴向力互相抵消。 解：要使中间轴两齿轮的斜齿轮的轴向力相反，则旋向必须相同，左旋，应为右旋，为右旋，按题意，则：，又因， 所以， 3、设计一单级闭式斜齿轮传动，已知p=10kw，n1=1460r/min，i=3.3，工作机有中等冲击载荷。要求采用电动机驱动，选用软齿面材料，z1=19。试设计此单级斜齿轮传

6、动，校核疲劳强度。解：1）选择材料以确定许用应力小齿轮采用调质，硬度取260hbs，大齿轮采用调质，硬度取260hbs 由图116b），由表10.4取， 则 ， 由图109b），由表10.4 取 则 ， 2）按齿面接触疲劳强度设计 设齿轮按8级精度制造，由表10.3取载荷系数，齿宽系数 小齿轮上的转矩 按式1015计算中心距 取，初选 由表4.1取 齿宽 取 ， 3）验算弯曲强度 由图108， ， 安全！蜗杆传动1、 设某一标准蜗杆传动的模数，蜗杆的分度圆直径，蜗杆的头数,传动比，试计算蜗轮的螺旋角和蜗杆传动的主要尺寸。解：1）蜗杆直径系数 2）螺旋角升角 ， 3）中心距 2、对图示的蜗杆传动

7、，请根据已知的蜗杆的螺旋方向和转向，确定蜗轮的螺旋方向和转向。并在图中表出蜗杆和蜗轮的受力方向。解：由于蜗杆为左旋，故蜗轮为左旋，图中红色的箭头表示蜗杆的受力，绿色的表示蜗轮的受力。 3、试设计一单级圆柱蜗杆传动：传动由电动机驱动，电动机的功率为7kw，转数为1440r/min，蜗轮轴的转数为80r/min，载荷平稳，单向传动。解：1）选择材料，蜗杆用45钢，表面淬火，硬度为45hrc55hrc，以保证蜗杆较好的耐磨性。蜗轮齿圈用铸锡青铜zcusn10p1，砂模铸造，轮心用灰铸铁ht100。2）确定许用应力，由表10.1查得3）选择蜗杆的头数和蜗轮的齿数，取，4）初选蜗杆传动的效率由，由表11

8、.7，初选蜗杆传动的效率为0.85）计算作用在蜗轮上的转矩 6）确定载荷系数 取7）确定模数和蜗杆分度圆直径 ，由表11.2取，8）验算效率 蜗杆分度圆的圆周速度 ， 由表116，9）验算接触疲劳强度 由式1112重新计算，以效率0.8计算，而，设计结果可用10）尺寸计算 带传动 1、一普通v带传动，已知带的型号为a，两轮基准直径分别为150 mm和400 mm，初定中心距a = 450 mm，小带轮转速为1460 r/min。试求：(1)小带轮包角；(2)选定带的基准长度ld；(3)不考虑带传动的弹性滑动时大带轮的转速；(4)滑动率e =0.015时大带轮的实际转速；(5)确定实际中心距。解

9、：1）小带轮包角： 2）确定带的基准长度： 由表12.3取 3）不计弹性滑动 4）考虑滑动率时，实际转速 5）实际中心距： 2、设计一破碎机用普通v带传动。已知电动机额定功率为p = 5.5 kw，转速n1= 1440 r/min，从动轮为n2= 600 r/min，允许误差5%，两班制工作，希望中心距不超过650 mm。解：1）计算功率 ， 由表12.6查取 ， 2）选取v带型号，由图1213确定选用a型。 3）确定带轮基准直径， 由表12.7取 ， 取直径系列： 大带轮的带速： 允许 4）验算带速： ，在范围内，带速合适 5）确定带长和中心距 初取中心距， 由表12.3取 实际中心距 6）

10、验算小带轮包角 7）确定带的根数 传动比 由表12.4查得 ， 由表12.5查得 由表12.8查得 ， 由表12.3查得 取根 8）求压轴力 由表12.2查得，单根带的张紧力 压轴力为 9）带轮的结构设计（略）链传动 1、一单排滚子链传动，链轮齿数z1=21、z2=53、链型号为10a、链长lp=100节。试求两链轮的分度圆、齿顶圆和齿根圆直径以及传动的中心距。解：由表13.1查得10a链，两链轮的分度圆，齿顶圆，齿根圆直径分别为 中心距 2、设计一往复式压气机上的滚子链传动。已知电动机转速n1=960 r/min，功率p = 3 kw，压气机转速n2=320 r/min，希望中心距不大于65

11、0 mm（要求中心距可以调节）。解：1）选择链轮齿数， 假定链速 ，由表13.6取链轮的齿数为 ，大链轮齿数。2）确定链节数 初定中心距，则链节数为，取节3）确定链条节距p 由图1314按小链轮转速估计工作点落在曲线顶点左侧，由表13.3查得工况系数，由表13.4查得小链轮齿数系数为，由图1316查得链长系数，采用单排链，由表13.5查得排数系数为。由式（1314）计算修正后的传递功率为，根据，由图1314选择滚子链型号为08a，节距4）确定实际中心距 中心距减少量 实际中心距取，符合设计要求5）验算速度 ，与原定假设相符6）计算压轴力 工作拉力 ，有中等冲击取 ，压轴力7）润滑方式 由图13

12、15选择油浴飞溅润滑方式8）链轮结构设计 设计结果，滚子链型号08a-1-124/t1234-1997 ，轴 1、已知一传动轴直径d=32mm，转速n=1440 r/min，如果轴上的扭切应力不允许超过50mpa,问此轴能传递多少功率？解： 2、在图示轴的结构图中存在多处错误，请指出错误点，说明出错原因，并加以改正。解：1、轴头无轴肩，外伸零件无法定位2、轴无阶梯，轴承安装困难，加工量大 3、端盖无垫片，无法调整轴向间隙4、套筒高度与轴承内圆高度相同，轴承无法拆卸5、键槽过长，开到端盖内部6、端盖与轴无间隙，无密封材料7、轴颈长度与轴上零件轮毂长度相等，无法使套筒压紧齿轮8、右轴承未定位3、如

13、图所示单级直齿圆柱齿轮减速器，用电机驱动，电动机的功率p=12kw，转速n=1470r/min，齿轮的模数m=4mm，齿数z1=19，z2=72，若支承间跨距l=180mm（齿轮位于中央），轴材料为45号钢调质。试计算减速器输出轴危险截面的直径。 解：1）计算支承反力 圆周力 径向力 合 力 由于对称，支承反力 2）求弯矩，作弯矩图 3）作弯矩图 4）作当量弯矩图 对载荷变化规律不清楚，一般按脉动循环处理，折合系数 5)计算危险截面c的轴径 由表14.145钢调质，硬度217255，由表14.5查得 因c处有键槽，故将直径增大5，取整为。轴承 1、有一滑动轴承，轴转速n =650r/min，轴

14、颈直径d =120mm，轴承上受径向载荷f =5000n，轴瓦宽度b =150mm，试选择轴承材料，并按非液体润滑滑动轴承校核。解：1）、计算压强 2）计算 3）验算滑动速度 由表15.1取轴承材料铸锡青铜2、试说明以下滚动轴承的类型、内径尺寸、精度：6210、7207c/p5、n208、31306、51205。解： （）2、有一深沟球轴承，受径向载荷fr=8000n，常温下工作，载体平稳，转速n =1440r/min，要求设计寿命lh =5000h，试计算此轴承所要求的额定动载荷。解：径向基本额定动载荷由表16.6取，由表16.4取，。3、根据设计要求，在某一轴上安装一对7000ac轴承（如

15、图所示），已知两个轴承的径向载荷分别是：fr1=1000n，fr2=2060n，外加轴向力fa=880n，轴颈d=40mm，转速n =5000r/min，常温下运转，有中等冲击，预期寿命lh=2000小时，试选择轴承型号。解：1）计算轴承得轴向力， 由表16.7查得内部轴力， 故轴有向左移动的趋势 1 “放松” 2 “压紧”， 2）计算轴承1、2的当量动载荷 ， 由表16.6取， 由于只需计算轴承2，取 而轴承7208ac 故选择7208ac轴承联轴器 1、电动机与水泵之间用联轴器联接，已知电动机功率p=11kw,转速n=960r/min，电动机外伸轴端直径d1=42mm，水泵轴的直径为d2=

16、38mm，试选择联轴器类型和型号。解：由表17.1取工况系数 由设计手册，tl6弹性套柱销联轴器， ， 满足要求 系部： 年级/班级： 姓名： 学号：_ 装 订 线 内 不 要 答 题 机械设计基础模拟试题（c）一、填空题（本题30分，1分/空）1两构件之间为 接触的运动副称为低副，引入一个低副将带入 个约束。两构件之间为 接触的运动副称为高副，引入一个高副将带入 个约束。2如图所示铰链四杆机构中，若机构 以ab杆为机架时，为 机构； 以cd杆为机架时，为 机构； 以ad杆为机架时，为 机构。3在凸轮机构从动件的常用运动规律中，等加速等减速运动规律有 冲击，简谐运动运动规律有 冲击。4采用标准

17、齿条刀具加工标准齿轮时，其刀具的 线与轮坯 圆之间做纯滚动。5普通平键的工作面是 ，工作时靠 传递转矩；楔键的工作面是 ，工作时靠 传递转矩。6螺纹联接常用的防松方法有 ， 和变为不可拆卸联接三类。7轴按照承载情况可分为 、 和 。车床的主轴是 ，电风扇的轴是 。8某调整螺纹，采用双头粗牙螺纹，螺距为3mm，为使螺母相对螺杆沿轴向移动12mm， 则螺杆应转_圈。9.螺纹的公称直径是指它的_，螺纹“m12x1.5”的含义为_。10.国标规定，三角带有_七种类型，11.一标准直齿圆柱的齿距为15.7mm，齿顶圆直径为400mm，则该齿轮的齿数为_。12.额定动载荷是指_13.一般来说，滚子轴承与球

18、轴承相比较, _轴承更能承受冲击，_轴承更适合于较高的转速下工作。二、选择题（本题10分，每小题2分）1.曲柄摇杆机构中，摇杆为主动件时，_死点位置。（a）机构不存在 （b） 曲柄与连杆共线时为 （c）摇杆与连杆共线时为 （d） 曲柄与机架共线时为2.为保证四杆机构良好的机械性能，_不应小于最小许用值。（a）压力角 （b）传动角 （c）极位夹角 （d）摆角3._决定了从动杆的运动规律。 （a）凸轮转速 （b）凸轮轮廓曲线 （c）凸轮形状 （d）凸轮形状和转速 4.用于薄壁零件联接的螺纹，宜采用_。 (a) 三角形粗牙螺纹 (b) 矩形螺纹 (c) 矩形 (d) 三角形细牙螺纹 5.一对齿轮啮合

19、时,两齿轮的_始终相切。 (a)分度圆 (b) 基圆 (c) 节圆 (d) 齿根圆三、简答题（本题20分，每小题4分）1、加大四杆机构原动件上的驱动力，能否是该机构越过死点位置？为什么？2、一对标准直齿轮，安装中心距比标准值略大，试定性说明以下参数变化情况：（1）齿侧间隙；（2）节圆直径；（3）分度圆；（4）顶隙3、在机械传动系统中，为什么经常将带传动布置在高速级？带传动正常运行的条件是什么？4、什么叫标准齿轮？5. 带传动中，打滑和弹性滑动有何不同？四、计算题（本题20分，每小题10分）1、图示轮系中，已知各轮齿数为：z1= z2= z3=15，z2=25，z3= z4=30，z4=2（左旋

20、），z5=60，z5=20（m=4mm）。若n1=500r/min，转向如图所示，求齿条6的线速度v的大小和方向。2、一对30205/p6的圆锥滚子轴承的轴系，轴上径向载荷fr=3000n，fa=500n， 尺寸关系如图所示，求两轴承的径向当量动载荷pr1、pr2。（30205轴承：派生轴向力fs=fr/(2y)，e=0.35，当fa/fre时，x=1，y=0；当fa/fre时，x=0.4，y=1.7）（18分） 五、结构改错（本题10分） 指出下图设计中的错误，并改正。（注：改正10处以上者满分，对尺寸比例无严格要求，齿轮油润滑，轴承脂润滑，考虑固定可靠、装拆方便、调整容易、润滑及加工工艺合

21、理等，标上编号，用文字说明）六、设计一铰链四杆机构，已知其摇杆cd的长度为50mm，行程速比系数k=1.4。（本题10分）系部： 年级/班级： 姓名： 学号：_ 装 订 线 内 不 要 答 题 机械设计基础考试试题（c）答案一、填空题（30分，1分/空）1 面； 2； 点、线 ，1 2 双曲柄机构； 双摇杆机构； 曲柄摇杆机构3柔性；柔性 4 分度线；分度圆； 5 两侧面，挤压 ；上下面，摩擦力 6摩擦防松；机械防松fr27 转轴；心轴；传动轴；转轴；心轴； 829大径 细牙螺纹外径12mm， 螺距1.5 10y z a b c d e 1178 12额定寿命106转时轴承所能承受的最大载荷1

22、3滚子 ；球二、选择题 b b b d c三、简答题（20分，4分/题）1 不能。根据机构死点的概念，因此时传动角为0，驱动力有效分力为0，机构无法运动。加大驱动力后，传动角仍为0，驱动力有效分力仍为0。2 （1）齿侧间隙增加；（2）节圆直径变大；（3）不变；（4）顶隙变大3 带传动放在高速级可减少带的根数，使传动紧凑，且带传动具有缓冲吸振，传动平稳，噪声小的特点，故宜布置在高速级。正常运行的条件是带和带轮间不发生打滑，带在一定限度内不发生疲劳损坏。4 压力角200模数为标准值，分度圆齿厚等于齿槽宽的齿轮5 传动带是弹性体，受到拉力后，其弹性伸长量随拉力大小的变化而改变。带由紧边绕过主动轮进入

23、松边时，带的拉力由f1逐渐减小为f2,其弹性伸长量也相应逐渐减小，带与带轮轮面间出现局部相对滑动，导致带的速度逐步小于主动轮的圆周速度，这种由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。打滑是指过载引起的带与带轮轮面间出现全面滑动。打滑是可以避免的，而弹性滑动是由于拉力差引起的，只要传递圆周力，就必然会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的。三、 计算题（20分）1解：齿条速度方向向下2frfa2llfr1fr2fs1fs2根据静力学平衡方程求得fr1=1000n，fr2=2000n，轴向派生力fs1，fs2方向如图，故轴承处为松端，轴承处为紧端。fa1=294n，fa2=294+5

24、00=794n四、 构改错（10分） 联轴器上应为通孔联轴器无轴向定位键槽位置错误 动静件之间应有间隙轴承盖处应设密封装置应有调整垫片轴承内圈定位过高与轮毂相配的轴段长度应短于轮毂长度轴段过长，不利于轴承安装，应设计为阶梯轴轴承内圈无定位机械设计基础考试试题（d）一、填空题（每空1分，共20分）1由于带传动存在 ，所以不能保证恒定的传动比。2在一定的条件下，摩擦系数f为一定值时，要增加带传动的传动能力，就应增加 和 。3蜗杆传动的失效形式主要有 和 。4滚动轴承的典型结构由 ； ； ； 等四部分组成。5理想的齿轮材料性能应是齿面 ；齿芯 。6零件在轴上的固定形式包括 和 7现有4个标准齿轮：m

25、1=4mm，z1=25；m2=4mm,，z2=50；m3=3mm，z3=60； m4=2.5mm，z4=40。其中 齿轮的渐开线形状相同， 齿轮能正确啮合， 齿轮能用一把滚刀制造。8在其他条件不变的情况下，载荷增加一倍时，球轴承的寿命将减为原来的 。9当n10r/min时，滚动轴承的主要失效是 ，此时应按 确定轴承型号。10蜗杆传动用于传递空间 间的运动和动力。二、选择题（每题2分，共20分）1为了保证带的传动能力，小带轮的包角a1应 。（a）120 (c)1502齿面的接触疲劳强度设计准则是以不产生 破坏为前提建立起来的。（a）疲劳点蚀； （b）磨损； （c）胶合； （d）塑性变形。3在一般

26、工作条件下，齿面硬度hb350闭式钢制齿轮传动的主要失效形式为 （a）轮齿疲劳折断 （b） 齿面疲劳点蚀 （c） 齿面胶合 （d） 齿面塑性变形 4如果一转轴工作时是正反转运动，则轴的计算弯矩公式中a 应取 。（a） 0.3； (b) 0.6； (c) 1； (d) 2。5蜗杆蜗轮机构传动，中心距可用（ ）计算。 （a）； （b）； （c）6为了把润滑油导入整个磨擦表面之间，应在轴瓦的 开设油沟。（a）非承载区；（b）承载区；（c）任意位置；（d）承载区与非承载区之间。8机构具有确定相对运动的条件是 。（a）f0； （b）n 4； （c）w1； （d）f=w。(注：f自由度数，n -活动构件数

27、，w-主动构件数)7带安装后，带在槽中的三个位置如图所示，其中只有 是正确的。9曲柄摇杆机构中以 为主动件时，会出现死点。（a）曲柄；（b）连杆；（c）摇杆；（d）曲柄或摇杆。 10在齿轮减速器中，一般将小齿轮的宽度b1取得比大齿轮的宽度b2 。（a）大； （b）小； （c）相等； （d）随意取值。11当分度圆直径一定时，在满足轮齿弯曲强度的条件下，应尽可能选取 。（a）较宽的齿宽； （b）较大的模数； （c）较多的齿数；（d）较大的中心距。12如果一转轴工作时是单方向转动，则轴的计算弯矩公式 中a应取 。（a） 0.3； (b) 0.6； (c) 1； (d) 2。13机器中各运动单元称为

28、。 （a ）零件 ； （b） 构件 ； （c ） 机件 （d）机构。14、 用简单的线条和规定的符号代表构件和运动副所绘制的机构简图称为 。 （a）机构运动简图 ； （b）机构示意图； （c） 运动线图。15、三角带的公称长度是指 。（a）外圆周长（b）节线周长（c）内圆周长三、问答题（共34分）1一对直齿圆柱齿轮传动，在传动比i、中心距a及其它条件都不变的情况下，若减小模数m并相应地增加齿数z1和z2，试问这对弯曲疲劳强度和接触疲劳强度各有什么影响？在闭式传动中，若强度条件允许，这种减小模数增加齿数的设计方案有什么好处？（8分） 2螺纹联接的基本类型有哪些？各有什么特点及各用于什么场合？（8

29、分）3普通平键联接的类型有几种，轴端联接一般采用哪一种类型的平键？键的尺寸是如何选出的。试举一例。（8分）4试分析参数dd1、a1、v、i、a对v带传动有何影响？如何选取？（10分）四、计算题（ 共16分）1、计算以下机构的自由度（如有复合铰链、虚约束、局部自由度，请在图中指出）（6分）2、齿轮轴由一对圆锥滚子轴承“面对面”支承。轴向载荷fa=2200n，径向载荷fr1=5400n、fr2=3600n，方向如图所示。试计算两轴承承受的轴向载荷。派生轴向力fs=fr/2y，y=0.9。(10分)五、试画出主动轮与从动轮在啮合点处所受到的各个作用力（ft、fr、fa）的方向，图中标有箭头的为主动轮

30、。(10分)系部： 年级/班级： 姓名： 学号：_ 装 订 线 内 不 要 答 题 机械设计基础考试试题（d）答案一填空题1弹性滑动，； 2初拉力，小带轮包角； 3磨损，胶合； 4外圈，内圈，滚动体，保持架；1. 5硬，韧； 6周向固定、轴向固定7 1和4 ， 1和2， 1和2； 8 12.5%9疲劳点蚀，寿命计算; 10 两交错轴二选择题1b，2a，3b ，4c，5a， 6a，7d 8a 9 c 10 a 11c 12c 13b 14a 15b三问答题1答：（1）一对直齿圆柱齿轮传动，在传动比，中心距及其它条件不变的情况下，若减小模数并相应地增加齿数时，会使弯曲强度下降，对接触疲劳强度无影响。（2）在闭式传动中，若弯曲强度条件允许，减小模数，增加齿数，可以使重合度增加，传动的平稳性增加，模数齿顶圆直径也小，既可节省材料，又减少了切齿的工作量。2答：螺纹联接的基本类型有螺栓联接，双头螺柱联接，螺钉联接和紧定螺钉联接。 螺栓联接又分为普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接两种，普通螺栓联接结构特点是被联接件上的通孔和螺栓杆间留有间隙，故孔