机械设计期末试卷及答案1

1、中原工学院20032004学年 第二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 号一一三四五六七八九总分、是非题（用表示正确，“x”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芹的工作侧面能与V#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

2、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%勺轴承发生疲劳破坏， 而90%勺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、日C D填入横线上方的空格处

3、）。（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.一一一；B.一一一；C. 一一一；D.一一一4 .选取 V带型号，主要取决于 。B .带

4、的线速度.带的松边拉力A.带传递的功率和小带轮转速C.带的紧边拉力D5.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C.带在带轮上出现打滑B.带传动工作时由拉力的变化而引起的弹性滑动D.带的弹性变形不符合庞克定律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：m 312旺 YFaYamm计算齿轮传动的模数时，其公:d乙F式中 YFaY” 应代入： Fa.小齿轮的YFa逼1F1Yl 'YYl cYc cB.YFa1YSal与 YFa2YSa2中的较大值F 1F 2C.大齿轮的YFa2YSa2;F

5、2d.YFa逼1与YFa2YSa2中的较小值F1F28.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；C.蜗杆受热变形过大；B.润滑油变质；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小同；C.轴的结构设计要求；10.卜列四种轴承中，必须成对使用是B.弯曲应力和扭转切应力的循环特性/、同；D.强度理论的要求。OA.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3小题，每小题各15分，共计45分）1.某零件用40Cr钢制成，材料的力学性能为：（T s=800M

6、Pa（r-i=480MPa少，=0.2。零件弯曲疲 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：（T mak450MPa bmin=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；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bme'和应力幅b ae，以及计算安全系数$a ；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，用四个普通螺栓固定在铸钢立柱上，已知 W=1000N,b=50

7、MPa,防滑系数L=700mm, Li=300mm,接触面间的摩擦系数f=0.2 ,螺栓的许用拉应力Ks=1.3 。试确定螺栓所需要的公称直径doddii2i0.i06i4ii.835i6i3.835i8i5.29620i7.2942420.752普通螺纹基本尺寸(GB19681)表i6-i2 30000 轴承当量动载荷的X、Y值A/RW eA/R > eeX= iY= 0X= 0.4Y= i.60.37轴承派生的内部轴向力：S= R/ (2Y：Fr= 9000N ,轴向力 Fa=i200N,其方向和作用位置如图,常温下工作(f t = i),试求:题3.图(如题已知圆锥齿轮 i为主3

8、. 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3图所示)，已知作用于轴上的径向力 所示，运转中受车5微冲击( f p= 1.2 )(1)轴承所受的径向载荷 Ri , R2 ;(2)轴承派生的内部轴向载荷Si,&,并在图中画出其方向；(3)轴承所受的轴向载荷 Ai , A2 ;(4)轴承所受的当量动载荷Pi , P20四.传动零件受力分析题(本题i5 分)卜图为一直齿圆锥齿轮一一斜齿圆柱齿轮一一蜗杆蜗轮三级传动。动件，转向如图所示。试在下图中标出：各轮的转向；欲使轴n、轴出上轴承所受的轴 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）；

9、 各轮在啮合点处白诸分力（ Ft、Fr、Fa）的方向。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20032004学年 第二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，“X”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

10、的零件才能产生变应力。（X ）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。（V ）3、为了使V芹的工作侧面能与V#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 。（ X ）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。（X ）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。（V ）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。（V ）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。（X ）8、与齿轮传动的变位

11、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。（X ）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。（乂 ）10、滚动轴承的基本额定寿命是指一组轴承中10%勺轴承发生疲劳破坏， 而90%勺轴承不发生疲劳破坏前的转数（以106为单位）或工作小时数。（V ）二、选择题（将正确的代码 A、日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

12、 。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 CA.一一一；B.一一一； C. 一一一；D.一一一4 .选取 V带型号，主要取决于D.。A.带的松边拉力BC.带的紧边拉力D5 .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C.带在带轮上出现打滑D.6 .轮齿弯曲强度计算中的齿形系数YFaJA.齿数zBC.模数mD.带的线速度.带传递的功率和小带轮转速BoB.带

13、传动工作时由拉力的变化而引起的弹性滑动 带的弹性变形不符合虎克定律才 C 无关。.变位系数 x.斜齿轮的螺旋角7.按齿根弯曲疲劳强度设计公式:2KT12 dZ1YFaYSa mm计算齿轮传动的模数时，其公式中 YaY汽应代入:A.小齿轮的YFa1YSa1B.YFa1YSa1YFa 2YSa2中的较大值F1F1F2C.大齿轮的YFa2YSa2D.YFa1YSa1YFa 2YSa2中的较小值F2F1F29.10.A.材料的力学性能下降;C.蜗杆受热变形过大；B.D.润滑油变质；润滑条件恶化。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.C.弯曲应力和扭转

14、切应力的循环特性不同； 下列四种轴承中，必须成对使用是轴的结构设计要求;D.强度理论的要求。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3小题，每小题各15分，共计45分）1.某零件用40Cr钢制成，材料的力学性能为：（T s=800MPa 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：b 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点 M 1' ; （4 分）(r-1=480MPa少，=0.2。零件弯曲疲ma产450MPa (T min=150MPa 应力循M

15、 ,加载应力变化线以及极限应力用图解法确定该零件的极限应力的平均应力bme'和应力幅b用计算法确定该零件的计算安全系数SCao （ 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。（ae'以及计算安全系数Ga； 4分1分)2-°；02 4801 0.2800 MPa8.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在零件的极限应力简图中，各点坐标为:A (0,-)=A (0, 320)=(400, 266.7 ) ; C ( b s, 0) = (800, 0)1.5 800 480二G1.5 0.2480 0.2 800 553.85

16、,246.151.5 0.2(2)(Tam m=)/2=150MPa工作应力点 M ,加载应力变化线以及极限应力点M1'如图所示(3)由图可量的极限应力点MT的平均应力b me' =505.26MPa,应力幅ae' =252.63MPa极限应力点MT的疲劳极限(T rM = b me' + (T ae' =757.89MPa计算安全系数 &a= b rM / (T max=757.89/450=1.684(4)Sca4801.5 150 0.2 3001.684(5)Sa=1.684 > 1.3, 该零件能满足强度要求。2.如下图所示为一个

17、铸铁托架，用四个普通螺栓固定在铸钢立柱上，已知 W=1000N, L=700mm, L1=300mm,接触面间的摩擦系数f=0.2 ,螺栓的许用拉应力 o- =50MPa ,防滑系数Ks=1.3 。试确定螺栓所需要的公称直径do普通螺纹基本尺寸(GB19681)d121416182024d110.10611.83513.83515.29617.29420.752R2解：（1）将W/向。点平移得：W =W=1000NT=WL=1000 700=7X 10 5 （Nmm ; （2 分）（2）在 W 作用下：RW= R2W= R3W= R4W=W /Z=1000/4=250 （ M ,方向如图所示；

18、5在作用下：r= R2 = R3= R4=tl7 10824g6（n）,方向如图所示；2 L1 Z _2 300 422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：R2R3RW 2 R： 2 2 RW RT cos135 2502 824.962 2 250 824.96cos1351017.2 （N）（7 分）（3）由螺栓2或螺栓3处联接不滑移的条件得： QPfZm=KSR2 , . Q° KSR21.3 1017.2 6611.88 （M（3分）p fZm 0.2 1 15.2Qp 5.2 6611.88（4）由螺栓杆强度条件得：d1 J

19、J 14.795 （mm 3.14 50故应选择 M18的普通螺栓，d1=15.296 >14.795（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3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 ）,常温下工作（3=1）,试求：表16-12 30000 轴承当量动载荷的X、Y值A/Rw eA/R > e(1)轴承所受的径向载荷 Ri , R2 ;(2)轴承派生的内部轴向载荷Si,&,并在图中画出其方向；(3)轴承所受的轴向载荷 Ai , A

20、;(4)轴承所受的当量动载荷Pi , P20解：(1)R 1= FrL2/(L 1+ L2) = 9000 X 260/(190 + 260) = 5200N,R= FrL”(L 1 + L2) = 9000 X 190/(190 + 260) = 3800N ;(3 分)(2)S 1 = R1/ ( 2Y) = 5200/ (2X 1.6 ) =1625N ,X= 1Y= 0X= 0.4Y= 1.60.37轴承派生的内部轴向力：S= R/ （2Y）L1=190mm|_ 2=260 1轴承Fi =9000.轴承2S2 = R2/(2Y) = 3800/(2 X 1.6)=1187.5N ，其方向如图所示； (3 分) F a+S2= 1200 + 1187.5 = 2387.5 >5= 1625,轴有向右窜动故：轴承 1 为压紧端，A1 = Fa+ &= 1200 + 1187.5 = 2387.5N ,轴承 2为放松端，A2= S2= 1187.5N(3分)(4)计算轴承1、2的当量动载荷：轴承1:A/R = 2387.5 / 5200 = 0.459 > 0.37=e，故： 乂=0.4、Y=1.6;R= f p(XR + Y1A1) = 1.2 X ( 0.4X 5200+1.6 X 2387.5 ) = 70