机械设计历年试题及答案

哈工大2004秋季学期机械设计试题答案

一、选择填空题（每空1分，共25分）

1、按照磨擦界面的润滑状态，可将磨擦分为干磨擦、边界磨擦、液体磨擦和混

合磨擦。

2、已知某三线罗纹中径为9。5mm，螺距为1mm,则罗纹的导程为9Tlm。

3、罗纹连接防松的实质就是防止罗纹副的相对转动.按照防松方法的工作原理可将

其分为三类，分别是磨擦防松、机械防松、和永久防松,

4、受轴向工作载荷的紧螺栓连接中，螺栓受到的总拉力Fo与预紧力F\残存预紧

力F〃和工作拉力F之间的关系为b.

a、；b、,c\o

5、导向平键的工作面是键的两侧面，导向平键连接的主要失效形式是工作面的磨

损。

6、V带传动中带工作中最大应力产生在紧边进入小带轮处，

其值为.

7、齿轮传动中选取齿宽系数时，普通采用硬齿面齿轮时齿宽系奴上_余用软齿面

齿轮时齿宽系数，齿轮相对于轴承对称布置时的齿宽系牝旦"齿轮悬臂布置时的

齿宽系数.一

a、大于；b、小于；c、等于.

8、一减速齿轮传动，主动轮1用45号钢调质，从动轮用45号钢正火，则它们齿面

接触应力的关系是互一齿根弯曲应力的关系是_3_。

a、＞,b、—；c、〈o

9、按国家标准GB/292-1993规定，代号为32208的滚动轴承类型为圆锥滚子轴承

其内径为40mm,其精度为P0级.

10、下列各种联轴器中，属于弹性联轴器的如心;属于可移式刚性联轴器的是

a_；属于固定式刚性联轴器的是上_和_0_。

a。万向联轴器；bo凸缘联轴器;c套筒联轴器；d弹性柱销联轴器。

11、联轴器和离合器都是用来实现轴与轴之间的连接，传递运动和动力.但联轴器

与离合器的主要区别在于联轴器需要在停车后才干实现轴与轴的结合或者分离，

而离合器可使工作中的轴随时实现结合或者分离.

二、问答题〔每题6分、计30分）

1、分别说明普通罗纹、梯形罗纹的特点和应用场合。

答：普通罗纹自锁性能好，强度氤鱼组主要用于连接（1分）。

梯形罗纹效率比矩形罗纹略低，但牙根强度较高，易于对中，磨损后可以补偿JL2

分）：在螺旋传动中应用最普遍。（1分）

2、分别说明硬齿面闭式齿轮传动和闭式蜗杆传动的主要失效形式与设计准则.

答：硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是齿根弯曲疲劳折断（1分）；其设计

准则是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（2分）。

闭式蜗杆传动的主要失效形式是齿面胶合、点蚀和磨损（1分）；其设计准则是

按齿面接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力，在选择许用应力时适当考

虑胶合和磨损的影响，同时应进行热平衡计算（2分）.

3、什么是磨擦型带传动中的弹性滑动现象?可否避免?它对带传动有何影响？

答：由带的弹性变形而引起带与带轮之间的相对滑动现象称为弹性滑动（2分）。

弹性滑动是带传动中不可避免的现象（2分）。

它会引起以下后果：①从动轮的圆周速度总是落后于主动轮的圆周速度，并随

载荷变化而变化，导致此传动的传动比不许确.②损失一部份能量，降低了传动

效率，会使带的温度升高，并引起传动带磨损。（2分）

4、齿轮传动中的载荷系数K为四个系数的乘积，K=KAKvKpKa,分别说明勺和Kp

的名称及引入该系数是为了考虑哪些方面的影响.

答：动载系数（1分）6考虑由于齿轮创造精度、运转速度等轮齿内部因素引起的

附加动载荷影响系数（£分）

齿向载荷分布系数（1分）（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）5、写出一维流体动压基本方程（雷诺方程）并利用该方程说明形成流体动

压润滑的必要条件。

答：一维流体动压基本方程：（3分）

形成流体动压力的必要条件是：

①流体必须流经收敛形间隙，入口处h>h0,dp/dx>0,压力逐渐增大，出口处

h<hO,dp/dx〈0,压力逐渐减小；（1分）

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②流体必须有足够的速度，VM：（1分）

③流体必须是粘性流体，府0.（1分）

三、分析计算题（共25分）

1、在图示电动绞车系统中，件1和2均为斜齿圆柱齿轮，件3为蜗杆，件4为蜗轮.

已知蜗轮蜗杆均为右旋，并且设计时II轴上的齿轮2与蜗杆3的轴向力能够相互抵

消一部份，试回答下列问题（共16分）：

①齿轮1的轮齿螺旋线方向是族。（2分）

②在图中用箭头表示出重物上升时齿轮1和齿轮2的转动方向以及齿轮2在节点A

所受的轴向力的方向。（4分）

③重物上升时，在节点B处画出蜗杆3所受的轴向力、圆周力和径向力的方向，

在节点B处画出蜗轮4所受的圆周力的方向。（4分）

④若起分量W=50000N,蜗杆头数Z3=2,蜗杆分度圆直径d3=100mm,蜗轮齿数z4=60,

模数m=5,卷筒直径D=300mm,传动效率n=0。75。试求节点B处嚏和1的大

小°（6分）

答：

①左旋（2分）。

②齿轮1、齿轮2的转动方向的方向如图所示（2分），的方向如图所示（2

分）。

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③各分力方向如图所示，（4分）

④（3分）

（3分）

2、如图所示，某轴由一对7209AC轴承支承,轴承采用面对面安装形式。三知两轴

承径向载荷分别为Fr1=3000N,F^OOON,轴上作用有轴向外载荷A=1800No载

荷平稳，在室温下工作，转速n=1000r/mino该轴承额定动载荷C=29800N,内部轴

向力S=0.4Fr,e=0。68,当量动载荷系数如下表所示。试计算此对轴承的使用寿

命。（9分）

Fa/Fr)eFa/Fr<e

XYXY

0o41008710

答：内部轴向力方向如图所示（2分），

S1=0o4Fr1=1200N（0o5分）

S2=0o4Fr2=1600N（0.5分）

因为A+SJS2故Fa1=S1=1200N（1分）

Fa2=S1+A=3000N（1分）

比较两轴承受力,只需校核轴承2.

F/F^O075〉e（1分）

P=XF"+YF6

=0.41*4000+0o87*3000=4250N（1分）

h（2分）

四、结构题（20分）

1、如下图所示，轴承部件采用左端固定右端游动支承结构，指出图中错误并在不

改变轴承类型前提下画出正确结构。直接画在中心线下方，轴承可采用简化画

法。（6分）

答：轴可向右侧窜动（2分）.改正错误（4分，其它结构达到相同目的也可）。

2、图连接面受转矩作用，利用四个螺栓完成连接，重新布置螺栓组使其受力更为合

理，并在右边画出校制孔用螺栓连接结构示意图.（6分）

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评分标准：螺栓位置（2分）被制孔用螺栓连接（4分）

3、完成图中轴系部件结构。（8分）

评分标准：

键连接结构（3分）

齿轮轴向定位固定（2分）

轴承考虑拆卸的固定（摆布各1.5分）

哈工大2022年秋季学期机械设计试题

一选择填空题（每空一分共20分）

1在常用的罗纹连接中，自锁性能最好的罗纹是，其牙型角

Q二o

2普通平键连接工作时，平键的工作面是，平键的剖面尺寸按

从标准中查取。普通平键连接的主要失效形式.

3带传动中，若为主动轮圆周速度，为从动轮圆周速度，为带速，则这些速度之间

存在的关系是。

4V带传动中，V带截面楔角，则V带轮的轮槽角0座________.

5在设计V带传动时，V带的型号可根据和查选型图确

定。

6对于一对材料相同的钢制软齿面齿轮传动，为使大小齿轮接近等强度，常用的热

处理方法是小齿轮，大齿轮o

7根据轴的承载情况，自行车的前轴应称为轴。中间轴应称为轴。

8代号为6206的滚动轴承，其类型是,内径d=mm

9温度和压力是影响粘度的主要因素，若温度升高，则，

若压力升高，则o

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10在下列联轴器中，能补偿两轴的相对位移并可缓冲吸振的是_________O

A凸缘联轴器B齿式联轴器C万向联轴器D弹性柱销轴器

11在蜗杆传动中，对每一模数规定了一个或者几个蜗杆分度圆直径的目的

是.

12普通平键连接工作时，平键的工作面是o

二简答题（共5题，每题6分）

1简述齿轮传动的失效形式和开式齿轮传动的设计准则

2以框图形式说明转轴的设计过程。

3简述蜗杆传动的正确啮合条件。

4简述动载系数K和齿间载荷分配系数K的含义并各举出两个主要影响因素。

5写出一维的雷诺,程并根据该方程简述形成流体动压润滑的必要条件。

三分析计算题

1.如图a、b分别为二级标准斜齿圆柱齿轮减速器的两种布置形式.已知齿轮2模

数m=2o5mm,z=57,B=13°；齿轮3模数m=3mm,z=19；齿轮4轮齿旋向为

n222n33

右旋。若主动轴I转向如图所示，试：

1）图a、b两种布置形式哪种布置合理？并分析为什么？（2分）

2）为使中间轴H的受力合理，试确定齿轮2轮齿旋向。（2分）

3）在你认为齿轮布置合理的图上，画出各齿轮受力方向.（3分）

4）为使轴11的外部轴向力为零,试计算出齿轮3的螺旋角P的值？（7分）

5）若主动轴I转向相反，轴H的外部轴向力还是否为零？（11分）

（本题合计15分）

图a图b

2（总15分）：如图所示，一级斜齿圆柱齿轮减速器的小齿轮为悬臂布置形式。

该齿轮的轴系采用一对角接触球轴承背对背安装的支撑形式。已知:轴承径向载荷

FrhFr2方向如图所示，大小分别为：Frl=5500N、Fr2=3000N,小齿轮轴向力

A=1500No轴承内部轴向力按S=Oo4Fr计算。

1）分别计算该对轴承的轴向力Fai、Fa2o（8分）

2）若该对轴承的基本额定寿命为8000小时，现将载荷加大一倍，将转速减小一

半，试计算后确定该对轴承能否满足载荷及转速改变后基本额定寿命至少2500小

时的工作要求？（7分）

四结构题

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1下图分别用六角头M16的普通螺栓、六角头M16的较制孔螺栓连接

两块厚度为20mm的钢板，采用弹簧垫圈，补画出其余结构线条，并注

明那个是普通螺栓连接，那个是钱制孔螺栓连接（4分）。

2指出齿轮轴系结构图中的错误（指出并改正8处即可），说明错误原因，

并在中心线上方画出正确结构（16分）。

已知：

1）齿轮是油润滑，轴承是脂润滑；

2）轴承为深沟球轴承.

哈工大2022年秋季学期机械设计试题

-V填空题，（每空1分，共26分）

1、设计连轴器时，先根据工作条件和要求选择合适的类型,然后按

轴的直径、转速和计算转矩从标准中选择所需要的型

号和尺寸.

2、非液体磨擦滑动轴承处于混合磨擦状态，在非液体磨擦径向滑动

轴承的设计计算时，验算pv值的目的主要是为了限制轴承温度（或者

摩

擦功耗），维持边界膜不被破坏。

3、罗纹公称直径是罗纹大径，强度计算时应用的罗纹直径参

数是罗纹小径。

4、在带传动的失效形式中，打滑是由于过载引起的。

5、齿轮传动的失效形式有齿面磨孤轮齿折断、齿面胶

合、__________（齿面点蚀和轮齿塑性变形。

6：齿轮传动的载荷系数主要由使用系数,动载系数,齿向载荷分布

系数和齿间载荷分配系数组成。其中主要与齿轮相对于轴承安装

位置有关的系数是（齿向载荷分布系数._

7、一对相互啮合圆柱齿轮，两齿轮的齿面接触应力关系是。.己7.

许用接触应力的关系［aH1］丰6H2］，两齿轮的齿根弯曲应力。日W

oF2o（填=、W）

8、罗纹连接中，按其工作原理不同，罗纹防松方法有磨擦防

松、机械防松和永久性防松零一

9、代号为7309C/P4的滚动轴承,其类型名称为角接触球轴

承，内径为45mm,接触角为15。，精度等级是P4。

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10、平键连接的主要失效形式是工作面的压溃和键的剪断

二、简答题（共24分）

1o带传动过程中，带受到的应力分为几种？写出名称。以如图所示的

减速传动为例，画出带传动时,带中的应力变化图，并指出最大应力的位

置，写出最大应力表达式.画图时适当照应比例。（6分）

答：带传动受3种应力，分别是紧边和松边的拉应力和，弯曲应

力，离心应力（3分）。最大应力发生在紧边，带刚绕上小带轮的入口

处（1分）.最大应力表达式，（1分）。

1.闭式蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？提高散热能力的

常用措施主要有哪些？（6分）

答：因为蜗杆传动效率低，发热大，在闭式蜗杆传动中，如果产生的

热量不能及时散佚，就会使油温升高，润滑油粘度下降，润滑条件恶

化,导致齿面磨损加剧，甚至发生胶合，所以，需要进行热平衡计算。（得

2分）.常用的提高散热能力的措施主要有1）合理地设计箱体的结构，

铸出或者焊上散热片，以增大散热面积;2）在蜗杆上安装风扇，进形人工

通风，以提高散热系数；3）在箱体油池中装设蛇形冷却水管，直接降

低油温;4）采用压力喷油循环润滑.（得4分）。

2.什么是轴承的基本额定动负荷?基本额定动负荷的方向是如

何规定的？（6分）

答：轴承的基本额定动负荷:滚动轴承标准中规定,轴承工作温度

在100C以下,基本额定寿命L=1X106r时，轴承所能承受的最大载荷

成为轴承的基本额定动负荷。（3分）

轴承的基本额定动负荷的方向，对于向心轴承为径向载荷（1分），

对于推力轴承为中心轴向载荷（1分），对于角接触向心轴承为载荷的径

向分量（1分）。

3.简述闭式齿轮传动的设计准则。（6分）

答：1）对于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

（2分），然后校核齿根弯曲疲劳强度（1分）.

2）对于硬齿面闭式齿轮传动，通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设计

（2分），然后校核齿面接触疲劳强度（1分）.

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三、分析计算题（共34分）

有一电动绞车，采用如图2所示的传动方案，齿轮1和

2为闭式直齿圆柱齿轮传动，蜗杆3和蜗轮4为开式传动。

已知齿轮1、齿轮2和蜗杆3的材料均为40Cr钢，且它们均

为表面淬火处理，表面硬度为45〜55HRC,蜗轮材料为铸

造锡磷青铜。采用4个联轴器将6根轴连接，把运动和动力传

递到卷筒，实现提升重力W的目的,解答下列各问题。

图2

1、试分析I、II和VI轴各受什么载荷作用，注明各轴的类别（不

计各轴的自重）。分析III轴A—A截面和B—B截面上各作用有哪几

种应力？这些应力的变化性质如何？（卷筒轴双向转动受力）。（10

分）

答：I轴只受扭矩，是传动轴（2分）；II和VI轴不仅受转矩，还受

弯矩，是转轴（2分）;III轴A-A截面上只作用弯曲应力，弯曲应力为对

称循环变应力（2分）；B-B截面上不仅作用弯曲应力,还作用有扭剪

应力，其中弯曲应力为对称循环的变应力，扭剪应力为对称循环的变应

力（4分）。

2、受力分析问题.（共8分）

1）蜗杆轮齿的螺旋线方向如图2所示，试确定蜗轮轮齿的螺旋线方

向，并标在图上。在图中标出使重力W上升时机电的转向，并画出蜗

轮轮齿在啮合点D处各分力F,Fa，l的方向.可在两个视图上分别用箭

头表示。（5分）

答:蜗轮为右旋。（1分）

机电转向为如图向上。（1分）

如图所示:3个力各1分，共3分，

（2）如果采用如图3所示传动方案，当重力W上升时，为了使II轴

受力合理，怎样设计齿轮1和齿轮2的轮齿螺旋线方向？并在图中啮

合点C处标出齿轮2的轴向力的方向。（3分）

答:齿轮1为左旋。（1分）；齿轮2应为右旋。（1分）；轴向力

方向向左。（1分）

3、若凸缘联轴器的两个半联轴器凸缘间用6个M16的普通螺栓

连接，已知预紧力F'=800N,结合面间的磨擦系数f=0.15,可靠性系

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数K=1o2,卷筒直径为D=250mm,螺栓中心所在圆周的直径为

D°=300mm,按此预紧力大小,计算该螺栓组连接所能允许提起的最大重

力Wmax。（7分）

答：对于只承受预紧力的紧螺栓连接，依靠预紧力在结合面间产

生的磨擦力对形心的力矩之和来平衡外力矩，预紧力满足

（2分）

（1分）

（2分）

（1分）

该螺栓组所能允许提起的最大重力为720N（1分）

4、若轴采用一对7000型轴承固定方式，如图4所示。已知轴承1、2

的径向支反力为F^^OON^^^SOOONo轴上两零件所受的轴向力

A1=900N,A2=400N（方向如图所示）。轴承上的内部轴向力S与径向载

荷耳之间的关系式为S=0.4Fro试计算轴承1、2所受的轴向载荷

:、噎。（9分）

答：1）求轴承1和2的内部轴向力大小和方向

Si=0.4Fr〔=0.4X4000=16001X1方向如图（计算正确0。5分，方

向正确0。5分）

S2=oo4F^=0.4X5000=2000N方向如图（计算正确0。5分，

方向正确0。5分）

2）判断压紧和放松的轴承，即轴的运动方向。

S+A1=1600+900=2500N>^tA^2000+400=2400N,$[tlW

向右运动趋皿轴承微松I轴承2压集。为2（3分）

3）求轴向力

（分）

Fai=S=11600N'2

F

arS1+A1-A2=2100N（2分）

四,结构题（共16分）

1、图5轴承部件，采用两端固定支承结构形式，轴承采用

润滑脂润滑。指出图中设计的结构错误，并对错误的原因作简

要说明，并在图中下半部份画出正确结构图.（12分）

注：标出8处即可，同类性质的错误按一处记分.

图5

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①箱体上与轴承端盖接触面应有凸台，减少加工面积；

②应有调整垫片；

③缺少挡油板；

④轴承端面和轴承座端面不应重合；

⑤与轮毂配合段轴颈长度应比轮毂长小1~2mm；

⑥端盖和轴之间不应接触，要有间隙；

⑦应加密封圈；

⑧应同一轴上的键连接应在同一母线上；

⑨轴承的定位套筒和轴肩外径不应高过轴承内圈，应为轴承留拆

卸空间；

⑩密封处轴径应比轴承内径下，减小安装轴承的距离。

每指出一处错误，并说明得0.5分，总共不超过4分；

把指出的错误画正确每处得1分，总共不超过8分。

2、如图6所示凸缘联轴器结构，采用校制孔螺栓连接，请画出螺

栓连接两个半联轴器的结构图。（螺栓的公称直径为M12）.（4分）

图6

哈工大2022秋季学期考试试题答案

机械设计试题（A卷）

一、填空题（每空1分，计25分）

1、一减速齿轮传动，主动轮1用45号钢调质，从动轮用45号钢正

火，则它们齿面接触应力的关系是bo

a、；b、；c、.

2、带传动中紧边拉力为，松边拉力为，则其传递的有效圆周力为

a、；b、;c>;d>o

3、对于硬齿面闭式齿轮传动,其齿面接触承载能力较高，故通常先按

齿根弯曲疲劳强度进行设计,然后校核齿面接触疲劳强度。

4、蜗杆的c模数为标准模数,蜗轮的b压方箱为标准压力角.

a、法面；b、端面；c、轴面。

5、带在带轮上即将打滑而尚未打滑的临界状态时，与的关系可用著名

的欧拉公式表示为O

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6、在蜗杆传动中，当需要自锁时，应使当量磨擦缸耳蜗杆导程角.

a、小于；b、大于；c、等于。

7、计算蜗杆传动的传动比时，公式c是错误的。

a、;b>;c>；d>o

8、蜗杆传动的失效通常是发生在蜗轮轮齿上。

9、设计圆柱螺旋弹簧时，其弹簧直径d按强度条件确定，其

工作圈数n按刚度条件确定.

10、弹簧指数及，C值越大，刚度越小。

11、楔键联接靠磨擦力传递转矩,用于对中性要求不高的联接。

12、按国家标准GB/292-93规定,代号为7210C的滚动轴承类型为逸_

接触球轴承轴承，其内径为50mm,宽度系列为窄、系列，直径系列

为轻系列,C代表公称两角15°,其精度为®级。

13、下列各种联轴器中，能减缓振动和冲击的是f；可实现两轴线角

位移最大的是£；常用于两轴线对中性不好、低速情况下的是q和

e_.

套筒联轴器；b.凸缘联轴器；c万向联轴器；d.十字滑块联轴

器；eo齿轮联轴器;f。弹性柱销联轴器。

二、问答题（每题5分、计30分）

1、试分析影响带传动所能传递最大有效圆周力F的主要因素.（5分）

imTlcalXx

与初拉力、包角和磨擦系数有关.（3’）

大、大、大，则产生的磨擦力大，传递的最大有效圆周力也大。（20

2、试说明齿形系数与齿轮的哪些参数有关，对齿根弯曲应力有何影

响?（5分）

齿形系数反映了轮齿几何形状对齿根弯曲应力的影响，凡是影响

齿廓形状的参数如齿数、变位系数和分度圆压力角都影响。（3）

如果齿数增大、变位系数和分度圆压力角增大，均可以使齿根增

厚，齿形系数减小，减小。（2，）

3、为提高轮齿的抗折断能力，可采取哪些措施？（5分）

可适当增大齿根圆角半径以减小应力集中；（D

合理提高齿轮的创造精度和安装精度；（D

正确选择材料和热处理方式；（29）

以及对齿根部位进行喷丸、鞭压等强化处理。（D

4、罗纹联接防松的实质是什么？按工作原理分，防松的方法有哪几类？

答：防松的实质是防止罗纹副间的相对转动。（2分）

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防松的方法有磨擦防松、机械防松、永久防松,（3分）

5、什么是滚动轴承的基本额定动负荷？其方向是如何确定的？（5分）

答:轴承工作温度在100。C以下,基本额定寿命L=1x1好时、轴承所能承

受的最大载荷，称为基本额定动负荷.（2分）

对于向心轴承，其方向为径向载荷；（1分）

对于推力轴承，其方向为轴向载荷；（1分）

对于角接触轴承，其方向为载荷的径向分量。（1分）

6、简述非液体磨擦径向滑动轴承校核计算的主要内容？（5分）

答：（1）验算压强：滑动轴承压强pW许用压强[p]；（2分）

验算pv值：pvW[pv];（2分）

验算轴径圆周速度v：v^[v]o（1分）

三、分析计算题

1、如图示，卷筒与齿轮用普通螺栓联接在一起（螺栓个数Z=8）,轴

不旋转，卷筒与齿轮在轴上旋转，已知卷筒所受旋转力矩T=107Nmm,

螺栓分布直径Do=5OOmm,卷筒与齿轮接合面间磨擦系数f=0。12,可

靠性系数Kf=1o2,螺栓材料的屈服极限。s=300Mpa,安全系数

S=3o试设计该螺栓组的螺栓直径。（10分）

普通罗纹基本尺寸表（第一系列）

公称直径d中径d?小径d1螺距p

2422.05120o7523

3027.72726o2113o5

3633.40231o6704

4239.07737o1294.5

4644o72542.5875

解:设螺栓受预紧力

①计算螺栓所需预紧力F

（2分）

（2分）

②计算许用应力

（2分）

③确定螺栓直径d1

（2分）

④选择螺栓

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查表选取M36（d=31o670mm>28。768mm）（2分）

2、如图所示，a）、b）分别为斜齿圆柱齿轮的悬臂布置和对称布置的

支承形式。图1）、2）分别为一对角接触球轴承背对背、面对面

安装支承形式。

1）请合理选择斜齿轮不同布置形式下，一对角接触球轴承的支

承形式，你认为正确的，在“口”中打“J”：

图a）所示悬臂布置宜采用：n1）；□图2）（1分）

图b）所示对称布置宜采用：力1）；巴图2）。（1分）

2）根据1）中的选择结果计算图a）所示情况下，轴承的轴向

力Fa1、Fa2.

已知：轴承径向载荷Fr1、Fr2、齿轮的轴向力A方向如图所

示，大小分别为：Fr1=4000N>Fr2=2000N,A=2000N,轴承内部

轴向力S=0.4Fr.（4分）

解:S1=0。4Fr1=0.4x4000=1600（N）,方向向左；（1分）

S2=0.4Fr2=0.4x2000=800（N）,方向向右；（1分）

S2+A=800+2000=2800（N）>S1=1600（N）（1分）

所以，Fa1=S2+A=2800N（1分）

Fa2=S2=800N

3）若该对轴承的寿命为5000小时，现将当量动载荷加大一倍,

将转速减小一半，试计算后确定该对轴承能否满足载荷及转速

改变后寿命至少1000小时的工作要求?（4分）

标准答案：

结论:此轴承能够满足寿命至少1000小时要求.

3、在图示传动系统中，件1和2均为斜齿圆柱齿轮，件3为蜗杆，件

4为蜗轮.已知齿轮1轮齿螺旋线方向为左旋，其转向如图所示，试回

答下列问题：

1）齿轮2的轮齿螺旋线方向是一旋。（1分）

2）在图中画出齿轮1、齿轮2在节点A所受的轴向力和的方向.（2分）

3）为使在H轴上的齿轮2与蜗杆3的轴向力相互抵消一部份，蜗杆3的

螺旋线方向应该是_旋，并在图中画出蜗杆的旋向;在节点B处画出

蜗杆3所受的轴向五圆周力和径向力的方向，在节点B处画出蜗轮

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4所受的圆周力和径向力的方向，在图中画出蜗轮4的转动方向。（8

分）

答：

1）右旋。（1’）

2）齿轮1、齿轮2在节点A所受的轴向力和的方向如图所示。（29

3）右旋；（10画出螺旋线方向（1，）

蜗杆3所受的三个分力、和的方向如图所示：（3）

蜗轮4所受的圆周力和径向力的方向如图所示；（20

蜗轮4的转动方向如图所示。（1*）

4、一对标准斜齿圆柱齿轮传动如图所示，已知：输入轴转速，输入功率

kW,齿轮齿数，=62,法向模数mm,分度圆螺旋角，分度圆柱上的

法面压力角，试计算：

（1）输入轴I上的转矩；（2）大斜齿圆柱齿轮上三个分力的大小。（本

题4分）

解：

输入轴上的转矩

Nom（1,）

kN（D

kW（V）

kN（V）

四、结构题（10分）

1、如图所示，已知圆锥滚子轴承安装在零件1的轴承座孔内。由于

结构限制，设计时不能改变零件1的尺寸。试问：采用何种方法

以便于轴承外圈拆卸？并在右侧图上画出零件1的结构。（2分）

答:可在零件1圆周方向上等分圆周位置加2至3个罗纹孔，用螺钉

顶轴承外圈拆卸.如右图所示.（答出方法1.5分、画出结构1.5分）

2、写出实现轴上零件轴向固定的四种方法，并画出相应的结构图。（8

分）

标准答案：

（评分标准：每种方法各2分：文字说明0。5分,画出结构图lo5

分）

2022年机械设计考试题

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一,填空题（共11分）

1、如果一个零件的应力循环特性，，则此时,（1分）

2、普通罗纹的公称直径指的是罗纹的径，计算罗纹危（

wei）险截面时使用的是罗纹的径。（1分）

3、普通平键联接的工作面是，主要失效形式是，其

键的剖面尺寸按由标准中选定，而键长通常按

从标准中查取.（2分）

4、带工作时截面上产生的应力有、、，最大应力值

为。（2分）

5、在设计V带传动中时，V带的型号是根据和3取的。（1分）

6、在链传动中，链轮的转速____，节距—，则传动的动载荷越大。

（1分）

7、安装于某轴单支点上的代号为6208的一对滚动轴承，其内径

mm,轴承名称为o（1分）

8、安装滚动轴承时，其内圈与轴径普通是采用配合关

系，以保证两者之间没有相对的转动。（1分）

9、在轴的结构设计中,轴的最小直径d是按初步确

min

定的。----------

（1分）

二,选择题（共20分,每小题2分）

1、机械零件由于某些原因不能时称为失效。

Ao工作B.连续工作C。正常工作Do负载工作

2、绘制零件简化的极限应力图时,所必需的已知数据是.

A.、、、Bo、、、

Bo、、、Do、、、

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3、带传动中，主动轮圆周速度从动轮v圆周速度带速v,它们之间

12

的关系为.

Aov=v=vBov)v〉v

I2

Cov(v<vD.v'>v>v

4、带张紧的白的是____12

A、减轻带的弹性滑动B、提高带的寿命

C、改变带的运动方向D、使带具有一定的初拉力

__曰

5、与齿轮传动相比，链传动的主要特点这ZEo

A.适合于高速Bo创造成本高

C.安装精度要求较低D.有过载保护

6、一齿轮传动,主动轮1用45号钢调质，从动轮2用45号钢正火,

则它们的齿面接触应力.

AoBoC.Di一无法判断

7、在蜗杆传动中，蜗杆材料和蜗轮材料的组合,应该选取.

Ao钢蜗杆与青铜蜗轮Bo青铜蜗杆与钢蜗轮

Co青铜蜗杆与青铜蜗轮Do钢蜗杆与钢蜗轮

8、设计斜齿圆柱齿轮传动时,螺旋角B普通在8。〜20。范围内选取，8

太小斜齿轮传动的优点不明显，太大则会引起.

Ao大的切向力Bo大的轴向力C.小的切向力Do小的轴

向力

9、在不彻底液体润滑滑动轴承设计中，除了限制轴承p值外，还耍

对轴承pv值进行验算，其主要目的是。

Ao限制轴承过渡磨损B.限制轴颓温升

Co保证轴承的强度D.限制轴承的质量

10、在进行滚动轴承组合设计时，对支承跨距很长,工作温度变化很大的

轴，为适应轴有较大的伸缩变形，应考虑.

A.将一端轴承设计成游动的Bo采用内部间隙可调整的轴

承

Co采用内部间隙不可调整的轴承Do轴颈与轴承内圈采用很

松的配合

三,简答题(共25分，每小题5分)

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1、罗纹联接主要有哪儿种基本类型？试简述其特点及使用场合.（不

要求画图）（5分）

2、带传动中的弹性滑动与打滑有何区别？对传动有何影响？什么叫打

滑？如何避免打滑？

3、为什么点蚀主要发生在节线附近齿根面上？（5分）

4、对标准直齿圆柱齿轮传动，问：

（1）计算大、小齿轮弯曲强度时所用公式是否相同？

⑵计算大、小齿轮弯曲强度时那些参数取值不同？

（3）两轮弯曲强度大小通过那些参数比较就能看出来？可得到什么结

论?（5分）

注：

5、形成液体动力润滑的必要条件是什么？

四、分析题（共20分，第1题12分，第2题8分）

1、如图1所示机械传动系统，已知I轴转向，试分析：（在图上画出

或者写出）

（1）为使II轴所受的轴向力最小，确定两斜齿圆柱齿轮螺旋线的方

向；

（2）确定蜗轮旋转方向和螺旋线方向；

⑶画出II轴上斜齿圆柱齿轮受力的三个分力的方向；

⑷画出II轴上锥齿轮受力的三个分力的方向.

图1

2、图2所示为三级减速装置传动方案简图，要求总传动比i=50,这样

布置是否合理？为什么？试画出合理的传动方案简图（不采用蜗杆传

动）

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某传动装置，根据工作条件决定采用一对角接触球轴承（如图

3）,暂定轴承型号为7307ACo已知：轴承荷载，，，转速，取载荷系

数，预期寿命。试问：所选轴承型号是否合适？

备用公式：

对于球轴承

图3

六、结构设计（10分）

图6

哈工大

2022年机械设计试题及答案

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一、填空题及选择填空题（27分，每空1分）

1.当动压润滑条件不具备，且边界膜遭破坏时，就会浮现、

和_同时存在的现象，这种磨擦状态称为O

2o一公称直径为d=16mm的罗纹副，罗纹头数n=2,螺距p=4mm,

螺

纹中径d2=D2=14mm,牙侧角0=15。，罗纹副材料的当量磨擦系数

〃=0。08~0。10,经计算该罗纹国］—自锁性要求。

a.满足b.不满足

3o导向平键连接的主要失效形式是,设计时通过

限制来进行耐磨性计算;半圆键的缺点

是，所以主要合用于轴端。

4.作为标准普通V带工作面的两侧面夹角为（p=40。,相应的V带轮

轮槽的两侧面夹角则o

a.大于40Qbo小于40。。等于40。。

5o传动带所能传递的最大有效圆周力耳群与、、

___________等因素有关，它们的值越大Fmgax"就越大。

当传递的外载荷超过时,带在带

轮上发生打滑现象；而且在传动比大于1的情况下打滑总是先从小

带轮上开始的，其原因是O

6.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_；软齿面闭式齿轮传动最主要的失效形式是___；

高藁载齿轮传动易发生;轮齿的塑性变形蔽蠢

齿面材料较软、低速重载、频繁起动的传动中.

7o下列齿轮参数中，对齿形系数y没有影响的是.

a.齿数b.变位系数co齿顶高系数d.压力角e。模数

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8o按国家标准GB/292・93规定，型号7212C/DB轴承的类型

为，宽度类型为_，精度等级为_：公称接触角a=

Qo

9o对于转动的滚动轴承，其主要失效形式是；对于不转动、低

速或者摆动的轴承，主要失效形式是；对于高速轴承，

是其主要失效形式。

10o滑动轴承普通由轴颈、轴瓦、轴承座三者组成，其失效形式主要

是，主要发生在上。

二、问答题（24分,每小题4分）

1,齿向载荷分布系数年的物理意义是什么？改善齿向载荷分布不均匀

状况的措施有哪些？

2O试述齿轮传动的设计准则.

3.按在支撑轴上零件传递运动和动力时受到的载荷类型的不同，轴分

为那几种类型?并分别举例说明。

4,给出滚动轴承的当量静载荷P0的定义.

5.同滚动轴承相比，液体磨擦滑动轴承有哪些特点？

6.在一些基本假设条件下，流体形成动压的必要条件是什么？

三、分析计算题（29分，第一小题19分悌二小题10分）

1.一重物匀速升降装置采用如图a所示的机电+圆柱蜗杆传动系统，

已知蜗杆传动的模数m=8mm,蜗杆头数及分度圆直径分别为4=1、

d=80mm,蜗轮齿数z2=50,卷筒直径D=250mmo重物匀速升降的

速度v=40m/min,最大载分量W为4kN,工况系数人按1.0计，试

分析、计算提升重物时的下列问题：

1）该装置以40m/min的速度匀速升起重物1m时，蜗杆应转多少转？

并在图中标明蜗杆的转向、蜗轮轮齿旋向、节点位置处蜗杆及蜗

轮的受力方向.（5分）

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2）若蜗杆与蜗轮齿面间当量磨擦系数「=0.18,该机构能否自锁？（2

分）

3）若重物W=4kN,传动装置总的传动效率为n=0.5,试计算出机电

的输出转矩T灌2是多少？（2分）

4）若蜗轮轴采用如图b所示的两个角接触轴承7209c支撑形式，

L=100mm,蜗杆传动效率％=0。7,卷筒、联轴器（连接蜗轮轴

与卷筒轴）、蜗轮轴上轴承的效率合计为n2=0.8，轴承7209c的

基本额定动载荷和基本额定静载荷分别为C=29800N.0=

23800N,其内部轴向力S=0.4F,径向载荷系数X和轴向载荷系

数Y分别为0o44和lo36,fT=1o0,fp=1o5,试计算轴承II的

寿命§为多少小时？（10分）

2.图c所示为一托架，20kN的载荷作用在托架宽度方向的对称线上，

用四个螺栓将托架连接在一钢制横梁上，螺栓的相对刚度为0。3,螺

栓组连接采用普通螺栓连接形式，假设被连接件都不会被压溃、也不滑

移，试计算：

1）该螺栓组连接的接合面不浮现间隙所需的螺栓预紧力P至少应大

于多少？（接合面的抗弯剖面模量W=12o71x106mm3）（7分）

2）若受力最大螺栓处接合面间的残存预紧力F"要保证6956N,计算

该螺栓所需预紧力F\所受的总拉力F0o（3分）

四、结构题（20分）

1.试说明实现轴上零件轴向固定的五种方法，并分别画出相应于各种

轴向固定方法的结构图；画出模锻轮坯、腹板式大齿轮在转轴的轴

端实现轴向固定与周向固定的结构图（要求齿轮也要画出来）.（12

分）

2.图d和图e为凸缘联轴器的两个半联轴器的将两根轴连接起来的两

种形式的部份结构,请将未画出的其余部份补全，成为完整的结构.（5分）

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3o现有成品一级标准圆柱齿轮减速器一台，输入轴与小齿轮采用普通

平键连接，轴与小齿轮轮毂配合段轴颈直径d=40mm,该轴段长度

l=58mm,键槽长L=50mm,小齿轮轮毂键槽深t=3.3mmo为得到比

现有减速器更大的减速比,现在需要重新设计、更换该减速器的齿

轮。已知重新设计得到的齿轮模数m=3o0mm,小齿轮齿顶圆直径

dai=69mm,齿根圆直径df1=55.5mm,齿宽b[=60mm,如果采用该小齿

轮，试根据上述数据进行分析:该减速器的输入轴是否具有可以继续

使用的可能性？（3分）

一、填空题及选择填空题（27分，每空1分）

1.当动压润滑条件不具备,且边界膜遭破坏时，就会浮现流体磨擦、

边界磨擦和干磨擦同时存在的现象,这种磨擦状态称为混合磨擦.

2.一公称直径为d=16mm的罗纹副，罗纹头数n=2,螺距p=4mm,螺

纹中径d2=D2=14mm,牙侧角B=15。,罗纹副材料的当量磨擦系数

f=0o08、0o10,经计算该罗纹副巨■自锁性要求。a.满足b.不满足

3,导向平键连接的主要失效形式鼠k作面的磨损,设计时通过

限制工作面间的压强来进行耐磨性计算；半圆键的缺点

是键槽对轴强度削弱较大，所以主要合用于轴端.

4.作为标准普通V带工作面的两侧面夹角为p=40Q,相应的V带轮

轮槽的两侧面夹角则b.

a.大于400b.小于40°c。等于40°.

5o传动带所能传递的最大有效圆周力F…与初拉力之、带在小带轮

max----------1）id-*.工――

上的包角“、带与带轮间的磨擦系数f等因素有关,它们的值越

大，

Fmax就越大.当传递的外载荷超过最大有效圆周力下的承载能力

时，带在带轮上发生打滑现象；而且在传动比大于1的情况下，打

滑总是先从小带轮上开始的，其原因是带在小带轮上的包角小于

大带轮上的包角（或者带在大带轮上的包角大于小带轮上的包角)o

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6.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;软齿面闭式齿轮传动最主要的失效形式是齿面疲劳点

蚀；高速重载齿轮传动易发生热胶合;轮齿的塑性变形常发生在

前面材料较软、低速重载、频繁起动的传动中.

7o下列齿轮参数中，对齿形系数Yp没有影响的是e.

So齿数b。变位系数c。齿顶高系数d。压力角e。模数

8o按国家标准GB/292—93规定，型号7212C/DB轴承的类型为角接

触球轴承,宽度类型为窄系列，精度等级为上。，公称接触角a=J5

o■

9•对于转动的滚动轴承，其主要失效形式是疲劳点蚀，对于不转

动、低速或者摆动的轴承，主要失效形式总赢S磁形，对于

高

速轴承，发热以至胶合是其主要失效形式。

10o滑动轴承普通由轴颈、轴瓦、轴承座三者组成，其失效形式主要

是胶合和磨损，主要发生在轴瓦上。

二、问答题（24分，每小题4分）

1.齿向载荷分布系数年的物理意义是什么？改善齿向载荷分布不均匀

状况的措施有哪些？

K和?物理意义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1分，答出3点以上者2

分）

1）齿轮的创造和安装精度f

2）轴、轴承及机体的刚度f

3）齿轮在轴上的布置-一合理选择

4）轮齿的宽度-一设计时合理选择

5）采用软齿面-一通过跑合使载荷均匀

6）硬齿面齿轮一一将齿端修薄、或者做成鼓形齿

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7)齿轮要布置在远离转矩输入端的位置。

2.试述齿轮传动的设计准则

评分标准:以下4点各点1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，还可能浮现齿面胶合，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