东北农业大学工程学院808机械设计基础（含机械原理与机械设计）之机械设计考研题库

2017年东北农业大学工程学院808机械设计基础（含机械原理与机械设计）之机械设计考研题库（一）说明：①本资料为VIP包过学员内部使用资料。涵盖了历年考研常考题型和重点题型。一、简答题.试述寿命系数人仆、在齿轮强度计算中的意义，其值与哪些因素有关？［答案】在齿轮强度计算中，当设计齿轮为有限寿命时，利用寿命系数匕、对齿轮材料的极限接触应力^，“试验值进行修正，利用寿命系数I、对齿轮材料的极限弯曲应力Mm试验值进行修正，使齿轮许用应力的计算更符合设计ZD兄。寿命系数人•、主要与应力循环基数疲劳曲绸旨数m•及所设计齿轮的应力循环次数N有关。其中、=6（血心式中，n为齿轮转速；a为齿轮转一周，同一侧齿面啮合的次数：4为齿轮的工作寿命。.万向联轴器为什么常成对使用？在成对使用时应如何布置才能保证从动轴的角速度和主动轴的角速度随时相等？【答案】万向联轴器当主动轴角速度“为常数时，从动轴的角速度并不是常数，而是在一定范围内变化，这在传动中会弓I起附加动载荷，对使用不利，所以常成对使用。安装十字式万向联轴器时，如要使主、从动轴的角速度相等，必须满足两个条件：（1）主动轴、从动轴与中间件的夹角相等；（2）中间轴上两端的叉形接头在同一个平面内。滚动轴承失效的主要形式有哪些？计算准则是什么？【答案】对于一般转速的轴承（加响岫）,如果轴承的制造、保管、安装、使用等条件均良好，轴承的主要失效形式为疲劳点蚀，因此应以疲劳强度计算为依据进行轴承的寿命计算。对于高速轴承，除疲劳点蚀外其工作表面的过热也是重要的失效形式，因此除需进行寿命计算外还应校验限转速。对于«速轴承（n<Wmin〉可近似地认为轴承各元件是在静应力作用下工作的，其失效形式为塑性变形，应进行以不发生塑性变形为准则的静强度计算。一股来说’带传动的打滑多发生在大带轮上还是小带轮上？为什么？［答案］因为凶〈皿，故打滑总是先发生在小轮上。因为小带轮的接触弧上产生的摩擦力小于大带轮。影响圆柱螺旋弹簧刚度的主要因素有哪些？r*GdGd“【答案】根据弹簧刚度的计算公式匕=顶=咨=函’可知，影响弹簧冈U度的主要因素有:旋绕比C、簧丝直径d、弹簧中径D和弹簧的工作圈数n。其中，知与C的三次方成反比，可见C值对刚度*，的影响很大；且d越大，D越小，n越少，弹簧的刚度就越大。6.什么是材料的疲劳极限(又称无限寿命疲劳极限)?如何表示?【答案】用一组材料相同的标准试件进行疲劳实验，当试件受无限次循环应力作用下而不发生疲劳破坏时的最大应力称作材料的疲劳极限,用。「表示•，为应力循环特征。双向稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算如何进行？【答案】分别计算两个单向稳定变应力的安全系数，和S’，然后计算零件的计算安全系数S”。其强度条件为：Js：+S；简述滑动轴承的特点及使用场合。【答案】(1)滑动轴承的特点：承载能力大；②运转平稳，抗冲击和抗震性能好，噪声小;③结构简单，径向尺寸较小。(2)滑动轴承的使用场合：高速、重载，旋转精度高和有冲击载荷的场合。9.牙嵌式离合器的牙型有几种?各用于什么场合？【答案】牙嵌式离合器的牙型有矩形、三角形、梯形和锯齿形。矩形齿接合、分离困难，牙的强度低，磨损后无法补偿，仅用于静止状态的手动接合；三角形齿接合、分离容易，但齿的强度弱，多用于传递小转矩；梯形齿牙根强度高’接合容易，且能自动*曜牙的磨损和间隙，因此应用较广；锯齿形牙根强度高，可传递较大转矩，但只能单向工作，反转时由于有较大的轴向分力，会迫使离合器自动分离。10.—闭式齿轮传动中，一对配对齿轮桝4均为45号钢，小齿轮调质处理.大齿轮正火处理’其强度计算准则是什么？为什么？［答案］强度计算准则：按齿面接触疲劳强度设计，按弯曲疲劳强度校核。因为齿轮经过调质处理和正火处理只能达到软齿面的效果，所以应按闭式软齿面齿轮传动进行设计计算。二、分析计算题.如图］所示为蜗杆-斜齿圆柱齿轮-直齿锥齿轮三级传动’已知：蜗杆为主动’蜗轮轮齿旋向如图所示，欲使I、n轴上的轴向力同时为最小，试在图中标出：(1)各轮转向：斜齿轮3、4的轮齿旋向：各轮轴向力尸•的方向。【答案】(1)各轮的转向如图2所示。首先，已知锥齿轮的轴向力是从小端指向大端，因此,锥齿轮5的轴向力方向水平向右。为使III轴上的轴向力最小,斜齿轮4的轴向力方向应水平向左,从而斜齿轮3的轴向力方向水平向右。同理，为使II轴上的轴向力最小，蜗轮2的轴向力方向应水平向左，从而蜗杆1的圆周力方向水平向右。又蜗杆主动，故蜗杆的转向1如图2所示。再根据蜗轮2的旋向，可知蜗杆I的旋向也是右旋，根据主动轮的右手法则，可知蜗杆I的轴向力方向垂直纸面向里，则蜗轮2的圆周力方向垂直纸面向外，故蜗轮2的转向〃2如图2所示。斜齿轮3的转向〃*小相同，根据啮合关系，可得斜齿轮4的转向，小同理可得锥齿轮的转向(2)斜齿轮3、4的轮齿旋向如图2所示。由(1)的分析可知，斜齿轮3的轴向力方向水平向右，转向如满足主动轮的右手法则，故斜齿轮3的轮齿旋向为右旋，则斜齿轮4的轮齿旋向为左旋。(3)由以上分析，可得各轮轴向力方向如图2所示。图2.说明流体动力润滑径向滑动轴承的成膜过程，轴承设计时的设定参数和性能参数。【答案】径向滑动轴承的成膜过程如图1所示。图1(a)为静止状态：图1(b),(c)为启

动中；图(d)为形成液体润滑后的平衡状态。油膜压力将轴推向滚动的相反方向。图滑动轴承通常有多个参数，一般根据工作要求和经验先设定一些参数，然后验算性能参数。这些设定辭有：(1)转速僵通常是己知的。(2)几何参数：轴径d(已知),轴承宽度B,半径间隙s=E相对间隙VT=7(3)黏度中当n大、P小、C小时，可选较大的中否则选小的小轴承的性能参数或称为轴承的设计要素，它反映了轴承的工作性能，具体有：。最小油膜厚度5摩擦系数f；◎温升△心润滑油流量。.某单向运转的传动轴上安装有一对相同型号的角接触球轴承，已知：两轴承所受的径向支反力分别为EI500N和梧瑚ON,外加轴向力为"2000N,但方向不定，已知内部轴向力的计算公式为S=I・MF,(1)试确定轴承计算时间所用的当量动载荷P。(取X=0.35・Y=0.57,时)(2)如轴向力A由轴上的斜齿轮产生，【答案】(1)两轴承内部轴向力分别为：S,=1.14^,=1.14x1500=1710N(向左)$=1.14%=1.14x2800=3192N(向右)因为故外加轴向力A的方向向左。因为.MA=I7IO+2OO()=37IONA£,故车由承1放松，/；,=5,=17I0N：轴承2压紧，%=§+A=37ION“两轴承的当量动载荷分别为：= +^,>=0.35x150()+0.57x1710=I499.7N女=*( +气>=0.35x280()+0.57x3710=3094.7N(2)齿轮的旋向为左旋。因为转向n和轴向力A符合主动轮的左手法则。14.设计一液体摩擦径向滑动轴承’工作情况稳定’采用剖分式轴承。已知轴承载荷，"立MON,轴颈直径d=152mm.轴的转速n-1寸川r/mm［答案】(I)选择轴承材料及轴瓦结构该轴承转速较高，故选用带轴承衬的轴瓦，并为安装方便，轴瓦采用剖分式结构。轴瓦材料选用ZQSM&3.导热性好；轴承衬选用BhSnSbg由机械设计手册查得"•25MPa,M=80M・(pv|：20MPa•m/s.由于启动、停车时，轴承会处于非液体摩擦状态，故还要进行混合润滑计算。(2)选择宽径比,确定轴承宽度参考机械设计手册，选取B/d=LO.则轴承宽度B=(B/d),d=1.0x152=152mm=0.152m混合润滑验算平均压强：厂岳諜riMPYS滑动速度：卜滁武制殺錦°°°5的m，y°]pv值：”=1.41X7.96=11.22MPa•m/sV「”]故所选用轴承材料合适。选择润滑油参考同类机器，选用22号汽轮机油，在扒时该油的动力粘度为：1=0.015Pa.Ss选择相对间隙V由相对间隙公式取=0.8X10*XUu*-O.8X101X7.96*-0.00134轴承半径间隙r- -76X1.34X10_,-0.102mm计算承载系数Gr F《_32500X(0.00134尸„*^/8~0,015X7.96X0.152(8)求最小油膜厚度、A«,=c(l—e>=0.102(1-0.8)=0.0216mm-=21.6“m(9)确定许用油膜厚度同取轴颈表面粗糙度R，3.2艸，轴瓦表面粗糙度"=3.2呻.并取安全系数k=2,则许用油膜厚度[ft]=*(Rz,+RtJ)=2(3.2+3.2)-12.8可见i>|h"故可以形成流体动压润滑。(10)计算轴承温升△，和轴承平均温度商取3=2000〃〈kg・’C),p=900kg/m.o.小0W/(n「・C),d=152mm=0」52m，由公式可得rF, i3 32500g 鸟买4备^=9.。5r。妁+満200北9畋。。。8+爲牋膈平均温度/--I,+AZ/2=(35〜45>+9.OS/2-(39.53〜49.53)P(11)计算润滑油流量Q因5成7」。双,所以润滑油流量Q=0.IQS^UBd=0.108X0.00134X7.96X0.152X0.152•2.66】5X10smJ/s

(12)计鄭由承摩擦功耗轴承摩擦系数, 34X1.O.W88，.则轴承摩擦功耗：P--fF.U"0.00188X32500X7.96W=486.4W=0.4864kW(13)选择轴与孔的配合因半径间隙c=0"2mm.直径间隙—2c=2x0.1025204mm.按GB18°m选择间隙配合碧孔为夕152。严.轴为机523粉可见最大间隙为〈-0.245〉=0.345mm最小间隙为一(—0J45)=0.145mm所用间隙△在和八”之间，且接近于两者之平均值，故所选配合，合乎应用。15.如图所示由3个挪钉组成的单排搭接挪缝，已知拉力F=25kN，钢板、柳钉材料均为Q215试按等强度条件确定钢板厚度。、板寛卜和挪钉直径d图【答案】单个钏钉所承受的轴力，压力及剪力为：4=乙=R=l-(1)确定许用应力根据材料为Q215.查设计手册得：⑹=200MPa,[op]=400MPa.E=180MPa(2)确定钏钉直径由聊钉的剪切强度条件-得钏钉直径：哥弗诲=5查标准取柳钉直径d=8mm.钉孔直径为8.2mm。(3)确定钢板厚度由挤压强度条件"会$[%]可得钢板厚度：2.54mm2.54mm"zdjp] 3X8.2X400圆整后，取钢板厚度(4)确定钢板宽度

由抗拉强度条件" 可得钢板宽度:3X8.2=66.33X8.2=66.3mmA^ira+a/=3xloo4圆整后，取钢板宽度b=70mm。16.现有如图所示的焊接接头，被焊件材料均为Q23.制，b=170mm,bi=80mm,6=12mm,承受静载荷F=0.4MN.设采用E1303号焊条手工焊接’承受变裁荷F^^O.IMN,F顷=0.2MN.接头强度能否满足要求？Ik产—g1

i&=Lr图单盖板对接焊接接头

【答案］对于承受变载荷的焊接件，焊缝及被焊件的许用应力应乘上降低系数/，且:如果计算得到的,21’取，7=1。对于对接焊缝，查设计手册取“=1，=。.5,得:'■或对于搭接焊缝，查设计手册取“=1・5方=1.得：L5TX黔L5TX黔i综上可知，许用应力并无变化，该接头强«仍满足要求。17.设计露天用的电动绞车中卷筒两端的滑动轴承。己知钢丝绳拉力为F2N卷筒转速”23如n.轴径J布皿.其余尺寸如图所示。图图【答案】(I)选择轴承类型和轴承材料工作要求不高’速度低’采用不完全油膜滑动轴承。为装拆方便，轴承采用对开式结构。由于钢丝绳拉力为F=20kN,则轴承受最大径向载荷为REON.因此载荷不大，査表选取冴质両肪膈作为轴承材料，其IP】=5MPa.|pv|-10MPa-m/s.(2)选择轴承宽径比选取BAJ5.5项B=1.5x60mm=9()mm(3)验算轴承工作能力①验算P值1A叢％MP-3.2顼，2验算叫值辨=西羸-滸若爲MEM=。.25f<15可知轴承P、P。均不超过许用范围。因轴颈工作转速不高，故不必验算」由验算结果知，设计的轴承满足工作能力要求。(4)选择轴承配合和表面粗糙度参考有关资料，选取轴承与轴颈配合为H"轴瓦表面粗糙度Ra为3.2呻。轴颈表面粗糙度两值为1.6jun.18.—液体润滑径向滑动轴承’轴颈上载荷转速n=500r/mii).轴颈直径d=200mm.轴承盘=100kN径比R/d=l.轴及轴瓦表面的粗糙度为R,=0.0032mm.R,二。.岫岫设其直径间隙"50mm.工作温度为50°C,润滑油动力黏度"“。拓MPa•、取S=2°试:(1)校核该轴承内是否可形成动压液体润滑。(2)计算轴承正常工作时偏心距eo承受最大载荷时有：瞄时即：心其中半径间隙沪?由此可得偏心率:+&)__2X(0.0032+0.0063) ,Ra=* 0,0由B/d=I及度0•狎查设计手册得承载量系数：C‘5.75又有相对间隙：号鵠7。。"5所以：丄苧=^^^=255故轴承可形成动压液体润滑。r_ 10’XO.WH25’(2)承载量M数："-神8_0.045X12^X0.77^由B/d-I及L658查表插值得偏心率：次.做•所以正常工作的偏心距e：。•攻・哮X0.666-0.08319.试求如图所示轴系中圆锥滚子轴承I、II的轴向载荷A与A的大小。图【答案】(1)n= =(2500-1500)N=1000N,指向轴承I。计算轴向负荷，*矩于'..A,-5.-/-A-所以IW、IA_.-S，如00、轴承^lA.=SI-FA=<1500—1000)N=500N所以1"”、20.MW自锁性能的蜗杆传动’其啮合效率为什么小于0.5?【答案】(1)解法一蜗杆传动的啮合效率为：fn；；%'由反行程自锁条件R2y,若以知=y代入啮合效率公式，即得tan—_tany" tan(，+的) tan(/4-y)=tany=t&n，=】一ta—y

~tan2/~2uin—— 21—tan2/=丄_坦&丄2 2V2(2)解法二由蜗杆传动的啮合效率：功=—皿—= 皿 1 tan(y+的) tany+tan。.1—tany•tan災=tany(l—tany・tany»)＜tanytan/+tany,,tany+tan^代入反行程自锁的条件＞＜代,即代以tan的Ntany,则得nVtany一J_

力V2tan/_~2

因此，具有自锁性能的蜗杆传动’其啮合效率总是中＜0丘三、结构设计题21.如图1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。图1［答案】可在零件1上圆周方向上等分圆周位置加2至3个螺纹孔，用螺钉顶轴承外圈拆卸,如图2所示。2017年东北农业大学工程学院808机械设计基础(含机械原理与机械设计)之机械设计考研题库(二)说明：①本资料为VIP包过学员内部使用资料。涵盖了历年考研常考题型和重点题型。一、简答题.在V带传动设计中，为什么小带轮的包角不能过小，并给出几种增大小带轮包角的措施？［答案］因为带的包角过小，容易导致带传动发生打滑失效。当其它条件不变时，可以通过减小传动比、加大中心距、增大小带轮的基准直径以及使用张紧轮张紧装置等手段来增大小带轮的包角。.链传动为何要适当张紧？与带传动的张紧目的有何区别？［答案］链传动张紧的目的，主要是为了避免在链条的垂度过大时产生啮合不良和链条的震动现象；同时也为了増加链条与链轮的啮合包角。当两轮轴心连线倾斜角大于60°时，通常设有张紧装置。带传动中由于传动带长期受到拉力作用，将会产生塑性变形，使带的长度增加，造成张紧能力减小，影响带的正常传动。为了保持带在传动中正常的传动能力，通常使用张紧装置。.说明下列轴承代号的含义及其适用场合：6205.N208/PL72O7AC/P5.3020<).【答案】620505-内径代号，心x5mm=25mm：(0)2-尺寸系列代号；。.轴承系列代号，表示深沟球轴承，主要承受径向载荷，也能承受一定的双向轴向载荷，可用于较高转速。N208/P408-内径代号，d=5x8mm=K)mm：(0)2-尺寸系列代号；轴承系列代号，表示圆柱滚子轴承；pl公差等级为4级；适用于承受较大径向载荷的场合。7207AC/P507-内径代号，d=・5x7mm=35mm：(0)2-尺寸系列代号；：•轴承系列代号，表示角接触球轴承-25-;P5公差等级为5级；适用于承受径向和较大轴向载荷。3020909-内径代号，d5X9皿"廁mm尺寸系列代号；T由承系列代号，表示圆锥滚子轴承；适用于承受较大径向和轴向载荷，这种轴承内、夕卜圈可分离，便于调整游隙。链传动的主要参数有哪些？如何选取？［答案】链传动的主要参数有：传动比i,链轮齿数z,链速V,链节距P，中心距a和链长。选择时应痛：(I)传动比匸一般传动比&当此2m/s且载荷平稳时可达10,推荐i=2〜3「传动比过大则链在小齿轮上包角过小，将加速齿轮的磨损，通常包角应不小于120。，(2)链轮齿数7：链轮齿数不宜过多或过少。齿数过少，运动的不均匀性、动载荷和冲击载荷将增大，降低使用寿命。建议在动力传动中，滚子链的小齿轮齿数选取如下：v=0.6~3m/s,zi>15~17；v=3~8m/s,z&19〜21：v>8m/s.Zi>23〜25。传动比大的链传动应选取较少的链轮齿数。当链速很低时，允许最少齿数为9。链轮齿数不宜过多。链节距增量不变时，链轮齿数愈多，分度圆直径增量国项=扁Mtl )愈大，链愈容易移向齿顶而脱落。因此’链轮最多齿数限制为5=120。在选取链轮齿数时还应考虑到均匀磨损的问题。建议链节数选用偶数,链轮齿数最好取奇数。链速\，：链速应不超过12m/s,否则会出现过大的动载荷。对高精度的链传动,以及用合金钢制造的链’链速允许到20〜3OWs。节距P：链节距愈大，链的拉曳能力也愈大，速度的不均匀性及震动和噪声也随之增大。故承载能力足够时宜选小节距的单排链，高速重载时可选小节距多排链。中心距和链长：当链速不变时，中心距小、链节数少的传动，在单位时间内同一链节的屈伸次数增多，会加速链的磨损。若中心距太大，会引起从动边垂度过大’传动时造成松边颤动,使传动运行不平稳。若中心距不受其他条件限制，TS可取a=(30〜50)p.最大中心距0^=8(^链的长度常用链节数、表示，其计算公式为2p\27T/a式中a为链传动的中心距。计算出的链节数4应圆整为整数，最好为偶数。然后根据圆整后的链节数用下式计算实际中心距为“十J(L再“(宫j】影响传动速度不均匀性的主要参数是什么？为什么？［答案］影响传动速度不均匀性的主要参数是链节距P。在链传动中，链节距P越大，链轮的转速越高，链传动的动载荷效应越严重，所以链传动不宜用于高速传动，在设计链传动时必须对链速加以限制。在选择参数时，选取较小的链节距，对降低链传动的运动不均匀性是有利的。6.什么是有初拉力的圆柱螺旋弹簧？有初拉力和无初拉力的圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线在载荷变形图上有什么不同？初拉力如何形成?有初拉力的弹簧有什么优点？【答案】有初拉力的弹簧在自由状态下就受有初拉力F。的作用，其特性曲线见图(以当外载荷小于阮时，有初拉力的弹簧不伸长，只是各圈之间的并紧力减小。对比图(b)无初拉力的弹簧特性曲线可知，在变形X相同时，有初拉力的弹簧可承受较大的载荷，即凡＞凡(两弹簧其他条件都相同\初拉力是卷制弹簧时，使各弹簧圈并紧而产生的。有初拉力的弹簧优点是：尺寸紧凑，质量较轻。7.提高螺栓联接强度的措施有哪些？【答案】有5种。(D改善载荷在螺纹牙间的分配,如：环槽螺母，目的是使载荷上移悬置螺母，使螺杆螺母都受拉。减小螺栓的应力幅，如采用柔性螺栓，目的是减小联接件的刚度。减小应力集中，如采用较大的过渡圆角或卸荷结构。避免附加弯曲应力，如采用凸台和沉头座。采用合理的制造工艺，如：滚压、表面硬化处理等。8.滑动螺旋的主要失效形式是什么？其基本尺寸(即螺杆直径及螺母高度)通常是根据什么条件确定的？【答案】滑动螺旋的主要失效形式是螺纹磨损。因此，滑动螺旋通常是根据耐磨性条件算出螺杆直径和螺母的高度，并参照标准确定螺旋副各主要参数，然后进行强度、自锁、稳定性等校核。9.润滑剤中加入添加削的作用是什么？【答案】为了改善润滑油和润滑脂的性能，或适应某些特殊的需要，应加入一定的添加剂，例如加入抗氧化的添加剂，可抑制润滑油氧化变质等。.弹性套柱销联轴器与弹性柱销联轴器在结构和性能上有什么相同和不同之处？［答案］弹性套柱销联轴器是用带有非金属元件的弹性套来实现连接的：弹性柱销联轴器是用聚酰胺尼龙代替弹性套柱销联轴器中的柱销和弹性套。后者结构更加简单，为防止销滑出，在半联轴器外侧设置了挡板。性能方面：前者靠弹性套的弹性变形来缓冲减振和补偿偏移，适用于起动频繁、载荷变化但载荷不大的场合：后者由于聚酰胺有一定的弹性，也可以缓解冲击和减振'也靠弹性变形来补偿偏移量，适用于载荷和转速变化的场合。二、分析计算题

.图所示减速器的低速轴与凸缘联轴器及圆柱齿轮分别用键联接。已知轴传递的功率P二9kW转速n=100r/min.轴和齿轮的材料均为钢・联轴器材料为铸铁，工作时有轻微冲击，试选择两处键的类型和尺寸，井校核其联接的强度。p Q【答案】轴传递的转矩丁=9550000—=9550000x—N•mm=859500N•mmn 100(1)凸缘联轴器处键的选择与校核①类型与尺寸。由于在轴端，所以选C型普通平键，查手册得b=20mm,h=12mm,L=②强度校核。由公式知2T

而4T 4x85950070x12x(110-10)2T

而4T 4x85950070x12x(110-10)MPa=40.9MPa<[ap]查设计手册得该处键联接的许用应力=50〜50MPa,因％V，故满足强度要求。图(2)圆柱齿轮处键的选择与校核①类型与尺寸。选A型普通平键，查手册得6=25mm.h=14mm,L=80mm。②强度校核。由公式知2T4T4x859500 『…《r,“P=而== MPa=49.6MPa<查设计手册得该处键联接的许用应力岛1=100〜120MPa,因GpV㈤做满足强度要求。.如图1所示为某减速装置传动简图。已知输出转动方向如图示，为使II、III轴上的轴向力最小’要求：(1)图中标出1、II、HI轴的转动方向；(2)确定蜗轮2和斜齿轮3、4的螺旋角方向：(3)图中标出蜗轮2、斜齿轮4啮合点处所受各分力的方向。

【答案】（1）1、n、m轴的转动方向如图2所示。具体确定过程如下：首先,根据IV轴（锥齿轮6）的转动方向爵，可知III轴（锥齿轮5）的转动方向5，然后，n轴的转动方向％也可以确定。根据锥齿轮的车由向力方向是由小端指向大端，可知锥齿轮5的轴向力方向水平向左，为使m轴上的轴向力最小，斜齿轮4的轴向力方向应水平向右。则斜齿轮3的轴向力方向水平向左。为使II轴上的轴向力最小，蜗轮2的轴向力方向应水平向右，则蜗杆1的圆周力方向水平向左。可知I轴的转向叫为顺时针方向。（2）根据斜齿轮3的转向〃“和轴向力方向为水平向左，满足右手定则，则斜齿轮3的螺旋角方向为右旋。则斜齿轮4的螺旋角方向为左旋。根据蜗轮2的转向〃何知蜗轮2的圆周力方向垂直纸面向外，贝II蜗杆I的轴向力方向垂直纸面向里。蜗杆I的转向和轴向力方向满足右手定则,蜗杆1的螺旋角方向为右旋。可知，蜗轮2的螺旋角方向也为右旋。（3）蜗轮2、斜齿轮4啮合点处所受各分力的方向如图2所示。.—对内啮合的标准直齿圆柱齿轮传动。己知转速用=1000師，心250啊,大齿轮的节圖直径d.=300mm,载荷系数K=l，接触力影响系数2=&4，目00（N/mm）".当传递的功率为P,=20kW.并取齿竟系数7a=0.s时，其齿面接触应力则为多少？（附齿面接触应力计算公式：7=9.55xloMI【答案】根据齿轮传动的传动^芸二言尚號二屯可得:.d2300a.=—= mm=75mm14 4“=金=4*又％=—，故人==°・8x75mm=60nim。4根据公式，则有：p 20T.=9.55x10°旦=9.55x1O'*x——N-mm=191000N・mmnt 1000由于是内啮合齿轮传动，公式中应用土号应取故齿面接触应力为：5曆jx废弊"5.以滑轮为例’绘简图说明，当提升重量不变时，固定心轴和转动心轴哪一种具有更长的使用寿命？【答案】固定心轴和转动心轴的结构简图如图所示。由于固定心轴在工作过程中固定不动，因此只受弯曲静应力，考虑到工作过程中有装桐口卸载，此弯曲静应力可看作脉动循环应力％；转动心轴每转一周，轴上各点所受的应力也变化一个周期，所以此弯曲应力为对称循环变应力J。而一般情况下，因此，固定心轴具有更长的使用寿命。图

15.图所示起重卷筒与大齿轮为双头螺柱联接，起重钢索拉力F=50kN.卷筒直径D100mm.利用双头螺柱夹紧产生的摩擦力矩将转矩由齿轮传至卷筒，八个螺柱均匀分布在直径D“=500mm的圆周上.试计算双头螺柱的直径。螺柱强度级别4.6级，联接接触面间摩擦因数f0.15.可靠性系数Kf=1.2。图【答案】图【答案】起重力矩T-FD/2=50xl0'x400N-mnV2=10rN-mm由结合面不发生滑移的条件宙'zD(,/2>K,T,得螺栓的预紧力F'2KtTF'2KtT2x1.2x1070.15x8x500N=40000N13矿 <t240螺柱的强度条件。=寂W[^]=y=島MP&=160MPa由上述关系式可得^'J琴*/'二當％1=20-3mm选螺柱直径d=24mm,其小径di=20.752mm>20.3mm°.如图1所示为一蜗杆与斜齿轮组合轮系，已知斜齿轮4的旋向与转向如图，蜗杆为单线,di=IOmm.蜗轮d/OOnim,z=20,斜齿轮3的分度圆直径d=50min.中间轴的扭矩T 试求：(I)为使中间轴的轴向力相反，试确定蜗轮旋转及蜗杆转向。(2)为使中间轴上轴向力相互抵消，8应取多少？(3)标出点a的各受力方向。【答案】(1)由齿轮4的旋向及转向可知，齿轮3的旋向为右旋，转向从左向右看为逆时针。根据主动轮3的右手法则可知，齿轮3的轴向力方向水平向左。为使中间轴的轴向力相反，故蜗轮2的轴向力方向水平向右。由蜗轮轴向力与蜗杆圆周力大小相等，方向相反的关系可知，蜗杆1的圆周力方向为水平向左，因此,蜗杆的转向为顺时针。根据蜗轮2的转向(同齿轮3)从左向右看为逆时针可知,其在啮合点的圆周力为垂直于纸面向外’由蜗轮圆周力与蜗杆轴向力大小相等,方向相反的关系可知，蜗杆1的轴向力方向垂直纸面向里。又蜗杆主动’其轴向力与转向符合右手法则’所以蜗杆的旋向为右旋’故与之啮合的蜗轮2的旋向同为右旋。(2)蜗轮所受的轴向力七=。=牛齿轮3所受的轴向力七=氏3tan庆=气tan片=響tan四轴向力相互抵消，即尤2=妇，因此，解得：四=14.04。(3)点a各受力方向如图2所示。.图所示轴承中，采用一对角接触球轴承(轴承的附加轴向力的计算式为57R)，轴承的径向载荷分别为R=】5000N・R.-7000N.作用在轴上的轴向外加载荷I=56(冬16312型轴承日).阳当轴承的轴向荷载与径向荷载之比A/RX时，Y=0.«7.卜试计算：(1)两个轴承的轴向荷载A'A；(2)两个轴承的当量动载荷P-P【答案】(1)根据轴承的附加轴向力公式S=0.7/回知，两轴承的附加轴向力分别是:5,=0.7x15000=I0500N S2=0.7x70()。49因为5S：=5600+4900=I0500NT，所以轴承1、2都处于“放松”状态。可知两轴承轴向载荷:

(2)因为夸一爛=°・7A，=0S所以取2=041.*=0.87由于=溫=心＞2°创'故取旳=0-41,L=0.87于是，两个轴承所受的当量动载荷分别为：4=K(X*+xA)=IX(0.4lx15000+0.87x10500)=15285NA=厶(X：%+匕人2)=1x(0-41x7000+0.87x4900)=7133N.—圆柱形拉伸螺旋弹簧，用于高压开关中，已知最小工作载荷H=615N.最大工作裁荷F-2070N-弹黄丝直径d=10mm,外径D=90mm.工作圈数n=20,弹簧材料为60Si2Mn.裁荷性质属于II类。(I)求弹簧的工作行程。(2)在最大工作载荷作用下，弹簧是否会断？［答案】(I)计算弹簧工作行程弹簧中径D2=D—d=(90—10)mm=80mm旋绕比广480&c=7=7o=88心8X2070X818心8X2070X81x2080000x2fgmm%= =9.8N/mm%= =9.8N/mm==鴛5=62.8«^==鴛5=62.8«^k7.o弹簧工作行程h=ix—（212—62.8）mm=149.2mm(2)校核弹簧的强度许用应力由设计手册查得E=640MPa曲度系数°4C-10.6154x8-】0.6)5.IO*=4CZ4+—=4^834+_8~=L，8弹簧危险剖面的最大剪应力r=K=1.18x8^^~MPa=497.6MBa因ZE，所以强度合格，弹簧不会断裂。

.下列蜗杆传动-齿轮传动的二级传动示意图中（图（a））,已知：主动右旋蜗杆的转速m=955r/min,顺时针转’功率R=2kW.蜗杆传动比i=30,单头，蜗杆分度圆直径山=40mm,模数m=1mm.传动效率|]=0.?蜗轮端面齿形角（比=20°：齿轮3、齿轮4为一对斜齿轮。求：（1）蜗轮的转向及轮齿上受到的轴向力的方向（画在图上＞（2）标出蜗轮的螺旋方向，为使II轴所受的轴向力较小，确定齿轮3、齿轮4的螺旋方向（标在图上）：（3）计算蜗轮所受的3个分力的大小。【答案】（以（2）如图（b）所示。（3）计算蜗轮所受3个分力的大小。蜗杆轴转矩：/•-9.■-r9.55X契哗：20（N・m）蜗轮轴转矩：T2=T,-i・1)=20X30X0.7=420(N-m)蜗轮分度圆直径：d2=mz=mizi=4X30X1=120(mm)因此，蜗轮上圆周力：处=头2X殺1000二7000(N)蜗轮上轴向力：/■ =2'2纹」瓯=iooo(N)d\ 40蜗轮上径向力:Fr-=F,2tana=7000X(an20°=2548(N)20.一农用水泵,决定选用深沟球轴承’轴颈直径d=35mm,转速『2900面n，已知径向载荷I小I0N,轴向载荷L740N预期计算寿命L，(,-6000h.试选择轴承的型号。［答案］根据轴颈直径和轴承所受载荷试选轴承型号为6207。查手册得该轴承的额定动载荷C=25.5kN,额定静载荷—kN。曰3705200=0.049,由设计手册查得判断系数"困因F必=7仰⑻0=0.4l>e，由设计手册查得径向载荷系数X=0.56,轴向载荷系数Y=1.71o查设计手册得载荷系数心丄查设计手冊得温度系数「⑷当量动载荷卩币(XF『+YF,>I.1X<0.56X1810+1.71X740)N2506.9N轴承寿命4屬号)、裁66(M06^)，hs6048-7h>6000h满足要求，故该型号轴承合适。三、结构设计题【答案】主要结构歸吴分析如下：a•钗制孔螺栓联接(I)螺纹的大径应小于饺制孔配合直径(2)弹簧垫圈的切口倾斜方向错误(3)螺纹部分长度不够(4)螺栓无法由下向上装入双头螺柱験(1)螺纹孔的的深度应大于螺杆拧入深度(2)螺纹孔内没有光孔，深度应大于螺纹孔,否则螺纹不能加工(3)上端螺柱的螺纹部分长度不够(4)下端螺柱无螺纹部分不可能拧入被联接件2的螺纹孔(5)上边的被联接件应该有通孔，其孑曜应大于螺杆直径螺W接(1)螺钉头的周围空间尺寸太小，更没有扳手空间，圆柱螺钉头也不能拧紧(2)上面的被联接件必须为光孔，不能是螺纹孔

(3)下面的被联接件应有螺纹，(4)光孔的直径应与螺纹小径近似相同，而不是等于螺纹大经(5)缺少防松措施图2图22017年东北农业大学工程学院808机械设计基础(含机械原理与机械设计)之机械设计考研题库(三)说明：①本资料为VIP包过学员内部使用资料。涵盖了历年考研常考题型和重点题型。一、简答题.机械零件常见的主要失效形式有哪些？(至少说出五种)［答案］机械零件常见的主要失效形式有：(1)打滑和疲劳破坏是带传动的主要失效形式；(2)链条疲劳破坏、校链磨损、钗链胶合、过载拉断等式链传动的主要失效形式；(3)轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形等是齿轮传动的主要失效形式；(4)齿面点蚀、胶合、磨损和轮齿折断等是蜗杆传动的主要失效形式。(5)疲劳点蚀、轴承塑性变形、轴承磨粒磨损等是滚动轴承的主要失效形式。.切向键是如何工作的？主要用在什么场合？【答案】切向键有两个斜度为1:10。的楔键组成，上下面为工作面。靠工作面的挤压力和轴毂间的摩擦力传递转矩。用于轴径大于NOmm,对中性要求不高，而载荷很大的重型机械上。制造轴的常用材料有几种？若轴的刚度不够，是否可采用高强度合金钢提高轴的刚度？为什么？【答案】制造轴的常用材料有碳素钢和合金钢。若轴的刚度不够，不可采用高强度合金钢提高轴的刚度，因为合金钢与碳素钢的弹性模量相差不多。什么是滚动轴承的基本额定动负荷？【答案】2”时所能承受的最大载荷。何为互换性?互换性在机械制造业中的作用是什么？【答案】(I)互换性指在机械和仪器制造工业中，零、部件的互换性是指在同一规格的一批零件或部件中，任取其一，不需任何挡谜或附加修配就能装在机器上，达到规定的性能要求。(2)互换性在机械制造业中的作用：从使用方面看，当零件损坏以后，可以用同样规格的零件换上，快速简单；从制造方面看，互换性是提高生产水平和进行文明生产的有力手段。装配时,不需辅助加工和修配，故能减轻装配工人的劳动强度，缩短装配周期，并且可使装配工人按流水作业方式进行工作，以致进行自动装配，从而大大提尚效率。6.为什么采用两个平键时，一般布置在沿周向相隔180。的位置:采用两个楔键时，相隔机120。:而采用两个半圖键时，却布置在轴的同一母线上？［答案】这是从尽量减小对轴的强度削弱考虑的，同时又考虑了各类键的特点。两个平键相隔180。布置’工作面上产生的挤压力的方向正好相反，不会产生附加应力，并且全部转化为扭转力矩，减少了轴受损的可能。若两个平纜相隔不为180。如图所示，片仁旦sina・^cos。工。：工作面上产生的挤压力在轴上的合力F不为零，大小为F=而厲慕声而匸寥奇＞0:这个力相当于轴上的附加力，对轴的工作产生不利影响。采用两个楔键时，如果也相隔180。布置，贝。楔紧时只是两个楔键的顶面与轮毂键槽的底面接触，轴和轮毂不接触，工作可靠性差。两个楔键相隔"〜120”，则楔紧后轴和轮毂也接触楔紧，增加了工作可靠性。由于轴上半圆键槽较深，在同一截面处加工岀两个键槽会大大削弱轴的强度，所以采用两个半圆键B寸应布置在轴的同一魂上。图7.蜗杆传动有何特点？【答案】蜗杆传动的优点是单级传动比大，传动平稳，结构紧凑；缺点是传动效率低，制造跡高。8.试述齿轮传动中，减小齿向载荷分布系数。•的措施。【答案】齿轮传动中，减小齿向载荷分布系数孔的措施有：(1)提高支承刚度，减小受力变形。(2)尽可能使齿轮相对于轴承对称布韻远离转矩输入端。(3)合理确定齿轮成避免齿轮过宽。(4)提高制造和安装精度。(5)对轮齿逬行沿齿宽方向的修缘。.在设计滚动轴承组合部件时，轴上的零部件通常需要设计调整，试回答都需要做哪些调整？通常采用的调整方法有几种?如图所示的轴承组合部件1和2处的零件都是起何作用的？图［答案］在设计滚动轴承组合部件时，需要做轴承游隙及轴上零件位置的调整。常用的调整方法有：(1)零件的轴向定位：轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖、圆螺母等;(2)零件的周向定位：键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。图所示的轴承组合部件1是轴承端盖与套杯间的调整垫片，作用是调整轴承游隙：部件2是套杯和机座间的调整垫片,作用是调整轴系的轴向位置。.斜齿轮的当量齿轮是如何做出的？其当量齿数Zv在强度计算中有何用处？【答案】斜齿轮的当量系数二。邛与D值的大小有关。在强度计算中确定齿形系数％■与应力校正系数丫细时按当量齿数之查取。二分析计算题.某齿轮融器中有两对直齿圆柱齿轮传动•双联主动齿轮1、3分别与从动轮2、4相啮合，齿敛如图所示’各齿轮的材料、热处理硬度、模数均相同，主动轮输入转矩丁不变。试问：(1)当两对齿轮接触齿宽相同时，哪对齿轮的接触应力大，哪个齿轮弯曲应力大?为什么？(2)当齿轮对1、2的接触齿宽能30mm,而两对齿轮要求弯曲瞰相等时，齿轮对3、4的接触齿宽h应为多少(忽略％,Ys』)?【答案】(1)①齿轮1、2的接触应力最大。因为齿轮1、2接触应力相同，齿轮3、4接触应力相同，而两对齿轮的齿数k但为2,因而表面接触应力为b〃=J詩牛Z/Z〃=僑乙Z”，在轴1上，％>%，,因而齿轮3表面接触应力v齿轮1表面接触应力，故1、2齿轮表面接触应力最大，且：血=虹五=2°*H3 4 %②齿轮1的弯曲应力最大。弯曲应力“_2KT",设轮4传递的扭矩为4，不考虑摩擦，则有Ta= =*•联立上式比较可得两对齿轮应分别按齿轮1、4校核弯曲强度。因为4次4=30，比较可得最大。(2)两对齿轮弯曲强度相等，即：=有：'"-弓bi4m~z4所以妇=如=15|1血即齿轮3、4的齿宽为=15mm时，两对齿轮的弯曲应力相同。.如图1所示为电动机驱动的带传动和锥一柱齿轮传动系统的水平布置图，要求在图上标出：(1)由带传动的特性确定各轴转向。(2)为使减速器中间轴(HI)受轴向力较小，试确定斜齿轮3、4的螺旋角方向。(3)确定齿轮1、4的受力方向(分别用圆周力氏、径向力氏、轴向力乙表示在啮合点处，垂直指向纸面用③-垂直离开纸面用。表示)

【答案】（1）各轴转向如图2所示。斜齿轮3的螺旋角方向右旋，斜齿轮4的螺旋角方向为左旋。锥齿轮2的轴向力方向从小端指向大端，为使中间轴（HI）受轴向力较小，斜齿轮3的轴向力方向应该为竖直向上，与斜齿轮3的转向满足右手法则，故斜齿轮3的螺旋角方向应为右旋，斜齿轮4的螺旋角方向与斜齿轮3相反。齿轮I、4的受力方向如图2所示。图12.—机器底座用1。个螺栓与地基联接，如图所示。已知：螺栓之间的相对距离为100mm,所受的工作载荷为M=5000N・m,试设计此螺栓组联接的螺栓直径。【答案】取整个螺栓组的螺栓为同一直径,每个螺栓所加的预紧力也相同。（1）螺栓组的受力分析由于螺栓组只受一翻转力矩M,则由图看出，左边的两个螺栓1、10受力最大，其工作载荷

4X(20024-1002)F=TV色°=5也次漕=50004X(20024-1002)(2)求螺栓的预紧力F因为工作载荷M无变化，故残余预紧力F"=(0.2〜0.6)F取F"=0.5F=0.5x5000=2500N螺栓总拉力R=F+F"=5000+2500=7500N螺栓的预紧力F'=F'+爲云F式中碁云=】—念；泠-相对刚度系数，因为无垫片，取鑫=°・2,则有c?4-72=0&所以螺栓的预紧力F'=F”+0.8F=2500+0.8x5000=6500N(3)螺栓的静强度计算选择螺栓材料为强度等级为4.6的A3钢，可查得其材料屈服极限o、=240MPa：取安全系数"=2,得螺栓材料的许用应力[G]=W"=240/2=120MPa,根据式(10-20)求得螺栓危险剖面直74X1.3F74X1.3F010.171mm/4X1.3X7500

10.171mm经查机械设计手册’取螺栓的公称直径为d=12mm。.一对等顶隙收缩齿渐开线标准直齿锥齿轮传动，已知Z—I8,z‘=54,m=10mn，0=20。，加=1.两轴夹角£=90。,求两齿轮的分度圆锥角、分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径、锥距、齿顶角、齿根角、齿顶锥圆角、齿根锥圆角及当量齿数。【答案】(1)分度圆锥角z, 18<5.=arelan=arclan,--18.43°z, 54&=90°-5,=90°-18.43°=71.57分度圆直径d(=mzi=10xl8mm=180mm4=01/3=10x54mm=540mm齿顶圆直径f/4i=d,+2A0cos5)=(180+2xIx10xcos18.43°)mm=198.97mm妇=%+2/j.cos5,=(540+2x1x10x(os71.57°)mm=546.32mm(4)齿根圆直径dn=di—2hfcos6

=[l80-2x(1+0.2)xl0xcosl8.43°lmm=157.23mmdf.=d2—2h(cos5i=(540-2x(1+0.2)xl0xcos71.57°]mm=532.41mm(5)锥距 (5)锥距 (6)齿顶角和齿根角 丿180~+540*mm=284.60mmh{=6h{=6(=arctan—•=arclaii (7)齿顶圆锥角18.43°+2.41°=20.84°爲+仇=71.57。+2.41°=73.98°(8)齿根圆锥角8,}=&-们=18.43。-2.41°=16.02。8n=&一仇=71.57°-2.41°=69.16°(9)当量齿数1? 1897 <os5,cos18.43° ■j,54cosCOMS>7cosCOMS>15.—单排滚子链传动。已知：主动链轮转速n=850r/min.齿数/18：从动链轮齿数/.=90.链长Lp=1?1链节，该链的破坏载荷Q=55kN,工作情况系数队=12试求链条所能传递的功率P【答案】(I)传动比=90/18=5。(2)链的节距由IQ=55kN查得链条节距p=25.4mm<(3)链能传递的功率查滚子链的许用功率曲线，在链节距P=25.4mm和主动轮转速n=850r/min时许用功率P=30kW。各系数查得为K,=0.94,虬=1.07,K「=1,所以该链条所能传递的功率为p=p=PoKzKJG=30X0.94X1.07X】=252kWKa1.216.一普通V带传动’已知主动带轮直径如=180顾.从动带轮直径丄<=630mm传动中心距a=1600mm.主动轮转速mT450r/min・B型带4根，V带与带轮表面摩擦系数仕0.4,带的弹性模量E=200MPa,当传递的最大功率为P=ll.5kW时，试计算：(1)▼带中各类应力的大小，并画出各应力沿带长方向的分布图；(2)V带的最大应力。心中各应力所占百分比。注：(13型带截面尺寸参数为:顶宽bznmm,节宽bp=I4mmggh=l1mm楔角。二4()(带轮槽角(p=38°).单位长®SBq=O.17kg/m<②V带的当量摩擦角九 〃血?：V带的截面面积A-A(6-htan20°),a.1"一(匕-如)夸.【答案】(1)①V带中各类应力的大小卄、+ 丁4”nX180X1450RticQ^/e带速：”=而茂粮-一60X1丽一m/s=13.6659m/sV带的截面面积：A/i(6—Atan20")11X(17-11Xtan20c)mm;143mm离诚应th?=q%=0.17X13.•露％MPa=0.222MPa由卩可得，有效圆周力C1OOOP】000X41.5z7CO„N巳==4X试顚N=759.2N小带轮包角：a.-=180°-(4-d" =180•—(630-180)X =163.83°r2.86rad当量摩擦系数：人=立=誥=械286带的初拉力：F°=%；：］?=4O2.9N紧边拉力：R=F°+奇=782.5N松边拉力：FlFq—号=23.3N紧边拉应力：％二^=%?MPa=5.472MPa松边拉应力：…脖寮皿_0-163MPa小带轮弯曲应力:%=/=籍糾MPa=12.2MPa大带轮弯曲应力：%=/=%旦MPa=3.492MPa②各应力沿带长方向的分布图如图所示。(2)V带的最大应力:(3—=钓+%+?=5.472+12.2+0.222=17.894MPa各应力所占百分比：会X100%=金端X100%-30.6%

尹X100%=x100%=68.18%

巡X100%=X100%=1.24%17.试计算如图1所示轴承(两端单向固定)的径向负荷R、轴向负荷A及当量动负荷P。图示两种情况下.左、右轴承哪个寿命低？已知轴上负荷,崩灿、・入"小.厶《(1)一对7205AC型角接触球轴承(正安装>(2)—对7205AC型角接触球轴承(反安装\(注：7205AC型轴承有关参数：e<).68.X-0.41.>-0.87,S0.7R)(提示：注意判别正装与反装时S的方向)帝' 奇艰左/F\21a白 左21石«)正安装h)反安裂图2求1<R,七£竺一3200X4N=2133N3L戏監，礬n-IO67N求S：專—0. 0.7X2133N=1493NS(l：0.7Rh=0.7X1067N=747N求A：分析图2(a)时：|A》=S&=1493N%也二，十R—(747十600)N=1347N所以1—1493NJ/V=Sfl=747NA(lFa=<1493-600)N=893N所以丄-8H3N分析图2(b)时：A&-Sf.=1493NlA.S,,E、=(74760())N=37N所以丄】193、NF,F47NA.=Sis+F\=(1493+600)N=2093N所以"*93、求P：计算图2(a)时：A左/R&=1493/2133=0.7>e=0.68P4=/,<XRa+¥4^)-1.2X(0.41X2133+0.87X1493)N=26O8NAf,/R(,=893/1067=0.837>r=O.68%=/，(XRf■士YA6〉=L2X(0.41X】067+0.87X893)N=1457N由子故左轴承的P大，其寿命短。计算图2(b)时：A&/R, 1493/2133^0.7>r^0.68-。(.，心•YA4)二I.2X(0.11X2133+().87X川93>、」2608NA&R“=2093,1067=1.96>e-0.68P,.ff(X/e(1+YA,,>=L2X(0.41XLO67+O.87X2093)N-2710N由于奴力”，故右轴承的P大，其寿命短。18.如图所示：滑块由差动螺旋带动在导轨上移动，螺纹1为M12xl,螺纹2为MIOxOK.螺纹1为右旋’(1)手柄按图示方向(从左向右看为顺时针)转1圈时，滑块移动距离为多少？(2)若螺纹2螺旋方向改变，手柄按图示方向(从左向右看为顺时针)转1圈时.滑块移动距离为多少？图【答案】(1)当两螺纹均为右旋时，当手柄按图示方向旋转一圈时，螺杆向右移动距离为4=1叫〃，滑块在螺杆上向左移动的距离成0.75冲〃，所以滑块向右移动的距离L=1-0.75=0.25〃剛：(2)当螺纹2旋向反向，即当螺纹1右旋，螺纹2左旋时，手柄瞬时针转一圈时，螺杆向右移动距离作成叽滑块在螺杆上向右移动距离/产0・75〃",所以滑动向右移动距离为L=1+0.75=1.75mm。.有两个圆柱螺旋压缩弹簧分别按串联和并联组合方式使用，分别如图(a)和(b)所示。两弹簧的刚度分别为kF=20N/mm.k,.=30N/mm承受轴向载荷F=600N试求：(I)两个弹簧串联时的总变形量九(b)(2)两个弹簧并联时的总变形量入’(b)(a)图[答案】(])当弹簧串联使用时，弹簧1、2所受载荷相等，均为轴向载荷F,即R=F.=F=600N但弹簧1、2受载时的变形量，因弹簧刚度不同而不相等，设其分别为兀与L故串联时总变形量应为TOC\o"1-5"\h\z...A E,600600、 sA=/t.+2,=—+=( + )mm=5()nimknkF2 20 30(2)当弹簧并联使用时，各个弹簧的变形量是相等的，总变形量为入'，艮卩A*=Aj=p--A<—~ ①心1 起F2但每个弹簧所受的载荷是不相等的，它们各自所受载荷之和应等于总载荷，即F=Fi+F2=600N ②联立式⑴、②得:

则并联时的总变形量:F2则并联时的总变形量:F2-kF230.单级闭式直齿圆柱齿轮传动中’小齿轮的材料为45钢调质处理,大齿轮的材料为ZG310-570正火，P=4kW,m=720r/min.m=4mm,方=25,z,=73,bi=84mm»b；=7Xmm.单向载荷有中等冲击，用电动机驱动’试验算此单级传动的强度。【答案】设齿轮的使用寿命为10年。(I)许用应力查机械设计手册，小齿轮45钢调质硬度为217〜255HBS,取235HBS;大齿轮ZG310-570正火硬度为160〜210HBS.®185HBS.由机械设计手册查得ghm，=580MPa,aHim=300MPa由机械设计手册查得Wg=200MPa.咖脉=】20MPa齿轮传动的传动比为.Z273c，=—=匸=2.92Z|25可得Ni=60njLh=60x720xlx(10x52x40)=9xl05N2=N(/i=9x!072.92=3xl06查表取Sh=Ll，Sf=1.3：查取接触疲劳寿命系数ZN1=1,Zw=l.1：查得弯曲疲劳寿命系数Yn.=Yn ="可得i>«i1x580..D UDJ.= =-j~j—MPa=527MPaC=Z*—wM!:I*300MPa=3()0MPa

冰 *•*(1 hml1X200..n.n，丄=S= [3MPh=154MPa[at],=施=1-^5MPa=92MPa(2)验算鼬强度接触强度的校核公式为小齿轮的蹴为T,=9.55x10°"=9.55x10°xgN・mm=5.3x104N•mm

nl 720查表得，载荷系数K=1.4,则

刊""辭mm=239MPaW[irtl]满足接触蠣(3)验算弯曲强度2K7\=2K7\=2昨Kw[bpJ

bmz,查表得齿形系数％=2.65,丫户=2.27；应力修正系数Ki=1.59,丫广1.75<则2" 2x1.4x5.3x10s. , ..n二耕/厶=fxElT'2.65x!,59MPa=20MPa<[ar],L4m2.27X1.75“c…、r、

皿""KX=20X2.65_xl.59MPa=，9MP"<張丄满足齿根弯曲强度。三、结构设计题.试分析如图1所示轴系结构的错误，并加以改正。齿轮用油润滑、轴承用脂润滑。【答案】(1)支点轴向固定结构错误。丄该例为两端固定结构，但应将两轴承由图示的反安装形式改为正安装，否则轴向力无法传到机座上。g左轴端的轴用弹性挡圈多余，应去掉。，无法调整轴承间隙，端盖与机座间应加调整垫片。(2)转动齡静止険触错误。匕左轴端不应顶住端盖；鴻轴器不应与端盖接触；■右端盖不应与轴接触’孔径应大于轴径。(3)轴上零件固定错误。。套筒作用不确定,且轴上有键’无法顶住齿轮；套筒不能同时顶住轴承的内、外圈；齿轮持的轴向固定不可靠(过定位＞②联轴器轴向位置不确定。(4)加工I艺不合理。，轴上两处键槽不在同一母线上；，联轴器键槽未开通，深度不够标准；，箱体外端面的加工面与非加工面未分开。(5)装配工艺错误。山轴肩、套筒直径过大’两轴承均无法拆下；刀齿轮处键过长，套筒无法装到应有位置；方右轴承装拆路线过长，轴颈右侧应减小直径。(6)润滑与密封错误。，轴承处未加挡油盘；」右端盖未考虑密封。改正后的结构如图2所示。图22017年东北农业大学工程学院808机械设计基础（含机械原理与机械设计）之机械设

计考研题库（四）说明：①本资料为VIP包过学员内部使用资料。涵盖了历年考研常考题型和重点题型。一、简答题I.齿轮齿面接触疲劳强度计算为什么一般以节点为计算点？【答案】原因如下：齿轮传动中，小齿辦取对袖低点产生的压力最大，大齿轮在节点处的接触应力较大，同时大齿轮单对齿啦爸的最低点处接触应力也较大。但按单对齿啮合的最低点计算接触应力比较麻烦，并且当小齿轮齿数佑220时，按单对齿啮合的最低点计算接触应力与按节点啮合计算所得的接触应力极为相近，为了计算方便，一般以节点为计算点。链传动设计中，选择节距小链轮齿数了和链速1对传动有何影响？【答案】链传动中，链的节距P越大，传动的尺寸增大，链的拖曳能力增大，但动载荷、噪声也越大。小链轮的齿数弓对传动的平稳性和使用寿命有很大的影响。书过少，传动的不均匀性和动载荷増大，链的磨损加剧：Zi过多，大链轮的齿数电就会增多，不仅使传动尺寸增大，而且链的磨损会引起链条在链轮上的升高量增大，造成脱齿。链的转速v越高，动载荷就越大；v越低，相同条件下，链的有效拉力増大。零彳牛在轴上的轴向固定、周向固定的目的是什么？常用哪些固定方法？【答案】零件在轴上的轴向固定的目的是使轴上零件在轴上有一个确定的位置，常用的固定方法有：轴肩、挡圈、套筒、圆螺母等组合结构。零件在轴上的周向固定的目的是确定轴上零件与轴的相对位置以传递一定的运动?口动力，常用的固定方法有：键、花键、过盈配合、成形连接等结构。蜗杆的螺旋部分可用哪几种方法加工？【答案】根据蜗杆螺旋部分根径与相邻段轴径之比的不同，蜗杆螺旋部分的加工方法有铁制和车制两种。当蜗杆螺旋部分根径较大（根径与轴径之差大于等于5倍模数或直径系数q>12）或蜗杆与轴采用不同材料时，可以将蜗杆与轴分开制造。5.机械设计过程通常分为哪几个阶段？各阶段的主要内容是什么？［答案］机械设计过程通常可分为以下几个阶段：（I）产品规划：主要工作是提出设计任务和明确设计要求。（2）方案设计：在满足设计任务书中设计具体要求的前提下，由设计人员构思岀多种可行方案并进行分析比较，从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。(3)技术iSi十：完成怠体®th部件題十、零件碱等。(4)制造及试验：制造出样机、试用、修改、鉴定。在外啮合斜齿圆柱齿轮传动中’如果采用变位的方法来提高齿根歪曲疲劳强度’请问应该采用正变位还是负变位？为什么？【答案】应该采用正变位。因为，在其它条件不变的前提下，正变位可以降{氐齿形系数上•。根据圆柱齿轮的齿根弯曲疲劳强度计算公式可知，齿根弯曲应力与匕,成正比。因此采用正变位可以降低齿根弯曲应力，从而提高齿根弯曲疲劳强度。试述带传动和链传动张紧轮布置的不同’这样布置的理由是什么？［答案］带传动的张紧轮TS应布置在松边的内侧尽量靠近大带轮处，使带只受单向弯曲，以免过分影响带在小带轮上的包角。链传动的张紧轮一般应布置在松边上靠近主动链轮的地方，以增加链条和链轮的啮合角。.简述非液体摩擦滑动轴承设计计算准则和目的。［答案】非液体摩擦滑动轴承设计计算准则和目的是：(I)”=£w［p］,为了保证轴承的承载面不被压坏，避免轴承发生过度磨损。pvWpy］,限制温升，防止轴承温度过高’以免发生胶合失效。yW{y］，避免轴承相对滑动速度过高’从而加速磨损。.松螺栓连接与紧螺栓连接的区别何在？它们的强度计算有何区别？【答案】松螺栓连接在承受工作载荷以前螺栓不旋紧，所以，它只受工作载荷的作用，工作时只有拉应力，其强度计算公式为：八;=//广3］。而紧螺栓连接在承受工作载荷以前螺栓要预先拧紧，其螺纹部分不仅受到因预紧力F。的作用而产生的拉伸应力还受到因螺纹摩擦力矩「的作用而产生的扭转切应力［•使螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的复合应力状态。其强度计算公式为商万。“.斜齿轮传动有何特点?螺旋角，“应如何确定？［答案］特点：传动平稳，冲击和噪声小，适合于高速传动，不产生根切的最小齿数小，可使结构紧凑，承载能力强。增大螺旋角卩有利于提高传动的平稳性和承载能力，但如过大，轴向力将随之增大，使轴承装置更加复杂：6若过小，则斜齿轮的优点不明显。因此，一般情况下取0=8°-25°。二、分析计算题.设计一单级斜齿圆柱齿轮减速器中的低速轴(包括选择两端轴承及夕M申端的联轴器X已知：电动机的额定功率P=4kW,转速n=750r/min.低速轴转速n-130r/min.大齿轮节圖直径d'=300!!血,齿宽1，=90mm.斜齿轮螺旋角卩=12.法面压力角％=20七，现要求：(1)完成该轴的全部结构设计；(2)根据弯扭合成强度验算轴的强度；(3)精确校核危险截面的安全系数。［答案】(1)根据工作条件选腳材角勃需最小直径由机械设计手册，选取轴的材料为45钢、调质处理，。b=650MPa；g=300MPa：“=155MPa：作用在低速?由上的功率P=P・1=4*0.97=3.88kW由机械设计手册选取A=1IO.所以—"7?"樗=】林魔=34.】mm取标准值侦=35mm(2)进行轴的结构设计，见图(a)装联轴器处选为最小直径烦=35mm,根据GB5843-86选YL7j饗韻寿的联轴器。齿轮和右轴承全部从轴的右端装入’考虑到装配方便及强度要求，装轴承处的直径小应大于dnun,装齿轮处的直径出应更大些。考虑为斜齿轮传动，故选36308型轴承,则B=23mm,D=90mm,d=40mm。装齿轮处d45mm,因为齿宽为90mm,为了便于轴向固定齿轮，取L=88mm.齿轮和右轴承之间用套筒进行轴向固定。齿轮左端’用轴肩进行轴向固定’取轴肩处d,=52mm.I.=15mm.左轴承从轴的左端装入，轴承大小选取与右端相同,故d，=40mm.I=23mm。齿轮和联轴器与轴用键周向固定，轴承和轴用过盈配合周向固定。最后完成轴的结构设计图见图(a)<b)(c)(d)(e)(0(g)Rva=776N950NF,=707N-69N匕 ,=1900N- 71.5 --71.5M顺二6793N・cmrrTTTnirrnTTHTnTrnTTTTrmMvc=5548N-cni■TrrrTTTTmTHI^MvF.=404、

ha=950N/M'vc=-493N-cmM'c= =681IN•cm^rnTrHnTniinnTnTrTTTrrr^T=28500N•cmML=l8142N-cmM',“=8766N-cm

^rTmTHTTrnffiiiniiirrriiniiTM.a-i6815N-<-mlllllllil||llll|l图(3)计算齿轮受力扭矩77=9.55X1。•令=9.55X]bX浩=285。。。N・mm圆周力F'*空醬虹顷。N径向力FF豔F900X潔;5900X^-707N轴向力Fa=F,tanP=1900xtanl2°=1900x0.2126=404N(4)按许用弯曲应力校核轴的强度①作出轴的受力简图，如图(b)所示。危求支座反力水平面支反力Rha=Rhb=F/2=1900/2=950N垂直面支反力pXpx2.=707X71.5+404勺四=776NL 143FX——Fx—r,八2尸,八2 7O7X71.5-4O4X15O x.恥 L 143 =一69N囲作弯矩图水平面弯矩Mh图，见图（C）Mik-=Rha•专=950X71.5=67930N•mm垂直面弯矩Mv图，见图（d）C点左边MV1=Rva・3=776X71.5=55480N・mmC点右边临=Rvh・y=-69X71.5=-4930N-mm求合成弯矩M,作出合成弯矩图.见图（e）C点左边M<=JMic+Mlc=J67930’+55480’=87660N•mmC点右边M：=+g=J67930’+（-4930*=68110N-mm作扭矩T图，见图（f）Tz=285000N•mm作计算弯矩图，见图（g）该轴单向工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取a=0.59，C点左边M”=v/MT+ToTF*=丿8766。2+（0.59X0尸=87660N•mmC点右边M，= <+3丁）2=7681102+（0.59X285000）*=181420N・mmB、D、E点MaB=M’d=M璀=VMb+<aT）2=aTt=0.59X285000=168150N•mm按弯扭合成理论验算轴的强度由图（a）,（g）可见，C点弯矩值最大，E点轴径最小，所以该轴的危险断面是C点和E点所在剖面。由45钢调质处理查轴的常用材料及其主要机械性能表得。广650MPa,[E=60MPa。按公式计算轴剖面直径C点轴径）> ~-7】8i420f?顼邙茴_31.2mm考虑键槽影响，有f键槽，轴径加大5%.则dc=31.2x（1+0.05）=32.8mm该值小于原设计该点处轴径45mm,安全。E点轴径A&Sm携矇=3。.4mm同样考虑键槽影响，因有一个键槽・轴径加大5%,则dB=30.4x（14-0.05）=31.9mm该值小于原设计该点处轴径35mm,安全。（5）精确校核危险剖面的安全系数校核E、D剖面E剖面因键槽弓|起的应力集中系数经查表（s=650MPa）得：kn=1.823,虹=1.625。D剖面因配合（按H7/k6）弓|起的应力集中系数经查表得：知=1.97,k,=1.5l・D剖面因过渡圆角（设取该处的圆角半径r=l）引起的应力集中系数经査表得：= = 3=我=0.029,K.=1.9875.Kr=1.64.r1 aou因D、E剖面主要承受转矩作用，故校核E剖面。E剖面产