机械设计考题

一、判断题（每小题1分，共10分）

正确的在括号内填“√”，错误的在括号内填“×”。

1．机械零件的刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。 （√） 2．当带传动的载荷稳定不变时，其弹性滑动等于零。 （×） 3．齿形系数YFa与模数无关，因此其它条件不变时模数增加齿根弯曲应力不变。 （×） 4．齿轮强度计算中，动载系数KV是考虑工作机和原动机振动而引起的附加对齿轮强度的

影响系数。 （×）

5．在蜗杆传动中，其它条件相同，若增加蜗杆头数，则齿面相对滑动速度增加。 （√）

6．凡具有自锁性螺纹副（即螺纹升角小于当量摩擦角），则不必考虑其防松。 （×） 7．楔键联接可以实现轴上零件单向轴向固定。 （√） 8．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。 （√） 9．非液体摩擦滑动轴承，验算pv值的目的是为了保证轴承有足够的机械强度。 （×） 10．矿山机械和重型机械中，低速、重载、不易对中处常用的联轴器是凸缘联轴器。（×）

二、选择题（每小题2分，共20分）

将正确答案的字母代号填入空格内，只允许填一种字母代号。 1．齿轮表面非扩展性点蚀一般出现在 A 。

A．磨合阶段 B．稳定磨损阶段 C．剧烈磨损阶段

2．闭式硬齿面齿轮传动，直径一定，取较少齿数以增大模数，主要是为了 A 。 A．保持轮齿的弯曲疲劳强度 B．保证齿面接触疲劳强度 C．减少加工切削量，提高生产率 D．其他目的

3．为了减轻摩擦副的表面疲劳磨损，下列措施中 D 是不合理的。 A．降低表面粗糙度 B．增大润滑油粘度 C．提高表面硬度 D．提高相对滑动速度 4．用 C 的方法来提高带传动传递的功率是不合适的。

A．增大初拉力 B．增大中心距 C．增加带轮表面粗糙度 D．增大小带轮直径 5．对温升较高，两轴承距离较大的轴系应采用 A 支承。 A．一端固定一端游动 B．两端固定

C．两轴承都游动 D．两轴承都双向固定 6．在螺栓联接中，采用双螺母，其目的是 D 。

A．提高强度 B．提高刚度 C．降低螺栓所受的拉力 D．以上都不是 7．蜗杆传动中，通常蜗轮轮缘应采用青铜，蜗杆采用钢来制造，这是因为这样配对 B 。 A．强度高 B．减摩耐磨性好 C．加工性能好 D．价格便宜 8． B 不是滚动轴承预紧的目的。

A．增加支承刚度 B．提高旋转精度

C．减小振动和噪声 D．降低摩擦力矩

9．设平键联接原来传递的最大转矩为T，现欲增为1.5T，则应将 A 。 A．平键改为双键 B．轴直径增至1.5倍 C．键宽增至1.5 倍 D．键高增至1.5倍 10．设计液体动压径向滑动轴承时，若宽径比Bd取得较大，则 C 。 A．轴承端泄量大，承载能力低，温升高 B．轴承端泄量大，承载能力低，温升低 C．轴承端泄量小，承载能力高，温升高 D．轴承端泄量小，承载能力高，温升低

三、简答题（每小题4分，共20分）

1．根据流体动压润滑雷诺方程的微分形式，试说明形成流体动压润滑的基本条件。

2．试指出普通螺栓联接、双头螺柱联接和螺钉联接的结构特点，各用在什么场合？ 3．在V带传动中，为什么带的张紧力不能过大或过小？张紧轮一般布置在什么位置？ 4．普通平键联接有哪些失效形式？主要失效形式是什么？如经校核发现强度不够时，应采取哪些措施？

5．一齿轮传动，如何判断大、小齿轮中哪个不易出现齿面点蚀？哪个不易出现齿根弯曲疲劳折断？

四、分析题（13分）

如图所示，V带和二级斜齿圆柱齿轮减速器所组成的传动系统中，mn3mm，

z320，z441，14，齿轮z1为左旋，轴Ⅱ转矩T23200Nmm。

1）为使轴Ⅱ的轴承所受轴向力较小，试确定齿轮z4的螺旋角方向。

2）计算齿轮z4的三个分力大小（忽略摩擦力），并在图试卷a图上画出这三个分力的方向。 3）在带轮直径和其它条件不变的情况下，将传动系统按图试卷b图重新布置，试分析可能会出现什么问题？简要说明理由。

五、计算题（共25分）

1．（10分）如图所示，一支架用四个螺栓固定于铅垂的墙上，螺栓为上、下各两个。螺

栓距中心线的距离为200mm，载荷P＝20000N，铅垂向下，离墙壁距离为400mm，为使支架在载荷P作用下不相对滑动，也不产生分离，求受轴向载荷最大的螺栓上所受的总拉力。设：

1）支架底与墙之间的摩擦因数f0.15。 2）取可靠系数K1.2。

3）在轴向工作拉力F作用下，螺栓应保持 的剩余预紧力F0.4F。

4）相对刚度系数KcC1(C1C2)0.3。

2．（15分）如图所示斜齿轮轴采用一对7207AC轴承支承，已知斜齿轮的圆周力

''FT3500N，径向力FR1200N，轴向力FA900N，轴的转速n1450r/min，轴

承的载荷系数fd1.2，温度系数ft1， 额定动载荷Cr29000N。试计算该对 轴承的寿命（用小时计）。

六、结构题（12分）

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。

三．简答题（简要答案） 1．答：从雷诺方程

dpdp(hh0)0时，若外界不提供压力油，则6v不难看出：当dxdxh0间隙内（油）压力不会发生改变，也就不可能产生具有承载能力的压力油膜。因此，要想建立液体动压润滑，就必须使现。

（1）hh0。即必须形成楔形间隙（保证在h0有一侧为hh0，另一侧hh0）。

dp0条件成立。这只有在同时满足下面三个条件时才能实dx （2）0，即必须保证间隙内充满具有一定粘度的流体。

（3）v0，两表面之间必须具有一定的相对滑动速度，且相对速度的方向要保证流体从大截面流进，小截面流出，即保证在hh0的一侧

dp0。 dx2．答：普通螺栓联接在被联接件上制出通孔，螺栓一端配有螺母。

双头螺柱联接在被联接之一制出通孔，另一（较厚件）件上制出螺纹孔（盲孔），螺柱一端配有螺母。

螺钉联接适用于被联接件可以开通孔，另一（较厚件）上制出螺纹孔（盲孔），不需螺母。

螺栓联接适用于被连接件可以开通孔的场合。双头螺柱联接和螺钉联接适用于被联接件之一较厚，不宜制作通孔的场合。双头螺柱联接与螺钉联接相比，前者适用于经常拆卸的场合，而后者适用于不需要经常拆卸的场合。

3．答：初拉力过大容易使带过早产生脱层、断裂等现象，使用寿命减小；初张力过小，则承载能力减小，易产生打滑。

张紧轮一般应布置在松边、内侧、靠近大带轮处。

4．答：普通平键联接可能的失效形式是工作面压溃或键被剪断。按标准选用的普通平键其主要失效形式是工作面压溃。

单键联接强度不够时，可采用双键相隔180布置。在允许的情况下也可适当增大轴颈，以选择截面尺寸较大的键，或适当增大轮毂的长度以增大键的长度。

5．答：大、小齿轮的齿面接触疲劳强度条件分别为H2H2和H1H1，由于大、小齿轮齿面接触应力H1H2，故许用接触应力H1、H2中数值较大者，齿面接触疲劳强度较高，不宜出现齿面点蚀。

大、小齿轮的齿根弯曲疲劳强度条件分别为F2F2和F1F1，由于大、小

[F2][F1]YY齿轮齿根弯曲应力F2F1F2S2， 故在大、小齿轮的、中，数值较

YF1YS1YF2YS2YF1YS1大者，齿根弯曲疲劳强度较高，不易出现齿根弯曲疲劳折断。 四．分析题

1）为图中轴Ⅱ的轴承所受轴向力较小，齿轮z4的螺旋角方向为左旋。 2）齿轮z4三个分力方向如图所示，各分力大小分别为

2T12T2cos23200cos14切向力 Ft4103N

d3mnz3320Ft4tann103tan20径向力 Fr438.8N coscos14轴向力 Fa4Ft4tan103tan1435.8N

3）假设传动功率无损失，按图b布置使带的速度降低，所需圆周力加大，会导致带打滑。 五．1．解：

（1）将载荷向结合面形心简化，则可得到翻转力矩M和横向载荷P。其中 MP40020000400810N.m

'（2）由结合面不滑移条件 zfF1KP可得所需螺栓预紧力为

6 F1（3）螺栓工作拉力为

'KP1.2200004104N zf40.15M8106 F104N

zl4200（4）结合面不分离所需预紧力

F0.4F0.410410N （5）结合面不分离所需预紧力

' F2F0KCFF\"FKCF41031040.31041.1104N

\"43（6）同时满足结合面不滑移且不分离条件的预紧力

''4 F'max(F1,F2)410N

（7）上方两个螺栓所受拉力较大。其总拉力为

F0F'KCF41040.31044.3104N 2．解：（1）计算滚动轴承上的径向载荷Fr1、Fr2

1）水平面支反力

F403500401.4103N F1xT100100 Fx2FTFx135001.41032.1103N 2）垂直面支反力

F1y F2yFR40FA3012004090030210N

100100F60FA30R990N

100222F12xF1y14002101420N

3）轴承上的径向载荷 Fr1 Fr2F22xF22y2100290022320N

（2）计算轴承上的轴向载荷

1）计算附加轴向力并判断其指向

FS10.7Fr10.71420994N FS20.7Fr20.723201624N

滚动轴承的配置为面对面，附加轴向 力的方向如图

2）计算轴向载荷

FS1FA99490014NFS2

可以判断轴承2被压紧，轴承1被放松 于是有

Fa1FS1994N

Fa2FS1F99490014N

（3）计算轴承的当量动载荷，因e0.68

F14F994 由a10.7e a20.8e

Fr11420Fr22320可查表确定径向系数X，轴向系数Y。于是 PN r1FR11420 P.2N r2XFR2YFA20.4123200.87142569.2N 由于Pr2Pr1，取当量动载荷PrPr22569 （4）计算轴承寿命 L10h6fC1012900010(tr)600 956hnfP6014501.22569dr63六．结构题

解：该轴系存在以下几个方面错误 （1） 轴系及轴向零件的定位及固定

1） 左轴承内圈无固定，使轴系轴向得不到定位。 2）圆锥滚子轴承应成对使用。 3）联轴器没有轴向定位

4）安装齿轮的轴段长度应小于轮毂宽度，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）右轴承内圈左侧轴肩过高无法拆卸。

3）与右轴承配合处的轴过长，轴缺少台阶，轴承装拆不方便。 （3）转动件与静止件的关系 轴与右轴承盖不应接触 （4）零件的结构工艺性

1）为便于加工，轴上安装齿轮处的键槽应与安装联轴器键处的键槽开在同一母线上 2）联轴器上的键槽与键之间应留有间隙。 3）箱体端面的加工面积过大，应起轴承凸台。 （5）润滑与密封

轴与轴承透盖之间缺少密封装置。