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机械工程师考试习题概要
机械设计复习题
(1)圆柱普通螺纹主要几何参数有哪些？试简述之。
1.大径d——螺纹的最大直径，在标准中定为公称直径。
2.小径——螺纹的最小直径，在强度计算中常作为螺杆危险截面的计算直径。
3.中径——通过螺纹轴向截面内牙型上的沟槽和凸起宽度相等的假想圆柱面的直径。对于矩形螺纹
4.螺距P——螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离。
5.导程S——螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离，S＝nP，n 为螺纹的螺旋线数目。
6.升角y——在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角，其计算式为。
7.牙型角a——螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。

(2)受拉紧螺栓联接中，螺栓的强度计算公式中的系数“1.3”是考虑什么因素而引入的？
考虑拧紧时由于螺纹摩擦力矩引起的扭转切应力的影响。

(3)联接螺纹是具有自锁性的螺纹，为什么还需防松？防松的根本问题是什么？按防松原理不同，防松的方法可分为几类？
在冲击、振动或变载荷下，或当温度变化大时，满足y<（升角小于当量摩擦角）的螺纹联接可能松动，甚至松脱而需防松。
防松的根本问题在于防止螺纹副相对转动。
按防松原理不同可分为利用摩擦（如双螺母、弹簧垫圈）、直接锁住（如槽形螺母和开口销）和破坏螺纹副关系（如焊、胶粘）三类。

(4)在带传动中，影响能传递的最大有效圆周力的因素有哪些？（要求答出四种因素）其关系如何？
在带传动中影响能传递的最大有效圆周力的因素与其关系：
1）初拉力F0，最大有效圆周力与初拉力F0成正比；
2）包角a，最大有效圆周力随包角增大而增大；
3）摩擦系数m，最大有效圆周力随摩擦系数增大而增大；
4）带的型号，型号：Y，Z，A，B，C，D，E，从左向右各种型号的单根带能传递的最大有效圆周力增大；
5）带的结构，圆带小，平带大,V带（三角带）更大。
6）带的根数，根数愈多能传递的最大有效圆周力愈大。

(5)图示减速器，其锥齿轮I的旋转方向如图示。
1）合理确定第二级斜齿轮传动螺旋线的方向（图中画出）；
2）画出轴II上作用于齿轮上的圆周力、径向力、轴向力的方向。

斜齿轮螺旋线方向与各力方向均示于图中。

(6)图示两传动方案，哪个合理？并说明理由。

方案a合理。理由为：
因带传动靠摩擦传动，传动平稳，但传递的转矩较小，且过载打滑能保护电动机，故带传动置于高速级是合理的。
方案b中的带传动置于低速级，则带传递的转矩要增大3倍（略去效率损失），而使带的根数增多，导致带传动的结构尺寸过大，故方案b不合理。

(7)滚动轴承密封的目的是什么？密封装置可分为哪几大类？
目的：防止灰尘，水等杂物进入轴承，防止润滑剂流失。
分类：可分为接触式和非接触式两大类。

(8)滚动轴承的滚动体有哪些形状？
球，圆柱滚子，圆锥滚子，鼓形滚子，滚针。
(9)图示为开式蜗杆-斜齿圆柱齿轮传动，已知蜗杆主动，螺旋线方向为右旋，大齿轮4的转向如图示，试画出：
1）蜗杆的转向。
2）使轴II上两轮的轴向力抵消一部分时齿轮3、4的螺旋线方向。
3）蜗轮2和齿轮3的受力图（用分力表示）。

如图。

(10)图示蜗杆-圆锥齿轮传动，已知蜗杆主动，左旋，转向如图示，试求：
1）为使蜗轮与锥齿轮3的轴向力方向相反，画出轴II、III的转向。
2）画出轴II上两轮所受各分力方向。

如图。

(11)以下情况下各应选择哪种轴上零件的轴向固定装置？列举其名称（各举一种即可）并画出结构图。
1）轴上零件受两个方向的较大的轴向力。
2）轴上零件受轴向力很小，但要求在安装时能轴向调整轴上零件的位置。
3）轴上零件不受轴向力，但要求结构尽量简单，重量轻。

答：1）一边用轴肩定位，另一边用套筒定位，或用圆螺母压紧。

2）两边各用一个锁紧挡圈（双锁紧挡圈结构）用紧定螺钉固定在轴上。

3）两边各用一个弹性档圈。

(12)齿轮轴由一对相同的圆锥滚子轴承支承，两轴承的当量动载荷分别为P1＝5850N，P2＝3118N，轴转速n=480r/min，若要求轴承预期寿命，轴承的基本额定动载荷应为多少？
因为，所以应按1轴承求C，

选一对相同的圆锥滚子轴承，基本额定动载荷应大于或等于51206 N。
(13)齿轮轴由一对当量动载荷分别为P1＝8800N，P2＝6780N的角接触球轴承支承，轴转速n=710r/min，若要求预期寿命[Lh]≥24000h，两轴承的基本额定动载荷各应为多大？

(14)圆锥滚子轴承30208（旧7208）的基本额定动载荷为C=34kN，承受当量动载荷P＝3000N，轴转速n=960r/min，求寿命为多少小时？

(15)轴系由一对圆锥滚子轴承32307（旧7607）支承，基本额定动载荷C＝57.7kN，轴转速n=1380r/min，两轴承的当量动载荷分别为P1＝4000N，P2＝6120N，预期寿命为[Lh]=20000h，试分析轴承是否满足要求。
，2轴承为危险轴承。

两轴承都满足要求。

(16)深沟球轴承6208（旧208）的基本额定动载荷Cr=25.6kN，当量动载荷P＝5200N，工作转速n=630r/min，试计算轴承寿命Lh，如要求一班制工作三年（按每年工作260天），轴承寿命是否满足要求？

，不满足要求。
(17)如图所示，轴支承在一对7209AC角接触球轴承上，FR＝3000N，内部轴向力FS＝0.7Fr。求：
1）两轴承各受多大径向力和轴向力。
2）哪个轴承寿命低？为什么？

1）

2），，所以。
，两轴承C、e相同，L2>L1，左轴承寿命低。

(18)30208圆锥滚子轴承在室温下工作，转速n=750r/min，查得轴承基本额定动载荷Cr=34000N，要求轴承寿命不低于8000h，问此轴承最大能承受的当量动载荷为多少？

(19)轴系由一对圆锥滚子轴承30208（旧7208）支承，转速n=960r/min，两轴承的当量动载荷分别为P1=4200N，P2=3300N，当量静载荷分别为P01=2800N，P02=1535N，轴承基本额定动载荷Cr=34kN，额定静载荷C0r=31kN，要求预期寿命[Lh]=18000h，静安全系数[S0]=1.5，试分析轴承是否满足要求。
，，所以1轴承为危险轴承。

轴承满足要求。
二、结构题
(1)指出图示某齿轮轴系的结构错误，轴承为脂润滑，齿轮为油润滑（用笔圈出错误之处，并简单说明错误原因，不要求改正）。

答：1）轴承配用不合适：①向心推力轴承单个使用；
2）转动件与静止件直接接触：②轴伸与端盖；
3）轴上零件未定位，未固定：③套筒顶不住齿轮；④联轴器周向未固定，⑤联轴器轴向未固定
4）工艺不合理：⑥悬伸轴精加工面过长，装配轴承不便；⑦箱体端面的加工面与非加工面没有分开；⑧端盖与箱体端面之间无垫片，无法调整轴承游隙；⑨齿轮周向定位键过长，套筒无法装入；⑩左端轴承处轴肩过高；
5）润滑与密封问题：(11)齿轮油润滑，轴承脂润滑而无挡油环；(12)无密封，端盖不应与轴接触；
6）制图问题：（13）缺线。

(2)指出下图中轴系的结构错误（用笔圈出错误之处，并简要说明错误原因，不要求改正）。

(2)1）挡板与轴端应有间隙；
2）平键顶部与轮槽间应有间隙；
3）联轴器与端盖应不接触，轴应有定位台肩；
4）此处应加工成阶梯轴；
5）缺调整垫片；
6）轴的台肩应在轴套内；
7）轮毂挖槽太宽（此处轮毂不太宽，不必挖槽）；
8）箱体台肩应去掉；
9）轴台肩太高，不便于装拆；
10）一个轴上的两个键槽应在同一轴线上。

(3)图示为一悬臂安装的锥齿轮，为了改善锥齿轮的啮合性能，试列出常用的3种提高轴与轴承座刚度的措施。

(3)1）采用滚子轴承，通常用单列圆锥滚子轴承，并采用反安装（背靠背）方式，尺寸l2尽量减小，而l1不宜太小，l1»(2.0～2.5) l2。
2）轴承座孔壁应有足够厚度，并设置加强肋。
3）采用双点支承结构（即小锥齿轮右端增加一个滚动轴承，避免悬臂结构）。

(4)指出图示轴系的结构错误，齿轮采用油润滑，轴承为脂润滑（用笔圈出错误之处，并注明错误名称，不要求改正）。

(4)1）缺挡油环；
2）套杯左端凸肩内径太小，拆卸外圈困难；
3）轴颈太大，内圈无法从右侧装入；
4）两外圈间缺套筒，右轴承外圈无轴向固定；
5）轴径太大；
6）弹性挡圈无法调整轴承间隙（改为圆螺母调整）；
7）缺调整垫片；
8）缺轴上配合零件的定位轴肩；
9）间隙太大；
10）精加工面过长，应加工成阶梯轴；
11）缺调整垫片。

(5)下图齿轮为悬臂布置，轴系为两个型号不同的轴承（轴承外径、内径大小见图），齿轮为油润滑，轴承为脂润滑，试画出此轴系结构。

(6)下图齿轮轴系为两端单向固定结构，齿轮为油润滑，轴承为脂润滑（轴承为深沟球轴承型），试画出此轴系结构。

（7）画螺钉联接结构图（螺钉、弹簧垫圈、被联接件装配在一起的结构）。
(1)
（8） 试改正下图中的错误结构（另画出一正确结构图即可）。

(9)请在下图中画出用紧定螺钉把轴上零件固定的结构。

（10）推导图示夹紧联接的螺栓受力计算公式（螺栓数为2）。

，即。
单个螺栓所需预紧力，式中m为接合面摩擦系数。
(11)钢齿轮与直径d=80mm的钢轴用普通平键B22´100  GB1096—90，静联接，键高h=14mm，工作时有冲击，取，求键能传递的最大转矩。

1）l¢=L=100 mm
2）
(12)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？
2）计算大、小齿轮弯曲强度时哪些参数取值不同？
3）两轮弯曲强度大小通过哪些参数比较就能看出来？可得到什么结论？
注：
答：1）公式相同：
2）、与取值不同。
3）由与的比较即可看出，此值小的强度高。
(13)如图所示起重机卷筒，钢丝绳起重量W＝60000N，利用双头螺柱夹紧产生的摩擦力矩使转矩由齿轮传到卷筒上。8个螺柱均匀分布在直径的圆周上。联接件接触面摩擦系数m=0.12，为了安全，希望摩擦力矩比计算值大20％，螺柱材料为6.8级，45钢，。控制预紧力，取安全系数，试求螺柱所需最小直径（或计算直径）。

答：转矩
许用拉应力
每个螺柱所需预紧力
由强度条件，螺柱小径
(14)图示螺栓联接中，采用两个M16（小径，中径，）的普通螺栓，螺栓材料为45钢，8.8级，，联接时不严格控制预紧力（取安全系数，被联接件接合面间的摩擦系数m=0.2。若考虑摩擦传力的可靠性系数（防滑系数），试计算该联接允许传递的静载荷FR（取计算直径dc=d1）。

解：许用拉应力
设每个螺栓所需预紧力为F¢，则，故

由强度条件，知

故
(15)轴系由一对角接触球轴承7307AC（旧46307）支承，轴承的基本额定动载荷，轴承“背对背”安装（反安装），已知轴转速n=5000r/min，FA=900N，Fr1=1000N，Fr2=2100N，fd=1.5，预期寿命[Lh]=2000h，试校核轴承是否满足要求。

e
Fa/Fr>e
Fa/Fr≤e
Fd
0.7
X=0.41，Y=0.85
X=1，Y=0
0.7Fr

解：（1）计算内部轴向力
Fd1=0.7Fr1=0.7´1000=700N （1分）
Fd2=0.7Fr2=0.7´2100=1470N （1分）
（2）计算轴向力
Fd2+FA=1470+900=2370> Fd1=700N
“1”轴承压紧，“2”轴承放松 （2分）
Fa1= Fd2+ FA =2370N （1分）
Fa2= Fd2=1470 N （1分）

，，

，，

，1轴承为危险轴承，按其核验寿命。
，满足要求。

（16）一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知：z1＝20，z2＝40，小轮材料为40Cr，大轮材料为45钢，齿形系数YFa1=2.8，YFa2=2.4，应力修正系数YSa1=1.55，YSa2=1.67，许用应力，，，。
问：1）哪个齿轮的接触强度弱？
2）哪个齿轮的弯曲强度弱？为什么？{8分}

答：1）大齿轮的接触强度弱。因为相互啮合的一对齿轮，其接触应力相等，而大轮的许用应力小。(4分)
2）大齿轮的弯曲强度弱。弯曲强度的大小主要取决于比值：。
，
比值大的弯曲强度低，故大齿轮的弯曲强度低。（4分）

（17）有一轴由A、D两轴承支持，轴上作用力F1、F2，BC之间有扭矩4500N.mm，设扭矩是稳定的，轴的许用应力[s+1b]=170MPa，[s0b]=75MPa，[s-1b]=45MPa，求此轴在弯矩最大处的直径至少应为多少。（10分）

1）轴受外力

最大弯矩在C点。此处当量弯矩

C处轴径
取 。
（18）图示一蜗杆轴上正安装一对30208型圆锥滚子轴承，根据蜗杆轴上的受力，求得两支承的径向反力Fr1=2600N，Fr2=2000N，蜗杆转速n1=960r/min，蜗杆的轴向力FA＝1000N，冲击载荷系数fd=1.1，试计算两轴承的当量动载荷。（10分）
（注：30208型轴承的内部轴向力Fd=Fr/2Y，其中：Y =1.6计算系数e=0.38，，
Fa/Fr>e时，，，Fa/Fr<e时，X=1，Y=0， ）

解：Fd1=Fr1/2Y=2600/2´16=812.5N
Fd2=Fr2/2Y=2000/2´16=625N
Fd2+FA=625+1000=1625> Fd1=812.5N
“1”轴承压紧，“2”轴承放松
Fa1= Fd2+ FA =1625N
Fa2= Fd2=625 N
，，

，，

（19）轴由一对角接触球轴承支承，根据轴上的受力，求得两支承的径向反力Fr1=972.6N，Fr2=3597N，轴向力，轴承载荷系数fp=1.1，求两个轴承的当量载荷。（14分）
注：角接触球轴承（），内部轴向力。
e
Fa/Fr≤e
Fa/Fr>e
1.14
X=1，Y=0
X=0.35，Y=0.57

解：

FS2+FA＞FS1，左轴承压紧。

（20）试选择带轮与轴连接采用的A型普通平键。已知轴和带轮的材料分别为钢与铸铁，带轮与轴配合直径d=40mm，轮毂长度l=70mm，传递的功率=10KW，转速n=970r/min，，载荷有轻微冲击。

解：(1)计算键连接所传递扭矩：

(2) 选键截面尺寸，根据d=40mm从表中查得：b=12mm,h=8mm
参考轮毂长度，选键长L=63mm
（3） 强度校核：
A型为圆头平键，键的工作长度l=L-b=63-12=51mm
键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.5x8=4mm
查表：因带轮为铸铁，轻微冲击，许用挤压应力

强度足够
25 / 25