机械设计期末习题.doc

江苏师范大学连云港校区机械设计期末复习
一、选择题
1.为了保证轴承内圈与轴肩端面的良好接触，轴承的圆角半径r与轴肩处的圆角半径rl应有 2 关系。
①r=rl； ②r>r1； ③r<rl
2．带传动中，主动轮上的滑动弧是发生在带与带轮的 2 。
①绕进段 ②退离段 ③全部包围弧段
3. 对顶螺母和弹簧垫圈是 2 。
①用机械方法的防松装置 ②靠轴向压紧摩擦的防松装置 ③靠径向压紧摩擦的防松装置
4．带传动设计中，应验算小带轮包角不要过小，这是为了 4 。
①提高传动寿命； ②减小对轴的压力；
③减小结构尺寸； ④提高摩擦力保证有一定承载能力
5．非液体滑动轴承，其润滑状态通常为 1 。
①边界润滑 ②流体膜润滑 ③混合润滑 ④边界润滑或混合润滑
6．蜗杆传动热平衡计算的目的是为了控制温升，防止 2 。
①蜗杆机械性能下降 ②润滑油变性或齿面胶合
③传动效率下降 ④蜗轮材料退火
7．为提高螺栓在变载荷作用下的疲劳强度，可采取 3 的措施。
①增大螺栓刚度 ②适当减小预紧力
③减小螺栓刚度 ④减小被联接件刚度
8．只受预紧力作用的普通螺栓联接，螺栓危险剖面上单元体的应力状态为 3 。
①简单拉伸 ②纯剪切 ③拉扭组合 ④拉弯组合
9．转轴上载荷和支点位置都已确定后，轴的直径可以根据 4 来进行计算或校核。
①抗弯强度； ②扭转强度； ③扭转刚度； ④弯扭合成强度
10．对液体动压轴承需要足够的供油量主要是为了 1 。
①补充端泄油； ②提高承载能力； ③提高轴承效率； ④减轻磨损
11. 与公称直径、牙型角、螺纹头数相同的粗牙螺纹相比较，细牙螺纹能比粗牙螺纹 3 。
①自锁性好，强度高；②自锁性差，强度低；③自锁性好，强度低；④自锁性差，强度高
12. 当进行螺栓组的结构设计时，一般各个联接螺栓材料、直径和长度应 1 。①相同；②不同；③视具体情况决定
13. 受旋转力矩的配合螺栓组，每个螺栓所受的载荷是 2 。
①相等的；②与螺栓到几何中心距离成正比；③与螺栓到几何中心距离成反比；④以上答案都不对
14. 疲劳磨损是由于接触应力反复作用引起金属微粒脱落的现象，一般也叫 3 。①胶合；②磨料磨损；

③点蚀；④腐蚀
15. 常用的联接螺纹牙型都是三角形，主要是由于三角形螺纹的 3 。
①强度好，寿命长；②效率高；③当量摩擦系数大，自锁性能好
16. 带传动中，从动轮上发生弹性滑动时，则 2 。
①带的速度小于带轮的圆周速度；②带的速度大于带轮的圆周速度；③带的速度等于带轮的圆周速度
17. 在带、链，齿轮组成的多级减速传动中，带传动应放在 1 。
①高速级；②低速级；③高速级或低速级均可
18. 在带传动中，若发生打滑现象，则在 2 。
①大带轮上先发生；②小带轮上先发生；③大小带轮上同时发生
19. 图示V带与轮槽相对位置中正确的结构是 c 。
a)
b)
c)

20. 带传动中带轮最常用的材料是 3 。
①Q235；②45钢；③HTl50；④ZGS0；⑤塑料
21.带传动中，若空载且不计摩擦损耗时，主动轮的圆周速度 3 从动轮的圆周速度。
①小于；②大于；③等于
22. 为实现平稳和噪声小的传动可选用的链条是 2 。
①套筒滚于链；②齿形链；③圆环链；④上三种都可以
23. 制造链传动链轮的材料常用 3 。
①铜合金；②铸铁；③淬火回火的中炭钢；④不做处理的低炭钢
24. 自行车的从动链轮齿数和直径为18和73mm，主动轮的为48和194mm，其平均传动比为 2 。
①48／18；②18／48；③73／194；④194／73
25. 在套筒滚子链设计中，在满足承载能力要求的前题下，节距选得 2 越好，小链轮齿数选得 1 越好。
①越大；②越小
26. 当保持齿轮传动的传动比、中心距和齿宽不变，增大两轮的齿数则 3 增加。
①接触强度；②弯曲强度；③重合度
27. 将轮齿做成鼓形齿是为了减小 1 。
①齿上载荷不均匀；②动载荷；③齿对间载荷分配不均
28. 蜗杆传动变位前后，蜗轮的节圆直径 1 。
①不变；②改变；③不一定改变

29. 实际的轴多做成阶梯形，这主要是为了 3 。
①减轻轴的重量；②便于热处理；③便于装配
30. 为保证轴上零件能靠紧定位面，轴肩处的圆角半径应 1 零件上的倒角或圆角半径。
①小于；②大于；③等于
31. 非液体摩擦滑动轴承的主要失效形式是 1 　。
① 磨损；② 轴瓦裂纹；③ 点蚀
32. 链条的基本参数是 4 。
①销轴直径；②销轴长度；③链板厚度；④节距
二．填空题(共20分，每小题2分)
1．在带、链和齿轮组成的多级传动中，带传动宜布置在 高速 级。
2．需成对使用的滚动轴承类型有 角接触球轴承、圆锥滚子轴承 。
3．对于链速v<0.6m／s的低速链传动，因其主要失效形式是链条的 静力拉断 ，故应按 静 强度条件进行计算。
4．当被联接件之一很厚、且该联接需经常拆卸时，应采用 双头螺柱 联接；当用螺纹联接件联接轴和轴上零件时，常采用 紧定螺钉 联接。
5．如需在同一轴段内安装一对平键时，应将它们布置在 1800 位置。
6．计算载荷Fca、名义载荷F和载荷系数K的关系式 Fca ＝KF ，强度计算时应该用 计算载荷 载荷。
7．实际的轴多做成阶梯形，这主要是为了 轴上零件定位及装拆方便 。
8．滚动轴承额定寿命是指该型轴承有 10 ％发生 点蚀 失效前的总工作转数。
9．联轴器只有在机器 停机 时才能结合和断开两轴的联接；在机器运行中要进行轴的分离和接合，需要采用 离合器 。
10．闭式齿轮传动的主要失效形式是 轮齿折断 、 齿面点蚀 、 齿面胶合 、
塑性变形 。
11. 磨损过程大致分成 跑合 阶段、 正常磨损 阶段和 剧烈磨损 阶段。
12. 三种常用螺纹联接的基本类型是： 、 和 。
13. 螺纹的螺旋升角愈小或当量摩擦角愈大，螺纹的自锁性能愈 好 、效率愈 低 。
14. 螺纹防松装置按原理可分为 、 、 。
15. 当被联接件之一很厚、且该联接需经常拆卸时，应采用 联接；当用螺纹联接件联接轴和轴上零件时，常采用 联接。
16. 带在工作中存在的应力有 、 和 ，其中变化的应力有 、 。
17. 带的弹性滑动是由于 弹性体受载 而引起的，它是 不可 逼免的。

18. 带传动的主要失效形式是 和 。
19. 带传动设计准则是：在保证传动 的条件下，带具有一定的 。
20. 在轴肩处设计出圆角，目的在于 。
21. 细牙螺纹比粗牙螺纹的自锁性能 　 　 。
22. 设计滚子链传动时，链条节数最好取为　　 　　 。
23. 球轴承比滚子轴承的承载能力 低 ；球轴承比滚子轴承的抗冲击能力 差 。
24. 工作中只受弯矩不受扭矩的轴叫作 轴；只受扭矩不受弯矩的轴叫作 轴；同时受弯矩和扭矩和轴叫作 轴。

b)
a)
三. 简答题
1. 根据题意判断下列结构设计的优劣

a)
b)

a)
b)
c)

a)
b)

c)
b)
a)

加工面
加工面
a)
b)
a)
b)

a)
b)

a)
b)

a)
b)

a)
b)
c)
d)
e)

b)
a)
c)

a)
b)

a)
b)
c)
c 避免在斜面上钻孔

c)
a)
b)

a)
b)
c)
a)
b)
d)
c)

2. 链的标记为24A-1×98GB1243.1－88；其含义是什么？
答：表示A系列链号，24A表示节距为38.10mm，单排，98节的滚子链　。　
3. V带传动设计时，带的根数为什么不能取得过多?过多有什么不好?
答：带的根数过多，带的载荷分布不均，引起带的横向振动。
4. 简述当链速一定时，链轮齿数z的多少和链节距p的大小对链传动的动载荷有何影响?
答： p越大，动载荷越大；z越大，动载荷越小。反之亦然
5. 轴的结构设计时，为了固定受到有较大轴向力的斜齿圆柱齿轮，可以采用：①轴肩；②套筒；③弹簧档圈；④螺钉锁紧档圈;⑤平键；⑥轴环；⑦圆螺母等结构。（试删去不正确的）
6. 有一由V带传动、链传动和齿轮传动组成的减速传动装置，试合理确定其传动布置顺序，并说明其原因。1. 有一由V带传动、链传动和齿轮传动组成的减速传动装置，试合理确定其传动布置顺序，并说明其原因。答：（1）传动顺序为：带传动（高速级）—齿轮传动（中间级）—链传动（低速级）2分（2）说明原因：在多级传动中应将带传动设置在高速级，这是因为当带传动功率一定时，提高带速，可以降低带传动的有效拉力，相应的减少带的根数或者V带的横截面积，总体上减少带传动的尺寸； 将链传动设置在低速级，这是因为链速影响传动平稳性和寿命。链速越高，多边形效应越明显，相应动载荷就越大，链传动就越不平稳，产生的冲击、振动和噪音越大。
7. 试分析张紧力F0对带传动正反两方面的影响。
答：张紧力F0越大，则带传动的承载能力就越大，但同时带中所受的拉应力也越大，从而 降低带的寿命；张紧力越小，虽可减小带中的拉应力，提高带的寿命，但带传动的承载能力会降低。
8. 什么是摩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准确。

②损失一部分能量，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）
三．如图所示二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器，I、III轴分别为输入和输出轴。已知1轮的转向和螺旋线旋向，欲使II轴上两轮的轴向力抵消一部分，要求：
1）画出2、3、4轮螺旋线旋向；（3分）
2）画出2、3轮的圆周力、轴向力和径向力的方向及2轮的转向。（7分）
Ft4
Ft3
Ft2
Ft1
Fa4
Fa3
Fa2
Fa1
Fr4
Fr3
Fr2
Fr1

解：如图所示

四．一工程机械中的传动装置，根据工作条件决定采用一对圆锥滚子轴承，并暂定轴承型号为30308，已知轴承载荷R1＝2400N，R2＝5000N，轴上的轴向载荷Fa＝800 N，轴转速n=500r/min，运转中取载荷系数fp＝1.5，预期寿命L’h＝12000小时，试求：
（1） 两轴承的轴向力A1，A2
（2） 两轴承的径向载荷系数x1, x2以及轴向载荷系数y1，y2
（3） 两轴承的当量动载荷P1，P2
（4） 该轴承是否满足寿命要求？
（注：30308轴承：额定动载荷C＝90800N，额定静载荷C0r＝108000N，e=0.35，y=1.7。
当时，x=0.4,y=1.7；当时，x=1，y=0）

解： S1＝R1/(2Y)=2400/(2×1.7)＝705.8N （0.5分）
S2＝R2/(2Y)=5000/(2×1.7)=1470.6N （0.5分）
因FA + S2=800+1470.6=2270.6> S1 （1分）
所以 A1= Fa+ S2=2270.6N （1分）

A2= S2=1470.6N （1分）
取ft＝1，fp＝1.5
A1/R1=2270.6/2400=0.94>e （1分）
X1=0.4 Y1=1.7 （1分）

A2/R2=1470.6/5000=0.094<e （1分）
X2=1 Y2=0 （1分）
（2分）
（2分）
取P=P2

（2分）
满足寿命要求

五.计算滚动轴承的相关参数2008-2009机械设计试卷A答案
轴承1
轴承2
Fa
左端盖
右端盖
机架
机架
n
O1
O2
在图所示的结构设计简图中，已知轴的转速n＝1470 r/min，角接触轴承1上的径向载荷R1＝800 N，角接触轴承2上的径向载荷R2＝1900 N，轴向载荷Fa＝1200 N，两个轴承的额定动载荷Cr均为Cr＝38600 N，e＝0.68，S＝0.7R，A/R≤e，x＝1,y＝0；A/R＞e，x＝0.41，y＝0.87，ft＝1.1，fp＝1.2，求受载最大的轴承的工作寿命Lh。

Fa
S1
S2
R1
R2
轴承1
轴承2

解： S1＝0.7×800＝560 N　S2＝0.7×1900＝1330 N　　　　　　　　 (2分)

由于 S1＋Fa＝560＋1200 ＝1760 N＞S2，所以A2＝1760 N，　A1＝S1＝560 N
由于 A1/ R1＝560/800＝0.7＞e，所以，x＝0.41，y＝0.87；
P1＝fp (x1R1＋y1A1)＝1.2(0.41×800＋0.87×560)＝978 N　　　 　　　　(2分)
A2/ R2＝1760/1900＝0.926＞e，所以，x＝0.41，y＝0.87；
P2＝fp (x2R2＋y2A2)＝1.2(0.41×1900＋0.87×1760)＝2772 N　 (2分)
　 　　　 (4分)

六.分析滚动轴承的布置与特点　　　　　　　
下图为圆锥齿轮轴的支承结构，(1) 简述零件1、2的主要作用；(2) 螺栓组3是否承受圆锥齿轮上的轴向作用力Fa；(3) 套筒4的主要作用是什么？
题7图
1
2
3
Fr
A
B
Fa
箱体
O1
O2
4

(１)　零件1的主要作用是对两个轴承进行定位并传递圆锥齿轮的轴向力； 零件2的主要作用是调节圆锥齿轮的中心位置，实现两个圆锥齿轮的正确啮合。 (4分)
(2)　螺栓组3承受圆锥齿轮上的轴向作用力Fa。 (2分)
(3)　轴承A的滚子承受圆锥齿轮上的轴向力Fa。 (2分)
(4)　套筒4的主要作用是承受圆锥齿轮上的轴向力Fa并实现轴承的定位。(2分)
七．V带传动传递的功劳P = 7.5 kW，带速v = 10 m/s，紧边拉力是松边拉力的两倍，即F1 = 2F2，试求紧边拉力F1、有效拉力Fe和初拉力F0。
例5-1 已知：V带传递的实际功率P = 7.5 kW，带速 v=10m/s，紧边拉力是松边拉力的两倍，试求有效圆周力Fe 、紧边拉力F1和初拉力F0。
解题注意要点：
这是正常工作条件下的受力计算，不能应用欧拉公式；
解：

根据：
得到： N
联立：
解得： N， N
N
例5-2 设V带所能传递的最大功率P = 5 kW，已知主动轮直径= 140mm，转速n1= 1460 r/min，包角，带与带轮间的当量摩擦系数，试求最大有效圆周力 和紧边拉力。
解题注意要点：
1．此题是在最大载荷条件下的受力计算，可以应用欧拉公式；
2．题目数据没有q，故忽略离心拉力qv2。
解：
带速：10.702 m/s
小带轮包角： 弧度
有效圆周力： N
联立：
解得： N， N
八．试分析如图所示轴系结构中的错误，并加以改正。（指出错误之处，并编上号，简述其错误原因，并改正。至少改正5处。）

答：①端盖连接处没有垫片；②轴肩高度高于滚动轴承内圈的高度；③键槽长度太长；④齿轮轮毂的长度应大于轴段长度；⑤轴太长；⑥联轴器键槽不能封闭，且应和③键槽位于轴的同一母线上；⑦轴端轴向定位方式错误。
其他补充
4.3 改正图中结构错误。(5分)
4.4指出图所示轴系结构设计中的错误，并在错误处标出序号，按序号说明错误原因。 (注：齿轮用稀油润滑，轴承用油脂润滑) (5分)

5

题 4.4

1

4
3
2
题 4.3

１. 密封没有接触。
２. 轴径太大。
３. 套筒右端直径太小。
４. 轴肩直径太大。
５. 轴承装反了。

1. 轴肩过高。
2. 缺少套筒。
３. 键多余。
４. 轴径应减小再增加一个套筒。
５. 增加一个键。

Fae
3、根据工作条件，决定在某传动轴上安装一对角接触向心球轴承(如图所示)，已知两个轴承受到的径向载荷分别为Fr1＝1650N和Fr2=3500N。外加轴向力Fae＝1020N。 (1)若派生轴向力Fd＝0.7Fr，试计算两个轴承实际受到的轴向载荷Fa1和Fa2。
3、(14分)
[解] Fd1＝0.7Fr1＝0.7×1650=1155N (2分)

方向向右
Fd2＝0.7Fr2＝0.7×3500=2450N (2分)
方向向左
Fd1十Fae＝1155十1020＝2175 ＜ Fd2
故轴承1为压紧端，轴承2为放松端。
Fa1＝Fd2-Fae=2450-1020N =1430 (2分)
Fa2＝Fd2＝2450N (2分)

(3分)
(3分)

四、 分析题(20分)
1. (10分) 如图4-1传动系统，要求轴Ⅱ、Ⅲ上的轴向力抵消一部分，试确定：
图4-1
1)蜗轮6的转向；
2)斜齿轮3、4和蜗杆5、蜗轮6的旋向；
3)分别画出蜗杆5，蜗轮6啮合点的受力方向。
1.(12分)(1) 蜗轮6的转向为逆时针方向；
(2分)
(2)齿轮3左旋，齿轮4右旋，蜗杆5右旋，蜗轮6右旋；(4分)
(3)蜗杆5啮合点受力方向如图(a)；蜗轮6啮合点受力方向如图(b)。(6分)

1、一机械传动装置，采用一对角接触球轴承，暂定轴承型号7307AC。已知轴承载荷R1=1200 N，R2=2050 N，FA=880 N，转速n=5000 r/min，运转中受中等冲击，预期寿命Lh=2000 h，试问所选轴承型号是否恰当？（注：70000AC型轴承的内部轴向力为0.7R；对70000AC型轴承，e=0.68；当A/R> e时，X=0.41、Y=0.87；当A/R£e时，X=1、Y=0；fT=1；fF=1.5；7307AC轴承的径向额定动载荷 C=32800 N。）（14分）

解：（1）先计算轴承1、2的轴向力A1、A2：
两个70000AC型轴承的内部轴向力为

因为
所以 ，
（2）计算轴承1、2的当量动载荷：
70000AC型轴承e=0.68，而

所以X1=0.41、Y1=0.87；X2=0.41、Y2=0.87。故径向当量动载荷为

（3）计算所需的径向额定动载荷C
因两端选择同样尺寸的轴承，而P2＞P1，故应以轴承2的径向当量动载荷P2为计算依据。

因为 C2＜C，故所选7307AC轴承合适。
2、某两端固定轴采用一对深沟球轴承(6208)，已知轴上的轴向外载荷Fa＝720Ｎ，径向外载荷Fr=2400N(对称布置)，ｎ＝1440r/min，fF＝1.2，fT＝1。额定动载荷C＝29500Ｎ，额定静载荷C0＝18000Ｎ，求该对轴承的寿命。
求 (1)两轴承的轴向力A1、A2 (4分)
(2)两轴承的当量动载荷P1、P2，并指出哪个是危险轴承? (6分)
(3)计算轴承的寿命。(4分)
Fr

A/C0
e
A/R>e
x
y
0.025
0.22
0.56
2.0
0.04
0.24
1.8
0.07
0.27
1.6

题四——图3
解： R1=R2=1200N
（1）A1= Fa，A2=0。
（2）A/C0=0.04， e=0.24, A1/R1=0.6>e X1=0.56，Y1=1.8 , X2=1, Y2=0
P=xR+yA； P1=1968 N， P2=1200N P1＞ P2 轴承1危险

（3） h
1、图示为由圆锥齿轮和斜齿圆柱齿轮组成的传动系统。已知：Ⅰ轴为输入轴，转向如图所示。
（1）在下图中标出各轮转向。（2分）
（2）为使2、3两轮的轴向力方向相反，确定并在图中标出3、4两轮的螺旋线方向。（3）在图中分别标出2、3两轮在啮合点处所受圆周力、轴向力和径向力的方向。（4分）（1）各轴转向如图所示。
（2） 3轮左旋，4轮右旋。
（3） 2、3两轮的各分力方向下图所示。

Fa3

Fr3 Ft3
Ft2
Fr2
Fa2

10、解释下列滚动轴承代号：6203/P6，7307B，所表示的滚动轴承的内径尺寸、精度等级。
S
Fa/Fr≤e
Fa/Fr＞e
e
2.一根轴用两个角接触球轴承，如图所示。轴端作用有轴向力，径向力。试分别求出两轴承所受的径向载荷、和轴向载荷、，取轴承内部轴向力。（12分）
解：1) 求支反力：

2）求内部轴向力：

3）求,所以1轴承“放松”，2轴承“压紧”，
4）故有

轴承2 轴承1

R2 R1

1. 如图所示，1、2是一对蜗杆蜗轮传动，3、4是一对斜齿轮传动。已知1为原动件，4为输出件，各轮转向如图所示。为了使中间轴上蜗轮2和斜齿轮3的轴向力互相抵消一部分，
⑴试确定1、2、3、4各轮的旋向；
⑵在图上标出2和3所受各力的方向。 （10分）

1、2、3轮左旋，4轮右旋
1、某轴由一对代号为30212的圆锥滚子轴承支承，其基本额定动载荷C = 97.8 kN。轴承受径向力Fr1= 6000N，Fr2 =16500N。轴的转速 n =500 r/min，轴上有轴向力FA = 3000 N，方向如图。轴承的其它参数见附表。动载荷系数 fd = 1，温度系数ft= 1。

试：（1）说明轴承代号的意义；
（2）确定轴承的寿命。(以小时为单位) （14分）

X
Y
X
Y
0.40
1
0
0.4
1.5

解：3：轴承类型代号，圆锥滚子轴承；02：尺寸系列代号（0：宽度系列代号，2：直径系列代号）；12：内径系列代号，内径为60mm；公差等级为0级。
1）求内部派生轴向力S1、S2的大小方向
N
N

方向如图所示。
，1轴承被“压紧”，2轴承被“放松”。
装 订 线

班级： 学号： 姓名：
2）求轴承所受的轴向力
N
N，
3）轴承的当量动载荷
据：Fa1/ Fr1= 2500/6000 = 0.417＞e = 0.40，得：X1 = 0.4，Y1 =1.5
P1 = fd（X1 Fr1 + Y1 Fa1）= 0.4×6000 + 1.5×2500 = 6150 N
据：Fa2/ Fr2 = 5500/16500 = 0.33 ＜e，得：X2 = 1，Y2 = 0
P2 = fd（X2 Fr2 + Y2 Fa2） = 16500 N
P2＞P1，用 P2 计算轴承寿命。
4）计算轴承寿命
12562 h
6.试指出下图中的6处错误。

答：①键槽太长；②无油毡，缺少密封装置；③轴段太长；④齿轮轮毂的长度应大于轴段长度；⑤轴承没有轴向定位；⑥端盖与箱体之间缺乏垫片。
9.试指出下图中的7处主要错误。

答：①联轴器左端应是通孔；②联轴器右端无法轴向定位；③端盖和轴之间应保留间隙且需密封；④轴段太长；⑤齿轮轮毂的长度应大于轴段长度；⑥轴承左端无法轴向定位；⑦无调整垫片。

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