械设计工程学II试卷题解2003年11月.doc

中国矿业大学机械设计试卷
班级 姓名 学号
题号
一
二
三
四
五
六
总分
满分
20
20
25
15
20

100
得分

评阅

一. 选择题（20分）
1.1 在受变载荷的螺栓联接中，若保持预紧力不变，则减小螺栓的刚度，会使螺栓的总拉力变动范围 2 。(①增大；②减小；③不变)。
1.2 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)。
1.3 悬置螺母的主要作用是 3 。(①作为联接的防松装置; ②减小螺栓系统的刚度; ③使螺母中各圈螺纹受力较均匀; ④防止螺栓受弯曲载荷)。
1.题 1.3
4 螺纹联接防松的根本问题在于 4 。（①增加螺纹联接的刚度；②增加螺纹联接的轴向力；③增加螺纹联接的横向力；④防止螺纹副的相对转动）。
1.5 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)。
1.6 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)。
1.7 V带传动设计中，选取小带轮基准直径的依据是 1 。（①带的型号；②带的速度；③主动轮转速；④传动比）。
1.8 一定型号的三角带传动，若小带轮直径dd1保持一定，而增大其传动比i，则带绕在大带轮上的弯曲应力σb2应 1 。(①增大；②减小；③不变)。
1.9 E型V带绕在直径dd1=500mm的小带轮上，若带的抗弯弹性模量E＝200N／mm2，带的最外层到中性线的距离ha＝8.3 mm，则带内最大的弯曲(拉)应力是 3 N／mm2。（①3.3；②4.1；③6.6；④8.7）。
1.10 某V带传动，当带速增大到原带速的2倍，带内的离心应力即随之增大到 4 。（①1倍；②2倍；③3倍；④4倍）。
1.a)
11 在链传动设计中，一般链轮最多齿数限制为zrnax=120，是为了 3 。（①减小链传动的不均匀性；②限制传动比；③链节磨损后减少跳齿和脱链；④保证链轮轮齿的强度）。
1.12 在链传动中，限制链轮最少齿数的目的之一是为了 1 。（①减少传动的运动不均匀性和动载荷；②防止链节磨损后脱链；③使小链轮轮齿受力均匀；④防止润滑不良时轮齿加速磨损）。
1.13 由于安装误差或轴挠曲变形大等因素致使滚动轴承内外圈发生相互倾斜，则宜选用类型代号为 1 的滚动轴承。（①1或2；②3或4；③N；④NA）。
1.14 联轴器与离合器的主要作用是 3 。（①缓和冲击和振动；②补偿两轴的同轴度误差或热膨胀；③联接两轴传递转矩；④防止机器发生过载）。
1.15 有两个圆柱形螺旋弹簧，除中径外，材料、丝径、圈数均相同，当载荷相同时，变形大的是 1 。(①中径大的；②中径小的；③与中径大小无关)。
1.16 滚动轴承的代号由前置代号、基本代号及后置代号组成，其中基本代号表示 1 。（①轴承的类型、结构和尺寸；②轴承组件；③轴承内部结构的变化和轴承公差等级）。
a)
b)
c)
题1.17
1.17 示起重绞车从动大齿轮1和卷筒2与轴3相联接的三种形式，三种形式中的轴依次为 4 。（①固定心轴，旋转心轴，转轴；②固定心轴，转轴，旋转心轴；③旋转心轴，转轴，固定心轴；④转轴，固定心轴，旋转心轴）。

1.18 如图所示能实现万向联轴器输入和输出轴同步转动的是 3 。
1.19 如图所示动压径向滑动轴承在获得液体摩擦时，轴心位置Ol与轴承孔中心位置O及轴承中的油压分布为 1 。

题1.18
②
①
④
③

①
④
③
②
题1.19

1.20 如图所示动压径向滑动轴承在获得液体摩擦时，轴心位置Ol与轴承孔中心位置O及轴承中的油压分布为 4 。
二. 填空题（10分）
2.1 有一转轴，危险截面上的弯矩M=4105N·mm，转矩T=6105N·mm是脉动变化，若抗弯截面模量W=2104mm3，抗扭截面模量WT=4104mm3，则应力幅σa= 20N/mm2 和τa= 7.5N/mm2 。
2.2 滚动轴承的类型代号由 数字与字母 表示。
2.3 滚动轴承的基本额定静载荷的定义是 内外圈中弱圈与滚动体塑性变形之和等于万分之一 滚动体直径所对应的载荷 。
2.4 滚动轴承工作时，滚动体和转动套圈的表面接触应力特性为　周期变幅脉动循环；而固定套圈接触点的接触应力特性为 脉动循 。
2.5 液体动压轴承，其它条件不变，载荷越大相对偏心距越 大 。
2.6 当圆柱螺旋扭转弹簧承受外载荷时，弹簧丝截面主要受 正 应力。
2.7 V带传动，主动轮dd1=250mm，转速n1=1200r/min、包角α1=172°，带与带轮间的当量摩擦系数为fv=0.333。在即将打滑时测得功率为15.7KW，求此时带紧边的拉力F1c= 1582N 和有效拉力Fe= 1000N 。
三.设计计算题（35分）
3.1 如图所示刚性联轴器取4个M20六角头配合螺栓，螺栓屈服应力σs=300Mpa，剪切安全系数Sτ=4，挤压安全系数Sp=1.6，配合面处螺栓直径ds=21mm，其许用最大转矩T=4000N.m。试校核其强度(提示：挤压强度校核所需尺寸h＝23-l1，l1=3)。 （6分）

题 3.1

3.2 某轴选用两个30310轴承，布置形式如图所示。轴上轴向力Ka=3600N，径向载荷R1=6000N，R2=11000N(方向见图)，工作温度低于120℃，有轻微振动，取负荷系数fP=1.1。试求：轴承的寿命为多少? (附：30310轴承有关资料) （10分）

Ka
R2
R1
题 3.2
S2
S1

e
A/R>e
Cr(N)
S
X
Y
0.35
0.4
1.7
130000
R/(2Y)

由于A2=Ka+S1=3600+1765=5365N>S2=3235N，所以，A2=5365N，S1=1765N。
由于A2／R2=5365/11000=0.488>e=0.35，所以，
P2=X·R2+Y·A2=0.4×11000+1.7×5365=13520N

3.3 已知：如图所示托架上受到扭矩T=1000N·m及轴向拉力F=40kN，螺栓为普通螺栓，托架与机架间的摩擦系数为fv=0.15。求螺栓直径。(注：螺栓屈服应力σs=240Mpa，安全系数S=2)。(8分)
题 3.3

F∑
∑F
△F
F0′
F0

1. 应用合力法
克服扭矩T的平衡方程为FT0×fv×r×Z≥kf×T，由此得每个螺栓上的拉力为FT0≥kf×T/（fv×r×Z）
=1×1000×103/(0.15×200×1.4142×4)=5889N。(对应于扭矩T的力)
每个螺栓上的总工作拉力为F∑＝F/4+FT0=40×103/4+5889=15889N
每个螺栓上的总拉力为∑F＝F∑＋F0′≈F∑，F0′≥0

2. 应用应力－应变图法
设FT=F/4,将FT视为螺栓上的工作拉力，残余预紧力确保在T作用下联接不发生相对位移。

3. 应用应力－应变图法
设FT=F/4,将FT视为螺栓上的工作拉力，残余预紧力确保在T作用下联接不发生相对位移。
F0′＝∑F∑－F/4，F0′×fv×r×Z≥kf×T
3.4已知一链传动，链号为16A(节距p=25.4mm)，小链轮齿数z1=19，转速n1=960r／min。试计算链条的平均速度v、瞬时最大速度vmax和最小速度vmin。
（4分）

四 结构设计和绘图(22分)
4.1画出图中楔形油膜中压力沿x轴的分布规律曲线，和A，B，C三点沿y轴的油膜速度分布规律曲线(设B点为压力极值点)。(4分)

4.2 根据图示两种结构回答下列问题：①如何调整锥齿轮啮合的接触区；②如何调整轴承间隙；③分析哪一种结构使轴的支承刚性好；④分析哪一种结构易于加工和调整。(8分)
题 4.2
a)
b)

①如何调整锥齿轮啮合的接触区?
增减套杯与机架之间的垫片厚度。
②如何调整轴承间隙?
图(a) 增减套杯与端盖之间的垫片厚度。图(b) 调节齿轮轴上的圆螺母。
③分析哪一种结构使轴的支承刚性好?
由于图(b)的支点跨距大于图(a)的，所以，图(b)的支承刚性好
④分析哪一种结构易于加工和调整?
图(a) 增减套杯与机架之间的垫片厚度，增减套杯与端盖之间的垫片厚度都方便。图(a)的轴上无螺纹，加工方便。
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)

题 4.4
5

1

4
3
2
题 4.3

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

五 根据题意判断下列结构设计的优劣（12分）
a)
b)
题5.1 轴承组合要有利于载荷均匀
5.1

题5.2 滑动轴承的密封
a)
b)
5.2

5.3 5.4
a)
b)
题5.3 受弯矩的螺钉结构
题5.4 合理设置轴上多个键槽的位置
a)
b)

题5.6 减少装配时的加工
b)
a)
5.5 5.6
b)
a)
题5.5 填料密封圈的压紧

Ft
T
L
L1
L1
O
O
A
B
C
3.3 已知：如图所示托架上受到扭矩T=1000N·m及横向拉力Ft=40kN，螺栓为普通螺栓，数量为4个，螺栓的中心线在边长为L1的正方形上，支轴A的中心线在正方形的中心上，托架与机架间的摩擦系数为fv=0.15，可靠度kf=1.2，L=1000mm，L1=400mm。求螺栓直径。(注：螺栓屈服应力σs=240Mpa，安全系数S=2.5)。(8分)
F∑
∑F
△Fb
F0′
F0
△Fm

Ft
T
L
L1
L1
O
O
A
B
C
M
Ft
1　将Ft平移至托架与机架的结合面，得
Ft＝Ft＋M
设每一个螺栓上的预紧力F0均相同，
该预紧力F0克服M的作用后，Ft与
T的作用仍不能使托架与机架之间出
现分离。
2　M对应的螺栓上的拉力FM
M=Ft×L=40×103×1000=4×107 Nmm

3　Ft对应的螺栓上的拉力FL
4FL×fv>Ft FL >Ft/( 4 ×fv)=40×103/(4×0.15)=66666N
4　T对应的螺栓上的拉力FT
克服扭矩T的平衡方程为FT×fv×r×Z≥kf×T，由此得每个螺栓上的拉力为FT≥kf×T/（fv×r×Z）=1.2×1000×103/(0.15×400×1.4142×4)=3541N。(对应于扭矩T的力)
5 螺栓上的总拉力F∑为
F
F∑＝FM+FL+FT＝2.5×104+66666+3541=95207N

10