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东莞理工学院（本科）试卷（期中考试）参考答案
2014 --2015学年第二 学期
《机械设计》

一、是非题（共12分，每小题2分，对者在括号内打“√”，错者打“×”）得分︳
1、(×) 零件只要受静载荷，则都产生静应力。
2、(×) 若普通V带传动装置工作时有300r/min和600r/min两种转速，若传递的功率不变，则
该带传动应按600r/min进行设计。
3、(√) 旧自行车上链条容易脱落的主要原因是链条铰链磨损后链节距增大。
4、(√) 按防松原理分类，弹簧垫圈属于摩擦防松。
5、(×) 普通平键的主要失效形式是键被剪断。
6、(×) 设计直齿圆柱齿轮传动中，当小齿轮的分度圆直径不变，而减小模数时，可以提高齿根
弯曲疲劳强度。
二、选择填空题（共12分，每空2分）得分︳
1、普通平键的剖面尺寸通常是根据 B 从标准中选取。
A. 传递的转矩； B. 轴的直径.； C. 轮毂的长度。
2、V带轮的最小直径取决于 A 。
A. 带的截面型号； B. 带轮的结构尺寸； C. 主动轮转速。
3、设3个零件甲、乙、丙承受的最大应力值是相同的，但应力循环特性分别为+1、0、-1，则其中最易发生疲劳失效的零件是 C 。
A. 零件甲； B. 零件乙； C. 零件丙。
4、为提高螺栓连接的疲劳强度，应 A 。
A. 减小螺栓刚度，增大被连接件刚度； B. 同时减小螺栓与被连接件刚度；
C. 增大螺栓刚度。
5、在一定转速下，要减小链传动的运动不均匀性和动载荷，设计时应 C 。
A. 增大链节距和小链轮齿数； B. 增大链节距和减少小链轮齿数；
C. 减小链节距和增大小链轮齿数。
6、一对渐开线标准圆柱齿轮减速传动中，若小齿轮1和大齿轮2的材料和热处理方法不同，则工作时，两齿轮间的应力关系属于下列第 B 种。
A. ；
B. ；
C. 。

三、填空题（共10分，每空1分）得分︳
1、带传动不能保证准确的传动比，其原因是 存在弹性滑动 。
2、普通平键的工作面是键的 两侧 面；楔键的工作面是键的 上、下表 面。
3、链传动设计时，链节数应优先取 偶 数，主要是为了避免采用 过渡链节 ，防止受到附加弯矩的作用而降低其承载能力。
4、有一减速装置由带传动、斜齿圆柱齿轮传动和直齿圆柱齿轮传动组成，其减速传动先后顺序应按以下布置方案较为合理： 带 传动→ 斜齿圆柱齿轮 传动→ 直齿圆柱齿轮 传动。
5、圆柱齿轮传动设计时，齿宽系数，当齿宽越宽，其承载能力越 大 ，但使齿向
载荷分布不均 现象越严重。

四、简答题（共10分，每小题5分）得分︳
1、试分析说明滚子链传动瞬时传动比不稳定的原因？在何特殊条件下可使瞬时传动比恒定不变？
答：
1）滚子链传动瞬时传动比不稳定的原因是：链与链轮啮合传动时，呈多边形运动，造成运动不均匀现象，即多边形效应，是链传动的一种固有特性，不可避免。

2）当两链轮齿数相同，且两链轮传动中心距为链节距的整数倍数时，瞬时传动比恒等于1.

2、如图1所示为两档变速渐开线标准直齿圆柱齿轮传动。两双联齿轮1、3用导向平键与轴连接，可分别与齿轮2、4啮合。两对齿轮的材料、热处理方法的选择均相同，模数m、齿宽b亦相等，齿数，。若输入转矩的大小不变，试问：
1）当阻力矩增大时，应该用哪一对齿轮传动？为什么？
2）设计时，应该按哪一对齿轮进行强度计算？为什么？
3）工作时，若齿轮1、2的齿面接触应力，而齿轮3、4的齿面接触应力，那么，与之比等于多少？
（齿面接触应力计算公式为）得分︳

图1

答：
1）当阻力矩增大时，应该使用齿轮1、2。 因为，当输入转矩为时，若忽略功率损耗，可输出的转矩，来抵消阻力矩。

2）设计时，应该按齿轮1、2进行强度计算。因为，当输入转矩为时，齿轮1、2轮齿所受圆周力，而齿轮3、4轮齿所受圆周力，，故齿轮1、2轮齿上的应力较大。

3）齿面接触应力计算公式为，假设两对齿轮的载荷系数相同，那么在上述计算式中，两对齿轮不同的是：轮齿所受圆周力不同，故：

五、分析计算作图题（共56分）得分︳
1、（12分）某机械零件的机械性能为：屈服极限疲劳极限 综合影响系数零件工作的最大应力最小应力 加载方式为（常数）。试求：
1）按比例绘制该零件的等寿命疲劳曲线，要求标出各典型点的坐标值；
2）在零件的等寿命疲劳曲线图中，标出该零件的工作应力点M，判断该零件将可能发生何种破坏；
3）若设计安全系数，试验算该零件是否能安全工作？
（说明：绘图时，要求标出比例尺。）
解：1）选取轴和轴比例尺，并绘制该零件的等寿命疲劳曲线，如下图所示。
O

现将上图中各典型点坐标说明如下。
A点的坐标：，即
D点的坐标：，即
C点的坐标：，即。
2）工作应力点M的坐标计算
（MPa）
（MPa）
工作应力点M的坐标为（125，175）。
由加载方式为 r =常数可知，OM延长线与AG相交，故可判断该零件可能发生疲劳破坏。
3）材料常数
该零件的计算安全系数：

该零件不能安全工作。
2、（12分）铰制孔用螺栓组连接的三种方案如图2所示。已知：，，， 试求螺栓组三个方案中受力最大的螺栓所受横向载荷，并分析比较哪个方案好？

解：1）将力等效到螺栓组对称中心O，可等效为如下两种简单受力形式
横向载荷=30KN
转矩
2）在横向载荷作用下，三个方案中，各螺栓受力相同，受剪力：

3）在转矩作用下，三个方案受力分析如下：
方案一中，剪力，
方案二中，剪力，
方案三中，剪力
4）综合分析，在横向载荷和转矩作用下，三种方案中受剪力最大的螺栓及最大剪力说明如下：
方案一中，螺栓3受剪力最大；
方案二中，螺栓4和6受剪力最大；
方案三中，螺栓8受剪力最大：

5）结论
三个方案中，方案一受剪力最大，其中螺栓3受最大剪力；
三个方案中，方案三受的最大剪力为最小，，故方案三较好。

3、（12分）图3所示传动中： 齿轮3和4为渐开线标准斜齿圆柱齿轮传动，齿轮5和6为轴交角Σ=的渐开线标准直齿圆锥齿轮传动，齿轮7和8为正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮传动。I轴为动力输入轴，其输入功率转速右旋蜗杆1的转动方向如图所示。已知各轮齿数分别为： 斜齿轮3的模数 试求：
1）欲使轴III上两齿轮的轴向力方向相反，并完全抵消，斜齿轮3、4的螺旋角旋向应如何选择？若已知锥齿轮5轮齿上所受轴向力，试计算斜齿轮3的螺旋角的大小（忽略传动装置的功率损耗）；
2）试在图上标出齿轮4、5轮齿所受圆周力、径向力和轴向力 (i=4, 5)的作用位置和方向。

解：1）
齿轮3为右旋，齿轮4为左旋时，可使轴III上两齿轮的轴向力方向相反。
计算斜齿轮3的螺旋角的大小
欲使，即
，
上式中，蜗杆的转矩，蜗杆1和蜗轮2的传动比
可得，
齿轮3的分度圆螺旋角
2）齿轮4、5轮齿所受圆周力、径向力和轴向力 (i=4, 5)的作用位置和方向如图所示。
4、（10分）设V带在保证不打滑的条件下，所能传递的最大功率，已知主动带轮基准直径，转速，小带轮包角，带与带轮槽间的当量摩擦系数，试求带传动的最大有效拉力和打滑临界状态时的紧边拉力。
解：1）最大有效拉力
由，可知：

2）打滑临界状态时的紧边拉力
由，，可得：

5、（10分）如图4所示为某受轴向工作载荷的紧螺栓连接预紧时的受力——变形图。
1）当被连接件间残余预紧力时，求工作载荷和螺栓所受总拉力，并在图上表示出来。
2）在预紧力不变的条件下，若被连接件间不出现缝隙，允许的最大工作载荷是多少？此时螺栓所受的总拉力又是多少？并在图上表示出来。

图4
1000
2000
3800N
4000
5000
6000
力 /N
变形 /mm
3000

解：1）已知预紧力，
由，可得：
工作载荷；
总拉力
2）欲使被连接件间不出现缝隙，须保证：
，

此时，总拉力

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