机械设计期末试卷及答案

A)增大被联接件的刚度B)减小被联接件的刚度C)增大螺栓的刚度

2．设计键联接的几项主要内容是：a)按轮毂长度选择键的长度；b)按使用要求选择键的主要类型；c)按轴的直径选择键的剖面尺寸；d)对键联接进行必要的强度校核。在具体设计时，一般顺序是___B________。

A)b→a→c→dB)b→c→a→dC)a→c→b→dD)c→d→b→a 3.链传动中,限制链轮最少齿数的目的是为了__A_.

A)减少传动的运动不均匀性和动载荷B)防止链节磨损后脱链 C)使小链轮轮齿受力均匀D)防止润滑不良时轮齿加速磨损

4.磨损尚无完善的计算方法，故目前设计开式齿轮传动时，一般按弯曲疲劳强度设计计算，用适当增大模数的方法以考虑__C_的影响。

A)齿面点蚀B)齿面塑性变形C)齿面磨损D)齿面胶合 5.滑动轴承的宽径比愈小，则B。

A)轴承温升愈大B)摩擦功耗愈小 C)承载能力愈大D)端泄愈小

6.蜗杆传动中,轮齿承载能力的计算主要是针对__B_来进行的.

A)蜗杆齿面接触强度和蜗轮齿根抗弯强度B)蜗轮齿面接触强度和齿根抗弯强度 C)蜗杆齿面接触强度和齿根抗弯强度D)蜗轮齿面接触强度和蜗杆齿根抗弯强度 7．若一对滚动轴承的基本额定寿命为537000转，则该轴承所受的当量动载荷A基本额定动载荷。

A)大于B)等于C)小于 8．自行车的中轴属于 A . A)转轴；B)心轴；C)传动轴。

9.带、链、齿轮组成的多级减速传动中，链传动应放在B。

A)高速级B)低速级C)高、低均可

10．联轴器和离合器的根本区别是C。

A)联轴器只能用来联结两根轴，离合器还可用来联结轴上的其它回转零件

B)联轴器只能用来传递转矩；离合器除传递转矩外，还可用作安全、定向或启

动装置

C)要把联轴器联结的两轴分离，需要使机器停车进行拆卸；离合器可在机器工作过程中随时使两轴接合或分离

D)联轴器可以采用弹性元件来缓冲吸振；离合器则没有这种特性

二、填空题（10分)

1．蜗杆传动，蜗杆头数越多，效率越高。

2．滚动轴承6308、N2308、72308，其中承受径向载荷最大的是N2308；承受轴向载荷最大的是72308。

3.在轴的初步计算中，轴的直径是按扭转强度条件确定的。 4.齿轮传动中轮齿的齿面点蚀，通常首先发生在节线附近靠近齿根处。

三、简答题（共8分)

1．图示一V带传动，小带轮为主动轮，转向为顺时针。A、C和B、D分别是V带绕入点和绕出点。试问：

1)在哪个点上带速大于带轮圆周速度？ 2)在哪个点上带速等于带轮圆周速度？ 3)在哪个点上带速小于带轮圆周速度？（4分) 解：

1）D点上带速大于带轮圆周速度（1分） 2）A、C点上带速等于带轮圆周速度（2分） 3）B点上带速小于带轮圆周速度（1分）

2．联接螺纹既满足v的自锁条件，为什么还要加防松装置？试举出两种常用防松原理的防松装置。（4分)

螺纹联接的自锁作用只有在静载荷下才是可靠的，在振动和变载荷下，会产生自动松脱的现象，因此需采用防松装置。（2分）

例：（1）摩擦防松，用弹簧垫圈。2）机械防松，用开口销与六角开槽螺母。（2分）四、受力分析题（12分)

在图示传动系统中，1、5为蜗杆，2、6为蜗轮，3、4为斜齿圆柱齿轮，7、8为

A D B C 直齿锥齿轮。已知蜗杆1为主动，锥齿轮8转动方向如图。为使各中间轴上齿轮的轴向力能互相抵消一部分。试问：(1)标出蜗杆1的转动方向；(2)标出斜齿圆柱齿轮3、4和蜗轮2、6的螺旋线方向；(3)画出1、4、6、7轮的各分力图。

Fa6 Ft6 Fr6

Fa7

Fr7 Ft7

Fa1 Ft1

Fa4 Ft4

Fr1 Fr4

(1)标出蜗杆1的转动方向(1分)

(2)标出斜齿圆柱齿轮3、4和蜗轮2、6的螺旋线方向；（每个0.5分，共2分） (3)画出1、4、6、7轮的各分力图。

1、6每个力1分，共6分；4、7每个力0.5分，共3分

五、用文字说明轴系结构的错误所在。（答对5个为10分,答错一个倒扣1分)

1） 轴肩过高，无法拆卸轴承

2） 套筒顶不住齿轮（过定位），应使轮毂的长度稍大于轴段长 3） 键过长，套筒无法装入 4） 套筒过高，右侧轴承拆卸困难 5） 缺少调整垫片，无法调整轴承游隙 6） 箱体端面加工面与非加工面没有分开 7） 精加工面过长且装拆轴承不便 8） 静止件与转动件接触（轴与端盖） 9） 联轴器空未打通 10）缺少密封件

七、计算题（14分)

如图所示为一对角接触球轴承在两个支点上的组合设计。已知：Fr12500N，

Fr21250N，作用在圆锥齿轮4上的轴向力Fa4500N，作用在斜齿轮3上的轴

向力Fa31005N，试确定危险轴承的寿命为多少小时。

（轴承基本额定动载荷C31900N，n1000rmin，ft1，fp1.2，e0.4，派生轴向力Fd0.4Fr，当

FaFe，x1，y0；ae，x0.4，y1.6) FrFr

解：1）画出派生轴向力Fd1,Fd2方向如图2分

2）Fd10.4Fr10.425001000,Fd20.4Fr20.41250500，2分

3）Fa4Fd21000，Fa3Fd12005

Fa4Fd2Fa3Fd1

所以轴承2被压紧，轴承1被放松。

Fa11000，Fa2Fa3Fd1Fa415052分

4）

Fa110000.4,X11,Y10,P1fpX1Fr1Y1Fa11.2125003000Fr12500Fa215051.204,X20.4,Y21.6,P2fpX2Fr2Y2Fa2Fr212501.2(0.412501.61505)3489.64分

106C106319005）Lh12731.92h（4分）

60nP6010003489.63八、计算题（12分)

一个单级直齿圆柱齿轮减速器中，已知齿数z1=20,z2=60,模数m=4mm，齿宽系数Фd=0.5,YFa12.8Ysa11.55；YFa22.28Ysa21.73。若主、从动轮的许用接触应力分别为H1500MPa，H2430MPa，F1340MPa，F2280MPa,载荷系数K=1.8，节点区域系数ZH=2.5,弹性系数ZE=189.8MPa,试求该大齿轮输

出的转矩T2。

注：参考公式HZHZE2KT12KT1(u1)YFaYsa[F] []FH2bd1mbd1ud1mz180（1分）

iuz23（1分） z1db0.5b40（1分） d1因为H1500MPa〉H2430MPa 所以H430MPa（2分）

HZHZE[H]bd12u2KT1(u1) [H]T12ZZ2K(u1)bd1uHE2T2T1i131.397Nm（2分）

[F1]78.34

YFa1Ysa1YFa2Ysa270.98取小值代入下面公式（2分）

[F2]根据F2KT1YFaYsa[F]

bd1mT1bd1m[F]

2KYFaYsa求出T2T1i757.12Nm（2分）

所以

T2max757.12Nm（1分）

得分 机械设计期末考试试卷

一、选择题：本题共10个小题，每小题2分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。把所选项前的字母填在题后的括号内。

1．在一般工作条件下，齿面硬度HB≤350的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为（） A．轮齿疲劳折断B.齿面疲劳点蚀 C．齿面胶合D.齿面塑性变形

2．带传动在工作时产生弹性滑动，是由于（） A．包角α太小B.初拉力F0太小 C．紧边与松边拉力不等D.传动过载

3．在下列四种型号的滚动轴承中，只能承受径向载荷的是（） A．6208B.N208C.3208D.5208

4．下列四种螺纹中，自锁性能最好的是（）A．粗牙普通螺纹B.细牙普通螺纹 C．梯形螺纹D.锯齿形螺纹

5．在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，可采用的方法为（） A．减小齿面滑动速度υsB.减少蜗杆头数Z1 C．增加蜗杆头数Z1D.增大蜗杆直径系数q

6．在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指（）A．弹簧外径与簧丝直径之比值 B．弹簧内径与簧丝直径之比值 C．弹簧自由高度与簧丝直径之比值 D．弹簧中径与簧丝直径之比值

7．普通平键接联采用两个键时，一般两键间的布置角度为（）A．90°B.120°C.135°D.180° 8．V带在减速传动过程中，带的最大应力发生在（）A．V带离开大带轮处B.V带绕上大带轮处

C．V带离开小带轮处D.V带绕上小带轮处

9．对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是（）A．拉力B.扭矩

得分 得分 C．压力D.拉力和扭矩

10．滚子链传动中，链节数应尽量避免采用奇数，这主要是因为采用过渡链节后（）A．制造困难B.要使用较长的销轴

C．不便于装配D.链板要产生附加的弯曲应力

二、填空题：本大题共10个小题，每空2分，共20分。把答案填在题中横线上。

1．轴如按受载性质区分，主要受的轴为心轴，主要受的轴为传动轴。 2．代号62203的滚动轴承，为轴承，其内径为mm。

3．在一般机械中的圆柱齿轮传动，往往使小齿轮齿宽b1大齿轮齿宽b2；在计算齿轮强度时，工作齿宽b应取。

4．普通平键联接的工作面是键的；楔键联接的工作面是键的。

5．为了便于互换及适应大量生产，轴承内圈孔与轴的配合采用制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用制。

6．不随时间变化的应力称为，随时间变化的应力称为，具有周期性的变应力称为。 7．按照平面图形的形状，螺纹分为、和等。 8．按照工作条件，齿轮传动可分为和两种。

9．齿轮传动设计时，软齿面闭式传动通常先按设计公式确定传动尺寸，然后验算轮齿弯曲强度。

10．直径较小的钢制齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可以将齿轮和轴做成一体，称为。

三、判断题(每小题2分，共30分)

1.用于薄壁零件联接的螺纹，应采用三角形细牙螺纹。（） 2.滑动螺旋中螺杆的直径是根据螺杆的强度计算而确定的。（） 3.采用两个楔键时，常相隔90度～120度。（）

4.在材料和载荷性质相同的情况下，动联接的许用压力比静联接的许用挤压应力小。（） 5.薄型平键联接与普通平键联接相比，承载能力相同。（） 6.半圆键相配的轴上的键槽是用圆盘铣刀加工的。（） 7.带传动接近水平布置时，应将松边放在下边。（） 8.链节距越大，链传动运动不均匀性越小。（）

9.传递同样功率和转速的带传动和链传动相比，链传动的压轴力大。（）10.设计链传动时，链条的节数和链轮的齿数均应选择偶数。（）

得分 11.通用的闭式齿轮传动，当齿轮的圆周速度v≤12m/s时，常采用浸油润滑。（）

12.对于硬齿面闭式齿轮传动，若接触强度校核不足，解决办法是增大传动尺寸或提高齿面硬度。（）

13.斜齿圆柱齿轮的标准参数在法面上。（）

14.齿轮传动中，当材料相同时，小齿轮和大齿轮的弯曲强度也相同。（）

15.两个具有一定楔形间隙并作相对运动的平板，当流入足够的润滑油时，一定可形成油膜压力。（）

四、简答题：本大题共6个小题，每题5分，共30分。把答案填在题中横线上。1．简述螺纹联接的基本类型主要有哪四种？

2．提高螺栓联接强度的措施有哪些？

3．闭式蜗杆传动的功率损耗主要包括哪三部分？

4．简述带传动的优点？

5．链传动的主要失效形式有哪些？

6．滚动轴承的基本类型有哪些？

标准答案纸

一、选择题：

1－5：BCBDC6－10：DBDDD

二、填空题：

1． 弯矩，转矩 2． 深沟球轴承，17 3． 大于，大齿轮齿宽b2 4． 两侧面，上下面 5． 基孔，基轴

6． 静应力，变应力，循环变应力 7． 三角形螺纹，梯形螺纹，锯齿形螺纹 8． 开式传动，闭式传动 9． 齿面接触强度 10． 齿轮轴

三、判断题 1.（√） 2.（×） 3.（√） 4.（√） 5.（×） 6.（√） 7.（×） 8.（×） 9.（×） 10.（×） 11.（√） 12.（√） 13.（√）

14.（×） 15.（×）

四、简答题：

1． 螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接、紧定螺钉联接。 2． 降低螺栓总拉伸载荷的变化范围；

改善螺纹牙间的载荷分布； 减小应力集中； 避免或减小附加应力。

3． 闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分：轮齿啮合的功率损耗，轴承中摩擦损耗和搅动箱

体内润滑油的油阻损耗。

4． 适于中心矩较大的场合；……………1分

带具有良好的扰性，可缓和冲击、吸收振动；……………1分

过载时带与带轮间会出现打滑，打滑虽使传动失效，当可防止损坏其他零件；…………2分 结构简单、成本低廉……………1分 5． 链板疲劳破坏；……………1分 滚子套筒的冲击疲劳破坏；……………1分 销轴与套筒的胶合；……………1分 链条铰链磨损；……………1分 过载拉断。……………1分

6． 调心球轴承、调心滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承、深沟球轴承、角接触球轴承、

推力圆柱滚子轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承等。……………0.5分

一、填空题（共20分，每小题2分）：

1．非液体摩擦滑动轴承验算比压是为了避免边界润滑油膜破坏，验算pv值是为了防止轴承温升过高。

2．与滚动轴承相比较，下述各点中，A不能作为滑动轴承的优点。

A径向尺寸小B间隙小，旋转精度高C运转平稳，噪声低D可用于高速情况下 3．矩形螺纹和梯形螺纹主要用于传动，而三角形（普通）螺纹主要用于联接。 4．影响链传动运动不均性的主要参数除了节距、转速外，还有齿数。 5．在轴的设计计算中，轴的最小直径是按A初步确定的。 A扭转强度B弯扭合成强度C抗弯强度D拉伸强度

6．高速重载齿轮传动，当润滑不良时，最可能出现的失效形式是A。 A齿面胶合B齿面疲劳点蚀C齿面磨损D轮齿疲劳折断

7．一对正确啮合的标准渐开线齿轮作减速传动时，如两轮的材料、热处理及齿面硬度均相同，则齿面的接触应力C。 Aσ

H1＜σH2BσH1＞σH2CσH1=σH2DσH1＞σH2＞[σH]

8．在蜗杆传动设计中，蜗杆头数z1选多一些，则D。

A有利于蜗杆加工B有利于提高蜗杆刚度

C有利于提高传动的承载能力D有利于提高传动效率 9．普通平键联接强度校核的内容主要是A。

A校核键侧面的挤压强度B校核键的剪切强度 CA、B二者均需校核D校核磨损

10．在载荷具有冲击、振动，且轴的转速较高，刚度较小时，一般选用C。

A刚性固定式联轴器B十字滑块联轴器 C弹性联轴器D安全联轴器

二、简要回答题（共24分，每小题6分）

1．齿轮在什么情况下会发生胶合失效，采取哪些措施可以提高齿面抗胶合能力？ 2．公式m34KT1R(10.5R)2z12YFaYSa用于什么齿轮传动的什么强度计算？公

2u1F式中各个参数的涵义是什么（各个参数指代什么）？

3．链传动的许用功率曲线是在哪些试验条件下得到的，在实际应用中要进行哪些修正？ 4．何种联轴器可以补偿y方向的位移，使用中有何限制？为什么？

1．答：齿轮在齿面间压力大，润滑效果差，瞬时温度过高时，易发生胶合失效。

采取加强润滑措施，采用抗胶合能力强的润滑油，在润滑油中加入极压添加剂，均可防止或减轻齿面胶合。

2．答：此公式用于锥齿轮齿根弯曲疲劳强度设计。其中K－载荷系数；T1－传递转矩；Z1

YSaYFa齿形系数；R－锥齿轮传动的齿宽系数；－小齿轮齿数；u－大、小齿轮齿数比；

应力校正系数；[F]弯曲疲劳强度许用值。

3．答：标准实验条件：1)两链轮安装在水平轴上并共面；2）z1＝19，链长Lp＝100节；3）载荷平稳；4）按推荐方式润滑；5）连续15000h满负荷运转；6）相对伸长量不超过3％。 在实际应用中，在功率曲线上查得Po应乘以修正系数：小齿轮齿数系数Kz，链长系数KL，多排链系数Kp，工作情况系数KA。

4．答：十字滑块联轴器可以补偿y方向位移。但选用时其工作转速不得大于规定值。因为两轴间有相对位移的情况下工作时，中间盘就会产生很大的离心力，从而增大动载荷及磨损。

三、如图所示为一方形盖板用4个螺栓与箱体联接，盖板中心O点的吊环受拉力

Q20000N，尺寸如图所示，螺栓材料的许用应力180MPa。设螺栓残余预

紧力F10.6F，F为螺栓所受的轴向工作载荷。试求螺栓所受的总拉力F2，并计算确定所需螺栓直径？（13分）

附：螺栓GB196－81有关数据 M10d1＝8.376mm M12d1＝10.106mm

解：此螺栓的受力是属于既受预紧力F1作用，又受轴向工作载荷F作用的情况。由已知条件可求出螺栓的总拉力：F2F1F0.6FF1.6F（3分） 而轴向工作载荷F：FdQ200005000N 44F21.6F1.650008000N(4分)

d1

41.3F2[]41.380008.557mm（4分）

180由GB196－81可得，选M12的螺栓（d110.1068.557mm）

（2分）

四、如图所示为两级斜齿圆柱齿轮减速器，各轮齿数、主动齿轮1的转向示于图中。已知齿

轮3的模数mn2.5mm，压力角n20，螺旋角15，忽略摩擦损失。试求：（15

分）

(1)空载时，用手拨动传动系统检查齿轮啮合情况，应拨动哪根轴?为什么？

(2)设齿轮1的螺旋线方向为右旋，若希望齿轮2与齿轮3各自所受的轴向力方向相反，则齿轮2、3、4应具有的螺旋线方向(在图中画出)？

(3)齿轮3所受的三个分力Ft、Fr、Fa的大小和方向？（须计算具体的数值，并画图示出方向）。

解：（1）应用手拨动联结电机的小齿轮轴。因忽略摩 擦，各轴传递功率相同，而此轴转速最高，转矩最小， 拨动省力。（4分） （2）各个齿轮旋向和所受轴向力方向见图 （5分） （3）齿轮3所受的力方向见图。 忽略摩擦，则各轴传递功率相等。齿轮3转速 n3n2z120n1930＝465r/min z240 Ⅱ轴上转矩为： P(9.551061.1/465) n 22591.4Nmm T29.55106 Ft32T2/d2[222591.4/(2.520)]903.7N r3t3n 五（12分） F、下图所示的轴系结构有多处错误，请指出错误位置，并说明其错误原因。Ftg903.7tg200329N (注：图中倒角和圆角忽略不计)

Fa3Fttg903.7tg150242解：（1）齿轮键槽应开通，否则无法安装；

（2）套环结构不对，轴承外圈轴向无法定位； （3）轴承端盖缺少调整垫圈； （4）缺少密封；

（5）键槽离轴端太近；

（6）圆锥滚子轴承不宜用轴用弹性挡圈轴向定位；

（7）此处不能用轴肩，应用轴套，否则轴承无法安装；

（8）轴端用圆螺母缺少止动垫圈，键槽开的不对。

六、某设备中的一转轴，两端用30207E型轴承支承。轴的工作转速n＝1450转／分，常温下工作，载荷系数fP1.5，轴所受轴向载荷FA3000N；轴承径向载荷

1500小时。试校核该轴承是否满足寿命R13000N，R26000N，预期寿命Lh要求？（16分）

附：30207E型轴承的有关参数如下： Cr＝51500N，e0.37 派生力SR 3.2

当A/R＜e时，X1，Y0 当A/R＞e时，X0.4，Y1.6

解：（1）求S：

S1R13000R6000938N；S221875N（3分） 3.23.23.23.2（2）求A

A1S1938NA1S2FA187530004875N

A14875N

A2S21875NA2S1－FA938－3000－2062N

（3）求Pr

A21875N（5分）

A148751.625e0.37 R13000Pr1fP(XR1YA1)1.5(0.430001.64875)13500N

A218750.3125e0.37 R26000Pr2fPR21.560009000N（5分）

（4）求Lh

10CrftLh160nPr1106CrftLh260nPr2（3分）

610651500160145013500106515001601450900010/3997h不符合要求 3852h符合要求

10/3