机械设计试题
一、 选择填空题
1. 在循环变应力作用下，下面应力中影响疲劳强度的主要因素是 。
A.最大应力?max B.最小应力?min C.平均应力?m D.应力幅?a
2．蜗杆蜗轮传动中，其传动比i的计算错误的是 。
A.i＝n1/n2 B. i=Z2/Z1 C. i=d2/d1
3．一对渐开线圆柱齿轮传动，其大小齿轮的分度圆直径不同，小齿轮1齿面硬度较高，则大小齿轮的齿面接触应力?H1与
?H2关系为___________。
A.接触应力?H1＞?H2 B.接触应力?H1＝?H2 C.接触应力?H1＜?H2
4. 在圆锥齿轮和圆柱齿轮的二级传动机构中，通常将圆锥齿轮安排在 。
A．高速级 B.低速级 C.都可以
5．在转速一定的情况下，要减轻链传动的不均匀性和动载荷，应 。 A．增大链节距和链轮齿数 B增大链节距，减小链轮齿数
C.减小链节距和链轮齿数 D.减小链节距，增大链轮齿数 6.齿轮的疲劳点蚀通常首先出现在 。
7.为提高轴的刚度，应采取 的措施。A．合金钢代替碳素钢 B.用球墨铸铁代替碳素钢 C.提高轴表面质量 D.增大轴径
8．蜗杆传动的材料配对为钢制蜗杆和青铜蜗轮，则在动力传动中应该由 的强度来决定蜗杆传动的承载能力。A.蜗杆 B.蜗轮 C.蜗杆和蜗轮 D.蜗杆或蜗轮
9.一组同型号的轴承在同样条件下运转，其可靠度为 ％时能够达到或超过的寿命称为滚动轴承的基本额定寿命 。 10.普通平键工作中，其工作面是 ，其主要的失效形式是 和 。
11.中等转速载荷平稳的滚动轴承正常失效形式为 。A.磨损 B.胶合 C.疲劳点蚀 D.永久变形
12．同一V带传动用在减速时（小带轮为主动轮）和用在增速时（大带轮为主动轮）相比较，若主动轮转速不变，则传动所传递的功率较大的是___________。
13．带传动在工作过程中，带内所受的应力有松边应力、紧边应力、 和 ，带的最大应力发生在 。
14.在轴的计算中，轴径的初步估算是按照 确定的。
A．抗弯强度 B.抗扭强度 C.轴段的长度 D.轴段上零件的孔径
15.下列四种型号的滚动轴承，只能承受径向载荷的是 。
A．6208 B.N208 C.30208 D.51208 二、分析简述题(共28分)
1.设计一对闭式软齿面直齿轮传动，如果其它参数都一样，齿数与模数有两种方案：（a）m=4mm，z1=20，z2=60；（b）m=2mm，z1=40，z2=120。试问：
1）两种方案的接触强度是否相同？弯曲强度是否相同？
2）若两种方案的弯曲强度都能满足，则哪种方案比较好？为什么？（8分）
4. 带传动的主要失效形式有那些？带传动工作时为什么会出现弹性滑动的现象？弹性滑动会引起什么样的后果？弹性滑动可否避免？（8分）
三. 一轴用同一型号一对角接触球轴承支承。已知 Fr1 ＝ 2000N ， Fr2 ＝ 1000N ， 该轴所受轴向载荷FA ＝ 800N （指向轴承 1 ），要求按正装情况：（ 1 ）画出结构示意图，并在图上标出内部轴向力 Fs1 、 Fs2 的方向；（ 2 ）计算轴承的轴向载荷 Fa1 、 Fa2 的大小。（取Fs=0.68Fr）（6分） 四． 如图所示为圆柱齿轮－蜗杆传动，已知斜齿轮1的转动方向和斜齿轮2的轮齿旋向，求（1）标出齿轮2所受轴向力Fa2
的方向,齿轮1的轮齿旋向；（2）为使蜗杆轴上的齿轮2与蜗杆3所产生的轴向力相互抵消一部分，试确定并标出蜗杆3轮齿的旋向，并标出蜗轮4的旋向和旋转方向；（3）在蜗杆蜗轮啮合处标出蜗杆所受的轴向力Fa3，圆周力Ft3和径
向力Fr3的方向。（表示垂直纸面向里，⊙表示垂直纸面向外）(12分) 输入轴n11432五．有一储气罐，罐盖用12个M20的普通螺栓（小径d1?17.294 mm，）均布联接。安装时每个螺栓的预紧力 F?=18000N，气罐内径D=400mm，气压p=1MPa，螺栓采用45钢，许用拉应力〔σ〕＝160Mpa，螺栓的相对刚度C1?0.8，试求（1）单个螺栓的总拉力F（2）试校核螺栓强度（取计算直径dc=d1）。（12分）
C1?C20 1
六、一深沟球轴承6214所受径向载荷Fr＝3600N，轴向载荷Fa＝1300N，转速n＝2900
r∕min，载荷平稳，其基本额定动载荷C＝60800N，若预期寿命L’h＝8000小时，试校核该轴承的寿命。（已知判断系数e＝0.22，当Fa∕Fr≤e时，X＝1，Y＝0；当Fa∕Fr e时， X＝0.56，Y＝1.99）（12分）
机械设计试卷
一、单项选择题
1、普通平键的截面尺寸是根据 按标准选择的。 【 】
A．传递转矩的大小 B. 轮毂的长度 C. 轴的直径
2、V带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了 。 【 】
A．限制弯曲应力 B. 使结构紧凑 C.限制带轮包角
3、为了制造、测量方便，取三角带的 作为它的公称长度。 【 】
A．内周长 B. 节线长 C. 外周长
4、角接触球轴承和圆锥磙子轴承的轴向承载能力随接触角的增大而 。
【 】 A．增大 B. 减少 C. 不便
5、链传动中，链条的节数最好为 ，而链轮齿数为 。 【 】
A．奇数，偶数 B.偶数，奇数 C. 5的倍数，偶数
6、按纯扭矩设计计算的轴径，一般作为轴的 直径。 【 】
A．最细端 B. 最大 C. 平均
7、既传递转矩，又传递弯矩的轴称为 。 【 】
A．心轴 B. 转轴 C. 传动轴
8、联接用的螺纹一般采用 螺纹，而传动用的螺纹一般采用 螺纹。 【 】
A. 三角形，梯形 B. 梯形，三角形 C. 其它，三角形
9、非液体摩檫滑动轴承设计中，限制压强p?[p]的目的是 。 【 】 A.防止因压力过大而发热；
B.防止润滑油挤出，轴瓦过渡磨损； C.防止因摩擦力矩大而起动难。
10、在滚动轴承的组合设计中，双支点单向固定方式适合于 。 【 】
A．跨距小，温升小的轴；B．跨距大，温升大的轴；C．跨距大，温升小的轴。
11、一对钢制标准齿轮啮合传动时，两轮的?H1与?H2 ，?F1与?F2 。 【 】
A．相等，不想等 B．相等，不一定 C．不一定，不一定
12、当两轴具有一定的相对偏移量，且载荷较平稳，要求传递较大扭矩时，用 。 【 】 A．齿轮联轴器 B．凸缘联轴器 C．弹性柱销联轴器
13、滚动轴承寿命是在一定的可靠度下规定的，一般当可靠度是90%时，能达到或超过的寿命称为滚动轴承的 ，所受
载荷称为滚动轴承的 。 【 】
A．预期寿命，预期载荷 B．最大寿命，最大载荷 C．额定寿命，额定动载荷 14、蜗杆传动的效率一般较其它传动低，这主要是因为在蜗杆传动中 。 【 】
A．蜗轮速度很低 B．蜗杆头数很少 C．蜗轮蜗杆的相对滑动速度很大
15、有一汽缸盖螺栓联接，若汽缸内气体压力在0—2Mpa之间循环变化，则螺栓中的应力变化规律为 。
【 】
A．对称循环变应力 B．脉动循环变应力 C．非对称循环变应力散热
二、填空题
16、齿轮传动的主要失效形式有： 。
17、闭式蜗杆传动需要进行热平衡计算，其主要原因是： 。
18、带传动中，弹性滑动与打滑的区别是： 。
19、滑动轴承常用的材料有： 。 20、论述链传动的主要特点： 。
四、计算题 25、如图所示，轴上装有一斜齿圆柱齿轮，轴支承在一对正装的7306AC轴承上。齿轮轮齿上受到圆周力Fte=8100N，径向力Fre=3052N，轴向力Fae=2170N，转速n=300 r/min，载荷系数fP=1.2。试计算两个轴承的基本额定寿命(以小时计)。(想
2
一想：若两轴承反装，轴承的基本额定寿命将有何变化?) （有关数据：7306AC，轴承C?25600N，e?0.7。当Fa/Fr?e时，X?0.41,Y?0.85；当Fa/Fr?e时，X?1,Y?0。 内部轴向力 S?0.7Fr，??3 ）
26、图示为某起重设备的减速装置。已知各轮齿数z1=z2=20，z3=60，z4=2，z5=40，轮1转向如图所示，卷筒直径D=136mm。试求：
(1)此时重物是上升还是下降?
(2)设系统效率η=0.68，为使重物上升，施加在轮1上的驱动力矩T1=10N·m，问重物的重量是多少?
26 27
五、改错题
27、指出下面轴系结构图中的错误并改正。
28、图中所示为带传动的张紧方案，试指出其不合理之处，并改正。
北京机械工业学院机械设计考题与答案
一、 是非题（有5小题，每题1分，共5分。正 确在括号内写“T”，错误在括号内写“F”）
1．双螺母防松结构中，如两螺母厚度不同，应先安装薄螺母，后安装厚螺母。（T ） 2．滚动轴承的轴向系数Y值越大，其承受轴向能力越大。（ F ） 3．减速器的齿轮和滚动轴承可以采用不同的润滑剂。（T ） 4．设计蜗杆传动时，为了提高传动效率，可以增加蜗杆的头数。（ T ） 5．失效就是零件断裂了。（F ）
二、选择题（有5小题，每题2分,共10分。在每小题的选项中，只有一项是符合题目要求的，把所选项的字母填在题中的横线上）
6．温度对润滑油粘度的影响是随着温度的升高润滑油的粘度 C 。 A）提高 B）不变 C）降低
7．设计时键的截面尺寸通常是根据 D 从标准中选取。
A）键传递的转矩 B）轴的转速 C）轮毂的长度 D）轴的直径 8．下列四种叙述中 D 是正确的。
A）变应力只能由变载荷产生 B）静载荷不能产生变应力 C）变应力是由静载荷产生 D）变应力是由变载荷产生，也可能由静载荷产生
9．从经济观点考虑，单件生产的齿轮减速箱的箱体最好采用 C 。 A）灰铸铁铸造 B）铸钢铸造 C）钢板焊接
10．由下列不同材料制造的零件，其形状、尺寸、结构、表面加工情况和工作条件等完全相同，其中有效应力集中系数最大的是 B 。
A）HT200灰铸铁 B）40CrNi钢 C）45钢
三、填空题（有5小题，20个空，每空1分,共20分。把答案填在题中横线上）
11．对下列各种零件至少举出一种常用材料的牌号，齿轮 45， 40Cr ，滑动轴承轴瓦 ZQSn10-1， ZQAl9-4 ，
3
蜗轮轮缘 ZQSn10-1， ZQAl9-4 ，螺钉 Q235，20 ，弹簧 65Mn， 碳素弹簧钢丝 ，弹簧垫圈 65Mn ，滚动轴承套圈 GCr15 ，滚动轴承保持架 08F ，键 45 。
12．带传动的失效形式为 打滑 和 疲劳破坏 。因此，其主要设计依据为 在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命 。
13．轴按承载分为 心轴 ， 转轴 和 传动轴 。
14．螺纹联接按防松原理可分为 摩擦防松 ， 机械防松 和 其它防松 。
15．灰铸铁齿轮常用于 开 式传动中，这种齿轮的主要失效形式是 磨损 。 四、问答题（有5小题，每题4分,共20分）
16．什么是等强度设计？在设计中如何应用？
答：一个机器的各零件或一个零件对于各种失效方式具有同样的承载能力。
在设计中的应用有二：一是使各部分等强度，避免某些部分强度过大，浪费材料；二是故意设置薄弱环节，过载时失效，使其它部分在过载时不致于损坏而得到保护。
17．什么是机械零件的失效？
答：机械零件由于某种原因不能正常工作，叫失效。 18．滑动轴承计算中，计算p，pv，v各考虑什么问题？ 答：p——轴承磨损； pv——发热；
v——局部磨损。
19．齿轮传动中的载荷系数K=KAKvKαKβ，KAKvKαKβ各为什么系数，各考虑什么因素对齿轮传动的影响？
答：齿轮传动中的载荷系数K=KAKvKαKβ中，KA是使用系数，考虑外部因素引起附加动载荷对齿轮传动的影响；Kv是动载系数，考虑齿轮制造、安装误差等引起附加动载荷对齿轮传动的影响；Kα是齿间载荷分配系数，考虑多齿啮合间分配载荷的不均匀现象对齿轮传动的影响；Kβ是齿向载荷分布系数，考虑载荷沿接触线分布不均的现象对齿轮传动的影响； 20．什么叫机械零件的计算准则？常用的机械零件的计算准则有那些？ 答：机械零件的计算准则就是为防止机械零件的失效而制定的判定条件，常用的准则有强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则等？
五、分析题（有2小题，每题6分,共12分）
21． 一钢制液压油缸，缸内油压P＝2.5MPa(静载)，油缸内径 D＝125mm，缸盖由6个M16的螺钉联接在缸体上.螺钉刚度 Cb与缸体缸盖的刚度 Cm之比为l/4，螺钉材料的性能等级为5.6级，安全系数取S＝1.5，M16螺钉的小径d1=13.835mm.
‘
若根据联接的紧密性要求，要求残余预紧力QP＞1.5F.试分析预紧力QP应控制在什么范围内才能满足此联接的要求? 解
1.计算单个螺钉的工作拉力 F（2分）
222
油缸盖联接所受的载荷 FΣ=ppD/4，每个螺钉的工作拉力F＝FΣ／6＝p×pD/4/6＝2.5 p(125)／4/6＝5113.27 N 2.计算允许的螺钉最大总拉力 Q（2分）
2
螺钉材料性能等级为5.6级， ss＝300MPa，许用应力[s]= ss/S＝300/1.5＝200MPa.由强度条件 sca＝1.3Q/( pd/4)≤[s]
22
Q≤pd[s]/4/1.3＝ p×13.835×200/4/1.3＝23127.83 N
3.求预紧力 Qp的允许范围（2分） 1)按螺钉强度条件求允许的最大预紧力
Q＝Qp十Cb/（Cb +Cm ）F≤23127.83 N
∴ Qp≤23127.83-0.2F＝23127.83-0.2×5113.27=22105.17 N
‘
2)按联接紧密性条件求最小的预紧力，根据联接紧密性要求，QP≥1.5F
‘
∴ QP＝Qp- Cm /（Cb +Cm ）F=Qp-0.8F≥1.5F 即 Qp≥1.5F十0.8F＝2.3F＝l1760.52 N 由以上计算结果可知，预紧力Qp应控制为
l1760.52 N ≤Qp≤22105.17 N
22．一传动装置，输入转矩为T1，输出转矩为T2，速比为i，总效率为，试证明T2= T1×i×η 答：设输入功率为P1（kW），输出功率为P2（kW），输入转速为n1（r/min），输出转速为n2（r/min），
6
∵ T=9.55×10×P/n(N.mm)
66
∴ P1= T1×n1/(9.55×10) P2= T2×n2/(9.55×10)
66
∵η= P2/ P1=( T2×n2/(9.55×10))/( T1×n1/(9.55×10)) = T2×n2/( T1×n1) i= n2/ n1
∴ η= T2/ T1/i 即 T2= T1×i×η
六、计算题（有2小题，每题6分,共12分）
23．一对46210角接触球轴承反安装，如图1所示。
已知轴承1和轴承2 的径向载荷分别为R1=2000N,R2=4000N,轴上作用的轴向载荷Fa=800N(指向轴承2)，轴承的派生轴向力S的计算式S=0.68R，e=0.68，X=0.41,Y=0.87。轴承载荷有轻微冲击，载荷系数fF=1.2，工作温度不大于120?C。试求：
(1) 轴承1和轴承2的轴向载荷A1和A2； (2) 轴承1和轴承2的当量动载荷P1和P2。
图1
4
解:(1)计算轴承的轴向载荷 S1=0.68R1=0.68×2000=1360 N S2=0.68R2=0.68×4000=2720 N S1、S2方向见图2
因为Fa+ S2=800+2720=3520 N＞S1 所以 轴承1“压紧”，A1= Fa+ S2=800+2720=3520 (2
分)
图2 第六大题第23小题答案图 轴承2“放松”，A2= S2=2720 N(2分) （2）计算轴承的当量动载荷
轴承1 A1/R1=3520/2000=1.76＞e=0.68,则取 X1=0.41,Y1=0.87 P1=fF(X1R1+Y1A1)
=1.2×(0.41×2000+0.87×3520)=3882.4 N (2分) 轴承2 A2/R1=2720/4000=0.68≤e=0.68,则取 X2=1,Y2=0 P2=fFX2R2
=1.2×1×4000=4800 N (2分)
24．已知V带传动中，最大传递功率P=8kW，带的速度v=10m/s，若紧边拉力F1为松边拉力F2的2倍，此时小带轮上包角?1=120?，求：（1）有效拉力Fe；（2）紧边拉力F1；（3）当量摩擦系数fˊ。
解:
有效拉力Fe =1000P/v=1000×8/10=800 N (2分) 又知:F1-F2= Fe,F1=2F2
则紧边拉力 F1=2 Fe =1600 N (2分) 根据欧拉公式
F1?e?fF2 得 当量摩擦系数f?=ln(F1/F2)/α=ln2/(3.14×120/180) =0.693/2.0933=0.331 (2分)
七、结构题（有4小题，每题分别为10分,2分，2分，2分，共16分）
25．图3中为一对圆锥滚子轴承支承的轴系，齿轮油润滑，轴承脂润滑，轴端装有联轴器。试指出图中的结构错误
（在图中错误处写出序号并在下半部改正，按序号简要说明错误的内容）（每指出一处,并正确说明错误内容和改正的,得1分,总分为10分）
答:错误处见图3（改正的图未示出）
5