3. 按在支撑轴上零件传递运动和动力时受到的载荷类型的不同，轴分为那几种类型？并分别举例说明。 4．给出滚动轴承的当量静载荷P0的定义。
5．同滚动轴承相比，液体摩擦滑动轴承有哪些特点？
6．在一些基本假设条件下，流体形成动压的必要条件是什么？ 三、分析计算题（29分,第一小题19分，第二小题10分）
1．一重物匀速升降装置采用如图a所示的电机+圆柱蜗杆传动系统，已知蜗杆传动的模数m =8mm，蜗杆头数及分度圆直径分别为z1=1、d1=80mm，蜗轮齿数z2=50，卷筒直径D=250mm。重物匀速升降的速度v=40m/min，最大载重量W为4kN，工况系数KA按1.0计，试分析、计算提升重物时的下列问题：
1）该装置以40m/min的速度匀速升起重物1m时，蜗杆应转多少转？并在图中标明蜗杆的转向、蜗轮轮齿旋向、节点位置处蜗杆及蜗轮的受力方向。（5分）
2）若蜗杆与蜗轮齿面间当量摩擦系数f ′= 0.18，该机构能否自锁？（2分）
3）若重物W=4kN，传动装置总的传动效率为η =0.5，试计算出电机的输出转矩Tm应是多少？（2分）
4）若蜗轮轴采用如图b所示的两个角接触轴承7209 C支撑形式, L=100mm，蜗杆传动效率η1 = 0.7，卷筒、联轴器(连接蜗轮轴与卷筒轴)、蜗轮轴上轴承的效率合计为η2 = 0.8，轴承7209 C的基本额定动载荷和基本额定静载荷分别为C = 29800N、C0 = 23800N, 其内部轴向力S=0.4Fr，径向载荷系数X和轴向载荷系数Y分别为0.44和1.36，fT=1.0，fP=1.5，试计算轴承II的寿命Lh为多少小时？（10分）
2．图c所示为一托架，20kN的载荷作用在托架宽度方向的对称线上，用四个螺栓将托架连接在一钢制横梁上，螺栓的相对刚度为0.3，螺栓组连接采用普通螺栓连接形式，假设被连接件都不会被压溃、也不滑移，试计算: 1) 该螺栓组连接的接
63
合面不出现间隙所需的螺栓预紧力F′ 至少应大于多少？（接合面的抗弯剖面模量W=12.71×10mm）（7分）
2）若受力最大螺栓处接合面间的残余预紧力F′′ 要保证6956N，计算该螺栓所需预紧力F′ 、所受的总拉力F0。（3分） 四、结构题（20分）
1．试说明实现轴上零件轴向固定的五种方法，并分别画出相应于各种轴向固定方法的结构图；画出模锻轮坯、腹板式大齿轮在转轴的轴端实现轴向固定与周向固定的结构图（要求齿轮也要画出来）。（12分）
2．图d和图e为凸缘联轴器的两个半联轴器的将两根轴连接起来的两种形式的部分结构，请将未画出的其余部分补全，成为完整的结构。（5分）
机械设计试卷
11
一、选择题
1、链传动作用在轴和轴承上的载荷比带传动要小，这主要是因为（ C ）。
A、链传动只用来传递较小功率
B、链速较高，在传递相同功率时圆周力小 C、链传动是啮合传动，无需大的张紧力 D、链的质量大，离心力大
2、直齿圆柱齿轮传动，当齿轮直径不变，而减小模数增加齿数时，则（ C ）。
A、提高了轮齿的弯曲强度B、提高了齿面的接触强度 C、降低了轮齿的弯曲强度D、降低了齿面的接触强度
3、受中等冲击载荷、支承刚度较差、速度较高的两轴之间宜选用（ A ）。 A．弹性柱销联轴器B．凸缘联轴器C. 十字滑块联轴器D．万向联轴器
4、带传动工作时，设小带轮为主动轮，则带的最大应力发生在带（ C ）。
A．进入大带轮处B．离开大带轮处C. 进入小带轮处D．离开小带轮处 5、有一减速器传动装置由带传动、链传动和齿轮传动组成，其安排顺序以方案 （ A ）为好。
A．带传动 齿轮传动 链传动
B．链传动 齿轮传动 带传动 C．带传动 链传动 齿轮传动 D．链传动 带传动 齿轮传动
6．螺纹联接防松的根本问题在于（ C ）。
A、增加螺纹联接的轴向力 B、增加螺纹联接的横向力 C、防止螺纹副的相对转动 D、增加螺纹联接的刚度
7．为联接承受横向工作载荷的两块薄钢板，一般采用的螺纹联接类型应是（ A ）。A．螺栓联接B. 双头螺柱联接C．螺钉联接D. 紧定螺钉联接
8．齿面硬度HB≤350HBS的闭式钢制齿轮传动中，主要失效形式为（ B ）。
A．齿面磨损B．齿面点蚀C．齿面胶合D. 轮齿折断 9.不完全液体润滑滑动轴承，验算
pv?[pv]是为了防止轴承（ B ）。
A. 过度磨损B. 过热产生胶合C. 产生塑性变形 D. 发生疲劳点蚀
10、对于温度变化不大的短轴，考虑结构简单，轴承部件的轴向固定方式宜采用（ A ）。 A．两端固定B．两端游动C．一端固定一端游动 D．A，B，C均可以
11、在蜗杆传动设计中，除规定模数标准化外，还规定蜗杆直径d1取标准，其目的是（ B ）。 A．限制加工蜗杆的刀具数量B．限制加工蜗轮的刀具数量并便于刀具的标准化 C．为了装配方便D．为了提高加工精度
12、工作时承受弯矩并传递转矩的轴称为（ B ）。
A、转动心轴B、转轴 C、传动轴D、固定心轴 13、普通平键的主要失效是（ A ）。
A．工作面被压溃或键被剪断 B．工作面产生胶合破坏 C. 工作面产生过度磨损 D．键被弯曲折断
14、带传动产生弹性滑动的原因是由于（ D ）。
A、带不是绝对挠性体 B、带与带轮间的摩擦系数偏低 C、带绕过带轮时产生离心力 D、带的紧边与松边拉力不等
15、非液体摩擦滑动轴承正常工作时，其工作面的摩擦状态是（ C ）。
A、完全液体摩擦状态B、干摩擦状态C、边界摩擦或混合摩擦状态 D、不确定 二、标准件
1、请按GB/T 5781-2000标准标注出：公称直径为16mm、长60mm全螺纹六角头螺栓；并按GB/T 41-2000的标准标注出与该螺栓配合使用的不经表面处理的普通粗牙六角螺母。螺栓 M16? 60 GB/T 5781-2000
螺母M16 GB/T 41-2000
2、请按GB/T 1096-2003标准标注出：宽为18 mm、高为11 mm、长为100 mm圆头普通平键；按GB/T 119-2000标准标注出：直径为10 mm，长为100 mm，直径允差为d4，材料为35号钢，热处理硬度为HRC28～38，不经表面处理的圆柱销。
键 18?100 GB/T 1096-2003 销 10?100 GB/T 119-2000
3、根据下面所给出的轴承代号，指出下面轴承相应的类型、尺寸系列、内径、公差等级和游隙组别。 （1）6308/C3 （2）7214B （3）30213/P4
6308/ C3—表示内径为40mm，03尺寸系列的深沟球轴承，0级公差，3组游隙。
7214B—表示内径为70mm，02尺寸系列的角接触球轴承，接触角为40?，0级公差，0组游隙。 30213/ P4—表示内径为65mm，02尺寸系列的圆锥滚子轴承，4级公差，0组游隙。 4、根据下面所给出带、滚子链编号，指出这些零件的公称尺寸。 （1）带：A 1000 GB/T 11544-1997
（2）链：08A—1—88 GB/T1243—2006（注：此链的节距为0.5英寸） （1）A 1000 GB/T 11544-1997：基准长度为1000 mm的A型普通V带。
（2）08A—1—88 GB/T1243—2006：A系列、节距12.7mm、单排、88节的滚子链 三、问答题
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1、简述静强度设计和疲劳强度设计的不同之处。
2、当设计链传动时，选择齿数和节距时应考虑哪些问题？ 3、闭式蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？
4、在具有稳定输入、输出功率的机器上，转轴以定速转动，当不考虑外来冲击和载荷波动等作用时，请分别将内部受的是稳态应力或交变应力的零件的编号写入下面相应的分类中。
A．机箱箱体的地脚螺栓；B．装有齿轮的旋转轴；C．轴上的齿轮；D．轴上的蜗杆；E．轴上的滚动轴承；F．轴上的平键；G．联轴器上的螺栓；H．轴上的销；I．联轴器；J．离合器；K．输出端的滚子链；L．输入端的V带．
（1）受稳态应力的零件是：A、F、G、H、I、J （2）受交变应力的零件是：B、C、D、E、K、L、 （3）利用摩擦工作的零件有：A、E、J、G、L 四、分析题
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。（2分） （3） 在图中分别标出2、3两轮在啮合点处所受圆周力Ft、轴向力Fa和径向力Fr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
五、计算题
1、一压力容器盖螺栓组连接如图所示，已知容器内径D=250mm，内装具有一定压强的液体，沿凸缘圆周均匀分布12个M16（d1＝13.835mm）的普通螺栓，螺栓材料的许用拉应力[?]?180MPa，螺栓的相对刚度cb/(cb?cm)?0.5，按
F，F为螺栓的轴向工作载荷。试计算：该螺栓组连接允许容器内的液体最大压强pmax紧密性要求，剩余预紧力F1=1.83
及每个螺栓连接所需的预紧力F0。
1、
计算每个螺栓允许的最大总拉力：
[?]?d12F2?.........................2分 4?1.3?20815N.............................1分2、 计算容器内液体最大压强
13
F2?F1?F?2.8F........................1分20815?7434N.....................1分2.8
2?D/4F?pmax............................1分12pmax?1.82MPa..............................1分CbF0?F2?F...........................................2分Cb?Cm3、 F??(20815?0.5?7434)?17098N......................1分
2、下图所示为一对角接触球轴承支承的轴系，轴承正安装（面对面），已知两个轴承的径向载荷分别为FR1=2000N，FR2= 4000N，轴上作用的轴向外加载荷FX =1000N,轴承内部附加轴向力FS的计算为FS=0.7FR，当轴承的轴向载荷与径向载荷之比
FAFR＞e时，X= 0.41，Y= 0.87，当
FAFR≤e，X=1，Y= 0，e = 0.68，载荷系数fp
= 1.0，试计算：
（1）两个轴承的轴向载荷FA1、FA2；
（2）两个轴承的当量动载荷P1、P2。
FS1?0.7FR1?0.7?2000?1400N............................1分解：（1）FS2?0.7FR2?0.7?4000?2800N...........................1分
FS1?FX?1400?1000?2400?FS2.........................1分轴承1为压紧端，轴承2为放松端…………………………………1分
FA1?2800?1000?1800N(2)
FA2?FS2?2800N1800FA1??0.9?e?0.68,X1?0.41,Y1?0.87..........................1分FR12000P1?fp(X1FR1?Y1FA1)?2000?0.41?0.87?1800?2386N...............1分2800FA2??0.7?e?0.68,X2?0.41,Y2?0.87..........................1分FR24000P2?fF(X2FR2?Y2FA2)?4000?0.41?0.87?2800?4076N..............1分…………………………………….2分
六、结构题（10分） 下图为斜齿轮、轴、轴承组合结构图。齿轮用油润滑，轴承用脂润滑，指出该结构设计的错误。要求： 1． 在图中用序号标注设计错误处；
2． 按序号列出错误，并用文字提出改正建议； 3． 不必在图中改正。
14
1左、右两边轴承端盖均无调整垫片2左边轴承内圈固定错误，轴肩高过内圈高度3键过长4齿轮轮毂的长度要长过与其配合的轴段的长度1－2mm5套筒高度高过右边轴承内圈的高度6右边轴承端盖与轴要留有间歇7右边轴承端盖与轴间要有密封圈8和右端轴承相配合的轴端作成阶梯轴，便于装拆9两端的轴承要设有挡油环10联轴器没有周向定位。
机械设计练习题 1公称直径为16mm、长60mm全螺纹六角头螺栓；并按GB/T 41-2000的标准标注出与该螺栓配合使用的不经表面处理的普通粗牙六角螺母。螺栓 M16? 60 GB/T 5781-2000螺母M16 GB/T 41-2000
2、请按GB/T 1096-2003标准标注出：宽为18 mm、高为11 mm、长为100 mm圆头普通平键；按GB/T 119-2000标准标注出：直径为10 mm，长为100 mm，直径允差为d4，材料为35号钢，热处理硬度为HRC28～38，不经表面处理的圆柱销。键 18?100 GB/T 1096-2003销 10?100 GB/T 119-2000 （1）6308/C3 （2）7214B （3）30213/P4
6308/ C3—表示内径为40mm，03尺寸系列的深沟球轴承，0级公差，3组游隙。
7214B—表示内径为70mm，02尺寸系列的角接触球轴承，接触角为40?，0级公差，0组游隙。 30213/ P4—表示内径为65mm，02尺寸系列的圆锥滚子轴承，4级公差，0组游隙。
2. 试述螺纹联接防松的方法。.螺纹连接的防松方法按工作原理可分为摩擦防松、机械防松及破坏螺纹副防松。 摩擦防松有：弹簧垫圈、双螺母、椭圆口自锁螺母、横向切口螺母 机械防松有：开口销与槽形螺母、止动垫圈、圆螺母止动垫圈、串连钢丝 破坏螺纹副防松有：冲点法、端焊法、黏结法。 3. 试分析影响带传动承载能力的因素？
初拉力Fo? 包角a? 摩擦系数f? 带的单位长度质量q? 速度v 4、链传动与带传动相比较有哪些优缺点？
答：与带传动相比，a链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；b需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，可就减少轴承的摩擦损失；c结构紧凑；d能在温度较高，有油污等恶劣环境条件下工作。 链传动的主要缺点是：瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。 5、轴上零件的轴向固定方法有哪些?
答：轴上零件的轴上固定方法有轴肩固定，套筒固定，螺母固定和轴端挡圈固定等（压板固定）。 6、齿轮传动的失效形式有那些？对开，闭式齿轮传动设计准则有什么区别？
答：齿轮的失效形式主要有：a轮齿折断 b齿面点蚀 c齿面胶合 d齿面磨损 e齿面塑性变形。
齿轮传动设计时，软齿面闭式传动常因齿面点蚀而失效，故通常先按齿面接触强度设计公式确定传动的尺寸，然后验算轮齿弯曲强度。．
7. 齿向载荷分布系数Kβ的物理意义是什么？改善齿向载荷分布不均匀状况的措施有哪些？
Kβ的物理意义——考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿应力的影响系数。(2分)
措施： 1) 齿轮的制造和安装精度↑2) 轴、轴承及机体的刚度↑3) 齿轮在轴上的布置——合理选择
4) 轮齿的宽度——设计时合理选择5) 采用软齿面——通过跑合使载荷均匀6) 硬齿面齿轮——将齿端修薄、或做成鼓形齿
7) 齿轮要布置在远离转矩输入端的位置。 8. 试述齿轮传动的设计准则
（1）软齿面闭式齿轮传动：通常先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。 （2）硬齿面式齿轮传动：通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。 （3）高速重载齿轮传动，还可能出现齿面胶合，故需校核齿面胶合强度。
（4）开式齿轮传动：目前多是按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并考虑磨损的影响将模数适当增大（加大10~15%）。 9．给出滚动轴承的当量静载荷P0的定义。
当量静载荷是一个假想载荷，其作用方向与基本额定静负荷相同，而在当量静载荷作用下，轴承的受载最大滚动体与滚道接触处的塑性变形总量与实际载荷作用下的塑性变形总量相同。 10．同滚动轴承相比，液体摩擦滑动轴承有哪些特点？
1) 在高速重载下能正常工作，寿命长；2) 精度高；滚动轴承工作一段时间后，旋转精度↓ 3) 滑动轴承可以做成剖分式的 — 能满足特殊结构需要。如曲轴上的轴承； 4) 液体摩擦轴承具有很好的缓冲和阻尼作用，可以吸收震动，缓和冲击。 5) 滑动轴承的径向尺寸比滚动轴承的小。6) 起动摩擦阻力较大。 11．在一些基本假设条件下，流体形成动压的必要条件是什么？
1) 流体必须流经收敛间隙,而且间隙倾角越大则产生的油膜压力越大。 15