《机械设计》试题A及答案

《机械设计》试题A

一、填空（每空1分，共20分）

1．在疲劳曲线上，以循环基数N0为界分为两个区：当N≥N0时，为（）区；当N＜N0时，为（）区。2．刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗（）的能力。

零件材料的弹性模量越小，其刚度就越（）。

3．润滑油的（）性越好，则其产生边界膜的能力就越强；

（）越大，则其内摩擦阻力就越大。

4．为改善润滑油在某些方面的性能，在润滑油中加入的各种具有独特性能的化学合成物即为（）。

5．正是由于（）现象，使带传动的传动比不准确。

带传动的主要失效形式为（）和（）。6．蜗杆传动的主要缺点是齿面间的（）很大，因此导致传动的（）较低、温升较高。

7．链传动水平布置时，最好（）边在上，（）在下。8．设计中，应根据被联接轴的转速、（）和（）选择联轴器的型号。

9．径向滑动轴承的半径间隙与轴颈半径之比称为（）；

而（）与（）之比称为偏心率 。10．对于普通平键，考虑到载荷分布的不均匀性，双键联接的强度

按（）个键计算。

二、判断题（每小题1分，共10分）（正确的划“√”，错误的划“×”）1．十字滑块联轴器中的所有元件都是刚性元件，因此属于刚性联轴器。（）2．两摩擦表面的粗糙度值越小，则越容易实现液体动力润滑。（）3．在计算转轴的强度时，安全系数法比当量弯矩法更精确。（）4．相啮合的蜗杆和蜗轮的螺旋角必须大小相等，旋向相反。（）5．闭式齿轮传动皆须首先按齿面接触强度进行设计计算，确定传动的几何尺寸，然后校核齿根弯曲疲劳强度。（）6．由于链传动不需要张紧力，故作用在轴上的载荷较小。（）7．正是由于过载时产生“弹性滑动”，故带传动对传动系统具有保护作用。（）8．楔键只能用于单向传动，双向传动时，必须采用两个楔键。（）9．性能等级为6.6级的螺栓，其屈服点

＝600MPa。（）

s

10．机械零件的计算分为设计计算和校核计算，两种计算的目的都是为了防止机械零件在正常使用期限内发生失效。（）

三、简答题（每小题5分，共20分）

1．简述为什么开式齿轮传动一般不会出现点蚀现象？

2．对于滚动轴承的轴系固定方式，请解释什么叫“两端固定支承”？

3．简述形成稳定动压油膜的条件？

4．解释名词: 滚动轴承的寿命； 滚动轴承的基本额定动载荷。

四、（15分）某轴用一对同型号角接触球轴承支承，受力情况如图所示。已知：内部轴向力S F ＝0.68R F ，e ＝0.68。当

R A F F ≤e 时，X ＝1，Y ＝0；当R

A F F ＞e 时，X ＝0.41，Y ＝0.87。问哪个轴承的寿命低？

1

2

五、（15分）如图所示的螺栓组联接，已知外载荷F＝5KN，各有关几何尺寸如图所示。试计算受力最大螺栓所受的横向工作载荷F smax。

六、（20分）设计一个标准直齿圆柱齿轮传动，传动比i＝3.2，允许传动比有不超过±5％的误差。通过强度计算已确定中心距a＝320mm，模数m≥3mm，取齿宽系数

＝1。试确定下列几何尺寸：

d

m、z1、z2、d1、d2、b1、b2。

（模数系列：3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、7、8、…）

《机械设计》试题A标准答案

一、填空（每空1分，共20分）

1．在疲劳曲线上，以循环基数N0为界分为两个区：当N≥N0时，为（无限寿命区）区；

当N＜N0时，为（有限寿命区）区。

2．刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗（弹性变形）的能力。零件材料的弹性模量越小，其刚度就越（小）。

3．润滑油的（油）性越好，则其产生边界膜的能力就越强；（粘度）越大，则其内摩擦阻力就越大。

4．为改善润滑油在某些方面的性能，在润滑油中加入的各种具有独特性能的化学合成物即为（添加剂）。

5．正是由于（弹性滑动）现象，使带传动的传动比不准确。带传动的主要失效形式为（打滑）和（带的疲劳破坏）。

6．蜗杆传动的主要缺点是齿面间的（相对滑动速度）很大，因此导致传动的（效率）较低、温升较高。

7．链传动水平布置时，最好（紧边）边在上，（松边）在下。

8．设计中，应根据被联接轴的转速、（转矩）和（直径）选择联轴器的型号。

9．径向滑动轴承的半径间隙与轴颈半径之比称为（相对间隙）；而（偏心距）与（半径间隙）之比称为偏心率 。

10．对于普通平键，考虑到载荷分布的不均匀性，双键联接的强度按（1.5 ）个键计算。

二、判断题（每小题1分，共10分）（正确的划“√”，错误的划“×”）

1．十字滑块联轴器中的所有元件都是刚性元件，因此属于刚性联轴器。（×）2．两摩擦表面的粗糙度值越小，则越容易实现液体动力润滑。（√）3．在计算转轴的强度时，安全系数法比当量弯矩法更精确。（√）4．相啮合的蜗杆和蜗轮的螺旋角必须大小相等，旋向相反。（×）5．闭式齿轮传动皆须首先按齿面接触强度进行设计计算，确定传动的几何尺寸，然后校核齿根弯曲疲劳强度。（×）

6．由于链传动不需要张紧力，故作用在轴上的载荷较小。 （ √ ）

7．正是由于过载时产生“弹性滑动”，故带传动对传动系统具有保护作用。 （ × ）

8．楔键只能用于单向传动，双向传动时，必须采用两个楔键。 （ × ）

9．性能等级为6.6级的螺栓，其屈服点s σ＝600MPa 。 （ × ）

10．机械零件的计算分为设计计算和校核计算，两种计算的目的都是为了防止机械零件在正常使用期限内发生失效。 （ √ ）

三、简答题（每小题5分，共20分）

1． 简述为什么开式齿轮传动一般不会出现点蚀现象？

答：因为在开式齿轮传动中，磨粒磨损的速度比产生点蚀的速度还快，在点蚀形成之前，

齿面的材料已经被磨掉，故而一般不会出现点蚀现象。

2． 对于滚动轴承的轴系固定方式，请解释什么叫“两端固定支承”？

答：两端固定支承即为轴上的两个轴承中，一个轴承的固定限制轴向一个方向的串动，另

一个轴承的固定限制轴向另一个方向的串动，两个轴承的固定共同限制轴的双向串动。

3． 简述形成稳定动压油膜的条件？

答：1）两摩擦表面之间必须能够形成收敛的楔形间隙；

2）两摩擦表面之间必须有充足的、具有一定粘度的润滑油；

3）两摩擦表面之间必须有足够的相对运动速度。

4． 解释名词； 滚动轴承的寿命； 滚动轴承的基本额定动载荷。

答：1）滚动轴承的寿命即滚动轴承中内、外圈滚道以及滚动体，任一元件出现疲劳点蚀

之前，两套圈之间的相对运转总转数。也可用恒定转速下的运转小时数表示；

2）基本额定动载荷即基本额定寿命为106转时，轴承所能承受的最大载荷。

四、解：（1）1168.0R s F F =＝2720400068.0=?（N ） ―――――――――1.5分

2268.0R s F F =＝1700250068.0=?（N ） ―――――――――1.5分

（2）260090017002=+=+x s F F （N ）＜27201=s F （N ）

故 =1A F 27201=s F （N ） ――――――――――――――――3分 182090027201=-=-x s F F （N ）＞17002=s F （N ）

故 =2A F 18201=-x s F F （N ） ―――――――――――――3分

e F F R A ===68.04000

272011，则X ＝1，Y=0。 则 )2720040001()(1111P1?+??=+=P A R P f F Y F X f F ＝4000P f （N ）

――――――――――――――――――3分 728.02500

182022==R A F F ＞e ，则 X ＝0.41，Y ＝0.87。 则 )182087.0250041.0()(2222P2?+??=+=P A R P f F Y F X f F

P f 3500=（N ） ――――――――――――――― ――3分 由于 P1F ＞P2F ，故轴承1的寿命短。

五、解：（1）将F 向螺栓组形心平移，同时得转矩T 。

T=500×F ＝5×105×500＝2.5×106（N ） ―――― ―――4分

在F 作用下，各螺栓所受横向力为 F s1＝12504

1053

=?=z F （N ） ―――3分

F

在T 作用下，各螺栓所受横向力也相等，为

226

2280804105.244F +??===r T r

rT s ＝3.5524（N ） ――――――4分 显然，1、2两螺栓所受的横向力最大，为

αcos 2212221max s s s s s F F F F F -+=

ο135cos 3.5524125023.5524125022???-+=

6469=（N ） ―――――――4分

六、解：（1）由 )(2121z z m a +=得 m

m a z z 3202221?==+ 取 m =5（mm ）（应为标准值） ―――――――2分 则 5320221?=

+z z ＝128 （1） ―――2分 1122.3z iz z == （2） ―――2分 联立 （1）、（2）解得 47.301=z ， 53.972=z

取 301=z ， 982=z ――――――4分 15030511=?==mz d （mm ） ―――――――2分 49098522=?==mz d （mm ） ―――――――2分 15011?==d b d ψ（mm ） ――――――――――2分 取 1502==b b （mm ）， 160101501021=+=+=b b （mm ） ――4分 注：本题主要考察：m 是否为标准值？是否满足)(2

1)(212121z z m d d a +=+=

？各参数和尺寸取值圆整是否合理？

《机械设计》试题B

一、填空（每空1分，共20分）

1．当所受轴向载荷通过（）时，螺栓组中各螺栓承受的（）相等。

2．从结构上看，带轮由（）、轮辐和（）三部分组成。

3．在直齿圆柱齿轮传动的接触疲劳强度计算中，以（）为计算点，把一对轮齿的啮合简化为两个（）相接触的模型。

4．按键齿齿廓曲线的不同，花键分为（）花键和（）花键。

5．请写出两种螺纹联接中常用的防松方法：（）和（）。

6．疲劳曲线是在（）一定时，表示疲劳极限

与

γN （）之间关系的曲线。

7．理论上为（）接触或（）接触的零件，在载荷作用下，接触处局部产生的应力称为接触应力。

8．开式齿轮传动的主要失效形式是：（）和（）。

9．径向滑动轴承的条件性计算主要是限制压强、（）和

（）不超过许用值。

10．在类型上，万向联轴器属于（）联轴器，凸缘联轴器属于（）联轴器。

二、选择填空（每空1分，共10分）

1．下列磨损中，不属于磨损基本类型的是（）；只在齿轮、滚动轴承等高副零件上经常出现的是（）。

（1）粘着磨损；（2）表面疲劳磨损；

（3）磨合磨损；（4）磨粒磨损。

2．在通过轴线的截面内，（）的齿廓为直边梯形；在与基圆柱相切的截面内，（）的齿廓一侧为直线，另一侧为曲线。

（1）阿基米德蜗杆；（2）法向直廓蜗杆；

（3）渐开线蜗杆；（4）锥蜗杆。

3、对于直齿圆柱齿轮传动，其齿根弯曲疲劳强度主要取决于（）；

其表面接触疲劳强度主要取决于（）。

（1）中心距和齿宽；（2）中心距和模数；

（3）中心距和齿数；（4）模数和齿宽。

4、对于径向滑动轴承，（）轴承具有结构简单，成本低廉的特点；

（）轴承必须成对使用。

（1）整体式；（2）剖分式；

（3）调心式；（4）调隙式。

5．在滚子链传动的设计中，为了减小附加动载荷，应（ ）。

（1）增大链节距和链轮齿数； （2）增大链节距并减小链轮齿数；

（3）减小链节距和链轮齿数； （4）减小链节距并增加链轮齿数。

6．对中性高且对轴的削弱又不大的键联接是（ ）联接。

（1）普通平键； （2）半圆键； （3）楔键； （4）切向键。

三、简答题（每小题5分，共20分）

1．画图表示机械零件的正常磨损过程，并指出正常磨损过程通常经

历哪几个磨损阶段？

2．简述Miner 法则（即疲劳损伤线性累积假说）的内容。

3．简述齿向载荷分布系数βK 和齿间载荷分配系数αK 分别考虑的是

什么因素对齿轮所受载荷的影响？

4．试分析张紧力F 0对带传动正反两方面的影响。

四、（15分）已知某材料的力学性能为：1-σ＝350MPa ，m ＝9，0N ＝5×610，对此材料进行对称循环疲劳试验，依次加载应力为：（1）1σ＝550MPa ，循环次数n 1＝5×410；（2）2σ＝450 MPa ，循环次数n 2＝2×510；（3）3σ=400 MPa 。求：发生疲劳破坏时，3σ的循环次数

n 3＝？

六、（18分）图示为一蜗杆轴用两个角接触球轴承支承。已知蜗杆

所受轴向力x F ＝580N ，两轴承的径向力为：

1R F ＝935N ，R2F ＝1910N ，载荷性质系数P f ＝1.1。试计算两个轴承的当量动载荷。

注：＊内部轴向力S F ＝eF R ， e ＝0.36。

＊当R

A F F ≤e 时，X ＝1，Y ＝0；当R A F F ＞e 时，X ＝0.41，Y ＝0.87。

八、（17分）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，输出轴功率P Ⅲ＝5KW ，转速

n Ⅲ＝157rpm ，各轮齿数为：z 1=25，z 2=60，z 3=22，z 4=84，设效率为100％。

（1） 在图中标出各轮转向，并计算各轴的转矩。

（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

两轮的螺旋方向。

1

2

（3）在图中标出2、3两轮在啮合点处所受各分力(

F、F r、F x)

t 的方向。

ⅡⅢ

《机械设计》试题B标准答案

一、填空（每空1分，共20分）

1．当所受轴向载荷通过（螺栓组形心）时，螺栓组中各螺栓承受的（轴向工作拉力）相等。

2．从结构上看，带轮由（轮毂）、轮辐和（轮缘）三部分组成。

3．在直齿圆柱齿轮传动的接触疲劳强度计算中，以（节点）为计算点，把一对轮齿的啮合简化为两个（圆柱体）相接触的模型。

4．按键齿齿廓曲线的不同，花键分为（矩形）花键和（渐开线）花键。

5．请写出两种螺纹联接中常用的防松方法：（双螺母等）和（防松垫圈等）。6．疲劳曲线是在（应力比）一定时，表示疲劳极限

与（循环次数）之间关系的

γN

曲线。

7．理论上为（点）接触或（线）接触的零件，在载荷作用下，接触处局部产生的应力称为接触应力。

8．开式齿轮传动的主要失效形式是：（齿面的磨粒磨损）和（断齿）。

9．径向滑动轴承的条件性计算主要是限制压强、（速度）和（pv值）不超过许用值。10．在类型上，万向联轴器属于（无弹性元件的挠性）联轴器，凸缘联轴器属于（刚性）联轴器。

二、选择填空（每空1分，共10分）

1．下列磨损中，不属于磨损基本类型的是（ 3 ）；只在齿轮、滚动轴承等高副零件上经常出现的是（ 2 ）。

（1）粘着磨损；（2）表面疲劳磨损；

（3）磨合磨损；（4）磨粒磨损。

2．在通过轴线的截面内，（1 ）的齿廓为直边梯形；在与基圆柱相切的截面内，（3 ）的齿廓一侧为直线，另一侧为曲线。

（1）阿基米德蜗杆；（2）法向直廓蜗杆；

（3）渐开线蜗杆；（4）锥蜗杆。

3、对于直齿圆柱齿轮传动，其齿根弯曲疲劳强度主要取决于（ 4 ）；其表面接触疲劳强

度主要取决于（ 1 ）。

（1）中心距和齿宽； （2）中心距和模数；

（3）中心距和齿数； （4）模数和齿宽。

4、对于径向滑动轴承，（ 1 ）轴承具有结构简单，成本低廉的特点；（ 3 ）轴承必须

成对使用。

（1）整体式； （2）剖分式；

（3）调心式； （4）调隙式。

5．在滚子链传动的设计中，为了减小附加动载荷，应（ 4 ）。

（1）增大链节距和链轮齿数； （2）增大链节距并减小链轮齿数；

（3）减小链节距和链轮齿数； （4）减小链节距并增加链轮齿数。

6．对中性高且对轴的削弱又不大的键联接是（ 1 ）联接。

（1）普通平键； （2）半圆键； （3）楔键； （4）切向键。

三、简答题（每小题5分，共20分）

1． 画图表示机械零件的正常磨损过程，并指出正常磨损过程通常经历哪几个磨损阶段？ 答：主要经历三个阶段：磨合磨损阶段；稳定磨损阶段；剧烈磨损阶段。

2． 简述Miner 法则（即疲劳损伤线性累积假说）的内容。

答：在规律性变幅循环应力作用下，各应力对材料造成的损伤是独立进行的，并可以线性

地累积成总损伤，当各应力的寿命损伤率之和等于1时，材料将会发生疲劳。

3． 简述齿向载荷分布系数βK 和齿间载荷分配系数αK 分别考虑的是什么因素对齿轮所

受载荷的影响？

答：系数βK 考虑的是载荷沿齿向分布不均匀性对齿轮轮齿所受载荷的影响；

系数αK 考虑的是载荷在同时啮合的齿对之间分配不均对齿轮轮齿所受载荷的影响。

4． 试分析张紧力F 0对带传动正反两方面的影响。

答：张紧力F 0越大，则带传动的承载能力就越大，但同时带中所受的拉应力也越大，从而

降低带的寿命；张紧力越小，虽可减小带中的拉应力，提高带的寿命，但带传动的承载能力会降低。

四、解：（1）由 疲劳曲线方程 01N C N m -==σσ

得 01N N m

??

? ??=-σσ 4690111106.8105550350?=????? ??=???

? ??=-N N m σσ ―――――――――3分 5690212102.8105550450?=????? ??=???

? ??=-N N m σσ ―――――――－3分 56903131085.2105550400?=????? ??=???? ??=-N N m σσ ――――――――3分 （2）根据Miner 法则 13

32211=++N n N n N n 11085.2102.8102106.81055

355

44=?+??+??n ―――――――――－3分 解得： 431098.4?=n ――――――――――――3分

五、解：（1）)(6.336)(93536.036.011N N F F R s =?== ――2分

)(6.687)(191036.036.022N N F F R s =?== ―― 2分

（2）)(6.12675806.6872N F F x s =+=+ ＞)(6.3361N F s =

故 )(6.126721N F F F x s A =+= ―――――――――――3分

)(4.2435806.3361N F F x s -=-=-＜)(6.6872N F s =

故 )(6.68722N F F s A == ―――――――――――――－3分

（3）36.1935

6.126711==R A F F ＞e ，故 41.01=X ，8

7.01=Y 7

8.1634)6.126787.093541.0(1.1)(11111=?+??=+=A R P P F Y F X f F （N ）

――――――――――――――――――――――4分

e F F R A ===36.101910

6.68722，故 12=X ，02=Y 2101)6.687019101(1.1)(22222=?+??=+=A R P P F Y F X f F （N ） ―――――4分

六、解：（1）各轴转向如图所示。 ――――3分

16.922

258460314214=??==z z z z i ――1分 82.322843434===

z z i ―――――1分 12.143815716.914=?=ⅢⅠ＝n i n (rpm)

―――――――――――――1分

74.59915782.314=?=＝ⅢⅡn i n （rpm ） ―――――――――――――1分 2.3312

.1438595509550=?==ⅠⅠⅠn P T （Nm ） ―――――――――1分 6.7974

.599595509550=?==ⅡⅡⅡn P T (Nm) ―――――――――1分 1.304157595509550

=?==ⅢⅢⅢn P T (Nm) ――――――――――1分 （2） 3轮左旋，4轮右旋。 ―――――――――――――――3分

（3） 2、3两轮的各分力方向如图所示。 ―――――――――――――－4分

ⅡⅢ

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