《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。（×）
＝600MPa。（×）9．性能等级为6.6级的螺栓，其屈服点
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？
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 )2720
040001()(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 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 -+=
135cos 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
F
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 110
85.2102.8102106.81055355
44=?+??+??n ―――――――――－3分 解得： 4
31098.4?=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
ⅡⅢ
2.3312
.1438595509550=?==ⅠⅠⅠn P T （Nm ） ―――――――――1分 6.7974
.599595509550=?==ⅡⅡⅡn P T (Nm) ―――――――――1分 1.304157
595509550=?==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
例：如图示的方形盖板用四个M16的螺钉与箱体相联接，盖板中心O 点装有吊环，已知F Q ＝20kN ，尺寸如图示。要求：1）当取剩余预紧力F″=0.6F （F 为工作拉力）、螺钉材料的性能等级为6.6级，装配不控制预紧力时，校核螺钉的强度；2）由于制造误差，吊环由O 点移至对角线上O′点，且OO′＝52mm ，问哪个螺栓的受力最大？并校核其强度。
解：1）在F Q 作用，每个螺栓所受的轴向力（工作拉力）为：
F=F Q /4=20/4=5kN
单个螺栓所受的总拉力等于工作拉力与残余预紧力之和
F 2=F ″+F=0.6F+F=1.6F=1.6×5=8kN=8000N
由已知条件知，屈服极限为σs =360MPa ，查表得安全系数S=4，d 1=14.9 mm
[σ]= σs /4=360/4=90MPa
22
2
11.3 1.38000
59.6714.944ca F d σππ?===?MPa ≤[σ] 强度满足要求
2）当移到O ’点后，螺栓组增加一倾覆力矩M 作用，其大小为：
M=FQ×OO’
=20?= m N
在倾覆力矩作用下，左上方被压紧，1螺栓杆拉力减小；右下方被放松，3螺栓杆拉力增大，工作拉力最大。
在倾覆力矩作用下，3所受的拉力为：
331M F R ===kN=1000N 螺栓3所受的工作拉力合力为：
33500010006000F F F ∑=+=+= N
螺栓杆所受的总拉力为：
'"233330.6 1.69600F F F F F F ∑∑∑∑=+=+==N
'22
2
11.3 1.39600
71.614.944ca F d σππ?===? MPa ≤[σ] 强度满足要求
例 已知一V 带传动，传递功率P=10kW 带速v ＝12.5m/s ，现测得张紧力F 0=700N 。求紧边拉力F 1和松边拉力F 2。 解：1000
e F v P = 100010001080012.5
e P F v ?=== N
12
1202e F F F F F F =-+= 121100300F F == N
例 标出各图中未注明的蜗杆或蜗轮的转动方向及螺旋线方向，绘出蜗杆和蜗轮
在啮合点处的各分力方向(均为蜗杆主动)。
解：蜗轮旋向与蜗杆导程角方向相同，转动方向和受力方向如图所示。 图（d ）参考前面几个判断方法
例 一对7210AC 轴承,分别承受径向负荷F rA =10000N,F rB =5000N,轴上作用的外加轴向负荷F A ,方向如图所示.试求当F A =2000N 和F A =1000N 时,各轴承的内部轴向力F d 、轴承的轴向负荷F a 和当量动负荷P 的大小.设负荷系数f p =1.2.(F d =0.68F r
)
题16-70图
解：(1)当F A =2000N 时
F dA =0.68x10000=6800 N (方向向右)
F dB =0.68x5000=3400 N （方向向左）
F aA =max(F dA ,F dB -F A )=max(6800,1400)=6800 N
F aB =max(F dB ，F dA +F A )=max(3400,8800)=8800 N F a1 F r1 F t1
F t2
F r2 F a2 F t1 F F a1 F t2 F r1 F r2 F r2 F F a2 F r1
F t2 F t1
(2) 对于轴承A ，F aA /F rA =0.68=e
因而，X=1，Y=0
P A =f p ×X×F rA =8160 N
(3) 对于轴承B
F aB /F rB =1.76>e
X=0.41，Y=0.87
P A =f p (X×F rA +Y×F aB )=1.2 (0.41×10000 +0.87×8800)=14107.2 N
7、第十五章：轴的结构错误分析。
例 分析下图轴的结构是否合理，如不合理请说明理由并改正。
答：1）轴直径应是中间最大，向两头递减（拆装要求）
2）左轴承的右边定位太高，不利于拆卸。把右边轴台阶改为套筒定位。
3）轴上键槽应布置在同一直线上。
4）套筒太高，减小套筒直径
5）端盖上应安装密封圈。
6）此处轴长度应小于链轮轴线长度。
7）链轮右端应采用轴端档圈固定。
8）键太长,减小键长度。
例 某齿轮减速器的输出轴轴系结构如图所示,试指出其设计错误之处,并画出正确图形.
1 2
3 4 5 6 7 8
1)键的位置和尺寸不合适；
2)轴承端盖此处的直径太大；
3)此处应有密封圈；
4)此处应有螺钉联接（把轴承端盖和机架联接起来）；
5)此处应有垫片；
6)套筒直径太大，超过轴承内圈高度；
7)安装齿轮处的轴的直径应小于齿轮宽度；
8)轴承左端没有定位
9)此处应有垫片；
10)此处应有螺钉联接（把轴承端盖和机架联接起来）；
例 试指出图中结构不合理的地方，并予以改正。
1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 1 3
4
5 6 2 7 8
9 10 11
1)此处应有垫片；
2)轴肩太高；
3)键太长；
4)安装齿轮处的轴的直径应小于齿轮宽度；
5)套筒直径太大，超过轴承内圈高度；
6)轴承端盖此处的直径太大；
7)此处应有密封圈；
8)轴承左端没有定位
9)此处轴太长，轴的端面与轴端挡圈应相隔2-3mm；
10)联轴器结构不合理，；
11)两个键的位置应布置在同一方向，而且键槽画法有误。
①无定位轴肩②键槽太长③端盖内无密封圈④没有非定位轴肩
⑤套筒太高⑥轴段太长⑦该轴承没有定位⑧轴承用错及安装方式错误