机械设计试题(A卷)与答案
一、填空题〔每空0.5分,24空计12分〕
1、从防松工作原理来看,弹簧垫圈属于摩擦防松;止动垫圈与园螺母配用属于机械防松措施。
2、平键的工作面为两侧面,工作时靠轴槽、键及毂槽的侧面受挤压来传递转矩。
3、在下列各种联轴器中,能补偿两轴间轴线偏移、但不能吸振缓冲的是 c、d、e ;既能补偿两轴间轴线偏移、又能吸振缓冲的是 f、g、h ;适用于转矩小、转速高、频繁正反转的是 f、g ;可实现两轴轴线角位移最大的是 c 。(a、套筒联轴器;b、凸缘联轴器;c、万向联轴器;d、十字滑块联轴器;e、齿轮联轴器;f、弹性套柱销联轴器;g、尼龙柱销联轴器;h、轮胎联轴器。)
4、设计圆柱螺旋弹簧时,其弹簧丝直径d按强度条件确定,其工作圈数n按刚度条件确定。
5、蜗杆传动时的螺旋线方向应与蜗轮螺旋线方向相同。蜗杆的导程角应等于与蜗轮的螺旋角。
6、在传动比不变的条件下,V带传动的中心距增大,则小轮的包角增大,因而带传动的承载能力提高。
7、在工作中只受弯矩不受扭矩的轴叫做心轴,只受扭矩不受弯矩的轴叫做传动轴,同时受弯矩和扭矩的轴叫做转轴。自行车前轮轴属于心轴。
8、非液体摩擦滑动轴承是工作在混合摩擦状态,验算Pv值为了限制轴承的工作温升不超过许用值。
二、问答题〔30分〕
1、有一卷筒支座,采用普通螺栓组联接在混凝土基座上,如图所示。卷筒上作用一平行于螺栓组联接接合面、垂直向下的载荷Q。请回答∶
1)简述该螺栓组联接的设计
主要过程与内容〔要求:简明扼
要、不必写出计算公式〕;〔5分〕
2)该卷筒的支撑轴属于哪类轴?
〔2分〕
3)图中所示的两种卷筒支撑方
案,哪一个更合理?为什么?〔3
分〕
答 1)该螺栓组联接的设计主要
过程与内容:
⑴将该螺栓组联接受力简化。简化成受横向载荷基本螺
栓组联接、受倾覆力矩基本螺栓组联接;如图所示〔0.5
+0.5=1分〕
⑵确定受力最大螺栓的工作载荷。按受倾覆力矩
的基本螺栓组联接,计算受力最大螺栓所承受的工作载
荷;〔0.5+0.5=1分〕
⑶确定预紧力。按受横向载荷的基本螺栓组联接,根据接合面不产生相对滑移确定每个螺栓所需的预紧力;〔0.5+0.5=1分〕
⑷检验接合面上的挤压应力。上端边缘是否出现间隙、下端是否被压坏?
〔0.5+0.5=1分〕
⑸确定螺栓直径。按受轴向载荷的单个紧螺栓
联接进行强度计算,确定螺栓直径。 〔0.5+0.5=1分〕 2)心轴 〔2分〕
3)方案II 较方案I 合理。〔1分〕
根据相应轴的弯矩图〔如图所示〕可知此结论。〔2分〕
2、简述选择蜗杆头数Z 1和蜗轮的齿数Z 2应考虑哪些因素?
答:蜗杆头数通常取为1、2、4、6。当传动比大或要求自锁时可取头为1,但传递效率低,当传动比较小时,为了避免蜗轮轮齿发生根切,或传递功率大时,为了提高传动效率,可采用多头蜗杆,但是蜗杆头数过多时,制造较高精度的蜗杆和蜗轮滚刀有困难。
蜗轮齿数选择。蜗轮的齿数不应小于28,为了避免用蜗轮滚刀切制蜗轮时发生根切。但对于动力传动,蜗轮齿数也不宜大于80。因为当蜗轮直径d 2不变时,蜗轮齿数越大,模数就越小,将削弱蜗轮轮齿的弯曲强度;而如果模数不变,则蜗轮直径将要增大,传动结构尺寸变大,蜗杆轴的支承跨距加长,致使蜗杆的弯曲刚度降低,容易产生挠曲而影响正常的啮合。
3、齿轮传动设计中,影响齿向载荷分布系数
K β
的主要因素有哪些?〔4分〕
答:影响齿轮载荷分布系数
K β
的主要因素:齿轮的制造和安装误差;齿轮相对轴承的布置;轴的弯曲变形与扭转
变形;齿宽b 的大小选用不当;齿面硬度等。 4、什么是带传动的滑动率?滑动率如何计算?
答:由于弹性滑动引起带传动中从动轮圆周速度低于主动轮轮圆速度,其相对降低率通常称为带传动滑动系数或滑动率,用ε表示。〔2分〕
1212
11
v v n i n v n ε--?=
=
其中:v 1为主动轮转速;v 2为从动轮转速。〔2分〕
5、试写出一维雷诺方程,并说明形成液体动压润滑的必要条件。
答: 0
36h h dp
v dx
h η-=?? (2分) 流体具有粘性(
0η≠)
;有足够的速度(0v ≠)且流体从大口进小口出;具有收敛性楔形间隙(0h h ≠)。(6分)
三、分析计算题〔38分〕
1、有一单个紧螺栓联接,已知预紧力F '=7500N ,轴向工作载荷F =6000N ,螺栓刚度C b =200N/μm ,被联接件刚度C m =800N/μm ,要求:
1)计算螺栓所受的总拉力F 0和残余预紧力F '';〔4分〕
2)为使接合面不出现缝隙,轴向工作载荷最大值Fmax 是多少?〔2分〕
3)若要使F 0减小,又不增加螺栓个数,有哪些具体措施?〔2分〕 〔要求:1〕、2)要有详细的计算步骤〕
答: 1)计算螺栓所受的总拉力F 0和残余预紧力F ''
F 0=F '+C b /(C b +C m )F 〔2.5分〕 =7500+200/(200+800)×6000
=8700(N ) 〔0.5分〕 F ''=F 0-F =8700-6000=2700(N ) 〔 1分〕 2)为使接合面不出现缝隙,必须使F ''>0,即: F ''=F 0-F >0 〔1.5分〕 F <F 0=8700(N ),即F max =8700N 〔0.5分〕 3)使F 0减小的具体措施:
⑴减小螺栓刚度C b :增大螺栓长度、减小螺栓杆直径、作成 空心杆、在螺母下安装弹性元件等; 〔0.5+0.5=1分〕 ⑵增大被联接件刚度C m :采用刚性大的垫片。〔0.5+0.5=1分〕
2、已知V 带传动所传递的功率P=7.5kW ,带速v=10m/s ,现测得张紧力F 0=1125N ,试求紧边拉力F 1和松边拉力F 2。各等于多少?(5分)
答:(1)有效圆周力1000750P
F V =
=N 〔2分〕
(2)
121202F F F
F F F -=+=
∴F 1=1500N F 2=750N 〔3分〕
3、如图所示为某手动简单起重设备,按图示方向转动蜗杆,提升重物G ,试求:
1)蜗杆与蜗轮轮齿的螺旋线方向;(2分) 2)在图上标出啮合点处各力的方向;(6分)
3)若蜗杆自锁,反转手柄使重物下降,求蜗轮上作用力方向的变化。(2分)
答:(1)蜗杆及蜗轮的轮齿螺旋线均为右旋,如图。〔2分〕 (2)啮合点所受各力F r1、F t1、F a1及F r2、F t2、F a2均示于图解中。〔6分〕
(3)反转手柄使重物下降时,蜗轮上所受的F r2不变,仍指向蜗轮轮心;但F t2与原来方向相反(即向左)推动蜗轮逆时针转动;F a2与原方向相反,变为指向纸面(即 表示F a2)〔2分〕
4、一对圆锥滚子3206轴承,安装形式如图。已知轴承I 、II 所受径向载荷为F r1=970N ,F r2=840N ,A 为作用于轴上的轴向力,A=237N ,载
荷系数f p =1.1,温度系数f T =1.0,轴承内部轴向力S 的计算式为2r
F S Y =
,Y=1.7,e=0.36,试计算轴承I 、II 的当量动载荷P 1和P 2。如果已知轴的转速n=1200r/min 轴承的预期寿命为24000h
L h '=,问该轴承能否满足要求?(12
分)
所需参数如下表。
轴承型号 a
r
F e F >
a
r
F e F ≤
基本额定动载荷C (N )
3206
X Y X Y 24800
0.4
1.7 1
答: 1)
11/2970/2 1.7285r S F Y ==?=N (0.5分)
22/2840/2 1.7247r S F Y ==?=N(0.5分)
2)判断S 2+A=247+237=484>S 1=285 (1分) 3)F a1=A+S 2=484N (1分) F a2=S 2=247N (1分)
4)1111
4840.490.36,0.4, 1.7
970a r F e X Y F ==>=== (1分)
2222
2850.340.36,1,0
840a r F e X Y F ==<=== (1分)
5)111110.49970 1.74841210.8r a P X F Y F =+=?+?=N (1分) 2221970970r P X F ==?=N (1分)
6)
12P P >,取P=P 1
=1210.8N 计算轴承寿命L h
(1分)
61060T h P f C L n f P ε
??= ?
??
(1分)
10/3,
1.0, 1.1,1200
T p f f n ε====r/min
10/3
610 1.024*********.8
601200 1.11210.8h L ???
== ?
????h (1分)
24000h h
L L h '>=
∴ 该轴承满足要求。 (1分)
四、结构题(15分)
1、在下面两个视图上,画出平键联接结构图。(5分) 答:用方头键也可以,但右边b 图结构要对。 诸如:
1)(a )图键不打剖面线,(b )图键过短,扣0.5~1.0分。
2)如(b )图没剖键,键露过长扣1
分。
3)侧面工作,和上端留隙没画或画错扣2~3分。
2、指出下列结构的错误(在有错处画×,简要说明原因,并在另一侧画出其正确结构图。(找出5处可即可,同类错误算一处,多找只算前5个答案,其余不计分)(10
分)
本题的典型错误:
①套筒过高,不便拆轴承;②齿轮不能准确固定;
③安轴承处轴径不应和密封轴段轴径相同;④透盖
应密封;⑤联轴器轴段轴径应比密封轴径小些(或
联轴器不能定位);⑥安联轴器轴段应比联轴器孔短;⑦分箱面不应画剖面线;⑧轴承凸台应突出,以便加工;⑨端盖应凹下去,以便减小加工面。
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.齿轮传动中,轮齿的齿面疲劳点蚀,通常首先发生在【】
A.齿顶部分 B. 靠近节线的齿顶部分
C.齿根部分 D. 靠近节线的齿根部分
2.塑性材料制成的零件进行静强度计算时,其极限应力为【】
A.σB B. σs C. σ0 D. σ-1
3.带传动中,弹性滑动【】
A.在张紧力足够时可以避免
B.在传递功率较小时可以避免
C.在小带轮包角足够大时可以避免
D.是不可避免
4.齿轮传动中,通常开式传动的主要失效形式为【】
A.轮齿折断 B. 齿面点蚀
C.齿面磨损 D. 齿面胶合
5.在润滑良好的条件下,为提高蜗杆传动的啮合效率,应采用【】
A.大直径系数的蜗杆 B. 单头蜗杆
C.多头蜗杆 D. 较多的蜗轮齿数
6.设计V带传动时,选择小带轮基准直径d1≥d min,其主要目的是为了【】A.使传动的包角不致于过小
B.使带的弯曲应力不致于过大
C.增大带轮间的摩擦力
D.便于带轮的制造
7.在下列四种型号的滚动轴承中,只能承受轴向载荷的是【】A.6208 B. N2208 C. 3208 D. 5208
8.对于相对滑动速度较高(
s
m
V
s
/
6
)的重要蜗杆传动,蜗轮材料应选用【】
A.铸锡青铜
B.铸铝铁青铜
C.铸铁
D.碳钢
9.代号为1318的滚动轴承,内径尺寸d为【】
A. 90mm
B. 40mm
C. 19mm
D. 8mm
10.下列哪种螺纹主要用于联接?【】
A. 矩形螺纹
B. 梯形螺纹
C. 锯齿形螺纹
D. 三角形螺纹
二、填空题:本大题共10个小题,每空1分,共20分。把答案填在题中横线上。
1.软齿面齿轮是指轮齿的齿面硬度HBS ;在一般情况下,闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是。
2.我国的标准分为、、地方标准和企业标准四级。按照标准实施的强制程度,标准又分为强制性和推荐性两种。
3.按照螺旋线的旋向,螺纹分为和。
4.键是标准件,主要分为、、楔键和切向键等。
5.开式齿轮传动的主要失效形式是磨损,固通常只进行计算。
6.开始齿轮传动通常采用人工定期加油润滑的方式;闭式齿轮传动通常采用或的方式。7.传递动力用的链条,按结构的不同主要有和两种。
8.滚动轴承一般是由、、和保持架组成。
9.按照承受载荷的方向或公称接触角的不同,滚动轴承可分为和。
10.弹簧的种类很多,从外形看,有、、碟形弹簧、平面涡卷弹簧和板弹簧等。
三、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.简述轮齿的失效形式主要有哪五种?
2.简述带传动中,打滑、弹性滑动的含义。
3.试说明滚动轴承代号6308的含义。
4.简述联轴器的分类及各自的特点。
5.常用的螺纹紧固件有哪些?
6.简述链传动的主要优点。
四、计算题:本大题只有一个小题,满分14分
下图所示被联接件用两个普通紧螺栓联接,已知被联接件所承受的横向外载F=15000N,接合面之间的摩擦系数f=0.2,可靠性系数Ks=1.2,螺栓许用拉应力[σ]=160MPa。试求所需螺栓的最小直径d1。
五、结构改错题:本大题只有一个小题,满分12分
标准答案纸
一、选择题:
1-5:DDDCC 6-10:BBAAD
二、填空题:
1.≤350,点蚀
2.国家标准,行业标准
3.左旋螺纹,右旋螺纹
4.平键,半圆键
5.弯曲强度
6.浸油润滑,喷油润滑
7.滚子链,齿形链
8.外圈,内圈,滚动体
9.向心轴承,推力轴承
10.螺旋弹簧,环形弹簧
三、简答题:
1.轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形 (1)
2.若带所需传递的圆周力超过带与轮面间的极限摩擦力总和时,带与带轮将发生显著的相对滑动,这种现象称为打滑。…………2分
这种由于材料的弹性变形而产生的滑动称为弹性滑动。…………2分
打滑应当避免,弹性滑动不可避免。…………1分
3.6─深沟球轴承…………1分
3─中系列…………1分
08─内径d=40mm…………1分
公差等级为0级…………1分
游隙组为0组…………1分
4.联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器。…………1分
刚性联轴器又分为固定式和可移式。…………1分
固定式刚性联轴器不能补偿两轴的相对位移。…………1分
可移式刚性联轴器能补偿两轴的相对位移。…………1分
弹性联轴器包含弹性元件,能补偿两轴的相对位移,并具有吸收振动和缓和冲击的能力。…………1分5.常用的螺纹紧固件品种很多,包括螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母、垫圈等。
6.与带传动相比,链传动没有弹性滑动和打滑,能保持准确的传动比;…………1分
需要的张紧力小,作用在轴上的压力也小,结构紧凑;…………1分
能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作;…………1分
安装精度要求较低;…………1分
中心矩较大时其传动结构简单。…………1分
五、结构改错题:共八处错误