機械設計模擬試題及答案綜述

1、試題:班號:姓名:注 意 行 為 規(guī) 范遵 守 考 場 紀 律管導核字 主領審簽2011年機械設計模擬試題及答案一、填空題及選擇填空題（27分，每空1分）1 當動壓潤滑條件不具備，且邊界膜遭破壞時，就會出現 和同時存在的現象，這種摩擦狀態(tài)稱為 2. 一公稱直徑為d=16mm的螺紋副，螺紋頭數 n=2,螺距p=4mm,螺 紋中徑d2=D2=14mm,牙側角3=15q螺紋副材料的當量摩擦系數f =0.080.10,經計算該螺紋副 自鎖性要求。a.滿足b.不滿足3. 導向平鍵連接的主要失效形式是 ，設計時通過限制來進行耐磨性計算；半圓鍵的缺點是，所以主要適用于軸端。4作為標準普通 V帶工作面的兩側面

2、夾角為$=40o,相應的V帶輪輪槽的兩側面夾角則。a.大于40o b.小于40o c.等于40a5. 傳動帶所能傳遞的最大有效圓周力Fmax與、等因素有關，它們的值越大，Fmax就越大。 當傳遞的外載荷超過 時，帶在帶輪上發(fā)生打滑現象；而且在傳動比大于1的情況下打滑總是先從小帶輪上開始的，其原因是 。6. 齒輪傳動的五種主要失效形式中，最嚴重、必須避免的失效形式是;軟齒面閉式齒輪傳動最主要的失效形式是 高速重載齒輪傳動易發(fā)生 ;輪齒的塑性變形常發(fā)生在齒面材料較軟、低速重載、頻繁起動的傳動中。7. 下列齒輪參數中，對齒形系數Yf沒有影響的是 a.齒數 b.變位系數c.齒頂高系數 d.壓力角 e.

3、模數8. 按國家標準 GB/292-93規(guī)定，型號 7212 C/DB軸承的類型為 ，寬度類型為，精度等級為 ，公稱接觸角 a= 9. 對于轉動的滾動軸承，其主要失效形式是；對于不轉動、低速或擺動的軸承，主要失效形式是 ; 對于高速軸承，是其主要失效形式。10. 滑動軸承一般由軸頸、軸瓦、軸承座三者組成，其失效形式主要是，主要發(fā)生在上。二、問答題（24分,每小題4分）1. 齒向載荷分布系數 Kb的物理意義是什么？改善齒向載荷分布不均勻狀況的措施有哪些？2. 試述齒輪傳動的設計準則。3. 按在支撐軸上零件傳遞運動和動力時受到的載荷類型的不同，軸分為那幾種類型？并分別舉例說明。4. 給出滾動軸承的

4、當量靜載荷P0的定義。5. 同滾動軸承相比，液體摩擦滑動軸承有哪些特點？6 在一些基本假設條件下，流體形成動壓的必要條件是什么？三、分析計算題（29分，第一小題19分，第二小題10分）1一重物勻速升降裝置采用如圖a所示的電機+圓柱蝸桿傳動系統(tǒng)，已知蝸桿傳動的模數m =8mm ,蝸桿頭數及分度圓直徑分別為可=1、d1=80mm,蝸輪齒數Z2=50,卷筒直徑D=250mm。重物勻速升降的速度v=40m/min，最大載重量 W為4kN，工況系數KA按1.0計，試分析、計算提升重物時的 下列問題：1 ）該裝置以40m/min的速度勻速升起重物 1m時，蝸桿應轉多少轉？并在圖中標明蝸桿的轉向、 蝸輪輪齒

5、旋向、節(jié)點位置處蝸桿及蝸輪的受力方向。（5分）2） 若蝸桿與蝸輪齒面間當量摩擦系數f = 0.18該機構能否自鎖？（ 2分）3） 若重物W=4kN，傳動裝置總的傳動效率為n =0.5試計算出電機的輸出轉矩 Tm應是多少？ （ 2 分）4）若蝸輪軸采用如圖 b所示的兩個角接觸軸承 7209 C支撐形式,L=100mm ,蝸桿傳動效率 n =0.7,卷筒、聯軸器（連接蝸輪軸與卷筒軸）、蝸輪軸上軸承的效率合計為 n = 0.8,軸承7209 C 的基本額定動載荷和基本額定靜載荷分別為C = 29800N、C0 = 23800N,其內部軸向力 S=0.4Fr，徑向載荷系數X和軸向載荷系數 Y分別為0.

6、44和1.36，斤=1.0，fp=1.5，試計算軸承II的壽命Lh為多少小時？（ 10分）圖札重物升降裝置傳動系統(tǒng)簡圖圖b.蝸輪軸的軸承支撐簡圖2圖c所示為一托架，20kN的載荷作用在托架寬度方向的對稱線上，用四個螺栓將托架連接在一鋼 制橫梁上，螺栓的相對剛度為 0.3,螺栓組連接采用普通螺栓連接形式，假設被連接件都不會被壓潰、 也不滑移，試計算：1）該螺栓組連接的接合面不出現間隙所需的螺栓預緊力F至少應大于多少？（接合面的抗彎剖面模量 W=12.71X 106mm3） （ 7 分）第11頁（共14頁）2）若受力最大螺栓處接合面間的殘余預緊力F要保證6956N，計算該螺栓所需預緊力F、所受的總

7、拉力Fo。（3分）*1301Jiii i圖G托架（圖中尺寸單位:mm）四、結構題（20 分）1試說明實現軸上零件軸向固定的五種方法，并分別畫出相應于各種軸向固定方法的結構圖；畫出模鍛輪坯、腹板式大齒輪在轉軸的軸端實現軸向固定與周向固定的結構圖（要求齒輪也要畫出來）（12 分）2圖d和圖e為凸緣聯軸器的兩個半聯軸器的將兩根軸連接起來的兩種形式的部分結構，請將未畫 出的其余部分補全，成為完整的結構。（5分）3.現有成品一級標準圓柱齒輪減速器一臺，輸入軸與小齒輪采用普通平鍵連接，軸與小齒輪輪轂配合段軸頸直徑d=40mm ,該軸段長度l=58mm，鍵槽長L=50mm,小齒輪輪轂鍵槽深 ti=3.3mm

8、。為得 到比現有減速器更大的減速比，現在需要重新設計、更換該減速器的齒輪。已知重新設計得到的齒輪模數m=3.0mm,小齒輪齒頂圓直徑 dai=69mm,齒根圓直徑dfi=55.5mm，齒寬bi=60mm，如果采 用該小齒輪，試根據上述數據進行分析：該減速器的輸入軸是否具有可以繼續(xù)使用的可能性？ （3分）注 意 行 為 規(guī) 范遵 守 考 場 紀 律管導核字 主領審簽一、填空題及選擇填空題（27分，每空1分）1. 當動壓潤滑條件不具備，且邊界膜遭破壞時，就會出現 流體摩擦、 邊界摩擦和干摩擦同時存在的現象.這種摩擦狀態(tài)稱為 混合摩擦。2. 一公稱直徑為d=16mm的螺紋副，螺紋頭數n=2,螺距p=

9、4mm,螺 紋中徑d2=D2=14mm,牙側角3=15q螺紋副材料的當量摩擦系數f =0.080.10,經計算該螺紋副 a自鎖性要求。a.滿足 b.不滿足3. 導向平鍵連接的主要失效形式是工作面的磨損，設計時通過限制工作面間的壓強來進行耐磨性計算:半圓鍵的缺點是一 鍵槽對軸強度削弱較大，所以主要適用于軸端。4作為標準普通V帶工作面的兩側面夾角為 忙40o,相應的V帶輪 輪槽的兩側面夾角則b 。a.大于40o b小于40o c.等于4005. 傳動帶所能傳遞的最大有效圓周力 Fmax與初拉力F。、帶在小帶輪 上的包角a、帶與帶輪間的摩擦系數f等因素有關，它們的值越大，Fmax就越大。當傳遞的外載

10、荷超過 最大有效圓周力下的承載能力 時，帶在帶輪上發(fā)生打滑現象；而且在傳動比大于 1的情況下，打 滑總是先從小帶輪上開始的，其原因是 帶在小帶輪上的包角小于 大帶輪上的包角 （或帶在大帶輪上的包角大于小帶輪上的包角）。6. 齒輪傳動的五種主要失效形式中，最嚴重、必須避免的失效形式 是輪齒折斷;軟齒面閉式齒輪傳動最主要的失效形式是齒面疲勞點 蝕；高速重載齒輪傳動易發(fā)生 熱膠合;輪齒的塑性變形常發(fā)生在 齒面材料較軟、低速重載、頻繁起動的傳動中。7. 下列齒輪參數中，對齒形系數 Yf沒有影響的是e 。a.齒數 b.變位系數c.齒頂高系數 d.壓力角 e.模數8. 按國家標準GB/292-93規(guī)定，型

11、號7212 C/DB軸承的類型為 角接觸球軸承，寬度類型為窄系列，精度等級為P0 ,公稱接觸角a=15 o9. 對于轉動的滾動軸承，其主要失效形式是疲勞點蝕,對于不轉動、低速或擺動的軸承，主要失效形式是局部塑性變形，對于高速軸承，發(fā)熱以至膠合是其主要失效形式。10. 滑動軸承一般由軸頸、軸瓦、軸承座三者組成，其失效形式主要是 一膠合和磨損，主要發(fā)生在 軸瓦 上。二、問答題（24分,每小題4分）1. 齒向載荷分布系數Kb的物理意義是什么？改善齒向載荷分布不均勻狀況的措施有哪些？Kb的物理意義一一考慮沿齒寬方向載荷分布不均勻對輪齒應力的影響系數。（2分）措施：（答出以下7點中3點以下者1分，答出3

12、點以上者2分）1）齒輪的制造和安裝精度T2）軸、軸承及機體的剛度T3）齒輪在軸上的布置合理選擇4）輪齒的寬度 設計時合理選擇5）采用軟齒面一一通過跑合使載荷均勻6）硬齒面齒輪將齒端修薄、或做成鼓形齒7）齒輪要布置在遠離轉矩輸入端的位置。2. 試述齒輪傳動的設計準則評分標準：以下4點各點1分（1）軟齒面閉式齒輪傳動： 通常先按齒面接觸疲勞強度進行設計，然后校核齒根彎 曲疲勞強度。（2）硬齒面式齒輪傳動：通常先按齒根彎曲疲勞強度進行設計，然后校核齒面接觸 疲勞強度。（3）高速重載齒輪傳動，還可能出現齒面膠合，故需校核齒面膠合強度。（4）開式齒輪傳動：目前多是按齒根彎曲疲勞強度進行設計，并考慮磨損的

13、影響將 模數適當增大（加大1015%）。3. 按照軸所受載荷類型的不同，軸分為那幾種類型？并分別舉例說明。評分標準：以下3點各點1分，舉例正確合計1分。（1）僅受彎矩M的軸心軸，只起支撐零件作用，如自行車前軸。（2）僅受轉矩T的軸一一傳動軸，只傳遞運動和轉矩不起支撐作用，如汽車后輪傳 動軸。（3）既受彎矩又受轉矩的軸一一轉軸，既起支撐又起傳運動和轉矩作用，如減速器 的輸出軸。4. 給出滾動軸承的當量靜載荷 P0的定義。當量靜載荷是一個假想載荷，其作用方向與基本額定靜負荷相同，而在當量靜載荷 作用下，軸承的受載最大滾動體與滾道接觸處的塑性變形總量與實際載荷作用下的 塑性變形總量相同。（4分）5.

14、 同滾動軸承相比，液體摩擦滑動軸承有哪些特點？評分標準：以下6點中，答出12點2分，答出34點分3分，答出56點4分1）在高速重載下能正常工作，壽命長；2）精度高；滾動軸承工作一段時間后，旋轉精度J3）滑動軸承可以做成剖分式的 一能滿足特殊結構需要。如曲軸上的軸承;4）液體摩擦軸承具有很好的緩沖和阻尼作用，可以吸收震動，緩和沖擊。5）滑動軸承的徑向尺寸比滾動軸承的小。6）起動摩擦阻力較大6. 在一些基本假設條件下，流體形成動壓的必要條件是什么？ 評分標準：答出1點2分，答出2點3分，答出3點4分1）流體必須流經收斂間隙，而且間隙傾角越大則產生的油膜壓力越大。2）流體必須有足夠的速度；3）流體必

15、須是粘性流體。三、分析計算題（29分，第一小題 佃分，第二小題10分）1. 一重物勻速升降裝置采用如圖a所示的電機+圓柱蝸桿傳動系統(tǒng)，已知蝸 桿傳動的模數m =8mm，蝸桿頭數及分度圓直徑分別為 zi=1、di=80mm， 蝸輪齒數Z2=50，卷筒直徑D=250mm。重物勻速升降的速度 v=40m/min， 最大載重量W為4kN，工況系數Ka按1.0計，試分析、計算提升重物時 的下列問題：1）該裝置以40m/min的速度勻速升起重物1m時，蝸桿應轉多少轉？并 在圖中標明蝸桿的轉向、蝸輪輪齒旋向、節(jié)點位置處蝸桿及蝸輪的受力 方向。（5分）2）若蝸桿與蝸輪齒面間當量摩擦系數 f = 0.1,該機構

16、能否自鎖？ （2 分）3）若重物W=4kN，傳動裝置總的傳動效率為 n=05,試計算出電機的輸 出轉矩Tm應是多少？ （ 2分）4） 若蝸輪軸采用如圖b所示的兩個角接觸軸承7209 C支撐形式，L=100mm，蝸桿傳動效率n = 07,卷筒、聯軸器（連接蝸輪軸與卷筒 軸）、蝸輪軸上軸承的效率合計為 n = 08,軸承7209 C的基本額定動 載荷和基本額定靜載荷分別為 C = 29800N、Co = 23800N,其內部軸向力S=04Fr,徑向載荷系數X和軸向載荷系數Y分別為0.44和1.36 ,fT=10, fp=15,試計算軸承II的壽命Lh為多少小時？ （ 10分）II圖泳重物升降裝置傳

17、動系統(tǒng)簡圖圖b.蝸輪軸的軸承支撐簡圖1）蝸桿轉：1*50/（3.14*D）=50/（3.14*0.25）=63.69（轉）（1 分）蝸輪轉速：40/（ 3.14*0.25）=50.96r/mi n蝸桿轉向（1分）、蝸輪輪齒旋向（1分）、蝸輪蝸桿受力分析方向如圖所示（2 分）2）寫出公式得1分，結論正確得1分。tan 二可口心=18/80=0.1tan= f =0.18tan 丫 c tan P結論：該機構滿足自鎖性條件。3）寫出公式得1.5分，結論正確得0.5分。W =4kNT卷筒二TW 二W D/2 =4000 250/2 =500000Nmm5TW5漢1054TmW2 104 Nmmm d

18、 0.5 504）公式、步驟都正確得9分（其中：軸承壽命計算公式占5分），計算結果正確 得1分。試題:班號:姓名:= f- r/2= WMCI x250 /2 = 500000 麗底罟務mg殆=玉=玉=込竺泄y迪xlOd2 7nz28x50SOMT蝸輪軸的覺力簡期碼=驗=o .44643 xLO JTT珂2 x 殆 tanGi =卑tanu = 3.125 x tan20 xlO 3 = 1.13741 xlO 3片=J児 + F： = 73.125 2 -Fl .13741 2 xlO5 =1 .05P326 xlO3 = 3.32J56 xl.03軸承啲徑向支反M =恥心耳工=。軸駝艸“述

19、“師=1 21635 x1q3k212 xLOO棚承IT 的徑向支反加=耳一民=(3 .37556 - 1.21 )x10 5 = 2 .10921 xlZNSj =0.4i?j =0.4x1.2135 xlO3 = 0.483L54 xlO3 N=D.4R” = 0.4x2.10921 xlO 3 = 0.S436S4 xlO3 JT+ Fd = (0.654 +0.44643) xlO3 =0.93297 xlO f! =0.43SS4 xl05iV .-.Fd = 5j + = 0 .93297 xl03K碼= = 0.43654 x103JT-貝需計算軸範的壽命和可口Pf)=疋耳十 F

20、 碼“ =(D.44 xO .343634 + 1.36 x 0.93297 ) xlO 3 = 1.64 xlO 3 N -=竺竺=山(皿派1=581383 五g fpF 60 x50 .96 l.ixl ,64xL05第10頁(共14頁)試題:班號:姓名:1 s1ji_V -i嚴L2圖U托架（圏中尺寸單也：mm）2. 圖c所示為一托架，20kN的載何作用在托架寬度方向的對稱線上，用四 個螺栓將托架連接在一鋼制橫梁上，螺栓的相對剛度為03,螺栓組連接采用普通螺栓連接形式，假設被連接件都不會被壓潰，試計算：1）該螺栓組連接的接合面不出現間隙所需的螺栓預緊力F至少應大于多少？（接合面的抗彎剖面模

21、量 W=127ixi06mm3） （7分）2） 若受力最大螺栓處接合面間的殘余預緊力要保證6956N，計算該 螺栓所需預緊力F 、所受的總拉力Fo。（3分）1）（1）、螺栓組聯接受力分析：將托架受力 情況分 解成下圖所示的受軸向載荷Q和受傾覆力矩M的兩 種基本螺栓組連接情況分別考慮。（2分）第17頁（共14頁）（2）計算受力最大螺栓的工作載荷 F:（ 1分）Q使每個螺栓所受的軸向載荷均等，為 fQ = 20000 =5000（N）Z 4傾覆力矩M使左側兩個螺栓工作拉力減?。皇褂覀葍蓚€螺栓工作拉力增加，其值為:F2Ml max6 106227.54 227.52=6593.41( N)顯然，軸線

22、右側兩個螺栓所受軸向工作載荷最大，均為:F = F1 F2 = 11593.41（ N）（3）根據接合面間不出現間隙條件確定螺栓所需的預緊力 F:（4分） 預緊力F的大小應保證接合面在軸線右側不能出現間隙，即：”弟側邊界=q04F1220 x (600 - 200)8800022000AF1220x600 - 200)4 288000 22000Mpa)M6xio6才、訴-220；0（/-20氐 2 pa12 600”曲腹|邊界=5o 1590476= %確。）.F（0 159 + 0 476）x22000= 0.635 x22000 = 13970（27）結論：為保證接合面不出現間隙，燥栓的預緊力円至少應大于139702）若 F =6956N,貝U: （3 分）Fr= F+（l- = 6956 + 0.7X11593 ,41 = 15071.43（?/）Cq + CqFo = F + Frt= 11593,41+G