機(jī)械設(shè)計(jì)歷年試題及答案

第頁(yè)1．一重物勻速升降裝置采用如圖a所示的電機(jī)+圓柱蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)，已知蝸桿傳動(dòng)的模數(shù)m=8mm，蝸桿頭數(shù)及分度圓直徑分別為z=1、d=80mm，蝸輪齒數(shù)z=50，卷筒直徑D=250mm。重物勻速降的度v=40m/min，最載重量W為4kN，工況系數(shù)K按1.0A計(jì)，試分析、計(jì)算提升重物時(shí)的下列問(wèn)題：該裝置以40m/min的速度勻速升起重物1m時(shí)，蝸桿應(yīng)轉(zhuǎn)多少轉(zhuǎn)？并在圖中標(biāo)明蝸桿的轉(zhuǎn)向、蝸輪輪齒旋向、節(jié)點(diǎn)位置處蝸桿及蝸輪的受力方向。（5分）若蝸桿與蝸輪齒面間當(dāng)量摩擦系數(shù)f′=0.18，該機(jī)構(gòu)能否自鎖？（2分）若重物W=4kN，傳動(dòng)裝置總的傳動(dòng)效率為η=0.5，試計(jì)算出電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩T應(yīng)是多少？（2分）若蝸輪軸采用圖b所示的兩個(gè)角接觸軸承7209C支撐形式,L=100mm，蝸桿傳動(dòng)效率η=0.7，卷筒、聯(lián)軸器(連接蝸輪軸與卷筒軸)、蝸輪軸上軸承效率合計(jì)為η=0.8，軸承7209C的基本額定動(dòng)載荷和基本額定靜載荷分別C=29800N、C=23800N,其內(nèi)部軸向力S=0.4F，徑向載荷系數(shù)X和軸向載系r數(shù)Y分別為0.44和1.36，f=1.0，f=1.5，試計(jì)算軸承II的壽命 T PL為多少小時(shí)？（10分）h第50頁(yè)共56頁(yè)蝸桿轉(zhuǎn)：1*50/(3.14*D)=50/(3.14*0.25)=63.69(轉(zhuǎn))（1分）蝸輪轉(zhuǎn)速：40/（3.14*0.25）=50.96r/min蝸桿轉(zhuǎn)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）。寫(xiě)出公式得1分，結(jié)論正確得1分。tanzm/d18/800.1 1 1tan'f'0.18tantan'該機(jī)構(gòu)滿(mǎn)足自鎖性條件。寫(xiě)出公式得1.5分，結(jié)論正確得0.5分。W4kN T TWD/24000250/2500000Nmm 卷筒 W T 5105TW2104Nmmmi0.550公9分（其中：軸承壽命計(jì)算公式占5分），計(jì)算結(jié)果正確得1分。2．圖c所示為一托架，20kN的載荷作用在托架寬度方向的對(duì)稱(chēng)線(xiàn)上，用四個(gè)螺栓將托架連接在一鋼制橫梁上，螺栓的相對(duì)剛度為0.3，螺栓組連接采用普通螺栓連接形式，假設(shè)被連接件都不會(huì)被壓潰，試計(jì)算:該螺栓組連接的接合面不出現(xiàn)間隙所需的螺栓預(yù)緊力F′至少應(yīng)大于多少？（接合面的抗彎剖面模量W=12.71×106mm3）（7分）若受力最大螺栓處接合面間的殘余預(yù)緊力F′′要保證6956N，計(jì)算該螺栓所需預(yù)緊力F′、所受的總拉力F。（3分）01）1）（1）、螺栓組聯(lián)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）計(jì)算受力最大螺栓的工作載荷F：（1分）Q使每個(gè)螺栓所受的軸向載荷均等，為FQ200005000(N)Z 4傾覆力矩M使左側(cè)兩個(gè)螺栓工作拉力減??；使右側(cè)兩個(gè)螺栓工作拉力增加，其值為：FMlmax6106227.56593.41(N)4l2 4227.52i顯然，軸線(xiàn)右側(cè)兩個(gè)螺栓所軸向工作載荷最大，均為：FFF11593.41(N) 1 2根據(jù)接合面間不出現(xiàn)間隙條件確定螺栓所需的預(yù)緊力F’：（4分）預(yù)緊力F’的大小應(yīng)保證接合面在軸線(xiàn)右側(cè)不能出現(xiàn)間隙，即：2）若F’’=6956N，則：（3分）四、結(jié)構(gòu)題（20分）1．試說(shuō)明實(shí)現(xiàn)軸上零件軸向固定的五種方法，并分別畫(huà)出相應(yīng)于各種軸向固定方法的結(jié)構(gòu)圖；畫(huà)出模鍛輪坯、腹板式大齒輪在轉(zhuǎn)軸的軸端實(shí)現(xiàn)軸向固定與周向固定的結(jié)構(gòu)圖（要求齒輪也要畫(huà)出來(lái)）。（12分）評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：軸向固定：五種方法每種方法各0.5分，每畫(huà)對(duì)一種結(jié)構(gòu)1分；齒輪（2.5分）在軸端實(shí)現(xiàn)周向固定（普通平鍵）（1分）和軸向固定（軸肩和軸端擋板）（1分）4.5分。2．圖d和圖e為凸緣聯(lián)軸器的兩個(gè)半聯(lián)軸器的將兩根軸連接起來(lái)的兩種形式的部分結(jié)構(gòu)，請(qǐng)將未畫(huà)出的其余部分補(bǔ)全，成為完整的結(jié)構(gòu)。（5分）3.現(xiàn)有成品一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪減速器一臺(tái)，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(zhǎng)度l=58mm，鍵槽長(zhǎng)L=50mm,小齒輪輪轂鍵槽深t=3.3mm。為得到比現(xiàn)有減速器更大的減速比，現(xiàn)在需要重新設(shè)計(jì)更換齒輪。已知重新設(shè)計(jì)得到的齒輪模數(shù)m=3.0mm,小齒輪齒頂圓直徑d=69mm,齒根圓直徑d=55.5mm，齒寬b=60mm，如果采用該小輪，試根據(jù)上輸入軸是否具有可以繼續(xù)使用的可能性？（3分）標(biāo)準(zhǔn)答案：該小齒輪能否做成齒輪與軸分開(kāi)決定了這根輸入軸能否繼續(xù)被使用 dd 55.540 ef1 t3.37.753.34.45(mm