2012年機(jī)械設(shè)計(jì)試題及答案1

注意行為規(guī)范遵守考場紀(jì)律管導(dǎo)核字主領(lǐng)審簽一、填空題及選擇填空題（27分，每空1分）當(dāng)動壓潤滑條件不具備，且邊界膜遭破壞時，就會出現(xiàn)流體摩擦、邊界摩擦和干摩擦同時存在的現(xiàn)象，這種摩擦狀態(tài)稱為混合摩擦。一公稱直徑為d=16mm的螺紋副，螺紋頭數(shù)n=2，螺距p=4mm,螺紋中徑d2=D2=14mm,牙側(cè)角片15°，螺紋副材料的當(dāng)量摩擦系數(shù)f=0.08?0.10,經(jīng)計(jì)算該螺紋副史自鎖性要求。a.滿足b.不滿足導(dǎo)向平鍵連接的主要失效形式頑工作面的磨損，設(shè)計(jì)時通過限制工作面間的壓強(qiáng)來進(jìn)行耐磨性計(jì)算；半圓鍵的缺點(diǎn)是鍵槽對軸強(qiáng)度削弱較大，所以主要適用于軸端。作為標(biāo)準(zhǔn)普通V帶工作面的兩側(cè)面夾角為（p=40。，相應(yīng)的V帶輪輪槽的兩側(cè)面夾角則b。a.大于40°b?小于40°c.等于40°。傳動帶所能傳遞的最大有效圓周力寫_與初拉力F0、帶在小帶輪上的包角a、帶與帶輪間的摩擦系數(shù)7等因素有關(guān)，它們的值越大，F(xiàn)max就越大。當(dāng)傳遞的外載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(xiàn)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工作面間的壓強(qiáng)）。齒輪傳動的五種主要失效形式中，最嚴(yán)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(diǎn)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。下列齒輪參數(shù)中，對齒形系數(shù)Yf沒有影響的是e。a.齒數(shù)b.變位系數(shù)c.齒頂高系數(shù)d.壓力角e.模數(shù)按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/292-93規(guī)定，型號7212C/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=_159.對于轉(zhuǎn)動的滾動軸承，其主要失效形式是疲勞點(diǎn)蝕,對于不轉(zhuǎn)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_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）齒向載荷分布系數(shù)Kg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？Kg的物理意義——考慮沿齒寬方向載荷分布不均勻?qū)嘄X應(yīng)力的影響系數(shù)。（2分）措施：（答出以下7點(diǎn)中3點(diǎn)以下者1分，答出3點(diǎn)以上者2分）1）齒輪的制造和安裝精度12）軸、軸承及機(jī)體的剛度13）齒輪在軸上的布置——合理選擇4）輪齒的寬度一一設(shè)計(jì)時合理選擇5）采用軟齒面——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(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端的位置。試述齒輪傳動的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則評分標(biāo)準(zhǔn)：以下4點(diǎn)各點(diǎn)1分（1）軟齒面閉式齒輪傳動：通常先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。（2）硬齒面式齒輪傳動：通常先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度。（3）高速重載齒輪傳動，還可能出現(xiàn)齒面膠合，故需校核齒面膠合強(qiáng)度。（4）開式齒輪傳動：目前多是按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，并考慮磨損的影響將模數(shù)適當(dāng)增大（加大10?15%）。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(biāo)準(zhǔn)：以下3點(diǎn)各點(diǎn)1分，舉例正確合計(jì)1分。（1）僅受彎矩M的軸一一心軸，只起支撐零件作用，如自行車前軸。（2）僅受轉(zhuǎn)矩T的軸——傳動軸，只傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩不起支撐作用，如汽車后輪傳動軸。（3）既受彎矩又受轉(zhuǎn)矩的軸一一轉(zhuǎn)軸，既起支撐又起傳運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩作用，如減速器的輸出軸。給出滾動軸承的當(dāng)量靜載荷P0的定義。當(dāng)量靜載荷是一個假想載荷，其作用方向與基本額定靜負(fù)荷相同，而在當(dāng)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(shí)際載荷作用下的塑性變形總量相同。（4分）同滾動軸承相比，液體摩擦滑動軸承有哪些特點(diǎn)？評分標(biāo)準(zhǔn)：以下6點(diǎn)中，答出1~2點(diǎn)2分，答出3~4點(diǎn)分3分，答出5~6點(diǎn)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(zhuǎn)精度I3）滑動軸承可以做成剖分式的一能滿足特殊結(jié)構(gòu)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。在一些基本假設(shè)條件下，流體形成動壓的必要條件是什么?評分標(biāo)準(zhǔn)：答出1點(diǎn)2分，答出2點(diǎn)3分，答出3點(diǎn)4分1）流體必須流經(jīng)收斂間隙，而且間隙傾角越大則產(chǎn)生的油膜壓力越大。2）流體必須有足夠的速度；3）流體必須是粘性流體。三、分析計(jì)算題（29分，第一小題19分，第二小題10分）一重物勻速升降裝置采用如圖a所示的電機(jī)+圓柱蝸桿傳動系統(tǒng)，已知蝸桿傳動的模數(shù)m=8mm，蝸桿頭數(shù)及分度圓直徑分別為z1=1>q=80mm，蝸輪齒數(shù)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，H況系數(shù)KA按1.0計(jì)，試分析、計(jì)算提升重物時的下列問1）該裝置以40m/min的速度勻速升起重物1m時，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）2）若蝸桿與蝸輪齒面間當(dāng)量摩擦系數(shù)f、=0.1該機(jī)構(gòu)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(jì)算出電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tm應(yīng)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7209C支撐形式,L=100mm，蝸桿傳動效率n1=0.7，卷筒、聯(lián)軸器（連接蝸輪軸與卷筒軸）、蝸輪軸上軸承的效率合計(jì)為n廣。?8,軸承7209C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(nèi)部軸向力S=0.4F，徑向載荷系數(shù)X和軸向載荷系數(shù)Y分別為0.44和1.36，r八=1.0，f=1.5,試計(jì)算軸承II的壽命Lh為多少小時？（10分）圖乳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1）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）。2）寫出公式得1分，結(jié)論正確得1分。注第4頁（共8頁）意tan丫=zm/d1=1x8/80=0.1tanp'=f'=0.18:.tany<tanp'.?.y<p'結(jié)論：該機(jī)構(gòu)滿足自鎖性條件。3)寫出公式得1.5分，結(jié)論正確得0?5分。T卷筒=Tw=W-D/2=4000x250/2=500000NmmT=^-w=—=2x104Nmmm門i0.5x50蝸輪軸的受力簡圖4）公式、步驟都正確得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。蝸輪軸的受力簡圖W=AkN=TV=WD!2=4000x250/2=500000Nmm4rFfl點(diǎn)『=IL=5xl°J=^.25風(fēng)o.s_7^_=6.25xl0J=Q17S5?xloJNmm1進(jìn)i50x0.7=3.125頌項(xiàng)8x502T22T22x6.25xlO??27］2x0.17857xlOJn.....in3,r@0球i=Mi=—-==0.44643xlON此=此1=0.44643xlOFris扁tan氏=%tana=3.125xtan200xlO5=1.13741xlO5NFr=也；+其=^3.1252+1.137412xlO3=^1.059326xlO3=3.32556xW項(xiàng)2L2xlOO軸承口的徑向支反力？=L一皿=(3.37556-1.21635)x105=2.10921》軸部的徑向支反坷=ci.輪43』煩血=］泌］頌項(xiàng)瓦=0.4^=0.4x1.21635xlO3=0.43654xlO3Sn=0.4J?n=0.4x2.10921xlO3=0.343634xlO3S,+Fh=(0.48654+0.44643)xlO5=0.93297頌'如aS”=0.843684xlO3??=E+E=0.93297xlO3IVFdJ=E=0.48654xl03N-只需計(jì)算輔啊的壽命即可口F)}=X*+FdJJ=(0.44xO.343684+1.36x0.93297)xlO5=1.64xlO5?；i=虹〔左容=寸(=3.125頌項(xiàng)8x50@02L2xlOO軸承口的徑向支反力？=L一皿=(3.37556-1.21635)x105=2.10921》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(shè)被連接件都不會被壓潰，試計(jì)算:1）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=12.71x106mm3）（7分）2）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)算該素栓所需預(yù)緊力F，、所受的總拉力F0。（3分）圖C.托架（圖中尺寸單位:mm）（2圖C.托架（圖中尺寸單位:mm）（2）計(jì)算受力最大螺栓的工作載荷F：（1分）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）（肇受軸向載荷緊螺栓聯(lián)接（b）受傾覆力矩的緊螺栓聯(lián)接Q使每個螺栓所受的軸向載荷均等，為%=Q=20000=5000（N）1Z4傾覆力矩M使左側(cè)兩個螺栓工作拉力減小；使右側(cè)兩個螺栓工作拉力增加，其值為:Mlmax6Mlmax6x106x227.54x227.52=6593.41(N)i=1顯然，軸線右側(cè)兩個螺栓所受軸向工作載荷最大，均為:F=F+F2=11593.41（N）（3）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)保證接合面在軸線右側(cè)不能出現(xiàn)間隙，即：氣右側(cè)邊界=烏礦―apQ~apM>°(Mpa)A220x(600-200)88000220004F'4F'AxF'F'°~pF

AF'_

~7~~220x(600-200)8800022000apQ(Mpa)A220x(600-200)8800022000AF'_

~7~~220x(600-200)8800022000apQ(1-&)&=株端=+b略例邊界="_%_財(cái)=布沛-0.159-0.476=0.05(^)>0.-.F'>(0.159+0.476)x22000=0.635x22000=13970(”)結(jié)論：為保證接會面不出現(xiàn)間隙，螺栓的預(yù)緊力礦至少應(yīng)大于13970^2)若F'=6956N，則：(3分)礦=FM+（1-—包—）F=6956+0.7x11593.41=15071.43（77）烏+%琮=F+F"=11593.41+6955=18548.41（77）四、結(jié)構(gòu)題（20分）、'L試說明實(shí)現(xiàn)軸上零件軸向固定的五種方法，并分別畫出相應(yīng)于各種軸向固定方法的結(jié)構(gòu)圖；畫出模鍛輪坯、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（要求齒輪也要畫出來）。（12分）評分標(biāo)準(zhǔn)：軸向固定：五種方法每種方法各0.5分，每畫對一種結(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。（1）、用軸肩定位（2）、用彈簧卡圈定位（3）、用螺母或圓螺母定位（4）、用袖瑜玲樞正但ph用諱I正但（bh用箓正曝刊正但模鍛輪坯腹板

式大齒輪在軸（1）、用軸肩定位（2）、用彈簧卡圈定位（3）、用螺母或圓螺母定位（4）、用袖瑜玲樞正但ph用諱I正但（bh用箓正曝刊正但模鍛輪坯腹板

式大齒輪在軸連接，軸與小齒輪輪轂配合段軸頸直徑d=40mm，該軸段長度/=58mm，必：I漏連接，軸與小齒輪輪轂配合段軸頸直徑d=40mm，該軸段長度/=58mm，必：I漏的減速比，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