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机械设计 复习题
一 选择题:
1. 下列组合中的零、部件，都属于“机械设计”课程研究对象的是 ( D ) A. 齿轮、轴、柴油机的曲轴 B. V带、滚子链、汽门顶杆
C. 平键、六角头螺栓、活塞 D. 滚动轴承、弹簧、联轴器
2. 对于启动频繁的转轴上的扭转剪切应力，一般将其处理为 ( C )
A. 静应力 B. 对称循环变应力
C. 脉动循环变应力 D. 复合应力
3. 当螺纹的牙型角越大时，螺纹副的当量摩擦角越大，此时
影响螺纹副效率的主要参数是 ( D ) A. 升角 B. 线数
C. 螺距和牙形角 D. 升角和牙形角
4. V带设计中确定V带根数的依据是 ( C )
A. 计算功率 B. 传动功率
C. 带传动的设计准则 D. 计算功率与小带轮转速
5. 造成带传动传动比不准确的原因是 ( D )
A. 带轮传动的张紧力不足 B. 带传动的打滑
C. 传动的功率大于设计值 D. 带传动的弹性滑动
6. 下列参数组中，对套筒滚子链承载能力影响最明显的是 ( A )
A． 链节距Ｐ和小链轮齿数Ｚ1 B． 链节数和小链轮齿数Ｚ1 C． 中心距和链节距Ｐ D． 中心距和链节数
7. 齿轮传动的载荷系数中，动载荷系数ＫV ，除决定于齿轮的圆周
速度Ｖ以外，与下列因素有关的是 ( C ) A.齿面粗糙度 B.轮齿宽度 C.齿轮制造精度 D.端面重合度
8. 下列中作为蜗杆传动最主要的缺点是 ( D ) A. 制造费用较高 B. 对啮合副的材料要求较高 C. 难以进行精确的强度计算 D. 传动效率较低、发热较大
9．当摩擦发生在流体内部的分子之间时，称为： ( C )
A. 干摩擦 B. 边界摩擦 C. 流体摩擦 D. 混合摩擦
10. 滚动轴承一般由如下几个部份组成，它们分别称为: （ A ）
A. 内圈、外圈、滚动体和保持架 B. 上圈、下圈、滚动体和保持架 C. 紧圈、活圈、滚动体和保持架
D. 动圈、座圈、滚动体和保持架
11．当转轴上的支点位置尚未确定时，初估轴的直径使用的计算依据是 （ A ）
A.扭转强度 B.弯曲强度 D.弯曲刚度 D.复合强度
12．要求补偿位移且载荷平稳时，优先选用的联轴器的类别为 ( C ) A. 采用刚性联接 B 采用金属弹性元件的挠性联接 C. 采用刚性元件的挠性联接 D采用非金属弹性元件的挠性联接
13. 标准平键联接的承载能力，通常取决于 ( D )A. 轮毂的挤压强度 B. 键的剪切强度
C. 键的弯曲强度 D. 键工作表面的挤压强度
14. 下列组合中，全部都属于轴系零部件的是 ( B A. 圆螺母、弹簧、轴端档圈 B. 滚动轴承、轴、联轴器 C. V带、滚子链、蜗杆 D.齿轮、轴、六角头螺栓
15. 转轴上的弯曲应力，属于 ( B A. 静应力 B. 对称循环变应力 C. 脉动循环变应力 D. 复合应力
16. 查取V带型号的依据是 ( D A. 带轮的最小直径 B. 带的线速度
C. 传动功率与小轮转速 D. 计算功率与小带轮转速
17. 使带传动产生弹性滑动的主要原因是 ( D )
A. 带轮传动的张紧力不足 B. 带的弹性太大 C. 传动的功率大于设计值 D. 带是弹性体，主、从边存在拉力差
18. 齿轮传动的载荷系数中，载荷集中系数Ｋβ，除决定于齿轮宽度
以外，与下列因素有关的是 ( B A.齿面粗糙度 B. 齿面硬度 C.制造精度 D. 端面重合度
19．下列中作为蜗杆传动最主要的优点是 ( B )
A. 传动平稳，噪音小 B. 单级传动比大而结构紧凑 C. 在一定条件下能自锁 D. 可实现空间相交轴传动
20． 当摩擦发生在金属表面的吸附膜之间时，称为： ( B A. 干摩擦 B. 边界摩擦
)
)
)
)
)
C. 流体摩擦 D. 混合摩擦
21. 带有保持架的滚动轴承，其磨损与不带保持架的滚动轴承相比 （ B）
A. 普遍增大 B.普遍减小 C. 没有明显差别
D. 在滚子轴承中普遍减小，在球轴承中普遍增大
22． 解释轴的当量弯矩图作用的较全面的说法是： ( D )
A. 计算最小轴径 B. 按弯扭合成校核轴的强度 C. 确定轴的危险剖面位置
D. 按弯扭合成校核轴的强度和确定轴的危险剖面位置
23．要求补偿位移且载荷不平稳严重时，优先选用的联轴器的类别为 ( D )
A. 采用刚性联接 B 采用金属弹性元件的挠性联接 C. 采用刚性元件的挠性联接 D采用非金属弹性元件的挠性联接
24. 键联接的主要用途是使轴与轮毂之间 ( C )
A.沿轴向固定并传递轴向力 B.沿轴向可作相对滑动 C.沿周向固定并传递扭矩 D.安装与拆卸方便
二 填空题
1、圆柱齿轮传动设计，齿宽系数φd=b/d1,当b愈大，承载能力也愈 大 ，但使 偏载 现象严重，因此φd取值应恰当，对称布置的齿轮比悬臂布置的齿轮取偏 大 值.
2、代号为36205的滚动轴承, 其内径d= 25 mm, 尺寸系列代号为 62 , 轴承类型代号为 3 。
3、右图所示的联轴器的名称为 凸缘联轴器 适宜的使用场合为 载荷平稳且要求严格对中 。
4、 圆柱齿轮传动设计，齿宽b =φd·d1称为 计算 齿宽，通常是将其值圆整后作为 大 齿轮的齿
宽，为补偿轴向定位误差，取小齿轮齿宽 大于 大齿轮齿宽
5、号为6211的滚动轴承, 其内径d= 55 mm, 尺寸系列代号为 2 ,
轴承类型代号为 6 。
6、右图所示的联轴器的名称为弹性套柱销联轴器
具有补偿 综合 位移的能力，当传递的载荷不平稳时具有 缓冲减振 的能力。
三 问答题:
1、 同一型号的三角带, 为何小带轮直径越小, 单根三角带所能传递的功率越小?
答：由P=Ft·v得，直径越小，转速一定时，线速度越小，所以能传递的功率越小。
直径越小，皮带在小带轮上的弯曲应力越大，许可的最大拉应力即Ft就越小，因此能传递的功率也就越小。
2、链速V一定时,链轮齿数Z的多少和链节距P的大小对链传动的动载荷有何影响?
答：齿数Z越大，动载荷越小。
链节距越小，动载荷越小。
3、请比较齿轮传动与蜗杆传动的主要失效形式的异同点。
答：两者主要失效形式都有点蚀、断齿、胶合、磨损。
不同的是对于蜗杆传动，胶合失效和磨损必须首先考虑。而对于齿轮传动以点蚀、断齿失效为主。
4、右下图为何种螺纹联结类型，需使用哪些联结件。有何应用特点？
答：螺钉联接
需使用六角头螺栓及垫圈。
适用于被联接件之一不便钻通孔，且不需经常装拆的场合。
5、 带传动与链传动具有优缺点的互补性，带传动有些优点恰好是链传动的缺点，而链传动有些优点又恰好是带传动的缺点，请各举一例说明。当某传动装置采用一级带传动、一级链传动时, 两级传动的配置的顺序该怎样才合理。
答：带传动传动平缓，具有缓冲减振作用，链传动传动平稳性较差。
链传动平均传动比是一个定值，但带传动传动比不准确。 带传动放高速级，链传动放低速级。
6、 请简要说明链传动的多边形效应对传动性能的影响，链轮齿数Z的多少对多边形效应有何影响?
答：链传动的多边形效应造成瞬时传动比不是个定值（波动），因此传动不平稳。 链轮齿数Z越大，多边形效应越小。
7、请列出一般动力传动时齿轮传动的两个计算准则，在闭式齿轮传动设计中，分别用这两个准则来设计哪两个参数？
答：齿面接触疲劳准则：σH≦[σH]
齿根弯曲疲劳准则：σF≦[σF]
使用σH≦[σH]计算准则计算分度圆直径d1 使用σF≦[σF]计算准则计算或校核模数m
8、右下图为何种螺纹联结类型，需使用哪些联结件。有何应用特点？
答： 双头螺柱联接 使用双头螺柱,六角螺母。
垫圈，适用于被联接件之一不便钻通孔，且需经常装拆的场
合。
四 分析计算题 1、已知一扳手由两段钢板，用2个螺栓联结而成，结构如图。扳手拧紧力 P=100 N。求：
(1) 若板间摩擦系数 f=0.12,螺栓材料的许用应力[σ]=120MPa,可靠系数 1.2, 若使用普通六角螺栓，试依据强度条件计算出螺栓的危险剖面应具有的最小直径。
(2) 若采用铰制孔用螺栓, 钢板强度足够，与使用普通螺栓相比较,螺栓直径是增大还是减小? 为什么?(简要回答即可)
解：（1）①力平移
②作左钢板受力分析：
FR1=FR2=
2a
P
2
FT1=10aP FT1=5P
Fmax=FR1+FT1=5.5P
③F0=
1.2•Fmax
=55P=5500 （N）
0.12
④ d1≥
1.3F0
π=
4
[σ]
4×1.3×5500
=8.7 mm
π×120
(2）直径减小，因为此时螺栓直接承受剪切与挤压。
2. 如右图所示为蜗轮蜗杆—圆锥齿轮组合传动装置。蜗杆转向n1如图所示。已知蜗杆为右旋。
(1)中间轴Ⅱ上的轴向力能否抵消一部分？
(2) 确定轴Ⅲ的转向(画在图上)；
(3)在蜗轮上标出蜗轮的圆周力Ft2、径向力Fr2、轴向力Fa2的方向。( 方向指向纸面的用⊗表示, 相反的则用⊙表示)
答：（1）轴II上的轴向力能抵消一部分。
（2）
（3）如图
3．一闭式标准圆柱齿轮传动, 模数m=5 mm，小齿轮齿数Z1 =25、传动比 i=2.4, 查得大、小齿轮的齿形系数YFa2=2.32, YFa1=2.72, 大、小齿轮的应力修正系数Ysa2=1.76, Ysa1=1.58,而大小齿轮的许用弯曲应力为：[σF] 2=300 MPa，[σF]
1=320 MPa，并且算得大齿轮的齿根弯曲应力σF2=280 MPa。试问： （备用公式） 2KT1
σ=YY≤[σF] 1）哪一个齿轮的弯曲疲劳强度高？ F32Fasa
φdmZ1
2）两个齿轮的弯曲疲劳强度是否足够？ 答：（1）由
[σF]1[σF]2320300
==74.46 < ==75.18
YFa1Ysa12.72×1.58YFa2Ysa22.32×1.72
大齿轮弯曲疲劳强度高。
（2）σF1=
σF2
YFa2Ysa2
•YFa1Ysa1=
280
•2.72•1.58=301.6 MPa
2.32×1.72
∴ σF1< [σF]1 σF2< [σF]2 两个齿轮弯曲疲劳强度足够。
4、如图所示，轴由一对7306AC角接触球轴承支承。已知Fr1 ＝3000 N, Fr2 ＝1000 N ,n=1200 r/min，作用在轴上的外加轴向载荷Fae =500 N方向如图所示。若载荷系数fP ＝1, 轴在常温下工作。预期寿命Lh=7200h,试问该轴承是否
合适？(该轴承Cr＝25200 N, e＝0.68, X＝0.41, Y＝0.87) 。 备用公式：
ε 106⎛C⎞
L10h=h⎜⎟ 60n⎝P⎠
Fd=0.7Fr
解： Fd1=0.7Fr1=2100 N
Fd2=0.7Fr2=700 N Fa1= max Fd1=2100
Fd2+Fae=700+500=1200
∴ Fa1=2100 N
Fa2=Fd1-Fae=2100-500=1600 N
Fa1/Fr1=0.7> e=0.68, X=0.41 ,Y=0.87 Fa2/Fr2=1.6> e, X=0.41 ,Y=0.87
P1=0.41×3000+0.87×2100=3057 N P2=0.41×1000+0.87×1600=1802 N 106252003
()=7780 h > 7200 则：Lh=
60×12003057
所以所选轴承合适。
5、已知一横梁由两段钢板，用2个螺栓联结而成。尺寸如图，横梁所受的载荷F为60 kN作用。求： (1) 若板间摩擦系数 f=0.18,螺栓材料的许用应力[σ]=110MPa,可靠系数 1.2, 若使用普通六角螺栓，试依据强度条件提出对螺栓直径的要求。
(2) 若采用铰制孔用螺栓, 钢板强度足够，与使用普通螺栓相比较,螺栓直径是增大还是减小? 为什么?
(简要回答即可)
解：（1）
①求R1：R1·1100=F·400
R1=
4
F=21.82KN 11
②作左板受力分析：
FR1=FR2=
21.82
=10.91 KN 2
FT1=FT2=
R•400T
=1=43.64 KN 200200
③Fmax=FR1+FT1=10.91+43.64=54.55 KN ④F0=⑤σ=
1.2•54.55
=363.7 KN
0.18
4×1.3×F01.3F0
=≦[σ] 2
π(d1/2)2πd14×1.3×363700
=73.97 （mm）
π×110
d1=
（2）若采用铰制孔用螺栓直径将减小，因为此时螺栓直接承受剪力。
2.如右图所示传动系统，已知齿轮与蜗杆传动如图所示。
1） 为使中间轴Ⅱ上的轴向力能够抵消一部分，试确定蜗杆的螺旋线的旋向，在图中标出。 2） 确定蜗轮的转向(画在图上) 3） 在蜗轮上标出蜗轮的圆周力
Ft4、径向力Fr4、轴向力Fa4的方向。( 方向指向纸面的用⊗表示, 相反的则用⊙表示)
解：
3．一对标准直齿圆柱齿轮传动参数见下表。试：
1）比较哪个齿轮易疲劳点蚀；哪个齿轮易弯曲疲劳折断？
2）若载荷系数K=1.3，按齿根弯曲疲劳强度计算，该齿轮传动允许传递的最大转矩T1等于多少？
齿轮 m/mm Z b/mmYFaYsa[σF] [σH] 1 3 17 60 2.97 1.52 390 500 2 3 45 55 2.35 1.68 370 470 （备用公式）
2KT1u±1
σH=ZEZH•≤[σH] 2
bd1u
2KT1
σF=YY≤[σF]32Fasa φdmZ1
解：
（1）齿轮2易点蚀 齿轮1易弯曲疲劳折断
因为：
[σF]1390
==86.39
YFa1Ysa12.97×1.52
[σF]2370
==93.72
YFa2Ysa22.35×1.68
[σF]
•55•32•17=379604.6 （N·mm）
2KYFaYsa
（2）T1≦
4、如图所示，轴由一对30307圆锥滚子轴承支承(反装)。已知Fr1 ＝2500 N, Fr2 ＝5000 N ,作用在轴上的外加轴向载荷Fae1 =400 N Fae2 =2400 N,方向如图所示。若载荷系数fP ＝1, 轴在常温下工作。试计算轴承当量动载荷大小，并判断哪个轴承寿命短些？(该轴承e＝0.37, X＝0.4, Y＝1.6) 。
轴承内部附加轴向力：Fd=Fr(2Y)
解：
2500
=781.25 N 2×1.65000Fd2==1563 N
2×1.6
Fd1=
Fa1= Fd1=781.25
Fd2-Fae=1563-2000=-437
Fa1=781.25
Fa2=Fd1+Fae=781.25+2000=2781.25 Fa1/Fr1=0.3125< e, Y=0,X=1
Fa2/Fr2=2781.25/5000=0.55605> e, Y=1.6,X=0.4
P1=2500 N
P2=0.4×5000+1.6×2781.25=6450 N 所以轴承2寿命短些
五、结构改错
1、指出下图中的错误（在错误处画×，简要说明原因）。
答：
① 处应有调整垫片；
② 轴承端盖应顶住轴承外环； ③ 套筒过高，轴承无法拆卸； ④ 不便于固定齿轮；
⑤ 应有键进行齿轮周向定位； ⑥ 应有密封；
⑦ 密封处留有间隙； ⑧ 应有连接螺钉。
2、指出轴承部件图中的错误结构（5处即可）（指出错误的位置，并做简单
说明，如示例①，相同错误按一处算）。
答：错误结构如下图所示：
① 7 6 2
①无调整垫片。
34589 10 2、滚动轴承内圈的定位轴肩已高于内圈高度，无法拆卸。
3、轴环处圆角半径大于轮毂圆角半径，无法实现对轮毂的轴向定位。 4、安装齿轮处键槽位置偏左，应该稍偏向右端。
5、轮毂的宽度小于相应轴段的宽度，无法实现对轮毂的轴向定位。 6、密封圈处轴承盖与轴之间没有间隙。 7、密封槽应为梯形。 8、应有轴肩，以便装拆轴承。 9、应有轴肩，以便轴上零件定位。 10、轴上的两个键应在同一侧。
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