山东科技大学2011—2012学年第 学期
机械设计 （A 卷）
班级 姓名 学号
一、填空题（每空1分，共20分）1、结构工艺性要求、 经济性要求 、 质量小的要求 和可靠性要求。 2、螺纹的公称直径是指螺纹的__大径_____，强度计算时用螺纹的_小径______，计算螺纹升角时用___中径_____。
3、 在键联接中，普通平键的工作面是__，楔键的工作面是__，
半圆键的工作面是_____侧面_____。
4、带传动工作时带中产生__________________、__________三种应力。最大应力发生在 带的紧边绕上小带轮处 。
5、按照承受载荷的不同，轴可分为和三种。自行车前轴属于 心轴 。
6、在机器中使速度降低以至于停止运转。
7、齿轮传动的设计准则通常是疲劳强度准则 。
二、选择题（每题1分，共10分）
1．在常用的螺纹联接中，自锁性能最好的是__ A______。
A 三角形螺纹 B 梯形螺纹 C 锯齿形螺纹 D 矩形螺纹
2． 对于气缸盖螺栓组联接，若汽缸内的气体压力在0 ~ 2Mpa之间循环变化，则螺栓中的应
力变化规律为____C______。
A 对称循环 B 脉动循环 C 非对称循环 D 非稳定循环 3． 温度升高时润滑油的粘度____A______。
A 随之降低 B 保持不变 C 随之升高 D 不确定
4． 两相对滑动的接触表面，依靠吸附膜进行润滑的状态称为___A____。
A 干摩擦 B 边界摩擦 C 混合摩擦 D 液体摩擦
5． 零件表面经淬火、渗碳、喷丸、碾压等处理后，其疲劳强度___C_____。
A 降低 B 不变 C 增高 D 不能确定
6． 两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值__A___。
A 相等 B 不相等 C 是否相等与材料的性质有关
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7．在下列轴毂联接中，定心精度最高的是_D_____。
A 平键联接 B 半圆键联接 C 楔键联接 D 花键联接 8． 带传动发生滑动时____A____。
A 首先发生在小带轮上 B 首先发生在大带轮上 C 在大、小轮上同时发生 9． 链条的磨损主要发生在___B____。
A 滚子与套筒的接触面上 B 销轴与套筒的接触面上 C 滚子与链轮齿的接触面 10．齿轮传动中，将轮齿加工成鼓形齿的目的是__B____。
A 减小动载荷 B 改善载荷沿齿向分布不均匀 C 提高传动精度
三、简答题（每题5分，共20分）
1、 影响螺纹联接强度的因素有很多，通常提高螺纹联接强度的措施有哪些？ 答：a) 降低螺栓总拉伸载荷F a 的变化范围。
b) 改善螺纹牙间的载荷分布。 c) 减小应力集中。
d) 避免或减小附加应力
2、 在机械设备中滑动轴承主要用于哪些地方？
答：在某些不能、不便或使用滚动轴承没有优势的场合，即轧钢机、汽轮机、内燃机、铁路机车及车辆、金属切削机床、航空发动机附件、雷达、卫星通讯地面站、天文望远镜以及各种仪表中
3、 如果一台机器中的传动机构中有齿轮传动、带传动、链传动，应如何布置？为什么？
先是带传动，再就是齿轮传动，最后是链传动。因为带传动能起到过载保护的作用，且传动平稳，无冲击振动，能保证齿轮传动的精度和质量，链传动能承受比较大的载荷，传动多城中产生动载荷，这样能充分发挥各自的优势，提高传动质量，延长使用寿命。 4、 蜗轮蜗杆传动中，如何选择蜗杆头数和蜗轮齿数？为什么？
蜗杆的头数越少，传动比可以越大，但是效率越低，通常有自锁性。为了提高传动效率，，通常是增加蜗杆的头数，但加工困难。因此，综合考虑各种因素，蜗杆的头数通常取1、2、4、6。为了避免用蜗轮滚刀切制蜗轮时产生根切与干涉，理论上应使齿数不小于17。但当齿数小于26时，啮合区要显著减小，将影响传动的平稳性。只有当齿数大于28时，则可始终保证有两对以上的齿参与啮合。但是，齿数一般不大于80。这是由于当蜗轮直径不变时，齿数越多，模数越小，将使轮齿弯曲强度削弱；当模数不变时，齿数越多，尺寸越大，使相啮合的蜗杆支撑间距加长，这将降低蜗杆的弯曲刚度，容易产生挠曲而影响正常啮合。故蜗杆传动中蜗轮的齿数不宜太少也不宜太大。
四、计算题（50分）
1、分析题：如图所示为二级斜齿圆柱齿轮减速器。已知齿轮1的螺旋方向和轴Ⅲ上的转向，齿轮2的参数m n =3mm, z 2 =57, 2 =14; 齿轮3的参数m n =5mm, z 3 =21。试求：
1、）为使轴Ⅱ所受的轴向力最小，齿轮3应选取的螺旋线方向，并指出齿轮2应选取的螺旋线方向；
2、）用图示标出齿轮2、3所受各分力的方向；；
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3、）若使轴Ⅱ上轴承不受轴向力，则齿轮3的螺旋角β3应取多大值？（15分）
1）、齿轮3的螺旋线方向是右旋
齿轮2的螺旋线方向是右旋。 2）、受力如图所示 3）、若使轴2轴承不受轴向力， 则 F a 2=F a 3
而 F a 2=F t 2t a n β2, F a 3=F t 3t a n β3 所以：F t 2tan β2=F t 3tan β3 略去摩擦损失，由转矩平衡条件得F t 2
d d 2
=F t 33 22
所以：tan β3=
F t 2d m z /cos β3
tan β2=3tan β2=n 33tan β2 F t 3d 2m n 2z 2/cos β2m n 3z 35⨯21
sin β2=sin 14ο=0. 1485 m n 2z 23⨯57
得： sin β3=
β3=8032' 34' '
2、如图所示，一厚度δ=12mm的钢板用4个螺栓固连在厚度δ1=30mm的铸铁支架上，螺栓材料为Q235，[σ]=95MPa， [τ]=96MPa，结合面摩擦系数f =0.15，可靠性系数K f =1.2，载荷
F ∑=12000N，尺寸l =400mm，a =100mm。试确定采用铰制孔用螺栓（假定按剪切强度设计即
可符合要求）联接时的螺栓直径；若采用普通螺栓联接，试计算螺纹小径应满足的条件。（15分）
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1）F ∑载荷等效到联接形心处为
F ∑ =12000N T=12000*400=4800000N.mm 2) 在F ∑作用下每个螺栓上所承受的横向载荷F 1
F 1=
F ∑12000N
==3000N Z 4
3) 在T 作用下每个螺栓上所承受的横向载荷F 2
F 2=
T 4800000N ==8485. 28N Z R 4⨯100⨯2
4) 每个螺栓上所承受的总横向载荷F
F =F +F +2F 1F 2COS 45=10816. 65N
5）若是铰制孔用螺栓，根据τ=
2122
F
4
≤[τ] 得出：
2d 0
d 0≥
4F
πτ=
4⨯10816. 65
=11. 98mm
π⨯96
若是普通螺栓，根据fZF 0i ≥K s F R 得出：
F 0≥
KF fZi
=
1. 2⨯10816. 65
=21633. 3N
0. 15⨯
4⨯1
计算螺栓的小径
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d 1≥
4⨯1. 3⨯F 0
σ=
4⨯1. 3⨯21633. 3
mm =34. 41mm
95
3、如图所示轴系结构，请找出不合理之处并加以改正。（10分）
（1）两个轴承端盖外圆外侧应倒角；
（2）两个轴承端盖与箱体接触面应有调整垫片； （3）箱体上与端盖的接触面之外的外表面应低一些； （4）轴端太长，可与轴承左端平齐或略长； （5）该段轴径太大，不应超出轴承内圈； （6）齿轮和轴之间的键太长；
（7）与齿轮配合的轴径长度应比齿轮宽度小； （8）该轴套太厚，不应超出轴承内圈；
（9）透盖与轴之间应有间隙，应有密封毡圈； （10）联轴器与透盖不能直接接触；
（11）联轴器与轴间应有轴肩定位，与其配合段轴径应减少； （12）联轴器与轴间的键联接应与其他键在一条线上； （13）轴右端面不应超出联轴器端面，应缩进去1～2mm ； （14）联轴器上外圆及左端面内外圆均有倒角；
4、一双排滚子链传动，已知链节距p=25.4mm，单排链传递的额定功率p 0=16KW，小链轮齿数z 1=19，大链轮齿数z 2=65，中心距约为800mm ，小链轮转速n 1=400r/min，载荷平稳。小链轮齿数系数K Z =1.11，链长系数K L =1.02，双排链系数K P =1.7，工作情况系数K A =1.0。试计算： （1）该链传动能传递的最大功率； （2）链条的长度。（10分） （1）由Pca=KA ⨯P ，P 0=Pca/KL K P K Z 可得：
P=P0K L K P K Z /KA =16⨯1.02⨯1.7⨯1.11/1.0=30.8KW
（2）
L p =
2a z 1+z 2z -z p ++(21) 2=106p 22πa
L =L p p =2692. 4mm
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山东科技大学2011—2012学年第 学期
机械设计 （A 卷）
班级 姓名 学号
一、填空题（每空1分，共20分）1、结构工艺性要求、 经济性要求 、 质量小的要求 和可靠性要求。 2、螺纹的公称直径是指螺纹的__大径_____，强度计算时用螺纹的_小径______，计算螺纹升角时用___中径_____。
3、 在键联接中，普通平键的工作面是__，楔键的工作面是__，
半圆键的工作面是_____侧面_____。
4、带传动工作时带中产生__________________、__________三种应力。最大应力发生在 带的紧边绕上小带轮处 。
5、按照承受载荷的不同，轴可分为和三种。自行车前轴属于 心轴 。
6、在机器中使速度降低以至于停止运转。
7、齿轮传动的设计准则通常是疲劳强度准则 。
二、选择题（每题1分，共10分）
1．在常用的螺纹联接中，自锁性能最好的是__ A______。
A 三角形螺纹 B 梯形螺纹 C 锯齿形螺纹 D 矩形螺纹
2． 对于气缸盖螺栓组联接，若汽缸内的气体压力在0 ~ 2Mpa之间循环变化，则螺栓中的应
力变化规律为____C______。
A 对称循环 B 脉动循环 C 非对称循环 D 非稳定循环 3． 温度升高时润滑油的粘度____A______。
A 随之降低 B 保持不变 C 随之升高 D 不确定
4． 两相对滑动的接触表面，依靠吸附膜进行润滑的状态称为___A____。
A 干摩擦 B 边界摩擦 C 混合摩擦 D 液体摩擦
5． 零件表面经淬火、渗碳、喷丸、碾压等处理后，其疲劳强度___C_____。
A 降低 B 不变 C 增高 D 不能确定
6． 两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值__A___。
A 相等 B 不相等 C 是否相等与材料的性质有关
第 1 页/共3页
7．在下列轴毂联接中，定心精度最高的是_D_____。
A 平键联接 B 半圆键联接 C 楔键联接 D 花键联接 8． 带传动发生滑动时____A____。
A 首先发生在小带轮上 B 首先发生在大带轮上 C 在大、小轮上同时发生 9． 链条的磨损主要发生在___B____。
A 滚子与套筒的接触面上 B 销轴与套筒的接触面上 C 滚子与链轮齿的接触面 10．齿轮传动中，将轮齿加工成鼓形齿的目的是__B____。
A 减小动载荷 B 改善载荷沿齿向分布不均匀 C 提高传动精度
三、简答题（每题5分，共20分）
1、 影响螺纹联接强度的因素有很多，通常提高螺纹联接强度的措施有哪些？ 答：a) 降低螺栓总拉伸载荷F a 的变化范围。
b) 改善螺纹牙间的载荷分布。 c) 减小应力集中。
d) 避免或减小附加应力
2、 在机械设备中滑动轴承主要用于哪些地方？
答：在某些不能、不便或使用滚动轴承没有优势的场合，即轧钢机、汽轮机、内燃机、铁路机车及车辆、金属切削机床、航空发动机附件、雷达、卫星通讯地面站、天文望远镜以及各种仪表中
3、 如果一台机器中的传动机构中有齿轮传动、带传动、链传动，应如何布置？为什么？
先是带传动，再就是齿轮传动，最后是链传动。因为带传动能起到过载保护的作用，且传动平稳，无冲击振动，能保证齿轮传动的精度和质量，链传动能承受比较大的载荷，传动多城中产生动载荷，这样能充分发挥各自的优势，提高传动质量，延长使用寿命。 4、 蜗轮蜗杆传动中，如何选择蜗杆头数和蜗轮齿数？为什么？
蜗杆的头数越少，传动比可以越大，但是效率越低，通常有自锁性。为了提高传动效率，，通常是增加蜗杆的头数，但加工困难。因此，综合考虑各种因素，蜗杆的头数通常取1、2、4、6。为了避免用蜗轮滚刀切制蜗轮时产生根切与干涉，理论上应使齿数不小于17。但当齿数小于26时，啮合区要显著减小，将影响传动的平稳性。只有当齿数大于28时，则可始终保证有两对以上的齿参与啮合。但是，齿数一般不大于80。这是由于当蜗轮直径不变时，齿数越多，模数越小，将使轮齿弯曲强度削弱；当模数不变时，齿数越多，尺寸越大，使相啮合的蜗杆支撑间距加长，这将降低蜗杆的弯曲刚度，容易产生挠曲而影响正常啮合。故蜗杆传动中蜗轮的齿数不宜太少也不宜太大。
四、计算题（50分）
1、分析题：如图所示为二级斜齿圆柱齿轮减速器。已知齿轮1的螺旋方向和轴Ⅲ上的转向，齿轮2的参数m n =3mm, z 2 =57, 2 =14; 齿轮3的参数m n =5mm, z 3 =21。试求：
1、）为使轴Ⅱ所受的轴向力最小，齿轮3应选取的螺旋线方向，并指出齿轮2应选取的螺旋线方向；
2、）用图示标出齿轮2、3所受各分力的方向；；
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3、）若使轴Ⅱ上轴承不受轴向力，则齿轮3的螺旋角β3应取多大值？（15分）
1）、齿轮3的螺旋线方向是右旋
齿轮2的螺旋线方向是右旋。 2）、受力如图所示 3）、若使轴2轴承不受轴向力， 则 F a 2=F a 3
而 F a 2=F t 2t a n β2, F a 3=F t 3t a n β3 所以：F t 2tan β2=F t 3tan β3 略去摩擦损失，由转矩平衡条件得F t 2
d d 2
=F t 33 22
所以：tan β3=
F t 2d m z /cos β3
tan β2=3tan β2=n 33tan β2 F t 3d 2m n 2z 2/cos β2m n 3z 35⨯21
sin β2=sin 14ο=0. 1485 m n 2z 23⨯57
得： sin β3=
β3=8032' 34' '
2、如图所示，一厚度δ=12mm的钢板用4个螺栓固连在厚度δ1=30mm的铸铁支架上，螺栓材料为Q235，[σ]=95MPa， [τ]=96MPa，结合面摩擦系数f =0.15，可靠性系数K f =1.2，载荷
F ∑=12000N，尺寸l =400mm，a =100mm。试确定采用铰制孔用螺栓（假定按剪切强度设计即
可符合要求）联接时的螺栓直径；若采用普通螺栓联接，试计算螺纹小径应满足的条件。（15分）
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1）F ∑载荷等效到联接形心处为
F ∑ =12000N T=12000*400=4800000N.mm 2) 在F ∑作用下每个螺栓上所承受的横向载荷F 1
F 1=
F ∑12000N
==3000N Z 4
3) 在T 作用下每个螺栓上所承受的横向载荷F 2
F 2=
T 4800000N ==8485. 28N Z R 4⨯100⨯2
4) 每个螺栓上所承受的总横向载荷F
F =F +F +2F 1F 2COS 45=10816. 65N
5）若是铰制孔用螺栓，根据τ=
2122
F
4
≤[τ] 得出：
2d 0
d 0≥
4F
πτ=
4⨯10816. 65
=11. 98mm
π⨯96
若是普通螺栓，根据fZF 0i ≥K s F R 得出：
F 0≥
KF fZi
=
1. 2⨯10816. 65
=21633. 3N
0. 15⨯
4⨯1
计算螺栓的小径
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4⨯1. 3⨯F 0
σ=
4⨯1. 3⨯21633. 3
mm =34. 41mm
95
3、如图所示轴系结构，请找出不合理之处并加以改正。（10分）
（1）两个轴承端盖外圆外侧应倒角；
（2）两个轴承端盖与箱体接触面应有调整垫片； （3）箱体上与端盖的接触面之外的外表面应低一些； （4）轴端太长，可与轴承左端平齐或略长； （5）该段轴径太大，不应超出轴承内圈； （6）齿轮和轴之间的键太长；
（7）与齿轮配合的轴径长度应比齿轮宽度小； （8）该轴套太厚，不应超出轴承内圈；
（9）透盖与轴之间应有间隙，应有密封毡圈； （10）联轴器与透盖不能直接接触；
（11）联轴器与轴间应有轴肩定位，与其配合段轴径应减少； （12）联轴器与轴间的键联接应与其他键在一条线上； （13）轴右端面不应超出联轴器端面，应缩进去1～2mm ； （14）联轴器上外圆及左端面内外圆均有倒角；
4、一双排滚子链传动，已知链节距p=25.4mm，单排链传递的额定功率p 0=16KW，小链轮齿数z 1=19，大链轮齿数z 2=65，中心距约为800mm ，小链轮转速n 1=400r/min，载荷平稳。小链轮齿数系数K Z =1.11，链长系数K L =1.02，双排链系数K P =1.7，工作情况系数K A =1.0。试计算： （1）该链传动能传递的最大功率； （2）链条的长度。（10分） （1）由Pca=KA ⨯P ，P 0=Pca/KL K P K Z 可得：
P=P0K L K P K Z /KA =16⨯1.02⨯1.7⨯1.11/1.0=30.8KW
（2）
L p =
2a z 1+z 2z -z p ++(21) 2=106p 22πa
L =L p p =2692. 4mm
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