机械设计试题
一、 选择填空题
1. 在循环变应力作用下，下面应力中影响疲劳强度的主要因素是 。
A. 最大应力σmax B.最小应力σmin C. 平均应力σm D.应力幅σa
2．蜗杆蜗轮传动中，其传动比i 的计算错误的是 。
A.i ＝n 1/n2 B. i=Z2/Z1 C. i=d2/d1
3．一对渐开线圆柱齿轮传动，其大小齿轮的分度圆直径不同，小齿轮1齿面硬度较高，则大小齿轮的齿面接触应力σH1与
σH2关系为___________。
A. 接触应力σH1＞σH2B. 接触应力σH1＝σH2C. 接触应力σH1＜σH2
4. 在圆锥齿轮和圆柱齿轮的二级传动机构中，通常将圆锥齿轮安排在 。
A ．高速级 B.低速级 C.都可以
5．在转速一定的情况下，要减轻链传动的不均匀性和动载荷，应 。 A ．增大链节距和链轮齿数 B 增大链节距，减小链轮齿数
C. 减小链节距和链轮齿数 D. 减小链节距，增大链轮齿数 6. 齿轮的疲劳点蚀通常首先出现在 。
7. 为提高轴的刚度，应采取 的措施。A ．合金钢代替碳素钢 B.用球墨铸铁代替碳素钢 C.提高轴表面质量 D.增大轴径
8．蜗杆传动的材料配对为钢制蜗杆和青铜蜗轮，则在动力传动中应该由 的强度来决定蜗杆传动的承载能力。A. 蜗杆 B. 蜗轮 C. 蜗杆和蜗轮 D.蜗杆或蜗轮
9. 一组同型号的轴承在同样条件下运转，其可靠度为％时能够达到或超过的寿命称为滚动轴承的基本额定寿命 。 10. 普通平键工作中，其工作面是 ，其主要的失效形式是 和。
11. 中等转速载荷平稳的滚动轴承正常失效形式为 。A. 磨损 B.胶合 C.疲劳点蚀 D.永久变形
12．同一V 带传动用在减速时（小带轮为主动轮）和用在增速时（大带轮为主动轮）相比较，若主动轮转速不变，则传动所传递的功率较大的是___________。
13．带传动在工作过程中，带内所受的应力有松边应力、紧边应力、 和 ，带的最大应力发生在 。 14. 在轴的计算中，轴径的初步估算是按照 确定的。
A ．抗弯强度 B.抗扭强度 C.轴段的长度 D.轴段上零件的孔径
15. 下列四种型号的滚动轴承，只能承受径向载荷的是 。
A ．6208 B.N208 C.30208 D.51208 二、分析简述题(共28分)
1. 设计一对闭式软齿面直齿轮传动，如果其它参数都一样，齿数与模数有两种方案：（a ）m=4mm，z 1=20，z 2=60；（b ）m=2mm，z 1=40，z 2=120。试问：
1）两种方案的接触强度是否相同？弯曲强度是否相同？
2）若两种方案的弯曲强度都能满足，则哪种方案比较好？为什么？（8分）
4. 带传动的主要失效形式有那些？带传动工作时为什么会出现弹性滑动的现象？弹性滑动会引起什么样的后果？弹性滑动可否避免？（8分）
三. 一轴用同一型号一对角接触球轴承支承。已知 Fr1 ＝ 2000N ， Fr2 ＝ 1000N ， 该轴所受轴向载荷FA ＝ 800N （指向轴承 1 ），要求按正装情况：（ 1 ）画出结构示意图，并在图上标出内部轴向力 Fs1 、 Fs2 的方向；（ 2 ）计算轴承的轴向载荷 Fa1 、 Fa2 的大小。（取Fs=0.68Fr）（6分） 四． 如图所示为圆柱齿轮－蜗杆传动，已知斜齿轮1的转动方向和斜齿轮2的轮齿旋向，求（1）标出齿轮2所受轴向力Fa2
的方向, 齿轮1的轮齿旋向；（2）为使蜗杆轴上的齿轮2与蜗杆3所产生的轴向力相互抵消一部分，试确定并标出蜗杆3轮齿的旋向，并标出蜗轮4的旋向和旋转方向；（3）在蜗杆蜗轮啮合处标出蜗杆所受的轴向力Fa3，圆周力Ft3和径
F '=18000N，求（1）单个螺栓的总拉力F 0（2）试校核螺栓强度（取计算直径d c =d 1）。（12分）
=08. ，试
六、一深沟球轴承6214所受径向载荷Fr ＝3600N ，轴向载荷Fa ＝1300N ，转速n ＝2900
r ∕min ，载荷平稳，其基本额定动载荷C ＝60800N ，若预期寿命L ’h ＝8000小时，试校核该轴承的寿命。（已知判断系数e ＝0.22，当Fa ∕Fr ≤e 时，X ＝1，Y ＝0；当Fa ∕Fr e时， X＝0.56，Y ＝1.99）（12分）
机械设计试卷
一、单项选择题
1、普通平键的截面尺寸是根据按标准选择的。 【 】
A ．传递转矩的大小 B. 轮毂的长度 C. 轴的直径
2、V 带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了。 【 】
A ．限制弯曲应力 B. 使结构紧凑 C.限制带轮包角 3、为了制造、测量方便，取三角带的作为它的公称长度。 【 】
A ．内周长 B. 节线长 C. 外周长
4、角接触球轴承和圆锥磙子轴承的轴向承载能力随接触角的增大而。
【 】 A ．增大 B. 减少 C. 不便
5、链传动中，链条的节数最好为，而链轮齿数为。 【 】
A ．奇数，偶数 B.偶数，奇数 C. 5的倍数，偶数
6、按纯扭矩设计计算的轴径，一般作为轴的直径。 【 】
A ．最细端 B. 最大 C. 平均
7、既传递转矩，又传递弯矩的轴称为。 【 】
A ．心轴 B. 转轴 C. 传动轴
8、联接用的螺纹一般采用螺纹，而传动用的螺纹一般采用螺纹。 【 】
A. 三角形，梯形 B. 梯形，三角形 C. 其它，三角形
9、非液体摩檫滑动轴承设计中，限制压强p ≤[p ]的目的是。 【 】 A. 防止因压力过大而发热；
B. 防止润滑油挤出，轴瓦过渡磨损； C. 防止因摩擦力矩大而起动难。
10、在滚动轴承的组合设计中，双支点单向固定方式适合于。 【 】
A ．跨距小，温升小的轴；B ．跨距大，温升大的轴；C ．跨距大，温升小的轴。 11、一对钢制标准齿轮啮合传动时，两轮的σH 1与σH 2，σF 1与σF 2。 【 】
A ．相等，不想等 B．相等，不一定 C．不一定，不一定
12、当两轴具有一定的相对偏移量，且载荷较平稳，要求传递较大扭矩时，用。 【 】 A．齿轮联轴器 B．凸缘联轴器 C．弹性柱销联轴器
13、滚动轴承寿命是在一定的可靠度下规定的，一般当可靠度是90%时，能达到或超过的寿命称为滚动轴承的，所受载荷称
为滚动轴承的。 【 】
A．预期寿命，预期载荷 B．最大寿命，最大载荷 C．额定寿命，额定动载荷 14、蜗杆传动的效率一般较其它传动低，这主要是因为在蜗杆传动中。 【 】
A ．蜗轮速度很低 B．蜗杆头数很少 C．蜗轮蜗杆的相对滑动速度很大
15、有一汽缸盖螺栓联接，若汽缸内气体压力在0—2Mpa 之间循环变化，则螺栓中的应力变化规律为。
【 】
A ．对称循环变应力 B．脉动循环变应力 C．非对称循环变应力散热
二、填空题
16、齿轮传动的主要失效形式有： 。
17、闭式蜗杆传动需要进行热平衡计算，其主要原因是： 。
18、带传动中，弹性滑动与打滑的区别是： 。
19、滑动轴承常用的材料有：。 20、论述链传动的主要特点： 。
四、计算题 25、如图所示，轴上装有一斜齿圆柱齿轮，轴支承在一对正装的7306AC 轴承上。齿轮轮齿上受到圆周力F te =8100N，径向力F re =3052N，轴向力F ae =2170N，转速n=300 r/min，载荷系数f P =1.2。试计算两个轴承的基本额定寿命(以小时计) 。(想
一想：若两轴承反装，轴承的基本额定寿命将有何变化?) （有关数据：7306AC ，轴承C
=25600N ，e =0. 7。当F a /F r >e 时，X =0. 41, Y =0. 85；当F a /F r ≤e
时，X =1, Y =0。 内部轴向力 S =0. 7F r ，ε=3 ）
26、图示为某起重设备的减速装置。已知各轮齿数z 1=z2=20，z 3=60，z 4=2，z 5=40，轮1转向如图所示，卷筒直径D=136mm。试求：
(1)此时重物是上升还是下降?
(2)设系统效率η=0.68，为使重物上升，施加在轮1上的驱动力矩T 1=10N·m ，问重物的重量是多少?
26 27
五、改错题
27、指出下面轴系结构图中的错误并改正。
28、图中所示为带传动的张紧方案，试指出其不合理之处，并改正。
北京机械工业学院机械设计考题与答案
一、 是非题（有5小题，每题1分，共5分。正 确在括号内写“T ”，错误在括号内写“F ”）
1．双螺母防松结构中，如两螺母厚度不同，应先安装薄螺母，后安装厚螺母。（T ） 2．滚动轴承的轴向系数Y 值越大，其承受轴向能力越大。（ F ） 3．减速器的齿轮和滚动轴承可以采用不同的润滑剂。（T ） 4．设计蜗杆传动时，为了提高传动效率，可以增加蜗杆的头数。（ T ） 5．失效就是零件断裂了。（F ）
二、选择题（有5小题，每题2分, 共10分。在每小题的选项中，只有一项是符合题目要求的，把所选项的字母填在题中的横线上）
6．温度对润滑油粘度的影响是随着温度的升高润滑油的粘度 C 。 A ）提高 B）不变 C）降低
7．设计时键的截面尺寸通常是根据 D 从标准中选取。
A ）键传递的转矩 B）轴的转速 C）轮毂的长度 D）轴的直径 8．下列四种叙述中 D 是正确的。
A ）变应力只能由变载荷产生 B）静载荷不能产生变应力 C）变应力是由静载荷产生 D）变应力是由变载荷产生，也可能由静载荷产生
9．从经济观点考虑，单件生产的齿轮减速箱的箱体最好采用 C 。 A ）灰铸铁铸造 B）铸钢铸造 C）钢板焊接
10．由下列不同材料制造的零件，其形状、尺寸、结构、表面加工情况和工作条件等完全相同，其中有效应力集中系数最大的是 B 。
A ）HT200灰铸铁 B）40CrNi 钢 C）45钢
三、填空题（有5小题，20个空，每空1分, 共20分。把答案填在题中横线上）
11．对下列各种零件至少举出一种常用材料的牌号，齿轮 45， 40Cr ，滑动轴承轴瓦 ZQSn10-1， ZQAl9-4
，
蜗轮轮缘 ZQSn10-1， ZQAl9-4 ，螺钉 Q235，20 ，弹簧 65Mn， 碳素弹簧钢丝 ，弹簧垫圈 65Mn ，滚动轴承套圈 GCr15 ，滚动轴承保持架08F ，键 45 。
12．带传动的失效形式为 打滑 和 疲劳破坏 。因此，其主要设计依据为 在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命 。
13．轴按承载分为 心轴 ， 转轴 和 传动轴 。
14．螺纹联接按防松原理可分为 摩擦防松 ， 机械防松 和 其它防松 。
15．灰铸铁齿轮常用于 开 式传动中，这种齿轮的主要失效形式是 磨损 。 四、问答题（有5小题，每题4分, 共20分）
16．什么是等强度设计？在设计中如何应用？
答：一个机器的各零件或一个零件对于各种失效方式具有同样的承载能力。
在设计中的应用有二：一是使各部分等强度，避免某些部分强度过大，浪费材料；二是故意设置薄弱环节，过载时失效，使其它部分在过载时不致于损坏而得到保护。
17．什么是机械零件的失效？
答：机械零件由于某种原因不能正常工作，叫失效。 18．滑动轴承计算中，计算p ，pv ，v 各考虑什么问题？ 答：p ——轴承磨损； pv——发热；
v——局部磨损。
19．齿轮传动中的载荷系数K=KA K v K αK β，K A K v K αK β各为什么系数，各考虑什么因素对齿轮传动的影响？
答：齿轮传动中的载荷系数K=KA K v K αK β中，K A 是使用系数，考虑外部因素引起附加动载荷对齿轮传动的影响；K v 是动载系数，考虑齿轮制造、安装误差等引起附加动载荷对齿轮传动的影响；K α是齿间载荷分配系数，考虑多齿啮合间分配载荷的不均匀现象对齿轮传动的影响；K β是齿向载荷分布系数，考虑载荷沿接触线分布不均的现象对齿轮传动的影响； 20．什么叫机械零件的计算准则？常用的机械零件的计算准则有那些？ 答：机械零件的计算准则就是为防止机械零件的失效而制定的判定条件，常用的准则有强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则等？
五、分析题（有2小题，每题6分, 共12分）
21． 一钢制液压油缸，缸内油压P ＝2.5MPa(静载) ，油缸内径 D＝125mm ，缸盖由6个M16的螺钉联接在缸体上. 螺钉刚度 Cb 与缸体缸盖的刚度 Cm 之比为l/4，螺钉材料的性能等级为5.6级，安全系数取S ＝1.5，M16螺钉的小径d 1=13.835mm.
‘
若根据联接的紧密性要求，要求残余预紧力Q P ＞1.5F. 试分析预紧力Q P 应控制在什么范围内才能满足此联接的要求? 解
1.计算单个螺钉的工作拉力 F（2分）
222
油缸盖联接所受的载荷 FΣ=ppD/4，每个螺钉的工作拉力F ＝F Σ／6＝p ×pD /4/6＝2.5 p(125)／4/6＝5113.27 N 2.计算允许的螺钉最大总拉力 Q（2分）
2
螺钉材料性能等级为5.6级， ss ＝300MPa ，许用应力[s]= ss /S＝300/1.5＝200MPa. 由强度条件 sca ＝1.3Q/( pd/4)≤[s]
22
Q ≤pd [s]/4/1.3＝ p×13.835×200/4/1.3＝23127.83 N
3.求预紧力 Qp 的允许范围（2分） 1)按螺钉强度条件求允许的最大预紧力
Q ＝Q p 十C b /（C b +Cm ）F ≤23127.83 N
∴ Qp ≤23127.83-0.2F ＝23127.83-0.2×5113.27=22105.17 N
‘
2)按联接紧密性条件求最小的预紧力，根据联接紧密性要求，Q P ≥1.5F
‘
∴ QP ＝Q p - Cm /（C b +Cm ）F=Qp -0.8F ≥1.5F 即 Qp ≥1.5F 十0.8F ＝2.3F ＝l1760.52 N 由以上计算结果可知，预紧力Q p 应控制为
l1760.52 N ≤Q p ≤22105.17 N
22．一传动装置，输入转矩为T 1，输出转矩为T 2，速比为i ，总效率为，试证明T 2= T1×i ×η 答：设输入功率为P 1（kW ），输出功率为P 2（kW ），输入转速为n 1（r/min），输出转速为n 2（r/min），
6
∵ T=9.55×10×P/n(N.mm)
66
∴ P1= T1×n 1/(9.55×10) P2= T2×n 2/(9.55×10)
66
∵η= P2/ P1=( T2×n 2/(9.55×10))/( T1×n 1/(9.55×10)) = T2×n 2/( T1×n 1) i= n2/ n1
∴ η= T2/ T1/i 即 T2= T1×i ×η
六、计算题（有2小题，每题6分, 共12分）
23．一对46210角接触球轴承反安装，如图1所示。已
知轴承1和轴承2 的径向载荷分别为R 1=2000N,R 2=4000N,轴上作用的轴向载荷F a =800N(指向轴承2) ，轴承的派生轴向力S 的计算式S =0.68R ，e =0.68，X =0.41,Y =0.87。轴承载荷有轻微冲击，载荷系数f F =1.2，工作温度不大于120 C 。试求： (1) 轴承1和轴承2的轴向载荷A 1和A 2； (2) 轴承1和轴承2的当量动载荷P 1和P 2。
图
1
解:(1)计算轴承的轴向载荷 S 1=0.68R 1=0.68×2000=1360 N S 2=0.68R 2=0.68×4000=2720 N S 1、S 2方向见图2
因为F a + S 2=800+2720=3520 N＞S 1 所以 轴承1“压紧”，A 1= F a + S 2=800+2720=3520 (2分) 轴承2“放松”，A 2= S 2=2720 N(2分)
图2 第六大题第23小题答案图
（2）计算轴承的当量动载荷
轴承1 A 1/R 1=3520/2000=1.76＞e =0.68,则取 X 1=0.41,Y 1=0.87 P 1=f F (X 1R 1+Y 1A 1)
=1.2×(0.41×2000+0.87×3520)=3882.4 N (2分) 轴承2 A 2/R 1=2720/4000=0.68≤e =0.68,则取 X 2=1,Y 2=0 P2=f F X 2R 2
=1.2×1×4000=4800 N (2分)
24．已知V 带传动中，最大传递功率P =8kW，带的速度v =10m/s，若紧边拉力F 1为松边拉力F 2的2倍，此时小带轮上包角α1=120︒，求：（1）有效拉力F e ；（2）紧边拉力F 1；（3）当量摩擦系数f ˊ。
解:
有效拉力F e =1000P /v =1000×8/10=800 N (2分) 又知:F 1-F 2= F e , F 1=2F 2
则紧边拉力 F 1=2 F e =1600 N (2分) 根据欧拉公式
F 1
=e αf F 2
得 当量摩擦系数f '=ln(F 1/F 2)/α=ln2/(3.14×120/180) =0.693/2.0933=0.331 (2分)
七、结构题（有4小题，每题分别为10分,2分，2分，2分，共16分）
25．图3中为一对圆锥滚子轴承支承的轴系，齿轮油润滑，轴承脂润滑，轴端装有联轴器。试指出图中的结构错误
（在图中错误处写出序号并在下半部改正，按序号简要说明错误的内容）（每指出一处, 并正确说明错误内容和改正的, 得1分, 总分为10分）
答:错误处见图3（改正的图未示出）
26．画出V 带与带轮槽的正确安装图； 27．画出普通螺栓联接的结构图
28．画出普通平键A 型、B 型、C 型的形状 26,27,28题答案:
八、设计题（有1小题，5分）
29．设计一转椅的升降机构，升降通过一手柄进行控制。设计需画出结构示意图，并作必要的说明。 答：没有标准答案，可根据创意的新颖性及是否达到设计要求给0～5分。
机械设计试卷
一、单项选择题
1、普通平键的截面尺寸是根据按标准选择的。 【 C 】
A ．传递转矩的大小 B. 轮毂的长度 C. 轴的直径
2、V 带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了。 【 A 】
A ．限制弯曲应力 B. 使结构紧凑 C.限制带轮包角 3、为了制造、测量方便，取三角带的作为它的公称长度。 【 B 】
A ．内周长 B. 节线长 C. 外周长
4、角接触球轴承和圆锥磙子轴承的轴向承载能力随接触角的增大而。
【 A 】 A ．增大 B. 减少 C. 不便
5、链传动中，链条的节数最好为，而链轮齿数为。 【 B 】
A ．奇数，偶数 B.偶数，奇数 C. 5的倍数，偶数
6、按纯扭矩设计计算的轴径，一般作为轴的直径。 【 A 】
A ．最细端 B. 最大 C. 平均
7、既传递转矩，又传递弯矩的轴称为。 【 B 】
A ．心轴 B. 转轴 C. 传动轴
8、联接用的螺纹一般采用螺纹，而传动用的螺纹一般采用螺纹。 【 A 】
A. 三角形，梯形 B. 梯形，三角形 C. 其它，三角形
9、非液体摩檫滑动轴承设计中，限制压强p ≤[p ]的目的是。 【 B 】 A. 防止因压力过大而发热； B.防止润滑油挤出，轴瓦过渡磨损； C. 防止因摩擦力矩大而起动难。
10、在滚动轴承的组合设计中，双支点单向固定方式适合于。 【 A 】 A ．跨距小，温升小的轴；B ．跨距大，温升大的轴；C ．跨距大，温升小的轴。
11、一对钢制标准齿轮啮合传动时，两轮的σH 1与σH 2，σF 1与σF 2。 【 B 】
①键的位置应与齿轮处在同一直线上，而且结构不正确； ②轴承盖孔径应大于轴径，避免接触； ③此处不应有键联接；
④轴长应短于轮毂长度，保证轴套压紧齿轮； ⑤轴应有轴环，使齿轮定位； ⑥轴承应正装；
⑦轴不应与轴承盖相碰，且不需这么长； ⑧左右两轴承盖与箱体间应有调整垫片； ⑨两轴承内侧应加封油环；
⑩箱体加工面与非加工面未分开。
A ．相等，不想等 B．相等，不一定 C．不一定，不一定
12、当两轴具有一定的相对偏移量，且载荷较平稳，要求传递较大扭矩时，用。【 A 】 A．齿轮联轴器 B．凸缘联轴器 C．弹性柱销联轴器
13、滚动轴承寿命是在一定的可靠度下规定的，一般当可靠度是90%时，能达到或超过的寿命称为滚动轴承的，所受载荷称
为滚动轴承的。 【 C 】
A．预期寿命，预期载荷 B．最大寿命，最大载荷 C．额定寿命，额定动载荷 14、蜗杆传动的效率一般较其它传动低，这主要是因为在蜗杆传动中。 【 C 】
A ．蜗轮速度很低 B．蜗杆头数很少 C．蜗轮蜗杆的相对滑动速度很大
15、有一汽缸盖螺栓联接，若汽缸内气体压力在0—2Mpa 之间循环变化，则螺栓中的应力变化规律为。
【 B 】
A ．对称循环变应力 B．脉动循环变应力 C．非对称循环变应力散热
三、综合题
齿轮传动 蜗杆传动 带传动 链传动 螺旋传动
传递功率 效率 单级传动比 中心距
大 高 中 小
小 低 大 小
中 中 中 大
大 中 中 大
大 高 - -
传动精度 高 高 中 中 高
22、请标出以下链传动的合理转动方向。
23、图示为三级减速装置传动方案简图，要求总传动比i=50，这样布置是否合理? 为什么? 试画出合理的传动方案简图(不采用蜗杆传动) 。
①、②：电动机和齿轮轴的减速连接应选用带传动，可缓冲振动与噪音。
③：为保证准确的传动比，③处的二级减速应选用圆柱齿轮，如选用斜齿轮，还可通过齿轮旋向抵消轴向力。
24、图示传动中，已知小圆锥齿轮的转向，现想托起重物Q ，问蜗杆的螺旋线方向如何？并在图上标出蜗轮蜗杆和圆锥齿轮在啮合点各轮所受三个力的方向。
23
24
四、计算题
25、如图所示，轴上装有一斜齿圆柱齿轮，轴支承在一对正
21、 比较以下几种传动的传动性能，并填入下表中（高、中、低等）。
装的7306AC 轴承上。齿轮轮齿上受到圆周力F te =8100N，径向力F re =3052N，轴向力F ae =2170N，转速n=300 r/min，载荷
系数f P =1.2。试计算两个轴承的基本额定寿命(以小时计) 。(想一想：若两轴承反装，轴承的基本额定寿命将有何变化?) （有关数据：
e =0. 7。当F a /F r >e 时，
当时，X =1, Y =0。 内部轴向力 S =0. 7F r ，ε=3 ） X =0. 41, Y =0. 85；
，轴承
，
7306AC C =25600N
解：①求F r 1、F r 2
F rv 1=(F re -F ae ) =542. 77N ，F rv 2=F re +F ae =2509N
+80F rH 1=F te =4984. 62N ，F rH 2=F =3115. 38N
+80+80te
F r 1=F rv 1+F rH 1=5014. 1N ，F r 2=F rv 2+F rH 2=4000. 1N
②求F a 1、F a 2
2222
F d 1=eF r 1=0. 7⨯5014. 1=3509. 8N ，F d 2=eF r 2=0. 7⨯4000. 1=2800. 1N F a 1=F d 1=3509. 8N ，F a 2=F d 1+F ae =5679N ③F a 1F r 1=0. 7=e ，∴x 1=1，y 1=0，P . 1) =6016. 6N 1=f P (x 1F r 1+y 1F a 1) =1. 2⨯(1⨯5014
F a 2F r 2=1. 24〉e ∴x 2=0. 41y 2=0. 85
P 2=f P (x 2F r 2+y 2F a 2) =1. 2⨯(0. 41⨯4000+0. 85⨯5679) =7761. 5N
∴L h =10
6
n
(C P ) ε=10
6
() ε=h
⨯300. 5
26、图示为某起重设备的减速装置。已知各轮齿数z 1=z2=20，z 3=60，z 4=2，z 5=40，轮1转向如图所示，卷筒直径D=136mm。
试求：
(1)此时重物是上升还是下降?
(2)设系统效率η=0.68，为使重物上升，施加在轮1上的驱动力矩T 1=10N·m ，问重物的重量是多少?
解：i 13
4
=
n 1-n 4
3-n 4
=-
z 3
1
=-3，
=-3，n 1-n 4=3n 4，n 1=4n 4 n 4
z n 40
i 45=4=5==20，n 4=20n 5
n 5z 421
∴n 1=20n 5，∴n 1=80n 5， P ηa =P 5 1
4
D D
∴T 1n 1ηa =T 5n 5，T 5=w ⋅，∴T 1n 1ηa =w ⋅n 5
22
2T n η2⨯10⨯80⨯0. 68
∴w =11a ==8⨯103N 因蜗杆右旋，所以重物上升。
Dn 50. 136
五、改错题(每小题5分，共10分)
27、指出下面轴系结构图中的错误并改正。
①键的布置无法安装连轴器；②端盖处应有轴肩；③⑩端盖与箱体间应有垫圈；④端盖与轴连接处应有密封圈；⑤安装轴承处应有轴肩；⑥套筒高度不能高于轴承内圈高度；⑦与齿轮配合的轴的长度应略小于齿轮宽度；⑧轴承内圈应有定位轴肩；⑨端盖卡紧端高度应小于轴承内圈高度。
28、图中所示为带传动的张紧方案，试指出其不合理之处，并改正。
n 1-n 4
机械设计试卷
一、单项选择题
1、在常用螺旋传动中，传动效率最高的-------螺 纹 。 【 】
A. 三角形B. 梯 形C. 锯齿形 D.矩形
2、两个被联接件不太厚时，宜采用 -------- 连接。 【 】
A. 双头螺柱B. 螺拴C. 螺钉 D.紧定螺钉
3、平键联接如不能满足强度条件要求时，可在轴上安装一对平键，
使它们沿圆周相隔----。 【 】 A. 90度B. 120度 C. 135度D. 180度
4、设计链传动时链节数最好---------------。 【 】 A. 偶数 B.奇数 C.质数 D.链轮齿数的整数倍。
5、蜗杆传动的主要失效形式是---------。 【 】 A. 齿面疲劳点蚀B. 齿根的弯曲折断C. 齿面的胶合和磨损D. 齿面的塑性变形
6、V 带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了------。 【 】 A. 使结构紧凑B. 限制弯曲应力C. 限制带轮包角 D.限制速度
6
7、滚动轴承在基本额定动载荷C 作用下，当基本额定寿命为10转时，
其可靠度为。 【 】 A.10% B. 80% C.90% D. 99%
8、对齿面硬度≤350HBS 的闭式齿轮传动，其主要失效形式是。 【 】 A. 轮齿折断B. 齿面点蚀 C. 齿面胶合 D.齿面磨损
9、既传递转矩又承受弯矩的轴称为。 【 】 A.心轴B. 传动轴 C. 转轴 D.曲轴
10、为实现间歇运动，可选用。 【 】 A. 螺旋机构 B.槽轮机构 C.带传动机构D. 链传动机构
二、判断题1、选用滑动轴承的润滑油时，转速越高，选用油的粘度越高。 （ ）
2、蜗杆传动，蜗杆头数越少，传动效率越低。 （ ） 3、平键是靠键的两侧面来传递载荷。 （ ） 4、链节距越大，链速也越不均匀。 （ ） 5、螺纹的螺旋升角愈小，螺纹的自锁性能愈好。 （ ）
6、带传动中的弹性滑动是可以防止的。 （ ） 7、向心滑动轴承验算压强P 的实质是控制轴承发热量。 （ ） 8、增大齿轮的模数，可以提高齿轮的接触强度。 （ ） 9、键是一种标准零件。 （ ） 10、一般情况下，链传动瞬时传动比恒定。 （ ） 三．填空题
1、闭式软齿面齿轮传动，一般应按------强度进行计算，然后再校核------强度。 2、闭式蜗杆传动因为所以要进行热平衡计算。 3、十字滑块联轴器属于------------------联轴器。
4、在蜗杆传动中，当蜗杆与蜗轮轴交角为90时，蜗杆的轴向力与蜗轮的 大小相等，方向相反。 5、带速v 30m/s 是 一般用 来制造带轮。
6、齿轮的齿形系数与有关，齿形系数越大，轮齿的弯曲强度 越。 7、带传动工作时，带的最大应力发生在。 8、滚动轴承的额定寿命是指可靠性为的寿命。 9、非液体摩擦滑动轴承常见的失效形式为和。 10、花键联接按其齿形不同，可分为、、花键联接。 四、简答题
1、链传动与带传动相比较有哪些优缺点？ 2、轴上零件的轴向固定方法有哪些?
3、齿轮传动的失效形式有那些？对开，闭式齿轮传动设计准则有什么区别？ 4、剖分式滑动轴承由哪几个部分组成? 五、分析与作图题
1、 画出带传动的应力分布图，并在图上标出δ1, δ2( 拉应力) ，δc (离心应力) 和 δb1，δb2(弯曲应力) ，最大应力发生在什么部位？δmax =？
2、图示蜗杆--斜齿圆柱齿轮传动，蜗杆主动，蜗杆转向及螺旋线方向如图，要求：
（1） 画出Ⅱ轴的转向及蜗轮2的螺旋线方向；
（2） 要求Ⅱ轴上轴向力抵消一部分，定出齿轮3、4的螺旋线方向； （3） 在图上画出蜗轮2及齿轮4的各分力方向。
2题 3题
3、分析图示结构设计的错误。（用数字标出并说明）
4、试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。
螺钉联接 双楔键联接 六、计算题
如图所示，已知轴承1径向载荷R 1
=2100N ，轴承2径向载荷R 2=1200N ，轴向外载荷F a =900N ，轴承转速
n =1500r /min ，运转中有中等冲击f p =1. 2，室温工作，预期寿命L h ≥5000h ，选用轴承型号7307AC ，已查
A A
≤e 时，x =1，y =0，>e 时，x =0. 41，y =0. 85，试计得C =33400N ，e =0. 7，S =0. 7R ，R R
算轴承寿命是否满足要求。
机械设计练习题1
机械设计试题
一、填空题及选择填空题（27分，每空1分）
1．当动压润滑条件不具备，且边界膜遭破坏时，就会出现、 和同时存在的现象，这种摩擦状态称为。
2. 一公称直径为d=16mm的螺纹副，螺纹头数n=2,螺距p=4mm, 螺纹中径 d 2=D2=14mm,牙侧角β=15º, 螺纹副材料的当量摩擦系数f ′ =0.08~0.10, 经计算该螺纹副自锁性要求。满足 b. 不满足
3. 导向平键连接的主要失效形式是，设计时通过限制来进行 耐磨性计算；半圆键的缺点是，所以主要适用于轴端。
4. 作为标准普通V 带工作面的两侧面夹角为φ=40º，相应的V 带轮 轮槽的两侧面夹角则。 a.大于40º b.小于40º c. 等于40º。 5. 传动带所能传递的最大有效圆周力F max 与、、 等因素有关，它们的值越大，F max 就越大。当传递的外载荷超过时，带在带轮上发生打滑现象；而且在传动比大于1的情况下打滑总是先从小带轮上开始的，其原因是。
6. 齿轮传动的五种主要失效形式中，最严重、必须避免的失效形式是；软齿面闭式齿轮传动最主要的失效形式是；高速重载齿轮传动易发生；轮齿的塑性变形常发生在 齿面材料较软、低速重载、频繁起动的传动中。
7. 下列齿轮参数中，对齿形系数Y F 没有影响的是。 a. 齿数 b. 变位系数 c. 齿顶高系数 d. 压力角 e. 模数 8. 按国家标准GB/292-93规定，型号7212 C/DB轴承的类型为，宽度类型为，精度等级为，公称接触角α = º。
9. 对于转动的滚动轴承, 其主要失效形式是；对于不转动、低速或摆动的轴承，主要失效形式是； 对于高速轴承，是其主要失效形式。
10. 滑动轴承一般由轴颈、轴瓦、轴承座三者组成，其失效形式主要是，主要发生在上。
二、问答题（24分, 每小题4分）
1. 齿向载荷分布系数K β的物理意义是什么？改善齿向载荷分布不均匀状况的措施有哪些？
2. 试述齿轮传动的设计准则。
3. 按在支撑轴上零件传递运动和动力时受到的载荷类型的不同，轴分为那几种类型？并分别举例说明。
4．给出滚动轴承的当量静载荷P0的定义。
5．同滚动轴承相比，液体摩擦滑动轴承有哪些特点？
6．在一些基本假设条件下，流体形成动压的必要条件是什么？
三、分析计算题（29分, 第一小题19分，第二小题10分）
1．一重物匀速升降装置采用如图a 所示的电机+圆柱蜗杆传动系统，已知蜗杆传动的模数m =8mm，蜗杆头数及分度圆直径分别为z 1=1、d 1=80mm，蜗轮齿数z 2=50，卷筒直径D=250mm。重物匀速升降的速度v=40m/min，最大载重量W 为4kN ，工况系数K A 按1.0计，试分析、计算提升重物时的下列问题：
1）该装置以40m/min的速度匀速升起重物1m 时，蜗杆应转多少转？并在图中标明蜗杆的转向、蜗轮轮齿旋向、节点位置处蜗杆及蜗轮的受力方向。（5分）
2）若蜗杆与蜗轮齿面间当量摩擦系数f ′= 0.18，该机构能否自锁？（2分）
3）若重物W=4kN，传动装置总的传动效率为η =0.5，试计算出电机的输出转矩T m 应是多少？（2分）
4）若蜗轮轴采用如图b 所示的两个角接触轴承7209 C支撑形式, L=100mm，蜗杆传动效率η1 = 0.7，卷筒、联轴器(连接蜗轮轴与卷筒轴) 、蜗轮轴上轴承的效率合计为η2 = 0.8，轴承7209 C的基本额定动载荷和基本额定静载荷分别为
C = 29800N、C 0 = 23800N, 其内部轴向力S=0.4Fr ，径向载荷系数X 和轴向载荷系数Y 分别为0.44和1.36，f T =1.0，f P =1.5，试计算轴承II 的寿命L h 为多少小时？（10分）
2．图c 所示为一托架，20kN 的载荷作用在托架宽度方向的对称线上，用四个螺栓将托架连接在一钢制横梁上，螺栓的相对刚度为0.3，螺栓组连接采用普通螺栓连接形式，假设被连接件都不会被压溃、也不滑移，试计算: 1) 该螺栓组连接的接
63合面不出现间隙所需的螺栓预紧力F ′ 至少应大于多少？（接合面的抗弯剖面模量W=12.71×10mm ）（7分）
2）若受力最大螺栓处接合面间的残余预紧力F ′′ 要保证6956N ，计算该螺栓所需预紧力F ′ 、所受的总拉力F 0。（3分）
四、结构题（20分）
1．试说明实现轴上零件轴向固定的五种方法，并分别画出相应于各种轴向固定方法的结构图；画出模锻轮坯、腹板式大齿轮在转轴的轴端实现轴向固定与周向固定的结构图（要求齿轮也要画出来）。（12分）
2．图d 和图e
为凸缘联轴器的两个半联轴器的将两根轴连接起来的两种形式的部分结构，请将未画出的其余部分补全，成
为完整的结构。（5分）
机械设计试卷
一、选择题 1、链传动作用在轴和轴承上的载荷比带传动要小，这主要是因为（ C ）。
A 、链传动只用来传递较小功率
B 、链速较高，在传递相同功率时圆周力小
C 、链传动是啮合传动，无需大的张紧力
D 、链的质量大，离心力大
2、直齿圆柱齿轮传动，当齿轮直径不变，而减小模数增加齿数时，则（ C ）。
A、提高了轮齿的弯曲强度B 、提高了齿面的接触强度
C、降低了轮齿的弯曲强度D 、降低了齿面的接触强度
3、受中等冲击载荷、支承刚度较差、速度较高的两轴之间宜选用（ A ）。
A ．弹性柱销联轴器B ．凸缘联轴器C. 十字滑块联轴器D ．万向联轴器
4、带传动工作时，设小带轮为主动轮，则带的最大应力发生在带（ C ）。
A ．进入大带轮处B ．离开大带轮处C. 进入小带轮处D ．离开小带轮处
5、有一减速器传动装置由带传动、链传动和齿轮传动组成，其安排顺序以方案
（ A ）为好。
A．带传动
B ．链传动齿轮传动带传动
C ．带传动链传动
D 带传动齿轮传动
6．螺纹联接防松的根本问题在于（ C ）。
A 、增加螺纹联接的轴向力 B、增加螺纹联接的横向力
C 、防止螺纹副的相对转动 D、增加螺纹联接的刚度
7．为联接承受横向工作载荷的两块薄钢板，一般采用的螺纹联接类型应是（ A ）。A ．螺栓联接B. 双头螺柱联接C ．螺钉联接D. 紧定螺钉联接
8．齿面硬度HB ≤350HBS 的闭式钢制齿轮传动中，主要失效形式为（ B ）。
A ．齿面磨损B ．齿面点蚀C ．齿面胶合D. 轮齿折断
9. 不完全液体润滑滑动轴承，验算pv ≤[pv ]是为了防止轴承（ B ）。
A. 过度磨损B. 过热产生胶合C. 产生塑性变形 D. 发生疲劳点蚀
10、对于温度变化不大的短轴，考虑结构简单，轴承部件的轴向固定方式宜采用（ A ）。
A ．两端固定B ．两端游动C ．一端固定一端游动 D．A ，B ，C 均可以
11、在蜗杆传动设计中，除规定模数标准化外，还规定蜗杆直径d 1取标准，其目的是（ B ）。
A ．限制加工蜗杆的刀具数量B ．限制加工蜗轮的刀具数量并便于刀具的标准化
C ．为了装配方便D ．为了提高加工精度
12、工作时承受弯矩并传递转矩的轴称为（ B ）。
A 、转动心轴B 、转轴 C、传动轴D 、固定心轴
13、普通平键的主要失效是（ A ）。
A ．工作面被压溃或键被剪断 B ．工作面产生胶合破坏
C. 工作面产生过度磨损 D ．键被弯曲折断
14、带传动产生弹性滑动的原因是由于（ D ）。
A 、带不是绝对挠性体 B、带与带轮间的摩擦系数偏低
C 、带绕过带轮时产生离心力 D、带的紧边与松边拉力不等
15、非液体摩擦滑动轴承正常工作时，其工作面的摩擦状态是（ C ）。
A、完全液体摩擦状态B 、干摩擦状态C 、边界摩擦或混合摩擦状态 D、不确定
二、标准件
1、请按GB/T 5781-2000标准标注出：公称直径为16mm 、长60mm 全螺纹六角头螺栓；并按GB/T 41-2000的标准标注出与该螺栓配合使用的不经表面处理的普通粗牙六角螺母。螺栓 M16⨯ 60 GB/T 5781-2000
螺母M16 GB/T 41-2000
2、请按GB/T 1096-2003标准标注出：宽为18 mm 、高为11 mm 、长为100 mm 圆头普通平键；按GB/T 119-2000标准标注出：直径为10 mm，长为100 mm，直径允差为d4，材料为35号钢，热处理硬度为HRC28～38，不经表面处理的圆柱销。
键 18⨯100 GB/T 1096-2003
销 10⨯100 GB/T 119-2000
3、根据下面所给出的轴承代号，指出下面轴承相应的类型、尺寸系列、内径、公差等级和游隙组别。
（1）6308/C3 （2）7214B （3）30213/P4
6308/ C3—表示内径为40mm ，03尺寸系列的深沟球轴承，0级公差，3组游隙。
7214B —表示内径为70mm ，02尺寸系列的角接触球轴承，接触角为40︒，0级公差，0组游隙。
30213/ P4—表示内径为65mm ，02尺寸系列的圆锥滚子轴承，4级公差，0组游隙。
4、根据下面所给出带、滚子链编号，指出这些零件的公称尺寸。
（1）带：A 1000 GB/T 11544-1997
（2）链：08A —1—88 GB/T1243—2006（注：此链的节距为0.5英寸）
（1）A 1000 GB/T 11544-1997：基准长度为1000 mm的A 型普通V 带。
（2）08A —1—88 GB/T1243—2006：A 系列、节距12.7mm 、单排、88节的滚子链
三、问答题
1、简述静强度设计和疲劳强度设计的不同之处。
2、当设计链传动时，选择齿数和节距时应考虑哪些问题？
3、闭式蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？
4、在具有稳定输入、输出功率的机器上，转轴以定速转动，当不考虑外来冲击和载荷波动等作用时，请分别将内部受的是稳态应力或交变应力的零件的编号写入下面相应的分类中。
A ．机箱箱体的地脚螺栓；B ．装有齿轮的旋转轴；C ．轴上的齿轮；D ．轴上的蜗杆；E ．轴上的滚动轴承；F ．轴上的平键；G ．联轴器上的螺栓；H ．轴上的销；I ．联轴器；J ．离合器；K ．输出端的滚子链；L ．输入端的V 带．
（1）受稳态应力的零件是：A 、F 、G 、H 、I 、J
（2）受交变应力的零件是：B 、C 、D 、E 、K 、L 、
（3）利用摩擦工作的零件有：A 、E 、J 、G 、L
四、分析题
图示为由圆锥齿轮和斜齿圆柱齿轮组成的传动系统。已知：Ⅰ轴为输入轴，转向如图所示。
（1） 在下图中标出各轮转向。（2分）
（2） 为使2、3两轮的轴向力方向相反，确定并在图中标出3、4两轮的螺旋线方向。（2分）
（3） 在图中分别标出2、3两轮在啮合点处所受圆周力F t 、轴向力F a 和径向力F r 的方向。（4分）
（1）各轴转向如图所示。
（2） 3轮左旋，4轮右旋。
a3 F r3 F t3
F t2
五、计算题
1D=250mm，内装具有一定压强的液体，沿凸缘圆周均匀分布12个M16（d 1＝13.835mm ）的普通螺栓，螺栓材料的许用拉应力[σ]=180MPa ，螺栓的相对刚度c b /(c b +c m ) =0.5，按
F ，F 为螺栓的轴向工作载荷。试计算：该螺栓组连接允许容器内的液体最大压强p max 紧密性要求，剩余预紧力F 1=1.83
及每个螺栓连接所需的预紧力F 0。
1、 计算每个螺栓允许的最大总拉力：
[σ]πd 12F 2=.........................2分 4⨯1.3
=20815N .............................1分
2、 计算容器内液体最大压强
F 2=F 1+F =2.8F ........................1分
20815=7434N .....................1分2.8 2πD /4F =p max ............................1分12
p max =1.82MP a ..............................1分
C b F 0=F 2-F ...........................................2分C b +C m 3、 F =
=(20815-0.5⨯7434) =17098N ......................1分
2、下图所示为一对角接触球轴承支承的轴系，轴承正安装（面对面），已知两个轴承的径向载荷分别为F R 1=2000N，F R 2= 4000N，轴上作用的轴向外加载荷F X =1000N,轴承内部附加轴向力F S 的计算为F S =0.7F R ，当轴承的轴向载荷与径向载荷之比F A R ＞e 时，X= 0.41，Y= 0.87，当F A R ≤e ，X=1，Y= 0，e = 0.68，载荷系数f = 1.0，试计算： p
（1）两个轴承的轴向载荷F A1、F A2；
（2）两个轴承的当量动载荷P 1、P 2。
F S 1=0.7F R 1=0.7⨯2000=1400N ............................1分
解：（1）F S 2=0.7F R 2=0.7⨯4000=2800N ...........................1分
F S 1+F X =1400+1000=2400
轴承1为压紧端，轴承2为放松端…………………………………1分
F A 1=2800-1000=1800N
(2)F A 2=F S 2=2800N 1800F A 1==0.9>e =0.68, X 1=0.41, Y 1=0.87..........................1分R 12000P 1=f p (X 1F R 1+Y 1F A 1) =2000⨯0.41+0.87⨯1800=2386N ...............1分
2800=0.7>e =0.68, X 2=0.41, Y 2=0.87..........................1分F R 24000
P 2=f F (X 2F R 2+Y 2F A 2) =4000⨯0.41+0.87⨯2800=4076N ..............1分F A 2=…………………………………….2分
六、结构题（10分）
下图为斜齿轮、轴、轴承组合结构图。齿轮用油润滑，轴承用脂润滑，指出该结构设计的错误。要求：
1． 在图中用序号标注设计错误处；
2． 按序号列出错误，并用文字提出改正建议；
3． 不必在图中改正。
1左、右两边轴承端盖均无调整垫片2左边轴承内圈固定错误，轴肩高过内圈高度3键过长4齿轮轮毂的长度要长过与其配合的轴段的长度1－2mm5套筒高度高过右边轴承内圈的高度6右边轴承端盖与轴要留有间歇7右边轴承端盖与轴间要有密封圈8和右端轴承相配合的轴端作成阶梯轴，便于装拆9两端的轴承要设有挡油环10联轴器没有周向定位。
机械设计练习题
1公称直径为16mm 、长60mm 全螺纹六角头螺栓；并按GB/T 41-2000的标准标注出与该螺栓配合使用的不经表面处理的普通粗牙六角螺母。螺栓 M16⨯ 60 GB/T 5781-2000螺母M16 GB/T 41-2000
2、请按GB/T 1096-2003标准标注出：宽为18 mm 、高为11 mm 、长为100 mm 圆头普通平键；按GB/T 119-2000标准标注出：直径为10 mm ，长为100 mm ，直径允差为d4，材料为35号钢，热处理硬度为HRC28～38，不经表面处理的圆柱销。键 18⨯100 GB/T 1096-2003销 10⨯100 GB/T 119-2000
（1）6308/C3 （2）7214B （3）30213/P4
6308/ C3—表示内径为40mm ，03尺寸系列的深沟球轴承，0级公差，3组游隙。
7214B —表示内径为70mm ，02尺寸系列的角接触球轴承，接触角为40︒，0级公差，0组游隙。
30213/ P4—表示内径为65mm ，02尺寸系列的圆锥滚子轴承，4级公差，0组游隙。
2. 试述螺纹联接防松的方法。. 螺纹连接的防松方法按工作原理可分为摩擦防松、机械防松及破坏螺纹副防松。 摩擦防松有：弹簧垫圈、双螺母、椭圆口自锁螺母、横向切口螺母 机械防松有：开口销与槽形螺母、止动垫圈、圆螺母止动垫圈、串连钢丝 破坏螺纹副防松有：冲点法、端焊法、黏结法。
3. 试分析影响带传动承载能力的因素？
初拉力Fo? 包角a? 摩擦系数f? 带的单位长度质量q? 速度v
4、链传动与带传动相比较有哪些优缺点？
答：与带传动相比，a 链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；b 需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，可就减少轴承的摩擦损失；c 结构紧凑；d 能在温度较高，有油污等恶劣环境条件下工作。 链传动的主要缺点是：瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。
5、轴上零件的轴向固定方法有哪些?
答：轴上零件的轴上固定方法有轴肩固定，套筒固定，螺母固定和轴端挡圈固定等（压板固定）。
6、齿轮传动的失效形式有那些？对开，闭式齿轮传动设计准则有什么区别？
答：齿轮的失效形式主要有：a 轮齿折断 b齿面点蚀 c齿面胶合 d齿面磨损 e齿面塑性变形。
齿轮传动设计时，软齿面闭式传动常因齿面点蚀而失效，故通常先按齿面接触强度设计公式确定传动的尺寸，然后验算轮齿弯曲强度。．
7. 齿向载荷分布系数K β的物理意义是什么？改善齿向载荷分布不均匀状况的措施有哪些？
K β的物理意义——考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿应力的影响系数。(2分)
措施： 1) 齿轮的制造和安装精度↑2) 轴、轴承及机体的刚度↑3) 齿轮在轴上的布置——合理选择
4) 轮齿的宽度——设计时合理选择5) 采用软齿面——通过跑合使载荷均匀6) 硬齿面齿轮——将齿端修薄、
或做成鼓
形齿
7) 齿轮要布置在远离转矩输入端的位置。
8. 试述齿轮传动的设计准则
（1）软齿面闭式齿轮传动：通常先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。
（2）硬齿面式齿轮传动：通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。
（3）高速重载齿轮传动，还可能出现齿面胶合，故需校核齿面胶合强度。
（4）开式齿轮传动：目前多是按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并考虑磨损的影响将模数适当增大（加大10~15%）。
9．给出滚动轴承的当量静载荷P0的定义。
当量静载荷是一个假想载荷，其作用方向与基本额定静负荷相同，而在当量静载荷作用下，轴承的受载最大滚动体与滚道接触处的塑性变形总量与实际载荷作用下的塑性变形总量相同。
10．同滚动轴承相比，液体摩擦滑动轴承有哪些特点？
1) 在高速重载下能正常工作，寿命长；2) 精度高；滚动轴承工作一段时间后，旋转精度↓
3) 滑动轴承可以做成剖分式的 — 能满足特殊结构需要。如曲轴上的轴承；
4) 液体摩擦轴承具有很好的缓冲和阻尼作用，可以吸收震动，缓和冲击。
5) 滑动轴承的径向尺寸比滚动轴承的小。6) 起动摩擦阻力较大。
11．在一些基本假设条件下，流体形成动压的必要条件是什么？
1) 流体必须流经收敛间隙, 而且间隙倾角越大则产生的油膜压力越大。
2) 流体必须有足够的速度；3) 流体必须是粘性流体。
12. 简述磨损的概念和零件的磨损过程。
答：运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移，即形成磨损。零件的磨损过程大致可分为磨合阶段、稳定磨损阶段及剧烈磨损阶段。
13. 简述机器的组成及各部分的功能。
答：原动机部分：驱动整部机器完成预定功能的动力源。执行部分：完成机器预定功能的组成部分。
传动部分：把原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数部分。
14. 轴毂连接可分为静连接和动连接，其失效形式和计算准则有何不同?
答：静连接的主要失效形式是工作面被压溃，通常按工作面的挤压应力进行强度校核计算。动连接的主要失效形式是工作面的过度磨损，通常按工作上的压力进行条件性的强度校核。
15. 当带传动功率一定时，带速对传动的影响如何？ 常用范围是多少？
答：当带传动功率一定时，提高带速可以降低带传动的有效拉力，相应地减少带的根数或V 带的横截面积，总体上减少带传动的尺寸；但是，提高带速，也提高了V 带离心应力，增加了单位时间内带的循环次数，不利于提高带传动的疲劳强度和寿命。常用范围υ=5~25m /s
16. 何谓流体动力润滑？实现流体动力润滑的条件有哪些？
答：两个作相对运动物体的摩擦表面，用借助于相对速度而产生的粘性液体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷，称为流体动力润滑。
17. 带传动工作时，带中的应力有哪些？最大应力是多少？
1b 1c 答：有拉应力、弯曲应力、离心拉应力。最大应力发生在带的紧边绕入小带轮处，max
18．简述带传动中，打滑、弹性滑动的含义。
若带所需传递的圆周力超过带与轮面间的极限摩擦力总和时，带与带轮将发生显著的相对滑动，这种现象称为打滑。这种由于材料的弹性变形而产生的滑动称为弹性滑动。
19．试说明滚动轴承代号6308的含义。6─深沟球轴承3─中系列08─内径d=40mm
公差等级为0级游隙组为0组。
20．简述联轴器的分类及各自的特点。联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器。刚性联轴器又分为固定式和可移式。固定式刚性联轴器不能补偿两轴的相对位移。可移式刚性联轴器能补偿两轴的相对位移。弹性联轴器包含弹性元件，能补偿两轴的相对位移，并具有吸收振动和缓和冲击的能力。
21．常用的螺纹紧固件有哪些？常用的螺纹紧固件品种很多，包括螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母、垫圈等。
22．简述链传动的主要优点。
与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的传动比；需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，结构紧凑；能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作；安装精度要求较低 中心矩较大时其传动结构简单。
23、 简述螺纹联接的基本类型主要有哪四种？螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接、紧定螺钉联接。
24 提高螺栓联接强度的措施有哪些？降低螺栓总拉伸载荷的变化范围；改善螺纹牙间的载荷分布；减小应力集中；避免或减小附加应力。
25 闭式蜗杆传动的功率损耗主要包括哪三部分？闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分：轮齿啮合的功率损耗，轴承中摩擦损耗和搅动箱体内润滑油的油阻损耗。
26、简述带传动的优点？适于中心矩较大的场合； 带具有良好的扰性，可缓和冲击、吸收振动；
过载时带与带轮间会出现打滑，打滑虽使传动失效，当可防止损坏其他零件；结构简单、成本低廉；
27、链传动的主要失效形式有哪些？
链板疲劳破坏；滚子套筒的冲击疲劳破坏；销轴与套筒的胶合；链条铰链磨损；过载拉断。
28、滚动轴承的基本类型有哪些？调心球轴承、调心滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承、深沟球轴承、角接触球轴承、推力圆柱滚子轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承等
29、简述为什么开式齿轮传动一般不会出现点蚀现象？ σ≈σ+σ+σ
答：因为在开式齿轮传动中，磨粒磨损的速度比产生点蚀的速度还快，在点蚀形成之前，齿面的材料已经被磨掉，
故而一般不会出现点蚀现象。
30、 对于滚动轴承的轴系固定方式，请解释什么叫“两端固定支承”？
答：两端固定支承即为轴上的两个轴承中，一个轴承的固定限制轴向一个方向的串动，另一个轴承的固定限制轴向
另一个方向的串动，两个轴承的固定共同限制轴的双向串动。
31简述形成稳定动压油膜的条件？
答：1）两摩擦表面之间必须能够形成收敛的楔形间隙；2）两摩擦表面之间必须有充足的、具有一定粘度的润滑油；
3）两摩擦表面之间必须有足够的相对运动速度。
32 解释名词； 滚动轴承的寿命； 滚动轴承的基本额定动载荷。
答：1）滚动轴承的寿命即滚动轴承中内、外圈滚道以及滚动体，任一元件出现疲劳点蚀之前，两套圈之间的相对运转总转数。也可用恒定转速下的运转小时数表示；
62）基本额定动载荷即基本额定寿命为10转时，轴承所能承受的最大载荷。
33 画图表示机械零件的正常磨损过程，并指出正常磨损过程通常经历哪几个磨损阶段？
答：主要经历三个阶段：磨合磨损阶段；稳定磨损阶段；剧烈磨损阶段。
34、简述Miner 法则（即疲劳损伤线性累积假说）的内容。
答：在规律性变幅循环应力作用下，各应力对材料造成的损伤是独立进行的，并可以线性地累积成总损伤，当各应
力的寿命损伤率之和等于1时，材料将会发生疲劳。
35、简述齿向载荷分布系数K β和齿间载荷分配系数K α分别考虑的是什么因素对齿轮所受载荷的影响？ 答：系数K 考虑的是载荷沿齿向分布不均匀性对齿轮轮齿所受载荷的影响； 系数K α考虑的是载荷在同时啮合β
的齿对之间分配不均对齿轮轮齿所受载荷的影响。
36、 试分析张紧力F 0对带传动正反两方面的影响。
答：张紧力F 0越大，则带传动的承载能力就越大，但同时带中所受的拉应力也越大，从而 降低带的寿命；张紧力越小，虽
可减小带中的拉应力，提高带的寿命，但带传动的承载能力会降低。
21
机械设计试题
一、 选择填空题
1. 在循环变应力作用下，下面应力中影响疲劳强度的主要因素是 。
A. 最大应力σmax B.最小应力σmin C. 平均应力σm D.应力幅σa
2．蜗杆蜗轮传动中，其传动比i 的计算错误的是 。
A.i ＝n 1/n2 B. i=Z2/Z1 C. i=d2/d1
3．一对渐开线圆柱齿轮传动，其大小齿轮的分度圆直径不同，小齿轮1齿面硬度较高，则大小齿轮的齿面接触应力σH1与
σH2关系为___________。
A. 接触应力σH1＞σH2B. 接触应力σH1＝σH2C. 接触应力σH1＜σH2
4. 在圆锥齿轮和圆柱齿轮的二级传动机构中，通常将圆锥齿轮安排在 。
A ．高速级 B.低速级 C.都可以
5．在转速一定的情况下，要减轻链传动的不均匀性和动载荷，应 。 A ．增大链节距和链轮齿数 B 增大链节距，减小链轮齿数
C. 减小链节距和链轮齿数 D. 减小链节距，增大链轮齿数 6. 齿轮的疲劳点蚀通常首先出现在 。
7. 为提高轴的刚度，应采取 的措施。A ．合金钢代替碳素钢 B.用球墨铸铁代替碳素钢 C.提高轴表面质量 D.增大轴径
8．蜗杆传动的材料配对为钢制蜗杆和青铜蜗轮，则在动力传动中应该由 的强度来决定蜗杆传动的承载能力。A. 蜗杆 B. 蜗轮 C. 蜗杆和蜗轮 D.蜗杆或蜗轮
9. 一组同型号的轴承在同样条件下运转，其可靠度为％时能够达到或超过的寿命称为滚动轴承的基本额定寿命 。 10. 普通平键工作中，其工作面是 ，其主要的失效形式是 和。
11. 中等转速载荷平稳的滚动轴承正常失效形式为 。A. 磨损 B.胶合 C.疲劳点蚀 D.永久变形
12．同一V 带传动用在减速时（小带轮为主动轮）和用在增速时（大带轮为主动轮）相比较，若主动轮转速不变，则传动所传递的功率较大的是___________。
13．带传动在工作过程中，带内所受的应力有松边应力、紧边应力、 和 ，带的最大应力发生在 。 14. 在轴的计算中，轴径的初步估算是按照 确定的。
A ．抗弯强度 B.抗扭强度 C.轴段的长度 D.轴段上零件的孔径
15. 下列四种型号的滚动轴承，只能承受径向载荷的是 。
A ．6208 B.N208 C.30208 D.51208 二、分析简述题(共28分)
1. 设计一对闭式软齿面直齿轮传动，如果其它参数都一样，齿数与模数有两种方案：（a ）m=4mm，z 1=20，z 2=60；（b ）m=2mm，z 1=40，z 2=120。试问：
1）两种方案的接触强度是否相同？弯曲强度是否相同？
2）若两种方案的弯曲强度都能满足，则哪种方案比较好？为什么？（8分）
4. 带传动的主要失效形式有那些？带传动工作时为什么会出现弹性滑动的现象？弹性滑动会引起什么样的后果？弹性滑动可否避免？（8分）
三. 一轴用同一型号一对角接触球轴承支承。已知 Fr1 ＝ 2000N ， Fr2 ＝ 1000N ， 该轴所受轴向载荷FA ＝ 800N （指向轴承 1 ），要求按正装情况：（ 1 ）画出结构示意图，并在图上标出内部轴向力 Fs1 、 Fs2 的方向；（ 2 ）计算轴承的轴向载荷 Fa1 、 Fa2 的大小。（取Fs=0.68Fr）（6分） 四． 如图所示为圆柱齿轮－蜗杆传动，已知斜齿轮1的转动方向和斜齿轮2的轮齿旋向，求（1）标出齿轮2所受轴向力Fa2
的方向, 齿轮1的轮齿旋向；（2）为使蜗杆轴上的齿轮2与蜗杆3所产生的轴向力相互抵消一部分，试确定并标出蜗杆3轮齿的旋向，并标出蜗轮4的旋向和旋转方向；（3）在蜗杆蜗轮啮合处标出蜗杆所受的轴向力Fa3，圆周力Ft3和径
F '=18000N，求（1）单个螺栓的总拉力F 0（2）试校核螺栓强度（取计算直径d c =d 1）。（12分）
=08. ，试
六、一深沟球轴承6214所受径向载荷Fr ＝3600N ，轴向载荷Fa ＝1300N ，转速n ＝2900
r ∕min ，载荷平稳，其基本额定动载荷C ＝60800N ，若预期寿命L ’h ＝8000小时，试校核该轴承的寿命。（已知判断系数e ＝0.22，当Fa ∕Fr ≤e 时，X ＝1，Y ＝0；当Fa ∕Fr e时， X＝0.56，Y ＝1.99）（12分）
机械设计试卷
一、单项选择题
1、普通平键的截面尺寸是根据按标准选择的。 【 】
A ．传递转矩的大小 B. 轮毂的长度 C. 轴的直径
2、V 带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了。 【 】
A ．限制弯曲应力 B. 使结构紧凑 C.限制带轮包角 3、为了制造、测量方便，取三角带的作为它的公称长度。 【 】
A ．内周长 B. 节线长 C. 外周长
4、角接触球轴承和圆锥磙子轴承的轴向承载能力随接触角的增大而。
【 】 A ．增大 B. 减少 C. 不便
5、链传动中，链条的节数最好为，而链轮齿数为。 【 】
A ．奇数，偶数 B.偶数，奇数 C. 5的倍数，偶数
6、按纯扭矩设计计算的轴径，一般作为轴的直径。 【 】
A ．最细端 B. 最大 C. 平均
7、既传递转矩，又传递弯矩的轴称为。 【 】
A ．心轴 B. 转轴 C. 传动轴
8、联接用的螺纹一般采用螺纹，而传动用的螺纹一般采用螺纹。 【 】
A. 三角形，梯形 B. 梯形，三角形 C. 其它，三角形
9、非液体摩檫滑动轴承设计中，限制压强p ≤[p ]的目的是。 【 】 A. 防止因压力过大而发热；
B. 防止润滑油挤出，轴瓦过渡磨损； C. 防止因摩擦力矩大而起动难。
10、在滚动轴承的组合设计中，双支点单向固定方式适合于。 【 】
A ．跨距小，温升小的轴；B ．跨距大，温升大的轴；C ．跨距大，温升小的轴。 11、一对钢制标准齿轮啮合传动时，两轮的σH 1与σH 2，σF 1与σF 2。 【 】
A ．相等，不想等 B．相等，不一定 C．不一定，不一定
12、当两轴具有一定的相对偏移量，且载荷较平稳，要求传递较大扭矩时，用。 【 】 A．齿轮联轴器 B．凸缘联轴器 C．弹性柱销联轴器
13、滚动轴承寿命是在一定的可靠度下规定的，一般当可靠度是90%时，能达到或超过的寿命称为滚动轴承的，所受载荷称
为滚动轴承的。 【 】
A．预期寿命，预期载荷 B．最大寿命，最大载荷 C．额定寿命，额定动载荷 14、蜗杆传动的效率一般较其它传动低，这主要是因为在蜗杆传动中。 【 】
A ．蜗轮速度很低 B．蜗杆头数很少 C．蜗轮蜗杆的相对滑动速度很大
15、有一汽缸盖螺栓联接，若汽缸内气体压力在0—2Mpa 之间循环变化，则螺栓中的应力变化规律为。
【 】
A ．对称循环变应力 B．脉动循环变应力 C．非对称循环变应力散热
二、填空题
16、齿轮传动的主要失效形式有： 。
17、闭式蜗杆传动需要进行热平衡计算，其主要原因是： 。
18、带传动中，弹性滑动与打滑的区别是： 。
19、滑动轴承常用的材料有：。 20、论述链传动的主要特点： 。
四、计算题 25、如图所示，轴上装有一斜齿圆柱齿轮，轴支承在一对正装的7306AC 轴承上。齿轮轮齿上受到圆周力F te =8100N，径向力F re =3052N，轴向力F ae =2170N，转速n=300 r/min，载荷系数f P =1.2。试计算两个轴承的基本额定寿命(以小时计) 。(想
一想：若两轴承反装，轴承的基本额定寿命将有何变化?) （有关数据：7306AC ，轴承C
=25600N ，e =0. 7。当F a /F r >e 时，X =0. 41, Y =0. 85；当F a /F r ≤e
时，X =1, Y =0。 内部轴向力 S =0. 7F r ，ε=3 ）
26、图示为某起重设备的减速装置。已知各轮齿数z 1=z2=20，z 3=60，z 4=2，z 5=40，轮1转向如图所示，卷筒直径D=136mm。试求：
(1)此时重物是上升还是下降?
(2)设系统效率η=0.68，为使重物上升，施加在轮1上的驱动力矩T 1=10N·m ，问重物的重量是多少?
26 27
五、改错题
27、指出下面轴系结构图中的错误并改正。
28、图中所示为带传动的张紧方案，试指出其不合理之处，并改正。
北京机械工业学院机械设计考题与答案
一、 是非题（有5小题，每题1分，共5分。正 确在括号内写“T ”，错误在括号内写“F ”）
1．双螺母防松结构中，如两螺母厚度不同，应先安装薄螺母，后安装厚螺母。（T ） 2．滚动轴承的轴向系数Y 值越大，其承受轴向能力越大。（ F ） 3．减速器的齿轮和滚动轴承可以采用不同的润滑剂。（T ） 4．设计蜗杆传动时，为了提高传动效率，可以增加蜗杆的头数。（ T ） 5．失效就是零件断裂了。（F ）
二、选择题（有5小题，每题2分, 共10分。在每小题的选项中，只有一项是符合题目要求的，把所选项的字母填在题中的横线上）
6．温度对润滑油粘度的影响是随着温度的升高润滑油的粘度 C 。 A ）提高 B）不变 C）降低
7．设计时键的截面尺寸通常是根据 D 从标准中选取。
A ）键传递的转矩 B）轴的转速 C）轮毂的长度 D）轴的直径 8．下列四种叙述中 D 是正确的。
A ）变应力只能由变载荷产生 B）静载荷不能产生变应力 C）变应力是由静载荷产生 D）变应力是由变载荷产生，也可能由静载荷产生
9．从经济观点考虑，单件生产的齿轮减速箱的箱体最好采用 C 。 A ）灰铸铁铸造 B）铸钢铸造 C）钢板焊接
10．由下列不同材料制造的零件，其形状、尺寸、结构、表面加工情况和工作条件等完全相同，其中有效应力集中系数最大的是 B 。
A ）HT200灰铸铁 B）40CrNi 钢 C）45钢
三、填空题（有5小题，20个空，每空1分, 共20分。把答案填在题中横线上）
11．对下列各种零件至少举出一种常用材料的牌号，齿轮 45， 40Cr ，滑动轴承轴瓦 ZQSn10-1， ZQAl9-4
，
蜗轮轮缘 ZQSn10-1， ZQAl9-4 ，螺钉 Q235，20 ，弹簧 65Mn， 碳素弹簧钢丝 ，弹簧垫圈 65Mn ，滚动轴承套圈 GCr15 ，滚动轴承保持架08F ，键 45 。
12．带传动的失效形式为 打滑 和 疲劳破坏 。因此，其主要设计依据为 在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命 。
13．轴按承载分为 心轴 ， 转轴 和 传动轴 。
14．螺纹联接按防松原理可分为 摩擦防松 ， 机械防松 和 其它防松 。
15．灰铸铁齿轮常用于 开 式传动中，这种齿轮的主要失效形式是 磨损 。 四、问答题（有5小题，每题4分, 共20分）
16．什么是等强度设计？在设计中如何应用？
答：一个机器的各零件或一个零件对于各种失效方式具有同样的承载能力。
在设计中的应用有二：一是使各部分等强度，避免某些部分强度过大，浪费材料；二是故意设置薄弱环节，过载时失效，使其它部分在过载时不致于损坏而得到保护。
17．什么是机械零件的失效？
答：机械零件由于某种原因不能正常工作，叫失效。 18．滑动轴承计算中，计算p ，pv ，v 各考虑什么问题？ 答：p ——轴承磨损； pv——发热；
v——局部磨损。
19．齿轮传动中的载荷系数K=KA K v K αK β，K A K v K αK β各为什么系数，各考虑什么因素对齿轮传动的影响？
答：齿轮传动中的载荷系数K=KA K v K αK β中，K A 是使用系数，考虑外部因素引起附加动载荷对齿轮传动的影响；K v 是动载系数，考虑齿轮制造、安装误差等引起附加动载荷对齿轮传动的影响；K α是齿间载荷分配系数，考虑多齿啮合间分配载荷的不均匀现象对齿轮传动的影响；K β是齿向载荷分布系数，考虑载荷沿接触线分布不均的现象对齿轮传动的影响； 20．什么叫机械零件的计算准则？常用的机械零件的计算准则有那些？ 答：机械零件的计算准则就是为防止机械零件的失效而制定的判定条件，常用的准则有强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则等？
五、分析题（有2小题，每题6分, 共12分）
21． 一钢制液压油缸，缸内油压P ＝2.5MPa(静载) ，油缸内径 D＝125mm ，缸盖由6个M16的螺钉联接在缸体上. 螺钉刚度 Cb 与缸体缸盖的刚度 Cm 之比为l/4，螺钉材料的性能等级为5.6级，安全系数取S ＝1.5，M16螺钉的小径d 1=13.835mm.
‘
若根据联接的紧密性要求，要求残余预紧力Q P ＞1.5F. 试分析预紧力Q P 应控制在什么范围内才能满足此联接的要求? 解
1.计算单个螺钉的工作拉力 F（2分）
222
油缸盖联接所受的载荷 FΣ=ppD/4，每个螺钉的工作拉力F ＝F Σ／6＝p ×pD /4/6＝2.5 p(125)／4/6＝5113.27 N 2.计算允许的螺钉最大总拉力 Q（2分）
2
螺钉材料性能等级为5.6级， ss ＝300MPa ，许用应力[s]= ss /S＝300/1.5＝200MPa. 由强度条件 sca ＝1.3Q/( pd/4)≤[s]
22
Q ≤pd [s]/4/1.3＝ p×13.835×200/4/1.3＝23127.83 N
3.求预紧力 Qp 的允许范围（2分） 1)按螺钉强度条件求允许的最大预紧力
Q ＝Q p 十C b /（C b +Cm ）F ≤23127.83 N
∴ Qp ≤23127.83-0.2F ＝23127.83-0.2×5113.27=22105.17 N
‘
2)按联接紧密性条件求最小的预紧力，根据联接紧密性要求，Q P ≥1.5F
‘
∴ QP ＝Q p - Cm /（C b +Cm ）F=Qp -0.8F ≥1.5F 即 Qp ≥1.5F 十0.8F ＝2.3F ＝l1760.52 N 由以上计算结果可知，预紧力Q p 应控制为
l1760.52 N ≤Q p ≤22105.17 N
22．一传动装置，输入转矩为T 1，输出转矩为T 2，速比为i ，总效率为，试证明T 2= T1×i ×η 答：设输入功率为P 1（kW ），输出功率为P 2（kW ），输入转速为n 1（r/min），输出转速为n 2（r/min），
6
∵ T=9.55×10×P/n(N.mm)
66
∴ P1= T1×n 1/(9.55×10) P2= T2×n 2/(9.55×10)
66
∵η= P2/ P1=( T2×n 2/(9.55×10))/( T1×n 1/(9.55×10)) = T2×n 2/( T1×n 1) i= n2/ n1
∴ η= T2/ T1/i 即 T2= T1×i ×η
六、计算题（有2小题，每题6分, 共12分）
23．一对46210角接触球轴承反安装，如图1所示。已
知轴承1和轴承2 的径向载荷分别为R 1=2000N,R 2=4000N,轴上作用的轴向载荷F a =800N(指向轴承2) ，轴承的派生轴向力S 的计算式S =0.68R ，e =0.68，X =0.41,Y =0.87。轴承载荷有轻微冲击，载荷系数f F =1.2，工作温度不大于120 C 。试求： (1) 轴承1和轴承2的轴向载荷A 1和A 2； (2) 轴承1和轴承2的当量动载荷P 1和P 2。
图
1
解:(1)计算轴承的轴向载荷 S 1=0.68R 1=0.68×2000=1360 N S 2=0.68R 2=0.68×4000=2720 N S 1、S 2方向见图2
因为F a + S 2=800+2720=3520 N＞S 1 所以 轴承1“压紧”，A 1= F a + S 2=800+2720=3520 (2分) 轴承2“放松”，A 2= S 2=2720 N(2分)
图2 第六大题第23小题答案图
（2）计算轴承的当量动载荷
轴承1 A 1/R 1=3520/2000=1.76＞e =0.68,则取 X 1=0.41,Y 1=0.87 P 1=f F (X 1R 1+Y 1A 1)
=1.2×(0.41×2000+0.87×3520)=3882.4 N (2分) 轴承2 A 2/R 1=2720/4000=0.68≤e =0.68,则取 X 2=1,Y 2=0 P2=f F X 2R 2
=1.2×1×4000=4800 N (2分)
24．已知V 带传动中，最大传递功率P =8kW，带的速度v =10m/s，若紧边拉力F 1为松边拉力F 2的2倍，此时小带轮上包角α1=120︒，求：（1）有效拉力F e ；（2）紧边拉力F 1；（3）当量摩擦系数f ˊ。
解:
有效拉力F e =1000P /v =1000×8/10=800 N (2分) 又知:F 1-F 2= F e , F 1=2F 2
则紧边拉力 F 1=2 F e =1600 N (2分) 根据欧拉公式
F 1
=e αf F 2
得 当量摩擦系数f '=ln(F 1/F 2)/α=ln2/(3.14×120/180) =0.693/2.0933=0.331 (2分)
七、结构题（有4小题，每题分别为10分,2分，2分，2分，共16分）
25．图3中为一对圆锥滚子轴承支承的轴系，齿轮油润滑，轴承脂润滑，轴端装有联轴器。试指出图中的结构错误
（在图中错误处写出序号并在下半部改正，按序号简要说明错误的内容）（每指出一处, 并正确说明错误内容和改正的, 得1分, 总分为10分）
答:错误处见图3（改正的图未示出）
26．画出V 带与带轮槽的正确安装图； 27．画出普通螺栓联接的结构图
28．画出普通平键A 型、B 型、C 型的形状 26,27,28题答案:
八、设计题（有1小题，5分）
29．设计一转椅的升降机构，升降通过一手柄进行控制。设计需画出结构示意图，并作必要的说明。 答：没有标准答案，可根据创意的新颖性及是否达到设计要求给0～5分。
机械设计试卷
一、单项选择题
1、普通平键的截面尺寸是根据按标准选择的。 【 C 】
A ．传递转矩的大小 B. 轮毂的长度 C. 轴的直径
2、V 带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了。 【 A 】
A ．限制弯曲应力 B. 使结构紧凑 C.限制带轮包角 3、为了制造、测量方便，取三角带的作为它的公称长度。 【 B 】
A ．内周长 B. 节线长 C. 外周长
4、角接触球轴承和圆锥磙子轴承的轴向承载能力随接触角的增大而。
【 A 】 A ．增大 B. 减少 C. 不便
5、链传动中，链条的节数最好为，而链轮齿数为。 【 B 】
A ．奇数，偶数 B.偶数，奇数 C. 5的倍数，偶数
6、按纯扭矩设计计算的轴径，一般作为轴的直径。 【 A 】
A ．最细端 B. 最大 C. 平均
7、既传递转矩，又传递弯矩的轴称为。 【 B 】
A ．心轴 B. 转轴 C. 传动轴
8、联接用的螺纹一般采用螺纹，而传动用的螺纹一般采用螺纹。 【 A 】
A. 三角形，梯形 B. 梯形，三角形 C. 其它，三角形
9、非液体摩檫滑动轴承设计中，限制压强p ≤[p ]的目的是。 【 B 】 A. 防止因压力过大而发热； B.防止润滑油挤出，轴瓦过渡磨损； C. 防止因摩擦力矩大而起动难。
10、在滚动轴承的组合设计中，双支点单向固定方式适合于。 【 A 】 A ．跨距小，温升小的轴；B ．跨距大，温升大的轴；C ．跨距大，温升小的轴。
11、一对钢制标准齿轮啮合传动时，两轮的σH 1与σH 2，σF 1与σF 2。 【 B 】
①键的位置应与齿轮处在同一直线上，而且结构不正确； ②轴承盖孔径应大于轴径，避免接触； ③此处不应有键联接；
④轴长应短于轮毂长度，保证轴套压紧齿轮； ⑤轴应有轴环，使齿轮定位； ⑥轴承应正装；
⑦轴不应与轴承盖相碰，且不需这么长； ⑧左右两轴承盖与箱体间应有调整垫片； ⑨两轴承内侧应加封油环；
⑩箱体加工面与非加工面未分开。
A ．相等，不想等 B．相等，不一定 C．不一定，不一定
12、当两轴具有一定的相对偏移量，且载荷较平稳，要求传递较大扭矩时，用。【 A 】 A．齿轮联轴器 B．凸缘联轴器 C．弹性柱销联轴器
13、滚动轴承寿命是在一定的可靠度下规定的，一般当可靠度是90%时，能达到或超过的寿命称为滚动轴承的，所受载荷称
为滚动轴承的。 【 C 】
A．预期寿命，预期载荷 B．最大寿命，最大载荷 C．额定寿命，额定动载荷 14、蜗杆传动的效率一般较其它传动低，这主要是因为在蜗杆传动中。 【 C 】
A ．蜗轮速度很低 B．蜗杆头数很少 C．蜗轮蜗杆的相对滑动速度很大
15、有一汽缸盖螺栓联接，若汽缸内气体压力在0—2Mpa 之间循环变化，则螺栓中的应力变化规律为。
【 B 】
A ．对称循环变应力 B．脉动循环变应力 C．非对称循环变应力散热
三、综合题
齿轮传动 蜗杆传动 带传动 链传动 螺旋传动
传递功率 效率 单级传动比 中心距
大 高 中 小
小 低 大 小
中 中 中 大
大 中 中 大
大 高 - -
传动精度 高 高 中 中 高
22、请标出以下链传动的合理转动方向。
23、图示为三级减速装置传动方案简图，要求总传动比i=50，这样布置是否合理? 为什么? 试画出合理的传动方案简图(不采用蜗杆传动) 。
①、②：电动机和齿轮轴的减速连接应选用带传动，可缓冲振动与噪音。
③：为保证准确的传动比，③处的二级减速应选用圆柱齿轮，如选用斜齿轮，还可通过齿轮旋向抵消轴向力。
24、图示传动中，已知小圆锥齿轮的转向，现想托起重物Q ，问蜗杆的螺旋线方向如何？并在图上标出蜗轮蜗杆和圆锥齿轮在啮合点各轮所受三个力的方向。
23
24
四、计算题
25、如图所示，轴上装有一斜齿圆柱齿轮，轴支承在一对正
21、 比较以下几种传动的传动性能，并填入下表中（高、中、低等）。
装的7306AC 轴承上。齿轮轮齿上受到圆周力F te =8100N，径向力F re =3052N，轴向力F ae =2170N，转速n=300 r/min，载荷
系数f P =1.2。试计算两个轴承的基本额定寿命(以小时计) 。(想一想：若两轴承反装，轴承的基本额定寿命将有何变化?) （有关数据：
e =0. 7。当F a /F r >e 时，
当时，X =1, Y =0。 内部轴向力 S =0. 7F r ，ε=3 ） X =0. 41, Y =0. 85；
，轴承
，
7306AC C =25600N
解：①求F r 1、F r 2
F rv 1=(F re -F ae ) =542. 77N ，F rv 2=F re +F ae =2509N
+80F rH 1=F te =4984. 62N ，F rH 2=F =3115. 38N
+80+80te
F r 1=F rv 1+F rH 1=5014. 1N ，F r 2=F rv 2+F rH 2=4000. 1N
②求F a 1、F a 2
2222
F d 1=eF r 1=0. 7⨯5014. 1=3509. 8N ，F d 2=eF r 2=0. 7⨯4000. 1=2800. 1N F a 1=F d 1=3509. 8N ，F a 2=F d 1+F ae =5679N ③F a 1F r 1=0. 7=e ，∴x 1=1，y 1=0，P . 1) =6016. 6N 1=f P (x 1F r 1+y 1F a 1) =1. 2⨯(1⨯5014
F a 2F r 2=1. 24〉e ∴x 2=0. 41y 2=0. 85
P 2=f P (x 2F r 2+y 2F a 2) =1. 2⨯(0. 41⨯4000+0. 85⨯5679) =7761. 5N
∴L h =10
6
n
(C P ) ε=10
6
() ε=h
⨯300. 5
26、图示为某起重设备的减速装置。已知各轮齿数z 1=z2=20，z 3=60，z 4=2，z 5=40，轮1转向如图所示，卷筒直径D=136mm。
试求：
(1)此时重物是上升还是下降?
(2)设系统效率η=0.68，为使重物上升，施加在轮1上的驱动力矩T 1=10N·m ，问重物的重量是多少?
解：i 13
4
=
n 1-n 4
3-n 4
=-
z 3
1
=-3，
=-3，n 1-n 4=3n 4，n 1=4n 4 n 4
z n 40
i 45=4=5==20，n 4=20n 5
n 5z 421
∴n 1=20n 5，∴n 1=80n 5， P ηa =P 5 1
4
D D
∴T 1n 1ηa =T 5n 5，T 5=w ⋅，∴T 1n 1ηa =w ⋅n 5
22
2T n η2⨯10⨯80⨯0. 68
∴w =11a ==8⨯103N 因蜗杆右旋，所以重物上升。
Dn 50. 136
五、改错题(每小题5分，共10分)
27、指出下面轴系结构图中的错误并改正。
①键的布置无法安装连轴器；②端盖处应有轴肩；③⑩端盖与箱体间应有垫圈；④端盖与轴连接处应有密封圈；⑤安装轴承处应有轴肩；⑥套筒高度不能高于轴承内圈高度；⑦与齿轮配合的轴的长度应略小于齿轮宽度；⑧轴承内圈应有定位轴肩；⑨端盖卡紧端高度应小于轴承内圈高度。
28、图中所示为带传动的张紧方案，试指出其不合理之处，并改正。
n 1-n 4
机械设计试卷
一、单项选择题
1、在常用螺旋传动中，传动效率最高的-------螺 纹 。 【 】
A. 三角形B. 梯 形C. 锯齿形 D.矩形
2、两个被联接件不太厚时，宜采用 -------- 连接。 【 】
A. 双头螺柱B. 螺拴C. 螺钉 D.紧定螺钉
3、平键联接如不能满足强度条件要求时，可在轴上安装一对平键，
使它们沿圆周相隔----。 【 】 A. 90度B. 120度 C. 135度D. 180度
4、设计链传动时链节数最好---------------。 【 】 A. 偶数 B.奇数 C.质数 D.链轮齿数的整数倍。
5、蜗杆传动的主要失效形式是---------。 【 】 A. 齿面疲劳点蚀B. 齿根的弯曲折断C. 齿面的胶合和磨损D. 齿面的塑性变形
6、V 带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了------。 【 】 A. 使结构紧凑B. 限制弯曲应力C. 限制带轮包角 D.限制速度
6
7、滚动轴承在基本额定动载荷C 作用下，当基本额定寿命为10转时，
其可靠度为。 【 】 A.10% B. 80% C.90% D. 99%
8、对齿面硬度≤350HBS 的闭式齿轮传动，其主要失效形式是。 【 】 A. 轮齿折断B. 齿面点蚀 C. 齿面胶合 D.齿面磨损
9、既传递转矩又承受弯矩的轴称为。 【 】 A.心轴B. 传动轴 C. 转轴 D.曲轴
10、为实现间歇运动，可选用。 【 】 A. 螺旋机构 B.槽轮机构 C.带传动机构D. 链传动机构
二、判断题1、选用滑动轴承的润滑油时，转速越高，选用油的粘度越高。 （ ）
2、蜗杆传动，蜗杆头数越少，传动效率越低。 （ ） 3、平键是靠键的两侧面来传递载荷。 （ ） 4、链节距越大，链速也越不均匀。 （ ） 5、螺纹的螺旋升角愈小，螺纹的自锁性能愈好。 （ ）
6、带传动中的弹性滑动是可以防止的。 （ ） 7、向心滑动轴承验算压强P 的实质是控制轴承发热量。 （ ） 8、增大齿轮的模数，可以提高齿轮的接触强度。 （ ） 9、键是一种标准零件。 （ ） 10、一般情况下，链传动瞬时传动比恒定。 （ ） 三．填空题
1、闭式软齿面齿轮传动，一般应按------强度进行计算，然后再校核------强度。 2、闭式蜗杆传动因为所以要进行热平衡计算。 3、十字滑块联轴器属于------------------联轴器。
4、在蜗杆传动中，当蜗杆与蜗轮轴交角为90时，蜗杆的轴向力与蜗轮的 大小相等，方向相反。 5、带速v 30m/s 是 一般用 来制造带轮。
6、齿轮的齿形系数与有关，齿形系数越大，轮齿的弯曲强度 越。 7、带传动工作时，带的最大应力发生在。 8、滚动轴承的额定寿命是指可靠性为的寿命。 9、非液体摩擦滑动轴承常见的失效形式为和。 10、花键联接按其齿形不同，可分为、、花键联接。 四、简答题
1、链传动与带传动相比较有哪些优缺点？ 2、轴上零件的轴向固定方法有哪些?
3、齿轮传动的失效形式有那些？对开，闭式齿轮传动设计准则有什么区别？ 4、剖分式滑动轴承由哪几个部分组成? 五、分析与作图题
1、 画出带传动的应力分布图，并在图上标出δ1, δ2( 拉应力) ，δc (离心应力) 和 δb1，δb2(弯曲应力) ，最大应力发生在什么部位？δmax =？
2、图示蜗杆--斜齿圆柱齿轮传动，蜗杆主动，蜗杆转向及螺旋线方向如图，要求：
（1） 画出Ⅱ轴的转向及蜗轮2的螺旋线方向；
（2） 要求Ⅱ轴上轴向力抵消一部分，定出齿轮3、4的螺旋线方向； （3） 在图上画出蜗轮2及齿轮4的各分力方向。
2题 3题
3、分析图示结构设计的错误。（用数字标出并说明）
4、试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。
螺钉联接 双楔键联接 六、计算题
如图所示，已知轴承1径向载荷R 1
=2100N ，轴承2径向载荷R 2=1200N ，轴向外载荷F a =900N ，轴承转速
n =1500r /min ，运转中有中等冲击f p =1. 2，室温工作，预期寿命L h ≥5000h ，选用轴承型号7307AC ，已查
A A
≤e 时，x =1，y =0，>e 时，x =0. 41，y =0. 85，试计得C =33400N ，e =0. 7，S =0. 7R ，R R
算轴承寿命是否满足要求。
机械设计练习题1
机械设计试题
一、填空题及选择填空题（27分，每空1分）
1．当动压润滑条件不具备，且边界膜遭破坏时，就会出现、 和同时存在的现象，这种摩擦状态称为。
2. 一公称直径为d=16mm的螺纹副，螺纹头数n=2,螺距p=4mm, 螺纹中径 d 2=D2=14mm,牙侧角β=15º, 螺纹副材料的当量摩擦系数f ′ =0.08~0.10, 经计算该螺纹副自锁性要求。满足 b. 不满足
3. 导向平键连接的主要失效形式是，设计时通过限制来进行 耐磨性计算；半圆键的缺点是，所以主要适用于轴端。
4. 作为标准普通V 带工作面的两侧面夹角为φ=40º，相应的V 带轮 轮槽的两侧面夹角则。 a.大于40º b.小于40º c. 等于40º。 5. 传动带所能传递的最大有效圆周力F max 与、、 等因素有关，它们的值越大，F max 就越大。当传递的外载荷超过时，带在带轮上发生打滑现象；而且在传动比大于1的情况下打滑总是先从小带轮上开始的，其原因是。
6. 齿轮传动的五种主要失效形式中，最严重、必须避免的失效形式是；软齿面闭式齿轮传动最主要的失效形式是；高速重载齿轮传动易发生；轮齿的塑性变形常发生在 齿面材料较软、低速重载、频繁起动的传动中。
7. 下列齿轮参数中，对齿形系数Y F 没有影响的是。 a. 齿数 b. 变位系数 c. 齿顶高系数 d. 压力角 e. 模数 8. 按国家标准GB/292-93规定，型号7212 C/DB轴承的类型为，宽度类型为，精度等级为，公称接触角α = º。
9. 对于转动的滚动轴承, 其主要失效形式是；对于不转动、低速或摆动的轴承，主要失效形式是； 对于高速轴承，是其主要失效形式。
10. 滑动轴承一般由轴颈、轴瓦、轴承座三者组成，其失效形式主要是，主要发生在上。
二、问答题（24分, 每小题4分）
1. 齿向载荷分布系数K β的物理意义是什么？改善齿向载荷分布不均匀状况的措施有哪些？
2. 试述齿轮传动的设计准则。
3. 按在支撑轴上零件传递运动和动力时受到的载荷类型的不同，轴分为那几种类型？并分别举例说明。
4．给出滚动轴承的当量静载荷P0的定义。
5．同滚动轴承相比，液体摩擦滑动轴承有哪些特点？
6．在一些基本假设条件下，流体形成动压的必要条件是什么？
三、分析计算题（29分, 第一小题19分，第二小题10分）
1．一重物匀速升降装置采用如图a 所示的电机+圆柱蜗杆传动系统，已知蜗杆传动的模数m =8mm，蜗杆头数及分度圆直径分别为z 1=1、d 1=80mm，蜗轮齿数z 2=50，卷筒直径D=250mm。重物匀速升降的速度v=40m/min，最大载重量W 为4kN ，工况系数K A 按1.0计，试分析、计算提升重物时的下列问题：
1）该装置以40m/min的速度匀速升起重物1m 时，蜗杆应转多少转？并在图中标明蜗杆的转向、蜗轮轮齿旋向、节点位置处蜗杆及蜗轮的受力方向。（5分）
2）若蜗杆与蜗轮齿面间当量摩擦系数f ′= 0.18，该机构能否自锁？（2分）
3）若重物W=4kN，传动装置总的传动效率为η =0.5，试计算出电机的输出转矩T m 应是多少？（2分）
4）若蜗轮轴采用如图b 所示的两个角接触轴承7209 C支撑形式, L=100mm，蜗杆传动效率η1 = 0.7，卷筒、联轴器(连接蜗轮轴与卷筒轴) 、蜗轮轴上轴承的效率合计为η2 = 0.8，轴承7209 C的基本额定动载荷和基本额定静载荷分别为
C = 29800N、C 0 = 23800N, 其内部轴向力S=0.4Fr ，径向载荷系数X 和轴向载荷系数Y 分别为0.44和1.36，f T =1.0，f P =1.5，试计算轴承II 的寿命L h 为多少小时？（10分）
2．图c 所示为一托架，20kN 的载荷作用在托架宽度方向的对称线上，用四个螺栓将托架连接在一钢制横梁上，螺栓的相对刚度为0.3，螺栓组连接采用普通螺栓连接形式，假设被连接件都不会被压溃、也不滑移，试计算: 1) 该螺栓组连接的接
63合面不出现间隙所需的螺栓预紧力F ′ 至少应大于多少？（接合面的抗弯剖面模量W=12.71×10mm ）（7分）
2）若受力最大螺栓处接合面间的残余预紧力F ′′ 要保证6956N ，计算该螺栓所需预紧力F ′ 、所受的总拉力F 0。（3分）
四、结构题（20分）
1．试说明实现轴上零件轴向固定的五种方法，并分别画出相应于各种轴向固定方法的结构图；画出模锻轮坯、腹板式大齿轮在转轴的轴端实现轴向固定与周向固定的结构图（要求齿轮也要画出来）。（12分）
2．图d 和图e
为凸缘联轴器的两个半联轴器的将两根轴连接起来的两种形式的部分结构，请将未画出的其余部分补全，成
为完整的结构。（5分）
机械设计试卷
一、选择题 1、链传动作用在轴和轴承上的载荷比带传动要小，这主要是因为（ C ）。
A 、链传动只用来传递较小功率
B 、链速较高，在传递相同功率时圆周力小
C 、链传动是啮合传动，无需大的张紧力
D 、链的质量大，离心力大
2、直齿圆柱齿轮传动，当齿轮直径不变，而减小模数增加齿数时，则（ C ）。
A、提高了轮齿的弯曲强度B 、提高了齿面的接触强度
C、降低了轮齿的弯曲强度D 、降低了齿面的接触强度
3、受中等冲击载荷、支承刚度较差、速度较高的两轴之间宜选用（ A ）。
A ．弹性柱销联轴器B ．凸缘联轴器C. 十字滑块联轴器D ．万向联轴器
4、带传动工作时，设小带轮为主动轮，则带的最大应力发生在带（ C ）。
A ．进入大带轮处B ．离开大带轮处C. 进入小带轮处D ．离开小带轮处
5、有一减速器传动装置由带传动、链传动和齿轮传动组成，其安排顺序以方案
（ A ）为好。
A．带传动
B ．链传动齿轮传动带传动
C ．带传动链传动
D 带传动齿轮传动
6．螺纹联接防松的根本问题在于（ C ）。
A 、增加螺纹联接的轴向力 B、增加螺纹联接的横向力
C 、防止螺纹副的相对转动 D、增加螺纹联接的刚度
7．为联接承受横向工作载荷的两块薄钢板，一般采用的螺纹联接类型应是（ A ）。A ．螺栓联接B. 双头螺柱联接C ．螺钉联接D. 紧定螺钉联接
8．齿面硬度HB ≤350HBS 的闭式钢制齿轮传动中，主要失效形式为（ B ）。
A ．齿面磨损B ．齿面点蚀C ．齿面胶合D. 轮齿折断
9. 不完全液体润滑滑动轴承，验算pv ≤[pv ]是为了防止轴承（ B ）。
A. 过度磨损B. 过热产生胶合C. 产生塑性变形 D. 发生疲劳点蚀
10、对于温度变化不大的短轴，考虑结构简单，轴承部件的轴向固定方式宜采用（ A ）。
A ．两端固定B ．两端游动C ．一端固定一端游动 D．A ，B ，C 均可以
11、在蜗杆传动设计中，除规定模数标准化外，还规定蜗杆直径d 1取标准，其目的是（ B ）。
A ．限制加工蜗杆的刀具数量B ．限制加工蜗轮的刀具数量并便于刀具的标准化
C ．为了装配方便D ．为了提高加工精度
12、工作时承受弯矩并传递转矩的轴称为（ B ）。
A 、转动心轴B 、转轴 C、传动轴D 、固定心轴
13、普通平键的主要失效是（ A ）。
A ．工作面被压溃或键被剪断 B ．工作面产生胶合破坏
C. 工作面产生过度磨损 D ．键被弯曲折断
14、带传动产生弹性滑动的原因是由于（ D ）。
A 、带不是绝对挠性体 B、带与带轮间的摩擦系数偏低
C 、带绕过带轮时产生离心力 D、带的紧边与松边拉力不等
15、非液体摩擦滑动轴承正常工作时，其工作面的摩擦状态是（ C ）。
A、完全液体摩擦状态B 、干摩擦状态C 、边界摩擦或混合摩擦状态 D、不确定
二、标准件
1、请按GB/T 5781-2000标准标注出：公称直径为16mm 、长60mm 全螺纹六角头螺栓；并按GB/T 41-2000的标准标注出与该螺栓配合使用的不经表面处理的普通粗牙六角螺母。螺栓 M16⨯ 60 GB/T 5781-2000
螺母M16 GB/T 41-2000
2、请按GB/T 1096-2003标准标注出：宽为18 mm 、高为11 mm 、长为100 mm 圆头普通平键；按GB/T 119-2000标准标注出：直径为10 mm，长为100 mm，直径允差为d4，材料为35号钢，热处理硬度为HRC28～38，不经表面处理的圆柱销。
键 18⨯100 GB/T 1096-2003
销 10⨯100 GB/T 119-2000
3、根据下面所给出的轴承代号，指出下面轴承相应的类型、尺寸系列、内径、公差等级和游隙组别。
（1）6308/C3 （2）7214B （3）30213/P4
6308/ C3—表示内径为40mm ，03尺寸系列的深沟球轴承，0级公差，3组游隙。
7214B —表示内径为70mm ，02尺寸系列的角接触球轴承，接触角为40︒，0级公差，0组游隙。
30213/ P4—表示内径为65mm ，02尺寸系列的圆锥滚子轴承，4级公差，0组游隙。
4、根据下面所给出带、滚子链编号，指出这些零件的公称尺寸。
（1）带：A 1000 GB/T 11544-1997
（2）链：08A —1—88 GB/T1243—2006（注：此链的节距为0.5英寸）
（1）A 1000 GB/T 11544-1997：基准长度为1000 mm的A 型普通V 带。
（2）08A —1—88 GB/T1243—2006：A 系列、节距12.7mm 、单排、88节的滚子链
三、问答题
1、简述静强度设计和疲劳强度设计的不同之处。
2、当设计链传动时，选择齿数和节距时应考虑哪些问题？
3、闭式蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？
4、在具有稳定输入、输出功率的机器上，转轴以定速转动，当不考虑外来冲击和载荷波动等作用时，请分别将内部受的是稳态应力或交变应力的零件的编号写入下面相应的分类中。
A ．机箱箱体的地脚螺栓；B ．装有齿轮的旋转轴；C ．轴上的齿轮；D ．轴上的蜗杆；E ．轴上的滚动轴承；F ．轴上的平键；G ．联轴器上的螺栓；H ．轴上的销；I ．联轴器；J ．离合器；K ．输出端的滚子链；L ．输入端的V 带．
（1）受稳态应力的零件是：A 、F 、G 、H 、I 、J
（2）受交变应力的零件是：B 、C 、D 、E 、K 、L 、
（3）利用摩擦工作的零件有：A 、E 、J 、G 、L
四、分析题
图示为由圆锥齿轮和斜齿圆柱齿轮组成的传动系统。已知：Ⅰ轴为输入轴，转向如图所示。
（1） 在下图中标出各轮转向。（2分）
（2） 为使2、3两轮的轴向力方向相反，确定并在图中标出3、4两轮的螺旋线方向。（2分）
（3） 在图中分别标出2、3两轮在啮合点处所受圆周力F t 、轴向力F a 和径向力F r 的方向。（4分）
（1）各轴转向如图所示。
（2） 3轮左旋，4轮右旋。
a3 F r3 F t3
F t2
五、计算题
1D=250mm，内装具有一定压强的液体，沿凸缘圆周均匀分布12个M16（d 1＝13.835mm ）的普通螺栓，螺栓材料的许用拉应力[σ]=180MPa ，螺栓的相对刚度c b /(c b +c m ) =0.5，按
F ，F 为螺栓的轴向工作载荷。试计算：该螺栓组连接允许容器内的液体最大压强p max 紧密性要求，剩余预紧力F 1=1.83
及每个螺栓连接所需的预紧力F 0。
1、 计算每个螺栓允许的最大总拉力：
[σ]πd 12F 2=.........................2分 4⨯1.3
=20815N .............................1分
2、 计算容器内液体最大压强
F 2=F 1+F =2.8F ........................1分
20815=7434N .....................1分2.8 2πD /4F =p max ............................1分12
p max =1.82MP a ..............................1分
C b F 0=F 2-F ...........................................2分C b +C m 3、 F =
=(20815-0.5⨯7434) =17098N ......................1分
2、下图所示为一对角接触球轴承支承的轴系，轴承正安装（面对面），已知两个轴承的径向载荷分别为F R 1=2000N，F R 2= 4000N，轴上作用的轴向外加载荷F X =1000N,轴承内部附加轴向力F S 的计算为F S =0.7F R ，当轴承的轴向载荷与径向载荷之比F A R ＞e 时，X= 0.41，Y= 0.87，当F A R ≤e ，X=1，Y= 0，e = 0.68，载荷系数f = 1.0，试计算： p
（1）两个轴承的轴向载荷F A1、F A2；
（2）两个轴承的当量动载荷P 1、P 2。
F S 1=0.7F R 1=0.7⨯2000=1400N ............................1分
解：（1）F S 2=0.7F R 2=0.7⨯4000=2800N ...........................1分
F S 1+F X =1400+1000=2400
轴承1为压紧端，轴承2为放松端…………………………………1分
F A 1=2800-1000=1800N
(2)F A 2=F S 2=2800N 1800F A 1==0.9>e =0.68, X 1=0.41, Y 1=0.87..........................1分R 12000P 1=f p (X 1F R 1+Y 1F A 1) =2000⨯0.41+0.87⨯1800=2386N ...............1分
2800=0.7>e =0.68, X 2=0.41, Y 2=0.87..........................1分F R 24000
P 2=f F (X 2F R 2+Y 2F A 2) =4000⨯0.41+0.87⨯2800=4076N ..............1分F A 2=…………………………………….2分
六、结构题（10分）
下图为斜齿轮、轴、轴承组合结构图。齿轮用油润滑，轴承用脂润滑，指出该结构设计的错误。要求：
1． 在图中用序号标注设计错误处；
2． 按序号列出错误，并用文字提出改正建议；
3． 不必在图中改正。
1左、右两边轴承端盖均无调整垫片2左边轴承内圈固定错误，轴肩高过内圈高度3键过长4齿轮轮毂的长度要长过与其配合的轴段的长度1－2mm5套筒高度高过右边轴承内圈的高度6右边轴承端盖与轴要留有间歇7右边轴承端盖与轴间要有密封圈8和右端轴承相配合的轴端作成阶梯轴，便于装拆9两端的轴承要设有挡油环10联轴器没有周向定位。
机械设计练习题
1公称直径为16mm 、长60mm 全螺纹六角头螺栓；并按GB/T 41-2000的标准标注出与该螺栓配合使用的不经表面处理的普通粗牙六角螺母。螺栓 M16⨯ 60 GB/T 5781-2000螺母M16 GB/T 41-2000
2、请按GB/T 1096-2003标准标注出：宽为18 mm 、高为11 mm 、长为100 mm 圆头普通平键；按GB/T 119-2000标准标注出：直径为10 mm ，长为100 mm ，直径允差为d4，材料为35号钢，热处理硬度为HRC28～38，不经表面处理的圆柱销。键 18⨯100 GB/T 1096-2003销 10⨯100 GB/T 119-2000
（1）6308/C3 （2）7214B （3）30213/P4
6308/ C3—表示内径为40mm ，03尺寸系列的深沟球轴承，0级公差，3组游隙。
7214B —表示内径为70mm ，02尺寸系列的角接触球轴承，接触角为40︒，0级公差，0组游隙。
30213/ P4—表示内径为65mm ，02尺寸系列的圆锥滚子轴承，4级公差，0组游隙。
2. 试述螺纹联接防松的方法。. 螺纹连接的防松方法按工作原理可分为摩擦防松、机械防松及破坏螺纹副防松。 摩擦防松有：弹簧垫圈、双螺母、椭圆口自锁螺母、横向切口螺母 机械防松有：开口销与槽形螺母、止动垫圈、圆螺母止动垫圈、串连钢丝 破坏螺纹副防松有：冲点法、端焊法、黏结法。
3. 试分析影响带传动承载能力的因素？
初拉力Fo? 包角a? 摩擦系数f? 带的单位长度质量q? 速度v
4、链传动与带传动相比较有哪些优缺点？
答：与带传动相比，a 链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；b 需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，可就减少轴承的摩擦损失；c 结构紧凑；d 能在温度较高，有油污等恶劣环境条件下工作。 链传动的主要缺点是：瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。
5、轴上零件的轴向固定方法有哪些?
答：轴上零件的轴上固定方法有轴肩固定，套筒固定，螺母固定和轴端挡圈固定等（压板固定）。
6、齿轮传动的失效形式有那些？对开，闭式齿轮传动设计准则有什么区别？
答：齿轮的失效形式主要有：a 轮齿折断 b齿面点蚀 c齿面胶合 d齿面磨损 e齿面塑性变形。
齿轮传动设计时，软齿面闭式传动常因齿面点蚀而失效，故通常先按齿面接触强度设计公式确定传动的尺寸，然后验算轮齿弯曲强度。．
7. 齿向载荷分布系数K β的物理意义是什么？改善齿向载荷分布不均匀状况的措施有哪些？
K β的物理意义——考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿应力的影响系数。(2分)
措施： 1) 齿轮的制造和安装精度↑2) 轴、轴承及机体的刚度↑3) 齿轮在轴上的布置——合理选择
4) 轮齿的宽度——设计时合理选择5) 采用软齿面——通过跑合使载荷均匀6) 硬齿面齿轮——将齿端修薄、
或做成鼓
形齿
7) 齿轮要布置在远离转矩输入端的位置。
8. 试述齿轮传动的设计准则
（1）软齿面闭式齿轮传动：通常先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。
（2）硬齿面式齿轮传动：通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。
（3）高速重载齿轮传动，还可能出现齿面胶合，故需校核齿面胶合强度。
（4）开式齿轮传动：目前多是按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并考虑磨损的影响将模数适当增大（加大10~15%）。
9．给出滚动轴承的当量静载荷P0的定义。
当量静载荷是一个假想载荷，其作用方向与基本额定静负荷相同，而在当量静载荷作用下，轴承的受载最大滚动体与滚道接触处的塑性变形总量与实际载荷作用下的塑性变形总量相同。
10．同滚动轴承相比，液体摩擦滑动轴承有哪些特点？
1) 在高速重载下能正常工作，寿命长；2) 精度高；滚动轴承工作一段时间后，旋转精度↓
3) 滑动轴承可以做成剖分式的 — 能满足特殊结构需要。如曲轴上的轴承；
4) 液体摩擦轴承具有很好的缓冲和阻尼作用，可以吸收震动，缓和冲击。
5) 滑动轴承的径向尺寸比滚动轴承的小。6) 起动摩擦阻力较大。
11．在一些基本假设条件下，流体形成动压的必要条件是什么？
1) 流体必须流经收敛间隙, 而且间隙倾角越大则产生的油膜压力越大。
2) 流体必须有足够的速度；3) 流体必须是粘性流体。
12. 简述磨损的概念和零件的磨损过程。
答：运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移，即形成磨损。零件的磨损过程大致可分为磨合阶段、稳定磨损阶段及剧烈磨损阶段。
13. 简述机器的组成及各部分的功能。
答：原动机部分：驱动整部机器完成预定功能的动力源。执行部分：完成机器预定功能的组成部分。
传动部分：把原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数部分。
14. 轴毂连接可分为静连接和动连接，其失效形式和计算准则有何不同?
答：静连接的主要失效形式是工作面被压溃，通常按工作面的挤压应力进行强度校核计算。动连接的主要失效形式是工作面的过度磨损，通常按工作上的压力进行条件性的强度校核。
15. 当带传动功率一定时，带速对传动的影响如何？ 常用范围是多少？
答：当带传动功率一定时，提高带速可以降低带传动的有效拉力，相应地减少带的根数或V 带的横截面积，总体上减少带传动的尺寸；但是，提高带速，也提高了V 带离心应力，增加了单位时间内带的循环次数，不利于提高带传动的疲劳强度和寿命。常用范围υ=5~25m /s
16. 何谓流体动力润滑？实现流体动力润滑的条件有哪些？
答：两个作相对运动物体的摩擦表面，用借助于相对速度而产生的粘性液体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷，称为流体动力润滑。
17. 带传动工作时，带中的应力有哪些？最大应力是多少？
1b 1c 答：有拉应力、弯曲应力、离心拉应力。最大应力发生在带的紧边绕入小带轮处，max
18．简述带传动中，打滑、弹性滑动的含义。
若带所需传递的圆周力超过带与轮面间的极限摩擦力总和时，带与带轮将发生显著的相对滑动，这种现象称为打滑。这种由于材料的弹性变形而产生的滑动称为弹性滑动。
19．试说明滚动轴承代号6308的含义。6─深沟球轴承3─中系列08─内径d=40mm
公差等级为0级游隙组为0组。
20．简述联轴器的分类及各自的特点。联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器。刚性联轴器又分为固定式和可移式。固定式刚性联轴器不能补偿两轴的相对位移。可移式刚性联轴器能补偿两轴的相对位移。弹性联轴器包含弹性元件，能补偿两轴的相对位移，并具有吸收振动和缓和冲击的能力。
21．常用的螺纹紧固件有哪些？常用的螺纹紧固件品种很多，包括螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母、垫圈等。
22．简述链传动的主要优点。
与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的传动比；需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，结构紧凑；能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作；安装精度要求较低 中心矩较大时其传动结构简单。
23、 简述螺纹联接的基本类型主要有哪四种？螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接、紧定螺钉联接。
24 提高螺栓联接强度的措施有哪些？降低螺栓总拉伸载荷的变化范围；改善螺纹牙间的载荷分布；减小应力集中；避免或减小附加应力。
25 闭式蜗杆传动的功率损耗主要包括哪三部分？闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分：轮齿啮合的功率损耗，轴承中摩擦损耗和搅动箱体内润滑油的油阻损耗。
26、简述带传动的优点？适于中心矩较大的场合； 带具有良好的扰性，可缓和冲击、吸收振动；
过载时带与带轮间会出现打滑，打滑虽使传动失效，当可防止损坏其他零件；结构简单、成本低廉；
27、链传动的主要失效形式有哪些？
链板疲劳破坏；滚子套筒的冲击疲劳破坏；销轴与套筒的胶合；链条铰链磨损；过载拉断。
28、滚动轴承的基本类型有哪些？调心球轴承、调心滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承、深沟球轴承、角接触球轴承、推力圆柱滚子轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承等
29、简述为什么开式齿轮传动一般不会出现点蚀现象？ σ≈σ+σ+σ
答：因为在开式齿轮传动中，磨粒磨损的速度比产生点蚀的速度还快，在点蚀形成之前，齿面的材料已经被磨掉，
故而一般不会出现点蚀现象。
30、 对于滚动轴承的轴系固定方式，请解释什么叫“两端固定支承”？
答：两端固定支承即为轴上的两个轴承中，一个轴承的固定限制轴向一个方向的串动，另一个轴承的固定限制轴向
另一个方向的串动，两个轴承的固定共同限制轴的双向串动。
31简述形成稳定动压油膜的条件？
答：1）两摩擦表面之间必须能够形成收敛的楔形间隙；2）两摩擦表面之间必须有充足的、具有一定粘度的润滑油；
3）两摩擦表面之间必须有足够的相对运动速度。
32 解释名词； 滚动轴承的寿命； 滚动轴承的基本额定动载荷。
答：1）滚动轴承的寿命即滚动轴承中内、外圈滚道以及滚动体，任一元件出现疲劳点蚀之前，两套圈之间的相对运转总转数。也可用恒定转速下的运转小时数表示；
62）基本额定动载荷即基本额定寿命为10转时，轴承所能承受的最大载荷。
33 画图表示机械零件的正常磨损过程，并指出正常磨损过程通常经历哪几个磨损阶段？
答：主要经历三个阶段：磨合磨损阶段；稳定磨损阶段；剧烈磨损阶段。
34、简述Miner 法则（即疲劳损伤线性累积假说）的内容。
答：在规律性变幅循环应力作用下，各应力对材料造成的损伤是独立进行的，并可以线性地累积成总损伤，当各应
力的寿命损伤率之和等于1时，材料将会发生疲劳。
35、简述齿向载荷分布系数K β和齿间载荷分配系数K α分别考虑的是什么因素对齿轮所受载荷的影响？ 答：系数K 考虑的是载荷沿齿向分布不均匀性对齿轮轮齿所受载荷的影响； 系数K α考虑的是载荷在同时啮合β
的齿对之间分配不均对齿轮轮齿所受载荷的影响。
36、 试分析张紧力F 0对带传动正反两方面的影响。
答：张紧力F 0越大，则带传动的承载能力就越大，但同时带中所受的拉应力也越大，从而 降低带的寿命；张紧力越小，虽
可减小带中的拉应力，提高带的寿命，但带传动的承载能力会降低。
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