机械设计期末试卷及答案1.doc

1、1中 原 工 学 院2003 2004 学 年 第 一 学 期机 械 制 造 及 自 动 化 专 业 机 械 设 计 课 程 期 末 试 卷专 业 _班 级 _姓 名 _学 号 _题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 总 分一、是非题(用“”表示正确，“”表示错误填在题末的括号中)。(本大题共 10小题，每小题 1分，总计 10分)1、 受静载荷作用的零件只能产生静应力，受变载荷作用的零件才能产生变应力。 （ ）2、 受交变横向载荷作用的普通螺栓联接，在正常工作时螺栓杆所受到的拉力不变。 （ ）3、 为了使V带的工作侧面能与V带轮轮槽的工作侧面紧紧贴合，因为V 带 的 剖面楔角为40，因

2、而V带轮轮槽角也相应为40 。 （ ）4、 为 了 避 免 带 打 滑 ， 可 将 带 轮 上 与 带 接 触 的 表 面 加 工 得 粗 糙 些 以 增 大 摩 擦 。 （ ）5、 对 轮 齿 沿 齿 宽 作 适 当 的 修 形 （ 鼓 形 齿 ） ， 可 以 大 大 改 善 载 荷 沿 接 触 线 分 布 不 均 匀 的 现 象 。（ ）6、 齿 面 点 蚀 是 润 滑 良 好 的 软 齿 面 闭 式 齿 轮 传 动 常 见 的 失 效 形 式 。 （ ）7、 直 齿 圆 锥 齿 轮 的 强 度 计 算 中 ， 通 常 近 似 地 以 大 端 分 度 圆 处 的 当 量 圆 柱 齿 轮 来

3、 代 替 圆 锥 齿 轮 进行 强 度 计 算 。 （ ）8、 与齿轮传动的变位方法相类似，不仅可以对蜗杆进行变位加工，而且也可以对蜗轮进行变位加工。（ ）9、 某45钢轴的刚度不足，可以采取改用40Cr合金钢措施来提高其刚度。 （ ）10、滚动轴承的基本额定寿命是指一组轴承中10%的轴承发生疲劳破坏，而90%的轴承不发生疲劳破坏前的转数（以10 6为单位）或工作小时数。 （ ）二、选择题(将正确的代码 A、B、C、D 填入横线上方的空格处)。(本大题共 15小题，每小题 1.5分，总计 15分)21零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之_ _。 A. 增高 B. 降低 C.

4、 不变 D. 有时增高，有时降低2 对 于 联 接 用 螺 纹 ， 主 要 要 求 联 接 可 靠 ， 自 锁 性 能 好 ， 故 常 选 用 _ _。A 升 角 小 ， 单 线 三 角 形 螺 纹 B 升 角 大 ， 双 线 三 角 形 螺 纹C. 升 角 小 ， 单 线 梯 形 螺 纹 D 升 角 大 ， 双 线 矩 形 螺 纹3. 设计键联接时，有以下主要内容：按使用要求选择键的类型；对键联接进行必要的强度校核计算；按轴径选择键的剖面尺寸；按轮毂宽度选择键的长度。在具体设计时，一般的顺序为 。A. ； B.； C. ； D. 4 选 取 V 带 型 号 ， 主 要 取 决 于 _。A 带

5、 传 递 的 功 率 和 小 带 轮 转 速 B 带 的 线 速 度C. 带 的 紧 边 拉 力 D 带 的 松 边 拉 力5 带 传 动 不 能 保 证 准 确 的 传 动 比 ， 其 原 因 是 _。A.带 容 易 变 形 和 磨 损 B.带 传 动 工 作 时 由 拉 力 的 变 化 而 引 起 的 弹 性 滑 动C.带 在 带 轮 上 出 现 打 滑 D.带 的 弹 性 变 形 不 符 合 虎 克 定 律6. 轮 齿 弯 曲 强 度 计 算 中 的 齿 形 系 数 与 无 关 。FaYA 齿 数 B 变 位 系 数z xC 模 数 D 斜 齿 轮 的 螺 旋 角m7. 按 齿 根 弯

6、曲 疲 劳 强 度 设 计 公 式 ：mm 计 算 齿 轮 传 动 的 模 数 时 ， 其 公321FSadYzKTm式 中 应 代 入 ： 。FSaYA. 小齿轮的 B. 与 中 的 较 大 值1FSa 1FSaY2FSaC. 大 齿轮的 ； D. 与 中 的 较 小 值2FSaY1FSa2FSa8. 对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是为了防止温升过高而导致 。A.材料的力学性能下降； B .润滑油变质；C.蜗杆受热变形过大； D.润滑条件恶化。9. 按弯扭合成强度条件计算轴的应力时，公式中折合系数是考虑 。A.材料抗弯与抗扭的性能不同； B .弯曲应力和扭转切应力的循环特性不同；C

7、.轴的结构设计要求； D.强度理论的要求。10. 下 列 四 种 轴 承 中 ， 必 须 成 对 使 用 是 。A. 圆 锥 滚 子 轴 承 ； B. 深 沟 球 轴 承 ； C.推 力 球 轴 承 ； D.圆 柱 滚 子 轴 承 3三、计算题(本大题共小题，每小题各 15分，共计 45分)1.某零件用 40Cr钢制成，材料的力学性能为： S=800MPa， -1=480MPa， =0.2。零件弯曲疲劳极限的综合影响系数 K=1.5。已知作用在零件上的工作应力： max=450MPa， min=150MPa，应力循环特性 常数，试求：r绘制出该零件的极限应力简图；在所绘制的零件极限应力简图中，

8、标出零件的工作应力点 ，加载应力变化线以及极限应力M点 ；1M用图解法确定该零件的极限应力的平均应力 me和应力幅 ae以及计算安全系数 Sca；用计算法确定该零件的计算安全系数 Sca。若许用安全系数为S=1.3，问该零件是否满足强度要求。2.如 下 图 所 示 为 一 个 铸 铁 托 架 ， 用 四 个 普 通 螺 栓 固 定 在 铸 钢 立 柱 上 ， 已 知W=1000N， L=700mm， L1=300mm， 接 触 面 间 的 摩 擦 系 数 f=0.2， 螺 栓 的 许 用 拉 应 力 =50MPa， 防 滑 系 数 KS=1.3。 试 确 定 螺 栓 所 需 要 的 公 称 直

9、 径 d。普 通 螺 纹 基 本 尺 寸 （ GB19681）d d112 10.10614 11.83516 13.83518 15.29620 17.29424 20.7523一 工 程 机 械 传 动 装 置 中 的 轴 ， 采 用 一 对 圆 锥 滚 子 轴 承 支 承 ， 背 靠 背 的 反 装 (如 题 图 所 示 )， 已 知 作 用 于 轴 上 的 径 向 力 Fr 9000N， 轴 向 力 Fa 1200N， 其 方 向 和 作 用 位 置 如图 所 示 ， 运 转 中 受 轻 微 冲 击 （ fP 1.2） ， 常 温 下 工 作 （ ft 1） ， 试 求 ：4(1)轴承

10、所受的径向载荷 R1 ，R 2 ；(2)轴承派生的内部轴向载荷S1，S 2，并在图中画出其方向；(3)轴承所受的轴向载荷 A1 ， A2 ；(4)轴承所受的当量动载荷 P1 ，P 2。 四 .传 动 零 件 受 力 分 析 题 （ 本 题 15 分 ）下 图 为 一 直 齿 圆 锥 齿 轮 斜 齿 圆 柱 齿 轮 蜗 杆 蜗 轮 三 级 传 动 。 已 知 圆 锥 齿 轮 1 为主 动 件 ， 转 向 如 图 所 示 。 试 在 下 图 中 标 出 ： 各 轮 的 转 向 ； 欲 使 轴 、 轴 上 轴 承 所 受 的轴 向 力 为 最 小 时 ， 斜 齿 圆 柱 齿 轮 和 蜗 杆 蜗 轮

11、的 旋 向 （ 要 求 画 出 并 用 文 字 标 出 他 们 的 旋 向 ） ； 各 轮 在 啮 合 点 处 的 诸 分 力 （ Ft、 Fr、 Fa） 的 方 向 。轴 轴 轴 轴 n1斜 齿 轮 3（ 旋 ） 蜗 轮 6（ 旋 ）斜 齿 轮 4（ 旋 ）锥 齿 轮 锥 齿 轮 2蜗 杆 5（ 旋 ）五 .轴 系 零 件 结 构 改 错 （ 本 题 15 分 ）下图为一齿轮减速器部分装配图，试指出结构不合理及错误所在（不考虑圆角和铸造斜度以及不计重复错误，指出十处或十处以上错误者满分）。例如：精加工面过长且装拆轴承不便。按上述范例在图中标出结构不合理及错误所在，并用文字说明原因（如果不说明

12、原因不给分）。表 16-12 30000轴 承 当 量 动 载 荷 的 X、 Y值A/R e A/R e eX 1 Y 0 X 0.4 Y 1.6 0.37轴承派生的内部轴向力：SR/（2Y ） 2=9Lm轴 承 轴 承题 3.图5精 加 工 面 过 长且 装 拆 轴 承 不 便中 原 工 学 院2003 2004 学 年 第 一 学 期机 械 制 造 及 自 动 化 专 业 机 械 设 计 课 程 期 末 试 卷 （ 答 案 ）一、是非题(用“”表示正确，“”表示错误填在题末的括号中)。(本大题共 10小题，每小题 1分，总计 10分)1、 受静载荷作用的零件只能产生静应力，受变载荷作用的零

13、件才能产生变应力。 （ ）2、 受交变横向载荷作用的普通螺栓联接，在正常工作时螺栓杆所受到的拉力不变。 （ ）3、 为了使V带的工作侧面能与V带轮轮槽的工作侧面紧紧贴合，因为V 带 的 剖面楔角为40，因而V带轮轮槽角也相应为40 。 （ ）4、 为 了 避 免 带 打 滑 ， 可 将 带 轮 上 与 带 接 触 的 表 面 加 工 得 粗 糙 些 以 增 大 摩 擦 。 （ ）5、 对 轮 齿 沿 齿 宽 作 适 当 的 修 形 （ 鼓 形 齿 ） ， 可 以 大 大 改 善 载 荷 沿 接 触 线 分 布 不 均 匀 的 现 象 。（ ）6、 齿 面 点 蚀 是 润 滑 良 好 的 软 齿

14、 面 闭 式 齿 轮 传 动 常 见 的 失 效 形 式 。 （ ）7、 直 齿 圆 锥 齿 轮 的 强 度 计 算 中 ， 通 常 近 似 地 以 大 端 分 度 圆 处 的 当 量 圆 柱 齿 轮 来 代 替 圆 锥 齿 轮 进行 强 度 计 算 。 （ ）8、 与齿轮传动的变位方法相类似，不仅可以对蜗杆进行变位加工，而且也可以对蜗轮进行变位加工。（ 6）9、 某45钢轴的刚度不足，可以采取改用40Cr合金钢措施来提高其刚度。 （ ）10、滚动轴承的基本额定寿命是指一组轴承中10%的轴承发生疲劳破坏，而90%的轴承不发生疲劳破坏前的转数（以10 6为单位）或工作小时数。 （ ）二、选择题(

15、将正确的代码 A、B、C、D 填入横线上方的空格处)。(本大题共 15小题，每小题 1.5分，总计 15分)1零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之_ B _。 A. 增高 B. 降低 C. 不变 D. 有时增高，有时降低2 对 于 联 接 用 螺 纹 ， 主 要 要 求 联 接 可 靠 ， 自 锁 性 能 好 ， 故 常 选 用 _ A _。A 升 角 小 ， 单 线 三 角 形 螺 纹 B 升 角 大 ， 双 线 三 角 形 螺 纹C. 升 角 小 ， 单 线 梯 形 螺 纹 D 升 角 大 ， 双 线 矩 形 螺 纹3. 设计键联接时，有以下主要内容：按使用要求选择键的

16、类型；对键联接进行必要的强度校核计算；按轴径选择键的剖面尺寸；按轮毂宽度选择键的长度。在具体设计时，一般的顺序为 C 。A. ； B.； C. ； D. 4 选 取 V 带 型 号 ， 主 要 取 决 于 _ D _。A 带 的 松 边 拉 力 B 带 的 线 速 度C. 带 的 紧 边 拉 力 D 带 传 递 的 功 率 和 小 带 轮 转 速5 带 传 动 不 能 保 证 准 确 的 传 动 比 ， 其 原 因 是 _B_。A.带 容 易 变 形 和 磨 损 B.带 传 动 工 作 时 由 拉 力 的 变 化 而 引 起 的 弹 性 滑 动C.带 在 带 轮 上 出 现 打 滑 D.带 的

17、 弹 性 变 形 不 符 合 虎 克 定 律6. 轮 齿 弯 曲 强 度 计 算 中 的 齿 形 系 数 与 C 无 关 。FaYA 齿 数 B 变 位 系 数z xC 模 数 D 斜 齿 轮 的 螺 旋 角m7. 按 齿 根 弯 曲 疲 劳 强 度 设 计 公 式 ：mm 计 算 齿 轮 传 动 的 模 数 时 ， 其 公321FSadYzKTm式 中 应 代 入 ： B 。FSaYA. 小齿轮的 B. 与 中 的 较 大 值1FSa 1FSaY2FSaC. 大 齿轮的 ； D. 与 中 的 较 小 值2FSaY1FSa2FSa78. 对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是为了防止温升过

18、高而导致 D 。A.材料的力学性能下降； B .润滑油变质；C.蜗杆受热变形过大； D.润滑条件恶化。9. 按弯扭合成强度条件计算轴的应力时，公式中折合系数是考虑 C 。A.材料抗弯与抗扭的性能不同； B . 轴的结构设计要求；C. 弯曲应力和扭转切应力的循环特性不同； D.强度理论的要求。10. 下 列 四 种 轴 承 中 ， 必 须 成 对 使 用 是 A 。A. 圆 锥 滚 子 轴 承 ； B. 深 沟 球 轴 承 ； C.推 力 球 轴 承 ； D.圆 柱 滚 子 轴 承 三、计算题(本大题共小题，每小题各 15分，共计 45分)1.某零件用 40Cr钢制成，材料的力学性能为： S=8

19、00MPa， -1=480MPa， =0.2。零件弯曲疲劳极限的综合影响系数 K=1.5。已知作用在零件上的工作应力： max=450MPa， min=150MPa，应力循环特性 常数，试求：r绘制出该零件的极限应力简图；（4 分）在所绘制的零件极限应力简图中，标出零件的工作应力点 ，加载应力变化线以及极限应力M点 ；（4 分）1M用图解法确定该零件的极限应力的平均应力 me和应力幅 ae以及计算安全系数 Sca；4分用计算法确定该零件的计算安全系数 Sca。（2 分）若许用安全系数为S=1.3，问该零件是否满足强度要求。（1 分）解：(1) ； MPa012 802.140在零件的极限应力简

20、图中，各点坐标为：A（0， ）=A（0，320）；B （ ， ）=（400，266.7）；C （ S，0）=（800，0）K120K或 G =Gss1, 15.246,8.32.05148,.51. OC(8,)(3)MG6m a8（2） m=（ max+ min）/2=（450+150）/2=300MPa， a=（ max- min）/2=（450-150）/2=150MPa工作应力点 ，加载应力变化线以及极限应力点 如图所示M1M（3）由图可量的极限应力点 M的平均应力 me=505.26MPa，应力幅 ae=252.63MPa极限应力点 M的疲劳极限 rM= me+ ae=757.89M

21、Pa计算安全系数 Sca= rM/ max=757.89/450=1.684（4） 684.1302.15.481 macaK（5）S ca=1.6841.3, 该零件能满足强度要求。2.如 下 图 所 示 为 一 个 铸 铁 托 架 ， 用 四 个 普 通 螺 栓 固 定 在 铸 钢 立 柱 上 ， 已 知W=1000N， L=700mm， L1=300mm， 接 触 面 间 的 摩 擦 系 数 f=0.2， 螺 栓 的 许 用 拉 应 力 =50MPa， 防 滑 系 数 KS=1.3。 试 确 定 螺 栓 所 需 要 的 公 称 直 径 d。d 12 14 16 18 20 24普 通 螺

22、 纹 基 本 尺 寸（ GB19681） d1 10.106 11.835 13.835 15.296 17.294 20.752WT=LR2W3R14W解：（1）将 W 向 O 点平移得：W=W=1000N； T=WL=1000700=7105（Nmm）；(2 分)（2）在 W作用下：R 1W= R2W= R3W= R4W=W/Z=1000/4=250（N），方向如图所示；在 T作用下：R 1T= R2T= R3T= R4T= (N），方向如图所示；96.8243021751ZL9由受力图可知，在 W和 T 共同作用下，以螺栓 2、3 联接处所受的横向载荷为最大，即为：15cos2232 T

23、WTWRR（N） （7 分）2.0796.845096.8450 （3）由螺栓 2 或螺栓 3 处联接不滑移的条件得：Q pfZm=KSR2 ， （N） （3 分）8.12731fZmKQSp（4）由螺栓杆强度条件得： （mm ）795.401.3.65.1 pd故应选择 M18 的普通螺栓，d 1=15.29614.795 （3 分）3一 工 程 机 械 传 动 装 置 中 的 轴 ， 采 用 一 对 圆 锥 滚 子 轴 承 支 承 ， 背 靠 背 的 反 装 (如 题 图所 示 )， 已 知 作 用 于 轴 上 的 径 向 力 Fr 9000N， 轴 向 力 Fa 1200N， 其 方 向

24、 和 作 用 位 置 如 图 所 示 ，运 转 中 受 轻 微 冲 击 （ fP 1.2） ， 常 温 下 工 作 （ ft 1） ， 试 求 ：(1)轴承所受的径向载荷 R1 ，R 2 ；(2)轴承派生的内部轴向载荷S1，S 2，并在图中画出其方向；(3)轴承所受的轴向载荷 A1 ， A2 ；(4)轴承所受的当量动载荷 P1 ，P 2。 解 ： (1)R1 FrL2/(L1 L2) 9000260/(190 260) 5200N，R2 FrL1/(L1 L2) 9000190/(190 260) 3800N； (3 分 )(2)S1 R1/（ 2Y） 5200/（ 21.6） =1625N，

25、S2 R2/(2Y) 3800/(21.6)=1187.5N， 其 方 向 如 图 所 示 ； (3 分 )(3) Fa S2 1200 1187.5 2387.5 S1 1625， 轴 有 向 右 窜 动故 ： 轴 承 1 为 压 紧 端 ， A1 Fa S2 1200 1187.5 2387.5N，轴 承 2 为 放 松 端 ， A2 S2 1187.5N (3 分 )(4)计 算 轴 承 1、 2 的 当 量 动 载 荷 ：轴 承 1:A1 R1 2387.5 5200 0.459 0.37=e， 故 ： X1 0.4、 Y1 1.6；P1 fp(X1Rl Y1A1) 1.2（ 0.45

26、200+1.62387.5） 7080 N轴 承 2:表 16-12 30000轴 承 当 量 动 载 荷 的 X、 Y值A/R e A/R e eX 1 Y 0 X 0.4 Y 1.6 0.37轴承派生的内部轴向力：SR/（2Y ）=9m轴 承 轴 承题 3.图10A2 R2 1187.5 3800 0.3125 0.37=e， 故 ： X2 1、 Y2 0；P2 fp(X2R2 Y2A2) 1.2（ 13800+01187.5） 4560 N (6 分 )S2S1=6R9Lm轴 承轴 承四 .传 动 零 件 受 力 分 析 题 （ 本 题 15 分 ）下 图 为 一 直 齿 圆 锥 齿 轮

27、 斜 齿 圆 柱 齿 轮 蜗 杆 蜗 轮 三 级 传 动 。 已 知 圆 锥 齿 轮 1 为主 动 件 ， 转 向 如 图 所 示 。 试 在 下 图 中 标 出 ： 各 轮 的 转 向 ； 欲 使 轴 、 轴 上 轴 承 所 受 的轴 向 力 为 最 小 时 ， 斜 齿 圆 柱 齿 轮 和 蜗 杆 蜗 轮 的 旋 向 （ 要 求 画 出 并 用 文 字 标 出 他 们 的 旋 向 ） ； 各 轮 在 啮 合 点 处 的 诸 分 力 （ Ft、 Fr、 Fa） 的 方 向 。 Ft6a54a3F21rrrtt n6n5n42轴 轴 轴 轴 斜 齿 轮 （ 左 旋 ） 蜗 轮 （ 右 旋 ）斜

28、齿 轮 （ 右 旋 ）锥 齿 轮 锥 齿 轮 蜗 杆 （ 右 旋 ）五 .轴 系 零 件 结 构 改 错 （ 本 题 15 分 ）下图为一齿轮减速器部分装配图，试指出结构不合理及错误所在（不考虑圆角和铸造斜度以及不计重复错误，指出十处或八处以上错误者满分）。例如：精加工面过长且装拆轴承不便。按上述范例在图中标出结构不合理及错误所在，并用文字说明原因（如果不说明原因不给分）。 61098763542 精 加 工 面 过 长且 装 拆 轴 承 不 便 3解 ：1.安 装 轮 毂 的 第 一 段 轴 应 制 有 定 位 轴 肩 ； 2.键 槽 过 长 安 装 上 的 键 与 轴 承 端 盖 干 涉 （ 相 碰 ） ；113.轴 承 端 盖 的 加 工 面 与 非 加 工 面 没 有 区 分 开 ； 4.在 轴 与 轴 承 端 盖 孔 之 间 缺 少 密 封 圈 ；5.在 轴 与 轴 承 端 盖 孔 之 间 应 留 有 间 隙 ； 6.在 轴 承 端 盖 与 箱 体 轴 承 孔 端 面 缺 少 调 整 垫 片 ；7.在 轴 与 齿 轮 孔 间 缺 少 周 向 定 位 的 键 联 接 ； 8.套 筒 顶 不 住 齿 轮 （ 过 定 位 ）9. 套 筒 过 高 ， 轴 承 无 法 拆 卸 ； 10.轴 承 安 装 反 了 ； 11.轴 过 长 且 与 轴 承 端 盖 相 碰 。