1、1中 原 工 学 院2004 2005 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、断裂和塑性变形、过大的弹性变形、工作表面的过度磨损或损伤、发生强烈的振动、联接的松弛、摩擦传动的打滑等都是零件的失效形式。 （ ）2、用于紧固联接的螺纹不仅自锁性要好，而且传动的效率也要高。 （ ）3、受交变横向载荷作用的普通螺栓组联接，在正常
2、工作时螺栓杆所受到的拉力不变。 （ ）4、对于受转矩作用的普通螺栓组联接，各螺栓杆将受到不等的剪力作用，且其剪力的大小与螺栓杆轴线到螺栓组联接的转动中心之距离成正比。 （ ）5、带传动的弹性滑动将引起在主动带轮上带的速度要逐渐迟后于主动带轮轮缘的速度，在从动带轮上带的速度要逐渐超前于从动带轮轮缘的速度。 （ ）6、为了避免带的弯曲应力过大，在设计带传动时需要限制小带轮的基准直径。 （ ）7、带传动和渐开线齿轮传动都能实现定角速比传动。 （ ）8、在闭式齿轮传动中，齿面磨损是其齿轮的主要失效形式。 （ ）9、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
3、算。 （ ）10、为了保证圆柱蜗杆传动良好的磨合（跑合）和耐磨性，通常采用钢制蜗杆与铜合金蜗轮。2（ ）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 10 小题，每小题 1 分，总计 10 分）1、下列四种叙述中，_ _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变应力由变载荷产生，也可能由静载荷产生2、右图为某齿轮传动装置，轮 1 为主动轮且转向不变，则轮 2 的齿根弯曲应力按 变化。A对称循环 B脉动循环C应力比 r0.5 的循环D应力比 r+1 的循环3、螺纹联接是一种 。A可拆联接； B不可拆联接；C动联接； D过
4、盈联联接4、 某一轴、毂采用普通圆头平键联接，已知轴的直径d=60mm，键的尺寸为bhl=181180（单位mm），轴的许用挤压应力为： p=100Mpa，毂的许用挤压应力为：p=70Mpa，则该轴、毂联接所能传递的最大转矩T为： 。AT max=716.1Nm； BT max=924Nm； CT max=1432.2Nm； DT max=1618.1Nm5、 V 带 型 号 的 选 择 是 根 据 。A小带轮上的功率 P1和转速 n1； B大带轮上的功率 P2和转速 n2；C小带轮上的转矩 T1和转速 n1； D大带轮上的转矩 T2和转速 n26、 带 传 动 在 工 作 时 ， 假 定 小
5、 带 轮 为 主 动 轮 ， 则 带 内 应 力 的 最 大 值 发 生 在 带 。A进 入 大 带 轮 处 B紧 边 进 入 小 带 轮 处C离 开 大 带 轮 处 D离 开 小 带 轮 处7、 在 下 列 各 对 齿 轮 的 配 对 材 料 中 ， 有 几 组 方 案 是 合 理 的 。 答 ： 。配 对 方 案 6小 齿 轮 的 材 料和 热 处 理 方 案 HT200-40040Cr调 质20Cr， 表 面渗 碳 淬 火20Cr， 表 面高 频 淬 火45调 质40Cr， 表 面渗 碳 淬 火大 齿 轮 的 材 料和 热 处 理 方 案45常 化45调 质40Cr调 质40Cr调 质4
6、5常 化45调 质A2 组； B3 组； C4 组； D5 组8、 一 对 软 齿 面 闭 式 齿 轮 传 动 ， 若 要 提 高 其 接 触 强 度 ， 可 采 取 方 法 。A在中心距 a 和齿数比 u 不变的条件下增大齿数 z1；B在中心距 a 和齿数比 u 不变的条件下增大模数 m；3C在齿数比 u 不变的条件下增大中心距 a；D在齿数比 u 不变的条件下减小中心距 a9、 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强度理论的要求；C轴的结构设计要求； D弯曲应力和扭转切应力的循环特性不同10、在下列轴承中，只 能 承 受 径 向 载 荷
7、 的 轴 承 是 。A深 沟 球 轴 承 B调 心 球 轴 承 C调 心 滚 子 轴 承 D圆 柱 滚 子 轴 承三、填空题（本大题共 5 小题，每小题 2 分，总计 10 分）1、 普 通 螺 纹 因 牙 形 角 大 而 ，故常用于联接；而梯形螺纹效率高，故常用于 。2、 设计键联接时，先根据键联接的结构特点、使用要求和工作条件选择键的类型；再按 选择键的 ，由轮毂宽度和工作条件选择键的长度；最后对键联接进行必要的强度校核计算。3、 带 传 动 的 失 效 形 式 有 ： _ 和 _。4、 在轮齿弯曲强度计算中，齿形系数 YFa 的大小与 、变位系数 、斜齿轮的螺旋角 和分度圆上压力角 有x
8、关，而与 无关。5、 左图所示为一卷扬机传动系统。根据轴的分类，其中轴为 ，轴为 。四、计算题（本大题共 3 小题，第 1 小题 15 分、第 2 小题10 分，第 3 小题 20 分，共计 45 分）1.某零件用 40Cr 钢制成，材料的力学性能为： -1=480MPa， S=800MPa， =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，应力比 常数；试求：r绘制出该零件的极限应力简图；且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 ；（9 分）1M用图解法确定该零件的极限应力的平均应力 me、应力
9、幅 ae和极限应力点 M的疲劳极限 rM并用其结果计算该零件的计算安全系数 Sca；（4 分）用计算法确定该零件的计算安全系数 Sca。（2 分）42.一方形盖板用 4 个螺栓与箱体联接，盖板中心 O 点的吊环受拉力 F=10kN。现要求：(1) 设工作载荷有变化，取残余预紧力 F1为工作拉力 F 的 0.6 倍，试计算每个螺栓的总拉力 F2；(2)如因制造误差，吊环由 O 点移至点 O（见图 1012)， mm，试计算受力最大的螺栓的总拉力52F2max。（满分 10 分）53.一 工 程 机 械 传 动 装 置 中 的 锥 齿 轮 轴 ， 采 用 一 对 30207 圆 锥 滚 子 轴 承
10、 （ 基 本 额 定 动 载 荷Cr=54.2kN， 基 本 额 静 动 载 荷 Cr0=63.5kN） 支 承 ， 背 靠 背 的 反 装 （ 如 图 所 示 ） 。 已 知 作 用 于锥 齿 轮 上 的 径 向 力 Fre 5000N， 轴向 力 Fae 1000N， 其 方 向 和 作 用 位 置如 图 所 示 。 轴 的 转 速n1=1450r/min， 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Fr1，F r2；（2）轴承 1、2 派生轴向力Fd1，F d2，并在图中画出其方向；（3）轴承所受的轴向载
11、荷Fa1， Fa2；（4）轴承所受的当量动载荷P1，P 2。（5）轴承的额定寿命 Lh1，L h2（每小问满分 4分）30207E轴 承 当 量 动 载 荷 的 X、 Y值 （ GB/T297-94）Fa/Fre Fa/Fr e eX 1 Y 0 X 0.4 Y 1.6 0.37轴承派生轴向力：F dF r/（2Y）轴 承mL=轴 承 题 .图6五 传 动 零 件 受 力 分 析 题 （ 本 题 10 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
12、 中 标 出 ： 各 轮 的 转 向 ； （ 2 分 ） 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 ） ； （ 4 分 ） 各 轮 在 啮 合 点 处 的 诸 分 力 （ Ft、 Fr、 Fa） 的 方 向 。 （ 4 分 ）蜗 轮 （ 旋 ）轴 斜 齿 轮 4（ 旋 ）轴 轴 轴 n1斜 齿 轮 3（ 旋 ） 锥 齿 轮锥 齿 轮 2蜗 杆 5（ 旋 ）六 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，
13、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，指出十处错误者满分，每指出一处得1.5分）。例如：精加工面过长且装拆轴承不便。7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）。 精 加 工 面 过 长且 装 拆 轴 承 不 便中 原 工 学 院2004 2005 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、断裂和塑性变形、过大的弹性变形、工作表面
14、的过度磨损或损伤、发生强烈的振动、联接的松弛、摩擦传动的打滑等都是零件的失效形式。 （ ）2、用于紧固联接的螺纹不仅自锁性要好，而且传动的效率也要高。 （ ）3、受交变横向载荷作用的普通螺栓组联接，在正常工作时螺栓杆所受到的拉力不变。（ ）4、对于受转矩作用的普通螺栓组联接，各螺栓杆将受到不等的剪力作用，且其剪力的大小与螺栓杆轴线到螺栓组联接的转动中心之距离成正比。 （ ）5、带传动的弹性滑动将引起在主动带轮上带的速度要逐渐迟后于主动带轮轮缘的速度，在从动带轮上带的速度要逐渐超前于从动带轮轮缘的速度。 （ ）6、为了避免带的弯曲应力过大，在设计带传动时需要限制小带轮的基准直径。 （ ）87、带
15、传动和渐开线齿轮传动都能实现定角速比传动。 （ ）8、在闭式齿轮传动中，齿面磨损是其齿轮的主要失效形式。 （ ）9、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。 （ ）10、为了保证圆柱蜗杆传动良好的磨合（跑合）和耐磨性，通常采用钢制蜗杆与铜合金蜗轮。（ ）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 10 小题，每小题 1 分，总计 10 分）1、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变应力由变载荷产生，也可能由静载荷产生2、右图为某齿轮传动
16、装置，轮 1 为主动轮且转向不变，则轮 2 的齿根弯曲应力按 A 变化。A对称循环 B脉动循环C应力比 r0.5 的循环D应力比 r+1 的循环3、螺纹联接是一种 A 。A可拆联接； B不可拆联接；C动联接； D过盈联联接4、 某一轴、毂采用普通圆头平键联接，已知轴的直径d=60mm，键的尺寸为bhl=181180（单位mm） ,轴的许用挤压应力为： p=100Mpa，毂的许用挤压应力为：p=70Mpa，则该轴、毂联接所能传递的最大转矩T为： A 。AT max=716.1Nm； BT max=924Nm； CT max=1432.2Nm； DT max=1618.1Nm5、 V 带 型 号
17、的 选 择 是 根 据 A 。A小带轮上的功率 P1和转速 n1； B大带轮上的功率 P2和转速 n2；C小带轮上的转矩 T1和转速 n1； D大带轮上的转矩 T2和转速 n26、 带 传 动 在 工 作 时 ， 假 定 小 带 轮 为 主 动 轮 ， 则 带 内 应 力 的 最 大 值 发 生 在 带 B 。A进 入 大 带 轮 处 B进 入 小 带 轮 处C离 开 大 带 轮 处 D离 开 小 带 轮 处97、 在 下 列 各 对 齿 轮 的 配 对 材 料 中 ， 有 几 组 方 案 是 合 理 的 。 答 ： B 。配 对 方 案 6小 齿 轮 的 材 料和 热 处 理 方 案 HT2
18、00-40040Cr调 质20Cr， 表 面渗 碳 淬 火20Cr， 表 面高 频 淬 火45调 质40Cr， 表 面渗 碳 淬 火大 齿 轮 的 材 料和 热 处 理 方 案45正 火45调 质40Cr调 质40Cr调 质45正 火 45， 调 质A2 组； B3 组； C4 组； D5 组8、 一 对 软 齿 面 闭 式 齿 轮 传 动 ， 若 要 提 高 其 接 触 强 度 ， 可 采 取 C 方 法 。A在中心距 a 和齿数比 u 不变的条件下增大齿数 z1；B在中心距 a 和齿数比 u 不变的条件下增大模数 m；C在齿数比 u 不变的条件下增大中心距 a；D在齿数比 u 不变的条件下
19、减小中心距 a9、 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 D 。A材料抗弯与抗扭的性能不同； B强度理论的要求；C轴的结构设计要求； D弯曲应力和扭转切应力的循环特性不同10、在下列轴承中，只 能 承 受 径 向 载 荷 的 轴 承 是 D 。A深 沟 球 轴 承 B调 心 球 轴 承 C调 心 滚 子 轴 承 D圆 柱 滚 子 轴 承三、填空题（本大题共 5 小题，每小题 2 分，总计 10 分）1、 普 通 螺 纹 因 牙 形 角 大 而 自锁性能好，故常用于联接；而梯形螺纹效率高，故常用于传动。2、 设计键联接时，先根据键联接的结构特点、使用要求和工作条件选择键的类型；
20、再按轴或毂的直径 选择键的 截面尺寸（bh） ，由轮毂宽度和工作条件选择键的长度；最后对键联接进行必要的强度校核计算。3、 带 传 动 的 失 效 形 式 有 ： 打 滑 和 带 的 疲 劳 破 坏 。4、 在轮齿弯曲强度计算中，齿形系数 YFa 的大小与 齿数 z 、变位系数 x、斜齿轮的螺旋角 和分度圆上压力角 有关，而与 模数 m 无关。5、 右图所示为一卷扬机传动系统。根据轴的分类，其中轴为 转轴 ，轴为 芯轴 。四、计算题（本大题共 3 小题，第 1 小题 15 分、第 2 小题 10 分，第 3 小题 20 分，共计 45 分）1.某零件用 40Cr 钢制成，材料的力学性能为： -
21、1=480MPa， S=800MPa， =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，应力比 常数；试求：r绘制出该零件的极限应力简图；且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 ；（9 分）1M用图解法确定该零件的极限应力的平均应力 me、应力幅 ae和极限应力点 M的疲劳极限 rM并用其结果计算该零件的计算安全系数 Sca；（4 分）用计算法确定该零件的计算安全系数 Sca。（2 分）10解：（1） ； MPa （2 分）012 802.1420在零件的极限应力简图中，各点坐标为：A（0， ）
22、=A（0，320）；B （ ， ）=（400，266.7）；C （ S，0）=（800，0）K120K或 G =G （3 分）ss, 15.246,8.2.05148,.51. （作图 2 分）m=（ max+min）/2= （450+150）/2=300MPa， a=（ max-min）/2=（450-150）/2=150MPa （1 分）工作应力点 ，加载应力变化线以及极限应力点 如图所示 （1 分）M1M（2）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=757.89MPa计算安全系数 Sca=r
23、M/max=757.89/450=1.684 （4 分）（3） （2 分）684.1302.15.481 macaKO m C(8,)(,)M7BAG112.一方形盖板用 4个螺栓与箱体联接，盖板中心 O点的吊环受拉力 F =10kN。现要求：(1)设工作载荷有变化，取残余预紧力 F1为工作拉力 F的 0.6倍，试计算每个螺栓的总拉力 F2；(2)如因制造误差，吊环由 O点移至点 O（见下图)， mm，试计算受力最大的螺栓的总拉力52F2max。（满分 10 分）解：（1） （kN ）(2 分)02.54ZF2=F1+F=1.6F=1.62.5=4（kN ）(2 分)(2)将 F 向 O点平移
24、，得：轴向外载荷 F =F =10 kN倾覆力矩 M= = =A052kN (2 分)502轴向工作拉力：由 F 引起的轴向工作拉力： （kN） (1FF 102.54Z分)由 M引起的轴向工作拉力： （kN） (1 分)35.20MoL 最大工作拉力： （kN） (1 分)max 7F 最大的螺栓的总拉力： （kN） (1 分)2a1maxax612.4.F 123.一 工 程 机 械 传 动 装 置 中 的 锥 齿轮 轴 ， 采 用 一 对 30207 圆 锥 滚 子 轴 承（ 基 本 额 定 动 载 荷 Cr=54.2kN， 基 本额 静 动 载 荷 Cr0=63.5kN） 支 承 ，
25、背 靠背 的 反 装 （ 如 图 所 示 ） 。 已 知 作 用 于锥 齿 轮 上 的 径 向 力 Fre 5000N， 轴向 力 Fae 1000N， 其 方 向 和 作 用 位 置如 图 所 示 。 轴 的 转 速n1=1450r/min， 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Fr1，F r2；（2）轴承 1、2 派生轴向力Fd1，F d2，并在图中画出其方向；（3）轴承所受的轴向载荷Fa1， Fa2；（4）轴承所受的当量动载荷 P1，P 2。（5）轴承的额定寿命 Lh1，L h2（每小问满分 4分）
26、解 ： （ 1） 由 轴 的 静 力 平 衡 条 件 得 ：Fr1 Fre（ L1 L2） 0.5dmFae /L2 5000（ 100 400） 0.52001000/400=6000（ N）Fr 2 FreL1 0.5dmFae /L2 5000100 0.52001000 /400= 1000（ N） （ 4 分 ）（ 2） Fd1 Fr1/（ 2Y） 6000/（ 21.6） =1875N，Fd2 Fr2/（ 2Y） 1000/（ 21.6） =312.5N， 其 方 向 如 图 所 示 ； （ 4 分 ）（ 3） Fae Fd2 1000 312.5 1312.5 Fd1 1875，
27、 轴 有 向 左 窜 动 趋 势 ，故 ： 轴 承 1 为 放 松 端 ， Fa1 Fd1 1875N，轴 承 2 为 压 紧 端 ， Fa2 Fd1 Fae 1875 1000=875N （ 4 分 ）（ 4） 计 算 轴 承 1、 2 的 当 量 动 载 荷 ：轴 承 1：Fa1 Fr1 1875 6000 0.3125 0.37=e， 故 ： X1 1、 Y1 0；P1 fp（ X1Fr1 Y1Fa1） 1.2（ 16000+02500） 7200N轴 承 2：Fa2 Fr2 875 1000 0.875 0.37=e， 故 ： X2 0.4、 Y2 1.6；P2 fp（ X2Fr2 Y
28、2Fa2） 1.2（ 0.41000 1.6875） 2160N （ 4 分 ）（5）轴承的寿命 Lh1，L h2： 10/36611 9.057thfChn0/3662204568.2thfP（ 4分 ）30207E轴 承 当 量 动 载 荷 的 X、 Y值 （ GB/T297-94）Fa/Fre Fa/Fr e eX 1 Y 0 X 0.4 Y 1.6 0.37轴承派生轴向力：F dF r/（2Y）轴 承mL= 轴 承题 .图13五 .传 动 零 件 受 力 分 析 题 （ 本 题 10 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
29、在下图中标出： 各 轮 的 转 向 ； （ 2 分 ） 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 ） ； （ 4 分 ） 各 轮 在 啮 合 点 处 的 诸 分 力 （ Ft、 Fr、 Fa） 的 方 向 。 （ 4 分 ）蜗 轮 6（ 左 旋 ）轴 n6Fa6t5rt 斜 齿 轮 4（ 左 旋 ）4Fa321rrttn5n34轴 轴 轴 n斜 齿 轮 （ 右 旋 ） 锥 齿 轮锥 齿 轮蜗 杆 （ 左 旋 ）六 .轴 系 零 件 结 构 改
30、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，指出十处错误者满分，每指出一处得1.5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）。 610987542 精 加 工 面 过 长且 装 拆 轴 承 不 便36解 ： （ 每 指 出 一 处 得 1.5 分 ）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 ） ；3.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 ；145.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
