机械设计试题及答案

《机械设计》试题（一）

一、选择题：本题共10个小题，每小题2分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。把所选项前的字母填在题后的括号内。

1．一般工作条件下，齿面硬度HB≤350的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为 【 B 】

A．轮齿疲劳折断 B. 齿面疲劳点蚀 C．齿面胶合 D. 齿面塑性变形

2．带传动在工作时产生弹性滑动，是由于 A．包角α太小 B. 初拉力F0太小 C．紧边与松边拉力不等 D. 传动过载

3．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. 3208 D. 5208

4．下列四种螺纹，自锁性能最好的是 A．粗牙普通螺纹 B.细牙普通螺纹 C．梯形螺纹 D.锯齿形螺纹

5．在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，可采用的方法为 A．减小齿面滑动速度υs B. 减少蜗杆头数Z1 C．增加蜗杆头数Z1 D. 增大蜗杆直径系数q

6．在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指 A．弹簧外径与簧丝直径之比值 B．弹簧内径与簧丝直径之比值 C．弹簧自由高度与簧丝直径之比值 D．弹簧中径与簧丝直径之比值

7．普通平键接联采用两个键时，一般两键间的布置角度为 A．90° B. 120° C.135° D.180°

8．V带在减速传动过程中，带的最大应力发生在 A．V带离开大带轮处 B. V带绕上大带轮处 C． V带离开小带轮处 D. V带绕上小带轮处

9．对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是 A．拉力 B.扭矩

C．压力 D.拉力和扭矩

10．滚子链传动中，链节数应尽量避免采用奇数，这主要是因为采用过渡链节后 A．制造困难 B.要使用较长的销轴

C．不便于装配 D.链板要产生附加的弯曲应力

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【B 】

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二、填空题：本大题共10个小题，每空1分，共20分。把答案填在题中横线上。

1．轴如按受载性质区分，主要受 弯矩 的轴为心轴，主要受 转矩 的轴为传动轴。 2．代号62203的滚动轴承，为 深沟球轴承 轴承，其内径为 17 mm。 3．在一般机械中的圆柱齿轮传动，往往使小齿轮齿宽b1 大于 大齿轮齿宽b2；在计算齿轮强度时，工作齿宽b 应取 大齿轮齿宽b2 。

4．普通平键联接的工作面是键的 两侧面 ；楔键联接的工作面是键的 上下面 。 5．为了便于互换及适应大量生产，轴承内圈孔与轴的配合采用 基孔 制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用 基轴 制。

6．不随时间变化的应力称为 静应力 ，随时间变化的应力称为 变应力 ，具有周期性的变应力称为 循环变应力 。

7．按照平面图形的形状，螺纹分为 三角形螺纹 、梯形螺纹 和 锯齿形螺纹 等。 1． 8．按照工作条件，齿轮传动可分为 开式传动 和 闭式传动 两种。

9．齿轮传动设计时，软齿面闭式传动通常先按 齿面接触强度 设计公式确定传动尺寸，然后验算轮齿弯曲强度。

2． 10．直径较小的钢制齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可以将齿轮和轴做成一体，

称为 齿轮轴 。

三、简答题：本大题共6个小题，每题5分，共30分。把答案填在题中横线上。

1．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。 2．提高螺栓联接强度的措施有哪些？

1降低螺栓总拉伸载荷的变化范围；2改善螺纹牙间的载荷分布；3减小应力集中；4避免或减小附加应力。

3．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。 4．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； 5．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。 6．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。

四、结构改错

1、图示为一用对圆锥滚子轴承外圈窄边相对安装的轴系结构。请按示例①所示，指出图中的其他结构错误（不少于7处）（7分） （注：润滑方式、倒角和圆角忽略不计。）

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例①——缺少调整垫片 [解]

⑴——缺少调整垫片 ⑵——轮毂键槽不对

⑶——与齿轮处键槽的位置不在同一角度上 ⑷——键槽处表达不正确（应该局部剖视） ⑸——端盖孔与轴径间无间隙 ⑹——多一个键

⑺——齿轮左侧轴向定位不可靠 ⑻——齿轮右侧无轴向定位 ⑼——轴承安装方向不对 ⑽——轴承外圈定位超高 ⑾——轴与轴承端盖相碰

2、请说明图示轴系结构中用数字标出位置的错误（不合理）的原因。（5分）

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⑴——轴肩的高度超出了轴承内圈的外径； ⑵——轴段的长度应该小于轮毂的宽度； ⑶——螺纹轴段缺少螺纹退刀槽；

⑷——键槽应该与中间部位的键槽在同一母线上布置； ⑸——键的长度应该小于轴段的长度。

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

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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=KAKvKαKβ，KAKvKαKβ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=KAKvKαKβ中，KA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；Kv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；Kα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；Kβ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d1=13.835mm.若根据联接的紧密性要求，要求残余预紧力QP‘＞1.5F.试分析预紧力QP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）

油缸盖联接所受的载荷 FΣ=pD2/4，每个螺钉的工作拉力F＝FΣ／6＝p×D2/4/6＝2.5 (125)2／4/6＝5113.27 N 2.计算允许的螺钉最大总拉力 Q（2分） 螺钉材料性能等级为5.6级， s＝300MPa，许用应力[]= s/S＝300/1.5

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＝200MPa.由强度条件 ca＝1.3Q/( d2/4)≤[]

Q≤d2[]/4/1.3＝ ×13.8352×200/4/1.3＝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＝Qp十Cb/（Cb +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，QP‘≥1.5F ∴ QP‘＝Qp- Cm /（Cb +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Qp应控制为

l1760.52 N ≤Qp≤22105.17 N

22．一传动装置，输入转矩为T1，输出转矩为T2，速比为i，总效率为，试证明T2= T1×i×η

答：设输入功率为P1（kW），输出功率为P2（kW），输入转速为n1（r/min），输出转速为n2（r/min），

∵ T=9.55×106×P/n(N.mm)

∴ P1= T1×n1/(9.55×106) P2= T2×n2/(9.55×106)

∵η= P2/ P1=( T2×n2/(9.55×106))/( T1×n1/(9.55×106)) = T2×n2/( T1×n1) 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R1=2000N,R2=4000N,轴上作用的轴向载荷Fa=800N(指向轴承2)，轴

承的派生轴向力S的计算式

图1 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fF=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A1和A2； (2) 轴承1和轴承2的当量动载荷P1和P2。

解:(1)计算轴承的轴向载荷 S1=0.68R1=0.68×2000=1360 N S2=0.68R2=0.68×4000=2720 N S1、S2方向见图2

因为Fa+ S2=800+2720=3520 N＞S1 所以 轴承1“压紧”，A1= Fa+ S2=800+2720=3520 (2分) 轴承2“放松”，A2= S2=2720 N(2分) （2）计算轴承的当量动载荷

轴承1 A1/R1=3520/2000=1.76＞e=0.68,则取

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X1=0.41,Y1=0.87 P1=fF(X1R1+Y1A1)

=1.2×(0.41×2000+0.87×3520)=3882.4 N (2分) 轴承2 A2/R1=2720/4000=0.68≤e=0.68,则取 X2=1,Y2=0 P2=fFX2R2

=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F1为松边拉力F2的2倍，此时小带轮上包角1=120，求：（1）有效拉力Fe；（2）紧边拉力F1；（3）当量摩擦系数fˊ。

解:

有效拉力Fe =1000P/v=1000×8/10=800 N (2分) 又知:F1-F2= Fe,F1=2F2

则紧边拉力 F1=2 Fe =1600 N (2分)

F1efF2 根据欧拉公式

得 当量摩擦系数f=ln(F1/F2)/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）

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；

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⑩箱体加工面与非加工面未分开。

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:

《机械设计》试题（二）

一、填空题（25分）[每空1分]

1、 滚动轴承轴系一端固定一端游动的固定方式常用在 跨距较大 或 工作温度较高 情况下。

2、dn值大的滚动轴承应采用 油 润滑，而dn值小的滚动轴承可采用 润滑脂 润滑。

3、滑动轴承保证液体动压润滑的条件有 ①．相对滑动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙；②．被油膜分开的两表面必须有足够的相对滑动速度，其运动方向必须使润滑油大口进小口出； 3润滑油必须有一定的粘度供油要充分 。 4、混合摩擦（非液体摩擦）滑动轴承计算应校核 P 、 V 、 PV 值。 5、列举两种刚性联轴器的名称，并说明是否具有补偿轴向。径向或角向位移的能力： ①套筒式联轴器（无补偿能力）、②凸缘式联轴器（无补偿能力） 。 6、轴按所受载荷性质分类，只承受弯矩的称 心 轴；只承受扭矩称 传动 轴；承受弯矩和扭矩称 转 轴。

7、直齿圆锥齿轮的当量齿数Ｚｖ＝ z/cosδ ；标准模数和压力角在 齿轮大端 ；受力分析和强度计算用 平均分度圆 直径。 8、带传动的主要失效形式为 打滑 和 疲劳破坏 。

9、带工作是截面上产生的应力有 拉应力 ， 弯曲应力 ，离心应力 。

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10、在齿轮传动中，大小齿轮的接触应力是 相 等的，大小齿轮的弯曲应力是 不 等的。

二、选择题（11分）[每空1分]

1、滚动轴承内圈与轴配合的正确标注应为 C 。 A .Ф30H7/k6 B. Ф30H7 C .Ф30k6

2、下列滚动轴承密封装置，其中 AC 是属于接触式密封，而 BD 是属于非接触式密封。

Ａ.毡圈密封 Ｂ.甩油环 Ｃ.密封环 Ｄ.缝隙密封 3、在 B 情况下，滑动轴承润滑油的粘度不应选得较高。

Ａ.重载 Ｂ.高速 Ｃ.工作温度 Ｄ.高承受变载或冲击振动载荷 4、两相对滑动的接触表面，依靠吸附油膜进行润滑的摩擦状态称 D 。

Ａ.液体摩擦 Ｂ.半液体摩擦 Ｃ.混合摩擦 Ｄ.边界摩擦 5、半圆键联接当采用双键时两键应 D 布置。

Ａ.在周向相隔９０o Ｂ.在周向相隔１２０o Ｃ.在周向相隔１８０o Ｄ.在轴向沿同一直线

6、为了提高受轴向变载荷螺栓联接的疲劳强度，应 B 。 Ａ.增加螺栓刚度。 Ｂ.降低螺栓刚度。 Ｃ.降低被联接件刚度。 7、弹簧Ａ的刚度为Ｋ1，弹簧Ｂ的刚度为Ｋ2，两弹簧并联的刚度为 C 。 Ａ. Ｋ1 Ｂ.Ｋ2 Ｃ. Ｋ１＋Ｋ2 Ｄ. Ｋ1Ｋ2／（Ｋ1＋Ｋ2） 8、强度等级为６.8级的螺栓材料σｓ＝ D ＭＰａ。

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Ａ. ６００ Ｂ. ８００ Ｃ. ６８０ Ｄ. ４８０ 9、链轮中心距已定，合理确定链传动的链长时，应取 B 。 Ａ. 任意值 Ｂ. 等于链节长度的偶数倍 Ｃ.等于链节长度的奇数倍 10、带传动的两带轮直径不相等，一般情况下，应使哪个轮曹楔角较大 B ？ Ａ. 大轮 Ｂ. 小轮 Ｃ. 主动论 Ｄ. 从动轮 三、计算题（34分）

1、（14分）图示为手动铰车中所采用的蜗杆传动。已知m=8mm，d1=80mm ，z1=1，i=40，卷筒的直径D=250mm，试计算：（1）欲使重物上升1m，应转动蜗杆的转数；（2）设蜗杆和蜗轮间的当量摩擦系数为0.18，检验该蜗杆传动是否满足自锁条件；（3）设重物重Q=5kN，通过手柄转臂施加的力F=100N，手柄转臂的长度l的最小值

解：（1）重物上升1m时，

N2=1000/πD=1000÷(250x3.14)=1.27

蜗杆转动圈数为：N1=i N2=40x1.27=50.96(圈) （2）蜗杆直径系数q=d1/m=80÷8=10

卷筒转动圈数：(不计轴承效率) 。

导程角：γ=arctan

=arctan=7.125o

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当量摩擦角：v=arctanfv= arctan=10.204o

v

：因为： γ〈

所以 蜗杆传动满足自锁条件

（3）蜗杆传动的啮合效率：

则：

2、（10分）一普通V带传动传递功率为P = 7.5 kW，带速??= 10 m/s，紧边拉力是松边拉力的两倍，即F1=2F2，试求紧边拉力、松边拉力和有效拉力。

=

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==750N 所以

=2x750=1500N （2 分

3、（10分）图示为一刚性凸缘联轴器，材料为Q215钢，传递的最大转矩为1400 N.m（静载荷）。已知轴的材料为45钢，工作时有轻微冲击。试根据图示和表为该联轴器选择平键，确定键的尺寸，并校核其强度（

）。

解:由轴径φ55查下表,选取键b=16,h=10,键长L=90 键的工作长度l=L-b=90-16=74mm

键与联轴器的接触长度k=0.5h=0.5x10=5mm

由〉[]=100

可见联接挤压强度不够，考虑到相差较大，所以应采用双键，相隔180布置 ，双键的工作长度l=1.5x74=111mm

见的标记为:键16x90

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《机械设计》课程试题（三）

一、填空题(每空1分共24分)

1.螺纹的公称直径是指螺纹的 大 径，螺纹的升角是指螺纹 中 径处的升角。螺旋的自锁条件为

。

2、三角形螺纹的牙型角α＝ 600 ，适用于 联接 ，而梯形螺纹的牙型角α＝300 ，适用于传动 。

3、螺纹联接防松，按其防松原理可分为 摩擦 防松、 机械 防松和 永久 防松。

4、选择普通平键时，键的截面尺寸(b×h)是根据 轴径d 查标准来确定的,普通平键的工作面是 侧面 。

5、带传动的传动比不宜过大，若传动比过大将使 包角α ，从而使带的有效拉力值减小。

6、链传动瞬时传动比是 变量 ，其平均传动比是 常数 。

7、在变速齿轮传动中，若大、小齿轮材料相同，但硬度不同，则两齿轮工作中产生的齿面接触应力 相同 ，材料的许用接触应力 不同 ，工作中产生的齿根弯曲应力 不同 ，材料的许用弯曲应力 不同 。

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8、直齿圆柱齿轮作接触强度计算时取 节点 处的接触应力为计算依据，其载荷由一对轮齿承担。

9、对非液体摩擦滑动轴承，为防止轴承过度磨损，应校核 p ，为防止轴承温升过高产生胶合,应校核 pv 。

10、挠性联抽器按是否具行弹性元件分为 无弹性元件 挠性联轴器和 有弹性元件 挠性联轴器两大类。

二、单项选择题(每选项1分,共10分)

1.采用螺纹联接时,若被联接件之—厚度较大，且材料较软，强度较低，需要经常装拆，则一般宜采用 B 。

A螺栓联接； B双头螺柱联接； C螺钉联接。

2.螺纹副在摩擦系数一定时,螺纹的牙型角越大,则 D 。 A. 当量摩擦系数越小，自锁性能越好； B．当量摩擦系数越小，自锁性能越差； C. 当量摩擦系数越大，自锁性能越差； D.当量摩擦系数越大，自锁性能越好；

3、当键联接强度不足时可采用双键。使用两个平键时要求键 D 布置。 A 在同—直线上; B相隔900 ; C．相隔1200； D相隔1800

4、普通平键联接强度校核的内容主要是 A 。

A.校核键侧面的挤压强度;B.校核键的剪切强度；C.AB两者均需校核；D．校核磨损。

5、选取V带型号，主要取决于 D 。

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A．带的线速度 B．带的紧边拉力 C．带的有效拉力 D．带传递的功率和小带轮转速

6、为了限制链传动的动载荷，在节距p和小链轮齿数z1一定时,．应该限制 A 。

A．小链轮的转速n1； B.传动的功率P； C.传递的圆周力。 7、圆柱齿轮传动，当齿轮直径不变，而减小模数时，可以 D 。 A．提高轮齿的弯曲强度； B.提高轮齿的接触强度； C.提高轮齿的静强度； D．改善传动的平稳性。

8、当转速较低、同时受径向载荷和轴向载荷，要求便于安装时，宜选用 B 。 A．深沟球轴承 B．圆锥滚子轴承 C．角接触球轴承 9、温度升高时，润滑油的粘度 C 。

A.随之升高； B.保持不变；C．随之降低； D.可能升高也可能降低。 10、圆柱螺旋弹簧的弹簧丝直径d=6mm,旋绕比C=5,则它的内径D1等于 B 。

A、30mm, B、24mm, C、36mm, D、40mm

三、计算题(38分)1、(15分)图3-1示螺栓联接中,采用两个M20的普通螺栓，其许用拉应力[σ]＝l60N／mm2，联接件接合面间摩擦系数f＝0.20，防滑系数Ks＝1.2，计算该联接件允许传递的静载荷F＝?(M20的螺栓d1＝17.294mm)(10分) 解：螺栓预紧后，接合面所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷，假设各螺栓所需预紧力均为F0

则由平衡条件

可得

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. .. . .

(4分)

螺栓危险截面的强度条件为

于是得 (4分)

(5

图3-1

2、(13分)如图3-2所示某电梯传动装置中采用蜗杆传动，电机功率P=10kW，转速n1＝970r／min，蜗杆传动参数z1＝2；z2＝60；直径系数q＝8；总效率η＝0．8，m＝8，右旋蜗杆，试计算：〔14分) (1)电梯上升时，标出电机转向； (2)标出蜗杆所受各力的方向；

(3)计算蜗轮所受各力大小。

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解： (1)电机转向箭头向上； (1分)

(2)蜗杆受各力方向如图 (3分) (3分)

(3

分)

Fr2＝Ft2·tanα＝9845tan20°＝3583N (3分)

3、根据工作条件，决定在某传动轴上安装一对角接触向心球轴承(如图所示)，已知两个轴承受到的径向载荷分别为Fr1＝1650N和Fr2=3500N。外加轴向

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力Fae＝1020N。 (1)若派生轴向力Fd＝0.7Fr，试计算两个轴承实际受到的轴向载荷Fa1和

Fa2。

解： Fd1＝0.7Fr1＝0.7×1650=1155N 方向向右

Fd2＝0.7 Fr2＝0.7×3500=2450N (2

分)

方向向左

Fd1十Fae＝1155十1020＝2175 ＜ Fd2

故轴承1为压紧端，轴承2为放松端。

Fa1＝Fd2-Fae=2450-1020N =1430 (2分)

Fa2＝Fd2＝2450N (2分)

四、分析题(20分)

1.(10分) 如图4-1传动系统，要求轴Ⅱ、Ⅲ上的轴向力抵消一部分，试确定：

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1)蜗轮6的转向；

2)斜齿轮3、4和蜗杆5、蜗轮6的旋向； 3)分别画出蜗杆5，蜗轮6啮合点的受力方向。

(1) 蜗轮6的转向为逆时针方向；

(2)齿轮3左旋，齿轮4右旋，蜗杆5右旋，蜗轮6右旋；(4分)

(3)蜗杆5啮合点受力方向如图(a)；蜗轮6啮合点受力方向如图(b)。(6分)

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机械设计试题（A卷）与答案

一、填空题〔每空0.5分，24空计12分〕

1、从防松工作原理来看，弹簧垫圈属于摩擦防松；止动垫圈与园螺母配用属于机械 防松措施。

2、平键的工作面为 两侧 面，工作时靠 轴槽、键及毂槽的侧面受挤压 来传递转矩。 3、在下列各种联轴器中，能补偿两轴间轴线偏移、但不能吸振缓冲的是 c、d、e ；既能补偿两轴间轴线偏移、又能吸振缓冲的是 f、g、h ；适用于转矩小、转速高、频繁正反转的是 f、g ；可实现两轴轴线角位移最大的是 c 。（a、套筒联轴器；b、凸缘联轴器；c、万向联轴器；d、十字滑块联轴器；e、齿轮联轴器；f、弹性套柱销联轴器；g、尼龙柱销联轴器；h、轮胎联轴器。）

4、设计圆柱螺旋弹簧时，其弹簧丝直径d按 强度 条件确定，其工作圈数n按 刚度 条件确定。

5、蜗杆传动时的螺旋线方向应与蜗轮螺旋线方向相同。蜗杆的导程 角应等于与蜗轮的螺旋角。

6、在传动比不变的条件下，V带传动的中心距增大，则小轮的包角 增大 ，因而带传动的承载能力 提高 。

7、在工作中只受弯矩不受扭矩的轴叫做 心 轴，只受扭矩不受弯矩的轴叫做 传动 轴，同时受弯矩和扭矩的轴叫做 转 轴。自行车前轮轴属于 心 轴。

8、非液体摩擦滑动轴承是工作在混合摩擦状态，验算Pv值为了限制轴承的工作温升不超过许用值 。 二、问答题〔30分〕

1、有一卷筒支座，采用普通螺栓组联接在混凝土基座上，如图所示。卷筒上作用一平行于螺栓组联接接合面、垂直向下的载荷Q。请回答∶ 1）简述该螺栓组联接的设计主要过程与内容〔要求：简明扼要、不必写出计算公式〕；〔5分〕

2）该卷筒的支撑轴属于哪类轴？〔2分〕

3）图中所示的两种卷筒支撑方案，哪一个更合理？为什么？〔3分〕 答 1）该螺栓组联接的设计主要过程与内容：

⑴将该螺栓组联接受力简化。简化成受横向载荷基本螺栓组联接、受倾覆力矩基本螺栓组联接；如图所示〔0.5＋0.5＝1分〕

⑵确定受力最大螺栓的工作载荷。按受倾覆力矩的基本螺栓组联接，计算受力最大螺栓所承受的

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工作载荷；〔0.5＋0.5＝1分〕

⑶确定预紧力。按受横向载荷的基本螺栓组联接，根据接合面不产生相对滑移确定每个螺栓所需的预紧力；〔0.5＋0.5＝1分〕

⑷检验接合面上的挤压应力。上端边缘是否出现间隙、下端是否被压坏？

〔0.5＋0.5＝1分〕

⑸确定螺栓直径。按受轴向载荷的单个紧螺栓联接进行强度

计算，确定螺栓直径。 〔0.5＋0.5＝1分〕

2）心轴 〔2分〕 3）方案II较方案I合理。〔1

分〕

根据相应轴的弯矩图〔如图所示〕可知此结论。〔2分〕

2、简述选择蜗杆头数Z1和蜗轮的齿数Z2应考虑哪些因素？

答：蜗杆头数通常取为1、2、4、6。当传动比大或要求自锁时可取头为1，但传递效率低，当传动比较小时，为了避免蜗轮轮齿发生根切，或传递功率大时，为了提高传动效率，可采用多头蜗杆，但是蜗杆头数过多时，制造较高精度的蜗杆和蜗轮滚刀有困难。

蜗轮齿数选择。蜗轮的齿数不应小于28，为了避免用蜗轮滚刀切制蜗轮时发生根切。但对于动力传动，蜗轮齿数也不宜大于80。因为当蜗轮直径d2不变时，蜗轮齿数越大，模数就越小，将削弱蜗轮轮齿的弯曲强度；而如果模数不变，则蜗轮直径将要增大，传动结构尺寸变大，蜗杆轴的支承跨距加长，致使蜗杆的弯曲刚度降低，容易产生挠曲而影响正常的啮合。

3、齿轮传动设计中，影响齿向载荷分布系数K的主要因素有哪些？〔4分〕 答：影响齿轮载荷分布系数K的主要因素：齿轮的制造和安装误差；齿轮相对轴承的布置；轴的弯曲变形与扭转变形；齿宽b的大小选用不当；齿面硬度等。

4、什么是带传动的滑动率？滑动率如何计算？

答：由于弹性滑动引起带传动中从动轮圆周速度低于主动轮轮圆速度，其相对降低率通常称为带传动滑动系数或滑动率，用表示。〔2分〕

v1v2n1in2 v1n1其中：v1为主动轮转速；v2为从动轮转速。〔2分〕

5、试写出一维雷诺方程，并说明形成液体动压润滑的必要条件。

hhdp6v30 （2分） dxh流体具有粘性（0）；有足够的速度（v0）且流体从大口进小口出；具有收敛性

答：

楔形间隙（hh0）。（6分）

三、分析计算题〔38分〕

1、有一单个紧螺栓联接，已知预紧力F＇＝7500N，轴向工作载荷F＝6000N，螺栓刚度Cb＝200N/μm，被联接件刚度Cm＝800N/μm，要求：

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1）计算螺栓所受的总拉力F0和残余预紧力F＇＇；〔4分〕

2）为使接合面不出现缝隙，轴向工作载荷最大值Fmax是多少？〔2分〕 3）若要使F0减小，又不增加螺栓个数，有哪些具体措施？〔2分〕 〔要求：1〕、2）要有详细的计算步骤〕

答: 1）计算螺栓所受的总拉力F0和残余预紧力F＇＇

F0＝F＇＋Cb／（Cb＋Cm）F 〔2.5分〕 ＝7500＋200／（200＋800）×6000

＝8700（N） 〔0.5分〕 F＇＇＝F0－F＝8700－6000＝2700（N） 〔 1分〕 2）为使接合面不出现缝隙，必须使F＇＇＞0，即： F＇＇＝F0－F＞0 〔1.5分〕 F＜F0＝8700（N），即Fmax＝8700N 〔0.5分〕 3）使F0减小的具体措施：

⑴减小螺栓刚度Cb：增大螺栓长度、减小螺栓杆直径、作成 空心杆、在螺母下安装弹性元件等； 〔0.5＋0.5＝1分〕 ⑵增大被联接件刚度Cm：采用刚性大的垫片。〔0.5＋0.5＝1分〕

2、已知V带传动所传递的功率P=7.5kW，带速v=10m/s，现测得张紧力F0=1125N，试求紧边拉力F1和松边拉力F2。各等于多少？（5分）

答：（1）有效圆周力F（2）

1000P750N〔2分〕 VF1F2FF1F22F0

F1=1500N F2=750N〔3分〕

3、如图所示为某手动简单起重设备，按图示方向转动蜗杆，提升重物G，试求：

1）蜗杆与蜗轮轮齿的螺旋线方向；（2分） 2）在图上标出啮合点处各力的方向；（6分）

3）若蜗杆自锁，反转手柄使重物下降，求蜗轮上作用力方向的变化。（2分）

答：（1）蜗杆及蜗轮的轮齿螺旋线均为右旋，如图。〔2分〕 （2）啮合点所受各力Fr1、Ft1、Fa1及Fr2、Ft2、Fa2均示于图解中。〔6分〕

（3）反转手柄使重物下降时，蜗轮上所受的Fr2不变，仍指向蜗轮轮心；但Ft2与原来方向相反（即向左）推动蜗轮逆时针转动；Fa2与原方向相反，变为指向纸面（即 表示Fa2）〔2分〕

4、一对圆锥滚子3206轴承，安装形式如图。已知轴承I、II所受径向载荷为Fr1=970N，Fr2=840N，A为作用于轴上的轴向力，A=237N，载荷系数fp=1.1，温度系数fT=1.0，轴承内部轴向力S

F的计算式为Sr，Y=1.7，e=0.36，试计算轴承I、II的当量动

2Y载荷P1和P2。如果已知轴的转速n=1200r/min轴承的预期寿命

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24000h，问该轴承能否满足要求？（12分） 为Lh所需参数如下表。 轴承型号 X 0.4 Fae FrY 1.7 X 1 Fae FrY 0 基本额定动载荷C（N） 24800 3206 答：

1）S1Fr1/2Y970/21.7285N （0.5分）

S2Fr2/2Y840/21.7247N(0.5分）

2）判断S2+A=247+237=484>S1=285 （1分） 3）Fa1=A+S2=484N （1分） Fa2=S2=247N （1分） 4）

Fa14840.49e0.36,Fr1970X10.4,Y11.7 （1分）

Fa22850.34e0.36,Fr2840X21,Y20 （1分）

5）P1X1Fr1Y1Fa10.499701.74841210.8N （1分） P2X2Fr21970970N （1分） 6）

P1P2，取P=P1=1210.8N计算轴承寿命Lh（1分）

106fTC Lh （1分）

60nfPP 10/3,fT1.0,fp1.1,n1200r/min

10/31061.024800 Lh6012001.11210.8

237636.8h（1分）

24000h LhLh  该轴承满足要求。 （1分） 四、结构题（15分）

1、在下面两个视图上，画出平键联接结构图。（5分） 答：用方头键也可以，但右边b图结构要对。

诸如：

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1）（a）图键不打剖面线，（b）图键过短，扣0.5~1.0分。

2）如（b）图没剖键，键露过长扣1分。

3）侧面工作，和上端留隙没画或画错扣2~3分。

2、指出下列结构的错误（在有错处画×，简要说明原因，并在另一侧画出其正确结构图。（找出5处可即可，同类错误算一处，多找只算前5个答案，其余不计分）（10分）

本题的典型错误：

①套筒过高，不便拆轴承；②齿轮不能准确固定；③安轴承处轴径不应和密封轴段轴径相同；④透盖应密封；⑤联轴器轴段轴径应比密封轴径小些（或联轴器不能定位）；⑥安联轴器轴段应比联轴器孔短；⑦分箱面不应画剖面线；⑧轴承凸台应突出，以便加工；⑨端盖应凹下去，以便减小加工面。

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