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机械设计历年试题及答案
哈工大2004秋季学期
机械设计试题答案
、选择填空题〔每空1分,共25分〕
1、按照摩擦界面的润滑状态,可将摩擦分为干摩擦、边界摩擦、液体摩擦和混合摩擦。
2、已知某三线螺纹中径为9.5mm,螺距为1mm,贝摞纹的导程为二
mm。
3、螺纹连接防松的实质就是防止螺纹副的相对转动」照防松方法的
工作原理可将其分为三类,分别是摩擦防松、机械防松、和永久防
松。
4、受轴向工作载荷的紧螺栓连接中,
螺栓受到的总拉力Fo与预紧力
F'、残余预紧力F〃和工作拉力
F之间的关系为b。
a、FoFF;bFoF
C、FoFF。
CBCm
5、导向平键的工作面是键的两侧面,导向平键连接的主要失效形式是工作面的磨损
6、V带传动中带工作中最大应力产生在紧边进入小带轮处,
其值为
max1b1c°
7、齿轮传动中选取齿宽系数时,一般采用硬齿面齿轮时齿宽系数__b
米用软齿面齿轮时齿宽系数,齿轮相对于轴承对称布置时的齿宽系数
a_齿轮悬臂布置时的齿宽系数。
a、大于;b小于;c等于。
&一减速齿轮传动,主动轮1用45号钢调质,从动轮用45号钢正火,则它们齿面接触应力的关系是„1bH2,齿根弯曲应力的关系是
F1—F2
a、>;b、
C、 9、按国家标准GB/292-1993规定,代号为32208的滚动轴承类型为圆锥滚子轴承,其内径为40mm,其精度为P0级。 10、下列各种联轴器中,属于弹性联轴器的是丄;属于可移式刚性联轴器的是_a_;属于固定式刚性联轴器的是和。 a.万向联轴器;b.凸缘联轴器;c套筒联轴器;d弹性柱销联轴器。 11、联轴器和离合器都是用来实现轴与轴之间的连接,传递运动和动 力。 但联轴器与离合器的主要区别在于联轴器需要在停车后才能实现轴与轴的结合或分离,而离合器可使工作中的轴随时实现结合或分 二、问答题〔每题6分、计30分〕 1、分别说明普通螺纹、梯形螺纹的特点和应用场合。 答: 普通螺纹自锁性能好,强度高(2分),主要用于连接(1分)。 梯形螺纹效率比矩形螺纹略低,但牙根强度较高,易于对中,磨损后可以补偿(2分);在螺旋传动中应用最普遍。 (1分) 分别说明硬齿面闭式齿轮传动和闭式蜗杆传动的主要失效形式与设计准则。 答: 硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是齿根弯曲疲劳折断_(1分);其设计准则是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(2分)。 闭式蜗杆传动的主要失效形式是齿面胶合、点蚀和磨损(1分);其设计准则是按齿面接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力, 在选择许用应力时适当考虑胶合和磨损的影响,同时应进行热平衡 计算(2分)。 3、 什么是摩擦型带传动中的弹性滑动现象? 可否避免? 它对带传动有何影响? 答: 由带的弹性变形而引起带与带轮之间的相对滑动现象称为弹性滑动(2分)。 弹性滑动是带传动中不可避免的现象(2分)。 它会引起以下后果: ①从动轮的圆周速度总是落后于主动轮的圆周速度,并随载荷变化而变化,导致此传动的传动比不准确。 ②损失一部分能量,降低了传动效率,会使带的温度升高,并引起传动带磨损。 (2分) 4、 齿轮传动中的载荷系数K为四个系数的乘积,K=KaKvKpKa,分别说明Kv和Kp的名称及引入该系数是为了考虑哪些方面的影响。 答: 动载系数(1分)Ku考虑由于齿轮制造精度、运转速度等轮齿内部因素引起的附加动载荷影响系数(2分) 齿向载荷分布系数(1分)Kp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) 5、写出一维流体动压基本方程(雷诺方程)并利用该方程说明形成流体动压润滑的必要条件。 (3分) 答: 一维流体动压基本方程: dP6vhJio dxh3 形成流体动压力的必要条件是: 1流体必须流经收敛形间隙,入口处h>h0,dp/dx>0,压力逐渐增大,出口处h 2 VM0; n^oO (1分) (1分) 流体必须有足够的速度, 3流体必须是粘性流体, 1和2均为斜齿圆柱齿轮,件3为蜗 三、分析计算题(共25分) 1、在图示电动绞车系统中,件 杆,件4为蜗轮。 已知蜗轮蜗杆均为右旋,并且设计时n轴上的齿轮2 与蜗杆3的轴向力能够相互抵消一部分,试回答下列问题(共16分): 1齿轮1的轮齿螺旋线方向是旋。 (2分) 2在图中用箭头表示出重物上升时齿轮1和齿轮2的转动方向以及齿 轮2在节点A所受的轴向力Fa2的方向。 (4分) 3重物上升时,在节点B处画出蜗杆3所受的轴向力Fa3、圆周力Ft3和径向力Fr3的方向,在节点B处画出蜗轮4所受的圆周力Ft4的方向。 (4分) 4若起重量W=50000N,蜗杆头数Z3=2,蜗杆分度圆直径d3=100mm,蜗轮齿数24=60,模数m=5,卷筒直径D=300mm,传动效率1=0.75。 试求节点B处Fa3和Fa4的大小。 (6分) N n1V X A X *1 —►Fa2 齿轮1 n2此 n 电动机 齿轮2 蜗杆3 z /' Ft3 Fa3 丄」Fr3丄L 蜗轮4 *Ft4 答: 1左旋/2分) 2齿轮1、齿轮2的转动方向的方向如图所示(2分),示(2分)。 3各分力方向如图所示。 /4分) 4Fa3Ft42T4/d4WD/(m乙)50000300/(560) Fa4Ft32T3/d32T4/(i WD/(id3) Fa2的方向如图所 50000N(3分) d3) 50000300/(300。 75100)6667N (3分) 7209AC轴承支承,轴承采用面对面安装形 2、如图所示,某轴由一对 式。 已知两轴承径向载荷分别为Fri=3000N,Fr2=4000N,轴上作用有轴向外载荷A=1800N。 载荷平稳,在室温下工作,转速n=1000r/min。 该轴承额定动载荷C=29800N,内部轴向力S=0.4Fr,e=0.68,当量动 载荷系数如下表所示。 试计算此对轴承的使用寿命。 (9分) Fa/Fr>e Fa/Fr X Y X Y 0.410.87 1 0 答: 内部轴向力方向如图所示 (2分), Si=0.4Fri=1200N (0.5分) (0.5分)因为A+Si>S2故Fai=Si=1200N S2=0.4Fr2=1600N Fa2=S什A=3000N 比较两轴承受力,只需校核轴承 (份) Fa2/Fr2=0.75>e P二XFr2+YFa2 =0.41*4000+0.87*3000=4250N 106 L止(CP)35240.5h 60n 2。 (1分) (1分) (1分) (2分) IFrlFr2I 鄧-A唸 四、结构题(20分) 1、如下图所示,轴承部件采用左端固定右端游动支承结构,指出图 中错误并在不改变轴承类型前提下画出正确结构。 直接画在中心线 下方,轴承可采用简化画法。 (6分) 答: 轴可向右侧窜动(2分)。 目的也可)。 改正错误(4分,其它结构达到相同 2、 ④1期 fTTl 图连接面受转矩作用,利用四个螺栓完成连接,重新布置螺栓组 ULpj 使其受力更为合理,并在右边画出铰制孔用螺栓连接结构示意图。 (6分) 评分标准: 螺栓位置(2分)铰制孔用螺栓连接(4分) 3、完成图中轴系部件结构。 (8分) 评分标准: 键连接结构(3分) 齿轮轴向定位固定(2分) 轴承考虑拆卸的固定(左右各1.5分) 注意行为规范 哈工大2006年秋季学期 机械设计试题 遵 考 场 纪 律 一选择填空题(每空一分共20分) 1在常用的螺纹连接中,自锁性能最好的螺纹 其牙型角a= 2普通平键连接工作时,平键的工作面是 ,平键的 剖面尺寸bh按 .从标准中查取。 普通平键连接的主要失效形 主管领导审核签字 3带传动中,若1为主动轮圆周速度,2为从动轮圆周速度,为带速,则这些速度之间存在的关系是 4V带传动中,V带截面楔角40o,则V带轮的轮槽角©0应 40o。 5在设计V带传动时,V带的型号可根据 选型图确定。 6对于一对材料相同的钢制软齿面齿轮传动,为使大小齿轮接近等强 度,常用的热处理方法是小齿轮 ,大齿轮 7根据轴的承载情况,自行车的前轴应称为 轴。 中间轴应称为 轴。 8代号为6206的滚动轴承,其类型是 ,内径d= mm9温度和压力是影响粘度的主要因素,若温度升高, 若压力升高,则 10在下列联轴器中,能补偿两轴的相对位移并可缓冲吸振的 A凸缘联轴器B齿式联轴器C万向联轴器D弹性柱销轴器 11在蜗杆传动中,对每一模数规定了一个或几个蜗杆分度圆直径的目 的是 12普通平键连接工作时,平键的工作面是 二简答题(共5题,每题6分) 1简述齿轮传动的失效形式和开式齿轮传动的设计准则 2以框图形式说明转轴的设计过程。 3简述蜗杆传动的正确啮合条件。 4简述动载系数Kz和齿间载荷分配系数K.的含义并各举出两个主要影响因素。 5写出一维的雷诺方程并根据该方程简述形成流体动压润滑的必要条 件。 图a、b两种布置形式哪种布置合理? 并分析为什么? (2分) 为使中间轴n的受力合理,试确定齿轮2轮齿旋向。 (2分)在你认为齿轮布置合理的图上,画出各齿轮受力方向。 (3分) 为使轴n的外部轴向力为零,试计算出齿轮 值? (7分) 3的螺旋角33的 三分析计算题 1.如图a、b分别为二级标准斜齿圆柱齿轮减速器的两种布置形式。 已知齿轮2模数m2=2.5mm乙=57,32=13°;齿轮3模数m3=3mm Z3=19;齿轮4轮齿旋向为右旋。 若主动轴I转向如图所示,试: 1) 2) 3) 4) 若主动轴I转向相反,轴n的外部轴向力还是否为零? (1分) (本题合计15分) 图b 2(总15分): 如图所示,一级斜齿圆柱齿轮减速器的小齿轮为悬臂布置形式。 该齿轮的轴系采用一对角接触球轴承背对背安装的支撑形式。 已知: 轴承径向载荷Fr1、Fr2方向如图所示,大小分别为: Fr1=5500NFr2=3000N,小齿轮轴向力A=1500N轴承内部轴向力按S=0.4Fr计算。 1)分别计算该对轴承的轴向力Fa1、Fa2°(8分) 2)若该对轴承的基本额定寿命为8000小时,现将载荷加大一倍,将转速减小一半,试计算后确定该对轴承能否满足载荷及转速改变后基本额定寿命至少2500小时的工作要求? (7分) Frl 四结构题 1下图分别用六角头M16的普通螺栓、六角头M16的铰制孔螺栓连接两块厚度为20mm的钢板,采用弹簧垫圈,补画出其余结构线条,并注明那个是普通螺栓连接,那个是铰制孔螺栓连接(4分)。 2指出齿轮轴系结构图中的错误(指出并改正8处即可),说明错误原因,并在中心线上方画出正确结构(16分)。 已知: 1)齿轮是油润滑,轴承是脂润滑; 2)轴承为深沟球轴承。 1^— 1I■IJ1 Z, 1 -1--J— —1 J— e J 行为规范 哈工大2007年秋季学期 律 主管领导审核签字 O 齿向 机械设计试题 填空题,(每空1分,共26分) 1、设计连轴器时,先根据工作条件和要求选择合型,然后按 转速和计算转矩从标 轴的直径 准中选择所需要的型号和尺寸。 2、非液体摩擦滑动轴承处于混合摩擦状态,在非液体 摩擦径向滑动轴承的设计计算时,验算pv值的目的主要是为了限制轴承温度(或摩擦功耗),维持边界膜不被破坏。 3、螺纹公称直径是螺纹大径,强度计算时应用的螺纹直径参数是螺纹小径。 4、在带传动的失效形式中,打滑是由于过载引起的。 5、齿轮传动的失效形式有齿面磨损、轮齿折断、齿面 胶合、和轮齿塑性变形 6、齿轮传动的载荷系数主要由使用系数,动载系数, 载荷分布系数禾口齿间载荷分配系数组成。 其中主要与齿轮相对于轴承安装位置有关的系数是(齿向载荷分布系数。 7、一对相互啮合圆柱齿轮,两齿轮的齿面接触应力关系是CH1=£2, 许用接触应力的关系[£i]工[£2],两齿轮的齿根弯曲应力£1丰CF2。 (填=、工) ,螺纹防松方法有摩擦防松 8螺纹连接中,按其工作原理 和永久性防松等 9、代号为7309C/P4的滚动轴承,其类型名称为角接触球轴 承,内径为j45mm,接触角为15°,精度等级是P4。 10、平键连接的主要失效形式是工作面的压溃和键的剪断 简答题(共24分) 1. 本题分数 带传动过程中,带受到的应力分为几种? 写出名称。 以如图所示的减速传动为例,画出带传动时,带中的应力变化图,并指出最大应力的位置,写出最大应力表达式。 画图时适当照顾比例。 (6分) 答: 带传动受3种应力,分别是紧边和松边的拉应力1和2,弯曲 应力b,离心应力c(3分)。 最大应力发生在紧边,带刚绕上小带轮的入口处(1分)。 最大应力表达式,max1cb(1分)。 2.闭式蜗杆传动为什么要进行热平衡计算? 提高散热能力的 常用措施主要有哪些? (6分) 答: 因为蜗杆传动效率低,发热大,在闭式蜗杆传动中,如果产生的热量不能及时散逸,就会使油温升高,润滑油粘度下降,润滑条件恶化,导致齿面磨损加剧,甚至发生胶合,所以,需要进行热平衡计算。 (得2分)。 常用的提高散热能力的措施主要有1)合理地设计箱体的结构,铸出或焊上散热片,以增大散热面积;2)在蜗杆上安装风 扇,进形人工通风,以提高散热系数;3)在箱体油池中装设蛇形冷却水管,直接降低油温;4)采用压力喷油循环润滑。 (得4分)。 3.什么是轴承的基本额定动负荷? 基本额定动负荷的方向是 如何规定的? (6分) 滚动轴承标准中规定,轴承工作温L=1X106r时,轴承所能承受的最大.(3分) 轴承的基本额定动负荷的方向,对于向心轴承为径向载荷(1 答: 轴承的基本额定动负荷: 度在100C以下,基本额定寿命载荷成为轴承的基本额定动负荷分),对于推力轴承为中心轴向载荷(1分),对于角接触向心轴承为载荷的径向分量(1分)。 4.简述闭式齿轮传动的设计准则。 (6分) 答: 1)对于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(2分),然后校核齿根弯曲疲劳强度(1分)。 2)对于硬齿面闭式齿轮传动,通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设 计(2分),然后校核齿面接触疲劳强度(1分)。 三、分析计算题(共34分) 1 1 L X 1 |' A Z B 本题分数 /联紬器1 1电动机 IV '/ 朕轴器2/ 11/ I- // y联釉器H 有一电动绞车,采用如图2所示的传动方案,齿轮1和2为闭式直齿圆柱齿轮传动,蜗杆3和蜗轮4为开式传动。 已知齿轮1、齿轮2和蜗杆3的材料均为40Cr钢,且它们均为表面淬火处理,表面硬度为45~55HRC,蜗轮材料为铸造锡磷青铜。 采用4个联轴器将6根轴连接,把运动和动力传递到卷筒,实现提升重力W的目的。 解答下列各问题。 凸缘朕轴器4 七L胡匕 图2 I、II和VI轴各受什么载荷作用,注明各轴的类别(不 。 分析III轴A-A截面和B-B截面上各作用有哪几种 10 /VI 1、试分析计各轴的自重)应力? 这些应力的变化性质如何? (卷筒轴双向转动受力)。 分) 答: I轴只受扭矩,是传动轴(2分);II和VI轴不仅受转矩,还受弯矩,是转轴(2分);山轴A-A截面上只作用弯曲应力,弯曲应力为对称循环变应力(2分);B-B截面上不仅作用弯曲应力,还作用有扭剪应力,其中弯曲应力为对称循环的变应力,扭剪应力为对称循环的变应力(4分)。 2、受力分析问题。 (共8分) (1)蜗杆轮齿的螺旋线方向如图2所示,试确定蜗轮轮齿的螺旋线方向,并标在图上。 在图中标出使重力W上升时电机的转向,并画出蜗轮轮齿在啮合点D处各分力Fr,Fa,Ft的方向。 可在两个视图上分别用箭头表示。 (5分) 答: 蜗轮为右旋。 (1分) 电机转向为如图向上。 (1分) 如图所示: 3个力各1分,共3分, IV /联轴血/]| /莊上出嗨口亍; 电动机 联轴器2T| /A III Z/jf 联釉器3 3 / / / 凸缘获轴器4 /VI /V//□常 卷匱 3所示传动方案,当重力W上升时,为了使II (2)如果采用如图 轴受力合理,怎样设计齿轮1和齿轮2的轮齿螺旋线方向? 并在图中啮合点C处标出齿轮2的轴向力的方向。 (3分) 答: 齿轮1为左旋。 (1分);齿轮2应为右旋。 (1分);轴向力方向向左。 (1分) a? ;联轴瘗电动h [I Z £ 4 3、若凸缘联轴器的两个半联轴器凸缘间用6个M16的普通螺栓连接,已知预紧力L=800N,结合面间的摩擦系数f=0.15,可靠性系数Kf=1.2,卷筒直径为D=250mm,螺栓中心所在圆周的直径为D0=300mm。 按此预紧力大小,计算该螺栓组连接所能允许提起的最大 重力Wmaxo (7分) 答: 对于只承受预紧力的紧螺栓连接,依靠预紧力在结合面间产生的摩擦力对形心的力矩之和来平衡外力矩,预紧力满足 (2分) z ri i1 Tmax z fFri i1 0.158006 Kf Wmax 1.2 D Wmax? Tmax 2 2Tmax290000 D250 300 90000Nmm(1分) (2分) 该螺栓组所能允许提起的最大重力为 720N(1分) (1分) 720N FKfT 4、若轴采用一对7000型轴承固定方式,如图4所示。 已知轴承1、2的径向支反力为Fri=4000N,Fr2=5000N。 轴上两零件所受的轴向力Ai=900N,A2=400N(方向如图所示)。 轴承上的内部轴向力S与径向 2所受的轴向载荷 载荷Fr之间的关系式为S=0.4Fr。 试计算轴承1、 Fa1、Fa2o(9分) 答: 1)求轴承1和2的内部轴向力大小和方向 (计算正确0.5分,方 (计算正确0.5分,方 S1=0.4Fr1=0.4X4000=1600N方向如图向正确0.5分) S2=0.4Fr2=0.4X5000=2000N方向如图 向正确0.5分) Ai TF Frl RII FrE 2)判断压紧和放松的轴承,即轴的运动方向。 S1+A1=1600+900=2500N>Sz+A=2000+400=2400N,轴有向右运动趋势,轴承1放松,轴承2压紧。 (3分) 3)求轴向力 Fa1=S1=1600N(2分) Fa2=S1+A1—A2=2100N(2分) 四、结构题(共16分) 本题分数 1、图5轴承部件,采用两端固定支承结构形式,轴承采用润滑脂润滑。 指出图中设计的结构错误,并对错误的原因作简要说明,并在图中下半部分画出正确结构图。 (12分)注: 标出8处即可,同类性质的错误按一处记分。 7 图5 减少加工面积; ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 箱体上与轴承端盖接触面应有凸台, 应有调整垫片;缺少挡油板;轴承端面和轴承座端面不应重合; 与轮毂配合段轴颈长度应比轮毂长小1~2mm; 端盖和轴之间不应接触,要有间隙; 应加密圭寸圈; 应同一轴上的键连接应在同一母线上; 轴承的定位套筒和轴肩外径不应高过轴承内圈,应为轴承留拆卸空间; 密封处轴径应比轴承内径下,减小安装轴承的距离。 每指出一处错误,并说明得0.5分,总共不超过4分;把指出的错误画正确每处得1分,总共不超过8分。 M12)。 (4 2、如图6所示凸缘联轴器结构,采用铰制孔螺栓连接,请画出螺栓连接两个半联轴器的结构图。 (螺栓的公称直径为分) 图6 哈工大2009秋季学期考试试题答案 机械设计试题(A卷) 一、填空题〔每空1分,计25分〕 b。 H1H2;C、H1H2。 Fi,松边拉力为F2,则其传递的有效圆周力F 1、一减速齿轮传动,主动轮1用45号钢调质,从动轮用45号钢正火,则它们齿面接触应力的关系是 a、H1h2;b、 2、带传动中紧边拉力为 为C。 F2)/2;C、FiF2;d、(FiF2)/2。 a、FiF2;b、(Fi 3、对于硬齿面闭式齿轮传动,其齿面接触承载能力较高,故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。 4、蜗杆的_c—模数为标准模数,蜗轮的b压力角为标准压力角。 a、法面;b、端面;C、轴面。 5、带在带轮上即将打滑而尚未打滑的临界状态时,Fi与F2的关系可用著名的欧拉公式表示为—FiF2efl_。 b_蜗杆导程 条件确定,其 6、在蜗杆传动中,当需要自锁时,应使当量摩擦角角。 a、小于;b、大于;C、等于。 C是错误的。 d2/d1;d、izJz。 蜗轮轮齿.上。 7、计算蜗杆传动的传动比时,公式 a、i1/2;b、injn? ;C、i&蜗杆传动的失效通常是发生在 9、设计圆柱螺旋弹簧时,其弹簧直径d按— 工作圈数n按条件确定。 10、弹簧指数C=_D2乩,C值越大,刚度越小。 11、楔键联接靠』擦妇传递转矩,用于对中性要求不高的联接。 12、按国家标准GB/292-93规定,代号为7210C的滚动轴承类型为角接触球轴承轴承,其内径为50mm,宽度系列为窄、系列,直径系列为轻系列,C代表公称接触角150,其精度为_P0级。 13、下列各种联轴器中,能减缓振动和冲击的是f;可实现两轴线角位移最大的是丄;常用于两轴线对中性不好、低速情况下的是厘和 e。 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.弹性柱销联轴器。 二、问答题〔每题5分、计30分〕 1、试分析影响带传动所能传递最大有效圆周力Fmax的主要因素。 (5 分) 1AFmax2Fo一e— 1— e Fmax与初拉力Fo、包角1和摩擦系数f有关。 (3' Fo大、1大、f大,则产生的摩擦力大,传递的最大有效圆周力也大。 (2' 2、试说明齿形系数Yf与齿轮的哪些参数有关,Yf对齿根弯曲应力f有何影响? (5分) 齿形系数Yf反映了轮齿几何形状对齿根弯曲应力f的影响,凡是 影响齿廓形
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