机械设计试题[第10套]答案解析

南昌航空大学20××—20××学年第×学期期末考试

课程名称： 机械设计 闭卷 A 卷 120分钟

一、判断题（本大题共分10小题，请在表述正确的小题标号

后的横线上画 “√”，在表述不正确的小题标号后的横线上画“×”，每小题1分，本大题满分10分）

1. 平键是靠键的上下两工作面与键槽间的摩擦力来传递载荷的。 【×】

2. 静应力只能由静载荷产生,变应力只能由变载荷产生。 【×】

3. 零件表面经淬火、渗碳、喷丸、滚子碾压等处理后，其疲劳强度增高。 【√】

4. 按照承受载荷情况分，自行车前轴属于转动心轴。 【×】

5. 同步带传动属于摩擦传动。

【×】 6. 与合金钢相比，碳素钢对应力集中更为敏感，因此用碳素钢制成的轴的表面粗糙度应控制得更为严格。 【×】 7. 减少螺栓刚度和增加被联接件刚度，有利于提高螺栓联接疲劳强度。 【√】 8. 由于蜗杆蜗轮传动滑动速度很大，蜗杆常用减摩材料（如铸造青铜）制造。 【×】 9. 设计动压向心滑动轴承时，宽径比B d 取得较大，端泄量小，承载能力高，

温升高。

【√】 10. 链传动的平均传动比 1221i d d 。 【×】

二、选择题（本题分15小题，在每个小题后面给出的四个备选项中只有一项是符合题意的，请把所选项的字母统一填在题

后列出的各小题编号后的横线上，每小题1分，满分15分，）

11. V 带传动工作时，与带轮轮槽接触的是 。 【 A 】

A. 带的两侧面

B. 带的顶面

C. 带的底面

D. 带的侧面与底面

12.链传动与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑的现象，所以链传动能保持准确的 A. 瞬时传动比 B. 平均传动比 C. 链速 D. 从动轮角速度 13. 转轴工作时主要承受 。 【 C 】

A. 纯扭矩

B. 纯弯矩

C. 扭矩和弯矩

D. 摩擦力矩

14. 蜗杆传动的主要失效形式是 。 【 D 】

A. 齿面疲劳点蚀

B. 齿根的弯曲折断

C. 齿面的塑性变形

D. 齿面的胶合和磨损 15. 采用合金钢和热处理的办法来提高轴的 ，并无实效。 【 D 】

A. 表面硬度

B. 强度

C. 工艺性 刚度 16. 角接触球轴承，内径80mm ，宽度系列0，直径系列2，接触角o

15=α其代号为 。【 C 】

A. 30216C

B. 30280AC

C. 7216C

D. 7216AC

17. 适合做滑动轴承轴承衬的材料是 。 【 B 】

A. 优质碳素钢

B. 巴氏合金

C. 铸铁

D. 合金钢

18. 在螺栓联接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是 。 【 A 】

A. 防松

B. 提高刚度

C. 减小每圈螺纹牙上的受力

D. 提高联接强度 19. 带传动正常工作时不能保证准确的传动比，是因为 。 【 D 】

A. 带不是完全弹性体

B. 带容易变形和磨损

C. 带在带轮上打滑

D. 带的弹性滑动

20. 为了减少蜗轮刀具数目，有利于刀具标准化，规定 为标准值。 【 C 】

A. 蜗轮齿数

B. 蜗杆头数

C. 蜗杆直径系数

D. 蜗轮分度圆直径

21. 设高速轴与低速轴的材料相同，传递的功率也相同；若低速轴的转速是高速轴转速的18

时，其直径最小值应为高速轴直径最小值的 倍。 【 B 】 A. 12 B. 2 C. 4 D. 8

22. 下列联轴器中，不具有直线位移和角位移补偿能力的联轴器是 。 【 A 】

A. 凸缘联轴器

B. 齿式联轴器

C. 万向联轴器

D. 弹性柱销联轴器

23. 零件受对称循环变应力作用时，对塑性材料应取 为材料的极限应力。 【 C 】 A. B σ B. S σ C. 1σ- D. 0σ

24. 以下几种措施中，可用于减少齿轮传动的附加动载荷的是 。 【 D 】

A. 齿轮的轮齿做成鼓形齿

B. 增加齿轮圆周速度

C. 改变原动机类型

D. 齿顶修缘 22. 链传动中，链节数通常取偶数，链轮齿数取奇数，最好互为质数，其原因是 。 【 A 】 A. 链条与链轮轮齿磨损均匀 B. 工作平稳

C. 避免采用过渡链节

D. 具有抗冲击力

三、填空题（本大题分为10小题，请把正确的答案统一填写在题后的空白横线上，每空1分，本大题满分10分。）

26. 中小功率闭式硬齿面钢制齿轮的主要失效形式是点蚀。

b?是根据轴的轴径确定的。

27. 普通平键的宽和高()h

28. 比较适合于用做轴承衬的材料是巴氏合金。

29. 控制适当预紧力是保证带传动正常工作的重要条件，预紧力不足，则易发生带的跳动和

打滑。

30. 带传动的准则是保证不打滑的条件下带具有足够的疲劳寿命。

31. 当温度升高时，润滑油的粘度随之降低。

32. 为了便于装配轴上零件并去掉毛剌，通常，轴端应加工出倒角。

33. 在不完全液体润滑滑动轴承中，限制pv值的主要目的是限制温升。

34. 对闭式蜗杆传动进行热平衡计算的主要目的是温度过高而引起的齿面胶合。

35. 采用表面强化如压、喷丸、碳氮共渗、氮化、渗氮、高频或火焰表面淬火等方法，可显著

提高轴的疲劳强度。

四、简答题（本大题分为4小题，每小题3分，满分12分）

36. 用链传动、齿轮传动、V带传动等装置组成多级传动时，按怎样顺序排列才合理？为什么？答：配置顺序是：带传动→齿轮传动→链传动。这是因为V带传动具有缓冲吸振作用，且靠摩擦传递，一般置于高速级；链传动不平稳，速度高时传动出现较大的振动冲击，一般应置于低速级。而齿轮传动一般置于中间级。

37. 分别说明三角螺纹、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，主要用于连接。

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；在螺旋传动中应用最普遍。

38. 轴的设计主要包括哪些内容？

答：（1）材料选择；（2）进行轴的结构设计；（3）进行轴的强度验算。（4）必要时还要进行刚度计算和振动稳定性计算。

39. 简述联轴器选择的步骤。

答：首先，根据使用要求选择联轴器的类型，其次，根据转矩和轴径的大小确定具体型号，必

要时对关键元件进行强度计算。

五、分析解答题（本大题分4小题，满分22分）

40. （4分）题40图所示两级圆柱齿轮减速器的可能两种布置方案中，哪一种方案更合理？为什么?

41. （5分）试分析题题42图所示四种摩擦副，哪些不能形成油膜压力，为什么？（v 为相对运动速度，油有一定的粘度。）

2

12

（a ）

2

1

(b)

2

1(c)

2

1(d)

题41图

答：只有图（c ）符合形成动压油膜条件，因此它有可能形成油腻压力。其他各图都不具备形成动压油膜条件。其中图a 没有产生楔形间隙；图b 中两表面相对运动方向不能使油从大口流入、小口流出；图d 中运动板的速度过低。

42 （8分）题图2所示斜齿圆柱齿轮传动——蜗杆传动组成的传动装置。动力由I 轴输入，蜗轮4为右旋。试解答下列问题：

（1）为使蜗轮4按图示n 4方向转动，确定斜齿轮1的转动方向；

（2）为使中间轴Ⅱ所受的轴向力能抵消一部分，确定斜齿轮1和斜齿轮2的轮齿旋向； （3）画出齿轮1和蜗轮4所受圆周力F t 1、F t 4和轴向力F a 1、F a 4的方向（垂直纸面向外的力画

、

答:方案二更为合理。原因之一：输入和输出

的轴段长，原动机和工作机的振动和冲击对齿轮传动影响小。原因之二：轴的扭转剪应力分布减弱了弯曲正应力的分布不均。

方案一 方案二

题40图

向内的力画?）

I

?

1

a

题42图

43. （6分）题43图所示的两个带传动结构（中心距、预预紧力、带的材料、带轮材料）完全相同，带轮1与带轮4的直径相同、带轮2与带轮3的直径相同，31n n =。试问两个传动中：

（1）哪个可以传递更大的圆周力？为什么？ （2）哪个可以传递更大的功率？为什么？ 答：

（1）圆周力一样大。因为两传动装置的预紧力摩擦系数及小带轮包角均相等。

（2）装置（

b ）传递的功率更大。因为在两者具有同等最大圆周力的情况下，

（b ）的带速更高，故功率更大。

题43图

六、计算题（本大题分为3小题，满分24分）

44.（8分）轴上装有两个30307轴承，受载情况如题44图所示。已知：轴上外加径向载荷为

3000 N re F =，外加轴向载载荷500 N ae F =

。轴承的车转速1000 r min n =，动载系数1p f =，温度系数1t f =，判定系数0.32e =，额定动载39800C N =，内部（派生）轴向力

按2d r F F Y =进行计算。当a r F F e >时，0.4X =，9.1=Y ，当a r F F e e >≤时，1X =，

0Y =。试计算轴承2的当量动载荷2P 。

解：

（1）计算轴承径向载荷

12000 N r F = 21000 N r F =

（2）计算轴承轴向载荷

()112526.3 N d r F F Y == )222277 N d r F F Y ==

121026.3 N d ae d F F F +=>

500 N

ae =题44图

∴211026.3 N a d ae F F F =+=

11526.3 N a d F F ==

（3）计算当量动载

22 1.026a r F F e => 220.4, 1.9X Y ∴==

()222222350 N P r a P f X F Y F =+=

45. （8分）如题图45所示，已知一个托架的边板用4个饺制孔用螺栓（标号分别为1、2、3、4）与相邻的机架相联接。托架受到一个与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行的大小为P 的载荷作用。试求出此螺栓组中各螺栓所受工作剪力的大小。 解：

各螺栓由横向载荷P 所引起的剪切力的方向如图1所示，其大小均为：4

A P

F =

各螺栓由转矩T Pl =引起的剪切力的方向

如图1

所示，大小均为：22

B T P

F l ==

螺栓1、3所受总的剪切力为：

13F F === 螺栓2所受总的剪切力为：

23

4

A B F F F P =+=

题45图

螺栓4所受总的剪切力为

44

A B P F F F =-=

46. （8分）钢制标准齿轮传动，已知载荷系数 1.5K =，1750 r min n =，齿宽75 mm b =，

3 mm m =，1z （主动）25=，1 2.7Fa Y =，1 1.6Sa Y =，[]1660 MPa H σ=，[]1450 MPa F σ=，

2125z =，2 2.2Fa Y =，2 1.8Sa Y =，[]2600 MPa H σ=，[]2400 MPa F σ=， 2.5H z =，

E Z

u Z =

综合考虑齿面接触强度和齿根弯曲强度，试决定此对齿轮能传递的最大功率。

（提示：]=H E H H

Z Z Z σσ； []1212F Fa Sa F KT Y Y bm Z σσ=≤） 解：1132575 mm d mz ==?=，21125

525

z u z =

==

， 1.095u Z =

== 将接触强度计算式改写成 []()

2

2112

2H E H u bd T K Z Z Z σ≤

因[][]12H H σσ>，按上式计算1T 时，[]H σ应代入[]2H σ的值，则根据接触强度计算的转矩为

[]()

()

2

21212

22

2

275756002 1.5189.8 2.5 1.095187527.2 Nmm

H E H u bd T K Z Z Z σ≤??=

????=

将弯曲强度计算式改写成 []2112F Fa Sa

bm Z T KY Y σ≤

因

[][]1

211

22450400

104.16101.012.7 1.6 2.2 1.8

F F Fa Sa Fa Sa Y Y Y Y σσ=

=>==??，按弯曲强度式计算1T 时，

[]F

Fa Sa Y Y σ应代入

[]2

22

F Fa Sa Y Y σ，故根据弯曲强度计算出转矩为

[]2212122

75325400

568181.3 Nmm 22 1.5 2.2 1.8

F Fa Sa bm Z T KY Y σ???≤

==??? 小齿轮能够传递的极限转矩是max 187.53 Nm T ≈ 故max max 750

187.5314728.6 W 14.73 kW 30

30

n

P T ππ?=

?=

?=≈

七、结构改错题（本大题只有1个小题，满分6分）

47. 按示列方式指出下题47图示轴系结构错误并说明原因，所指出的错误不少于8处。

3456

题47图

解：

1-------缺少调整垫片

2-------缺轴端挡圈

3-------键无法装入轮毂键槽

4-------所有键槽应布置在同一母线上

5-------应留间隙

6-------此处不应有键

7-------应为齿轮留出压紧空间

8-------键太长

9-------齿轮轴向未定位

10-------轴承方向装反

11------轴端伸得太长

12------轴不应与轴承盖接触

13------缺少调整垫片