(华南理工大学)机械设计试题B2010 答案解析

,考试作弊将带来严重后果！

华南理工大学期末考试

2010《机械设计》试卷（B）

1. 考前请将密封线内填写清楚；

所有答案请直接答在试卷上；

．考试形式：闭卷；

1分，共10分）

只受预紧力作用的螺栓连接，在强度计算时，将所受的拉力（预紧力）乘以1.3，就可按拉伸强度计算，这是由于????。

A）安全可靠B）保证足够的预紧力C）考虑扭剪应力D）防止松脱

为了提高蜗杆传动效率，，在润滑良好条件下，最有效的是采用哪种方法？????。

A）单头蜗杆B）多头蜗杆C）大直径系数蜗杆D）提高蜗杆转速

当轴作单向回转时，若键位于轴上方，平键工作面在键的????。

A）上下两面B)上表面或下表面C）一侧面D）两侧面

同种型号材质的单根V带所能传递的功率，主要取决于????。

A）传动比B）中心距a和带长L d C）小轮包角α1D）小轮直径D1和带速v

在蜗杆传动中，对于滑动速度v1≥3 m/s的重要传动，应采用????做蜗轮齿圈材料。

A）ZCuSn10P1 B）HT200 C)45钢调质D）20CrMnTi渗碳淬火

齿轮传动引起附加动载荷和冲击振动的根本原因是????。

A）齿面误差B）周节误差C）基节误差D）中心距误差E）以上都不是

直齿圆锥齿轮的强度计算是以????为计算依据的。

A)大端当量圆柱齿轮B）平均分度圆柱齿轮C）平均分度圆处的当量圆柱齿轮

8.为提高齿轮传动的抗点蚀能力，有人提出下列几种方法，你认为正确的是哪几种

????????????？

A）采用闭式传动B）加大中心距C）提高齿面硬度D）减少齿数，加大模数

9.按基本额定动负荷选定的滚动轴承，在预定使用期限内其破坏率最大为????????。

A．1% B．5% C．10% D．50%

10.根据轴的承载情况，的轴称为转轴。

A．既承受弯矩又承受转矩B．只承受弯矩不承受转矩

C．只承受转矩不承受弯矩D．承受较大轴向载荷

二、填空题（每小题2分，共20分）

1.对于重要的螺栓连接，在设计时尽可能不采用小于M12的螺栓，原因是????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????。

2.螺纹连接常用的防松方法，按其工作原理，有①????????????????防松②????????????????????防松③????????????????????防松。

3.渐开线花键的定心方式为????????????定心。当齿受载时，齿上的径向力能起到

????????????????????????????作用，有利于各齿均匀受载。

4.带的弹性滑动是由于????????????????????????????????????????????????引起的，它

造成的后果是??????????????????????????????????????????????????????????????。

5.链传动中“多边形效应”的含义是?????????????????????????????????????????????????????????????????若链轮的齿数越少，产生的效应越?????????。

6.现有蜗轮已知其参数：齿数z2＝48，端面模数m t2＝3mm，端面压力角αt＝20?，螺旋角

β=9?27’44”，右旋，今欲配制蜗杆，要求传动比i=24，则蜗杆参数应为z1=?????，模数m a1=????????mm，压力角αa1=??????????，??????旋，导程角λ=??????????。

7.一对材料相同，齿面硬度和齿数不同的齿轮传动，两齿轮的齿面接触应力σH1与

σH2??????等，接触疲劳许用应力[σ]H1与[σ]H2??????等；而两轮的齿根弯曲应力σF1与σF2??????等，弯曲疲劳许用力[σ]F1与[σ]F2??????等。

8.在软齿面齿轮传动中，常使配对的两轮齿面有一定硬度差，即令HBS1????????????于

HBS2，原因是???????????????????????????????????????????????????????????????。

9.滚动轴承轴向固定的典型结构形式有??????????????????????????????????????????。

10.转速与当量动载荷一定的球轴承，若额定动载荷增加一倍，其寿命为原来寿命的

?????????????倍。

三、判断题（对的打钩，错的打叉，每小题1分，共10分）

1.紧螺栓连接时，螺栓上的扭剪应力主要是由横向力引起的。（）

2.连接螺纹都能满足自锁条件。（）

3.防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。（）

4.普通平键接联的主要失效形式是键被剪断。（）

5.带传动限制小带轮直径D1min的目的是使带传动结构紧凑。（）

6.规定蜗杆分度回直径d1和直径系数q为标准值，是为了刀具的标准化。（）

7.齿轮弯曲强度计算中的齿形系数Y Fa只与齿数有关，与模数无关。（）

8.齿轮传动中，轮齿齿面的点蚀损坏通常首先出现在节线上。（）

9.齿轮传动的齿宽系数 d，当齿轮于两支承间非对称布置时，可选较大值。（）

10.设计轴时，若计算发现安全系数S<[S]，说明强度不够，须提高轴的强度。（）

四、问答题（每题2.5分，共10分）

1.螺栓的光杆部分做细些，为什么可提高其疲劳强度？试用螺栓的受力-变形图加以说明。

2.带传动中，带速为什么不宜过低，也不宜过高？一般带速在什么范围为宜？

3.试述在齿轮传动中，提高齿根弯曲强度的措施。

4.滚动轴承为什么要进行寿命计算？计算的条件是什么？

五、计算题（每小题10分，共40分）

1.如图有一蜗杆-斜齿轮传动装置。蜗杆由电机带动，已知蜗杆螺旋线方向及转向如图所示，

试确定各轮的转向及受力方向，斜齿轮的螺旋线方向，务必使II轴上的轴向力能尽量抵消。

题五1图

2.螺栓组连接的两种方案如图所示，已知：外载荷R, L= 300mm, a= 60mm。

（1）求螺栓组在二个方案中受力最大螺栓的剪力各为多少？（剪力以R的倍数表示，可用计算法或作图法求）

（2）分析哪个方案较好，为什么？

题五2图

3.标准渐开线直齿圆轮传动如图所示，校核轴II上的键连接的强度。已知：动力由I轴输

入，III轴输出，输入功率P＝2.5kW，n1=1450r/min；齿轮2的模数m=3mm，z1=40，z2=60，z3=40，宽度B=50mm，齿轮、轴与键的材料均为45钢，与齿轮配合处轴径d I＝40mm；

所用圆头平键的键长为45mm，键宽b＝12mm，键高h＝8mm。设键连接的许用挤压应力为125MPa，键的许用剪切应力为120MPa。

提示：建议先通过力分析或计算确定轴II的转矩T II，再来判别键连接强度。

题五3图

4.下图所示的轴上装有两相同的圆锥滚子轴承30207E，轴承上所受到的径向力R1=3000N，

R2=1500N，作用在轴上的外载荷F a l=150N，F a2=450N，试计算轴承的当量动负荷，并判断哪个轴承的寿命较短些。

注：（1）径向载荷系数X=0.4，轴向载荷系数Y =1.6；（2）内部轴向力S=R/Y。

题五4图

六、作图与改错题（共10分）

1.按要求完成下列三图：A. 普通V带与带轮轮槽的安装；B. 平键连接；C. 铰制孔用螺

栓（配合螺栓）连接。

(A) (B) (C)

题六1图

2.改错题

图所示为下置式蜗杆减速器中蜗轮与轴及轴承的组合结构。蜗轮用油润滑，轴承用脂润滑。试指出该图中的错误，并简述改正方法。

题六2图

参考答案

一、 选择题

1. C

2. B

3. D

4. D

5. B

6. E

7. A

8. C

9. C

10. A

二、 填空题

1. 直径过小的螺栓在拧紧时因为预紧力的作用可能会被拧断

2. 摩擦；机械；冲点

3. 齿形；自动定心

4. 带的弹性变形；从动轮的圆周速度低于主动轮；降低了传动效率；引起带的磨损；使带温度升高

5. 由于链绕在链轮上形成正多边形而导致的运动不均匀性；显著

6. 2；3、20°；右；9°27′44″

7. 相；不；不；不

8. 大；小齿轮齿根较薄，弯曲强度较低，且受载次数较多 9. 双支点单向固定，单支点双向固定 10.

8

三、 判断题

1. ×

2. √

3. √

4. ×

5. ×

6. √

7. √

8. √

9. ×

10. √

四、 问答题

1. 螺栓的光杆部分做细些，可以使螺栓的刚度减小，即1C 减小。设工作载荷F 不变，

由1

12

C F F C C ?=

+，应力副2

140.5[]a a F d σσπ???=≤，可知1C 的减小，使应力副a σ减小，所以可以提高其疲劳强度工作载荷F 不变的前提下，刚度小的螺栓对应的F ?明显小于刚度大的螺栓，即疲劳强度较高。

2. 若带速过低，则圆周力就很大，容易打滑。若带速太高，又会因离心力太大而降低带与带轮间的正压力，从而降低摩擦力和传动的工作能力。此外，随着离心力的增大，离心拉应力也增大，使带的疲劳强度有所降低。所以带速要适宜，一般应在 5~25 m/s 的范围内，最适宜的速度为10~20 m/s 。

3. 增大齿宽；增大模数；增大分度圆直径；用斜齿代替直齿；用正变位齿轮代替标准齿轮；采用机械强度高的材料；改软齿面为硬齿面，提高齿轮材料的硬度。

4. 滚动轴承在运转时可能出现各种类型的失效形式，套圈和滚动体表面的疲劳点蚀是滚动轴承的一种最基本和常见的失效形式。轴承发生点蚀破坏后，在运转时通常会出现较强的振动、噪声和发热现象。

计算的条件是，定义具有90％可靠度的轴承寿命为轴承的额定寿命。

五、 计算题

1. 分析题

蜗杆主动，右旋，故用右手确定蜗杆受轴向力F a1的方向，在左图中指入纸面。蜗杆所受圆周力F t1与其转向相反，故在左图中指向右；

蜗轮所受轴向力F a2为F t1的反作用力,在左图中指向左。蜗轮所受圆周力F t2为F a1的反作用力，在左图中指出纸面。

齿轮3圆周力F t3与其转向相反，在左图中指出纸面。F a3抵消F a2，指向右，从而有齿轮3右旋；

齿轮4圆周力F t4为F t3的反作用力，在左图中指入纸面。F a4为F a3的反作用力，指向左。齿轮4与齿轮3旋向相反，为左旋。

所有F r 指向各自轮圆心。

2. （1）①载荷简化

将载荷R 向螺栓组连接的结合面形心O 简化，得一剪力F R =R 和一旋转力矩T =R ·L =300R 。 ②确定各个螺栓所受的剪力

在剪力F R 的作用下，各个螺栓所受的剪力F S1大小相同，F S1=R ，与F R 同向。 A. 对于方案a （左图），在旋转力矩T 的作用下，由于1、3螺栓中心至形心的距离相等，所以它们所受的剪力大小F S2也相同，但方向垂直于各螺栓与形心O 的连线。螺栓2未受T 作用、导致附加剪力。

F S2=(T /a )/2=300R /(60×2)=2.5R

螺栓3的剪力F S1与F S2同向，所受剪力最大，即

F smaxa = F S1+ F S2= R +2.5R =3.5R

B. 对于方案b （右图），在旋转力矩T 的作用下，由于4、5、6螺栓中心至形心的距离相等，所以它们所受的剪力大小F S2也相同，但方向垂直于各螺栓与形心O 的连线。

F S2=(T /a )/3=300R /(60×3)=1.67R

螺栓5的剪力F S1与F S2同向，所受剪力最大，即

F smaxb = F S1+ F S2= R +1.67R =2.67R

（2）两种布置方案比较，F smaxb < F smaxa ，因此b 方案较为合理。

3. 由于齿轮2为惰轮,因此轴II 不受力，所以键连接强度满足。

t1

t1

F a2 F t2 F r2F a3

F a4F t3 F t4

4. 解：

受力分析如上图示

113000937.522 1.6

R S N N Y ===? 221500468.7522 1.6

R S N N Y =

==? 因为937.5+450>150+468.75，即1212a a S F F S +?+，所以左端轴承放松。 所以11937.5A S N ==,

2121(937.5450150)1237.5a a A S F F N N =+-=+-= 11111(0.43000 1.6937.5)2700P X R Y A N N =+=?+?= 22222(0.41500 1.61237.5)2580P X R Y A N N =+=?+?=

因为12P P >,所以轴承I 的寿命短些。 六、做图与改错题 1. 如图示。

2. 如图示。

S 1 S 2

（1）不应有密封装置；

（2）轴端无倒角，不利于装拆；

（3）套筒过高，左轴承不便于拆卸；

（4）轴段长度与蜗轮轮毂长度同长，套筒顶不住蜗轮，蜗轮轴向固定不可靠；（5）键槽过长，超出轴段；

（6）轴肩过高，右轴承不便于拆卸；

（7）轴段直径大于滚动轴承内径，滚动轴承无法装入；

（8）无调整垫片，轴承间隙无法调整；

（9）轴承盖（静止件）不能与转轴（转动件）接触；

（10）应增加密封装置；

（11）不应有此套筒；

（12）联轴承无周向定位，增加键；

（13）无轴端固定装置。