机械设计 计算题..
。
（1） 活动构件数n=5，低副数 P L =7，高副数P H =0 ，因此自由度数
F=3n-2P L -P H =3*5-2*7=1 C 为复合铰链
（2） 活动构件数n=5，低副数 P L =7，高副数P H =0 因此自由度数
F=3n-2P L -P H =3*5-2*7=1 F 、G 为同一个移动副，存在一个虚约束。 2．在图示锥齿轮组成的行星轮系中，各齿轮数120Z =，Z 2=27，Z 2’=45，340Z =，已知齿轮1的转速1n =330r/min ，试求转臂H 的转速n H (大小与方向)。
（1）判断转化轮系齿轮的转动方由画箭头法可知，齿轮1与齿轮3的转动方向相反。 （2）转化轮系传动比关系式
'
21323113Z Z Z Z n n n n i H H
H
??-=--=
（3）计算转臂H 的转速H n 。
代入13330,0n n ==及各轮齿数 3302740
02045
3306
15
150/min
H H H H n n n n r -?=-
-?-
+=-=转臂H 的转动方向与齿轮1相同。
2’
2
1
3
3．有一轴用一对46309轴承支承，轴承的基本额定动负载r C =48.1kN ，内部轴向力S=0.7Fr ，已知轴上承力R F =2500N ，A F =1600N ，轴的转速n=960r/min ，尺寸如图所示。若取载荷系数
p f =1.2，试计算轴承的使用寿命。
1）计算径向负荷
F A F r1
S 2 F R
S 1
F r2
由力矩平衡 F r2×200- F R ×300+ F A ×40=0
F r2= (F R ×300- F A ×40)/200=(2500×3000-1600×40)/200=3430N F r1= F r2- F R =3430-2500=930N （2）计算轴向负荷 内部轴向力
S 1=0.7 F r1=0.7×930=651N ；S 2=0.7 F r2=0.7×3430=2401N
由S 1+ F A < S 2 ，可知轴承1为“压紧”轴承，故有F a1= S 2- F A =2401-1600=801N F a2= S 2=2401N （3）计算当量动负荷
轴承1：F a1/ F r1=801/930=0.86>e ；取X ＝0.41，Y ＝0.87 P 1=f p (X F r1+Y F a1)=1.2×(0.41×930+0.87×801)=1294N 轴承2：F a2/ F r2=0.7=e ；取X=1,Y=0 P 2=f p ×F r2=1.2×3430=4116N
∵ P 2> P 1 ∴ 取P=P 2=4116N 计算轴承寿命。 （4）计算轴承寿命
L h =(106/60n)( C t /P)ε= 〔106 /(60×960)〕×(48.1×103/4116)ε
=27706h
e
F a /F r ≤e
F a /F r ＞e
X
Y X Y 0.7
1
0.41
0.85
此轴承组合设计有以下四个方面的错误：
（1） 转动件与静止件接触：轴与轴盖；套筒与轴承外圈 （2） 轴上零件未定位、未固定：筒顶不住齿轮（过定位）；卡圈不需要 （3） 工艺不合理：
加工：精加工面过长且加工不方便；联轴器孔未打通；箱体加工面与非加工面没有分开 安装：轴肩过高，无法拆卸轴承；键过长，套筒无法装入 调整：无垫片，无法调整轴承游隙
润滑与密封：齿轮用油润滑，轴承用脂润滑而挡油盘；缺缺密封件
、、如图所示的轮系中，已知z 1 =z 2 =z 4 =z 5 =20，z 3 =z 6 =60，齿轮1的转速n 1
=1440(r/min),求齿轮6的转速（大小及方向）（方向用箭头表示）。
其转动比为 12i =
6
1n n =(-1)292020606041635426
5321===X X z z z z z z z z z z z z
)min (1609
1440
1216r i n n ==
=
轮6转向轮1同。
已知一正常齿制的标准直齿圆柱齿轮，齿数z 1=20，模数m = 2mm ，拟将该齿轮作某外啮合传动的主动齿轮，现须配一从动齿轮，要求传动比i =3.5，试计算从动齿轮的几何尺寸及两轮的中心距。（20分）解：根据给定的传动比i ，可计算从动轮的齿数
z 2 = i z 1 =3.5× 20 = 70
已知齿轮的齿数z 2及模数m ，由表5-2所列公式可以计算从动轮各部分尺寸。
分度圆直径 d 2 = m z 2 = 2×70 = 140 mm
齿顶圆直径 d a2 = (z 2 + 2h a *) m = (70+2×1)2=144 mm
齿根圆直径 d f = (z 2 - 2h a *- 2c *) m = (70-2×1-2×0.25)2=135mm 全齿高 h =(2h a *+c *)m = ( 2×1 + 0.25) 2= 4.5 mm 中心距 90)7020(2
2
)(22a 2121=+=+=+=
z z m d d mm
1． 请说明平面机构速度瞬心的概念，并简述三心定理。
答：瞬心是指互相作平面相对运动的两构件在任一瞬时，其相对速度为0的重合点，或者是绝对速度相等的重合点。（3分）三心定理：作平面运动的三个构件共有三个瞬心（1.5分），它们位于同一直线上（1.5分）。
2． 简述闭式齿轮传动的设计准则
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，然后校核齿根弯曲疲劳强度(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，然后校核齿面接触疲劳强度。
3． 平键连接的工作原理是什么？主要失效形式有哪些?平键的截面尺寸bxh 是如何确
定的? 答：平键的工作面为两侧面，工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩。主要失效形式是工作面的压溃和键的剪断。)截面尺寸根据轴径d 由标准查出。
4． 简述形成流体动压油膜的必要条件。
答：形成动压油膜的必要条件是：1）相对运动表面之间必须形成收敛形间隙；2）要有一定的相对运动速度，并使润滑油从大口流入，从小口流出；3）间隙间要充满具有一定粘度的润滑油。
1．（8分） 如图示螺栓联接的受力－变形图。若保证残余预紧力"F 的大小等于其预紧力F ’的一半。求该联接所能承受的最大工作载荷和螺栓所受的总拉力，并在图中标出各力。
解：在受力－变形图中标出残余预紧力、预紧力及工作载荷，
由图中几何关系可知螺栓连接最大工作载荷为: F=F ’ 螺栓所受的总拉力为：
"
3'5.1'""0F F F F F F F ==+=+=
2． 计算图中所示机构的自由度数，若该机构存在局部自由度、复合铰链、虚约束等请在图中指明。
答： 活动构件数：n=7高副数：PL=9 低副数：PH=1 F=3n-2PL-PH=2 F 处存在局部自由度（1分），E 处或E ’处存在虚约束，C 处存在复合铰链。
4. 如图所示轮系中，若已知各轮齿数1z =2z =4z =5z =20，3z =40，6z =60，求H i 1 的大小, 并说明轮1与转臂H 的转向相同还是相反。
解：此轮系为混合轮系，其中定轴轮系传动比：220
40122112====z z n n i 周转轮系的转化轮系传动比：420
80
)1(355225-=-=-=--=
z z n n n n i H H H
由于05=n ，故：
42-=--H H n n n 得：52=H n n 故：10522212121-=?-=?==H
H H n n
n n i i i
轮1与转臂H 转向相反
F
F
F
F
３
４ １
５
Ｈ ２
试分析图示齿轮轴轴系结构上的结构错误，在图中编号并指出错误原因。轴承采用脂润滑。
位置1、两轴承类型一致，角接触轴承应成对使用；
位置2、旋转件和静止件接触；
位置3、齿轮安装轴段的长度应小于齿轮宽度；
位置4、无键槽；
位置5、联轴器轴段无轴向定位，应设计成阶梯轴；
位置6、与轴承内圈配合轴段太长，应设计成阶梯轴；
位置7、机箱体应加凸台以减小加工面积；
位置8、应加调整垫片；
位置9、键槽孔太长；
位置10、缺甩油环；
位置11、轴肩太高，轴承内圈无法拆卸；
位置12、无密封。
15.螺纹联接的防松方法，按工作原理来分可分为哪几种？要求每一种举一例。
15.答：摩擦防松，如用对顶螺母，弹簧垫圈，自琐螺母等。
机械防松，如开口销与六角开槽螺母，止动垫圈，串联钢丝等。
其它防松，如铆冲，胶粘等
16.什么是滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷？
16.答：按一组轴承中10％的轴承发生点蚀失效，而90％的轴承不发生点蚀失效前轴承内外圈的相对转数（以106为单位）或工作小时数作为轴承的寿命，并把这个寿命叫做基本额定寿命。滚动轴承基本额定动载荷，就是使轴承的基本额定寿命恰好为106转时，轴承所能承受的载荷。
17.试解释带传动中弹性滑动和打滑现象。弹性滑动和打滑会引起什么后果？二者都可以避免吗？
17.答：带传动的弹性滑动与打滑的主要区别是弹性滑动是局部滑动，会引起传动比不准,是不可避免的；打滑是全面滑动，将是带的磨损加剧，从动轮的转速急剧降低，甚至使传动失效，这种情况应当避免
18.答: 铰链四杆机构的基本型式有三种:曲柄摇杆机构;双曲柄机构; 双摇杆机构 19.仅承受扭矩的轴叫转轴。转轴→传动轴
20.下图为某深沟球轴承的载荷P 与寿命L 的关系曲线，试求： 1）此轴承的基本额定动载荷C ；C ＝
45000N
L n C P C C
h =
=?=166701667010000116670 h 3
()(.)ε 2）若轴承当量动载荷P
＝0.1C ，轴承转速n =1000r/min ，轴承寿命L h 为多少？
21.有一滑动轴承，其轴颈直径d =100mm ，B /d =1.4，[p ]＝8MPa ，[V ]=3 m/s ，[pV ]=15MPa .m/s ，转速n =500r/min ，问此轴承允许最大工作载荷为多少？
B d ==?=1414100140 mm ..；[]F dB p ==??=1001408112000 N
V dn =?=
???=ππ/().601000100500
601000
262m /s ；[]pV p ==?15262.
所以p =
=15
262
5725 MPa ..由此得F =??=572510014080150.N 所以，允许最大工作载荷为80150N 。
22.如图所示用两个M10（小径d 18=.376mm ，中径d 29026=.mm ，）的螺钉固定一牵引钩。若螺钉材料为Q235钢，屈服极限σS MPa =240，装配时控制预紧力（安全系数取
[]S S =16
.),考虑摩擦传力的可靠性系数（防滑系数）K f =12.,接合面摩擦因数μ=0.2，求其
允许的牵引力F R （取计算直径d c =d 1）。 许用拉应力[][]
MPa 0156.1/240S S
===
S σσ；螺钉数z ＝2，接缝面数m =1，则所需预紧力
R R R f 32
12.02.1F F mz F K F =??==
'μ，；强度条件为 []σπ≤214
3.1d F '
[]
N 19213
3.14150
376.83
3.14221R =????=
??πσπd F ≤
23.一对外啮合标准直齿圆柱齿轮，已知模数m=2mm，齿数z1=25，z2=75。求齿距p，全齿高h，分度圆直径d1，d2，齿顶圆直径d a1，齿根圆直径d f2，标准中心距a和传动比i。齿距p=πm=3.14×2=6.28mm
全齿高h=2.25m=2.25×2=4.5mm
分度圆直径d1=m z1=2×25=50mm
d2=m z2=2×75=150mm
齿顶圆直径d a1= d1+2m=50+2×2=54mm
齿根圆直径d f2= d2-2.5m=150-2.5×2=145mm
标准中心距a=( d1+ d2)/2=(50+150)/2=100mm
传动比i= z2/ z1=75/25=3
24.按图所示铰链四杆机构中的尺寸，分别确定各机构的名称。
a）双曲柄机构；b）曲柄摇杆机构；c）双摇杆机构；d）双摇杆机构
七、作图题（有2小题，每题5分,共10分）
请画出螺栓联接式蜗轮结构图（剖面图）。
25.
26.试分析图中受单向轴向力F a的角接触球轴承结构中的不合理结构处，并画出正确结
构。
31.已知在一级蜗杆传动中，蜗杆为主动轮，蜗轮的螺旋线方向和转动方向如图所示。试将蜗杆、蜗轮的轴向力、圆周力、蜗杆的螺旋线方向和转动方向标在图中。
蜗轩转动方向如图所示；蜗杆为右旋
F t2与蜗轮分度圆相切，指向左端 F t1与蜗杆分度圆相切，指向右端 F a1与蜗杆轴线平行，指向右 F a2与蜗轮轴线平行，指向左
32.试分析只受预紧力F ′作用的单个螺栓联接的应力情况，写出其强度计算公式，并指出公式中每个参数的物理意义。
螺栓受到拉应力σ和扭转剪应力τ的作用 σ=
134
12.'F d π ≤［σ］ σ—拉应力，d 1—螺栓最小直径，［σ］—
许用拉应力。
、33.计算图示机构的自由度，若含有复合铰链，局部自由度和虚约束请明确指出。
(1)F 处为复合铰链，H 处(或I 处)为虚约束，应除去
(2)计算自由度： n=6, P L =8, P A =1 F=3n-2P 1—P H =3×6-2×8-1 =1
34.已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮传动的标准中心距a=108mm,传动比i 12=3,小齿轮的齿数z 1=18。试确定大齿轮的齿数z 2、齿轮的模数m 和两轮的分度圆直径、齿顶圆直径。
∵i 12=z z 21
=3 ∴Z 2=i 12Z 1=3×18=54
∵a=m 2
(z 1+z 2) ∴m=
22108
1854
12a z z +=
?+ =3mm
d 1=mz 1=3×18=54mm d 2=mz 2=3×54=162mm d a1=d 1+2h a *m=54+6=60mm d a2=d 2+2h a *m=162+6=168nn
35.在图示传动装置中，已知各轮齿数为：z 1=20, z 2=40, z 3=20, z 4=30, z 5=80，运动从Ⅰ轴输入，Ⅱ轴输出，n Ⅰ=1000r/min,转动方向如图所示。试求输出轴Ⅱ的转速n Ⅱ及转动方向。
一个定轴轮系。对于3、4、5、H 组 成的行星轮系，有
i 420
80
355335
-=-=-=--=z z n n n n H H H
将n 5=0代入上式得 n n n H
H
34--=-
即 n n H
3=1+4=5 ……………
(1)
对于1、2齿轮组成的定轴轮系，有 i 12122140
20
2=
-=-=-n n z z 即n n 12=-2 (2)
联立解(1)、(2)式，并考虑到n Ⅰ=n 1, n 2=n H ,n 3=n Ⅱ得 n n II I =-5
2
将n Ⅰ=1000r/min 代入，得n Ⅱ=-2500r/min 负号说明n Ⅱ转向与n Ⅰ转向相反。
36.某轴用一对圆锥滚子轴承支承，外圈窄边相对安装，已知两轴承所承受的径
向载荷分别为F r
Ⅰ=9000N,F rⅡ=5000N，其内部轴向力分别为F SⅠ=2430N,F SⅡ=1350N,传动件作用于轴上的轴向力F A=1000N,判断系数e=0.32,当F a/F r≤e 时，X=1,Y=0,当F a/F r>e时，X=0.4，Y=1.88。试分别计算出轴承的当量动载荷。
.轴向力：F SⅠ+F A=2430+1000=3430N>SⅡ
轴承Ⅰ被放松F aⅠ=F SⅠ
=2430N
轴承Ⅱ被压紧F aⅡ=F SⅡ=3430N
当量动载荷F aⅠ/F rⅠ=2430/9000=0.27 XⅠ=1 YⅠ=0；PⅠ=XⅠF rⅠ=9000N F aⅡ/F rⅡ=3430/5000=0.686>e；XⅡ=0.4 YⅡ=1.88 F YⅡ+YⅡF aⅡ=0.4×5000+1.88×3430=12672.6N P 37.图示为一偏置式直动尖底从动件盘形凸轮机构。已知从动件 尖底与凸轮廓线在B0点接触时为初始位置。试用作图法 在图上标出： (1)当凸轮从初始位置转过?1=90°时，从动件走过的位 移S1； (2)当从动件尖底与凸轮廓线在B2点接触时，凸轮转过的 相应角度?2。 说明：(1)不必作文字说明，但必须保留作图线； (2)S1和?2只需在图上标出，不必度量出数值。 (1)缺少调整垫片；(2)轮毂键槽结构不对； (3)与齿轮处键槽的位置不在同一角度上；(4)键槽处没有局部剖； (5)端盖孔与轴径间无间隙；6)多一个键；(7)齿轮左侧轴向定位不 可靠；(8)齿轮右侧无轴向定位(9)轴承安装方向不对；(10)轴承外圈定位超高；11)轴与轴承端盖相碰。 15.最大应力 max值相同，循环特征r分别是+1、0、-1的应力，其中r=+1的应力最易使零件疲劳损伤。 答：r=+1→r=-1 16.计算图示机构的自由度。如有复合铰链、局部自由度和虚约束，应指出。 B 处存在局部自由度。 F n p p =--=?-?-=32362811 L H 17.不完全液体润滑（混合润滑）径向滑动轴承，d =60mm ，宽径比 B /d =1.2，轴承材料的[p ]＝5MPa ，[V ]=3m/s ，[pV ]=10MPa .m/s 。求当n =600r/min 时，轴承允许的最大载荷为多少。 []V dn V = ?=???=<ππ60100060600 601000 188.m /s 由[]p F Bd p = 1 ≤；B d ==?=12126072..mm 得 []F p B d 15726021600216≤??=??==N kN . 由[]pV F Bd V pV = 2 ≤得 []F pV B d V 2107260 1882297822≤??=??==/. .7 N .98 kN 所以轴承允许的最大载荷为[] F F 12,min ，即F F max ==121.6 kN 18.一起重吊钩通过尾部螺纹拧上螺母挂在吊具的孔中（看作松螺栓联接）已知载荷Q =25kN ，吊钩材料为35钢，许用应力[σ]=60N/mm 2，试求吊钩尾部螺纹的小径。 解:由松 螺栓联接的设计公式得螺纹小径为 mm Q d 033.2360 14.310254][43 1=???==σπ 19.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F 1为松边拉力F 2的2倍， 此时小带轮上包角α1=120?，求：（1）有效拉力F e ；（2）紧边拉力F 1；（3）当量摩擦因数f ˊ。 有效拉力F e =1000P /v =1000×8/10=800 N 又知:F 1-F 2= F e ,F 1=2F 2则紧边拉力 F 1=2 F e =1600 N 根据欧拉公式 得 当量摩擦系数f '=ln(F 1/F 2)/α=ln2/(3.14× 120/180)=0.693/2.0933=0.331 20.画出普通螺栓联接的结构图 见图1 21.对图所示的机构，用作图法找出滑块C 的两个极限位置。见图2 22．画出普通平键A 型、B 型、 答:利用曲柄与连杆共线时，滑块达到极限位置这一知识，以A 为圆心，分别以BC-AC 和BC+AC 为半径画圆，与导路的两个交点C 1和C 2即可得到滑块C 的两个极限位置，如图3所示 f e F F α=2 1 23．按μl=1mm/mm画出模数m=10mm，α=20°的标准齿条齿廓，最少三个齿；见图5 24.图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。试指出图中的错误（在图中错误处写出序号①②③…），并按序号简要说明错误的内容，不必在图中改正。 答：根据齿距p=πm=3.14×10=31.4mm,齿顶高h a=m=10mm,齿根高h f=1.25m=12.5mm,齿廓压力角α=20°画出的图见图6 25.答:错误处见图 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； 10)箱体加工面与非加工面未分开； 11)齿轮啮合的画法不对； 12)两齿轮的宽度应不等，B1=B2+（3～5）； 13)右端轴承缺中心线； 14)箱体机座孔的投影线漏画； 15)右轴承盖缺联接螺钉； 16)左轴承盖的加工面与非加工面未分开。 A卷 一、简答与名词解释(每题5分，共70分) 1. 简述机构与机器的异同及其相互关系 答. 共同点：①人为的实物组合体；②各组成部分之间具有确定的相对运动；不同点：机器的主要功能是做有用功、变换能量或传递能量、物料、信息等；机构的主要功能是传递运动和力、或变换运动形式。相互关系：机器一般由一个或若干个机构组合而成。 2. 简述“机械运动”的基本含义 答. 所谓“机械运动”是指宏观的、有确定规律的刚体运动。 3. 机构中的运动副具有哪些必要条件？ 答. 三个条件：①两个构件；②直接接触；③相对运动。 4. 机构自由度的定义是什么？一个平面自由构件的自由度为多少？ 答. 使机构具有确定运动所需输入的独立运动参数的数目称机构自由度。平面自由构件的自由度为3。 5. 机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况？ 答. 机构具有确定运动条件：自由度＝原动件数目。原动件数目<自由度，构件运动不确定；原动件数目>自由度，机构无法运动甚至构件破坏。 6. 铰链四杆机构有哪几种基本型式？ 答. 三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 7. 何谓连杆机构的压力角、传动角？它们的大小对连杆机构的工作有何影响？以曲柄为原动件的偏置曲柄滑块机构的最小传动角minγ发生在什么位置？ 答. 压力角α：机构输出构件（从动件）上作用力方向与力作用点速度方向所夹之 锐角；传动角γ：压力角的余角。α＋γ≡900 。压力角（传动角）越小（越大）， 机构传力性能越好。偏置曲柄滑块机构的最小传动角γmin发生在曲柄与滑块移动导路垂直的位置 8. 什么是凸轮实际轮廓的变尖现象和从动件（推杆）运动的失真现象？它对凸轮机构的工作有何影响？如何加以避免？ 第一章机械设计总论习题 四、计算题： 1、某钢制零件材料性能为，，，受单向稳 定循环变应力，危险剖面的综合影响系数，寿命系数。 （1）若工作应力按常数的规律变化，问该零件首先发生疲劳破坏，还是塑性变形？ （2）若工作应力按应力比（循环特性）常数规律变化，问在什么范围内零件首先发生疲劳破坏？（图解法、解析法均可） 1、解：（1） 作该零件的极限应力图。 常数时，应力作用点在线上，与极限应力图交于线上，所以该零件首先发生塑性变形。 （2）常数时，工作应力点在范围内，即：点，所以 时首先发生疲劳破坏。 2、零件材料的机械性能为：，，，综合影 响系数，零件工作的最大应力，最小应力，加载方式为（常数）。 求：（1）按比例绘制该零件的极限应力线图，并在图中标出该零件的工作应力点和其相应的极限应力点； （2）根据极限应力线图，判断该零件将可能发生何种破坏； （3）若该零件的设计安全系数，用计算法验算其是否安全。 2、解：（1）； 零件的极限应力线图如图示。工作应力点为，其相应的极限应力点为。 （2）该零件将可能发生疲劳破坏。 （3） 该零件不安全。 3、在图示零件的极限应力线图中，零件的工作应力位于点，在零件的加载过程中，可能 发生哪种失效？若应力循环特性等于常数，应按什么方式进行强度计算？ 3、解：可能发生疲劳失效。 时，应按疲劳进行强度计算； 4、已知45钢经调质后的机械性能为：强度限，屈服限，疲劳限，材料的等效系数。 （1）材料的基氏极限应力线图如图示，试求材料的脉动循环疲劳极限； （2）疲劳强度综合影响系数，试作出零件的极限应力线； （3）若某零件所受的最大应力，循环特性系数，试求工作应力点的坐标和的位置。 4、解：（1） （2）零件的极限应力线为。 （3）；； 5、合金钢对称循环疲劳极限，屈服极限，。 试： （1）绘制此材料的简化极限应力图； （2）求时的、值。 5、解：（1）， 作材料的简化极限应力图。 （2），；； 2．轴的强度计算 弯扭合成强度条件： W T M W M ca ca 22)(ασ+==≤1][-b σ MPa α是根据扭剪应力的变化性质而定的应力校正系数。用来考虑扭矩T 产生的扭剪应力τ 与弯距M 产生的弯曲应力b σ的性质不同。 对轴受转矩的变化规律未知时，一般将τ按脉动循环变应力处理。 疲劳强度安全系数的强度条件： 22τσστ S S S S S ca += ≥ [ S ] 如同一截面有几个应力集中源，则取其中最大的一个应力集中系数用于计算该截面的疲劳强度。 例11-3 例11-3图1为轴上零件的两种布置方案，功率由齿轮A 输入，齿轮1输出扭矩T 1，齿轮2输出扭矩T 2，且T 1＞T 2。试比较两种布置方案各段轴所受的扭矩是否相同? a b 例11-3 图1 答：各轴段所受转矩不同，如例11-3图2所示。方案a ：T max = T 1，方案b ：T max = T 1+ T 2 。 a b 例11-3 图2 11-31．分析图a ）所示传动装置中各轴所受的载荷（轴的自重不计），并说明各轴的类型。若将卷筒结构改为图b ）、c ）所示，分析其卷筒轴的类型。 题11-31图 11-32．图示带式输送机有两种传动方案，若工作情况相同，传递功率一样，试分析比较： 1．按方案a ）设计的单级齿轮减速器，如果改用方案b ），减速器的哪根轴的强度要重新验算？为什么？ 2．若方案a ）中的V 带传动和方案b ）中的开式齿轮传动的传动比相等，两方案中电动机轴所受的载荷是否相同？为什么。 a ） b ） 题11-32图 11-33．一单向转动的转轴，危险剖面上所受的载荷为水平面弯矩M H = 4×105 Nmm ，垂直面弯矩M V = 1×105 Nmm ，转矩T = 6×105 Nmm ，轴的直径d =50 mm ，试求： 1．危险剖面上的的合成弯矩M 、计算弯矩M ca 和计算应力ca σ。 2.危险剖面上弯曲应力和剪应力的应力幅和平均应力：a σ、m σ、m τ、a τ。 11-34 指出图中轴系的结构错误，并改正。 题11-34 图1 11-31 答题要点： Ⅰ轴：只受转矩，为传动轴； Ⅱ轴：除受转矩外，因齿轮上有径向力、圆周力等，还受弯矩，是转轴； Ⅲ轴：不受转矩，只受弯矩，是转动心轴； Ⅳ轴：转矩由卷筒承受，轴不受转矩，只受弯矩，是转动心轴； 卷筒结构改为图b ，Ⅴ轴仍不受转矩，只受弯矩，轴不转动，是固定心轴； 卷筒结构改为图c ，Ⅵ轴除了受弯矩外，在齿轮和卷筒之间轴受转矩，是转轴； 11-32 答题要点： 机械设计基础练习题A 一、选择题 1. 非周期性速度波动。 A. 用飞轮调节 B. 用调速器调节 C. 不需要调节 D. 用飞轮和调速器双重调节 2. 渐开线标准齿轮的根切现象，发生在。 A. 模数较大时 B. 模数较小时 C. 齿数较少时 D. 齿数较多时 3. 标准斜齿圆柱齿轮传动中，查取齿形系数Y F数值时，应按。 A. 法面模数m n B. 齿宽b C. 实际齿数Z D. 当量齿数Z v 4.带传动的打滑现象首先发生在。 A．大带轮上 B．小带轮上 C．主动轮上 D．从动轮上 5. 带传动在工作时产生弹性滑动，是由于。 A. 包角α1太小 B. 初拉力F0太小 C. 紧边与松边拉力不等 D. 传动过载 6. 在一定转速下、要减轻滚子链传动的不均匀性和动载荷，应该。 A. 增大节距P和增加齿数Z1 B. 增大节距P和减小齿数Z1 C. 减小节距P和减小齿数Z1 D. 减小节距P和增加齿数Z1 7. 转轴弯曲应力σb的应力循环特性为。 A. r=－1 B. r=0 C. r= +1 D. －1 二、填空题 16．槽轮机构的主要参数是 和 。 17．机械速度的波动可分为 和 两类。 18．轴向尺寸较大的回转件，应进行 平衡，平衡时要选择 个回转平面。 19．当一对齿轮的材料、齿数比一定时，影响齿面接触强度的几何尺寸参数主要是 和 。 20．直齿圆柱齿轮作接触强度计算时，取 处的接触应力为计算依据，其载荷由 对轮齿承担。 21．蜗杆传动作接触强度计算时，铝铁青铜ZCuAl10Fe 3制作的蜗轮，承载能力取决于抗 能力；锡青铜ZCuSn10P 1制作的蜗轮，承载能力取决于抗 能力。 22．若带传动的初拉力一定，增大 和 都可提高带传动的极限摩擦力。 23．滚子链传动中，链的 链速是常数，而其 链速是变化的。 24．轴如按受载性质区分，主要受 的轴为心轴，主要受 的轴为传动轴。 25．非液体摩擦滑动轴承进行工作能力计算时，为了防止过度磨损，必须使 ； 而为了防止过热必须使 。 16．槽数z 拨盘圆销数K 17. 周期性 非周期性 18．动 两 19. 分度圆直径d 1（或中心距a ） 齿宽b 20. 节点 一 21. 胶合 点蚀22．包角1α 摩擦系数 23. 平均 瞬时 24．弯矩 扭矩 25. [][]υυp p p p ≤≤ 三、分析题 26． 图1所示链铰四杆机构中，各构件的长度为a =250mm,b =650mm, C =450mm,d =550mm 。 试问：该机构是哪种铰链四杆机构，并说明理由。 图1 最短杆与最长杆长度之和（250+650）小于其余两杆长度之和（450+550），满足存在曲柄的 必要条件，且最短杆为连架杆。 故该铰链四杆机构为曲柄摇杆机构。 27． 图2所示展开式二级斜齿圆柱齿轮传动，I 轴为输入轴，已知小齿轮1的转向n 1和齿 第三章(1) 一般参数的闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是。 A 齿面点蚀 B 轮齿折断 C 齿面磨损 D 齿面胶合 (2) 在闭式齿轮传动中，高速重载齿轮传动的主要失效形式是。 A 轮齿疲劳折断 B 齿面疲劳点蚀 C 齿面胶合 D 齿面磨粒磨损 E 齿面塑性变形 (3) 对齿轮轮齿材料性能的基本要求是。 A 齿面要硬，齿心要韧 B 齿面要硬，齿心要脆 C 齿面要软，齿心要脆 D 齿面要软，齿心要韧 (4) 斜齿轮和锥齿轮强度计算中的齿形系数和应力修正系数按查图。 A 实际齿数 B 当量齿数 C 不发生根切的最少齿数 (5) 一减速齿轮传动，主动轮1用45钢调质，从动轮2用45钢正火，则它们齿面接触应力的关系是。 A σH1 < σH2 B σH1 = σH2 C σH1 > σH2 D 可能相同，也可能不同 （6) 一对标准圆柱齿轮传动，已知z1＝20，z2＝50，则它们的齿根弯曲应力是。 A σF1 < σF2 B σF1 = σF2 C σF1 > σF2 D 可能相同，也可能不同 (7) 提高齿轮的抗点蚀能力，不能采用的方法。 A 采用闭式传动 B 加大传动的中心距 C 提高齿面的硬度 D 减小齿轮的齿数，增大齿轮的模数 (8) 在齿轮传动中，为了减小动载荷系数KV，可采取的措施是。 A 提高齿轮的制造精度 B 减小齿轮的平均单位载荷 C 减小外加载荷的变化幅度 D 降低齿轮的圆周速度 （9) 直齿锥齿轮传动的强度计算方法是以的当量圆柱齿轮为计算基础。 A 小端 B 大端 C 齿宽中点处 (10) 直齿圆柱齿轮设计中，若中心距不变，增大模数m，则可以。 A 提高齿面的接触强度 B 提高轮齿的弯曲强度 C 弯曲与接触强度均不变 D 弯曲与接触强度均可提高 (11) 一对相互啮合的圆柱齿轮，在确定轮齿宽度时，通常使小齿轮比大齿轮宽5～10mm，其主要原因是。 A 为使小齿轮强度比大齿轮大些 B 为使两齿轮强度大致相等 C 为传动平稳，提高效率 D 为了便于安装，保证接触线承载宽度 （12) 闭式软齿面齿轮传动的设计方法为。 A 按齿根弯曲疲劳强度设计，然后校核齿面接触疲劳强度 B 按齿面接触疲劳强度设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度 C 按齿面磨损进行设计 D 按齿面胶合进行设计 (13) 下列措施中，不利于提高齿轮轮齿抗疲劳折断能力。 A 减轻加工损伤 B 减小齿面粗糙度值 C 表面强化处理 D 减小齿根过渡圆角半径 (1) 钢制齿轮，由于渗碳淬火后热处理变形大，一般须进过加工。 （2) 对于开式齿轮传动，虽然主要实效形式是，但目前尚无成熟可靠的计算方法，目前仅以作为设计准则。这时影响齿轮强度的主要几何参数是。 (3) 闭式软齿面齿轮传动中，齿面疲劳点蚀通常出现在处，提高材料可以增强轮齿抗点蚀的能力。 (4) 在齿轮传动中，若一对齿轮采用软齿面，则小齿轮材料的硬度比大齿轮的硬度高HBS。 (5) 在斜齿圆柱齿轮设计中，应取模数为标准值，而直齿锥齿轮设计中，应取模 A 卷 一、简答与名词解释(每题5分，共70分) 1. 简述机构与机器的异同及其相互关系 答. 共同点：①人为的实物组合体；②各组成部分之间具有确定的相对运动；不同点：机器的主要功能是做有用功、变换能量或传递能量、物料、信息等；机构的主要功能是传递运动和力、或变换运动形式。相互关系：机器一般由一个或若干个机构组合而成。 2. 简述“机械运动”的基本含义 答. 所谓“机械运动”是指宏观的、有确定规律的刚体运动。 3. 机构中的运动副具有哪些必要条件？ 答. 三个条件：①两个构件；②直接接触；③相对运动。 4. 机构自由度的定义是什么？一个平面自由构件的自由度为多少？ 答. 使机构具有确定运动所需输入的独立运动参数的数目称机构自由度。平面自由构件的自由度为3。 5. 机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况？ 答. 机构具有确定运动条件：自由度＝原动件数目。原动件数目<自由度，构件运动不确定；原动件数目>自由度，机构无法运动甚至构件破坏。 6. 铰链四杆机构有哪几种基本型式？ 答. 三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 7. 何谓连杆机构的压力角、传动角？它们的大小对连杆机构的工作有何影响？以曲柄为原动件的偏置曲柄滑块机构的最小传动角min γ发生在什么位置？ 答. 压力角α：机构输出构件（从动件）上作用力方向与力作用点速度方向所夹之锐角；传动角γ：压力角的余角。α＋γ≡900。压力角（传动角）越小（越大），机构传力性能越好。偏置曲柄滑块机构的最小传动角γmin 发生在曲柄与滑块移动导路垂直的位置 8. 什么是凸轮实际轮廓的变尖现象和从动件（推杆）运动的失真现象？它对凸轮机构的工作有何影响？如何加以避免？ 答. 对于盘形凸轮，当外凸部分的理论轮廓曲率半径ρ与滚子半径r T 相等时：ρ=r T ，凸轮实际轮廓变尖（实际轮廓曲率半径ρ’=0）。在机构运动过程中，该处轮廓易磨损变形，导致从动件运动规律失真。增大凸轮轮廓半径或限制滚子半径均有利于避免实际轮廓变尖现象的发生。 9. 渐开线齿廓啮合有哪些主要特点？ 答. ①传动比恒定；②实际中心距略有改变时，传动比仍保持不变（中心距可分性）；③啮合过程中，相啮合齿廓间正压力方向始终不变（有利于传动平稳性）。 10. 试说明齿轮的分度圆与节圆、压力角与啮合角之间的区别，什么情况下会相等（重合）？ 答. 分度圆：模数和压力角均取标准值得圆定义为齿轮分度圆；每个齿轮均有一个分度圆；节圆：一对齿轮啮合时、两个相切并相对作纯滚动的圆定义为节圆。只有当一对齿轮啮合时节圆才存在。 压力角：指分度圆上的标准压力角（常取200 ）；啮合角：一对齿轮啮合时，节圆上 一. 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F 1为松边拉力F 2的2倍，此时小带轮上 包角?1=120?，求：（1）有效拉力F e ；（2）紧边拉力F 1；（3） 当量摩擦系数f ˊ。 解:有效拉力F e =1000P /v =1000×8/10=800 N (2分) 又知:F 1-F 2= F e ,F 1=2F 2 则紧边拉力 F 1=2 F e =1600 N (2分) 根据欧拉公式 得当量摩擦系数f ?=ln(F 1/F 2)/α=ln2/(3.14×120/180) =0.693/2.0933=0.331 (2分) 二.（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 ） 6．十字滑块联轴器中的所有元件都是刚性元件，因此属于刚性联轴器。 （F ） 7．两摩擦表面的粗糙度值越小，则越容易实现液体动力润滑。 （T ） 8．在计算转轴的强度时，安全系数法比当量弯矩法更精确。 （T ） 9．相啮合的蜗杆和蜗轮的螺旋角必须大小相等，旋向相反。 （ F ） 10．闭式齿轮传动皆须首先按齿面接触强度进行设计计算，确定传动的几何尺寸，然后校核齿根弯曲 疲劳强度。 （ F ） 11．由于链传动不需要张紧力，故作用在轴上的载荷较小。 （T ） 12．正是由于过载时产生“弹性滑动”，故带传动对传动系统具有保护作用。 （ F ） 13．楔键只能用于单向传动，双向传动时，必须采用两个楔键。 （ F ） 14．性能等级为6.6级的螺栓，其屈服点s σ＝600MPa 。 （ F ） 15．机械零件的计算分为设计计算和校核计算，两种计算的目的都是为了防止机械零件在正常使用期限内发生失效。 （ T ） 16．速比公式i 12=n 1/n 2=Z 2/Z 1不论对齿轮传动还是蜗杆传动都成立。 （T ） f e F F α=2 1 一、填空题：（每空1分，计32分） 1. 按表面间摩擦状态不同,滑动轴承可分为 液体摩擦 滑动轴承和 非液体摩擦 滑动轴承 2. 普通螺栓连接的凸缘联轴器是通过 摩擦力矩 传递转矩的；铰制孔螺栓连接的凸缘联轴器是通过 剪切与挤压 传递转矩的。 3. 三角形螺纹的牙型角为 60度 ，因其具有较好的 自锁 性能，所以通常用于 连接 。 4. 滑动轴承轴瓦上浇铸轴承衬的目的是 提高轴瓦的减磨耐磨性能 写出一种常用轴承衬材料的名称 轴承合金 。 5. 普通平键的工作面是 两侧面 ，其主要失效形式为 平键被压溃 ，其剖面尺寸b*h 是根据 轴的直径 来选择的。 6. 轮齿折断一般发生在 齿根 部位，为防止轮齿折断，应进行 齿根弯曲疲劳 强度计算。 7. 滚动轴承的基本额定寿命是指一批轴承，在相同运转条件下，其中 90 ％的轴承不发生 疲劳点蚀 前所运转的总转数。 8. 按工作原理不同，螺纹连接的防松方法有 摩擦防松 、 机械防松 和 破坏螺纹副防松 。 9.转速与当量动载荷一定的球轴承，若基本额定动载荷增加一倍，其寿命为原来寿命的 8 倍。 10.蜗杆传动中，蜗杆分度圆柱上的螺旋线升角应等于蜗轮分度圆上的螺旋角，且两螺旋线方向应 相同 。 11.机构具有确定运动的条件是（1） 机构自由度大于零 （2） 原动件数等于自由度数 。 12.曲柄摇杆机构中，当 曲柄 与 机架 处于两次共线位置之一时，出现最小传动角。 13.圆柱螺旋弹簧的特性线是表示弹簧 受力与变形 之间的关系曲线；弹簧受轴向工作载荷时，其簧丝横截面上的应力最大点在 簧丝内侧点 ； 哈工大2004年秋季学期 机械设计基础（80学时） 试题答案 1.一队外啮合齿轮标准直齿圆柱挂齿轮传动，测得其中心距为160mm.两齿轮的齿数分 别为Z 1=20，Z 2 =44，求两齿轮的主要几何尺寸。 2.设计一铰链四杆机构，已知其摇杆CD的长度为50mm，行程速比系数K=1.3。 3.有一对标准直齿圆柱齿轮，m=2mm，α=200，Z=25，Z 2=50，求（1）如果n 1 =960r/min， n 2 =？（2）中心距a=？（3）齿距p=？ 4.一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知两齿轮齿数分别为40和80，并且测得小齿轮的齿顶圆直径为420mm，求两齿轮的主要几何尺寸。 5.某传动装置中有一对渐开线。标准直齿圆柱齿轮（正常齿），大齿轮已损坏，小齿 轮的齿数zz 1=24，齿顶圆直径d a1 =78mm, 中心距a=135mm, 试计算大齿轮的主要几何尺 寸及这对齿轮的传动比。 6.图示轮系中，已知1轮转向n1如图示。各轮齿数为：Z1=20，Z2=40，Z3= 15，Z4=60，Z5=Z6= 18，Z7=1（左旋蜗杆），Z8 =40，Z9 =20 。若n1 =1000 r/min ，齿轮9的模数m =3 mm，试求齿条10的速度v10 及其移动方向（可在图中用箭头标出）。 7.已知轮1转速n1 =140 r/min，Z1=40， Z 2 =20。求： （1）轮3齿数 Z3； （2）当n3 = -40 r/min时，系杆H的转速 n H 的大小及方向； （3）当n H= 0 时齿轮3的转速n3。 8.一轴由一对7211AC的轴承支承，F r1=3300N, F r2 =1000N, F x =900N, 如图。试求两轴 承的当量动载荷P。(S=0.68Fr e=0.68 X=0.41,Y=0.87) 9．已知一对正确安装的标准渐开线正常齿轮的ɑ=200，m=4mm，传动比i 12 =3，中心距 a=144mm。试求两齿轮的齿数、分度圆半径、齿顶圆半径、齿根圆半径。 10.设计一铰链四杆机构。已知摇杆CD的长度为75mm,行程速比系数K=1.5,机架长度为100mm,摇杆的一个极限位置与机架的夹角为450。 11.设计一对心直动滚子从动件盘形凸轮。已知凸轮基圆半径r b =40mm,滚子半径r=10mm,凸轮顺时针回转，从动件以等速运动规律上升，升程为32mm，对应凸轮推程角为120°；凸轮继续转过60°，从动件不动，凸轮转过剩余角度时，从动件等速返回。 12.已知轮系中各齿轮的齿数分别为Z 1=20、Z 2 =18、 Z 3 =56。求传动比i 1H 。 13.图示轮系，已知Z 1=30，Z 2 =20，Z 2 `=30，`Z 3 =74，且已知n 1 =100转/分。试求n H 。 一、计算图所示振动式输送机的自由度。 解：原动构件1绕A 轴转动、通过相互铰接的运动构件2、3、4带动滑块5作往复直线移动。构件2、3和4在C 处构成复合铰链。此机构共有5个运动构件、6个转动副、1个移动副，即n ＝5，l p ＝7，h p ＝0。则该机构的自由度为 F =h l p p n --23=07253-?-?=1 二、在图所示的铰链四杆机构中，设分别以a 、b 、c 、d 表示机构中各构件的长度，且设a ＜d 。如 果构件AB 为曲柄，则AB 能绕轴A 相对机架作整周转动。为此构件AB 能占据与构件AD 拉直共线 和重叠共线的两个位置B A '及B A ''。由图可见，为了使构件AB 能够转至位置B A '，显然各构件的长 度关系应满足 c b d a +≤+ （3-1） 为了使构件 AB 能够转至位置B A ''，各构件的长度关系应满足 c a d b +-≤)(或b a d c +-≤)( 即c d b a +≤+ （3-2） 或b d c a +≤+ （3-3） 将式(3-1)、(3-2)、(3-3)分别两两相加，则得 c a ≤ b a ≤ d a ≤ 同理，当设a ＞d 时，亦可得出 c b a d +≤+ b a b d +≤+ b a c d +≤+ 得c d ≤b d ≤a d ≤ 分析以上诸式，即可得出铰链四杆机构有曲柄的条件为： （1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆。 （2）最短杆与最长杆长度之和不大于其他两杆长度之和。 上述两个条件必须同时满足，否则机构中便不可能存在曲柄，因而只能是双摇杆机构。 通常可用以下方法来判别铰链四杆机构的基本类型： （1）若机构满足杆长之和条件，则： ① 以最短杆为机架时，可得双曲柄机构。 1、如图所示，某轴由一对7209 AC 轴承支承，轴承采用面对面安装形式。已知两轴承径向载荷分别为F r1=3000N ，F r2=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） 答：内部轴向力方向如图所示 （2分）， S 1=0.4F r1=1200N (0.5分) S 2=0.4F r2=1600N (0.5分) 因为A+S 1>S 2 故 F a1=S 1=1200N (1分) F a2=S 1+A=3000N (1分) 比较两轴承受力，只需校核轴承2。 F a2/F r2=0.75>e (1分) P=XF r2+YF a2 =0.41*4000+0.87*3000=4250N (1分) 5.5240)(60103 6==P C n L h (2分) 2．图c 所示为一托架，20kN 的载荷作用在托架宽度方向的对称线上，用四个螺栓将托架连接在一钢制横梁上，螺栓的相对刚度为0.3，螺栓组连接采用普通螺栓连接形式，假设被连接件都不会被压溃，试计算: 1) 该螺栓组连接的接合面不出现间隙所需的螺栓预紧力F′ 至少应大于多少？（接合面的抗弯剖面模量W=12.71×106mm 3）（7分） 2）若受力最大螺栓处接合面间的残余预紧力F′′ 要保证6956N ， 计算该螺栓所需预紧力F ′ 、所受的总拉力F 0。 （3分） 1） （1）、螺栓组联接受力分析：将托架受力 情况分解成下图所示的受轴向载荷Q 和受倾覆力矩M 的两种基本螺栓组连接情况分别考虑。（2分） （2）计算受力最大螺栓的工作载荷F ：（1分） Q 使每个螺栓所受的轴向载荷均等，为)(50004 20000 1 N Z Q F === 倾覆力矩M 使左侧两个螺栓工作拉力减小；使右侧两个螺栓工作拉力增加，其值为： 机械设计基础试卷1 一、选择题：本大题共15个小题，每小题3分，共45分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目的要求，把所选择项前的字母填在题后的括号内。 1．下列铰链四杆机构中，能实现急回运动的是B A．双摇杆机构 B.曲柄摇杆机构 C．双曲柄机构 D.对心曲柄滑块机构 2．平面连杆机构中，当传动角γ较大时，则A A．机构的传力性能较好 B. 机构的传力性能较差 C．可以满足机构的自锁要求 D.机构的效率较低 3．当一对渐开线齿轮制成后，即使两轮的中心距稍有改变，其角速度比仍保持原值不变，原因是：D ' A. 压力角不变 B. 啮合角不变 C．节圆半径不变 D. 基圆半径不变【】 4．渐开线齿轮实现连续传动时，其重合度为D A．ε<0 B.ε=0 C.ε<1 D. ε≥1 【】 5. 塑性材料制成的零件进行静强度计算时，其极限应力为B A．σB B. σs C. σ0 D. σ－1【】 6. 下列四种螺纹中，自锁性能最好的是B 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【】 7．普通平键联接在选定尺寸后，主要是验算其A 】 A．挤压强度 B. 剪切强度 C．弯曲强度 D. 耐磨性【】 8．一对相啮合的圆柱齿轮的Z2>Z1，b1>b2,其接触应力的大小是C A．σH1<σH2 B. σH1 >σH2 C. σH1=σH2 D. 可能相等，也可能不等 9．实际齿数相同时，直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮三者齿形系数之间的关系为A A．直齿圆柱齿轮的最大 B. 斜齿圆柱齿轮的最大 C．直齿圆锥齿轮的最大 D. 三者数值相同【】 10．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：C 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 【】 11. 带传动中，弹性滑动D A．在张紧力足够时可以避免 B．在传递功率较小时可以避免 C．在小带轮包角足够大时可以避免 D．是不可避免【】 12．带传动作减速传动时，带的最大应力σmax等于A A.σ1+σb1+σc B. σ1+σb2+σc C. σ2+σb1+σ c D. σ2+σb2+σc 【】 13. 转轴的变曲应力为A ~ A．对称循环变应力 B.脉动循环变应力 C．非对称循环变应力 D.静应力【】 14．在基本额定动载荷C作用下，滚动轴承的基本额定寿命为106转时，其可靠度为C A．10% B. 80% % % 【】 15．在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指D 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 。 （1） 活动构件数n=5，低副数 P L =7，高副数P H =0 ，因此自由度数 F=3n-2P L -P H =3*5-2*7=1 C 为复合铰链 （2） 活动构件数n=5，低副数 P L =7，高副数P H =0 因此自由度数 F=3n-2P L -P H =3*5-2*7=1 F 、G 为同一个移动副，存在一个虚约束。 2．在图示锥齿轮组成的行星轮系中，各齿轮数120Z =，Z 2=27，Z 2’=45，340Z =，已知齿轮1的转速1n =330r/min ，试求转臂H 的转速n H (大小与方向)。 （1）判断转化轮系齿轮的转动方由画箭头法可知，齿轮1与齿轮3的转动方向相反。 （2）转化轮系传动比关系式 ' 21323113Z Z Z Z n n n n i H H H ??-=--= （3）计算转臂H 的转速H n 。 代入13330,0n n ==及各轮齿数 3302740 02045 3306 15 150/min H H H H n n n n r -?=- -?- +=-=转臂H 的转动方向与齿轮1相同。 2’ 2 1 3 3．有一轴用一对46309轴承支承，轴承的基本额定动负载r C =48.1kN ，内部轴向力S=0.7Fr ，已知轴上承力R F =2500N ，A F =1600N ，轴的转速n=960r/min ，尺寸如图所示。若取载荷系数 p f =1.2，试计算轴承的使用寿命。 1）计算径向负荷 F A F r1 S 2 F R S 1 F r2 由力矩平衡 F r2×200- F R ×300+ F A ×40=0 F r2= (F R ×300- F A ×40)/200=(2500×3000-1600×40)/200=3430N F r1= F r2- F R =3430-2500=930N （2）计算轴向负荷 内部轴向力 S 1=0.7 F r1=0.7×930=651N ；S 2=0.7 F r2=0.7×3430=2401N 由S 1+ F A < S 2 ，可知轴承1为“压紧”轴承，故有F a1= S 2- F A =2401-1600=801N F a2= S 2=2401N （3）计算当量动负荷 轴承1：F a1/ F r1=801/930=0.86>e ；取X ＝0.41，Y ＝0.87 P 1=f p (X F r1+Y F a1)=1.2×(0.41×930+0.87×801)=1294N 轴承2：F a2/ F r2=0.7=e ；取X=1,Y=0 P 2=f p ×F r2=1.2×3430=4116N ∵ P 2> P 1 ∴ 取P=P 2=4116N 计算轴承寿命。 （4）计算轴承寿命 L h =(106/60n)( C t /P)ε= 〔106 /(60×960)〕×(48.1×103/4116)ε =27706h e F a /F r ≤e F a /F r ＞e X Y X Y 0.7 1 0.41 0.85 1设计一铰链四杆机构。如图所示，其摇杆DC 在两极限位置时与机架DA 所成的夹角 Ψ 1=90o ，Ψ2=135°，机架长L DA =45mm ，摇杆长L DC =30mm 。试用作图法求出曲柄L AB ，连杆L BC 的长度。 作图过程无需说明，但应保留作图线。 评分建议： L AB1=L AB2，L B1C1=L B2C2 L AC1 =L BC-L AB =53mm (a) L AC2=L BC +L AB =70mm (b) (a)，(b)联立解得：L BC =61.5mm L AB =8.5mm 2.设计一铰链四杆 机构。 如图所示，其摇杆DC 在两极限位置时与机架DA 所成的夹角Ψ1=45°，Ψ2=135°，机架长L DA =50mm ，摇杆长L DC =30mm 。试用作图法求出曲柄L AB ，连杆L BC 的长度。 （注） 作图过程无需说明，但应保留作图线。 评分建议： L AB1=L AB2，L B1C1=L B2C2 L AC1=L BC-L AB =36mm (a) L AC2=L BC +L AB =75mm (b) (a)，(b)联立解得： L BC =55.5mm L AB =19.5mm 3 C 2 B 1 2 数K=2，求曲柄L AB 。 （注）作图过程无需说明，但应保留作图线。 评分建议： ψ=θ= 1 1180 +-K K =600 L AB =L AB1=L AB2=25mm 4.某偏心直动从动件盘状凸轮沿顺时针方向转动时，从动件以等速上升，其行程h=30mm ，回程等减速返回处；从动件各运动阶段凸轮的转角为： δ=2100，δs =300，δ‘=1200，δs ’=00. 试绘制从动件的位移线图。 评分建议： 标注各δ角 标注各S 值 位移曲线 5.如图所示的曲柄滑块，请画处C 处的压力角α和传动角γ。 注：①作图过程可不作文字说明，但应 保留作图线； ②α、γ只需标出，不必度量。 n m δ 1 δ δs N 齿轮传动习题 1.问：常见的齿轮传动失效有哪些形式？ 答：齿轮的常见失效为：轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变形等。 2.问：在不改变材料和尺寸的情况下，如何提高轮齿的抗折断能力？ 答：可采取如下措施：1)减小齿根应力集中;2)增大轴及支承刚度;3)采用适当的热处理方法提高齿芯的韧性;4)对齿根表层进行强化处理。 3.问：为什么齿面点蚀一般首先发生在靠近节线的齿根面上？ 答：当轮齿在靠近节线处啮合时，由于相对滑动速度低形成油膜的条件差，润滑不良，摩擦力较大，特别是直齿轮传动，通常这时只有一对齿啮合，轮齿受力也最大，因此，点蚀也就首先出现在靠近节线的齿根面上。 4.问：在开式齿轮传动中，为什么一般不出现点蚀破坏？ 答：开式齿轮传动，由于齿面磨损较快，很少出现点蚀。 5.问：如何提高齿面抗点蚀的能力？ 答：可采取如下措施：1)提高齿面硬度和降低表面粗糙度;2)在许用范围内采用大的变位系数和,以增大综合曲率半径;3)采用粘度高的润滑油;4)减小动载荷。 6.问：什么情况下工作的齿轮易出现胶合破坏？如何提高齿面抗胶合能力？ 答：高速重载或低速重载的齿轮传动易发生胶合失效。措施为：1)采用角度变位以降低啮合开始和终了时的滑动系数;2)减小模数和齿高以降低滑动速度;3)采用极压润滑油;4)采用抗校核性能好的齿轮副材料;5)使大小齿轮保持硬度差;6)提高齿面硬度降低表面粗糙度。 7.问：闭式齿轮传动与开式齿轮传动的失效形式和设计准则有何不同？ 答：闭式齿轮传动：主要失效形式为齿面点蚀、轮齿折断和胶合。目前一般只进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算。开式齿轮传动：主要失效形式为轮齿折断和齿面磨损，磨损尚无完善的计算方法，故目前只进行弯曲疲劳强度计算，用适当增大模数的办法考虑磨损的影响。 8.问：硬齿面与软齿面如何划分？其热处理方式有何不同？ 答：软齿面：HB≤350，硬齿面：HB>350。软齿面热处理一般为调质或正火，而硬齿面则是正火或调质后切齿，再经表面硬化处理。 9.问：在进行齿轮强度计算时，为什么要引入载荷系数K？ 答：在实际传动中，由于原动机及工作机性能的影响，以及齿轮的制造误差，特别是基节误差和齿形误差的影响，会使法向载荷增大。此外在同时啮合的齿对间，载荷的分配并不是均匀的，即使在一对齿上，载荷也不可能沿接触线均匀分布。因此实际载荷比名义载荷大，用载荷系数K 计入其影响 10.问：齿面接触疲劳强度计算公式是如何建立的？为什么选择节点作为齿面接触应力的计算点？ 答：齿面接触疲劳强度公式是按照两圆柱体接触的赫兹公式建立的；因齿面接触疲劳首先发 机械设计基础典型试题二 一、选择题（每小题2分总分２０分） 1. 机构具有确定运动的条件是原动构件数 ( ) 机构的自由度数。 A.多于 B. 等于 C. 少于 2. 凸轮机构在从动杆运动规律不变情况下，若缩小凸轮基园半径，则压力角 ( ) 。 A. 减小 B. 不变 C. 增大 3. 在铰链四杆机构中，有可能出现死点的机构是 ( ) 机构。 A. 双曲柄 B. 双摇杆 C. 曲柄摇杆 4. 一标准直齿圆柱齿轮传动，如果安装时中心距A＞，其传动比i ( ) 。 A. 增大 B. 不变 C. 减小 5. 蜗杆传动效率较低，为了提高其效率，在一定的限度内可以采用较大的 ( ) 。 A. 模数 B. 蜗杆螺旋线升角 C. 蜗杆直径系数 D. 蜗杆头数 6. 当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且联接需要经常拆装时，适宜采用 ( ) 联接。 A. 螺栓 B. 螺钉 C. 双头螺柱 7. 带传动工作时产生弹性滑动的主要原因是 ( ) 。 A. 带的预拉力不够 B. 带的紧边和松边拉力不等 C. 带和轮之间的摩擦力不够 8. 有A、B两对齿轮传动，A对齿轮的齿宽系数比B对齿轮大，其它条件相同，则其齿向载荷分布不均 的程度 ( ) 。 A. A对小 B. B对小 C. A、B对相同 9. 凸缘联轴器和弹性圈柱销联轴器的型号是按 ( ) 确定的。 A. 许用应力 B. 许算转矩 C. 许用功率 10. 一根转轴采用一对滚动轴承支承，其承受载荷为径向力和较大的轴向力，并且有冲击、振动较 大。因此宜选择 ( ) 。 A. 深沟球轴承 B. 角接触球轴承 C. 圆锥滚子轴承 二、填空题（每小题 2分） 1. 两构件通过 ( ) 或 ( ) 接触组成的运动副称为高副；通过 ( ) 接触组成的运动副称为低 副。 2. 齿轮在轴上的周向固定，通常是采用 ( ) 联接，其截面尺寸是根据 ( ) 查取标准而确定的. 3. 一对标准斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是 ( ) 。 4. 软齿面的闭式齿轮传动的设计准则是 ( ) 。 5. 链传动的主要失效形式是，设计时从 ( ) 图中选择链条的链号。 6. 带传动工作时，带中的应力有 ( ) 、 ( ) 和 ( ) ，其中最大应力发生在 ( )处。 7. 蜗杆作主动件的蜗杆传动可以具有自锁作用，其含义是 ( ) ，实现自锁的条件是( )。 8. 转轴的设计步骤一般是先按 ( ) 粗略计算 d min ，然后进行 ( ) ，最后选择危险截面按 ( )校核计算。 9. 滑动轴承润滑作用是减少 ( ) ，提高 ( ) ，轴瓦的油槽应该开在 ( ) 载荷的部位. 10. 6313 轴承，其类型是 ( ) 轴承， ( ) 系列，内径 ( ) mm ， ( ) 级精度。 平面机构及其自由度 1、如图a所示为一简易冲床的初拟设计方案，设计者的思路是：动力由齿轮1输入， 使轴A连续回转；而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析其是否能实现设计 意图？并提出修改方案。 2 ）分析其是否能实现设计意图。 由图b可知，n 3，P i 4， 故：F 3n （2p| P h p） 图b) P h 1，p 0，F 0 F 3 3 (2 4 1 0) 0 0 因此，此简单冲床根本不能运动（即由构件3、4与机架5和运动副B、C、D组成不能运动的刚性桁架），故需要增加机构的自由度。 3）提出修改方案（图c）。 为了使此机构能运动，应增加机构的自由度（其方法是：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或者用一个高副去代替一个低副，其修改方案很多，图c给出了其中两种方案）。 1）取比例尺i绘制其机构运动简图（图 b ) 。 F 3n 2p i P h 1 解: 3、计算图示平面机构的自由 度。 2 P i P h 1 解：D,E,FG与D, H , J, I为对称结构，去除左边或者右边部分，可得，活动构件总数为7,其中转动副总数为8，移动副总数为2，高副数为0，机构自由度为1。 （其中E、D及H均为复合铰链） 解: P h 1，局部自由度 解: 4、试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置（用符号P j直接标注在图上） 平面连杆机构及其设计 1、在图示铰链四杆机构中，已知：I BC =50mm , I CD =35mm ,丨AD =30mm，AD为机架, 1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求I AB的最大值； 1．有一标准渐开线直齿圆柱齿轮，已知：m=4，齿顶圆直径da=88， 试求：(1)齿数Z=？（2）分度圆直径d=？（3）齿全高h=？（4）基圆直径db=？ 解：(1)由(2)a d m z =+得88=4（z+2）；z=20 (2)d=mz=4×20=80 (3)h=2.25m=2.25×4=9 （4）d b =mzcos α=4×20cos20=75.2 2.已知一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a=200mm ，齿数Z 1=20，Z 2=80，齿顶高系数ha* =1，压力角=20° 。试求这对齿轮的模数m ，传动比i 12，节圆直径及啮合角。 解： 1222*200 4()2080 a m z z = ==++ 节圆直径=分度圆直径 d 1=mz 1=4×20=80mm d 2=mz 2=4×80=320mm mm 3.某标准直齿圆柱齿轮，已知齿距p =12.56mm ，齿数z =20，正常齿制。求该齿轮的分度圆直径d 、齿顶圆直径d a 、、齿根圆直径d f 、基圆直径d b 、、齿高h 及齿厚s 。(cos20o≈0.94) 解答： p ＝12.56 mm ，m =4 mm; 分度圆直径d =m ·z =4×20=80 mm; 基圆直径d b =d ·cos20o=75.2 mm; 齿顶圆直径d a =m ·(Z +2h a *)=88 mm; 齿根圆直径d f = m ·(Z －2h a *－2c*)=70 mm; 齿高h= m ·(2h a *+c*) =9 mm; 齿厚s=6.28mm 已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮传动的标准中心距a=108mm,传动比i 12=3,小齿轮齿数Z 1=18。试确定大齿轮的齿数Z 2、齿轮的模数m 和两轮的分度圆直径。 ()212z z m a +=420801212=== z z i 20==压力角啮合角机械设计基础试题及答案解析
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