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机械设计期末考试试题及答案

一、选择题 ( 共 20 分，每小题 2 分)

1、通常，一个零件的磨损过程大致可分为三个阶段，按先后顺序，它们依次是

( )

A. 剧烈磨损、磨合、稳定磨损

B. 稳定磨损，剧烈磨损、磨合

C. 磨合、剧烈磨损、稳定磨损

D. 磨合、稳定磨损、剧烈磨损

2、设计斜齿圆柱齿轮传动时，螺旋角β一般

在80～200范围内选取，β太小斜齿轮传动的优点不明显，太大则会引起( ) 。

A. 大的切向力

B. 大的轴向力

C. 小的切向力

D. 小的轴向力

3、若一滚动轴承的寿命为1370000 转，则该轴承所承受的当量动载荷( )

基本额定动载荷。

A. 等于

B. 小于

C. 大于

D. 无法判断

4、在不完全液体润滑滑动轴承设计中，除了限制轴承p 值外，还要对轴承 pv 值

进行验算，其主要目的是( ) 。

A. 限制轴承过渡磨损

B. 限制轴承的温升

C. 保证轴承的强度

D. 限制

轴承的质量

5、通常，一部机器主要是由( ) 三部分构成的。

A. 原动部分，传动部分，执行部分

B. 原动部分，传动部分，控制部分

C. 辅助系统，传动部分，控制部分

D. 原动部分，控制部分，执行部分

6、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.齿面磨粒磨损

D.齿面胶合

7、在 V 带传动中，小轮包角一般应大于( ) 度。

A. 90

B. 100

C. 150

D. 120

8、一齿轮传动，主动轮 1 用 45 号钢调质，从动轮 2 用 45 号钢正火，则它们的齿面接触应力( ) 。

H 1 H 2 B.

H 1 H 2

C. H1

H 2

D. 无法判断

9、蜗杆蜗轮传动的传动比，正确表达式是( ) 。

A. d2

B. i z2

C. i n2

D. i d1

z1 n1 d2

10、设计一对材料相同的软齿面齿轮传动时，一般应使大齿轮的齿面硬度

HBS2( ) 小齿轮的齿面硬度HBS1 。

A. 大于

B. 小于

C. 等于

D. 大于或等于

二、填空题 ( 共 10 分)

1、在轴的结构设计中，轴的最小直径d min是按初步确定的。 (1 分)

2、受轴向载荷的紧螺栓所受的总拉力是与之和。 (1 分)

3、在斜齿圆柱齿轮的设计计算中，考虑到实际承载区的转移，斜齿轮传动的许

用接触应力可取为[H ]1与[H]2。(1分)

4、普通螺纹的公称直径指的是螺纹的径，计算螺纹危险截面时使

用的是螺纹的径。 (1 分)

5、安装于某轴单支点上的代号为32208 的一对滚动轴承，其内径 ___________mm,

轴承名称为 ____________。(1 分)

6、平键联接的主要失效形式有：工作面（静联接），工作面( 动

联接），个别情况下会出现键的剪断。(1 分)

7、在链传动中，链轮的转速，节距，则传动的动载荷越大。(1 分)

8、闭式齿轮传动中，当齿轮的齿面硬度 HBS＜350 时，通常首先出现

______________破坏，故应按 _____________强度进行设计；但当齿面硬度HBS ＞350 时，则易出现 ___________破坏，按 ________________强度进行设计。(2 分)

9、安装滚动轴承时，其内圈与轴径一般是采用____________配合关系，以保证

两者之间没有相对的转动。(1 分)

三、简答题 ( 共 20 分，每小题 5 分)

1、图 1 中，轮 1 为主动轮。试问：

（1）带传动工作时，带处于图中哪一点的应力最大？max？（2分）

（2）带传动的主要失效形式有哪些？带传动的设计准则是什么？（3分）

图 1

2、已知一转轴工作时的平均应力m200MPa ，应力幅a 100 MPa ，试求该轴的

最大工作应力max ，最小工作应力min ，和循环特性r的大小。要求写出完整的计

算公式。 (5 分)

3、螺纹联接主要有哪几种基本类型？试简述其特点及使用场合。（不要求画图）

(5 分)

4、为什么点蚀主要发生在节线附近齿根面上？(5 分)

四、分析题 ( 共 26 分，第 1 题 12 分，第 2 题 8 分，第三小题 6 分)

1、如图 2 所示机械传动系统，已知电机转向，试分析：（在图上画出或写出）（1）为使 II 轴所受的轴向力最小，确定两斜齿圆柱齿轮螺旋线的方向；

（2）确定蜗轮旋转方向和螺旋线方向；

（3）画出 II 轴上斜齿圆柱齿轮受力的三个分力的方向；

（4）画出 II 轴上锥齿轮受力的三个分力的方向。

图 2

2、试分析图 3 所示卷扬机中各轴所受的载荷，并由此判定各轴的类型（忽略轴

的自重和轴承中的摩擦）

图 3

3．图 4 所示为三级减速装置传动方案简图，要求总传动比i=50 ，这样布置是否合理？为什么？试画出合理的传动方案简图（不采用蜗杆传动）（6分）

单级圆柱齿轮

减速器

电机

F运输带

滚筒

链传动V

带传动

图 4

五、计算题 (14 分)

某传动装置 , 根据工作条件决定采用一对角接触球轴承(如图 5) , 暂定轴承

型号为 7307AC。已知 : 轴承荷载,

F r1 1000N ，

r2 ae

880N ,

转速

F 3000N , F

n 4000r/min , 载荷系数 f P 1.5 ，温度系数f t 1 ，预期寿命L h 1500h 。试问: 所选轴承型号是否合适 ?(15 分)

备用公式： L h 106 f t C

f p ( XF r YF a )

( ) ,P

60n P

对于球轴承 3

F ae

，

F r1 2 F r 2

图 5

六、结构设计 (10 分)

图 6 中所示轴系结构有错误和不合理的地方，请指出并说明原因。

要求：请在图示中的结构错误处引出线并标上序号，如1、2、3、

图 6

数据

派生轴

型号

C 向力F a / F r e F a / F r e e

（N）

F d（N）X Y X Y

7307AC 33400 0.7F r 0.41 0.87 1 00.7

参考答案与评分标准

一、选择题（每题 2 分，共 20 分）

1. D

2.B

3.B

4.B

5.A

6. B

7.D

8.C

9.B 10.B

二、填空题 ( 共 10 分)

1.轴的扭矩—————— 1 分

2.残余预紧力，工作拉力——————1 分

3.平均值—————— 1 分

4.大径，小径—————— 1 分

5.40，圆锥滚子轴承—————— 1 分

6.压溃，过渡磨损—————— 1 分

7. 越高，越大——————1分

8.点蚀，接触疲劳，轮齿折断，弯曲疲劳——————1分

9.基孔制—————— 1 分

三、简答题（每小题 5 分，共 20 分）

1. 答：（1） a 点，max1c b1——————2分

（2）带传动的主要失效形式有打滑和带的疲劳破坏 , 设计准则为保证带传动不打滑的

条件下，使带具有一定的疲劳强度和寿命。——————3 分

2.max m a300MPa———(2分)

100MPa —— (2 分)

min m a

r minmax 100 / 300 1/ 3 ———— (1 分 )

3． (1) 螺栓联接双头螺柱联接螺钉联接紧定螺钉联接—————— (1 分 )

(2)螺栓联接又有普通螺栓联接的铰制孔用螺栓联接，普通螺栓联接特点是被联接件上

的通孔和螺栓杆间有间隙，通孔的加工精度要求不高，结构简单。铰制孔用螺栓联接采用基

孔制过渡配合，联接精度高。——————(1 分)

双头螺柱联接适用于结构上不能采用螺栓联接的场合，大部分是被联接件被联接件之一

比较厚，且不易制成通孔。——————(1 分)

螺钉联接是螺栓直接拧入被联接件的螺纹孔中，不用螺母，结构上简单，紧凑。(1 分) 紧定螺钉联接是利用拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面或顶入相应的

凹坑中，以固定两个零件的相对位置。——————(1 分)

4.答：原因：（1）轮齿在节线附近啮合时，相对滑动速度低，润滑不良，摩擦力较大；

（2）节线附近通常只有一对齿接触，轮齿受力较大，而靠近齿根面又比靠近

齿顶面受力要大；（3）润滑油进入，齿根面上的疲劳裂纹容易扩展。

1 2

tan 0.92

tan11.31

0.92 0.6

tan(

v )

tan(11.31

5.71 )

i z 2 / z 1

40/ 2

2 F ' D' i

2 F D

2 2

四、分析题 ( 共 26 分，第 1 题 12 分，第 2

题 8分，第 3小题 6分)

故

F '

FD 10 1000 148

176.2

2 D 'i 2 350 20 0.6

1． (1)

齿轮 1 右旋，齿轮 2 左旋 —————— 3 分

11－ 25（略）

(2) 蜗轮逆时针方向旋转，左旋 ———3分

11— 26 解：

(3) 见图 (3) —————— 3 分

11-22），滑动速度

由表 11-2 查得 d 1 40

11183

(4) 见图 (4) —————— 3 分

40 1440

v s

d 1 n 1

3.08m/s

60 1000 cos 60 1000 cos11 18 36

根据 v s 3.08

11-18 查得 v 1 3

11-21），啮合效率

tan

tan11 18 36 0.87

tan(

)

tan(11 18 36

136)

11— 27（略） 11 — 28解：

图 (3) 图(4)

2. 答：轴 I 只受转矩，为传动轴（ 2 分）；

轴 II 既受转矩，又受弯矩，故为转轴；（2 分）轴 III 只受弯矩，且为转动的，故为转动心轴；（2分）轴 IV 只受弯矩，且为转动的，故为转动心轴。

（2 分）

题解 11—28 图

11— 29 解： 3．

图中的传递方案不合理。应将带传动布置在高速级，而将链传动布置在低速级，可采用以下几种常用的传动方案。

题解 11—29 图

五、计算题 (14 分)

解： ①作出派生轴向力的方向如图所示，计算出其大小；

F d1 0.7F r1 0.7 1000 700N

(1 分 )

0.7F r2 0.7 3000 2100N

(1 分)

②计算轴承 1、2

的轴向载荷

F a1 、 F a2

(5 分)

（1分）

因为

ae F

d1 880 700 1580N F d2 所以轴承 1 压紧端，轴承 2 为放松端，轴向载荷分别为：

F a1 = F d2 -F

2100-880=1220N

F a 2

= F

d 2

2100N

③计算轴承 1、 2 的当量动载荷由表查得 e 0.7 ，而

F a1

1220

2100 0.7=e ，

1.22>e

3000 1000

所以

X 1

0.41， Y 1

0.87； X 2

1， Y 2 0 。

故当量动载荷为

P 1 f P ( X 1F r1 YF 1a1) 1.5(0.41 1000

0.87 1220) 2207.1N P 2 f P ( X 2F r2 Y 2F a2 ) 1.5(1 3000

0 2100) 4500N (4 分 )

3. 计算轴承的寿命 L h

因轴的结构要求两端选择同样尺寸的轴承，

而

P ，故应以轴承 2 的当量动载荷 P

为计算依据。

106 f t C

)

106

1 33400 3

1703.7h>L h

L h

(

)

60n P

4000

4500

所选 7307AC 轴承合适。

(2 分)

六、结构设计（ 10 分）

1、缺少调整垫片；

2、右轴承装反了；

3、轴右端有点长（不能接触端盖）；

4、应有箱体内壁粗实线；

5、应设一轴环对齿轮轴向定位；

6、与齿轮配合轴颈长应比齿轮宽少1-2mm；

7、此键没有，取消；

8、此键应与联轴器键在一条线上；

9、端盖与轴之间应有间隙；

10、键槽底面与键的上平面间应有间隙；

11、联轴器上键槽应是贯通的；

12、应有调整垫片；