机械设计(1)试题A及答案200603

上海大学2005-2006 学年 冬 季学期试卷A 答案

课程名: 机械设计（一） 学分: 3

学号: 姓名: 院、系： 机自学院

一、是非题（正确“√ ”;错误“×”，1分/题 , 10分）

1．普通平键的主要失效形式是工作面的挤压破坏 。 （ √ ）

2．带传动中，最大应力发生在紧边与大轮的接触处。 （ × ）

3．带传动中，弹性滑动现象是完全可以避免的 （ × ）

4．V 带传动中，带轮的轮槽夹角应小于V 带截面的夹角。 （ √ ）

5．齿轮弯曲和接触疲劳强度极限是经持久疲劳试验并按失效概率1%确定，试验齿轮的

弯曲应力循环特性(应力比)为对称循环。

（ × ）

6．闭式齿轮传动中，通常以保证齿根弯曲疲劳应力为主。 （ × ）

7．在有紧密性要求的螺栓联接结构中，接合面之间不用软垫片进行密封而采用密封环结

构，这主要是为了增大被联接件的刚度，从而提高螺栓的疲劳强度。 （ √ ）

8．被联接件是锻件或铸件时，可将安装螺栓处加工成小凸台或沉头座，其目的是易拧紧。

（ × ）

9．应力只要随时间发生变化，均称为变应力。 （ × ） 10．当某零件上受载荷作用时，其上结构和尺寸突变处不会产生应力集中。（ × ）

二、单项选择题（1分/题，共15分）

1．在轴、毂联接中如果需要用两个平键时，此时在轴上应使它们沿圆周相隔D

(A)90度(B)120度(C)135度(D)180度

2．渐开线花键联接采用C定心

(A)外径(B)内径(C)齿形(D) 齿顶

3．带传动正常工作时，紧边拉力F1和松边拉力F2可由式B表达

(A)F1=F2(B)F1-F2=F e(C)F1/F2=e fα(D)F1+F2=F0

4．带传动采用张紧轮时，张紧轮应布置在B

(A)松边内侧近小轮处(B) 松边内侧近大轮处

(C) 松边外侧近小轮处(D) 松边外侧近大轮处

5．带传动中，主动轮圆周速度v1，从动轮圆周速度v2，带速v，它们之间的关系是B

(A)v1=v2=v (B)v1>v>v2(C)v1v1>v2

6．用材料45钢作毛坯加工6级精度的硬齿面直齿圆柱外齿轮，宜采用的工艺顺序是：B

(A)表面淬火、滚齿、磨齿(B) 滚齿、表面淬火、磨齿

(C) 滚齿、磨齿、表面淬火(D) 滚齿、调质、磨齿

7．标准直齿圆柱齿轮传动，轮齿弯曲强度计算中的齿形系数Y Fa只决定于B。

(A)模数m (B)齿数z (C)压力角α(D)齿宽系数фd

8．一对正确啮合的渐开线标准齿轮作减速传动时，如两轮的材料、热处理及齿面硬度均相同，则齿根弯曲应力A。

(A)σF1>σF2(B)σF1=σF2(C)σF1<σF2(D)条件不足，无法判断

9．齿轮传动中将轮齿加工成鼓形齿的目的是为了 B

(A)减小动载系数(B)降低齿向载荷分布系数

(C)降低齿间载荷分配系数(D)降低使用系数

10．当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且联接不需要经常拆装时，往往采用C。

(A)双头螺柱联接(B)螺栓联接(C)螺钉联接(D)紧定螺钉联接

11．螺纹联接防松的根本问题在于_____C___。

(A)增加螺纹联接的轴向力(B)增加螺纹联接的横向力；

(C)防止螺纹副的相对转动(D)增加螺纹联接的刚度。

12．被联接件受横向外力作用，若采用一组普通螺栓联接时，则靠__A__来传递外力。

(A)被联接件接合面间的摩擦力(B)螺栓的拉伸和挤压

(C)螺栓的剪切和挤压(D)螺栓的剪切和被联接件的挤压

13．四个结构及性能相同的零件甲、乙、丙、丁，若承受最大应力 max的值相等，而应力的应力比r分别为+1、0、-0.5、-1，则其中最易发生失效的零件是D。

(A)甲(B)乙(C)丙(D)丁

14．某结构尺寸相同的零件，当采用C材料制造时，其有效应力集中系数最大。

(A)HT2OO (B)20号钢(C)20CrMnTi (D)45号钢

15．某截面形状一定的零件，当其尺寸增大时，其疲劳极限值将随之B。

(A)增高(B)降低(C)不变(D)规律不定

三、分析问答题（35分）：

1．在轴、毂联接中如果采用普通平键时，普通平键的截面尺寸b×h和长度尺寸L是如何选择和确定的？(4分)

答: 1) 普通平键的截面尺寸b×h按轴的直径d由标准中选定。(2分)

2) 普通平键的长度L一般可按轮毂的长度而定,即键长等于或略小于轮毂的长度，所

选定的键长应符合标准规定的长度系列。(2分)

2．试画出V带的工作应力分布情况示意图（大轮2为主动轮，小轮1为从动轮）。在此图上定性标出各应力的分布以及最大应力点的位置。(9分)

答: V带的应力分布情况示意图以及最大应力点的位置如下:(每画错或标错一项扣1分)

3．弯曲疲劳极限综合影响系数Kσ的含义是什么？它与哪些因素有关？(6分)

答: 1) 弯曲疲劳极限的综合影响系数K

σ表示材料对称循环弯曲疲劳极限σ-1与零件对称循环弯曲疲劳极限σ-1e的比值或者在不对称循环时, K

σ是试件的与零件的极限应力幅的比值。(3分)

2)影响因素:a)零件几何形状的变化; b)尺寸大小; c)加工质量及强化(或写出与Kσ有关

的4个系数) (3分)

4．在直齿、斜齿圆柱齿轮传动中，为什么常将小齿轮设计得比大齿轮宽一些？强度计算时齿宽系数中的齿宽应代入哪一个？(7分)

答: 1）为了防止两齿轮因装配后轴向稍有错位而导致啮合齿宽减小而增大轮齿的工作载荷，常把小齿轮的齿宽在计算齿宽的基础上人为地加宽约5～l0mm。(5分)

2）强度计算时齿宽系数中的齿宽应代入大齿轮的齿宽(2分) 5．在保证螺栓联接紧密性要求和静强度要求的前提下,要提高螺栓联接的疲劳强度,应如何改变螺栓和被联接件的刚度及预紧力大小?试通过受力变形图来说明(9分)

答:可以同时减小C b和增大C m，适当增加预紧力F o，(3分)

如图所示，(4分)

这样可以使F1不致减小太多或保持不

变，从而有利于改善螺栓联接的可靠性和

紧密性；(1分)

但预紧力不宜增加过大，必须控制在所

规定的范围内，以免过分削弱螺栓的静强

度。(1分)

四、作图题和计算题（40分）：

1．一钢制零件受弯曲变应力作用，最大工作应力σmax=230MPa ，最小工作应力 σmin=170MPa ，材料的力学性能σs=400MPa ，σ-1=300MPa ，σ0=360MPa ，弯曲疲劳极限综合影响系数K σ=1.2 。试：

1）分别画出材料的和零件的极限应力线图(σm-σa 图) 2）当应力按应力比r=c(常数)规律增长时，试从图中完成下述项目： a) 找出该零件的极限平均应力、极限应力幅和极限应力的值 b) 计算该零件的安全系数S ca c) 指出在上述应力增长规律下可能的失效形式（疲劳强度或静强度）(11分) 解:1）见图 (4分)

2）a ） MPa m 200)170230(2

1)(21min max =+=+=σσσ MPa a 30)170230(2

1)(21min max =-=-=σσσ 由图量出：MPa m

e 350='σ ,

MPa ae

50='σ MPa ae m e 400max ='+'='σσσ

(4分)

b)

739.1230

400max max =='=σσca S (2分) c) 静强度破坏(1分)

2．某V 带传动传递的功率P ＝15KW ，带速V ＝5m/s ，测得紧边拉力是松边拉力的两倍

( F 1＝2F 2 )。试求紧边拉力F 1、有效拉力F e 和预紧力F 0 (6分)

解：F e = 1000P/V = 1000×15/5 = 3000N (2分)

∵F 1 = 2F 2 ∴ F e = F 1-F 2 = 2F 2-F 2 = F 2 = 3000N

F 1 = 2F 2 = 6000N (2分)

F 0 = (F 1+F 2)/2 = (6000+3000)/2 = 4500N (2分)

3．图示螺栓联接中，采用两个M20的普通螺栓，其许用拉应力[σ]=160MPa ，联接件接合面间摩擦系数f=0.2，防滑系数K s =1.2，计算该联接允许传递的横向静载荷F=?（M20的螺栓d 1=17.294mm ）(8分)

解：由F K fzi F s ≥0得zif F K F s ≥

0，i=2 , z=2 得:f F

K F s 40≥ (3分) 由[]σπ≤210

43.1d F ， 得[]σπ≤f d F K s 213.1 (3分)

因而有[]

N K f d F s 75.192732.13.11602.0294.173.1221=????==πσπ (2分)

4．如题图所示为二级斜齿圆柱齿轮减速器。已知：电动机功率P =3KW ，转速n 1=970r/min ；高速级m nl =2mm ，Z 1=25，Z 2=53，113β=?；低速级m n3=3mm ，Z 3=22，Z 4=50 。试求： （1）为使轴II 上的轴承所承受的轴向力较小，确定低速级齿轮3、4的螺旋线方向

（绘在图上表示）；

（2）绘出低速级齿轮3、4在啮合点处所受圆周力、径向力和轴向力的方向；

（3）齿轮3的螺旋角3β取多大值时才能使II 轴上所受轴向力相互抵消？（计算时不考虑摩擦损失）

（4）计算高速级齿轮1、2所受圆周力、径向力和轴向力的大小(15分)

解：(1)见右图 (2分)

(2)见右图 (3分)

(3) 使II 轴上所受轴向力相互抵消

则F a2 = F a3

F a2 = F a1= F t1tan β1 = 2T 1 tan β1/d 1

= 2T 1sin β1/(m n1Z 1)

T 2 = T 1Z 2/Z 1

F a3 = F t3 tan β3 = 2T 2 tan β3/d 3

= 2T 1Z 2sin β3/(m n3Z 1Z 3)

∴2T 1sin β1/(m n1Z 1) = 2T 1Z 2sin β3/(m n3Z 1Z 3) 整理得: sin β3 = m n3Z 3 sin β1/( m n1Z 2) = 3×22×sin13o ÷2÷53 = 0.14006

β3 = 8.05o (5分)

(4) T 1 = 9.55×106P/n 1 = 9.55×106×3/970 = 29536N.mm

F t1 = F t2 = 2T 1/d 1 = 2×29536×cos13 o /2/25 = 1151.16N(d 1 = m n1Z 1/cos β1) F a1 = F a2 = F t1tan β1 = 1151.16×tan13 o = 265.766N F r1 = F r2 = F t1tan αn/cos β1 = 1151.16×tan20 o / cos13 o = 430N (5分) 注：本参考答案比较精炼，请同学们在参考时对答案有疑问的，请上课时与老师讨论！