2015-2016-上海工程技术大学 期末机械设计A

（勤奋、求是、创新、奉献）

2015～2016学年第一学期考试试卷

主考教师：陆宁

课程代码010334学院________班级_______姓名_______学号________

《机械设计》课程试卷A参考答案及评分标准

（本卷考试时间120分钟）

一、判断题（本题共10小题，每小题1分，共10分，请用√和×表示正确与错误）

1.变应力不一定只由变载荷产生。（）

2.螺纹的螺旋升角愈小，螺纹的自锁性能愈好。（）

3.平键是靠键的两侧面来传递载荷。（）

4.重要的螺栓连接不采用12mm以下直径是因为太细的螺栓不能有效定位（）

5.带传动转速不能过高，否则会因离心力过大使得传动能力下降（）

6.齿轮啮合的设计应使得小齿轮比大齿轮的硬度高些（）

7.蜗杆传动，蜗杆头数越少，传动效率越低。（）

8.选用滑动轴承的润滑油时，转速越高，选用油的粘度越高。（）

9.深沟球轴承不能承受轴向力（）

10.因为滚动摩擦系数小于滑动摩擦系数，滚动轴承比滑动轴承更适合于高转速的场合。（）

二、选择题（本题共15小题，每小题1分，共15分）请将答案填写在下表对应空格内

1.影响零件疲劳强度的综合影响系数Kσ与_______等因素有关。

A.零件的应力集中、加工方法、过载

B.零件的应力循环特性、应力集中、加载状态

C.零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中

D.零件的材料、热处理方法、绝对尺寸

2.零件的计算安全系数为_______之比。

A.零件的极限应力与许用应力

B.零件的极限应力与工作应力

C.零件的工作应力与许用应力

D.零件的工作应力与极限应力

3.当两个被连接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常拆装时，往往采用_______。

A.螺栓连接?

B.螺钉连接?

C.双头螺柱连接?

D.紧定螺钉连接 4.平键联接的可能失效形式有______。

A.疲劳点蚀

B.弯曲疲劳破坏

C.胶合

D.压溃、磨损、剪切破坏等

5.三角传动工作时，与带轮轮槽接触的是______。

A.带的底面

B.带的顶面

C.带的两侧面

6.带和齿轮组成的多级减速传动中，带传动应放在______。

A.高速级

B.低速级

C.高、低均可

7.设计中限制小带轮的直径D 1≥D 1min 是为了______。

A.限制带的弯曲应力

B.限制相对滑移量

C.保证带与轮面间的摩擦力

D.带轮在轴上安装的需要 8.齿轮传动按接触疲劳强度设计1d 时，该式中的

[]H σ应该取______。

A.[]{[]}21m ax H H σσ

B.[]{[]}21min H H σσ

C.[]1H σ

D.

[]2H σ

9.一对圆柱齿轮，在确定大小齿轮的宽度时，通常把小齿轮的齿宽做得比大齿轮的宽一些，其目的 是______。

A.使小齿轮的弯曲强度比大齿轮的高一些

B.便于安装，保证接触线长度

C.使传动平稳，提高效率

D.使小齿轮的接触强度比大齿轮的高一些 10.蜗杆传动比的表达式为______。

A.1

2

21d d n n i ==

B.2

1

21d d n n i ==

C.1

2

21z z n n i ==

11.蜗杆传动的主要失效形式是______。

A.齿面疲劳点蚀

B.齿根的弯曲折断

C.齿面的胶合和磨损

D.齿面的塑性变形

12.转轴工作时主要承受______。

A.纯扭矩

B.纯弯矩

C.扭矩和弯矩

D.摩擦力矩

13.下列场合采用滑动轴承，其中______是错误的。

A.轴向尺寸小

B.剖分式结构

C.承受冲击载荷

D.旋转精度高

14.在非液体润滑滑动轴承中，限制p 值的主要目的是______。

A.防止轴承衬材料过度磨损???

B.防止轴承衬材料发生塑性变形

C.防止轴承称材料因压力过大而过度发热???

D.防止出现过大的摩擦阻力矩

15.滚动轴承的基本额定寿命是指一批同规格的轴承在相同的试验条件下运转，其中______轴承发生

破坏时所达到的寿命。

A.1%

B.5%

C.10%

D.20%

三、简答题（本题共3小题，每小题5分，共15分）

1.简述提高螺纹连接强度的措施。

（1）降低螺栓的应力幅-------------（1分）

（2）改善螺纹牙间载荷分配不均-------------（1分）

（3）减少应力集中-------------（1分）

（4）避免附加弯曲应力-------------（1分）

（5）采用合理制造工艺-------------（1分）

2.简述带传动中发生弹性滑动和发生打滑的原因。

弹性滑动是由于带的拉力差使紧松边带的弹性变形不同而引起带与带轮间的微量滑动；---------（3分）打滑是由于带传动过载而引起，是带传动的失效形式。---------（2分）

3.写出轴承型号7208AC/P5中各位数字和字母的含义。

-------------（1分）

-------------（1分）

-------------（1分）

-------------（1分）

-------------（1分）

四、分析题（本题共2小题，每小题5分，共10分）

1.图示蜗杆-斜齿轮传动，已知蜗杆为左旋，转向如图示，

（1）画出蜗轮的转向；

（2）欲使II轴的蜗轮2和齿轮3的轴向力抵消一部分，确定斜齿轮3、4的螺旋线方向；

（3）分别求出蜗杆、蜗轮上所受轴向力的方向。

（1）蜗轮转向如图示。-------------（1分）

（2）斜齿3为左旋，4为右旋。------------（2分）

（3）蜗杆、蜗轮上各力方向如图示-------------（2分）

2.写出图示σ－N曲线中CD段的方程式（须说明式中各参数的含义），写出E点括号内坐标代号。

CD段的方程式：

m rN N C

σ=-------（2分）

式中：

σrN-有限寿命疲劳极限-----(1分)

（对应的循环次数为N，应力比为r）

C和m均为材料常数。-----(1分)

E（N0,σr）------(1分)

五、计算题（本题共4小题，共40分）

1.已知某钢制零件材料的机械性能：σ-1=480MPa，σ0=700MPa，σS=700MPa。零件疲劳极限的综合影响系数

Kσ=1.2。已知作用在零件上工作应力：σmax=450MPa，σmin=150MPa，应力变化规律为σm=C(常数)。试求：

（1）绘制该零件的极限应力线图，需注明各特殊点的代号及坐标值（

σ

μ=50Mpa/每小格）（4分）（2）用图解法确定该零件的计算安全系数S ca。（4分）

（3）若设计安全系数S=2.5，该零件是否满足强度的要求。（2分）

（1）绘制出该零件的极限应力线图：

A 点坐标：A ???

? ??-σσK 1,

0,且1480

400MPa 1.2K σσ-==，∴A 点坐标为（0，400）--------（1分）

C 点坐标：C ()0,s σ，∴C 点坐标为（700，0）-----------（1分）

D 点坐标：D ???

?

??σσσK 2,200 0

0700800

350MPa,292MPa 2222 1.2

K σσσ=

===?，D 点坐标为（350，292）；-------------（1分）

M 点坐标()a m σσ,：

max min

max min 450150

450150300MPa,150MPa 2

222

m a σσσσσσ+-+-=

=

====（2分） （2）计算安全系数S ca ：M ’点坐标（300,307）,''

max 300307

1.35450

me ae ca S σσσ++===---（3分）

（3）S ca

2.柴油机缸盖通过12个M22（d 1≈20mm ）的普通螺栓固定在缸体上。已知：缸盖承受的轴向工作载荷F Σ

在0与96KN 之间作周期性变化，螺栓的许用拉应力[σ]＝144MPa ，固定在缸体上螺栓的相对刚度为

0.9。要求：

（1）按预紧力F 0为工作拉力F 的1.2倍的情况，校核螺栓的静强度。（6分） （2）求疲劳强度计算时螺栓危险剖面上的σmax 、σmin 。（4分）

解：（1）求单个螺栓所受的工作载荷F ：F ＝F Σmax ÷Z ＝96000÷12＝8000（N ）---------（2分） 求螺栓所受的总载荷F 2： F 2＝F 0+0.9F ＝1.2F+0.9F ＝16800（N ）-------------（2分） 求螺栓的计算应力ca σ：σca ＝

2

12

3.14d F π??＝

2

4 1.316800

69.56Mpa 20

π??=?<[σ]------（2分） 螺栓静强度足够。 （2）22211680016800max 53.5MPa 2044F A d σ

ππ=

===----------（2分） 022*********

min 30.6MPa 2044F A d σππ====------------（2分）

3.已知某直齿圆柱齿轮闭式传动，齿轮参数为：m ＝3mm ，Z 1＝24，b 1＝72mm ，Z 2＝77，b 2=68mm,大小齿轮材料均为40C r 并经表面淬火处理，[σH ]1＝1080MPa ，[σH ]2＝1030MPa ，[σF ]1＝[σF ]2＝437MPa ，Z E ＝

189.8

MPa ，H 2.5Z =，Y Fa1＝2.65，Y Fa2＝2.27，Y Sa1＝1.58，Y Sa2＝1.76，接触强度载荷系数K H ＝1.72，

弯曲强度载荷系数K F ＝1.69，小齿轮转速n 1＝955r/min ，小齿轮传递的功率P=35KW ，试计算该对齿轮接触强度是否满足？（10分） 可供选择的公式：

1.H E H

[]Z Z σσ=≤，2.[]1Fa Sa

F F 212KTY Y bm z σσ=≤ 解：校核接触强度

6

651135

9.55109.5510 3.510955

P T Nmm n =?=??=?--------（2分） d 1=mZ 1=3?24=72mm-------（1分）68b =mm-------（1分） u=Z 2/Z 1=77/24=3.2--------（1分） 由

[][]12H H σσ>，所以取[][]21030MPa H H σσ==-------（1分）

2.5 2.51004.6MPa

1030MPa H Z σ==?=-

------（3分）

故该对齿轮接触疲劳强度满足要求。-----------（1分）

4.斜齿轮安装在轴承之间的中部，已知斜齿轮

15=β，分度圆直径120=d

mm ，

轴的径向力1193=r F N ，轴向力849=a F N 。采用一对70000型轴承，已经算得轴承的径向力分别为：11615N r F =，

21812N r F =，轴的转速14401=n r/min ，载荷系数1.1=p f ，若轴承的额定动载荷28800N C =，试计

算轴承的寿命。（10分）

解：

11317.011==r d F F N,12687.022==r d F F N --------（2分）

方向如图示，则由1211318491980N 1268N d a d F F F +=+=>=--------（1分） 则轴承2被“压紧”，轴承1“放松”

113111==d a F F Ｎ，198012=+=a d a F F F Ｎ--------（2分）

e F F r a ===7.01651

113111，e F F r a >=18121980

22--------（1分）

所以177716151.1)(11111=?=+=a r p F Y F X f P N--------（1分）

2669)198085.0181241.0(1.1)(22222=?+??=+=a r p F Y F X f P N--------（1分）

14542)2669

288001(14406010)(60103

66=???==εP C f n L t h h --------（2分）

六、结构改错题（本题共1小题，共10分）

图示轴系零部件的结构装配图，已经用直线引出10处设计错误，请依次说明错误的原因。