机械设计模拟试题答案

机械设计模拟试题答案一、填空1、 受预紧力和轴向工作载荷的螺栓， 其总拉力为（工作载荷）与（预紧力）之和。2、 普通平键的工作面是（键的两个侧面），工作时靠（键与键槽间的挤压）传递转矩 。3、 根据齿形不同， 花键分为（矩形花键），（渐开线花键）和（三角形花键）三种 。4、 带传动的主要失效形式为 （打滑）和 ( 疲劳断裂) 两种 。5、 链传动中，链轮转速（高） 链节距 （长）链轮齿数（少）则动载都将愈大。6、 齿轮传动的主要失效形式有 （齿面点蚀）（轮齿折断）（齿面胶合）（齿面磨粒磨损）（齿面塑形流动） 。7、 滚动轴承常见的失效形式有（疲劳点蚀）（塑形变形）（磨损）三种 。8、 一般情况下，轴主要由 （轴颈）（轴肩）（轴环）三部分构成。9、 低于第一临界转速下工作的轴称作（刚性轴），超过第一临界转速工作的轴称作（挠性轴） 。10 滑动轴承的轴瓦上开的油孔用于（供应润滑油） 开的油沟用于（输送和分布润滑油）。11 基本额定寿命为 （ 106 转 / 分），可靠度为（90% ）时滚动轴承所能承受的恒定载荷为基本额定动载荷。12 链传动的 （平均） 速比是不变的，而 （瞬时） 速比是变化的 。13 一对相啮合的大小齿轮的齿面接触应力是（相）等的，而其接触强度是（不）等的 。14 装在一根轴上两端的两个滚动轴承均轴向固定，适用于温升较（底）轴较（短）的情况下 。15 直齿轮的齿形系数 YFa只与（齿数） 和 （变位系数） 有关 。二、问答题1、拧紧螺纹联结为什么要考虑防松？防松方法分为哪几种？答：螺纹联接一般有自锁能力，但是当在冲击、振动或变载荷作用， 或者温度变化大时， 螺纹联接有可能松动， 甚至松开。所以在设计螺纹联接时， 必须考虑防松。 常用的防松方法分为三种： 利用摩擦防松、 直接锁住防松和破坏螺纹副防松。2、带传动中，主动轮圆周速度、带速、从动轮圆周速度是否相等？为什么？答：在带传动中，主动轮圆周速度、带速、从动轮圆周速度各不相同。 这是因为带存在弹性滑动。3、试述齿轮传动计算动载荷中的系数 KA、KV、Ka、K、各是什么系数？它们分别考虑什么因素影响答： KA 是工况系数，主要考虑动力机和工作运转性能、联轴器的缓冲性能等外部因素的影响； KV 是动载系数，主要考虑齿轮副因存在制造和装配误差， 以及弹性变形而产生的动载荷； Ka 是齿间载荷分配系数，主要考虑同时啮合的各对轮齿间载荷分配不均匀对计算载荷的影响； K 是齿向载荷分布系数，主要考虑是轮齿沿接触线产生载荷分布不均匀现象的影响。4、皮带传动中心距取的过大与过小各有什么不利影响？答：在带传动中，如果中心距过大，将会因为载荷的变化引起皮带的颤动；如果中心距过小，会加速带的磨损， 而且在传动比较大时会使小带轮包角过小。5、轴的主要作用是什么？答：轴的主要作用是支承旋转的机械零件，并传递运动和动力。6、滚动轴承一般由哪几部分零件构成？各起什么作用？答：滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。 内圈一般和轴配合， 外圈一般和轴承孔配合， 外圈和内圈之间发生相对运动；滚动体起支承和承载作用； 保持架将滚动体均匀隔开， 避免滚动体直接接触而产生剧烈磨损。7、 获得流体动压润滑的必要条件是什么？答：获得流体动压润滑必须满足以下条件： 润滑油具有一定的粘度； 相互运动表面有较大的相对滑动速度； 相对滑动表面之间必须形成收敛形间隙；要有足够的供油量。三、分析及计算题1、如图所示为一传动系统，已知动力从锥齿轮1 输入，转向如图所示。试判断：（ 1）、蜗杆 3 的齿向及蜗轮 4 的转动方向；（ 2）、锥齿轮 1、2 啮合处及蜗轮 4 蜗杆 3 啮合处各个力的方向。解：（1）根据锥齿轮 1 的转向可以判断锥齿轮 2 的转向如图所示。 而锥齿轮 2 和蜗杆 3 安装在同一根轴上，所以蜗杆 3 的转向与齿轮 2 的转向相同。锥齿轮 2 所受的轴向力方向为由小端指向大端，如图 Fa2 所示，为平衡该轴的轴向力，应使蜗杆所受的轴向力方向与 Fa2 相反，因此得到蜗杆所受轴向的方向 Fa3，如图所示。根据蜗杆的转向和轴向力的方向， 采用左手定律， 可以判断蜗杆的齿向为左旋。 涡轮 4 所受圆周力与蜗杆所受轴向力为作用力与反作用力， 可以知道 Ft4 的方向如图所示，因此可以判断蜗杆 4 为沿顺时针方向旋转。（ 2）在锥齿轮 1、2 啮合处，锥齿轮 1 和 2 的轴向力 Fa1、Fa2 的方向以及径向力 Fr1 、Fr2 的方向如图所示；锥齿轮 1 所受的圆周力 Ft1 垂直纸面向里，锥齿轮 2 所受的圆周力 Ft2 垂直纸面向外。在蜗轮、蜗杆 3、4 啮合处，蜗杆所受的轴向力 Fa3、径向力 Fr3 ，以及蜗轮所受的径向力 Fr4 、切向力 Ft4 如图所示；蜗杆 3 所受的切向力 Ft3 方向垂直纸面向外，蜗轮所受的轴向力 Fa4 的方向垂直纸面向里。2. 已知一托架边板用四个螺栓与相邻机架联接（假设螺栓靠剪切传力） ，托架受一与边板螺栓组对称轴线相平行，大小为 3500N的载荷作用，如图所示。试问：每个螺栓所受的力是多少？方向如何？解：将力 F = 3500 N 向螺栓组中心平移，则可以转化为主失 F = 3500 N 和主矩 M = 2625000Nmm。 考虑主失作用下， 各个螺栓的受力大小相同，方向向下：(N)考虑主矩作用下，各个螺栓所受的力：(N)各力的方向如图所示。螺栓 1 的合力(N)螺栓2的合力(N)螺栓 3 的合力(N)螺栓4的合力(N)3、如图所示，齿轮轴由两个角接触球轴承支承，轴承承受径向载荷： Fr1 =900N,Fr2 =2100N, 内部轴向 力 S= 0. 7 F r , 轴 向 载 荷 F a = 9 0 0 N。求：（1）轴承 1、2 上所受的轴向力 Fa1 、Fa2, 并标出内部轴向力 S1、S2 的方向；（2）求轴承 1、2 上的当量动载荷 P1、 P 2 （ 已 知 P = f p ( X F r + Yf a , f p = 1. 5 )参考答案： （1）轴承 1 和 2 背靠背安装。径向力作用下，在角接触球轴承中产生附加轴向力。方向如图所示附加轴向力的大小为：（N）（N）因为所以轴承 2 被压紧，轴承 1 被防松。所以（ N）（N）确定因数 X和 Y：查表的 X1=1，Y1=0查表的 X2 = 0.41 ，Y2 = 0.85 计算当量载荷：（N）（N）4. （本题 10 分） 4. （本题 10 分）一个由 40Cr制成的零件，已知求此零件的疲劳安全系数和静强度安全系数。解: 计算平均应力和应力幅：(MPa)(MPa)零件的疲劳安全系数：静强度安全系数：5、（本题 10 分）指出图中齿轮轴系上的错误，并简要说明理由。（1） 轴颈的长度应略短于轮毂的长度， 以使定位可靠。（ 2） 两键应在同一条母线上， 以便一次加工成型。（ 3） 端盖不应与轴接触，否则产生摩擦；端盖与轴之间加装密封环，防止润滑油外漏。（ 4） 该处应加装密封垫，防止润滑油泄露。（ 5） 箱体孔的边缘应低于轴承外圈的厚度， 以便轴承外圈的拆卸。（ 6） 轴承右边定位轴肩的高度过高， 应低于轴承内圈的厚度，以便轴承内圈的拆卸（ 7） 轴颈的长度应略短于轮毂的长度， 以使定位可靠；齿轮右侧无定位（ 8） 轴承左侧无定位。6、如图 1 所示为斜齿轮 -蜗杆传动装置。动力由齿轮 1 输入，蜗杆 3 为右旋蜗杆。试问：（ 1）、为使蜗轮 4 按图中方向转动，确定斜齿轮 1 的转动方向；（ 2）、为使蜗杆所在的轴上所受轴向力能互相抵消一部分，确定斜齿轮 1 和斜齿轮 2 的轮齿旋向；（ 3）、在图上画出齿轮 1 和蜗轮 4 所受的各分力（Ft, Fr, Fa）方向（垂直纸面向外的力画、向内的力画）。解: 1. （1）根据蜗轮 4 的转向可以判断其圆周力 Ft4 的方向如图所示。 而蜗杆 3 的轴向力与蜗轮 4 的圆周力大小相等，方向相反；并且蜗杆 3 为右旋；运用右手规则， 可以判断出蜗杆的转动方向如图所示。从而可以判断斜齿轮 1 的旋转方向如图所示。（2）为使轴向力相互抵消一部分，应使斜齿轮2 的轴向力方向与蜗杆3 的轴向力方向相反。则 Fa2 的方向应如图所示。 而斜齿轮 1 的轴向力方向与斜齿轮 2 的轴向力方向相反， 从而得到斜齿轮 1 的轴向力方向如图所示。 根据斜齿轮 1 的转动方向和轴向力方向运用左右手规则判断，发现满足左手规则， 因此可以确定斜齿轮1 的旋向为左旋。（3）斜齿轮 1 和蜗轮 4 所受各力方向如图所示。7、一轴两端各由一个角接触轴承支承，受力情况如图 2 所示，载荷系数， 试求两个轴承的当量动载荷 P。（已知 : 轴承内部轴向力S=Fr/2Y ，Y=1.6， ）。解：（ 1）轴承 1 和 2 面对面安装。在悬臂端轴受径向力 Fr = 1200 N ，轴向力 Fa = 400N 作用。在径向力作用下， 在角接触球轴承中产生径向支反力。设左边轴承为 1，右边轴承为 2计算各个轴承所承受的径向力：联立以上两式，可得： N，方向向上；N，方向向下计算派生轴向力：（ N）（N）因为 ，所以轴承 2 被压紧，轴承 1 被防松。所以（ N）（N）确定因数 X和 Y：查表的 X1=1，Y1=0查表的 X2 = 0.4 ，Y2 = 1.6计算当量载荷：（N）（N）8、如图所示的夹紧联接 , 柄部承受载荷 P=600N, 柄长 L=350mm,轴直径 db=60, 螺栓个数 z=2, 接合面摩擦系数 f=0.15, 螺栓的许用应力 =240 MPa，试确定螺栓直径。设螺栓的工作拉力为F，则有下列关系：则有：（N）根据螺栓的强度条件：可以得到螺栓的计算直径dc(mm)9、如图 4 所示为普通螺栓组联接， 载荷 R=4000N 作用在水平轴 x 上的 A 点，已知 L=400mm, l=200mm，试分析求解每个螺栓所受的工作载荷。解：把载荷 R 向螺栓组中心 0 简化。则得到主矢R和主矩 M = RL螺栓组在主矩作用下， 预紧力受到防松。 在主矩作用下，螺栓 3、4 被防松；螺栓 1、2 被拉紧。由于螺栓组的四个螺栓位置对称，则有下列关系：则有：(N)所以，螺栓 1、2 所受的工作载荷为 4000N；螺栓 3、4 所受的工作载荷为 -4000N。