机械设计复习题目

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．温度对润滑油粘度的影响是随着温度的升高润滑油的粘度 C 。A）提高 B）不变 C）降低 7．设计时键的截面尺寸通常是根据 D 从标准中选取。

A）键传递的转矩 B）轴的转速 C）轮毂的长度 D）轴的直径 8．下列四种叙述中 D 是正确的。

A）变应力只能由变载荷产生 B）静载荷不能产生变应力 C）变应力是由静载荷产生 D）变应力是由变载荷产生，也可能由静载荷产生

9．从经济观点考虑，单件生产的齿轮减速箱的箱体最好采用 C 。A）灰铸铁铸造 B）铸钢铸造 C）钢板焊接 10．由下列不同材料制造的零件，其形状、尺寸、结构、表面加工情况和工作条件等完全相同，其中有效应力集中系数最大的是 B 。A）HT200灰铸铁 B）40CrNi钢 C）45钢

三、填空题（有5小题，20个空，每空1分,共20分。把答案填在题中横线上）

11．对下列各种零件至少举出一种常用材料的牌号，齿轮 45， 40Cr ，滑动轴承轴瓦 ZQSn10-1， ZQAl9-4 ，蜗轮轮缘 ZQSn10-1， ZQAl9-4 ，螺钉 Q235，20 ，弹簧 65Mn， 碳素弹簧钢丝 ，弹簧垫圈 65Mn ，滚动轴承套圈 GCr15 ，滚动轴承保持架 08F ，键 45 。

12．带传动的失效形式为 打滑 和 疲劳破坏 。因此，其主要设计依据为 在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命 。

13．轴按承载分为 心轴 ， 转轴 和 传动轴 。

14．螺纹联接按防松原理可分为 摩擦防松 ， 机械防松 和 其它防松 。

15．灰铸铁齿轮常用于 开 式传动中，这种齿轮的主要失效形式是 磨损 。

16．什么是等强度设计？在设计中如何应用？答：一个机器的各零件或一个零件对于各种失效方式具有同样的承载能力。在设计中的应用有二：一是使各部分等强度，避免某些部分强度过大，浪费材料；二是故意设置薄弱环节，过载时失效，使其它部分在过载时不致于损坏而得到保护。

17．什么是机械零件的失效？答：机械零件由于某种原因不能正常工作，叫失效。 18．滑动轴承计算中，计算p，pv，v各考虑什么问题？ 答：p——轴承磨损； pv——发热； v——局部磨损。

19．齿轮传动中的载荷系数K=KAKvKαKβ，KAKvKαKβ各为什么系数，各考虑什么因素对齿轮传动的影响？ 答：齿轮传动中的载荷系数K=KAKvKαKβ中，KA是使用系数，考虑外部因素引起附加动载荷对齿轮传动的影响；Kv是动载系数，考虑齿

1

轮制造、安装误差等引起附加动载荷对齿轮传动的影响；Kα是齿间载荷分配系数，考虑多齿啮合间分配载荷的不均匀现象对齿轮传动的影响；Kβ是齿向载荷分布系数，考虑载荷沿接触线分布不均的现象对齿轮传动的影响； 20．什么叫机械零件的计算准则？常用的机械零件的计算准则有那些？

答：机械零件的计算准则就是为防止机械零件的失效而制定的判定条件，常用的准则有强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则等？

五、分析题（有2小题，每题6分,共12分）

21． 一钢制液压油缸，缸内油压P＝2.5MPa(静载)，油缸内径 D＝125mm，缸盖由6个M16的螺钉联接在缸体上.螺钉刚度 Cb与缸体缸盖的刚度 Cm之比为l/4，螺钉材料的性能等级为5.6级，安全系数取S＝1.5，M16螺钉的小径

d1=13.835mm.若根据联接的紧密性要求，要求残余预紧力QP‘＞1.5F.试分析预紧力QP应控制在什么范围内才能满足此联接的要求? 1.计算单个螺钉的工作拉力 F（2分）

油缸盖联接所受的载荷 FΣ=ppD/4，每个螺钉的工作拉力F＝FΣ／6＝p×pD/4/6＝2.5 p(125)／4/6＝5113.27 N

2

2

2

2.计算允许的螺钉最大总拉力 Q（2分）

螺钉材料性能等级为5.6级， ss＝300MPa，许用应力[s]= ss/S＝300/1.5＝200MPa.由强度条件 sca＝1.3Q/( pd/4)≤[s] Q≤pd[s]/4/1.3＝ p×13.835×200/4/1.3＝23127.83 N

2

2

2

3.求预紧力 Qp的允许范围（2分）

1)按螺钉强度条件求允许的最大预紧力 Q＝Qp十Cb/（Cb +Cm ）F≤23127.83 N ∴ Qp≤23127.83-0.2F＝23127.83-0.2×5113.27=22105.17 N

2)按联接紧密性条件求最小的预紧力，根据联接紧密性要求，QP‘≥1.5F ∴ QP‘＝Qp- Cm /（Cb +Cm ）F=Qp-0.8F≥1.5F 即 Qp≥1.5F十0.8F＝2.3F＝l1760.52 N

由以上计算结果可知，预紧力Qp应控制为l1760.52 N ≤Qp≤22105.17 N

22．一传动装置，输入转矩为T1，输出转矩为T2，速比为i，总效率为，试证明T2= T1×i×η

答：设输入功率为P1（kW），输出功率为P2（kW），输入转速为n1（r/min），输出转速为n2（r/min）， ∵ T=9.55×10×P/n(N.mm)∴ P1= T1×n1/(9.55×10) P2= T2×n2/(9.55×10)

6

6

6

∵η= P2/ P1=( T2×n2/(9.55×10))/( T1×n1/(9.55×10)) = T2×n2/( T1×n1)

6

6

i= n2/ n1 ∴ η= T2/ T1/I 即 T2= T1×i×η

2

六、计算题（有2小题，每题6分,共12分） 图1

23．一对46210角接触球轴承反安装，如图1所示。已知轴承1和轴承2 的径向载荷分别为R1=2000N,R2=4000N,轴

上作用的轴向载荷Fa=800N(指向轴承2)，轴承的派生轴向力S的计算式S=0.68R，e=0.68，X=0.41,Y=0.87。轴承载荷有轻微冲击，载荷系数fF=1.2，工作温度不大于120C。试求： (1) 轴承1和轴承2的轴向载荷A1和A2； (2) 轴承1和轴承2的当量动载荷P1和P2。

解:(1)计算轴承的轴向载荷

S1=0.68R1=0.68×2000=1360 N S2=0.68R2=0.68×

4000=2720 N S1、S2方向见图2

因为Fa+ S2=800+2720=3520 N＞S1

所以 轴承1“压紧”，A1= Fa+ S2=800+2720=3520 (2

分) 轴承2“放松”，A2= S2=2720 N(2分) （2）计算轴承的当量动载荷

轴承1 A1/R1=3520/2000=1.76＞e=0.68,则取 X1=0.41,Y1=0.87

P1=fF(X1R1+Y1A1) =1.2×(0.41×2000+0.87×3520)=3882.4 N (2分)

轴承2 A2/R1=2720/4000=0.68≤e=0.68,则取X2=1,Y2=0 P2=fFX2R2=1.2×1×4000=4800 N (2分)

24．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F1为松边拉力F2的2倍，此时小带轮上包角1=120，求：（1）有效拉力Fe；（2）紧边拉力F1；（3）当量摩擦系数fˊ。

解:

有效拉力Fe =1000P/v=1000×8/10=800 N (2分) 又知:F1-F2= Fe,F1=2F2 则紧边拉力 F1=2 Fe =1600 N

图2 第六大题第23小题答案图

F1efF2(2分) 根据欧拉公式

得 当量摩擦系数f=ln(F1/F2)/α=ln2/(3.14×120/180 =0.693/2.0933=0.331 (2分) 七、结构题（有4小题，每题分别为10分,2分，2分，2分，共16分）

25．图3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。试指出图中的结构错误

（在图中错误处写出序号并在下半部改正，按序号简要说明错误的内容）（每指出一处,并正确说明错误内容和改正的,得1分,总分为10分）

3

答:错误处见图3（改正的图未示出）

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。

26．画出V带与带轮槽的正确安装图； 27．画出普通螺栓联接的结构图

28．画出普通平键A型、B型、C型的形状 26,27,28题答案: 八、设计题（有1小题，5分）

29．设计一转椅的升降机构，升降通过一手柄进行控制。设计需画出结构示意图，并作必要的说明。 答：没有标准答案，可根据创意的新颖性及是否达到设计要求给0～5分。 1、普通平键的截面尺寸是根据 按标准选择的。 【 C 】

A．传递转矩的大小 B. 轮毂的长度 C. 轴的直径

2、V带传动设计中，小带轮的最小直径主要是为了 。 【 A 】

A．弯曲应力 B. 使结构紧凑 C.带轮包角

3、为了制造、测量方便，取三角带的 作为它的公称长度。 【 B 】

A．内周长 B. 节线长 C. 外周长

4、角接触球轴承和圆锥磙子轴承的轴向承载能力随接触角的增大而 a 。

A．增大 B. 减少 C. 不便

5、链传动中，链条的节数最好为 ，而链轮齿数为 。 【 B 】

A．奇数，偶数 B.偶数，奇数 C. 5的倍数，偶数

6、按纯扭矩设计计算的轴径，一般作为轴的 直径。 【 A 】

A．最细端 B. 最大 C. 平均

7、既传递转矩，又传递弯矩的轴称为 。 【 B 】

A．心轴 B. 转轴 C. 传动轴

8、联接用的螺纹一般采用 螺纹，而传动用的螺纹一般采用 螺纹。 【 A 】

A. 三角形，梯形 B. 梯形，三角形 C. 其它，三角形

9、非液体摩檫滑动轴承设计中，压强

p[p]的目的是 。 【 B 】

A.防止因压力过大而发热； B.防止润滑油挤出，轴瓦过渡磨损； C.防止因摩擦力矩大而起动难。

10、在滚动轴承的组合设计中，双支点单向固定方式适合于 。 【 A 】

4

A．跨距小，温升小的轴；B．跨距大，温升大的轴；C．跨距大，温升小的轴。

11、一对钢制标准齿轮啮合传动时，两轮的H1与H2 ，F1与F2 。 【 B 】

A．相等，不想等 B．相等，不一定 C．不一定，不一定

12、当两轴具有一定的相对偏移量，且载荷较平稳，要求传递较大扭矩时，用 。【 A 】 A．齿轮联轴器 B．凸缘联轴器 C．弹性柱销联轴器

13、滚动轴承寿命是在一定的可靠度下规定的，一般当可靠度是90%时，能达到或超过的寿命称为滚动轴

承的 ，所受载荷称为滚动轴承的 。 【 C 】

A．预期寿命，预期载荷 B．最大寿命，最大载荷 C．额定寿命，额定动载荷 14、蜗杆传动的效率一般较其它传动低，这主要是因为在蜗杆传动中 。 【 C 】

A．蜗轮速度很低 B．蜗杆头数很少 C．蜗轮蜗杆的相对滑动速度很大

15、有一汽缸盖螺栓联接，若汽缸内气体压力在0—2Mpa之间循环变化，则螺栓中的应力变化规律

为 。 【 B 】

A．对称循环变应力 B．脉动循环变应力 C．非对称循环变应力散热

二、填空题

16、齿轮传动的主要失效形式有：轮齿折断;齿面磨损;齿面点蚀;齿面胶合;塑性变形 。

17、闭式蜗杆传动需要进行热平衡计算，其主要原因是：蜗杆传动由于效率低，所以发热量大。在闭式传动中，如果产生的热量不能及时散逸，将因油温不断升高而使润滑油稀释，从而增大摩擦损失，甚至发生胶合。所以必须根据单位时间内的发热量Φ1等于同时间内的散热量Φ2的条件进行热平衡计算，以保证油温稳定的处于规定的范围内 。

18、带传动中，弹性滑动与打滑的区别是：由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的滑动，称为带传动的弹性滑动。这是带传动正常工作时固有的特性。打滑是由于工作载荷过大带与带轮间的显著相对滑动，是带的失效形式之一，应当避免。

19、滑动轴承常用的材料有：轴承合金,如ZSnSb11Cu6;锡青铜,如ZCuSn10P1;铸铁,HT200。

20、论述链传动的主要特点：与带传动相比，链传动效率高，平均传动比准确，无滑动和打滑现象；与齿轮传动相比，链传动制造与安装精度要求较低 。 三、综合题

传递功率 效率

齿轮传动 大 高

蜗杆传动 小 低

带传动 中 中

链传动 大 中

螺旋传动 大 高

5

单级传动比 中心距 传动精度

中 小 高

大 小 高

中 大 中

中 大 中

- - 高

21、 比较以下几种传动的传动性能，并填入下表中（高、中、低等）。 22、请标出以下链传动的合理转动方向。

23、图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)。

①、②：电动机和齿轮轴的减速连接应选用带传动，可缓冲振动与噪音。

③：为保证准确的传动比，③处的二级减速应选用圆柱齿轮，如选用斜齿轮，还可通过齿轮旋向抵消轴向力。

24、图示传动中，已知小圆锥齿轮的转向，现想托起重物Q，问蜗杆的螺旋线方向如何？并在图上标出蜗轮蜗杆和圆锥齿轮在啮合点各轮所受三个力的方向。

23

四、计算题

6

25、如图所示，轴上装有一斜齿圆柱齿轮，轴支承在一对正装的7306AC轴承上。齿轮轮齿上受到圆周力Fte=8100N，径向力Fre=3052N，轴向力Fae=2170N，转速n=300 r/min，载荷系数fP=1.2。试计算两个轴承的基本额定寿命(以小时计)。(想一想：若两轴承反装，轴承的基本额定寿命将有何变化?) （有关数据：7306AC，轴承C25600N，e0.7。当Fa/Fre时，

X0.41,Y0.85；当时，X1,Y0。 内部轴向力 S0.7Fr，3 ）

解：①求Fr1、Fr2

Frv1805080(FreFae)542.77N，Frv250Fre80Fae2509N

130130Fte4984.62N，FrH25022FrH1805080250802Fte3115.38N

Fr1Frv1FrH15014.1N，Fr2Frv2FrH24000.1N

②求Fa1、Fa2

Fd1eFr10.75014.13509.8N，Fd2eFr20.74000.12800.1N Fa1Fd13509.8N，Fa2Fd1Fae5679N Fr10.7e，x11，y10，

P.1)6016.6N 1fP(x1Fr1y1Fa1)1.2(15014③Fa1Fa2Fr21.24ex20.41y20.85

P2fP(x2Fr2y2Fa2)1.2(0.4140000.855679)7761.5N

Lh10660n(CP)106(25600)h

603007761.526、图示为某起重设备的减速装置。已知各轮齿数z1=z2=20，z3=60，z4=2，z5=40，轮1转向如图所示，卷

筒直径D=136mm。试求：

(1)此时重物是上升还是下降?

(2)设系统效率η=0.68，为使重物上升，施加在轮1上的驱动力矩T1=10N·m，问重物的重量是多少?

解：i134n1n4n3n4z3z13，

n1n4n43，n1n43n4，n14n4

i45n4z54020，n420n5 n5z421n120n5，n180n5，PaP5 14

7

T1n1aT5n5，T5wwDDn5 ，T1n1aw222T1n1a210800.688103N因蜗杆右旋，所以重物上升。

Dn50.136五、改错题(每小题5分，共10分)

27、指出下面轴系结构图中的错误并改正。

①键的布置无法安装连轴器；②端盖处应有轴肩；③⑩端盖与箱体间应有垫圈；④端盖与轴连接处应有密封圈；⑤安装轴承处应有轴肩；⑥套筒高度不能高于轴承内圈高度；⑦与齿轮配合的轴的长度应略小于齿轮宽度；⑧轴承内圈应有定位轴肩；⑨端盖卡紧端高度应小于轴承内圈高度。

28、图中所示为带传动的张紧方案，试指出其不合理之处，并改正。

8