機(jī)械設(shè)計(jì)期末試卷及答案

1、中原工學(xué)院20042005學(xué)年第一學(xué)期機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)課程期末試卷專業(yè)_班級_姓名_學(xué)號_題號一二三四五六七八九總分一、是非題(用“”表示正確，“×”表示錯(cuò)誤，填在題末的括號中)。(本大題共10小題，每小題1分，總計(jì)10分)1、斷裂和塑性變形、過大的彈性變形、工作表面的過度磨損或損傷、發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)、聯(lián)接的松弛、摩擦傳動(dòng)的打滑等都是零件的失效形式。 （ ）2、用于緊固聯(lián)接的螺紋不僅自鎖性要好，而且傳動(dòng)的效率也要高。 （ ）3、受交變橫向載荷作用的普通螺栓組聯(lián)接，在正常工作時(shí)螺栓桿所受到的拉力不變。 （ ）4、對于受轉(zhuǎn)矩作用的普通螺栓組聯(lián)接，各螺栓桿將受到不等的剪力作用，

2、且其剪力的大小與螺栓桿軸線到螺栓組聯(lián)接的轉(zhuǎn)動(dòng)中心之距離成正比。 （ ）5、帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)將引起在主動(dòng)帶輪上帶的速度要逐漸遲后于主動(dòng)帶輪輪緣的速度，在從動(dòng)帶輪上帶的速度要逐漸超前于從動(dòng)帶輪輪緣的速度。 （ ）6、為了避免帶的彎曲應(yīng)力過大，在設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)時(shí)需要限制小帶輪的基準(zhǔn)直徑。 （ ）7、帶傳動(dòng)和漸開線齒輪傳動(dòng)都能實(shí)現(xiàn)定角速比傳動(dòng)。 （ ）8、在閉式齒輪傳動(dòng)中，齒面磨損是其齒輪的主要失效形式。 （ ）9、直齒圓錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算中，通常近似地以大端分度圓處的當(dāng)量圓柱齒輪來代替圓錐齒輪進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 （ ）10、為了保證圓柱蝸桿傳動(dòng)良好的磨合（跑合）和耐磨性，通常采用鋼制蝸桿與銅合金蝸輪。 （ ）

3、二、選擇題（將正確的代碼A、B、C、D填入橫線上方的空格處）。（本大題共10小題，每小題1分，總計(jì)10分）1、下列四種敘述中，_ _是正確的 A變應(yīng)力只能由變載荷產(chǎn)生 B靜載荷不能產(chǎn)生變應(yīng)力C變應(yīng)力是由靜載荷產(chǎn)生 D變應(yīng)力由變載荷產(chǎn)生，也可能由靜載荷產(chǎn)生2、右圖為某齒輪傳動(dòng)裝置，輪1為主動(dòng)輪且轉(zhuǎn)向不變，則輪2的齒根彎曲應(yīng)力按 變化。A對稱循環(huán) B脈動(dòng)循環(huán)C應(yīng)力比r0.5的循環(huán)D應(yīng)力比r+1的循環(huán)3、螺紋聯(lián)接是一種 。A可拆聯(lián)接； B不可拆聯(lián)接；C動(dòng)聯(lián)接； D過盈聯(lián)聯(lián)接4、某一軸、轂采用普通圓頭平鍵聯(lián)接，已知軸的直徑d=60mm，鍵的尺寸為b×h×l=18×11&#

4、215;80（單位mm），軸的許用擠壓應(yīng)力為：p=100Mpa，轂的許用擠壓應(yīng)力為：p=70Mpa，則該軸、轂聯(lián)接所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩T為： 。ATmax=716.1Nm； BTmax=924Nm； CTmax=1432.2Nm； DTmax=1618.1Nm5、V帶型號的選擇是根據(jù) 。A小帶輪上的功率P1和轉(zhuǎn)速n1； B大帶輪上的功率P2和轉(zhuǎn)速n2；C小帶輪上的轉(zhuǎn)矩T1和轉(zhuǎn)速n1； D大帶輪上的轉(zhuǎn)矩T2和轉(zhuǎn)速n26、帶傳動(dòng)在工作時(shí)，假定小帶輪為主動(dòng)輪，則帶內(nèi)應(yīng)力的最大值發(fā)生在帶 。A進(jìn)入大帶輪處 B緊邊進(jìn)入小帶輪處C離開大帶輪處 D離開小帶輪處7、在下列各對齒輪的配對材料中，有幾組方案是合理的

5、。答： 。配對方案6小齒輪的材料和熱處理方案HT200-40040Cr調(diào)質(zhì)20Cr，表面滲碳淬火20Cr，表面高頻淬火45調(diào)質(zhì)40Cr，表面滲碳淬火大齒輪的材料和熱處理方案45?；?5調(diào)質(zhì)40Cr調(diào)質(zhì)40Cr調(diào)質(zhì)45常化45調(diào)質(zhì)A2組； B3組； C4組； D5組8、一對軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)，若要提高其接觸強(qiáng)度，可采取 方法。A在中心距a和齒數(shù)比u不變的條件下增大齒數(shù)z1；B在中心距a和齒數(shù)比u不變的條件下增大模數(shù)m；C在齒數(shù)比u不變的條件下增大中心距a；D在齒數(shù)比u不變的條件下減小中心距a9、按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算軸的應(yīng)力時(shí)，公式中折合系數(shù)是考慮 。A材料抗彎與抗扭的性能不同； B強(qiáng)度理論的要

6、求；C軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求； D彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的循環(huán)特性不同10、在下列軸承中，只能承受徑向載荷的軸承是 。A深溝球軸承 B調(diào)心球軸承 C調(diào)心滾子軸承 D圓柱滾子軸承三、填空題（本大題共5小題，每小題2分，總計(jì)10分）1、普通螺紋因牙形角大而 ，故常用于聯(lián)接；而梯形螺紋效率高，故常用于 。2、設(shè)計(jì)鍵聯(lián)接時(shí)，先根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件選擇鍵的類型；再按 選擇鍵的 ，由輪轂寬度和工作條件選擇鍵的長度；最后對鍵聯(lián)接進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核計(jì)算。3、帶傳動(dòng)的失效形式有：_ 和 _。4、在輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算中，齒形系數(shù)YFa的大小與 、變位系數(shù)、斜齒輪的螺旋角和分度圓上壓力角有關(guān)，而與 無關(guān)。

7、5、左圖所示為一卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)。根據(jù)軸的分類，其中軸為 ，軸為 。四、計(jì)算題（本大題共3小題，第1小題15分、第2小題10分，第3小題20分，共計(jì)45分）1.某零件用40Cr鋼制成，材料的力學(xué)性能為：-1=480MPa，S=800MPa，=0.2。零件彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)K=1.5。已知作用在零件上的工作應(yīng)力：max=450MPa，min=150MPa，應(yīng)力比常數(shù)；試求：繪制出該零件的極限應(yīng)力簡圖；且標(biāo)出零件的工作應(yīng)力點(diǎn)，加載應(yīng)力變化線以及極限應(yīng)力點(diǎn)；（9分）用圖解法確定該零件的極限應(yīng)力的平均應(yīng)力me、應(yīng)力幅ae和極限應(yīng)力點(diǎn)M的疲勞極限r(nóng)M并用其結(jié)果計(jì)算該零件的計(jì)算安全系數(shù)Sca；（4分

8、）用計(jì)算法確定該零件的計(jì)算安全系數(shù)Sca。（2分）2.一方形蓋板用4個(gè)螺栓與箱體聯(lián)接，蓋板中心O點(diǎn)的吊環(huán)受拉力F=10kN?，F(xiàn)要求：(1)設(shè)工作載荷有變化，取殘余預(yù)緊力F1為工作拉力F的0.6倍，試計(jì)算每個(gè)螺栓的總拉力F2；(2)如因制造誤差，吊環(huán)由O點(diǎn)移至點(diǎn)O（見圖1012)，mm，試計(jì)算受力最大的螺栓的總拉力F2max。（滿分10分）30207E軸承當(dāng)量動(dòng)載荷的X、Y值（GB/T297-94）Fa/FreFa/FreeX1Y0X0.4Y1.60.37軸承派生軸向力：FdFr/（2Y）題.圖3.一工程機(jī)械傳動(dòng)裝置中的錐齒輪軸，采用一對30207圓錐滾子軸承（基本額定動(dòng)載荷Cr=54.2kN，

9、基本額靜動(dòng)載荷Cr0=63.5kN）支承，背靠背的反裝（如圖所示）。已知作用于錐齒輪上的徑向力Fre5000N，軸向力Fae1000N，其方向和作用位置如圖所示。軸的轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，運(yùn)轉(zhuǎn)中受輕微沖擊（fP1.2），常溫下工作（ft1），試求：（1）軸承所受的徑向載荷Fr1，F(xiàn)r2；（2）軸承1、2派生軸向力Fd1，F(xiàn)d2，并在圖中畫出其方向；（3）軸承所受的軸向載荷Fa1，F(xiàn)a2；（4）軸承所受的當(dāng)量動(dòng)載荷P1，P2。（5）軸承的額定壽命Lh1，Lh2（每小問滿分4分）五傳動(dòng)零件受力分析題（本題10分）下圖為一直齒圓錐齒輪斜齒圓柱齒輪蝸桿蝸輪三級傳動(dòng)。已知圓錐齒輪1為主動(dòng)件，轉(zhuǎn)向

10、如圖所示。試在下圖中標(biāo)出：各輪的轉(zhuǎn)向；（2分）欲使軸、軸上軸承所受的軸向力為最小時(shí)，斜齒圓柱齒輪和蝸桿蝸輪的旋向（要求畫出并用文字標(biāo)出他們的旋向）；（4分）各輪在嚙合點(diǎn)處的諸分力（Ft、Fr、Fa）的方向。（4分）六軸系零件結(jié)構(gòu)改錯(cuò)（本題15分）下圖為一齒輪減速器部分裝配圖，試指出結(jié)構(gòu)不合理及錯(cuò)誤所在（不考慮圓角和鑄造斜度以及不計(jì)重復(fù)錯(cuò)誤，指出十處錯(cuò)誤者滿分，每指出一處得1.5分）。例如：精加工面過長且裝拆軸承不便。按上述范例在圖中標(biāo)出結(jié)構(gòu)不合理及錯(cuò)誤所在，并用文字說明原因（如果不說明原因不給分）。中原工學(xué)院20042005學(xué)年第一學(xué)期機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)課程期末試卷（答案）一、是非

11、題(用“”表示正確，“×”表示錯(cuò)誤，填在題末的括號中)。(本大題共10小題，每小題1分，總計(jì)10分)1、斷裂和塑性變形、過大的彈性變形、工作表面的過度磨損或損傷、發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)、聯(lián)接的松弛、摩擦傳動(dòng)的打滑等都是零件的失效形式。 （ ）2、用于緊固聯(lián)接的螺紋不僅自鎖性要好，而且傳動(dòng)的效率也要高。 （ × ）3、受交變橫向載荷作用的普通螺栓組聯(lián)接，在正常工作時(shí)螺栓桿所受到的拉力不變。（ ）4、對于受轉(zhuǎn)矩作用的普通螺栓組聯(lián)接，各螺栓桿將受到不等的剪力作用，且其剪力的大小與螺栓桿軸線到螺栓組聯(lián)接的轉(zhuǎn)動(dòng)中心之距離成正比。 （ × ）5、帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)將引起在主動(dòng)帶輪上帶的

12、速度要逐漸遲后于主動(dòng)帶輪輪緣的速度，在從動(dòng)帶輪上帶的速度要逐漸超前于從動(dòng)帶輪輪緣的速度。 （ ）6、為了避免帶的彎曲應(yīng)力過大，在設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)時(shí)需要限制小帶輪的基準(zhǔn)直徑。 （ ）7、帶傳動(dòng)和漸開線齒輪傳動(dòng)都能實(shí)現(xiàn)定角速比傳動(dòng)。 （ × ）8、在閉式齒輪傳動(dòng)中，齒面磨損是其齒輪的主要失效形式。 （ × ）9、直齒圓錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算中，通常近似地以大端分度圓處的當(dāng)量圓柱齒輪來代替圓錐齒輪進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 （ × ）10、為了保證圓柱蝸桿傳動(dòng)良好的磨合（跑合）和耐磨性，通常采用鋼制蝸桿與銅合金蝸輪。 （ ）二、選擇題（將正確的代碼A、B、C、D填入橫線上方的空格處）。（本大題

13、共10小題，每小題1分，總計(jì)10分）1、下列四種敘述中，_ D _是正確的 A變應(yīng)力只能由變載荷產(chǎn)生 B靜載荷不能產(chǎn)生變應(yīng)力C變應(yīng)力是由靜載荷產(chǎn)生 D變應(yīng)力由變載荷產(chǎn)生，也可能由靜載荷產(chǎn)生2、右圖為某齒輪傳動(dòng)裝置，輪1為主動(dòng)輪且轉(zhuǎn)向不變，則輪2的齒根彎曲應(yīng)力按 A 變化。A對稱循環(huán) B脈動(dòng)循環(huán)C應(yīng)力比r0.5的循環(huán)D應(yīng)力比r+1的循環(huán)3、螺紋聯(lián)接是一種 A 。A可拆聯(lián)接； B不可拆聯(lián)接；C動(dòng)聯(lián)接； D過盈聯(lián)聯(lián)接4、某一軸、轂采用普通圓頭平鍵聯(lián)接，已知軸的直徑d=60mm，鍵的尺寸為b×h×l=18×11×80（單位mm）,軸的許用擠壓應(yīng)力為：p=100M

14、pa，轂的許用擠壓應(yīng)力為：p=70Mpa，則該軸、轂聯(lián)接所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩T為： A 。ATmax=716.1Nm； BTmax=924Nm； CTmax=1432.2Nm； DTmax=1618.1Nm5、V帶型號的選擇是根據(jù) A 。A小帶輪上的功率P1和轉(zhuǎn)速n1； B大帶輪上的功率P2和轉(zhuǎn)速n2；C小帶輪上的轉(zhuǎn)矩T1和轉(zhuǎn)速n1； D大帶輪上的轉(zhuǎn)矩T2和轉(zhuǎn)速n26、帶傳動(dòng)在工作時(shí)，假定小帶輪為主動(dòng)輪，則帶內(nèi)應(yīng)力的最大值發(fā)生在帶 B 。A進(jìn)入大帶輪處 B進(jìn)入小帶輪處C離開大帶輪處 D離開小帶輪處7、在下列各對齒輪的配對材料中，有幾組方案是合理的。答： B 。配對方案6小齒輪的材料和熱處理方案H

15、T200-40040Cr調(diào)質(zhì)20Cr，表面滲碳淬火20Cr，表面高頻淬火45調(diào)質(zhì)40Cr，表面滲碳淬火大齒輪的材料和熱處理方案45正火45調(diào)質(zhì)40Cr調(diào)質(zhì)40Cr調(diào)質(zhì)45正火45，調(diào)質(zhì)A2組； B3組； C4組； D5組8、一對軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)，若要提高其接觸強(qiáng)度，可采取 C 方法。A在中心距a和齒數(shù)比u不變的條件下增大齒數(shù)z1；B在中心距a和齒數(shù)比u不變的條件下增大模數(shù)m；C在齒數(shù)比u不變的條件下增大中心距a；D在齒數(shù)比u不變的條件下減小中心距a9、按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算軸的應(yīng)力時(shí)，公式中折合系數(shù)是考慮 D 。A材料抗彎與抗扭的性能不同； B強(qiáng)度理論的要求；C軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求； D彎曲應(yīng)力

16、和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的循環(huán)特性不同10、在下列軸承中，只能承受徑向載荷的軸承是 D 。A深溝球軸承 B調(diào)心球軸承 C調(diào)心滾子軸承 D圓柱滾子軸承三、填空題（本大題共5小題，每小題2分，總計(jì)10分）1、普通螺紋因牙形角大而自鎖性能好，故常用于聯(lián)接；而梯形螺紋效率高，故常用于傳動(dòng)。2、設(shè)計(jì)鍵聯(lián)接時(shí)，先根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件選擇鍵的類型；再按軸或轂的直徑 選擇鍵的 截面尺寸（b×h） ，由輪轂寬度和工作條件選擇鍵的長度；最后對鍵聯(lián)接進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核計(jì)算。3、帶傳動(dòng)的失效形式有：打滑和帶的疲勞破壞。4、在輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算中，齒形系數(shù)YFa的大小與 齒數(shù)z 、變位系數(shù)x、斜齒輪的螺

17、旋角和分度圓上壓力角有關(guān)，而與 模數(shù)m 無關(guān)。5、右圖所示為一卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)。根據(jù)軸的分類，其中軸為 轉(zhuǎn)軸 ，軸為 芯軸 。四、計(jì)算題（本大題共3小題，第1小題15分、第2小題10分，第3小題20分，共計(jì)45分）1.某零件用40Cr鋼制成，材料的力學(xué)性能為：-1=480MPa，S=800MPa，=0.2。零件彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)K=1.5。已知作用在零件上的工作應(yīng)力：max=450MPa，min=150MPa，應(yīng)力比常數(shù)；試求：繪制出該零件的極限應(yīng)力簡圖；且標(biāo)出零件的工作應(yīng)力點(diǎn)，加載應(yīng)力變化線以及極限應(yīng)力點(diǎn)；（9分）用圖解法確定該零件的極限應(yīng)力的平均應(yīng)力me、應(yīng)力幅ae和極限應(yīng)力點(diǎn)M的疲

18、勞極限r(nóng)M并用其結(jié)果計(jì)算該零件的計(jì)算安全系數(shù)Sca；（4分）用計(jì)算法確定該零件的計(jì)算安全系數(shù)Sca。（2分）解：（1）； MPa （2分）在零件的極限應(yīng)力簡圖中，各點(diǎn)坐標(biāo)為： A（0，）=A（0，320）；B（，）=（400，266.7）；C（S，0）=（800，0）或G=G（3分）（作圖2分）m=（max+min）/2=（450+150）/2=300MPa，a=（max-min）/2=（450-150）/2=150MPa （1分）工作應(yīng)力點(diǎn)，加載應(yīng)力變化線以及極限應(yīng)力點(diǎn)如圖所示 （1分）（2）由圖可量的極限應(yīng)力點(diǎn)M的平均應(yīng)力me=505.26MPa，應(yīng)力幅ae=252.63MPa 極限應(yīng)力點(diǎn)

19、M的疲勞極限r(nóng)M=me+ae=757.89MPa 計(jì)算安全系數(shù)Sca=rM/max=757.89/450=1.684 （4分）（3） （2分）2.一方形蓋板用4個(gè)螺栓與箱體聯(lián)接，蓋板中心O點(diǎn)的吊環(huán)受拉力F=10kN?，F(xiàn)要求：(1)設(shè)工作載荷有變化，取殘余預(yù)緊力F1為工作拉力F的0.6倍，試計(jì)算每個(gè)螺栓的總拉力F2；(2)如因制造誤差，吊環(huán)由O點(diǎn)移至點(diǎn)O（見下圖)，mm，試計(jì)算受力最大的螺栓的總拉力F2max。（滿分10分）解：（1）（kN）(2分)F2=F1+F=1.6F=1.6×2.5=4（kN）(2分)(2)將F向O點(diǎn)平移，得：軸向外載荷F=F=10 kN傾覆力矩M= kN (2

20、分)軸向工作拉力：由F引起的軸向工作拉力：（kN） (1分)由M引起的軸向工作拉力：（kN） (1分)最大工作拉力：（kN） (1分)最大的螺栓的總拉力：（kN） (1分)30207E軸承當(dāng)量動(dòng)載荷的X、Y值（GB/T297-94）Fa/FreFa/FreeX1Y0X0.4Y1.60.37軸承派生軸向力：FdFr/（2Y）題.圖3.一工程機(jī)械傳動(dòng)裝置中的錐齒輪軸，采用一對30207圓錐滾子軸承（基本額定動(dòng)載荷Cr=54.2kN，基本額靜動(dòng)載荷Cr0=63.5kN）支承，背靠背的反裝（如圖所示）。已知作用于錐齒輪上的徑向力Fre5000N，軸向力Fae1000N，其方向和作用位置如圖所示。軸的轉(zhuǎn)

21、速n1=1450r/min，運(yùn)轉(zhuǎn)中受輕微沖擊（fP1.2），常溫下工作（ft1），試求：（1）軸承所受的徑向載荷Fr1，F(xiàn)r2；（2）軸承1、2派生軸向力Fd1，F(xiàn)d2，并在圖中畫出其方向；（3）軸承所受的軸向載荷Fa1，F(xiàn)a2；（4）軸承所受的當(dāng)量動(dòng)載荷P1，P2。（5）軸承的額定壽命Lh1，Lh2（每小問滿分4分）解：（1）由軸的靜力平衡條件得：Fr1Fre（L1L2）0.5dmFae/L25000×（100400）0.5×200×1000/400=6000（N）Fr 2FreL10.5dmFae/L25000×1000.5×200×1000/400=1000（N） （4分）（2）Fd1Fr1/（2Y）6000/（2×1.6）=1875N，F(xiàn)d2Fr2/（2Y）1000/（2×1.6）=312.5N，其方向如圖所示； （4分）（3）FaeFd21000312.51312.5Fd11875，軸有向左竄動(dòng)趨勢，故：軸承1為放松端，F(xiàn)a1Fd11875N，軸承2為壓緊端，F(xiàn)a2Fd1Fae18751000=875N （4分）（4）計(jì)算軸承1、2的當(dāng)量動(dòng)載荷：軸承1：Fa1Fr118