机械设计练习题_(6)
1、为什么轮齿的弯曲疲劳裂纹首先发生在齿根受拉伸一侧
解题要点：
（1）齿根弯曲疲劳强度计算时，将轮齿视为悬臂梁，受载荷后齿根处产生的弯曲应力最大。
（2）齿根过渡圆角处尺寸发生急剧变化，又由于沿齿宽方向留下加工刀痕产生应力集中。
（3）在反复变应力的作用下，由于齿轮材料对拉应力敏感，故疲劳裂纹首先发生在齿根受拉伸一侧。
2、有一闭式齿轮传动，满载工作几个月后，发现硬度为200~240HBS 的齿轮工作表面上出现小的凹坑。试问：（1）这是什么现象（2）如何判断该齿轮是否可以继续使用（3）应采取什么措施
解题要点：
（1）已开始产生齿面疲劳点蚀，但因“出现小的凹坑”，故属于早期点蚀。 （2）若早期点蚀不再发展成破坏性点蚀，该齿轮仍可继续使用。
（3）采用高粘度的润滑油或加极压添加剂于没中，均可提高齿轮的抗疲劳点蚀的能力。
3、一对齿轮传动，如何判断大、小齿轮中哪个齿面不易产生疲劳点蚀哪个轮齿不易产生弯曲疲劳折断并简述其理由。
解题要点：
（1） 大、小齿轮的材料与热处理硬度及循环次数N 不等，通常21HP HP σσ>， 而21H H σσ=，故小齿轮齿面接触强度较高，则不易出现疲劳点蚀。 （2）比较大、小齿轮的
1
11
Sa Fa FP Y Y σ与
2
22
Sa Fa FP Y Y σ，若
111
Sa Fa FP Y Y σ<
2
22
Sa Fa FP Y Y σ，则表明小齿的弯
曲疲劳强底低于大齿轮，易产生弯曲疲劳折断；反之亦然。
4、图为两级斜齿圆柱齿轮减速器，已知条件如图所示。试问： （1） 低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间
轴Ⅱ上两齿轮所受的轴向力相反
（2） 低速级小齿轮的螺旋角β2应取多大值，才能使 轴Ⅱ轴上轴向力相互抵 解题要点：
（1）轴Ⅱ上小齿轮为左旋；Ⅲ轴上大齿轮为左旋。
（2）若要求Ⅱ轴上轮1、2的轴向力能互相抵消，则必须满足下式： F a1=F a2
即 12
1
22211tan tan ,tan tan ββββt t t t F F F F == 由中间轴的力矩平衡，得
2
22211
d F d F t t = 则 11
2
1211212tan cos /513cos /175tan tan tan ββββββ??===d d F F t t 得
1438.015sin 51
317
5sin 2=???=
β 则 2161827.82'''?=?=β
5、今有两对斜齿圆柱齿轮传动，主动轴传递的功率P 1=13kW ，n 1=200r/min ，齿轮的法面模数m n =4mm ，齿数z 1=60均相同，仅螺旋角分别为9°与18°。试求各对齿轮传动轴向力的大小
解题要点：
（1）因两对齿轮传递的P 1和n 1相等，故主动轴上的转矩也应相等，即
=???=?=mm N n P T )200/131055.9(/1055.96
1161620750 mm N ?
（2）计算β=9°的齿轮传动的轴向力：
)/(cos 6207502/21111z m d T F n t β??==
=[2×620 750×cos9°/（4×6）]=5 109 N F a1=F t1tan β=5 109×tan 9° N=809N=F a2 （3）计算β=18°的齿轮传动的轴向力：
495060
418cos 6207502cos 2211111=??
??===
'z m T d T F n t β N 2111599
18tan 4920tan a t a F N F F '==??='='β
6、两级圆柱齿轮传动中，若一级为斜齿，另一级为直齿，试问斜齿圆柱齿轮应置于调整级还是低速级为什么若为直齿锥齿轮和圆柱齿轮所组成的两级传动，锥齿轮应置于调整级还是低速级为什么
解题要点：
（1）在两级圆柱齿轮传动中，斜齿轮应置于高速级，主要因为高速级的转速高，用斜齿圆柱齿轮传动工作平衡，在精度等级相同时，允许传动的圆周速度较高；在忽略摩擦阻力影响时，高速级小齿轮的转矩是低速纸小齿轮转矩的1/i （i 是高速级的传动比），其轴向力小。
（2）由锥齿轮和圆柱齿轮组成的两级传动中，锥齿轮一般应置于高速级，主要因为当传递功率一定时，低速级的转矩大，则齿轮的尺寸和模数也大，而锥齿轮的锥距R 和模数m 大时，则加工困难，或者加工成本大为提高。
7、某传动装置采用一对闭式软齿面标准直齿圆柱齿轮，齿轮参数z 1=20，z 2=54，m=4mm 。加工时误将箱体孔距镗大为mm a 150='。齿轮尚末加工，应采取可种方法进行补救新方案的齿轮强度能满足要求吗
解题要点：
标准直齿圆柱齿轮的中心距为
1482/)5020(42/)(21=+?=+=z z m a mm ，故可补救。
（1）将齿轮改为斜齿轮，使中心距等于
150)cos 2/()5420(4)cos 2/()(21=+?=+='ββz z m a mm
9867.0150/148/cos =='=a a β
10229367.9'''?=?=β
通过调整β角，中心距达到150mm ，用斜齿代替直齿，新方案不仅强度有所提高，而且传动性能也有所改善。
（2）或者采用正确度变位齿轮()021>+x x ，同样可使,,d d a a >'>'而仍用直齿轮，
选用合适的变位系数x 1与x 2值，同样可达到150='a mm 。此时，H
σ'减少，接触疲劳强度可提高。
8、在闭式软齿面圆柱齿轮设计中，为什么在满足弯曲强度条件下，z 1尽可能选多一些有利试简述其理由。
解题要点：参见教材中有关齿数z 的选择。
一对标准直齿圆柱齿轮传动，当传动比i =2时，试问： （1）哪一个齿轮所受的弯曲应力大为什么
（2）若大、小齿轮的材料、热处理硬度均相同，小齿轮的应力循环次数
06110N N <=，则它们的许用弯曲应力是否相等为什么
解题要点：
（1）因 一般2211sa Fa sa Fa Y Y Y Y >，故21F F σσ>，即小齿轮的齿根弯曲应力大。 （2）两齿轮硬度相同，即试验齿轮的弯曲疲劳极限2lim 1lim F F σσ>。但由于工作循环次数N 1>N 2及齿轮的寿命系数Y N1
9、试求一对啮合的大、小齿轮对于弯曲疲劳强度为等强度的条件式，并求大、小齿轮弯曲应力间的关系式。
提示：弯曲疲劳强度计算公式为
11111
12FP Sa Fa n
F Y Y Y Y m bd DT σσβε≤=
①
22211
22FP Sa Fa n
F Y Y Y Y m bd DT σσβε≤=
②
解题要点：
（1）解提示①、②两式中后的两项，即得其大、小齿轮弯曲疲劳等强度条件式：
2
22
1
11
Sa Fa FP Sa Fa FP Y Y Y Y σσ=
利用上式可判断一对齿轮中哪个齿轮的强度较弱，若
2
22
1
11
Sa Fa FP Sa Fa FP Y Y Y Y σσ<
，则表明小
齿轮的弯曲强度低于大齿轮，应按小齿轮进行弯曲强度设计或校核。
（2）解提示①、②两式中前面的两项，又可获得大、小齿轮弯曲应力间的关系式：
2
22
1
11
Sa Fa F Sa Fa F Y Y Y Y σσ=
利用上式，在已知一个齿轮的应力后，可方便地求得另一齿轮的应力。
10、设有一对标准直齿圆柱齿轮，已知齿轮的模数m =5mm ，小、大齿轮的参数分别为：应力修正系数Y Sa1=, Y Sa2=；齿形系数Y Fa1=, Y Fa2=；许用应力，=1FP σ314MPa ，
=1FP σ314MPa 。已算得小齿轮的齿根弯曲应力=1F σ306MPa 。
试问：
（1）哪一个齿轮的弯曲疲劳强度较大 （2）两齿轮的弯曲疲劳强度是否均满足要求 解题要点： （1）由
886.7156
.18.2314
1
11
=?=
Sa Fa FP Y Y σ
272.7176
.128.2286
2
22
=?=
Sa Fa FP Y Y σ
且因>，故小齿轮的弯曲疲劳强度大。
（2）已知：1F σ=306MPa<1FP σ=314MPa ，故小齿轮的弯曲疲劳强度满足要求。而
MPa MPa Y Y Y Y FP Sa Fa Sa Fa F F 2861.28156
.128.276
.128.2306221221
2=<=???==σσσ
结论：两齿轮的弯曲强度均满足要求。
11、一对按接触疲劳强度设计的软齿面钢制圆柱齿轮，经弯曲强度校核计算，发现其σF 比σFP 小很多，试问设计是否合理为什么在材料、热处理硬度不变的条件下，可采取什么措施以提高其传动性能
解题要点：
（1）因闭式软齿面齿轮，其主要失效形式为齿面疲劳点蚀，其设计准则为H σ≤
HP σ，必须首先满足接触强度的要求，因此此设计是合理的。
（2）若材料、热处理硬度不变，在满足弯曲强度条件（H σ≤HP σ）下，可选用较多齿数。①z ↑，则重合度a ε↑,使传动平稳，可降低齿轮的振动与噪声；②a ε↑，则重合度系数εZ ↓而使H σ↓，可提高齿轮的接触强度；③z ↓，则m ↓，可减轻齿轮的重量，并减少金属的切削量，以节省工时和费用。
12、今有两对标准直齿圆柱齿轮，其材料、热处理方法、精度等级和齿宽均对应相等，并按无限寿命考虑，已知齿轮的模数和齿数分别为：第一对m =4mm ，z 1=20，z 2=40；第二对80,40,
221
='='='z z mm m 。
若不考虑重合度不同产生的影响，试求在同样工况下工作时，这两公款齿轮应力的比值H
H σσ'/和F F σσ'/。 提示：直齿圆柱齿轮的弯曲疲劳校核式为
FP Sa Fa F Y Y Y m
bd KT σσε≤=
11
2 z=20时，Y Fa =, Y Sa = z=40时，Y Fa =, Y Sa = z=80时，Y Fa =, Y Sa = 解题要点：
（1）接触疲劳强度。由题设条件已知
d 1=mz 1=4×20=80 mm
mm z m d 8020411
=?=''='
两对齿轮11d d '=，其他条件均未变，则接触疲劳强度亦不变，即1/='H
H σσ。 （2）弯曲疲劳强度。根据弯曲疲劳强度计算式
11111
12FP Sa Fa F Y Y Y m
bd KT σσε≤=
（1）
11111
12FP Sa Fa
F
Y Y Y m
d b KT σσε'≤'''''=' （2） 再由题设条件及计算已知11d d '=，21εεY Y ≈，两对齿轮的应力比为
5404.067
.142.22456.18.2111111=???='''?='Sa Fa Sa Fa F F Y Y m m Y Y σσ 5143.077
.122.22467.142.2112222=???='''?='Sa Fa Sa Fa F F Y Y m m Y Y σσ 即第二对齿轮比第一对齿轮的弯曲应力大。因它们的许用弯曲应力相同，则其弯曲疲劳强度低。
13. 一对渐开线标准斜齿圆柱齿轮，法向压力角为a n ，模数为m ，齿数为z 1、z 2
（z 1 z z z z '='=。在其他条件相同的情况下，试证明斜齿圆柱齿轮比直齿圆柱齿轮的抗疲劳点蚀能力强。 提示： HP E H H u bd u KT Z Z Z Z σσβ ε≤+=211) 1(2 解题要点： （1）由题，m=m n , 221, z z z z '='=，并设d 1与2 1d 分别为直齿轮与斜齿轮的分度圆直径，有 β cos ,1 2111z m d mz d n '= = 因cos β<1，故1 1d d '>，即斜齿轮的抗点蚀能力强。 （2）斜齿轮比直齿轮多一个螺旋角系数Z β，而Z β=1cos <β，即斜齿轮的H σ↓ （3）因斜齿轮的综合曲率半径∑ 'ρ大于直齿轮的综合曲率半径∑ρ，即∑'ρ>∑ρ，使节点曲率系数H H Z Z <'，而使斜齿轮的H σ↓。 （4）因斜齿轮的重合度r ε大于直齿轮，故斜齿轮的重合度系数εεZ Z <'，而使斜齿轮的H σ↓。 综合上述四点可知，斜齿圆柱齿轮比直齿圆柱齿轮的抗疲劳点蚀能力强。 14. 一对齿轮传动，若按无限寿命设计，如何判断其大、小齿轮中哪个不易出现齿面点蚀哪个不易出现齿根弯曲疲劳折断理由如何 解题要点： （1）许用接触应力1HP σ、2HP σ与齿轮的材料、热处理及齿面工作循环次数有关，一般HBS 1= HBS 2+（30~50）HBS ，即试验齿轮的接触疲劳极限2lim 1lim H H σσ>，故1HP σ>2HP σ。况且1H σ=2H σ，而按无限寿命设计时，寿命系数Z N =1，故小齿轮不易出现齿面点蚀。 （2）比较两齿轮的1 2 1FP Fa Fa Y Y σ与 2 2 2FP Fa Fa Y Y σ，比值小的齿轮其弯曲疲劳强度大，不易出 现齿根弯曲疲劳折断。 15. 一对闭式直齿圆柱齿轮，已知：;1;3;60,2021====d mm m z z ψ 小齿轮转速 n 1=950r /min 。主、从动齿轮的1HP σ=700MPa ，2HP σ=650MPa ；载荷系数K=；节点区域系数Z H =；弹性系数MPa Z E 9.189=；重合度系数9.0=εZ 。试按接触疲劳强度，求该齿轮传动所能传递的功率。 提示：接触强度校核公式为 HP E H H u bd u KT Z Z Z Z σσβ ε≤?+=2 11) 1(2 解题要点： （1）上述提示式中 u =z 2/z 1=60/20=3 mm mz d 6020311=?== mm d b d 60 6011=?==ψ 因为大齿轮的许用应力较低，应接大齿轮计算，故 )1(2212 12 +???? ? ??=u K u bd Z Z Z T E H HP ε σ mm N ?+????? ??? ????=) 13(6.12360609.08.1895.265022 =×103 mm N ? （2）该齿轮所能传递的功率为 kW n T P 67 .111055.9950103.1171055.96 3611=???=?= 16. 一对渐开线圆柱齿轮，若中心距a 、传动比i 和其他条件不变，仅改变齿轮的齿数z ，试问对接触疲劳强度和弯曲疲劳强度各有何影响 解题要点： （1）z ↑，则Y Fa Y Sa ↓，而使F σ↓，即抗弯曲疲劳强度高。 （2）在保证弯曲强度的前提下，z ↑，则a ε↓，从而使H σ↓，接触疲劳强度提高。 17. 一开式直齿圆柱齿轮传动中，小齿轮齿根上产生的弯曲应力1F σ=120MPa 。已知小齿轮齿数z 1=20，齿数比u =5，啮合角a =20°。试问在大齿轮的齿根危险剖面上将产生多大的弯曲应力 提示：已查得Y Fa1=; Y Fa2=; Y Sa1=; Y Sa2=。 解题要点： 按大小齿轮弯曲应力间的关系式，则大齿轮齿根危险剖面上的弯曲应力为 MPa Y Y Y Y Sa Fa Sa Fa F F 9 .10755 .180.279 .118.212011221 2=???==σσ 18. 有一对直齿圆柱齿轮传动，传递功率P 1=22kW ，小齿轮材料为40Cr 钢（调质）， 1HP σ=500MPa ；大齿轮材料为45钢（正火），2HP σ=420MPa 。如果通过热处理方法将材料 的力学性能分别提高到1HP σ'=600MPa ，2HP σ'=600MPa 。试问此传动在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，它的计算转矩（KT 1）能提高百分之几 提示：接触强度校核公式为 HP E H H u bd u KT Z Z Z σσε ≤?+=2 11) 1(2 解题要点： （1）将提示公式转换成 )1(2 212 1+???? ? ??=u u db Z Z Z KT E H HP εσ （2）KT 1为该齿轮的计算转矩，在工作条件及其他设计参数不变的情况下，从式中可以看出，该传动的KT 1仅与许用接触应力FP σ有关。 04.2420 600222211=='='HP HP KT T K σσ 结论：计算转矩可以提高104%。 19. 分析直齿锥齿轮传动中大锥齿轮受力，已知图a 中，z 1=28, z 2=48, m=4mm; b=30mm, ΨR =, a =20°, n =960r/min, P=3kW 。试在图上标出三个分力的方向并计算其大小（忽略摩擦力的影响）。 提示：2 11,cos ,sin tan ,cos tan u u F F F F t a t r += ?=?=δδαδα 解题要点： （1）三分力方向如图b 所示。 （2）求出齿轮主要尺寸及所传递的转矩T 1； mm mm mz d mm mm mz d 1924841122842211=?===?== 4151308638 .0) 7143.1(17143.11cos 7143.128 48 29844960 3 1055.91055.912 2 121661' ''?==+= += === ?=?=?=δδu u z z u mm N n P T 5038.0415130sin sin 1='''?=δ （3）求F t2、F r2、F a2的大小： N F F F N F F F N d T F F t a a t r a R t t 115 5038.0364.0627cos tan 197863.0364.0627cos tan 627 112 )3.05.01(29844 2)5.01(2111211121112=??=== =??====??-?=-= =δαδαψ 20. 图a 所示为一对标准斜齿圆柱齿轮–蜗杆组成的二级传动，小齿轮为主动轮。已知： ①蜗轮的节圆直径d 4，螺旋角β，端面压力角a ； ②蜗轮传递的转矩T 4 （N ·mm ）。 试求： （1）蜗杆、齿轮1、2的螺旋线方向以及轴Ⅰ、Ⅱ的旋转方向（用箭头在图中标出）。 （2）F t3、F r3、F a3及F t4、F r4、F a4的方向已标于图b 中。 21. 图所示为二级斜齿圆柱齿轮减速器。已知：齿轮1的螺旋线方向和轴Ⅲ的转向，齿轮2的参数m n =3mm ，z 2=57，β2 =14°；齿轮3的参数m n =5mm ，z 3=21。试求： （1）为使轴Ⅱ所受的轴向力最小，齿轮3应选取的螺旋线方向，并在图b 上标出齿轮2和齿轮3的螺旋线方向； （2）在图b上标出齿轮2、3所受各分力的方向； （3）如果使轴Ⅱ的轴承不受轴向力，则齿轮3的螺旋角β3应取多大值（忽略摩擦损失） 提示：轴Ⅱ用深沟球轴承。 解题要点： （1）根据轴Ⅲ转向nⅢ，可在图解a上标出nⅡ和nⅢ的转向。而齿轮2应为左旋，已标于图解b上。 （2）根据主动轮左、右手定则判断出F a1、F a3 ；根据齿轮2是从动轮，齿轮3是主 动轮判断F t2、F t3 ；根据径向力指向各自轴心的原则，判断径向力F r2 、F r3 ；的方向。F a1 、 F a3、F t2 、F t3、 F r2 、F r3 已在啮合点画出（图解b）。 （3）若使轴Ⅱ轴承不受轴向力，则 |F t2|=|F a3| 而 3 3 3 2 2 2 tan , tanβ β t a t a F F F F= = 所以 3 3 2 2 tan tanβ β t t F F= 略去摩擦损失，由转矩平衡条件得 2 2 3 3 2 2 d F d F t t = 所以 2 2 2 2 3 3 3 2 2 3 2 3 2 3 tan cos / cos / tan tan tanβ β β β β β z m z m d d F F n n t t= = = 得14855 .0 14 sin 57 3 21 5 sin sin 2 2 2 3 3 3 = ? ? ? ? = =β β z m z m n n 即：为使轴Ⅱ轴承不受轴向力，齿轮3的螺旋角β3应取为43238'''?。 22. 如图所示的二级斜齿圆柱齿轮减速器，已知：电动机功率P=3kW ，转速n=970r/min ；高速级m n1=2mm ，z 1=25，z 2=53，9105121'''?=β；低速级m n2=3mm ，z 3=22，z 4=50，mm 1102=α。试求（计算时不考虑摩擦损失）： （1）为使轴II 上的轴承所承受的轴向力较小，确定齿轮3、4的螺旋线方向（绘于图上）； （2）绘出齿轮3、4在啮合点处所受各力的方向； （3）β2取多大值才能使轴II 上所受轴向力相互抵消 解题要点： （1）齿轮3、4的螺旋线的方向如题图解所示： （2）齿轮3、4在啮合点所受各分力F t3、F t4、F r3、F r4、F a3、F a4的方向如图示： （3）若要求轴II 上齿轮2、3的轴向力能相互抵消，则必须满足下式： F a2=F a3，即13 2 33312tan ,tan tan ββββt t t t F F F F == 由轴II 的力矩平衡，得2 23222 d F d F t t =，则 11 3 1231323tan cos /532cos /223tan tan tan ββββββ???=== d d F F t t 得 13835.0910512sin 106 66 sin 532223sin 13='''??=??= ββ 即当97573'''?=β时，轴II 上所受的轴向力相互抵消。 23. 现有两对齿轮传动，A 组齿轮的模数m A =2mm ，齿数z A1=34、z A2=102；B 组齿轮的模数m B =4mm ，齿数z B1=17、z B2=51。两组齿轮选择的材料及热处理对应相等并按无限寿命考虑，齿宽也相等，传递功率及小齿轮转速也相等。试分析哪一对齿轮的弯曲强度低哪一对齿轮的接触强度低为什么 解题要点： 从题中给定数据，可算得两组齿轮的中心距A α、B α： A 组齿轮 ()mm m z z A A A A 136 2 2)10234(221=?+=+= α B 组齿轮 ()mm m z z B B B B 136 2 4)5117(221=?+= +=α （1）因两组齿轮的中心距相等，两组齿轮齿面接触应力一样，又因两者许用接触应力一样，故接触强度相等； （2）在中心距与所受载荷等条件相等条件下，A 组齿轮的模数小，弯曲应力大，故弯曲强度低。 24. 图示的二级斜齿圆柱齿轮减速器，已知：高速级齿轮参数为m n =2mm ，?=131β，z 1=20，z 2=60； 低速级?='='12,2βmm m n ，z 3=20，z 4=68；齿轮4 为左旋转轴；轴I 的转向如图示，n 1=960r/min ，传递功率P 1=5kW ，忽略摩擦损失。 试求： （1）轴Ⅱ、Ⅲ的转向（标于图上）； （2）为使轴Ⅱ的轴承所承受的轴向力小，决定各齿轮的螺旋线方向（标于图上）； （3）齿轮2、3所受各分力的方向（标于图上）； （4）计算齿轮4所受各分力的大小。 解题要点： （1）轴Ⅱ、Ⅲ的转向已示于图中； （2）各齿轮螺旋线方向已示于图中，即z 1为右旋，z 2、z 3为左旋； （3）齿轮2、3所受各力F r2、F t2、F a2、F r3；F t3、F a3已示于图中； （4）轮4所受各力的大小为： 1）传递转矩T 1、T 3： T 1=mm N n p ?=??=?49740960 51055.91055.96116 而kW P P r z z n n n 5min,/32020/60960 /1212132===== =，故 320 51055.91055.96326 3??=?=n P T =149219 mm N ? 2）求F t1与F t3、F r3、F a3： ? ??=== 13cos /202497402cos /2211111βz m T d T F n t =2 423 N ???=''== 12cos /203149219 2cos /2233333βz m T d T F n t =4 865 N )12cos /20tan 4865(cos /tan 33???='=βαn t r F F =1 810N ??='=12tan 4865tan 33βt a F F =1 034 N 3）轮4与轮3上所受的力为作用力与反作用力，故 F t4=F t3=4 865N F t4=F t3=1 810 N F a4=F a3=1 034 N 25. 图所示为直齿锥齿轮–斜齿圆柱齿轮减速器，齿轮1主动，转向如图示。锥齿轮的参数为m n =2mm ，z 1=20，z 2=40，3.0=R ψ；斜齿圆柱齿轮的参数为m n =3mm ，z 3=20，z 4=60。试求： （1）画出各轴的转向； （2）为使轴Ⅱ所受轴向力最小，标出齿轮3、4的螺旋线方向； （3）画出轴Ⅱ上齿轮2、3所受各力的方向； （4）若要求使轴Ⅱ上的轴承几乎不承受轴向力，则齿轮3的螺旋角应取多大（忽略摩擦损失）。 解题要点： （1）轴Ⅱ、Ⅲ的转向已示于图中； （2）齿轮3、4的螺旋线方向已示于题图解中，即z 3为右螺旋，z 4为左螺旋； （3）齿轮2、3所受各力 F t2、F r2、F a2及F t3、F r3、F a3已示于图解图中； （4）欲使轴Ⅱ上的轴承不承受轴向力，则要求|F a2|=|F a3|。按题设忽略摩擦损失，有 5.040/20//1tan 211====z z u δ 所以 453326'''?=δ 设轴I 输入转矩为20285.0)3.05.01()5.01(,1111??=?-=-=mz d d T R m ψ mm =34mm ，有 11 11121 1111cos tan 17 cos tan 17 3422δαδαT F F F T T d T F t r a m t = ===== 15 cos cos /20322221131323β βT T d iT d T F t =??=== ββββsin 15 tan 15cos tan 1133T T F F t a == = 联立解方程式（1）、（2），得 28725.0453326cos 20tan 17 15 cos tan 1715sin sin 15cos tan 1711111='''???== =δαββδαT T 故当β=531416'''?时，轴II 上的轴承可几乎不受轴向力。 项目二减速传动装置传动方案及传动系统的分析与设计 任务二齿轮传动设计 习题 6.1．填空题 1.渐开线形状决定____的大小。 (1) 展角(2) 压力角(3) 基圆 2.斜齿轮的标准模数和压力角在____上。 (1) 端面(2) 法面(3) 轴面 3.渐开线齿轮传动的啮合角等于____圆上的压力角。 (1) 分度圆(2) 节圆(3) 基圆 4. 要实现两相交轴之间的传动，可采用。 (1) 圆柱直齿轮传动(2) 圆柱斜齿轮传动(3) 直齿锥齿轮传动 5.圆锥齿轮的标准参数在____面上。 (1) 法(2) 小端(3) 大端 6.一标准直齿圆柱齿轮的周节Pt=15.7mm,齿顶圆直径D０＝400mm,则该齿轮 的齿数为____。 (1) 82(2) 80 (3) 78 (4)76 7. 一般参数的闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是。 (1) 齿面胶合(2) 齿面磨粒磨损(3) 轮齿折断(4) 齿面点蚀 8. 一般参数的闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是。 (1) 齿面塑性变形(2) 齿面胶合(3) 齿面点蚀(4) 轮齿折断 9. 一般参数的开式齿轮传动的主要失效形式是。 (1) 齿面塑性变形(2) 齿面胶合(3) 齿面点蚀(4)齿面磨粒磨损 10. 发生全齿折断而失效的齿轮，一般是。 (1) 斜齿圆柱齿轮(2) 齿宽较大、齿向受载不均的直齿圆柱齿轮 (3) 人字齿轮(4) 齿宽较小的直齿圆柱齿轮 11. 设计一般闭式齿轮传动时，计算接触疲劳强度是为了避免失效。 (1) 轮齿折断(2) 齿面胶合(3) 齿面点蚀(4) 磨粒磨损 12.目前设计开式齿轮传动时，一般按弯曲疲劳强度设计计算，用适当增大模数的办法 以考虑的影响。 (1) 齿面塑性变形(2) 齿面胶合(3) 齿面点蚀(4)磨粒磨损 13. 对齿轮轮齿材料性能的基本要求是。 (1) 齿面要硬，齿心要脆(2) 齿面要软，齿心要韧 (3) 齿面要硬，齿心要韧(4) 齿面要软，齿心要韧 14. 材料为20Cr 的齿轮要达到硬齿面，常用的热处理方法 是。 (1) 表面淬火(2) 调质(3) 整体淬火(4) 渗碳淬火 15. 设计一对材料相同的软齿面齿轮传动时，一般使小齿轮齿面硬度HBS1和大齿轮齿 面硬度HBS2的关系为。 (1) HBS1＞HBS2 (2) HBS1＜HBS2 (3) HBS1= HBS2 16. 对于一对材料相同的钢制软齿面齿轮传动，常用的热处理方法是。 (1) 小齿轮淬火，大齿轮调质(2) 小齿轮调质，大齿轮淬火 (3) 小齿轮正火，大齿轮调质(4) 小齿轮调质，大齿轮正火 17. 对于闭式软齿面齿轮传动，在传动尺寸不变并满足弯曲疲劳 机械设计---3 一、填空题(每空1分共24分) 1.螺纹的公称直径是指螺纹的 大 径，螺纹的升角是指螺纹 中 径处的升角。螺旋的自锁条件为 v γ?≤ 。 2、三角形螺纹的牙型角α＝ 60度 ，适用于 联接 ，而梯形螺纹的牙型角α＝30度 ，适用于传动 。 3、螺纹联接防松，按其防松原理可分为 摩擦 防松、 机械 防松和 永久 防松。 4、选择普通平键时，键的截面尺寸(b ×h)是根据 轴径d 查标准来确定的,普通平键的工作面是 侧面 。 5、带传动的传动比不宜过大，若传动比过大将使 包角变大 ，从而使带的有效拉力值减小。 6、链传动瞬时传动比是 变量 ，其平均传动比是常数 。 7、在变速齿轮传动中，若大、小齿轮材料相同，但硬度不同，则两齿轮工作中产生的齿面接触应力 相同 ，材料的许用接触应力 不同 ，工作中产生的齿根弯曲应力 不同 ，材料的许用弯曲应力 不同 。 8、直齿圆柱齿轮作接触强度计算时取 节点 处的接触应 力为计算依据，其载荷由一对轮齿承担。 9、对非液体摩擦滑动轴承，为防止轴承过度磨损，应校核p ，为防止轴承温升过高产生胶合,应校核pv 。 10、挠性联抽器按是否具行弹性元件分为无弹性元件挠性联轴器和有弹性元件挠性联轴器两大类。 二、单项选择题(每选项1分,共10分) 1.采用螺纹联接时,若被联接件之—厚度较大，且材料较软，强度较低，需要经常装拆，则一般宜采用 B 。 A螺栓联接；B双头螺柱联接；C螺钉联接。 2.螺纹副在摩擦系数一定时,螺纹的牙型角越大,则 D 。 A. 当量摩擦系数越小，自锁性能越好； B．当量摩擦系数越小，自锁性能越差； C. 当量摩擦系数越大，自锁性能越差； D.当量摩擦系数越大，自锁性能越好； 3、当键联接强度不足时可采用双键。使用两个平键时要求键 D 布置。(1分) A 在同—直线上; B相隔900 ; C．相隔1200；D 相隔1800 一、选择题： 1．在一般工作条件下，齿面硬度HB≤350的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为( B ) A．轮齿疲劳折断 B. 齿面疲劳点蚀 C．齿面胶合 D. 齿面塑性变形 2.循环特性r=－1的变应力是(A ）应力。 A．对称循环变 B、脉动循环变 C．非对称循环变 D．静 3.普通平键联接强度校核的内容主要是(A)。 A.校核键侧面的挤压强度; B.校核键的剪切强度； C.AB两者均需校核； D．校核磨损。 4.半圆键联接当采用双键时两键应 D 布置。 Ａ.在周向相隔９０oＢ.在周向相隔１２０o Ｃ.在周向相隔１８０oＤ.在轴向沿同一直线 5．对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是( D ) A．拉力 B.扭矩 C．压力 D.拉力和扭矩 1. 普通平键联接传递动力是靠_____。( B ) (A)两侧面的摩擦力；(B)两侧面的挤压力； (C) 上下面的挤压力；(D)上下面的摩擦力。 2. 在受轴向变载荷作用的紧螺柱连接中，为提高螺栓的疲劳强度，可采取的措施是 ( B ) （A）增大Cb，减小Cm （B）减小Cb．增大Cm（C）增大Cb和Cm（ D）减小Cb和Cm （应尽量小） 3. 带传动中最大应力发生在（ B ） （A）紧边与大带轮接触处；（B）紧边与小带轮接触处； （C）松边与小带轮接触处；（D）松边与大带轮接触处。 4. 带在工作时产生弹性滑动，是由于。（ C ） （A）带不是绝对挠性件；（B）带与带轮间的摩擦系数偏低； （C）带的紧边与松边拉力不等；（D）带绕过带轮产生离心力。 5. 在螺栓连接设计中，若被连接件为铸件，则往往在螺栓孔处做沉头座孔．其目的是—。 ( A ) （A）避免螺栓受附加弯曲应力作用（B）便于安装（C）为安置防松装置 6. 选取V带型号，主要取决于。 ( D ) （A）带的线速度（ B）带的紧边拉力 （ C）带的有效拉力（D）带传递的功率和小带轮转速 7. 同一工作条件，若不改变轴的结构和尺寸，仅将轴的材料由碳钢改为合金钢，可以提高轴的而不能提高轴的。（ A ）（ B ） （A）强度（B）刚度 8. 当两轴距离较远，且要求传动比准确，宜采用______。（C ） (A) 带传动；(B)一对齿轮传动；(C) 轮系传动；（D）凸轮传动。 9. 自行车的前轮轴是什么轴？（ A ） （A）心轴；（B）转轴；（C）传动轴；（D）曲轴。(自行车的前轮轴只承受弯矩而且不转动，所以是固定心轴，中轴既承受扭矩又承受弯矩所以是转轴，后轮轴只承受弯矩而且不转动所以也是固定心轴) 10. 考虑滑动率ε，则带传动的实际传动比______________。（ C ） （A.）i d d = + d2 d1 () 1ε （B）.i d d = + d2 d1 () 12ε , 1．在疲劳曲线上，以循环基数N0为界分为两个区：当N≥N0时，为（无限寿命区）区；当N ＜N0时，为（有限寿命区）区。 2．刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗（弹性变形）的能力。零件材料的弹性模量越小，其刚度就越（小）。 3．润滑油的（油）性越好，则其产生边界膜的能力就越强；（粘度）越大，则其内摩擦阻力就越大。 4．为改善润滑油在某些方面的性能，在润滑油中加入的各种具有独特性能的化学合成物即为（添加剂）。 5．正是由于（弹性滑动）现象，使带传动的传动比不准确。带传动的主要失效形式为（打滑）和（带的疲劳破坏）。 6．蜗杆传动的主要缺点是齿面间的（相对滑动速度）很大，因此导致传动的（效率）较低、温升较高。 7．链传动水平布置时，最好（紧边）边在上，（松边）在下。 8．设计中，应根据被联接轴的转速、（转矩）和（直径）选择联轴器的型号。 9．径向滑动轴承的半径间隙与轴颈半径之比称为（相对间隙）；而（偏心距）与（半径间隙）之比称为偏心率 。 10．对于普通平键，考虑到载荷分布的不均匀性，双键联接的强度按（1.5 ）个键计算。 1．当所受轴向载荷通过（螺栓组形心）时，螺栓组中各螺栓承受的（轴向工作拉力）相等。2．从结构上看，带轮由（轮毂）、轮辐和（轮缘）三部分组成。 3．在直齿圆柱齿轮传动的接触疲劳强度计算中，以（节点）为计算点，把一对轮齿的啮合简化为两个（圆柱体）相接触的模型。 4．按键齿齿廓曲线的不同，花键分为（矩形）花键和（渐开线）花键。 5．请写出两种螺纹联接中常用的防松方法：（双螺母等）和（防松垫圈等）。 6．疲劳曲线是在（应力比）一定时，表示疲劳极限 与（循环次数）之间关系的曲线。 γN 7．理论上为（点）接触或（线）接触的零件，在载荷作用下，接触处局部产生的应力称为接触应力。 8．开式齿轮传动的主要失效形式是：（齿面的磨粒磨损）和（断齿）。 9．径向滑动轴承的条件性计算主要是限制压强、（速度）和（pv值）不超过许用值。10．在类型上，万向联轴器属于（无弹性元件的挠性）联轴器，凸缘联轴器属于（刚性）联轴器。 二、选择填空（每空1分，共10分） 1．下列磨损中，不属于磨损基本类型的是（ 3 ）；只在齿轮、滚动轴承等高副零件上经常出现的是（ 2 ）。 （1）粘着磨损；（2）表面疲劳磨损； （3）磨合磨损；（4）磨粒磨损。 2．在通过轴线的截面内，（1 ）的齿廓为直边梯形；在与基圆柱相切的截面内，（3 ）的齿廓一侧为直线，另一侧为曲线。 （1）阿基米德蜗杆；（2）法向直廓蜗杆； （3）渐开线蜗杆；（4）锥蜗杆。 3、对于直齿圆柱齿轮传动，其齿根弯曲疲劳强度主要取决于（4 ）；其表面接触疲劳强度主要 取决于（ 1 ）。 （1）中心距和齿宽；（2）中心距和模数； （3）中心距和齿数；（4）模数和齿宽。 4、对于径向滑动轴承，（1 ）轴承具有结构简单，成本低廉的特点；（ 3 ）轴承必须成对使 用。 （1）整体式；（2）剖分式； （3）调心式；（4）调隙式。 5．在滚子链传动的设计中，为了减小附加动载荷，应（4 ）。 （1）增大链节距和链轮齿数；（2）增大链节距并减小链轮齿数； （3）减小链节距和链轮齿数；（4）减小链节距并增加链轮齿数。 6．对中性高且对轴的削弱又不大的键联接是（ 1 ）联接。 3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数6 0105?=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 [解] MPa 6.37310 710518093 6 9 10111=???==--N N σσN MPa 3.324105.210 51809469 20112=???==--N N σσN MPa 0.227102.610 518095 69 30113=???==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。 [解] )170,0(' A )0,260(C 0 12σσσΦσ-= -Θ σ Φσσ+= ∴-121 MPa 33.2832 .01170 21210=+?=+= ∴-σΦσσ 得)2 33.283,233.283(D ' ，即)67.141,67.141(D ' 根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D ' 按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示 3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。 [解] 因 2.14554 ==d D ，067.045 3==d r ，查附表3-2，插值得88.1=ασ，查附图3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即 ()()69.1188.178.0111k =-?+=-α+=σσσq 查附图3-2，得75.0=σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1=q β，则 35.21 1191.0175.069.1111k =???? ??-+=? ??? ??-+=q σσσσββεK ( )()()35.267.141,67.141,0,260,35 .2170 ,0D C A ∴ 根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图 3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =σ，应力幅MPa 20a =σ，试分别按①C r =② C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。 [解] 由题3-4可知35.2,2.0MPa,260MPa,170s 1-====σσK Φσσ （1）C r = 工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的循环特性不变公式，其计算安全系数 28.220 2.03035.2170 m a 1-=?+?=+= σΦσK σS σσca （2）C σ=m 工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的平均应力不变公式，其计算安全系数 ()()()() 81 .1203035.220 2.035.2170m a m 1-=+??-+=+-+= σσσσca σσK σΦK σS 华南理工大学期末考试 《机械设计》试卷B 一、选择题（共30分、每小题2分） 1、链传动作用在轴和轴承上的载荷比带传动要小，这主要是因为（ C ）。 A、链传动只用来传递较小功率 B、链速较高，在传递相同功率时圆周力小 C、链传动是啮合传动，无需大的张紧力 D、链的质量大，离心力大 2、直齿圆柱齿轮传动，当齿轮直径不变，而减小模数增加齿数时，则（ C ）。 A、提高了轮齿的弯曲强度 B、提高了齿面的接触强度 C、降低了轮齿的弯曲强度 D、降低了齿面的接触强度 3、受中等冲击载荷、支承刚度较差、速度较高的两轴之间宜选用（ A ）。 A．弹性柱销联轴器 B．凸缘联轴器 C. 十字滑块联轴器 D．万向联轴器 4、带传动工作时，设小带轮为主动轮，则带的最大应力发生在带（ C ）。 A．进入大带轮处 B．离开大带轮处 C. 进入小带轮处 D．离开小带轮处 5、有一减速器传动装置由带传动、链传动和齿轮传动组成，其安排顺序以方案 （ A ）为好。 A．带传动齿轮传动链传动 B．链传动齿轮传动带传动 C．带传动链传动齿轮传动 D．链传动带传动齿轮传动 6．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 7．为联接承受横向工作载荷的两块薄钢板，一般采用的螺纹联接类型应是（ A ）。 A．螺栓联接 B. 双头螺柱联接 C．螺钉联接 D. 紧定螺钉联接 8．齿面硬度HB ≤350HBS 的闭式钢制齿轮传动中，主要失效形式为（ B ）。 A ．齿面磨损 B ．齿面点蚀 C ．齿面胶合 D. 轮齿折断 9.不完全液体润滑滑动轴承，验算][pv pv 是为了防止轴承（ B ）。 A. 过度磨损 B. 过热产生胶合 C. 产生塑性变形 D. 发生疲劳点蚀 10、对于温度变化不大的短轴，考虑结构简单，轴承部件的轴向固定方式宜采用（ A ）。 A ．两端固定 B ．两端游动 C ．一端固定一端游动 D ．A ，B ，C 均可以 11、在蜗杆传动设计中，除规定模数标准化外，还规定蜗杆直径d 1取标准，其目的是（ B ）。 A ．限制加工蜗杆的刀具数量 B ．限制加工蜗轮的刀具数量并便于刀具的标准化 C ．为了装配方便 D ．为了提高加工精度 12、工作时承受弯矩并传递转矩的轴称为（ B ）。 A 、转动心轴 B 、转轴 C 、传动轴 D 、固定心轴 13、普通平键的主要失效是（ A ）。 A ．工作面被压溃或键被剪断 B ．工作面产生胶合破坏 C. 工作面产生过度磨损 D ．键被弯曲折断 14、带传动产生弹性滑动的原因是由于（ D ）。 A 、带不是绝对挠性体 B 、带与带轮间的摩擦系数偏低 C 、带绕过带轮时产生离心力 D 、带的紧边与松边拉力不等 15、非液体摩擦滑动轴承正常工作时，其工作面的摩擦状态是（ C ）。 A 、完全液体摩擦状态 B 、干摩擦状态 C 、边界摩擦或混合摩擦状态 D 、不确定 1．在一般工作条件下，齿面硬度HB ≤350的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为 【 】 第三章 机械零件的强度 习题答案 3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-ζ，取循环基数60105?=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 [解] MPa 6.37310710 5180936 9 10111 =???==--N N ζζN MPa 3.324105.210 51809469 20112 =???==--N N ζζN MPa 0.227102.610 518095 69 30113 =???==--N N ζζN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s ζ，MPa 1701=-ζ，2.0=ζΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。 [解] )170,0('A )0,260(C 0 12ζζζΦζ-=- ζ Φζζ+=∴-121 0 MPa 33.2832 .01170 21210=+?=+= ∴-ζΦζζ 得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D ' 根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示 3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲 劳曲线。 [解] 因 2.14554 ==d D ，067.045 3==d r ，查附表3-2，插值得88.1=αζ，查附图3-1得78.0≈ζq ，将所查值代入公式，即 ()()69.1188.178.0111k =-?+=-α+=ζζζq 查附图3-2，得75.0=ζε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=ζβ，已知1=q β，则 35.211191.0175.069.1111k =???? ? ?-+=???? ??-+=q ζζζζββεK ()()() 35 .267.141,67.141,0,260,35.2170,0D C A ∴ 根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图 3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =ζ，应力幅MPa 20a =ζ，试分别按 机械设计试题及答案 b b 一、填空题〔每空1分，计25分〕 1、一减速齿轮传动，主动轮1用45号钢调质，从动轮用45号钢正火，则它们齿面接触应力的关系是 b 。 a 、2H 1H σσ>； b 、2H 1H σσ=； c 、2H 1H σσ<。 2、带传动中紧边拉力为1F ，松边拉力为2F ，则其传递的有效圆周力F 为 c 。 a 、21F F +； b 、2/)(21F F -； c 、21F F -； d 、2/)(21F F +。 3、对于硬齿面闭式齿轮传动，其齿面接触承载能力较高，故通常先按 齿根弯曲疲劳 强度进行设计，然后校核 齿面接触疲劳 强度。 4、蜗杆的 c 模数为标准模数，蜗轮的 b 压力角为标准压力角。 a 、法面； b 、端面； c 、轴面。 5、带在带轮上即将打滑而尚未打滑的临界状态时，1F 与2F 的关系可用著名的欧拉公式表示为 121αf e F F = 。 6、在蜗杆传动中，当需要自锁时，应使当量摩擦角 b 蜗杆导程角。 a 、小于； b 、大于； c 、等于。 7、计算蜗杆传动的传动比时，公式 c 是错误的。 a 、21/ωω=i ； b 、21/n n i =； c 、12/ d d i =；d 、12/z z i =。 8、蜗杆传动的失效通常是发生在 蜗轮轮齿 上。 9、设计圆柱螺旋弹簧时，其弹簧直径d 按 强度 条件确定，其工作圈数n 按 刚度 条件确定。 10、弹簧指数C ＝ D 2/d ，C 值越大，刚度越 小 。 11、楔键联接靠 摩擦力 传递转矩，用于对中性要求不高的联接。 12、按国家标准GB/292-93规定，代号为7210C 的滚动轴承类型为 角接触球轴承 轴承，其内径为 50 mm ，宽度系列为 窄、系列，直径系列为 轻 系列，C 代表 公称接触角15o，其精度为 P0 级。 13、下列各种联轴器中，能减缓振动和冲击的是 f ；可实现两轴线角位移最大的是 c ；常用于两轴线对中性不好、低速情况下的是 d 和 e 。 a 套筒联轴器；b. 凸缘联轴器；c. 万向联轴器；d. 十字滑块联轴器；e. 齿轮联轴器；f. 弹性柱销联轴器。 二、问答题〔每题5分、计30分〕 1、试分析影响带传动所能传递最大有效圆周力F max 的主要因素。（5分） 110max 11112ααf f e e F F +-= m ax F 与初拉力0F 、包角1α和摩擦系数 f 有关。（3’） 机械设计B第1次作业 一、单项选择题(只有一个选项正确，共13道小题) 1. 对于大量生产，形状较复杂、尺寸大的零件应选择_________________毛坯。 (A)自由锻造 (B)冲压 (C)模锻 (D)铸造 正确答案：D 解答参考： 2. 对于联接用螺纹，主要要求联接可靠，自锁性能好，故常选用________。 (A)升角小，单线三角形螺纹 ??(B)?升角大，双线三角形螺纹 ??(C)?开角小，单线梯形螺纹 ??(D)?升角大，双线矩形螺纹 正确答案：A 解答参考： 3. 在螺栓联接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是_______。 ??(A)?提高强度 ??(B)?提高刚度 ??(C)?防松 ??(D)?减小每圈螺纹牙上的受力 正确答案：C 解答参考： 4. 在螺栓联接设计中，若被联接件为铸件，则有时在螺栓孔处制做沉头座孔或凸台，其目的是_______。 ??(A)?避免螺栓受附加弯曲应力作用 ??(B)?便于安装 ??(C)?为安置防松装置 ??(D)?为避免螺栓受拉力过大 正确答案：A 解答参考： 5. 普通平键联接工作时，键的主要失效形式为_________。 ??(A)?键受剪切破坏 ??(B)?键侧面受挤压破坏 ??(C)?剪切与挤压同时产生 ??(D)?磨损和键被剪断 正确答案：B 解答参考： 6. 采用两个普通平键时，为使轴与轮毅对中良好，两键通常布置成_________。 ??(A)?相隔180度 ??(B)?相隔120～130度 ??(C)?相隔90度 ??(D)?在同一母线上 正确答案：A 解答参考： 7. 带张紧的目的是_______。 ??(A)?减轻带的弹性滑动 ??(B)?提高带的寿命 ??(C)?改变带的运动方向 ??(D)?使带具有一定的初拉力 正确答案：D 解答参考： 机械设计基础 1-5至1-12 指出（题1-5图~1-12图）机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，计算各机构的自由度，并判断是否具有确定的运动。 1-5 解 F =H L P P n --23=18263-?-?=1 1-6 解F =H L P P n --23=111283-?-?=1 1-7 解F =H L P P n --23=011283-?-?=2 1-8 解F =H L P P n --23=18263-?-?=1 1-9 解F =H L P P n --23=24243-?-?=2 1-10 解F =H L P P n --23=212293-?-?=1 1-11 解F =H L P P n --23=24243-?-?=2 1-12 解F =H L P P n --23=03233-?-?=3 2-1 试根据题2-1图所标注的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构还是双摇杆机构。 题2-1图 答 : a ）160907015011040=+<=+，且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。 b ）1707010016512045=+<=+，且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。 c ）132627016010060=+>=+，不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。 d ）1909010015010050=+<=+，且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。 2-3 画出题2-3图所示个机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。 题2-3图 解： 2-5 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如题2-5图所示，要求踏板CD 在水平 位置上下各摆10度，且500CD l mm =，1000AD l mm =。（1）试用图解法求曲柄AB 和连杆BC 的长度；（2）用式（2-6）和式（2-6）’计算此机构的最小传动角。 ... .. 2010-2011学年第一学期《机械设计》单元测验四学号：姓名：成绩： 一、选择题（每小题1分，共38分） 1、在尺寸相同的情况下，（ B ）轴承能承受的轴向载荷最大。 A、深沟球轴承 B、角接触轴承 C、调心轴承 D、滚针轴承 2、滑动轴承材料应有良好的嵌藏性是指（ C ）。 A 摩擦系数小 B 顺应对中误差 C 容纳硬污粒以防磨粒磨损 D 易于跑合 3、下列各材料中，可作为滑动轴承衬使用的是（A ）。 A ZchSnSb8-4 B 38SiMnMo C GCr15 D HT200 4、设计动压向心滑动轴承时，若通过热平衡计算发现轴承温升过高，在下列改进设计的措施中有效的是（）。 A 增大轴承的宽径比B/d B 减少供油量 C 增大相对间隙 D 换用粘度较高的油 5、设计动压向心滑动轴承时，若宽径比B/d取得较大，则（ D ）。 A 轴承端泄量大，承载能力高，温升高 B 轴承端泄量大，承载能力高，温升低 C 轴承端泄量小，承载能力高，温升低 D 轴承端泄量小，承载能力高，温升高 6、一流体动压滑动轴承，若其它条件都不变，只增大转速n，其承载能力（ A ）。 A 增大 B 减小 C 不变 D 不会增大 7、向心滑动轴承的直径增大1倍，宽径比不变，载荷及转速不变，则轴承的压强pv变为原来的（ B ）倍。 A 2 B 1/2 C 1/4 D 4 8、三油楔可倾瓦向心滑动轴承与单油楔圆瓦向心轴承相比，其优点是（ B ）。 A 承载能力高 B 运转稳定 C 结构简单 D 耗油量小 9、径向滑动轴承的直径增大1倍，宽径比不变，载荷及转速不变，则轴承的压强pv变为原来的（ B ）倍。 A 2 B 1/2 C 1/4 D 4 10、流体动压润滑轴承达到液体摩擦的许用最小油膜厚度受到（ C ）限制。 A 轴瓦材料 B 润滑油粘度 C 加工表面粗糙度 D 轴承孔径 11、在下列各种设备中，（ D ）只宜采用滑动轴承。 A 中小型减速器齿轮轴 B 电动机转子 C 铁路机车车辆轴 D 大型水轮机主轴 12、在正常条件下，滚动轴承的主要失效形式是（ A ）。 A、工作表面疲劳点蚀 B、滚动体碎裂 C、滚道磨损 D、全不是 13、下列滚动轴承中（ A ）轴承的极限转速最高。 A、深沟轴承 B、角接触球轴承 C、推力球轴承 D、滚针轴承 14、（ C ）不能用来同时承受径向载荷和轴向载荷。 A 深沟球轴承 B 角接触球轴承 C 圆柱滚子轴承 D 调心球轴承 15、角接触轴承承受轴向载荷的能力，随接触角α的增大而（ A ）。 A 增大 B 减小 C 不变 D 不定 16、有a）7230C和b）7230AC两种滚动轴承，在相等的径向载荷作用下，它们的派生轴向力Sa和Sb相比较，应是（ C ）。 A Sa ＞Sb B Sa = Sb C Sa ＜Sb D 大小不能确定 17、若转轴在载荷作用下弯曲变形较大或轴承座孔不能保证良好的同轴度，宜选用类型代号为（ A ） 第五章螺纹联接和螺旋传动 一、选择题 5—1 螺纹升角ψ增大，则联接的自锁性C，传动的效率A；牙型角 增大，则联接的自锁性A，传动的效率C。 A、提高 B、不变 C、降低 5—2在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是 D 。 A、三角形螺纹 B、梯形螺纹 C、锯齿形螺纹 D、矩形螺纹 5—3 当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常装拆时，往往采用A 。 A、双头螺柱联接 B、螺栓联接 C、螺钉联接 D、紧定螺钉联接 5—4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 5—5对顶螺母为A防松，开口销为B防松，串联钢丝为B防松。 A、摩擦 B、机械 C、不可拆 5—6在铰制孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为B。 A、间隙配合 B、过渡配合 C、过盈配合 5—7在承受横向工作载荷或旋转力矩的普通紧螺栓联接中，螺栓杆C作用。 A、受剪切应力 B、受拉应力 C、受扭转切应力和拉应力 D、既可能只受切应力又可能只受拉应力 5—8受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，依靠A来承载。 A、接合面间的摩擦力 B、螺栓的剪切和挤压 C、螺栓的剪切和被联接件的挤压 5—9受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓所受的载荷为B；受横向工作载荷的铰制孔螺栓联接中，螺栓所受的载荷为A；受轴向工作载荷的普通松螺栓联接中，螺栓所受的载荷是A；受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓所受的载荷是D。 A、工作载荷 B、预紧力 C、工作载荷+预紧力 D、工作载荷+残余预紧力 E、残余预紧力 5—10受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接。假设螺栓的刚度C b与被联接件的刚度C 相等，联接的预紧力为F0，要求受载后接合面不分离，当工作载荷F等于预紧力F0 m 时，则D。 A、联接件分离，联接失效 B、被联接件即将分离，联接不可靠 C、联接可靠，但不能再继续加载 D、联接可靠，只要螺栓强度足够，工作载荷F还可增加到接近预紧力的两倍 5—11重要的螺栓联接直径不宜小于M12，这是因为C。 A、要求精度高 B、减少应力集中 C、防止拧紧时过载拧断 D、便于装配 《机械设计》试题（一） 一、选择题：本题共10个小题，每小题2分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。把所选项前的字母填在题后的括号内。1．一般工作条件下，齿面硬度HB≤350的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为【B 】A．轮齿疲劳折断 B. 齿面疲劳点蚀 C．齿面胶合 D. 齿面塑性变形 2．带传动在工作时产生弹性滑动，是由于【C 】A．包角α太小 B. 初拉力F0太小 C．紧边与松边拉力不等 D. 传动过载 3．下列四种型号的滚动轴承，只能承受径向载荷的是【B 】A．6208 B. N208 C. 3208 D. 5208 4．下列四种螺纹，自锁性能最好的是【D】A．粗牙普通螺纹 B.细牙普通螺纹 C．梯形螺纹 D.锯齿形螺纹 5．在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，可采用的方法为【C】A．减小齿面滑动速度υs B. 减少蜗杆头数Z1 C．增加蜗杆头数Z1 D. 增大蜗杆直径系数q 6．在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指【D 】A．弹簧外径与簧丝直径之比值 B．弹簧内径与簧丝直径之比值 C．弹簧自由高度与簧丝直径之比值 D．弹簧中径与簧丝直径之比值 7．普通平键接联采用两个键时，一般两键间的布置角度为【B 】A．90° B. 120° C.135° D.180° 8．V带在减速传动过程中，带的最大应力发生在【D 】A．V带离开大带轮处 B. V带绕上大带轮处 C．V带离开小带轮处 D. V带绕上小带轮处 9．对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是【D 】A．拉力 B.扭矩 C．压力 D.拉力和扭矩 10．滚子链传动中，链节数应尽量避免采用奇数，这主要是因为采用过渡链节后【D 】A．制造困难 B.要使用较长的销轴 C．不便于装配 D.链板要产生附加的弯曲应力 机械设计课后习题答案 3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数60105?=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 [解] MPa 6.373107105180936910111=???==--N N σσN MPa 3.324105.2105180946920112=???==--N N σσN MPa 0.227102.61051809569 30113=???==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σ Φ，试绘制此 材料的简化的等寿命寿命曲线。 [解] )170,0('A )0,260(C 00 12σσσΦσ-=- σΦσσ+= ∴-1210 MPa 33.2832 .0117021210=+?=+=∴-σΦσσ 得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D ' 根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示 3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D=72mm，d=62mm，r=3mm。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB=420MPa，精车，弯曲，βq=1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。 [解] 因2.1 45 54 = = d D，067 .0 45 3 = = d r，查附表3-2，插值得88.1= α σ ，查附 图3-1得78.0≈ σ q，将所查值代入公式，即 ()()69.1 1 88 .1 78 .0 1 1 1 k= - ? + = - α + = σ σ σ q 查附图3-2，得75.0= σ ε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ， 已知1= q β，则 35 .2 1 1 1 91 .0 1 75 .0 69 .1 1 1 1 k = ?? ? ? ? ? - + = ?? ? ? ? ? - + = q σ σ σ σβ β ε K ()()() 35 .2 67 . 141 , 67 . 141 ,0, 260 , 35 .2 170 ,0D C A ∴ 根据()()() 29 . 60 , 67 . 141 , 0, 260 , 34 . 72 ,0D C A按比例绘出该零件的极限应力线图如下图 3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20 m = σ，应力幅MPa 20 a = σ，试分别按①C r=②C σ= m ，求出该截面的计算安全系数 ca S。 [解] 由题3-4可知35.2 ,2.0 MPa, 260 MPa, 170 s 1- = = = = σ σ K Φ σ σ 《机械设计原理》作业参考答案 作业一 一、填空题: 1.零件 2.通用零件专用零件 3.零件构件 4.直接接触可动 5.运动副构件传递运动和力 6.主动构件从动构件机架 7.平面高副平面低副 8.机器机构 二、判断题： 1.× 2.× 3.× 4.√ 5.× 6.× 7.× 三、选择题： 1.C 2.B 3.B 4.D 5.C 6.D 四、综合题： 1.答：机器基本上是由动力部分、工作部分和传动装置三部分组成。动力部分是机器动力的来源。工作 部分是直接完成机器工作任务的部分，处于整个传动装置的终端，其结构形式取决于机器的用途。 传动装置是将动力部分的运动和动力传递给工作部分的中间环节。 2.答：低副是面接触的运动副，其接触表面一般为平面或圆柱面，容易制造和维修，承受载荷时单位面 积压力较低（故称低副），因而低副比高副的承载能力大。低副属滑动磨擦，摩擦损失大，因而效率较低；此外，低副不能传递较复杂的运动。 高副是点或线接触的运动副，承受载荷时单位面积压力较高（故称高副），两构件接触处容易磨损，寿命短，制造和维修也较困难。高副的特点是能传递较复杂的运动。 3.答：机构运动简图能够表达各构件的相对运动关系、揭示机构的运动规律和特性。其绘制步骤如下： （1）分析机构运动，确定构件数目。（2）确定运动副的类型和数量。（3）确定视图平面。 （4）徒手画草图并测量各运动副之间的相对位置。 （5）选择适当的长度比例尺μl= a mm／mm，并将实长换算为图长。（6）完成机构运动简图。 作业二 一、填空题： 1.转动副 2. 2 1 1 3.曲柄摇杆双曲柄双摇杆 4.双曲柄 5.曲柄滑块 6.转动导杆 7.对心曲柄滑块偏置曲柄滑块 8.整周转动往复直线移动 9.转动导杆摆动导杆 10.工作行程比空回行程所需时间短 11.凸轮从动件机架 12.低高 13.高副预期 14.盘形凸轮移动凸轮 15.尖顶滚子平底 二、判断题： 1.× 2.× 3.√ 4.× 5.× 6.√ 7.√ 8.× 9.× 10.√ 11．√ 12.× 13.× 14.× 15.× 16.√ 17.√ 18.√ 19.√ 20.√ 三、选择题： 1.B 2.A 3.D 4.A 5.A 6.D 7.A 8.A 9.A 10.C 四、综合题： 1．在一般工作条件下，齿面硬度HB≤350的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为【】A．轮齿疲劳折断 B. 齿面疲劳点蚀 C．齿面胶合 D. 齿面塑性变形 2．带传动在工作时产生弹性滑动，是由于【】A．包角α太小 B. 初拉力F0太小 C．紧边与松边拉力不等 D. 传动过载 3．在下列四种型号的滚动轴承中，只能承受径向载荷的是【】A．6208 B. N208 C. 3208 D. 5208 4．下列四种螺纹中，自锁性能最好的是【】 A．粗牙普通螺纹 B.细牙普通螺纹 C．梯形螺纹 D.锯齿形螺纹 5．在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，可采用的方法为【】 A．减小齿面滑动速度υs B. 减少蜗杆头数Z1 C．增加蜗杆头数Z1 D. 增大蜗杆直径系数q 6．在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指【】 A．弹簧外径与簧丝直径之比值 B．弹簧内径与簧丝直径之比值 C．弹簧自由高度与簧丝直径之比值 D．弹簧中径与簧丝直径之比值 7．普通平键接联采用两个键时，一般两键间的布置角度为【】A．90° B. 120° C.135° D.180° 8．V带在减速传动过程中，带的最大应力发生在【】A．V带离开大带轮处 B. V带绕上大带轮处 C．V带离开小带轮处 D. V带绕上小带轮处 9．对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是【】 A．拉力 B.扭矩 C．压力 D.拉力和扭矩 10．滚子链传动中，链节数应尽量避免采用奇数，这主要是因为采用过渡链节后【】 A．制造困难 B.要使用较长的销轴 C．不便于装配 D.链板要产生附加的弯曲应力 二、1．轴如按受载性质区分，主要受的轴为心轴，主要受的轴为传动轴。 2．代号62203的滚动轴承，为轴承，其内径为mm。 3．在一般机械中的圆柱齿轮传动，往往使小齿轮齿宽b1大齿轮齿宽b2；在计算齿轮强度时，工作齿宽b应取。 4．普通平键联接的工作面是键的；楔键联接的工作面是键的。 5．为了便于互换及适应大量生产，轴承内圈孔与轴的配合采用制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用制。 6．不随时间变化的应力称为，随时间变化的应力称为，具有周期性的变应力称为。7．按照平面图形的形状，螺纹分为、和等。 8．按照工作条件，齿轮传动可分为和两种。 9．齿轮传动设计时，软齿面闭式传动通常先按设计公式确定传动尺寸，然后验算轮齿弯曲强度。 第三章 机械零件的强度 一、选择题 3—1 零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之 C 。 A 增加 B 不变 C 降低 D 规律不定 3—2 在图中所示的极限应力图中，工作应力有C 1、C 2所示的两点，若加载规律为r=常数。在进行安全系数校核时，对应C 1点的极限应力点应取为 A ，对应C 2点的极限应力点应取为 B 。 A B 1 B B 2 C D 1 D D 2 3—3 同上题，若加载规律为σm =常数，则对应C 1点 的极限应力点应取为 C ，对应C 2点的极限应力点 应取为 D 。 A B 1 B B 2 C D 1 D D 2 题3—2图 3—4 在图中所示的极限应力图中，工作应力点为C ，OC 线与横坐标轴的交角θ=600 ，则该零件 所受的应力为 D 。 A 对称循环变应力 B 脉动循环变应力 C σmax 、σmin 符号（正负）相同的不对称循环变应力 D σmax 、σmin 符号（正负）不同的不对称循环变应力 题3—4图 3—5 某四个结构及性能相同的零件甲、乙、丙、丁，若承受最大应力的值相等，而应力循环特性r 分别为+1、-1、0、，则其中最易发生失效的零件是 B 。 A 甲 B 乙 C 丙 D 丁 3—6 某钢制零件材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=300MPa ，若疲劳曲线指数m=9，应力循环基 数N 0=107，当该零件工作的实际应力循环次数N=105 时，则按有限寿命计算，对应于N 的疲劳极限σ-1N 为 C MPa 。 A 300 B 420 C D 3—7 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 HT200 B 35号钢 C 40CrNi D 45号钢 3—8 某个40Cr 钢制成的零件，已知σB =750MPa ，σs =550MPa ，σ-1=350MPa ，ψσ=，零件危险截面处的最大工作应力量σmax =185MPa ，最小工作应力σmin =-75MPa ，疲劳强度的综合影响系数K σ=，则当循环特性r=常数时，该零件的疲劳强度安全系数S σa 为 B 。 A B 1.74 C D 3—9 对于循环基数N 0=107 的金属材料,下列公式中, A 是正确的。 A σr m N=C B σN m =C C 寿命系数m N N N k 0/ D 寿命系数k N < 3—10 已知某转轴在弯-扭复合应力状态下工作，其弯曲与扭转作用下的计算安全系数分别为 S σ=、S τ=，则该轴的实际计算安全系数为 C 。 A B 6.0 C D 3—11 在载荷和几何尺寸相同的情况下,钢制零件间的接触应力 A 铸铁零件间的接触应力。 A 大于 B 等于 C 小于 D 小于等于 3—12 两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值 A 。 A 相等 B 不相等 C 是否相等与材料和几何尺寸有关 D 材料软的接触应力值大 3—13 两等宽的圆柱体接触，其直径d 1=2d 2，弹性模量E 1=2E 2，则其接触应力为 A 。 A σH1=σH2 B σH1=2σH2 C σH1=4σH2 D σH1=8σH2 D 1 D 2 σS σm σa B 1 B 2 C 1 C 2 O θ σa σm C o机械设计基础6 齿轮传动习题作业与答案
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