上海工程技术大学机械设计试题A课案.docx
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上海工程技术大学机械设计试题A课案
《机械设计》试题A
一、填空（每空1分，共20分）
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（）区；当N
＜N0时，为（）区。
2．刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗（）的能力。
零件材料的弹性模量越小，其
刚度就越（）。
3．润滑油的（）性越好，则其产生边界膜的能力就越强；（）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（）。
5．正是由于（
）现象，使带传动的传动比不准确。
带传动的主要失效形式为（
）
和（
）。
6．蜗杆传动的主要缺点是齿面间的（
）很大，因此导致传动的（
）较低、温升
较高。
7．链传动水平布置时，最好（
）边在上，（
）在下。
8．设计中，应根据被联接轴的转速、
（
）和（
）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（
）；而（
）与（
）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（
）个键计算。
二、判断题（每小题
1分，共10分）（正确的划“√”，错误的划“×”）
1．十字滑块联轴器中的所有元件都是刚性元件，因此属于刚性联轴器。
（
）
2．两摩擦表面的粗糙度值越小，则越容易实现液体动力润滑。
（
）
3．在计算转轴的强度时，安全系数法比当量弯矩法更精确。
（
）
4．相啮合的蜗杆和蜗轮的螺旋角必须大小相等，旋向相反。
（
）
5．闭式齿轮传动皆须首先按齿面接触强度进行设计计算，确定传动的几何尺寸，然后校
核齿根弯曲疲劳强度。
（）
6．由于链传动不需要张紧力，故作用在轴上的载荷较小。
（）
7．正是由于过载时产生“弹性滑动”，故带传动对传动系统具有保护作用。
（）
8．楔键只能用于单向传动，双向传动时，必须采用两个楔键。
（）
9．性能等级为6.6级的螺栓，其屈服点＝600MPa。
（）
10．机械零件的计算分为设计计算和校核计算，两种计算的目的都是为了防止机械零件在
正常使用期限内发生失效。
（）
三、简答题（每小题5分，共20分）
1．简述为什么开式齿轮传动一般不会出现点蚀现象？
2．对于滚动轴承的轴系固定方式，请解释什么叫“两端固定支承”？
3．简述形成稳定动压油膜的条件？
4．解释名词:
滚动轴承的寿命；滚动轴承的基本额定动载荷。
四、（15分）某轴用一对同型号角接触球轴承支承，受力情况如图所示。
已知：
内部轴向
第1页
力FS＝0.68FR，e＝0.68。
当FA≤e时，X＝1，Y＝0；当FA＞e时，X＝0.41，Y＝0.87。
FRFR
问哪个轴承的寿命低？
12
Fx=900N
FR1=4000NFR2=2500N
五、（15分）如图所示的螺栓组联接，已知外载荷F＝5KN，各有关几何尺寸如图所示。
试计算受力最大螺栓所受的横向工作载荷Fsmax。
六、（20分）设计一个标准直齿圆柱齿轮传动，传动比i＝3.2，允许传动比有不超过±5％
的误差。
通过强度计算已确定中心距a＝320mm，模数m≥3mm，取齿宽系数d＝1。
试
确定下列几何尺寸：
m、z1、z2、d1、d2、b1、b2。
（模数系列：
3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、7、8、,）
第2页
《机械设计》试题B
一、填空（每空1分，共20分）
1．当所受轴向载荷通过（）时，螺栓组中各螺栓承受的（）相等。
2．从结构上看，带轮由（）、轮辐和（）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（）为计算点，把一对轮齿的啮
合简化为两个（）相接触的模型。
4．按键齿齿廓曲线的不同，花键分为（）花键和（）花键。
5．请写出两种螺纹联接中常用的防松方法：
（）和（）。
6．疲劳曲线是在（）一定时，表示疲劳极限与（）之间关系的曲线。
7．理论上为（）接触或（）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：
（）和（）。
9．径向滑动轴承的条件性计算主要是限制压强、（）和（）不超过许用值。
10．在类型上，万向联轴器属于（）联轴器，凸缘联轴器属于（）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（）；只在齿轮、滚动轴承等高副零件上经
常出现的是（）。
（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，（）的齿廓为直边梯形；在与基圆柱相切的截面内，（）
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（）；其表面接触疲劳强度
主要取决于（）。
（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，（）轴承具有结构简单，成本低廉的特点；（）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（）。
（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（）联接。
（1）普通平键；
（2）半圆键；（3）楔键；（4）切向键。
三、简答题（每小题5分，共20分）
1．画图表示机械零件的正常磨损过程，并指出正常磨损过程通常经历哪几个磨损阶段？
2．简述Miner法则（即疲劳损伤线性累积假说）的内容。
第3页
3．简述齿向载荷分布系数和齿间载荷分配系数分别考虑的是什么因素对齿轮所受载荷
的影响？
4．试分析张紧力F0对带传动正反两方面的影响。
四、（15分）已知某材料的力学性能为：
1＝350MPa，m＝9，N0＝5×106，对此材料
进行对称循环疲劳试验，依次加载应力为：
（1）1＝550MPa，循环次数n1＝5×104；
（2）
2＝450MPa，循环次数n2＝2×105；（3）3=400MPa。
求：
发生疲劳破坏时，3的
循环次数n3＝？
六、（18分）图示为一蜗杆轴用两个角接触球轴承支承。
已知蜗杆所受轴向力Fx＝580N，
两轴承的径向力为：
FR1＝935N，FR2＝1910N，载荷性质系数fP＝1.1。
试计算两个轴承
的当量动载荷。
注：
＊内部轴向力FS＝eFR，e＝0.36。
Ⅱ
Ⅲ
1
2
3
4
x
1
F
n1
FR1
FR2
Ⅰ
2
＊当FA≤e时，X＝1，Y＝0；当FA＞e时，X＝0.41，Y＝0.87。
FRFR
八、（17分）图示为由圆锥齿轮和斜齿圆柱齿轮组成的传动系统。
已知：
Ⅰ轴为输入轴，
转向如图所示，输出轴功率PⅢ＝5KW，转速nⅢ＝157rpm，各轮齿数为：
z1=25，z2=60，
z3=22，z4=84，设效率为100％。
（1）
在图中标出各轮转向，并计算各轴的转矩。
（2）
为使2、3两轮的轴向力方向相反，确定并在图中标出
3、4两轮的螺旋方向。
（3）
在图中标出2、3两轮在啮合点处所受各分力
（Ft、Fr、Fx）的方向。
第4页
《机械设计》试题A标准答案
一、填空（每空1分，共20分）
1．无限寿命区有限寿命区2．弹性变形小3．油粘度
4．添加剂5．弹性滑动打滑带的疲劳破坏6．相对滑动速度效率
7．紧边松边8．转矩直径9．相对间隙偏心距半径间隙10．1.5
二、判断题
1．×2．√3．√4．×5．×6．√7．×8．×9．×10．√
三、简答题（每小题
5分，共20分）
答：
因为在开式齿轮传动中，磨粒磨损的速度比产生点蚀的速度还快，在点蚀形成之前，齿面的材料已经被磨掉，故而一般不会出现点蚀现象。
答：
两端固定支承即为轴上的两个轴承中，一个轴承的固定限制轴向一个方向的串动，另一个轴承的固定限制轴向另一个方向的串动，两个轴承的固定共同限制轴的双向串动。
答：
1）两摩擦表面之间必须能够形成收敛的楔形间隙；
2）两摩擦表面之间必须有充足的、具有一定粘度的润滑油；
3）两摩擦表面之间必须有足够的相对运动速度。
答：
1）滚动轴承的寿命即滚动轴承中内、外圈滚道以及滚动体，任一元件出现疲劳点蚀
之前，两套圈之间的相对运转总转数。
也可用恒定转速下的运转小时数表示；
2）基本额定动载荷即基本额定寿命为
106转时，轴承所能承受的最大载荷。
四、解：
（1）Fs1
0.68FR1＝0.68
4000
2720
（N）
―――――――――
1.5分
Fs2
0.68FR2＝0.68
2500
1700
（N）
―――――――――
1.5分
（2）Fs2
Fx
1700
900
2600（N）＜Fs1
2720（N）
故
FA1
Fs1
2720（N）――――――――――――――――
3分
Fs1
Fx
2720
900
1820（N）＞Fs2
1700（N）
故
FA2
Fs1
Fx
1820（N）
―――――――――――――
3分
FA1
2720
0.68e，则X＝1，Y=0。
FR1
4000
则
FP1
fP（X1FR1
Y1FA1）
fP
（140000
272）0＝4000fP（N）
――――――――――――――――――
3分
第5页
FA2
1820
0.728＞e，则X
＝0.41，Y＝0.87。
FR2
2500
则
FP2fP（X2
FR2Y2FA2）
fP（0.4125000.87182）0
3500fP（N）
―――――――――――――――――3分
由于
FP1＞FP2
，故轴承1的寿命短。
五、解：
（1）将F向螺栓组形心平移，同时得转矩T。
500
F
0
6
1
F
T
160
T=500×F＝5×105×500＝2.5×106（N）―――――――4分
在F作用下，各螺栓所受横向力为
＝F
5103
1250（N）―――3分
Fs1
z
4
在T作用下，各螺栓所受横向力也相等，为
rT
T
2.5106
＝5524.3（N）――――――4分
Fs2
2
4r
4
802
802
4r
显然，1、2两螺栓所受的横向力最大，为
Fsmax
Fs1
2
Fs2
2
2Fs1Fs2cos
125025524.32212505524.3cos135
6469（N）―――――――4分
第6页
六、解：
（1）由
a
1
m（z1z2）得
z1
z2
2a
2320
2
m
m
取
m=5（mm）（应为标准值）
―――――――2分
则
z1
z2
2
320
（1）―――2分
＝128
5
z2
iz1
3.2z1
（2）―――2分
联立
（1）、
（2）解得
z1
30.47，
z2
97.53
取
z1
30
，
z2
98
――――――4分
d1
mz1
5
30
150（mm）
―――――――2分
d2
mz2
5
98
490（mm）
―――――――2分
b
dd1
1
150（mm）
――――――――――2分
取
150
（mm），
（mm）
――4分
b2
b
b1
b210150
10
160
注：
本题主要考察：
m是否为标准值？
是否满足
a
1（d1
d2）
1m（z1
z2）？
各参数
2
2
和尺寸取值圆整是否合理？
第7页
《机械设计》试题
B标准答案
一、填空（每空1分，共
20分）
1．螺栓组形心
轴向工作拉力
2．轮毂
轮缘3．节点
圆柱体
4．矩形
渐开线
5．双螺母等
防松垫圈等
6．应力比
循环次数
7．点线8．齿面的磨粒磨损
断齿9．速度
pv值10．无弹性元件的挠性
刚性
二、选择填空（每空
1分，共
10分）
1．（3）
（2）2．
（1）（3）3、（4）
（1）4、
（1）（3）5．（4）6．
（1）
三、简答题（每小题
5分，共
20分）
答：
主要经历三个阶段：
磨合磨损阶段；稳定磨损阶段；剧烈磨损阶段。
答：
在规律性变幅循环应力作用下，各应力对材料造成的损伤是独立进行的，并可以线性
地累积成总损伤，当各应力的寿命损伤率之和等于
1时，材料将会发生疲劳。
答：
系数
考虑的是载荷沿齿向分布不均匀性对齿轮轮齿所受载荷的影响；
系数
考虑的是载荷在同时啮合的齿对之间分配不均对齿轮轮齿所受载荷的影响。
答：
张紧力
F0越大，则带传动的承载能力就越大，但同时带中所受的拉应力也越大，从
而降低带的寿命；张紧力越小，虽可减小带中的拉应力，提高带的寿命，但带传动的承
载能力会降低。
四、解：
（1）由
疲劳曲线方程
mNC
1N0
m
得
N
1
N0
m
9
N1
1
N0
350
5
10
6
8.6
10
4
―――――――――3分
550
1
m
9
N2
1
N0
450
5
10
6
8.2
10
5
―――――――－3
分
550
2
m
9
N3
1
N0
400
5
10
6
2.85
10
5
――――――――3
分
550
3
第8页
（2）根据Miner法则
n1
n2
n3
1
N1
N2
N3
5104
2
105
n3
1
―――――――――－
3分
8.6
104
8.2
105
2.85
105
解得：
n3
4.98
104
――――――――――――
3分
五、解：
（1）Fs1
0.36FR1
0.36
935（N）
336.6（N）
――2分
Fs2
0.36FR2
0.36
1910（N）
687.6（N）
――2分
（2）Fs2
Fx
687.6
580
1267.6（N）
＞Fs1
336.6（N）
故
FA1
Fs2
Fx
126.67（N）
―――――――――――
3分
Fs1
Fx
336.6
580
243.4（N）＜Fs2
687.6（N）
故
FA2
Fs2
687.6（N）
―――――――――――――－
3分
FA1
1267.6
1.36＞e，故
X1
0.41，Y1
0.87
（3）
935
FR1
FP1
fP（X1FR1
Y1FA1）
1.1
（0.41
9350.87
1267.6）1634.78（N）
――――――――――――――――――――――
4分
FA2
687.6
10.36
e，故
X2
1
，Y2
0
FR2
1910
FP2
fP（X2FR2
Y2FA2）
1.1
（1
1910
0
687.6）
2101（N）―――――4分
六、解：
（1）各轴转向如图所示。
――――3分
z2z4
60
84
9.16――1分
Ⅱ
Ⅲ
i14
25
22
3
4
z1z3
z4
84
1
3.82
―――――1分
n1
i34
22
z3
Ⅰ
第9页
2
nⅠ＝i14nⅢ9.16
157
1438.12（rpm）
―――――――――――――
1分
nⅡ
i14nⅢ＝3.82
157
599.74（rpm）―――――――――――――
1分
P
5
TⅠ
9550
Ⅰ
9550
33.2（Nm）
―――――――――
1分
nⅠ
1438.12
P
5
TⅡ
9550
Ⅱ
9550
79.6（Nm）
―――――――――
1分
nⅡ
599.74
TⅢ
PⅢ
9550
5
（Nm）
――――――――――
1分
9550
304.1
nⅢ
157
（2）3轮左旋，4轮右旋。
―――――――――――――――
3分
（3）2、3两轮的各分力方向如图所示。
―――――――――――――－
4分
第10页
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