机械设计练习作业要点.docx

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机械设计练习作业要点

第一章机械设计概论题

第一题：

一单向旋转的传动轴，材料为中碳钢，τ-1=230MPa,τS=390MPa,Ψτ=0.05，现知该轴某危险剖面处的直径d=50mm，该剖面处的疲劳强度综合影响系数（Kτ）D=

=3.07，轴的转速n=955r/min，若要求安全系数Sτ=2.0，试求此时该轴能传递的最大功率?

第二题：

已知某合金钢的σ-1=370MPa,σs=880MPa,σ0=625MPa。

1）试按比例绘制此材料试件的σm-σa简化极限应力图；2）设此试件受σmax=300MPa,σmin=-120MPa的变应力作用，试用所绘制的极限应力图求出该试件在这种情况下的极限应力σr。

第三题：

单项选择题（将正确答案的序号填入空白处）

（1）下列四种叙述中_____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变应力由静载荷产生D变应力由变载荷产生，也可能由静载荷产生

（2）零件可能出现疲劳断裂时，应按____准则计算；可能出现过大弹性变形时，应按_____准则计算。

A强度B刚度C耐磨性D热平衡

（3）为了防止磨损和胶合，常取_____材料配对使用。

A钢—钢B钢—青铜C铸铁—青铜D青铜—青铜

（4）已知某机械油在工作温度下的运动粘度为2×10-5m2/s，该油的密度为900kg/m3,则其动力粘度为_____Pa.s

A18000B45C0.0018D0.018

（5）在研究螺旋副中的摩擦时，作出了一些合理的假定，那么三角形螺纹副相当于____的作用。

A块与斜平面B平滑块与斜槽面C楔形滑块与斜平面D楔形滑块与斜槽面

第四题：

简答题

（1）磨损按磨损机理分有哪几种？

（2）滑剂的主要作用是什么？

常用的润滑剂有哪几种？

（3）平面低副和平面高副各有几个约束条件？

各有几个自由度？

（4）机械发生自锁的实质是什么？

第二章齿轮传动

第一题：

在图2—1所示的直齿圆柱齿轮传动中,齿轮1为主动齿轮,齿轮2为中间齿轮,齿轮3为从动齿轮。

已知齿轮3所受的扭矩,T3=98NM其转速n3=180r/min,Z3=45,Z2=25,Z1=22,m=4mm。

假设齿轮啮合效率及轴承效率均为1,试求:

（1）啮合传动时,作用在各齿轮上的圆周力Ft和径向力Fr,并将各力及齿轮转向标于图上;

（2）说明中间齿轮2在啮合时的应力性质和强度计算时应注意的问题;（3）若把齿轮2作为主动齿轮,则在啮合传动时其应力性质有何变化,其强度计算与前面有何不同?

分析与思考：

弯曲应力的循环特征对弯曲强度的大小有何影响？

第二题：

图2—2所示为二级斜齿圆柱齿轮减速器,第一级斜齿轮的螺旋角β１的旋向已给出。

（1）为使Ⅱ轴轴承所受轴向力较小,试确定第二级斜齿轮螺旋角β的旋向,并画出各轮轴向力、径向力及圆周力的方向。

（2）若已知第一级齿轮的参数为:

Z1=19,Z2=85,mn=5mm,αn=20°,a=265mm,1轮的传动功率P=6.25kW,n1=275r/min。

试求1轮上所受各力的大小。

1-12-22-3

分析与思考：

如何判断斜齿轮轴向力的方向？

齿轮的转动方向是否对其有影响。

第三题：

图2—3所示为直齿锥齿轮与斜齿圆柱齿轮减速器,为使Ⅱ轴上的轴向力抵消一部分,试确定一对斜齿圆柱齿轮螺旋线的方向;并画出各齿轮轴向力、径向力及圆周力的方向。

解题要点分析：

分析与思考：

锥齿轮的轴向力应指向大端还是小端？

第三章蜗杆传动

第一题：

有一阿基米德蜗杆传动，已知：

传动比i=18，蜗杆头数Z1=2，直径系数q=8，分度圆直径d1=80mm。

试求：

（1）模数m、蜗杆分度圆柱导程角γ、蜗轮齿数Z2及分度圆柱螺旋角β；

（2）蜗轮的分度圆直径d2和蜗杆传动中心距ɑ。

分析与思考：

蜗轮蜗杆传动正确啮合条件如何？

为什么将蜗杆分度圆直径d1定为标准值？

第二题：

图示蜗杆传动中，蜗杆主动，试标出未注明的蜗杆（或蜗轮）的螺旋线方向及转向，并在图中绘出蜗杆、蜗轮啮合点处作用力的方向（用三个分力：

圆周力Ft、径向力Fr、轴向力Fɑ表示）。

　　　（a）　　　　　　　　（b）　　　　　　　　　　　　（c）

分析与思考：

（1）蜗轮的旋转方向应如何确定?

（2）蜗杆（主动）与蜗轮啮合点处各作用力的方向如何确定？

第三题：

图示为一标准蜗杆传动，蜗杆主动螺旋线方向为左旋，转矩T1=25000N·mm，模数m=4mm，压力角α=20°，蜗杆头数Z1=2，蜗杆直径系数q=10，蜗轮齿数Z2=54，传动效率η=0．75。

试确定：

（1）蜗轮的转向及螺旋线方向；

（2）作用在蜗杆、蜗轮上的各力的大小和方向（在图中标出）。

第四题：

在图示传动系统中，1为蜗杆，2为蜗轮，3和4为斜齿圆柱齿轮，5和6为直齿锥齿轮。

若蜗杆主动，要求输出齿轮6的回转方向如图所示。

试决定：

（1）若要使Ⅱ、Ⅲ轴上所受轴向力互相抵消一部分，蜗杆、蜗轮、斜齿轮3和4的螺旋线方向及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的回转方向（在图中标示）；

（2）Ⅱ、Ⅲ轴上各轮啮合点处受力方向（Ft、Fr、Fa在图中画出）。

第五题：

已知一闭式单级普通蜗杆传动，蜗杆的转速n1=1440r/min，传动比i=24，Z1=2，m=10mm，q=8，蜗杆材料为45号钢表面淬火，齿面硬度为50HRC，蜗轮材料为ZCuSn10P1，砂模铸造。

若工作条件为单向运转，载荷平稳，使用寿命为24000小时。

试求蜗杆能够传递的最大功率P1？

第六题：

图示为带式运输机中单级蜗杆减速器。

已知电动机功率P=7.5kW，转速n1=1440r/min，传动比i=15，载荷有轻微冲击，单向连续运转，每天工作8小时，每年工作300天，使用寿命为5年。

设计该蜗杆传动。

第四章带传动

第一题：

简答题

（1）带传动的带速V为什么规定在5~25m/s范围内？

（2）带传动为什么要限制最大中心距、最大传动比、最小带轮直径？

（3）带传动为什么要张紧？

常用的张紧方法有哪几种？

若用张紧轮则应装在什么地方？

第二题：

单根V带（三角带）传动的初拉力F0=354N，主动带轮的基准直径d1=160mm，主动轮转速n1=1500r/min，主动带轮上的包角α1=150°，带与带轮上的摩擦系数为f=0.485。

试求：

（1）V带紧边、松边的拉力F1和F2；（忽略带的离心拉力的影响）

（2）V带传动能传递的最大有效圆周力F及最大功率P0。

第三题：

一V带传动的大、小带轮的基准直径d1=100mm，d2=400mm，小带轮转速n1=1460r/miu，滑动率ε=0.02，传递功率P=10KW。

求带速、有效拉力、大带轮实际转速各为多少？

第四题：

某带传动装置主动轴扭矩T，两轮直径d1、d2各为100mm与150mm，运转中发生了严重打滑现象，后带轮直径改为d1=150mm，d2=225mm，带长相应增加，传动正常，试问其原因何在？

（提示：

从有效拉力F、摩擦力的极限Fflim与哪些因素有关，关系的大小等方面进行分析）。

第五题：

设计用电动机驱动破碎机的普通V带传动。

已知电动机额定功率P=5.5kw，转速n1=960r/mim，带传动传动比i=2，两班制工作，要求轴间中心距a＜600mm。

第五章链传动

第一题：

单项选择题（选一正确答案，并将其符号填入题中空白处）

（1）链条的基本参数是_________。

A销轴直径B销轴长度C节距

（2）链条中宜尽量避免使用过渡链节，这主要是因为_________。

A制造困难B装配困难C过渡链节的链板要承受附加弯矩作用

（3）代号为16A-1×80GB1243.1-83的链，其节距为_______________。

A16mmB25.4mmC12.7mm

（4）为了限制链传动的动载荷，在节距p和小链轮的齿数Z1一定时，应该限制________________。

A小链轮的转速n1B传递的功率PC链条的速度v

（5）链条由于静强度不够而被拉断的现象，多发生在_________情况下。

A低速重载B高速重载C高速轻载

（6）标准滚子链的额定功率曲线，是通过大量试验所绘制而成的，试验条件中小链轮齿数Z1，传动比i及链节数Lp分别为_____________。

AZ1=9，i=1，Lp=75

BZ1=17，i=2，Lp=100

CZ1=19，i=3，Lp=100

（7）如大链轮齿数超过极根值（Zmax=120），则____________。

A链条的磨损快B易发生脱链现象C链传动的噪音大

（8）对于高速重载的链传动，宜选取____________的链条。

A大节距单排B小节距单排C小节距多排

（9）链传动算出的实际中心距，在安装时一般还需缩短2-5mm，这是为了___。

A考虑链工作后要发生磨损B使链条松驰，有利于减轻冲击C使安装方便，啮合顺利

（10）两轮轴线在同一水平面的链传动，布置时应使链条的紧边在上，松边在下，这样__________________。

A松边下垂后不致与紧边相碰B可减轻链条的磨损C可使链传动达到紧张目的

第二题：

一链号为16A的滚子链传动，主动轮齿数z1=17，链轮转速n1=730r/min，中心距a=600mm。

求平均链速v，瞬时链速的最大值Vmax和最小值Vmin。

第三题：

某单排滚子链传动，已知主动轮转速n1=800r/min，齿数Z1=19，Z2=90，中心距a≈900mm，该链的极限拉伸载荷Q=55600N。

若工作情况系数KA=1.2，求该传动能传递的功率。

第四题：

滚子链传动中，在其后使用过程中，需使从动轮转速n2降低，若中心距a及主动轮转速n1不便改变，可采用增大从动轮齿数z2或减小主动轮齿数z1的方案，但哪种方案更合理？

（提示：

从1）传动平稳性；2）传递的功率等方面进行分析。

）

第五题：

设计由电动机驱动往复泵用的滚子链传动。

已知传递功率P=7kw，主动链轮转速n1=1450r/min，从动链轮转速n2=500r/min，要求中心距约为两链轮分度圆直径之和的2.5倍，中心距可调，两班制工作。

第六章轴毂联接

第一题：

单项选择题（选一正确答案，并将其符号填入题中空白处）

（1）能构成紧联接的两种键是。

　　A楔键和半圆键B半圆键和切向键C楔键和切向键

（2）一般采用加工B型普通平键的键槽。

　　A指状铣刀B盘形铣刀C插刀

（3）设计键联接时，键的截面尺寸b×h通常根据由标准中选择____。

　　A传递转矩的大小B传递功率的大小C轴的直径

（4）平键联接能传递的最大扭矩T，现要传递的扭矩为1.5T，则应____。

　　A安装一对平键B键宽b增大到1.5倍C键长L增大到1.5倍

（5）如需在轴上安装一对半圆键，则应将它们布置在____。

　　A相隔900位置B相隔1200位置C轴的同一母线上

（6）平键标记：

键B20×80GB1096-79中，20×80是表示____。

　　A键宽×键长B键高×轴径C键宽×轴径

（7）花键联接的主要缺点是____。

　　A应力集中B成本高C对中性与导向性差

第二题：

简答题

（1）试述普通平键的类型、特点和应用。

（2）试述平键联接和楔键联接的工作原理及特点。

（3）按顺序试述设计键联接的主要步骤。

第三题：

一齿轮装在轴上，采用A型普通平键联接。

齿轮、轴、键均用45钢，轴径d=80mm，轮毂长度Lˊ=150mm，传递转矩T=2000N·m，工作中有轻微冲击。

试确定平键尺寸和标记，并验算联接的强度。

第四题：

有一公称尺寸Z-D×d×b=8-40×36×7的45号钢矩形花键，齿长L=80mm，经调质处理HBS=235，使用条件中等，能否用来传递T=1600N·m的转矩？

第五题：

已知图示的轴伸长度为72mm，直径d=40mm，配合公差为H7/k6，采用A型普通平键联接。

试确定图中各结构尺寸，尺寸公差，表面粗糙度和形位公差。

（一般联接）

第七章螺纹联接

第一题：

一牵曳钩用2个M10的普通螺栓固定于机体上，如题11—1图所示。

已知结合面间的摩擦系数f=0.15，螺栓材料为Q235、强度级别为4.6级，装配时控制预紧力，试求螺栓组联接允许的最大牵引力。

11-111-2

第二题：

一刚性凸缘联轴器用6个M10的铰制孔用螺栓（螺栓GB27—88）联接，结构尺寸如题11—2图所示。

两半联轴器材料为HT200，螺栓材料为Q235、性能等级5.6级。

试求：

（1）该螺栓组联接允许传递的最大转矩Tmax。

（2）若传递的最大转矩Tmax不变，改用普通螺栓联接，试计算螺栓直径，并确定其公称长度，写出螺栓标记。

（设两半联轴器间的摩擦系数f=0.16，可靠性系数Kf=1.2）。

第三题：

一钢结构托架是由两块边板和一块承重板焊成的，两块边板各用四个螺栓与立柱相联接，其结构尺寸如题11—3图所示。

托架所受的最大载荷为20kN，载荷有较大的变动。

试问：

（1）此螺栓联接采用普通螺栓联接还是铰制孔用螺栓联接为宜？

（2）如采用铰制孔用螺栓联接，螺栓的直径应为多大？

11-311-4

第四题：

一方形盖板用四个螺栓与箱体联接，其结构尺寸如题11—4图所示。

盖板中心O点的吊环受拉力Q=20000N,设剩余预紧力F″=0.6F,F为螺栓所受的轴向工作载荷。

试求：

（1）螺栓所受的总拉力F0，并计算确定螺栓直径（螺栓材料为45号钢，性能等级为6.8级）。

（2）如因制造误差，吊环由O点移到O′点，且OO′=5mm,求受力最大螺栓所受的总拉力F0，并校核

（1）中确定的螺栓的强度。

第五题：

有一气缸盖与缸体凸缘采用普通螺栓联接，如题11-5图所示。

已知气缸中的压力p在0~2MPa之间变化，气缸内径D=500mm，螺栓分布圆直径D0=650mm。

为保证气密性要求，剩余预紧力F″=1.8F，螺栓间距t≤4.5d（d为螺栓的大径）。

螺栓应力幅[σɑ]=20MPa。

选用铜皮石棉垫片，螺栓相对刚度C1/（C1+C2）=0.8，试设计此螺栓组联接。

第六题：

简答题

（1）拧紧螺母与松退螺母时螺纹效率如何计算？

哪些参数影响螺纹副的效率？

（2）螺栓联接的损坏形式有哪些？

其危险部位在哪里？

强度计算时，为什么一般只计算螺栓根部直径？

（3）为什么在重要的受拉螺栓联接中不宜采用直径小于M12～M16的螺栓？

第八章轴的设计

第一题：

简述轴的结构设计应满足的基本要求。

指出图结构设计中的错误，在错误处标出序号，并按序号一一说明理由。

第二题：

如图所示单级斜齿圆柱齿轮减速器低速轴的结构。

已知齿轮相对支承为对称布置，齿轮宽度b2＝100mm，轴承为7308AC，两支承间的跨度L＝200mm，外伸端装有一个半联轴器，孔的直径在25－35mm之间，轴与孔的配合长度为L′＝60mm。

第三题：

有一带式输送机的双级斜齿圆柱齿轮减速器（如图（a）所示），功率由带轮输入。

已知带传动为水平布置，V带对轴的作用力为Q＝2300N（与Fr1在同一平面，且方向与Fr1相同）。

主动轮1的分度圆直径d1＝120mm，Ft1＝5000N，Fr1＝1800N,Fa1=760N。

计算输入轴的支反力、弯矩、扭矩、当量弯矩，并将弯矩图、扭矩图、当量弯矩图画在题12－4图（b）中。

分析与思考：

　　在进行轴的疲劳强度计算时，若轴的同一截面有几个应力集中源，则应力集中系数kσ、kτ应取_____？

　　　　A各应力集中系数之和B其中较大值C各应力集中系数平均值

第九章滚动轴承

第一题：

某传动装置轴上装有一对6309轴承，两轴承上的径向负荷分别为：

R1＝5600N，R2＝2500N，FA=1800N，轴的转速为n＝1450r/min，预期寿命为Lh′＝2500h，工作温度不超过100℃，但有中等冲击。

试校核轴承的工作能力。

若工作能力不满足要求，如何改进？

第二题：

在斜齿圆柱齿轮减速器的输出轴中安装有一对70000AC角接触球轴承。

已知R1＝3500N，R2＝1800N。

斜齿圆柱齿轮的轴向力FA＝1000N。

轴承在常温下工作，载荷有轻微冲击。

试分别按下图两种装配方案，计算两轴承的寿命。

第三题：

蜗轮轴上安装有一对30207轴承，轴承上的负荷分别为R1＝5000N，R2＝2800N，轴向负荷FA＝1000N，工作温度低于125℃，负荷平稳，n＝720r/min。

试计算两轴承的寿命。

第四题：

已知双级斜齿圆柱齿轮减速器低速轴上齿轮的分度圆直径d2=215mm，轴向力Fa＝560N，圆周力Ft＝2190N，径向力Fr=900N，轴颈直径d＝35mm，轴的转速n＝190r/min。

要求预期寿命Lh′＝15000h，轴需正反转工作。

若选用70000AC类轴承，试确定轴承型号。

第五题：

蜗杆轴一端采用两个70000类轴承承受双向轴向力，另一端采用60000类轴承，承受纯径向负荷，轴承布置如题15－11图所示，已知L＝250mm，L′＞450mm，工作温度约120℃，绘制轴承组合结构图。

第六题：

下图为双级斜齿圆柱齿轮减速器输出轴的轴系结构图，齿轮用油润滑，轴承采用脂润滑。

试分析轴系结构的错误，在有错误处标明序号，说明原因并提出改正方法。

第七题：

图示为小锥齿轮轴的组合结构，采用一对30000类轴承支承，要求刚性较好。

图中设计有多处错误，请用序号标出错误的位置，说明理由，并提出改进方案，画出合理的组合结构图。

第十章滑动轴承

第一题：

选择题

（1）巴氏合金通常用于做滑动轴承的______。

A轴套B轴承衬C轴承座

（2）长径比B/d是滑动轴承的重要设计参数之一，设计时通常取B/d=______。

A1～10B3～5C0.5～1.5

第二题：

填空题

（1）当轴不宜沿轴向安装时，应采用_________式结构的滑动轴承。

（2）若在径向滑动轴承上设计纵向油槽，则当径向载荷相对于轴承不转动时，应将油槽开在上；当径向载荷相对于轴承转动时，应将油槽开在______上。

第三题：

简答题

（1）对滑动轴承的轴瓦材料有哪些具体要求？

如何选用?

（2）在设计液体动压润滑轴承时，为什么要进行热平衡计算？

若计算出的润滑油入口温度过高（t1＞45°）时，应如何调整参数来改进设计？

若润滑油入口温度过低（t1＜35°时，又应如何调整参数来改进设计？

第四题：

一非液体润滑径向滑动轴承，轴颈直经d=200mm，轴承宽度B=200mm，轴承材料选用ZCuAl10Fe3。

试求：

当轴转速为120r/min时，轴承允许的最大径向载荷。

第五题：

一起重机卷筒轴用非液体摩擦径向滑动轴承支承。

已知径向工作载荷F=100kN,轴颈直径d=90mm，转速n=90r/min。

试设计此滑动轴承，并选择润滑剂牌号。

第六题：

有一电机主轴轴承，其转速n=960r/min，，轴颈直径d=160mm，承受的径向载荷F=60kN，载荷方向一定，工作情况平稳，轴承包角α=180°，采用正剖分式结构。

试设计此液体摩擦径向滑动轴承。

分析与思考：

1.非液体摩擦滑动轴承适用于何种场合？

验算p、pv、v值的意义各是什么？

2.滑动轴承润滑的目的是什么？

常用的润滑剂有哪些种类？

润滑剂牌号如何选择？

3.设计液体动压润滑轴承时，若其最小油膜厚度不能满足轴承可靠工作条件时，如何调整参数改进其设计？

第十一章联轴器

第一题：

填空题

（1）联轴器和离合器是用来______部件；制动器主要用来_______的装置。

（2）用联轴器联接的两轴______分开；而用离合器联接的两轴在机器工作时_______。

（3）挠性联轴器按其组成中是否具有弹性元件，可分为_______联轴器和_______联轴器两大类。

（4）两轴线易对中、无相对位移的轴宜选________联轴器；两轴线不易对中、有相对位移的长轴宜选____________联轴器；启动频繁、正反转多变、使用寿命要求长的大功率重型机械宜选_____联轴器；启动频繁、经常正反转、受较大冲击载荷的高速轴宜选_____联轴器。

（5）牙嵌离合器一般只能在________或________时进行接合。

（6）摩擦离合器靠_______来传递扭矩，可在________时实现接合或分离.

第二题：

试选择一电动机输出轴用联轴器，已知：

电机功率P=11kW，转速n=1460r/min，轴径d=42mm，载荷有中等冲击。

确定联轴器的轴孔与键槽结构型式、代号及尺寸，写出联轴器的标记。

第三题：

某离心水泵与电动机之间选用弹性柱销联轴器连接，电机功率P=22kW，转速n=970r/min，两轴轴径均为d=55mm，试选择联轴器的型号，并绘制出其装配简图。

第四题：

某机床主传动机构使用多盘摩擦离合器，已知：

传递功率P=5kW，转速n=1200r/min，摩擦盘材料均为淬火钢，主动盘数为4，从动盘数为5，结合面内径D1=60mm，外径D2=100mm，试求所需的操纵轴向力FQ？