5、V带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了B。
A.使结构紧凑B.限制弯曲应力
在大轮上先开始
为B。
A.Fo=F十F'B.Fo=F十F〃
10、当键联接强度不足时可采用双键。
使用两个平键时要求键A.在同一条直线上
C.相隔120°
11、下列零件的失效中，_
A.螺栓断裂
C.蜗杆轴产生过大的弯曲变形
12、带传动发生打滑总是一
A.在小轮上先开始
C.在两轮上同时开始
1.如图所示，1、2是一对蜗杆蜗轮传动，3、4是一对斜齿轮传动。
已知1为原动件，4为输出件,各轮转向如图所示。
为了使中间轴上蜗轮2和斜齿轮3的轴向力互相抵消一部分，
⑴试确定1、2、3、4各轮的旋向；
⑵在图上标出2和3所受各力的方向。
（10分）
1、2、3轮左旋，4轮右旋
2、写出一维雷诺方程的表达式，说明油膜承载的必要条件，并指出图示四种情况，哪一种能够形成
流体动压润滑油膜？
（5分）
xh
形成动力润滑的必要条件：
1）相对运动的两表面间必须形成楔形间隙；
2）被油膜分开的两表面须有一定的相对滑动速度，其方向应保证润滑油由大口进，从小口出；
3）润滑油须有一定的粘度，供油要充分。
B能够形成流体动压润滑油膜
3、如图所示为带传动简图。
轮1为主动轮。
试问：
（1）带传动的主要失效形式有哪些？
带传动工作时为什么出现弹性滑动现象？
能否避免弹性滑动?
（2）带传动工作时，带处于图中哪一点应力最大？
最大应力Cmax=?
（5分）
带传动的主要失效形式有打滑和疲劳断裂。
弹性滑动是由拉力差引起的，（只要传递圆周力，必然会
产生弹性滑动）。
弹性滑动是正常的工作现象，不可避免。
图中A点应力最大，
1、某轴由一对代号为30212的圆锥滚子轴承支承，其基本额定动载荷C=97.8kN。
轴承受径向力Fr仁
6000N，Fr2=16500N。
轴的转速n=500r/min，轴上有轴向力Fa=3000N，方向如图。
轴承的其它参数见附表。
动载荷系数fd=1，温度系数ft=1。
试：
（1）说明轴承代号的意义;
（2）确定轴承的寿命。
（以小时为单位）（14分）
S1Fa=5000N:
:
:
S，1轴承被“压紧”，2轴承被“放松”。
=0.15，可靠性系数Kf=1.2，螺栓材料强度级别为6.6级，屈服极限cs=360MPa，安全系数S=3。
试计算该螺栓组连接允许的最大牵引力Rmax=?
（6分）
许用应力：
360/3=120MPa
预紧力为由公式d_4*1.3*F
V的
求出预紧力：
F'=5083.7N
最大牵引力与预紧力关系公式为fFzm_KfR
最大牵引力为R=1271N
得分
五、改错题（本题10分）
试分析如图所示轴系结构中的错误，并加以改正。
（指出错误之处，并编上号，简述其错误原因，并改正之。
）（至少改正5处）
指出错误之处，并编上号，简述其错误原因（略）改正为：
2011年机械设计试题及答案
一、填空题及选择填空题（27分，每空1分）
1•当动压润滑条件不具备，且边界膜遭破坏时，就会出现
和同时存在的现象，这种摩擦状态称为。
2.一公称直径为d=16mm的螺纹副，螺纹头数n=2，螺距p=4mm,螺纹中径d2=D2=14mm,牙侧角3=15o，螺纹副材料的当量摩擦系数
f'=0.08~0.10,经计算该螺纹副自锁性要求。
a.满足b.不满足
3.导向平键连接的主要失效形式是，设计时通过
限制来进行耐磨性计算；半圆键的缺点
是，所以主要适用于轴端。
4.作为标准普通V带工作面的两侧面夹角为$=40o,相应的V带轮
轮槽的两侧面夹角则。
a.大于40ob.小于40oc.等于40c。
5•传动带所能传递的最大有效圆周力Fmax与、、
等因素有关，它们的值越大，Fmax就越大。
当传递的外载荷超过时，带在带
轮上发生打滑现象；而且在传动比大于1的情况下打滑总是先从小
带轮上开始的，其原因是。
6.齿轮传动的五种主要失效形式中，最严重、必须避免的失效形式
是;软齿面闭式齿轮传动最主要的失效形式是；
高速重载齿轮传动易发生;轮齿的塑性变形常发生在
齿面材料较软、低速重载、频繁起动的传动中。
7.下列齿轮参数中，对齿形系数Yf没有影响的是。
a.齿数b.变位系数c.齿顶高系数d.压力角e.模数
8.按国家标准GB/292-93规定，型号7212C/DB轴承的类型为，宽度类型为，精
度等级为，公称接触角a=Ob
9.对于转动的滚动轴承，其主要失效形式是;对于不转动、低速或摆动的轴承，主要
失效形式是;对于高速轴承，
是其主要失效形式。
10.滑动轴承一般由轴颈、轴瓦、轴承座三者组成，其失效形式主要是，主
要发生在上。
二、问答题（24分,每小题4分）
1.齿向载荷分布系数Kb的物理意义是什么？
改善齿向载荷分布不均匀状况的措施有哪些？
2.试述齿轮传动的设计准则。
3.按在支撑轴上零件传递运动和动力时受到的载荷类型的不同，轴分为那几种类型？
并分别举例说
明。
4.给出滚动轴承的当量静载荷P0的定义。
5.同滚动轴承相比，液体摩擦滑动轴承有哪些特点？
6•在一些基本假设条件下，流体形成动压的必要条件是什么？
三、分析计算题（29分，第一小题19分，第二小题10分）
1•一重物匀速升降装置采用如图a所示的电机+圆柱蜗杆传动系统，已知蜗杆传动的模数m=8mm,
蜗杆头数及分度圆直径分别为Z1=1、d1=80mm,蜗轮齿数Z2=50,卷筒直径D=250mm。
重物匀速升
降的速度v=40m/min，最大载重量W为4kN，工况系数Ka按1.0计，试分析、计算提升重物时的下列问题：
1）该装置以40m/min的速度匀速升起重物1m时，蜗杆应转多少转？
并在图中标明蜗杆的转向、
蜗轮轮齿旋向、节点位置处蜗杆及蜗轮的受力方向。
（5分）
2）若蜗杆与蜗轮齿面间当量摩擦系数f'=0.18该机构能否自锁？
（2分）
3）若重物W=4kN，传动装置总的传动效率为n=0.5试计算出电机的输出转矩Tm应是多少？
（2
分）
4）若蜗轮轴采用如图b所示的两个角接触轴承7209C支撑形式，L=100mm,蜗杆传动效率n=
0.7,卷筒、联轴器（连接蜗轮轴与卷筒轴）、蜗轮轴上轴承的效率合计为n=0.8,轴承7209C的基本额定动载荷和基本额定静载荷分别为C=29800N、C0=23800N,其内部轴向力S=0.4F「,
径向载荷系数X和轴向载荷系数Y分别为0.44和1.36,fT=1.0,fp=1.5,试计算轴承II的寿命Lh为多少小时？
（10分）
图札重物升降装置传动系统简图图b.蜗轮轴的轴承支撑简图
2•图c所示为一托架，20kN的载荷作用在托架宽度方向的对称线上，用四个螺栓将托架连接在一钢制横梁上，螺栓的相对刚度为0.3,螺栓组连接采用普通螺栓连接形式，假设被连接件都不会被压溃、也不滑移，试计算：
1）该螺栓组连接的接合面不出现间隙所需的螺栓预紧力F'至少应大于多少？
（接合面的抗弯剖面
模量W=12.71X106mm3）（7分）
注
2）若受力最大螺栓处接合面间的残余预紧力F'要保证6956N，计算该螺栓所需预紧力F'、所受
的总拉力Fo。
（3分）
/^=200
-
55
i
i
ii
图G托架（图中尺寸单位:
mm）
四、结构题（20分）
1试说明实现轴上零件轴向固定的五种方法，并分别画出相应于各种轴向固定方法的结构图；画出
模锻轮坯、腹板式大齿轮在转轴的轴端实现轴向固定与周向固定的结构图（要求齿轮也要画出来）
（12分）
2•图d和图e为凸缘联轴器的两个半联轴器的将两根轴连接起来的两种形式的部分结构，请将未画出的其余部分补全，成为完整的结构。
（5分）
3.现有成品一级标准圆柱齿轮减速器一台，输入轴与小齿轮采用普通平键连接，轴与小齿轮轮毂配
合段轴颈直径d=40mm,该轴段长度l=58mm，键槽长L=50mm,小齿轮轮毂键槽深ti=3.3mm。
为得到比现有减速器更大的减速比，现在需要重新设计、更换该减速器的齿轮。
已知重新设计得到的齿
轮模数m=3.0mm,小齿轮齿顶圆直径dai=69mm,齿根圆直径dfi=55.5mm，齿宽bi=60mm，如果采用该小齿轮，试根据上述数据进行分析：
该减速器的输入轴是否具有可以继续使用的可能性？
（3
分）
一、填空题及选择填空题（27分，每空1分）
1.当动压润滑条件不具备，且边界膜遭破坏时，就会出现流体摩擦、
边界摩擦和干摩擦同时存在的现象，这种摩擦状态称为混合摩擦。
2.一公称直径为d=16mm的螺纹副，螺纹头数n=2,螺距p=4mm,螺纹中径d2=D2=14mm,牙侧角3=15o，螺纹副材料的当量摩擦系数
f=0.08~0.10,经计算该螺纹副_a_自锁性要求。
a.满足b.不满足
3.导向平键连接的主要失效形式是工作面的磨损，设计时通过
限制来进行耐磨性计算；半圆键的缺点
是键槽对轴强度削弱较大，所以主要适用于轴端。
4.作为标准普通V带工作面的两侧面夹角为$=40o,相应的V带轮
轮槽的两侧面夹角则b。
a.大于40ob.小于40oc.等于40q
5.传动带所能传递的最大有效圆周力Fmax与初拉力F。
、带在小带轮
上的包角a、带与带轮间的摩擦系数f等因素有关，它们的值越大，
Fmax就越大。
当传递的外载荷超过最大有效圆周力下的承载能力
时，带在带轮上发生打滑现象；而且在传动比大于1的情况下，打
滑总是先从小带轮上开始的，其原因是带在小带轮上的包角小于
大带轮上的包角（或带在大带轮上的包角大于小带轮上的包角）。
6.齿轮传动的五种主要失效形式中，最严重、必须避免的失效形式
是轮齿折断;软齿面闭式齿轮传动最主要的失效形式是齿面疲劳点
蚀；高速重载齿轮传动易发生热胶合;轮齿的塑性变形常发生在
齿面材料较软、低速重载、频繁起动的传动中。
7.下列齿轮参数中，对齿形系数Yf没有影响的是e。
a.齿数b.变位系数c.齿顶高系数d.压力角e.模数
8.按国家标准GB/292-93规定，型号7212C/DB轴承的类型为角接触球轴承，宽度类型为窄系列
精度等级为_P0_,公称接触角a=15O
9.对于转动的滚动轴承，其主要失效形式是疲劳点蚀,对于不转动、低速或摆动的轴承，主要失
效形式是局部塑性变形,对于高速轴承，发热以至胶合是其主要失效形式。
10.滑动轴承一般由轴颈、轴瓦、轴承座三者组成，其失效形式主要是胶合和磨损，主要发
牛在轴瓦上。
二、问答题（24分,每小题4分）
1.齿向载荷分布系数Kb的物理意义是什么？
改善齿向载荷分布不均匀状况的措施有哪些？
Kb的物理意义一一考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿应力的影响系数。
（2分）
措施：
（答出以下7点中3点以下者1分，答出3点以上者2分）
1）齿轮的制造和安装精度f
2）轴、轴承及机体的刚度f
3）齿轮在轴上的布置合理选择
4）轮齿的宽度一一设计时合理选择
5）采用软齿面一一通过跑合使载荷均匀
6）硬齿面齿轮将齿端修薄、或做成鼓形齿
7）齿轮要布置在远离转矩输入端的位置。
2.试述齿轮传动的设计准则
评分标准：
以下4点各点1分
（1）软齿面闭式齿轮传动：
通常先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。
（2）硬齿面式齿轮传动：
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。
（3）高速重载齿轮传动，还可能出现齿面胶合，故需校核齿面胶合强度。
（4）开式齿轮传动：
目前多是按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并考虑磨损的影响将模数适当增大
（加大10~15%）。
3.按照轴所受载荷类型的不同，轴分为那几种类型？
并分别举例说明。
评分标准：
以下3点各点1分，举例正确合计1分。
（1）仅受弯矩M的轴一一心轴，只起支撑零件作用，如自行车前轴。
（2）仅受转矩T的轴——传动轴，只传递运动和转矩不起支撑作用，如汽车后轮传动轴。
（3）既受弯矩又受转矩的轴一一转轴，既起支撑又起传运动和转矩作用，如减速器的输出轴。
4.给出滚动轴承的当量静载荷P0的定义。
（4
当量静载荷是一个假想载荷，其作用方向与基本额定静负荷相同，而在当量静载荷作用下，轴承的受载最大滚动体与滚道接触处的塑性变形总量与实际载荷作用下的塑性变形总量相同。
分）
5.同滚动轴承相比，液体摩擦滑动轴承有哪些特点？
评分标准：
以下6点中，答出1~2点2分，答出3~4点分3分，答出5~6点4分
1）在高速重载下能正常工作，寿命长；
2）精度高；滚动轴承工作一段时间后，旋转精度J
3）滑动轴承可以做成剖分式的一能满足特殊结构需要。
如曲轴上的轴承；
4）液体摩擦轴承具有很好的缓冲和阻尼作用，可以吸收震动，缓和冲击。
5）滑动轴承的径向尺寸比滚动轴承的小。
6）起动摩擦阻力较大。
6•在一些基本假设条件下，流体形成动压的必要条件是什么？
评分标准：
答出1点2分，答出2点3分，答出3点4分
1）流体必须流经收敛间隙，而且间隙倾角越大则产生的油膜压力越大。
2）流体必须有足够的速度；
3）流体必须是粘性流体。
三、分析计算题（29分,第一小题19分，第二小题10分）
1.一重物匀速升降装置采用如图a所示的电机+圆柱蜗杆传动系统，已知蜗杆传动的模数m=8mm，
蜗杆头数及分度圆直径分别为zi=i、di=80mm，蜗轮齿数Z2=50，卷筒直径D=250mm。
重物匀速
升降的速度v=40m/min，最大载重量W为4kN，工况系数Ka按1.0计，试分析、计算提升重物时的下列问题：
1）该装置以40m/min的速度匀速升起重物1m时，蜗杆应转多少转？
并在图中标明蜗杆的转向、蜗轮轮齿旋向、节点位置处蜗杆及蜗轮的受力方向。
（5分）
2）若蜗杆与蜗轮齿面间当量摩擦系数f'=0.18该机构能否自锁？
（2分）
3）若重物W=4kN,传动装置总的传动效率为n=0.5，试计算出电机的输出转矩Tm应是多少？
（2
分）
4）若蜗轮轴采用如图b所示的两个角接触轴承7209C支撑形式,L=100mm，蜗杆传动效率n=
0.7，卷筒、联轴器（连接蜗轮轴与卷筒轴）、蜗轮轴上轴承的效率合计为n=0.8,轴承7209C的基本额定动载荷和基本额定静载荷分别为C=29800N、Co=23800N,其内部轴向力S=0.4F「,
径向载荷系数X和轴向载荷系数Y分别为0.44和1.36,务=1.0,fp=1.5，试计算轴承II的寿命Lh为多少小时？
（10分）
D
电机
A
下降
机座
上升［fFt2
卷筒
图孤重物升降装置传动系统简图
1）蜗杆转：
1*50/（3.14*D）=50/（3.14*0.25）=63.69（转）（1分）
蜗轮转速：
40/（3.14*0.25）=50.96r/min
蜗杆转向（1分）、蜗轮轮齿旋向（1分）、蜗轮蜗杆受力分析方向如图所示（2分）。
2）写出公式得1分，结论正确得1分。
tan^zg/di=18/80=0.1
tan"=f=0.18
.tan:
:
:
tan'
W=4kN
T卷筒—Tw
=WD/2=4000250/2=500000Nmm
Tw
51054
*:
—=2><104Nmm
d0.550
4）公式、步骤都正确得9分（其中：
轴承寿命计算公式占5分），计算结果正确得1分。
=7\=砂•D/2=4000x250/2=500000Nmm
T2==5xl°J=6.25xlO5Nmm%08
=生=6.25xlCl」=（ji7857xlO5Nmm
1羽50x0.7
_2T2_27^_2x6.25xlOJF上2==■
d2mz28x50
=3.125xlO’N
鍋轮轴的受力简图
27；
瓦
2x0.17857xlO5
80
=0.44643x103N
码=尺2=0.44643xICPN
Fr2=tana=凤tana=3.125xtan20°xlO3=1.13741xlO5N
212x100
拥承刃的径向支反力R=碍-兄=（3.32556-1.21635）xlO3=2.10921xltPN
耳=J呂;+F：
=^fe-1252+1.137412xlO5=』1.059326xlO5=3.32556xlO5W轴私的径向支反加=g—。
施旳4"-返556伽“pgxlO^
S}=0.4&=0.4x1.21635xlO3=0.48654xlO’N
S”=0.4Pw=0.4x2.10921xlO3=0.843684xlO3?
/
S,+旳=（0.48654+0.44643）xlO5=0.93297xlO3W>^=0.843684xl0*N:
.FdJJ=£,+码=0.93297xlO5!
^
陷=S,=0.48654x103N
••・只需计算轴影的寿命即可。
P“=X・R*+Ke=（0.44xO.843684+1.36x0.93297）xlO5=1.64xlO3W
旦竺__1x298003_581383
60w/FP60x50.961.5x1.64xlO3
2.图c所示为一托架，20kN的载荷作用在托架宽度方向的对称线上，用四个螺栓将托架连接在一钢
制横梁上，螺栓的相对刚度为0.3,螺栓组连接采用普通螺栓连接形式，假设被连接件都不会被压
溃，试计算：
1）该螺栓组连接的接合面不出现间隙所需的螺栓预紧力F'至少应大于多少？
（接合面的抗弯剖面
模量W=12.71X106mm3）（7分）
2）若受力最大螺栓处接合面间的残余预紧力F''要保证6956N,计算该螺栓所需预紧力F'、所
受的总拉力F°。
（3分）
F=F1F2=11593.41（N）
（3）根据接合面间不出现间隙条件确定螺栓所需的预紧力F'：
（4分）
预紧力F'的大小应保证接合面在轴线右侧不能出现间隙，即：
b弟侧边界=—bpQ>0
12
M6xl06才、
P^~W~220x@00^20c6「2—“
600
”曲恻边界"阿=2^00~°159^°476=°°5（^）>°
..^'>（0159+0476）x22000=0.635x22000=13970（27）
结论：
为保证接合面不出现间隙.燥栓的预紧力円至少应大于13970^
（12分）
£
i•试说明实现轴上零件轴向固定的五种方法，并分别画出相应于各种轴向固定方法的结构图；画出
四、结构题（20分）
现周向固定（普通平键）（1分）和轴向固定（轴肩和轴端挡板）（1分）4.5分
Fr=—玉—=6956+0.7x11593,41=15071.43（N）
Cq+Cq
Fo=F+Frt=11593.41+G955=18548.41（JV）
（1包—）2
2）若F'=6956N，则：
（3分）
2•图d和图e为凸缘联轴器的两个半联轴器的将两根轴连接起来的两种形式的部分结构，请将未画出的其余部分补全，成为完整的结构。
（5分）
3.现有成品一级标准圆柱齿轮减速器一台，输入轴与小齿轮采用普通平键连接，轴与小齿轮轮毂配
合段轴颈直径d=40mm，该轴段长度l=58mm，键槽长L=50mm,小齿轮轮毂键槽深ti=3.3mm。
为
得到比现有减速器更大的减速比，现在需要重新设计、更换齿轮。
已知重新设计得到的齿轮模数
m=3.0mm,小齿轮齿顶圆直径dai=69mm,齿根圆直径dfi=55.5mm，齿宽bi=60mm，如果采用该小
齿轮，
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