机械设计2模拟试题集及答案.docx

1、机械设计2模拟试题集及答案机械设计(2)模拟试题集及答案20XX-53.有一非液体润滑的径向滑动轴承，宽径比B/d=1，轴颈d=80mm,已知轴承材料的许用值为p=5Mpa, v=5m/s, pv=/s,要求轴承在n1=320r/min和n2=640r/min两种转速下均能正常工作，试求轴承的许用载荷的大小。解：1. 按许用平均压力求许用载荷Fmax1P=F/Bdp=5Mpa Fmax1Bd*p=320XXN 4分2. 按许用pv求Fmax2当n1=320r/min时,v1=dn/60*1000 = m/sv Pv=(F/Bd)*pv Fmax10*6400/= 而当n2=640r/min时，

2、v2= m/svPv=(F/Bd)*pv Fmax10*6400/= 5分 综上分析：该轴承的许用载荷F取 1分五、结构改错题1 如图所示为一轴系结构，试指出图中至少10处标有序号的错误或不合理结构的原因。解：评分参考标准：写对一个错误说明，则得一分，累积到10分为止，写错不得分，也不扣分，写出编号之外的其它结构错误，也可得分。 左右两个轴承内圈没有固定； 左右两个轴承外圈没有固定； 轴径太大，齿轮无法装拆；两个齿轮定位不可靠，轴段应比轮毂长度短2 3mm；为了减少装夹工件的时间，两个平键应布置在轴的同一条母线上； 两个轴承端盖与箱体之间均应有调整垫片； 轴承端盖上螺钉孔径应比螺钉外径大些；螺

3、孔应比螺钉头更深一些，螺纹底孔应比螺孔更深一些； 箱体上与两个端盖接触的平面均应高出一些，均为加工面； 两个齿轮齿顶圆均应倒角，共4处； 两个轴承端盖外圆外侧均应倒角； 螺钉应加弹簧垫圈防松；两个轴承端盖外面中间应凹下一点，以减少加工面。4120XX-52. 如图所示为一对正安装的角接触球轴承的轴系结构。试指出图中至少10处标有序号的错误或不合理结构的原因。答： 轴承端盖的加工面过大，工艺性差； 轴承装反 轴过长，动静干涉 轴承处不需要键连接 轴肩过高，轴承无法拆卸 轴头过长，夹紧不可靠 键太长 套筒直径太大，轴承无法拆卸 轴径太大，与轴承端盖有动静干涉 缺少密封(11) 缺轴肩，联轴器无法定

4、位(12) 两键不在同以母线上，工艺性差；(13) 缺少轴向夹紧。注：只要指出其中的10个错误就可以；如其中的9、10出秩序颠倒均可。 3下图为一轴系结构，试说明图中10处标有编号的错误或不合理结构的原因。注：写出图中除编号之外的其它结构错误，也一样得分。解：评分参考标准：写对一个错误说明，得一分，累积到10分为止；写错不得分，也不扣分，写出编号之外4220XX-5的其它结构错误，也可得分。带轮左端轴向固定不可靠，安装带轮的轴段应比轮毂长度短2 3mm； 左右轴承端盖外面中间应凹下一点，以便加工表面与非加工表面的区分； 端盖无密封装置；左右轴承盖与箱体间缺调整间隙的垫片； 挡油环与箱体孔相接触

5、；两套筒外径太大，轴承无法拆卸；齿轮轴向固定不可靠，安装齿轮的轴段应比轮毂长度短2 3mm； 齿轮无安装定位基准，应在此设一轴环或轴肩； 键过长，套筒无法安装；精加工面太长，轴承安装不方便。4如图所示为一轴系结构，试指出图中至少10处标有序号的错误或不合理结构的原因。解：评分参考标准：写对一个错误说明，则得一分，累积到10分为止，写错不得分，也不扣分，写出编号之外的其它结构错误，也可得分。带轮左端轴向固定不可靠，安装带轮的轴段应比轮毂长度短2 3mm； 左右轴承端盖外面中间应凹下一点，以便加工表面与非加工表面的区分； 透盖无密封装置；左右轴承盖与箱体间缺调整间隙的垫片； 挡油环与箱体孔相接触；

6、两套筒外径太大，轴承无法拆卸；齿轮轴向固定不可靠，安装齿轮的轴段应比轮毂长度短2 3mm； 齿轮无安装基准，应在此设一轴肩； 键过长，套筒无法安装；精加工面太长，轴承安装不方便； 左轴承端盖孔与轴相接触；带轮无轴向定位，应在此设一轴肩； 带轮无周向固定，应安装一平键。4320XX-55如图所示为一对正安装的角接触球轴承的轴系结构。试指出图中至少10处标有序号的错误或不合理结构的原因。解：箱体与轴承盖缺螺钉连接；左轴承安装反了，两轴承安装应构成正安装； 轴太长，已碰到了左轴承端盖，动静接触； 安装轴承无需键，故此处键槽多余； 轴肩过高，左轴承无法拆卸；三面贴合，齿轮固定不可靠； 键太长，右边套筒

7、无法安装； 套筒外径太大，右轴承无法拆卸； 精加工面过长，应设计成阶梯轴；右轴承透盖与轴间应有间隙，并加上密封装置； 联轴器无轴向固定；轴上两个键槽不在同一母线上，轴的结构工艺性差； 联轴器无键槽，键根本无法安装。6已知某轴系的结构如下图所示，图中某些标号所示位置有可能存在结构错误，如确认有错误，请指出相应错误，并用文字说明如何改正。(16分)1、 缺少调节垫片，加垫片2、 端盖不应与轴相接触，保留间隙 4、缺少调节垫片，加垫片4420XX-55、套筒定位高度太高，可改成轴肩结构6、加工面太长，套杯中间与轴承不接触的部分可加大内径，减少加工面 7、轴承内圈定位不可靠，轴肩相比轴承内圈应往左侧稍

8、微缩进 8、轴承外圈无法拆卸，套筒的定位高度应少于轴承外圈厚度 9、锥齿轮定位不可靠，轴端应往左侧缩进，不与轴端挡圈接触。7下图为一轴系结构，试说明图中10处标有编号的错误或不合理结构的原因。 注：写出图中除编号之外的其它结构错误，也一样得分。答：1. 键太长2. 缺定位轴肩3. 固定端盖与转轴接触 4. 无密封件5. 端盖中部应凹进,以便减少加工面 6. 缺垫片7. 轴承装反(应正安装) 8. 套筒应比内圈低9. 齿轮轴向固定不可靠,应缩短该轴段23mm 10.轴承内圈左侧无轴向固定8如图所示为一对正安装的角接触球轴承支承的轴系，齿轮用油池润滑，轴承用脂润滑，轴端装有带轮。试指出图中至少10

9、处标有序号的错误或不合理结构的原因。45解：带轮左端轴向固定不可靠，安装带轮的轴段应比轮毂长度短2 3mm； 左右轴承端盖外面中间应凹下一点，以便加工表面与非加工表面的区分； 透盖无密封装置；左右轴承盖与箱体间缺调整间隙的垫片； 挡油环与箱体孔相接触；两套筒外径太大，轴承无法拆卸；齿轮轴向固定不可靠，安装齿轮的轴段应比轮毂长度短2 3mm； 齿轮无安装基准，应在此设一轴肩； 键过长，套筒无法安装；精加工面太长，轴承安装不方便； 左轴承端盖孔与轴相接触；带轮无轴向定位，应在此设一轴肩； 带轮无周向固定，应安装一平键。9. 下图为一轴系结构，试写出图中10处标有编号的错误或不合理结构的原因。 注：

10、写出图中除编号之外的其它结构错误，也一样得分，不考虑图中的倒角及圆角。答： 轴承端盖的加工面过大，工艺性差； 轴承装反 轴过长，与端盖动静干涉 轴承处不需要键连接 轴肩过高和套筒直径太大，使左、右轴承无法拆卸 该轴段应比其上齿轮宽度小，否则齿轮夹紧不可靠 键太长 两键不在同以母线上，工艺性差； 缺少密封且轴与端盖动静干涉 缺轴肩，联轴器无法轴向定位注：只要写出10个错误名称就可以满分。20XX-54620XX-5机械设计模拟试卷及参考答案一、是非题1. 在链传动设计中，链节数一般选奇数为宜。2. 在蜗杆传动中，当量摩擦系数随齿面相对滑动速度的增大而增大。 (3) 3. 单万向联轴器的从动轴角速

11、度不均匀，改用双万向联轴器后，从动轴的角速度即可变为均匀。 (3) 4. 为了提高轴的刚度，轴的材料可以采用合金钢来代替碳素钢。7. 滚动轴承的静强度安全系数S0只能大于1。8. 动压滑动轴承热平衡计算时，若进油温度ti350mm，且工作温度变化较大的轴，可将滚动轴承支承设计为一端固定，另一端能轴向游动的结构。 解：验算速度 vnd600100601000601000 m/s v= 5 m/s符合速度要求，否则不能承受载荷，无需再继续计算F根据： pvFndBd601000pv=15 MPa2m/s 得到： F 6104pvBn6000015100600= 47746 N根据： pFBdp =

12、 8 MPa得到： F pBd8100100= 80000 N取上述二者较小者，所以许用载荷F=47746 N3一轴两端各一个30208轴承支承，受力情况如图所示，F1=1200N，F2=400N，载荷系数fp=。试求：求出两支承处的径向合成支反力Fr1和Fr2； 求出两轴承所受的轴向载荷Fa1和Fa2；求出两轴承的当量动载荷P1和P2； 哪个轴承寿命短，为什么？在其他条件不变情况下，把轴承2的当量动载荷减小一半，其寿命提高多少倍？注：已知轴承额定动载荷C=63000N，派生轴向力FFdr2Y； 表中为径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Ye Fa/Fre Fa/Fre X Y X Y 1 0解：

13、3620XX-51)：m1(F)Fr2250F2100F1(250120)0得：Fr21616NFr1Fr2F10得：Fr1F1Fr2416NFd12）：派生力：Fd2Fr1416130N ,2Y2Fr21616505N2Y2Fd2F2505400905NFd1130N。轴承被“压紧”，轴承“放松”。Fa1F2Fd2905N , Fa2Fd2505NFa1905e , X1,Y1)）：P 1fp(X1Fr1Y1Fa1)(416905Fa2505e , X21,Y20Fr21616P2fp(X2Fr2Y2Fa2)(116160)）因为P2P1，根据当量动载荷与寿命成反比，所以轴承2的寿命较短。

14、5）设轴承的载荷P2减小一半为P，相应的轴承寿命为L106C106C106CL 2Lh2223Lh260nP60nP2/260nP2故轴承的载荷减小一半，轴承寿命将提高到原来的10倍多。1已知某轴一对圆锥滚子轴承支承，受两个外力作用，力的方向和结构尺寸如下图所示，轴的转速n=1000r/min，外部径向力Fre=20XXN，外部轴向力Fae=1000N，载荷系数fp= 。试：1）计算两轴承支承处所受的径向力Fr1和Fr2； 2）计算两轴承所受的轴向载荷Fa1和Fa2；371020XX-53）计算两轴承的当量动载荷P1和P2； 4）计算寿命较短的那个轴承的寿命注：已知轴承额定动载荷C=50000

15、N，e=，派生轴向力FFrd2Y轴承的径向动载荷系数X和轴向动载荷系数YFa/Fre Fa/Fre X Y X Y 1 0解：1）1）计算两轴承支承处所受的径向力Fr1和Fr2于两个外力都在铅直面内，水平面内无外力，见上图 因此：Fr2200Fae100Fre(20XX00)0即Fr220XX00010020XX(20XX00)0解得：Fr22500N Fr1Fr2Fre0得：Fr120XX2500500N2）计算两轴承所受的轴向载荷Fa1和Fa2FFr1d1派生力：2Y5002 FFr2d22Y2500238Fd2Fae1000Fd1轴承1被“压紧”，轴承2“放松”。Fa1F2Fd2 Fa2

16、Fd2)计算当量动载荷PFa1Fe , X1,Y1P1fp(X1Fr1Y1Fa1)(500)6100NFa2Fe , X21,Y20r2P2fp(X2Fr2Y2Fa2)(125000)5000N4）计算寿命较短的那个轴承的寿命因为P1=6100N P2=5000N，根据当量动载荷与寿命成反比，所以轴承1的寿命较短10L106C10650000h160n(P)31601000(6100)2.如图所示，手动绞车采用蜗杆传动，m=8mm，q=8，z1=1，z2=40，卷筒直径D2=200mm，试求：使重物上升1m手柄所转圈数n1，并在图中标出手柄的转向；若蜗杆和蜗轮间当量摩擦系数fv=，求传动的啮合

17、效率1，传动能否自锁？ 若起重量Q=104N，人手推力P=200N，求手柄长度L； 重物上升时蜗轮所受的力的大小及方向。解：n1000D,n4010002z10001in221200(圈） 2分 2z1D2手柄转向n1见图。 1分20XX-539tan1z1qtan1187730 1vtanfvtan111836v,蜗杆传动自锁。5分tantan77301tan(730111836)%v)tan(7蜗轮转矩TD2Q22，蜗杆转矩T1PL Tz2T1i1T12zzD1PL21Q22 4分 1z1QD2z4200L211021P 1z220XX0蜗杆转矩T1PL20XX6660Nmm 蜗轮转矩T2

18、QD2210420XX106NmmF2Tt222T22106d6250N2mz2840Fa2F2Tt112Td12666602083N 1mq88Fr2Ft2tan6250tan202275N各分力的方向见解图。 3分20XX-54020XX-51) 计算手柄转臂的长度L2) 计算蜗杆和蜗轮轮齿上的圆周力、径向力和轴向力大小。3) 标出蜗杆轮齿上述的圆周力、径向力和轴向力的方向解1) T2=Q3D/2=80003300/2= T1= T2/i/=120XX00/30/=80000其中i =z2/z1 =30/1=30L= T1/F=80000/250=320 mm2) Ft1= Fa2 =2T

19、1/d1 =2380000/80=20XX NFa1=Ft2=2T2/d2 = /240=10000 N其中：d2=m3z2=8330=240 mmFr1= Fr2 =Ft2tan=100003tan20o =3640 N3）见图2已知链条节距 p = mm，主动链轮齿数z1=23，转速n1= 970 r/min，试求平均链速v、瞬时最大链速vmax和瞬时最小链速vmin。解：n1z1p97023 m/s60小链轮半径：r1 mm1801802sin2sinz123平均链速： v小链轮角速度：1则最大链速：n13097030vmax1r17105mm/s = m/svmin1r1cos1801

20、80 m/sz12326最小链速：20XX-53下图所示的轴上装有一个斜齿圆柱齿轮，该轴支承在一对正装的角接触球轴承上。齿轮轮齿上受到圆周力Fte=6000N，径向力Fre=3000N，轴向力Fae=20XXN，齿轮分度圆直径d=100mm，轴转速n=500r/min，载荷系数fp=。试计算两个轴承的基本额定寿命。Freae1FFte2附：角接触球轴承数据：e =；Cr = 36800N；Cr0 = 27200N； Fd = Fr 。Fa/Fr e 时，X=1，Y=0 ；Fa/Fr e 时，X=，Y=解：计算轴承上的径向载荷 共6分 H面：2分 1Fte2FrH1FrH2FrH1150FrH1

21、150FrH113Fre20XXN FrH2FteFrH14000NV面：2分 1Fre2FMaFaerv1Frv2MdaFae220XX50100000Nmm FrV1150Fre50MaF1rV1150(300050100000) FrV2FreFrF2221rH1FrV120XX2720XX-522Fr2FrH400022FrV2计算轴承上的轴向载荷 4分 7209AC轴承：Fd1Fd21Fd1FaeFd22FaeFd220XXFd1轴承1被压紧 轴承2被放松计算轴承当量动载荷4分Fa1FaeFd2Fa2Fd2ee X1,Y1 X21,Y20) 1fp(X1Fr1Y1Fa1)(2603P

22、2fp(X2Fr2Y2Fa2)(10)轴承寿命：4分 316667CrLn1nP1Ln21666736800(h) 64511666736800(h) 12825500316667CrnP21一轴两端各一个30208轴承支承，受力情况如图所示，F1=1200N，F2=400N，载荷系数fp=，试分别求两个轴承的当量动载荷。注：已知轴承额定动载荷C=63000N，派生轴向力FdFr； 2Y表9-1 径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y e X 1 Fa/Fre Y 0 X Fa/Fre Y 28解：m1(F)Fr2250F2100F1(250120)0得：Fr21616NFr1Fr2F10得：Fr

23、1F1Fr2416NFFr1d1派生力：2Y4162130N ,r22Y16162505NFd2F2505400905NFd1130N。轴承被“压紧”，轴承“放松”。20XX-52920XX-5Fa1F2Fd2905N , Fa2Fd2505NFa1905e , X1,Y1e , X21,Y20Fr21616P) 1fp(X1Fr1Y1Fa1)(416905P2fp(X2Fr2Y2Fa2)(116160)下图所示为一双蜗杆传动装置,输出轴蜗轮4的转向和蜗杆3的螺旋线方向见图上标记。设蜗杆3和蜗轮4为一标准普通蜗杆传动,已知参数为:m34=5mm，z3=2，z4=60，d3=63mm，=20，T

24、1=1500Nmm， 12=，i12=25, 34=。试：(1)欲使工作时中间轴的轴向力能抵消一部分,确定蜗杆1的转向及其旋向； (2)求蜗轮4螺旋角的数值4以及作用在蜗轮4上各分力的大小及方向。解：蜗杆1的转向应为顺时针，螺旋线的旋向应为“左旋”，如图所示。2分T3T2T1i121215002531875Nmm 2分60T4T3i343431875784125Nmm2zmz52tan33343,34q3d363Fa4Ft3Ft42T3231875 9分2T4278412560Fr4Ft4tantan20各分力方向见图。3分3020XX-53.已知某不完全液体润滑径向滑动轴承的轴瓦宽B=100

25、mm,轴瓦材料的p=15Mpa,pv=/s,v=4m/s,宽径比为1，转速n=200r/min,求此滑动轴承许用载荷？ 解：宽径比B/d=1得：d=B=100mm1. v=dn/=*100*200/=/sv 2. p=F/Bdp 得： F115*100*100=150000N3. pv=(F/Bd)*vpv 得： F212*100*100/= 所以许用载荷F=min(F1 , F2)=4已知某轴的受力如下图所示。试计算支反力，画出其弯矩图，求出最大弯矩值。解：求支反力MA04RBM2F0MB04RAM2F0RARBY0得知 支反力计算无误。求几处弯矩值：在A点，M0MC左RA2MC右RA2M在

26、B点，M0画出弯矩图，如下图：3120XX-5最大弯矩 MmaxM1在图示传动系统中，件1和2均为斜齿圆柱齿轮，件3和4为蜗杆、蜗轮。已知：齿轮2的轮齿螺旋线方向见图。蜗杆轴上传递的功率P=3kw,蜗杆转速n3=1420 r/min,蜗杆系统的传动效率=，中心距 a=150mm, 蜗杆头数 Z3=2,蜗轮齿数Z4=50，模数m=5mm 。试：1）为使在轴上的齿轮2与蜗杆3的轴向力相互抵消一部分，蜗杆3的螺旋线方向应该是什么旋向？2)画出蜗杆3和蜗轮4在节点B处所受的圆周力、轴向力和径向力的方向，并在图中画出蜗轮4的转向；3)试求蜗轮所受圆周力、轴向力和径向力的大小。齿轮1 3 A 蜗轮4 B

27、电动机 齿轮2 3 蜗杆3解：1）见图2）见图3）见图转矩计算 664T1=/n1=/1420=45T2=T13i3=(50/2) =各分力计算4Ft2=2T2/d2=/250=3027 N 其中：d2mZ25350250mm0Fr2=Ft23t=20=1102 N4F2=Ft1=2T1/d1=/50=807 N 3220XX-5其中：d12-mZ223150-535050mm2. 下图所示的轴上装有一个斜齿圆柱大齿轮，采用一对角接触球轴承来支承。已知轴的转速n=1000r/min，齿轮分度圆直径d=200mm，作用于其上的径向力Fre =5000N，圆周力Fte=6000N，轴向力 Fae

28、=1000N，三个力的方向和齿轮位置尺寸见下图，载荷系数fp=，试：1）求出两轴承所受的径向力Fr1和Fr2和轴向载荷Fa1和Fa2； 2）求出两轴承的当量动载荷P1和P2和基本额定寿命。(20分)注：已知角接触球轴承的e=，C=49000N。Fa/Fre时，X=1，Y=0；Fa/Fre时，X=，Y= 。派生轴向力Fd1=eFr1 、Fd2=eFr2解：1）求出两轴承所受的径向力Fr1和Fr2 在水平面内列平衡方程为：FHr1300Fte1000，3320XX-5即 FHr130*0解得：FHr120XXN。FHr1FHr2Fte0解得：FHr2FteFHr1600020XX4000N在铅直面内列平衡方程为：FVr1300Fre100Fae1000即FVr130*10001000， 解得：FVr120XXNFVr1FVr2Fre0 。即20XXFVr250000 解得FVr23000N所以 F22r1FHr1FVr120XX220XX22828N F222r2FHr2FVr24000230005000N2）求出两轴承所受的轴向载荷Fa1和Fa2派生轴向力：Fd1eFr128281923NFd2eFr250003400N 1Fd1FaeF2d2因为Fd2Fae340010004400NFd11923 所以轴承1被“压紧”，轴承2“放松”。Fa1