二 简答题(共5题，每题6分)

1 简述齿轮传动的失效形式和开式齿轮传动的设计准则 答：失效形式包括： 轮齿折断（1分）、齿面疲劳点蚀（1分）、齿面磨损（1分）、齿面胶合（1分）、轮齿塑性变形（1分）。

开式齿轮传动的设计准则：按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后考虑磨损的影响将模数适当加大。（1分） 2 以框图形式说明转轴的设计过程。

已知条件选择轴的材料初算轴径结构设计计算弯矩校核计算完善设计修改直径转轴设计程序框图

3简述蜗杆传动的正确啮合条件。

答：中间平面上，蜗杆轴向模数与蜗轮端面模数相等，均为标准值（2分）；蜗杆轴面压力角与蜗轮端面压力角相等，且为标准值（2分）；蜗杆与蜗轮轮齿的螺旋线方向相同并且蜗杆分度圆柱上的导程角等与蜗轮分度圆柱上的螺旋角。（2分）

4 简述动载系数Kv和齿间载荷分配系数Kα的含义并各举出两个主要影响因素。

答：动载系数Kv是考虑由于齿轮制造精度、运转速度等轮齿内部因素引起的附加动载荷影响系数。（1.5分）

影响Kv的主要因素有由基节和齿形误差产生的传动误差、节线速度误差和轮齿啮合刚度等。

齿间载荷分配系数Kα是考虑同时啮合的各对轮齿载荷分配不均匀对轮齿应力的影响系数。（1.5分）

影响K?的主要因素有轮齿制造误差，特别是基节偏差、轮齿的啮合刚度、重合度和跑合情况等。 三 分析计算题

1．如图a、b分别为二级标准斜齿圆柱齿轮减速器的两种布置形式。已知齿轮2模数mn2=2.5mm，z2=57，β2=13°；齿轮3模数mn3=3mm，z3=19；齿轮4轮齿旋向为右旋。若主动轴I转向如图所示，试：

1）图a、b两种布置形式哪种布置合理？并分析为什么？（2分） 2）为使中间轴Ⅱ的受力合理，试确定齿轮2轮齿旋向。（2分） 3）在你认为齿轮布置合理的图上，画出各齿轮受力方向。（3分）

4）为使轴Ⅱ的外部轴向力为零，试计算出齿轮3的螺旋角β3的值？（7分）

5）若主动轴I转向相反，轴Ⅱ的轴向力还是否为零？（1分）

图a 图b 1）图b布置形式合理（1分）。理由：将齿轮布置在远离转矩输入端的位置，（1）可利用轴的弯曲和扭转变形的综合作用使齿轮的最大载荷降低；（2）也可使载荷分布不均状况得以改善（答对一个或两个理由都得1分）。 2）如本题答图a、b所示：a、b两图中齿轮2皆为左旋。(2分，每画对1个得1分)

3）如本题答图b所示：（总计6对分力总计3分。每画对1对分力得0.5分）

4）

齿轮2、3的圆周力分别为：

2cos?3TII2TII2TIIFt3???d3mn3z3/cos?3mn3z32TII2TII2cos?2TII （1）

Ft2???d2mn2z2/cos?2mn2z2（2分）

齿轮2、3的轴向力分别为：

Fa3?Ft3tan?3Fa2?Ft2tan?2（2分）

为使轴II的轴向力为零，应满足如下条件：

Fa3?Fa2?Ft3tan?3?Ft2tan?2 （2）

（1分）

将（1）式代入（2）式中整理得：

sin?3?（1分） 所

以

mn3z3mzsin?2??3?arcsin(n33sin?2)mn2z2mn2z2，

3?19?3?arcsin(sin13?)?5.12.5?57??。6??52?9?454 8

（1分）

6） 即使轴I反转，轴II的轴向力仍为零。（1分）

2（总15分）： 如图所示，一级斜齿圆柱齿轮减速器传动装置的小齿轮为悬臂布置形式。该齿轮的轴系采用一对角接触球轴承背对背安装的支撑形式。已知：

轴承径向载荷Fr1、Fr2方向如图所示，大小分别为：Fr1=5500N、Fr2=3000N，小齿轮轴向力A=1500N。轴承内部轴向力按S=0.4Fr计算。 1）分别计算图该对轴承的轴向力Fa1、Fa2。（8分）

2）若该对轴承的寿命为8000小时，现将载荷加大一倍，将转速减小一半，试计算后确定该对轴承能否满足载荷及转速改变后寿命至少2500小时的工作要求？（7分）

1） S1=0.4Fr1 = 0.4x5500 = 2200(N) ，方向向左； （1分）

S2=0.4Fr2 = 0.4x3000 = 1200(N) ，方向向右； （1分） 根据轴的转向及小齿轮旋向判断出：小齿轮轴向力A向左。（3分） S1+A = 2200+1500 = 3700 (N) > S2 = 1200 (N) （1分） 所以，Fa2 = S1+A = 3700 N （1分）

Fa1 = S1 = 2200 N (1分)

（以上步骤中公式正确、轴向力A方向判断正确，仅计算结果错误，只扣1分。） 2）

Lh?106(fTCfPP)3(60n)L'h?106(fTCfP(2P))3(60n2)?2Lh/8?2?8000/8?2000(小时)?2500(小时)(3分)(3分)

（1分）结论：不满足。 （没有中间步骤和计算公式，只答不满足，“蒙对的”

给1分）

四 结构题

1 下图分别用六角头M16的普通螺栓、六角头M16的铰制孔螺栓连接两块厚度为20mm的钢板，采用弹簧垫圈，补画出其余结构线条，并注明那个是普

通螺栓连接，那个是铰制孔螺栓连接（4分）。 答案：

普通螺栓连接（2分） 铰制孔螺栓连接（2分）

2 (结构设计题)指出齿轮轴系结构图中的错误（指出并改正8处即可），说明错误原因，并在中心线上方画出正确结构（16分）。已知： 1）齿轮是油润滑，轴承是脂润滑；

2）轴承为深沟球轴承。

答案：任意标出8处错误，并在上部改正这8处错误（每处2分）。 错误1：键槽的长度不能大于与其连接的联轴器轴毂的长度； 错误2：联轴器没有轴向定位； 错误3 ：没有密封；

错误4 ：密封处的轴径不能和轴承安装处的轴径相同；

错误5：轴承端盖作为轴承外圈的定位，其内圈直径不能小于轴承外环内径；

错误6：套筒作为轴承内圈的定位，其外径不能大于轴承内环外径； 错误7：螺栓连接处的画法不对，包括螺纹画法和光孔的画法； 错误8：没有画剖面线； 错误9：用套筒对齿轮进行轴向定位时，套筒不能同时与轴肩和齿轮接触； 错误10：两个键槽的位置应在同一直线上，确保两个键槽一次装夹加工出来；

错误11：轴肩作为轴承内圈的定位，其直径不能大于轴承内环外径； 错误12：同错误5；

错误13：没有画剖面线；

错误14：轴的伸出长度不应超过联轴器，这样无法实现两个半联轴器的连接；

错误15：联轴器没有实现轴向固定，可采用紧定螺钉或轴端挡圈固定； 错误16：齿轮是油润滑，轴承是脂润滑，因此应该有两个挡油环。

机 械 设 计试卷4

三、分析题

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。

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?max＝？ （5分）

四、计算题

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 = 97.8 kN。轴承受径向力Fr1= 6000N，Fr2 =16500N。轴的转速 n =500 r/min，轴上有轴向力FA = 3000 N，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) 1 0 0.4 1.5 S e Fa/Fr≤e Fa/Fr＞e Fr 2YX Y X Y 0.40

2、一牵曳钩用2个M10(d1=8.376mm)的普通螺栓固定于机体上，如图所示。已知接合面间摩擦系数 f =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σs=360MPa，安全系数S=3。试计算该螺栓组连接允许的最大牵引力R max=?（6分）

五、改错题

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）

三．1如图所示二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器，I、III轴分别为输入和输出轴。已知1轮的转向和螺旋线旋向，欲使II轴上两轮的轴向力抵消一部分，要求：

1）画出2、3、4轮螺旋线旋向；

2）画出2、3轮的圆周力、轴向力和径向力的方向及2轮的转向。

2如图所示螺栓联接中采用两个M20的螺栓，其小径d1＝17. 294mm，螺栓许用拉应力[?]?160MPa，被联接件结合面的摩擦系数f＝0.20，可靠性系数Kf?1.2。试计算联接容许传递的静载荷Q。

3．某矿车自重1吨，载重3吨，矿车的两根同样的车轴各支承在同样的一对车轮上，支承距a=600mm，轨距b=900mm，若车轴材料的许用弯曲应力[σ]=70N/mm2，试画出车轴的弯矩图并确定车轴危险断面的直径d。

4．一工程机械中的传动装置，根据工作条件决定采用一对圆锥滚子轴承，并暂定轴承型号为30308，已知轴承载荷R1＝2400N，R2＝5000N，轴上的轴向载荷Fa＝800 N，轴转速n=500r/min，运转中取载荷系数fp＝1.5，预期寿命L’h＝12000小时，试求：

（1） 两轴承的轴向力A1，A2 （4分）

（2） 两轴承的径向载荷系数x1, x2以及轴向载荷系数y1,y2（4分） （3） 两轴承的当量动载荷P1，P2（4分） （4） 该轴承是否满足寿命要求？（2分） （注：30308轴承：额定动载荷C＝90800N，额定静载荷C0r＝108000N，e=0.35，y=1.7。

AA当?e时，x=0.4,y=1.7；当?e时，x=1，y=0） RR

机械设计试卷2

二、问答题

1、试分析影响带传动所能传递最大有效圆周力Fmax 的主要因素。（5分）

2、试说明齿形系数YF与齿轮的哪些参数有关，YF对齿根弯曲应力?F有何影响？（5分）

3、为提高轮齿的抗折断能力，可采取哪些措施？（5分）

4、螺纹联接防松的实质是什么？按工作原理分，防松的方法有哪几类？（5分）

5、什么是滚动轴承的基本额定动负荷？其方向是如何确定的？（5分）

6、简述非液体摩擦径向滑动轴承校核计算的主要内容？（5分）

三、分析计算题

1、如图示，卷筒与齿轮用普通螺栓联接在一起（螺栓个数Z=8），轴不旋转，卷筒与齿轮在轴上旋转，已知卷筒所受旋转力矩T=107Nmm，螺栓分布直径D0=500mm，卷筒与齿轮接合面间摩擦系数f=0.12，可靠性系数Kf =1.2，螺栓材料的屈服极限σS=300Mpa，安全系数S=3。试设计该螺栓组的螺栓直径。（10分）

普通螺纹基本尺寸表（第一系列） 公称直径d 中径d2 小径d1 螺距p 24 22.051 20.752 3 30 27.727 26.211 3.5 36 33.402 31.670 4 42 39.077 37.129 4.5 48 44.725 42.587 5

2、如图所示，a)、b)分别为斜齿圆柱齿轮的悬臂布置和对称布置的支承形式。

图1)、2) 分别为一对角接触球轴承背对背、面对面安装支承形式。

1）请合理选择斜齿轮不同布置形式下，一对角接触球轴承的支承形式，你认为正确的，在“□”中打“√”：

图a)所示悬臂布置宜采用： □图1)； □图2) 图b)所示对称布置宜采用： □图1)； □图2)。（2分）

2）根据1）中的选择结果计算图a）所示情况下，轴承的轴向力Fa1、Fa2。

已知：轴承径向载荷Fr1、Fr2、齿轮的轴向力A方向如图所示，大小分别为：Fr1=4000N、Fr2=2000N，A=2000N。轴承内部轴向力S=0.4Fr。

（4分）

3）若该对轴承的寿命为5000小时，现将当量动载荷加大一倍，将转速减小一半，试计算后确定该对轴承能否满足载荷及转速改变后寿命至少1000小时的工作要求？（4分）

3、在图示传动系统中，1和2均为斜齿圆柱齿轮，3为蜗杆， 4为蜗轮。已知齿轮1轮齿螺旋线方向为左旋，其转向如图所示，试回答下列问题： 1）齿轮2的轮齿螺旋线方向是 旋。（1分） 2）在图中画出齿轮1、齿轮2在节点A所受的轴向力Fa1和Fa2的方向。（2分） 3）为使在Ⅱ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 旋，并在图中画出蜗杆的旋向；在节点B处画出蜗杆3所受的轴向力Fa3、圆周力Ft3和径向力Fr3的方向，在节点B处画出蜗轮4所受的圆周力

Ft4和径向力Fr4的方向，在图中画出蜗轮4的转动方向。（8分）

蜗轮4 齿轮1

× Ⅰ · A · B × Ⅱ 电动机 蜗杆3

齿轮2

4、一对标准斜齿圆柱齿轮传动如图所示，已知：输入轴转速n1?960r/min，输入功率P?3kW，齿轮齿数z1?21，z2=62，法向模数mn?2.5mm，分度圆螺旋角??8.849725?，分度圆柱上的法面压力角?n?20?，试计算： （1）输入轴I上的转矩；（2）大斜齿圆柱齿轮上三个分力的大小。（4分）

四题

四、结构题（10分）

1、如图所示，已知圆锥滚子轴承安装在零件1的轴承座孔内。由于结构限制，设计时不能改变零件1的尺寸。试问：采用何种方法以便于轴承外圈拆卸？并在右侧图上画出零件1的结构。（2分）

2、写出实现上零件轴向固定的四种方法，并画出相应的结构图。（8分）

机械设计试卷5

三、简答题

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：

FF内部轴向力FS＝0.68FR，e＝0.68。当A≤e时，X＝1，Y＝0；当A＞e时，

FRFRX＝0.41，Y＝0.87。问哪个轴承的寿命低？

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。

1Fx=900N2FR1=4000NFR2=2500N 五题 四题

六、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、…）

机械设计试卷6

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。

3．简述齿向载荷分布系数K?和齿间载荷分配系数K?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

?3=400 MPa。?2＝450 MPa，次数n1＝5×104；（2）循环次数n2＝2×105；（3）

求：发生疲劳破坏时，?3的循环次数n3＝？

五、（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。 ＊当

1FxFAF≤e时，X＝1，Y＝0；当A＞e时，X＝0.41，Y＝0.87。

FRFR2FR1FR2 六、（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。

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。

（2） 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。

Ⅱ31Ⅲ4n1Ⅰ2

机械设计试卷7

三、简答题：本大题共3个小题，每题5分，共15分。把答案填在题中横线上。

1．简述螺纹联接的基本类型主要有哪四种？

2．简述带传动的优点？

3．链传动的主要失效形式有哪些？ 四、计算题：

1下图表示两平板用2个M20的普通螺栓联接，承受横向载荷F=6000N，若取接合面间的摩擦系数?=0.2，可靠性系数KS=1.2，螺栓材料的的许用应力[σ]=120N/mm2，螺栓的小径d1=17.294mm。试校核螺栓的强度。（10分）

2．一转轴被支承在两个型号为30208的圆锥滚子轴承上。已知：轴的转速为970 r／min，轴承I及轴承Ⅱ所受径向负荷分别为Fr1=2000N及FrⅡ=3000N，轴承基本额定动负荷Cr=34000N，e=0.38，轴向派生力Fd=Fr∕2Y；Fa∕Fr>e时：X=0.4、Y=1.6；Fa∕Fr ≤e时，X=1、Y=0；轴向外载荷FA=500N(方向如图所示)。设载荷平稳(fp=1)，试计算轴承1、2的当量动载荷P1、P2。 Fd1 Fd2

五、结构改错题：请用圆圈标出错误的位置，满分8分

二、问答题〔每题6分、计30分〕

1、分别说明普通螺纹、梯形螺纹的特点和应用场合。

2、分别说明硬齿面闭式齿轮传动和闭式蜗杆传动的主要失效形式与设计准则。

3、什么是摩擦型带传动中的弹性滑动现象？可否避免？它对带传动有何影响？

4、齿轮传动中的载荷系数K为四个系数的乘积，K=KAKVKβKα，分别说明KV

和Kβ的名称及引入该系数是为了考虑了哪些方面的影响。

5、写出一维流体动压基本方程（雷诺方程）并利用该方程说明形成流体动压润滑的必要条件。 三、分析计算题

1、在图示电动绞车系统中，件1和2均为斜齿圆柱齿轮，件3为蜗杆，件4为蜗轮。已知蜗轮蜗杆均为右旋，并且设计时Ⅱ轴上的齿轮2与蜗杆3的轴向力能够相互抵消一部分，试回答下列问题(共16分)： ①齿轮1的轮齿螺旋线方向是 旋。（2分）

②在图中用箭头表示出重物上升时齿轮1和齿轮2的转动方向以及齿轮2在节点A所受的轴向力Fa2的方向。（4分）

③重物上升时，在节点B处画出蜗杆3所受的轴向力Fa3、圆周力Ft3和径向力Fr3的方向，在节点B处画出蜗轮4所受的圆周力Ft4的方向。（4分）

④若起重量W=50000N，蜗杆头数z3=2，蜗杆分度圆直径d3=100mm，蜗轮齿数z4=60，模数m=5，卷筒直径D=300mm，传动效率η=0.75。试求节点B处

齿轮1×A·ⅠB蜗杆3Ⅱ电动机齿轮2×·蜗轮4DWFa3和Fa4的大小。

2、如图所示，某轴由一对7209 AC轴承支承，轴承采用面对面安装形式。已知两轴承径向载荷分别为Fr1=3000N，Fr2=4000N，轴上作用有轴向外载荷A=1800N。载荷平稳，在室温下工作，转速n=1000r/min。该轴承额定动载荷C=29800N，内部轴向力S=0.4Fr，e=0.68，当量动载荷系数如下表所示。试计算此对轴承的使用寿命。（9分）

Fa/Fr>e Fa/Fr≤e X Y X Y 0.41 0.87 1 0

四、结构题（20分）

1、如下图所示，轴承部件采用左端固定右端游动支承结构，指出图中错误并在不改变轴承类型前提下画出正确结构。直接画在中心线下方，轴承

可采用简化画法。（6分）

2、如图连接面受转矩作用，利用四个螺栓完成连接，重新布置螺栓组使其受力更为合理，并在右边画出铰制孔用螺栓连接结构示意图。（6分） T T

3、完成图中轴系部件结构。（8分）

机械设计课程试题

二、说明下列滚动轴承代号的意义 (本大题共4小题，每小题4分，总计16分)

1、6209 2、7311AC/P4/DF 3、30420/P2/DB 4、N220/P5

三、计算题（共30分）

1、.图示托架受铅垂力F（N），托架与托体之间的摩擦系数为μs,,可靠系数Kf=1,螺栓与被联接件的相对刚度为0.2，螺栓材料的许用应力为[σ]，按步骤列出螺栓根径d1的计算式。（14分）

2、一轴上有一对30204圆锥滚子轴承，轴承受载荷FR?5400N，FA?2700Nn=1250r/min ，运转时有轻微冲击fp?1.1，试计算这对轴承当量动载荷p和寿命L10h。轴承参数：d=20mm；C0r?30500N； Cr?28200N；e?0.35；Fa/Fr≤e，x=1，y=0；Fa/Fr>e，x=0.4，y=1.7，[注：Fs?Fr/(2Y)] (本题16分)

1FF2

四、分析题（18分）

图示蜗杆-斜齿轮传动，已知蜗杆为左旋，转向如图示，蜗杆m=8mm，d1=64mm(q=8)，z1=2，z2=42，蜗杆输入转矩T1=38000N.mm，蜗杆传动效率?＝0.75。试求：

1）画出蜗轮的转向； 2）欲使II轴的蜗轮2和齿轮3的轴向力抵消一部分，决定斜齿轮3、4的螺旋线方向；

3）分别求出蜗杆、蜗轮上各力的大小和方向。

五、指出下列轴系错误，并将正确的结构画在轴心线下面（14分）。