2022年机械设计考试试题及答案汇总 .pdf
第1页 共16页1. 齿轮强度计算中，有哪两种强度计算理论？分别针对哪些失效？假设齿轮传动为闭式软齿面传动，其设计准则是什么？6 分齿面的接触疲劳强度和齿根的弯曲疲劳强度的计算，齿面的接触疲劳强度针对于齿面的疲劳点蚀失效和齿根的弯曲疲劳强度针对于齿根的疲劳折断。齿轮传动为闭式软齿面传动，其设计准则是按齿面的接触疲劳强度设计，校核齿根的弯曲疲劳强度。2、连接螺纹能满足自锁条件， 为什么还要考虑防松？根据防松原理，防松分哪几类？ 8分因为在冲击、振动、变载以及温度变化大时，螺纹副间和支承面间的摩擦力可能在瞬间减小或消失，不再满足自锁条件。这种情况多次重复，就会使联接松动，导致机器不能正常工作或发生严重事故。因此，在设计螺纹联接时，必须考虑防松。根据防松原理，防松类型分为摩擦防松，机械防松，破坏螺纹副关系防松。3、联轴器和离合器的功用是什么？二者的区别是什么？6 分联轴器和离合器的功用是联接两轴使之一同回转并传递转矩。二者区别是：用联轴器联接的两轴在工作中不能别离，只有在停机后拆卸零件才能别离两轴，而用离合器可以在机器运转过程中随时别离或接合两轴。4、链传动产生动载荷的原因是什么？为减小动载荷应如何选取小链轮的齿数和链条节距？6 分小链轮的齿数不宜过小和链条节距不宜过大。二、选择题在每题假设干个选项中选出正确的选项填在横线上。本大题共 12 小题，总计 24 分1、当两个被联接件之一太厚，不易制成通孔且需要经常拆卸时，往往采用B。A螺栓联接B双头螺柱联接C螺钉联接2、滚动轴承中，为防止轴承发生疲劳点蚀，应进行A 。A. 疲劳寿命计算B. 静强度计算C. 极限转速验算3、阿基米德蜗杆的A 参数为标准值。A. 轴面B. 端面C. 法面4、一对相啮合的圆柱齿轮的Z1Z2， b1b2,其齿面接触应力的大小为A 。A. H1=H2B. H1H2C. H1H25、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限制弯曲应力得分精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 16 页C限制小带轮上的包角D保证带和带轮接触面间有足够摩擦力6、在齿轮抗弯强度的设计公式m 1212FaSadFKTY Yz中，应代入 _ C _ 。A.111FaSaFY YB.222FaSaFYYC.111FaSaFY Y与222FaSaFYY中 大者D.111FaSaFYY与222FaSaFYY中小者7、链传动中，链节数常选偶数，是为了使链传动B 。A工作平稳B防止过渡链节C链条与链轮磨损均匀8、滑动轴承中，含油轴承是采用B 材料制成的。A硬木B粉末冶金C塑料9、承受预紧力F 的紧螺栓联接在受轴向工作拉力F 时，剩余预紧力为F ，其螺栓所受的总拉力 Fo 为_ B 。AFoF 十 F BFoF 十 F CFoF 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D 布置。A在同一条直线上B相隔 90C相隔 120D相隔 18011、以下零件的失效中，C不属于强度问题。A螺栓断裂B齿轮的齿面上发生疲劳点蚀C蜗杆轴产生过大的弯曲变形D滚动轴承套圈的滚道上被压出深的凹坑12、带传动发生打滑总是 _A_。A在小轮上先开始B在大轮上先开始C在两轮上同时开始D不定在哪轮先开始三、分析题本大题共 3 小题，总计 20 分1. 如下图， 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，各轮转向如下图。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，试确定 1、2、3、4 各轮的旋向；在图上标出 2 和 3 所受各力的方向。10 分得分精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 16 页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ABCD形成动力润滑的必要条件：1相对运动的两外表间必须形成楔形间隙；2被油膜分开的两外表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、如下图为带传动简图。轮1 为主动轮。试问：1带传动的主要失效形式有哪些？带传开工作时为什么出现弹性滑动现象？能否防止弹性滑动？2带传开工作时，带处于图中哪一点应力最大？最大应力max？5 分306hhhxp精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 16 页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，不可防止。图中 A 点应力最大，四、计算题本大题共 2 小题，总计 20 分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 ) 14 分解：3：轴承类型代号，圆锥滚子轴承；02：尺寸系列代号 0：宽度系列代号， 2：直径系列代号；12：内径系列代号，内径为60mm；公差等级为 0 级。1求内部派生轴向力 S1、S2的大小方向20005 .126000211YFSrN 55005.1216500222YFSrN 方向如下图。215000SNFSA，1轴承被“压紧”，2轴承被“放松”。2求轴承所受的轴向力AaFSF212500N 550022SFaN，3轴承的当量动载荷据：Fa1/ Fr1e = 0.40，得：X1 = 0.4，Y1P1 = fdX1 Fr1 + Y1 Fa12500 = 6150 N 得分S Fa/Fre Fa/Free YFr2X Y X Y 1 0 11maxbc精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 16 页据：Fa2/ Fr2 = 5500/16500 = 0.33 e，得：X2 = 1，Y2 = 0 P2 = fdX2 Fr2 + Y2Fa2 = 16500 N P2P1，用 P2 计算轴承寿命。4计算轴承寿命3106610165009780050060106010PCnLh12562 h 2、一牵曳钩用 2 个 M10(d1=)的普通螺栓固定于机体上， 如下图。已知接合面间摩擦系数f =0.15，可靠性系数Kf，屈服极限 s=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4*1.3* Fd求出预紧力： F最大牵引力与预紧力关系公式为RKzmFff最大牵引力为 R=1271N 五、改错题此题 10 分试分析如下图轴系结构中的错误，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 处得分精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 16 页指出错误之处，并编上号，简述其错误原因略。改正为：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 =15o ,螺纹副材料的当量摩擦系数f =0.080.10, 经计算该螺纹副a 自锁性要求。a 3. 导向平键连接的主要失效形式是工作面的磨损，设计时通过限制工作面间的压强来进行耐磨性计算；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 。o oc. 等于 40o 。5. 传动带所能传递的最大有效圆周力Fmax与初拉力 F0、带在小带轮上的包角 1、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、必须防止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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 16 页齿面材料较软、低速重载、频繁起动的传动中。7. 以下齿轮参数中，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 7212 C/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 = 15 o 。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，主要发生在轴瓦上。二、问答题 24 分,每题 4 分1. 齿向载荷分布系数K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？K的物理意义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2) 轴、轴承及机体的刚度3) 齿轮在轴上的布置合理选择4) 轮齿的宽度设计时合理选择5) 采用软齿面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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 16 页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1015% 。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。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。4 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 12 点 2 分，答出 34点分 3 分，答出 56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3) 滑动轴承可以做成剖分式的 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；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 16 页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、计算提升重物时的以下问题：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假设蜗杆与蜗轮齿面间当量摩擦系数f ，该机构能否自锁？ 2 分3假设重物 W=4kN，传动装置总的传动效率为 ，试计算出电机的输出转矩Tm应是多少？ 2 分4假设蜗轮轴采用如图b 所示的两个角接触轴承7209 C 支撑形式 , L=100mm，蜗杆传动效率1= ，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 2= ，轴承 7209 C 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 SFr，径向载荷系数X 和轴向载荷系数Y 分别为 0.44和 1.36 ，fT，fP，试计算轴承 II 的寿命 Lh为多少小时？ 10 分精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 16 页1蜗杆转： 1*50/(3.14*D)=50/(3.14*0.25)=63.69( 转) 1 分蜗杆转向 (1 分)、蜗轮轮齿旋向 (1 分)、蜗轮蜗杆受力分析方向如下图2 分 。2写出公式得 1 分，结论正确得 1 分。结论：该机构满足自锁性条件。3写出公式得，结论正确得。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。11tantan18.0tan1.080/81/tanfdmzNmmiTTNmmDWTTkNWWmW45102505.01055000002/25040002/4卷筒精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 16 页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=12.71 106mm3 7 分2假设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F0。 3 分11 、螺栓组联接受力分析：将托架受力情况分解成以下图所示的受轴向载荷Q和受倾覆力矩 M的两种基本螺栓组连接情况分别考虑。 2 分2计算受力最大螺栓的工作载荷F： 1 分Q使每个螺栓所受的轴向载荷均等，为)(50004200001NZQF倾覆力矩 M使左侧两个螺栓工作拉力减小；使右侧两个螺栓工作拉力增加，其值为：)(41.65935.22745 .22710626412max2NlMlFii显然，轴线右侧两个螺栓所受轴向工作载荷最大，均为：)(41.1159321NFFF3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：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 16 页2假设 F=6956N，则： 3 分四、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分评分标准：轴向固定：五种方法每种方法各0.5 分，每画对一种结构 1 分；齿轮2.5 分在轴端实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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 16 页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 t1=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da1=69mm, 齿根圆直径 df1=55.5mm，齿宽 b1=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 分标准答案：该小齿轮能否做成齿轮与轴分开决定了这根输入轴能否继续被使用的首要条件：结论：按着这根轴设计小齿轮轮毂结构必须做成齿轮与轴为一体的轴齿轮形式，因此，如果采用该小齿轮，原输入轴不能继续被使用，必须重新设计输入轴。一、选择题：此题共10 个小题，每题 2 分，共 20 分，在每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。把所选项前的字母填在题后的括号内。1在一般工作条件下，齿面硬度HB350 的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为【B】A轮齿疲劳折断B. 齿面疲劳点蚀C齿面胶合D. 齿面塑性变形2 带传动在工作时产生弹性滑动， 是由于【C】)(5.735.25 .2)(45.43 .375.73.32405 .55211mmmmmtddef精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 16 页A包角太小B. 初拉力 F0太小C紧边与松边拉力不等D. 传动过载3在以下四种型号的滚动轴承中，只能承受径向载荷的是【 B 】A6208 B. N208 C. 3208 D. 5208 4以下四种螺纹中，自锁性能最好的是【 D 】A粗牙普通螺纹B.细牙普通螺纹C梯形螺纹D.锯齿形螺纹5在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，可采用的方法为【 C 】A减小齿面滑动速度s B. 减少蜗杆头数 Z1 C增加蜗杆头数 Z1D. 增大蜗杆直径系数 q6在圆柱形螺旋拉伸压缩弹簧中，弹簧指数C 是指【 D 】A弹簧外径与簧丝直径之比值B弹簧内径与簧丝直径之比值C弹簧自由高度与簧丝直径之比值D弹簧中径与簧丝直径之比值7普通平键接联采用两个键时，一般两键间的布置角度为【 B 】A90B. 120C.1358V 带在减速传动过程中，带的最大应力发生在【 D 】AV 带离开大带轮处B. V 带绕上大带轮处CV 带离开小带轮处D. V 带绕上小带轮处9对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是【 D 】A拉力B.扭矩C压力D.拉力和扭矩10滚子链传动中，链节数应尽量防止采用奇数，这主要是因为采用过渡链节后【 D 】A制造困难B.要使用较长的销轴C不便于装配D.链板要产生附加的弯曲应力二、填空题：本大题共10 个小题，每空 1 分，共 20 分。把答案填在题中横线上。1轴如按受载性质区分，主要受弯矩 的轴为心轴，主要受转矩的轴为传动轴。2代号 62203的滚动轴承，为深沟球轴承轴承，其内径为17 mm。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 16 页3在一般机械中的圆柱齿轮传动，往往使小齿轮齿宽b1大于大齿轮齿宽 b2；在计算齿轮强度时，工作齿宽b 应取 大齿轮齿宽 b2。4普通平键联接的工作面是键的两侧面；楔键联接的工作面是键的上下面 。5为了便于互换及适应大量生产，轴承内圈孔与轴的配合采用基孔 制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴 制。6不随时间变化的应力称为静应力，随时间变化的应力变应力，具有周期性的变应力称为循环应力。7按照平面图形的形状，螺纹分为三角形螺纹、 梯形螺纹和 锯齿形螺纹等。8按照工作条件，齿轮传动可分为开式传动 和 闭式传动两种。9齿轮传动设计时，软齿面闭式传动通常先按齿面接触强度设计公式确定传动尺寸，然后验算轮齿弯曲强度。10直径较小的钢制齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可以将齿轮和轴做成一体，称为齿轮轴。三、简答题：本大题共6 个小题，每题 5 分，共 30 分。把答案填在题中横线上。11简述螺纹联接的基本类型主要有哪四种？2螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接、紧定螺钉联接。2提高螺栓联接强度的措施有哪些？降低螺栓总拉伸载荷的变化范围；改善螺纹牙间的载荷分布；减小应力集中；防止或减小附加应力3闭式蜗杆传动的功率损耗主要包括哪三部分？轮齿啮合的功率损耗，轴承中摩擦损耗和搅动箱体内润滑油的油阻损耗4简述带传动的优点？3适于中心矩较大的场合；带具有良好的扰性，可缓和冲击、吸收振动；过载时带与带轮间会出现打滑，打滑虽使传动失效，当可防止损坏其他零件；结构简单、成本低廉5链传动的主要失效形式有哪些？4链板疲劳破坏；滚子套筒的冲击疲劳破坏；销轴与套筒的胶合；链条铰链磨损；过载拉断。6滚动轴承的基本类型有哪些？调心球轴承、调心滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承、深沟球轴承、角接触球轴承、推力圆柱滚子轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承等四、计算题：本大题只有一个小题，总分值14分以下图表示两平板用2 个 M20 的普通螺栓联接，承受横向载荷F=6000N，假设取接合面间的摩擦系数 ?，可靠性系数 KS=1.2，螺栓材料的的许用应力 =120N/mm2，螺栓的小径 d1=。试校核螺栓的强度。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 16 页五、结构改错题：请用圆圈标出错误的位置，总分值16 分五、结构改错题：共八处错误精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 16 页
