长沙理工大学机械设计期末考试题库含答案课案

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b1）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：222222233333333cos2cos/222cos2cos/22zmTzmTdTFzmTzmTdTFnIInIIIItnIInIIIIt（1）（2分）齿轮2、3的轴向力分别为：222333tantantataFFFF（2分）为使轴II的轴向力为零，应满足如下条件：223323tantanttaaFFFF（2）（1分）将（1）式代入（2）式中整理得：)sinarcsin(sinsin222333222333zmzmzmzmnnnn（1分）所以，。549516248.5)13sin575.2193arcsin(3（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=3700N（1分）Fa1=S1=2200N(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）分）（小时小时分分1)(2500)(20008/800028/2)3()260())2((10')3()60()(103636hPThPThLnPfCfLnPfCfL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。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。1、2、3轮左旋，4轮右旋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）解：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，11maxbc（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，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=97.8kN。轴承受径向力Fr1=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)SFa/Fr≤eFa/Fr＞eeYFr2XYXY0.40100.41.5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20005.126000211YFSrN55005.1216500222YFSrN方向如图所示。215000SNFSA，1轴承被“压紧”，2轴承被“放松”。2）求轴承所受的轴向力AaFSF212500N550022SFaN，3）轴承的当量动载荷据：Fa1/Fr1=2500/6000=0.417＞e=0.40，得：X1=0.4，Y1=1.5P1=fd（X1Fr1+Y1Fa1）=0.4×6000+1.5×2500=6150N据：Fa2/Fr2=5500/16500=0.33＜e，得：X2=1，Y2=0P2=fd（X2Fr2+Y2Fa2）=16500NP2＞P1，用P2计算轴承寿命。4）计算轴承寿命3106610165009780050060106010PCnLh12562h2、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Rmax=?（6分）解：许用应力:360/3=120MPa预紧力为由公式4*1.3*[]Fdπ求出预紧力：F´=5083.7N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：三．计算题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。解：如图所示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MPa160][，被联接件结合面的摩擦系数f＝0.20，可靠性系数2.1fK。试计算联接容许传递的静载荷Q。解：由结合面不滑移得：QKFmzffs0(4分)由螺栓强度得：][3.14210dF（5分）其中m=2,z=2（1分）解得NQ19273（2分）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。解：车轴弯矩图如下图Fr1Fr2Fr3Fr4Fa1Fa2Fa3Fa4Ft1Ft2Ft3Ft4900600M最大弯矩NmmM1500001000)2231(2600900(4分)车轴危险断面的直径mmMd75.27701.0150000][1.033(4分)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＝800N，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。当eRA时，x=0.4,y=1.7；当eRA时，x=1，y=0）解：S1＝R1/(2Y)=2400/(2×1.7)＝705.8NS2＝R2/(2Y)=5000/(2×1.7)=1470.6N因FA+S2=800+1470.6=2270.6S1所以A1=Fa+S2=2270.6NA2=S2=1470.6N取ft＝1，fp＝1.5A1/R1=2270.6/2400=0.94eX1=0.4Y1=1.7A2/R2=1470.6/5000=0.094eX2=1Y2=0NAyRxfPp7228)6.22707.124004.0(5.1)(11111＝NAyRxfPp7500)050001(5.1)(22222＝取P=P2hLh12000135819)7500908001(50060103/106＝满足寿命要求三、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p2422.05120.75233027.72726.2113.53633.40231.67044239.07737.1294.54844.72542.5875解：设螺栓受预紧力F①计算螺栓所需预紧力F’'02fDZfFKT（2分）7'0221.2105000080.12500fKTFNZfD②计算许用应力3001003sMPaS（2分）③确定螺栓直径d1'141.341.35000028.768100Fdmm④选择螺栓查表选取M36（d1=31.670mm2