1、一、簡答題（15分、每小題5分）1試述機械零件的主要設計準則。答：機械零件的主要設計準則有：1靜強度準則，即s£s，或t£t。2疲勞強度準則，即或。3摩擦學設計準則。4其他準則：（1）剛度準則；y£y或q£q或j£j；（2）可靠性準則。2機械零件設計中常用的第一、三、四這三種強度理論各適用于哪類材料？這些強度理論各用以計算什么量的最大值？答：1最大主應力理論（第一強度理論）。該理論認為，危險狀態的折斷都是由于單元體上最大拉應力（即主應力s1）引起的，其他斜面上的應力對破壞沒有影響。根據實踐，這只適用于脆性材料（例如灰鑄鐵）的強度理論。脆性材料的

2、抗壓縮能力一般遠大于抗拉伸能力，即壓縮強度極限遠大于拉伸強度極限。故當已知零件危險剖面上的主應力s1s2s3時，按此理論所得的拉伸或彎曲計算應力為：sca=s1或sb=|s3|，取兩式中絕對值較大的一個。2最大剪應力理論（第三強度理論）。該理論認為危險狀態的屈服是由于單元體中最大的剪應力引起的，其他斜面上的剪應力對屈服沒有影響。它適用于塑性材料（例如鋼材）的強度理論。當己知零件危險剖面上的主應力s1s2s3時，計算應力為：sca=s1-s3。3統計平均剪應力理論（第四強度理論，又稱最大形變能理論）。該理論認為雖然最大剪應力是危險狀態材料屈服的主要原因，但其他斜面上的剪應力也對屈服有影響，所以應

3、該用一個既反映主要因素、又考慮次要因素的物理量來表示材料的屈服強度，這個量叫做統計平均剪應力。它同樣適用于塑性材料的強度理論。3摩擦學設計時常采用條件性計算來限定機械零件的的磨損，請寫出三個主要的條件性計算準則公式，并分別簡要解釋它們的含義。答：耐磨性是指作相對運動零件的工作表面抵抗磨損的能力。由于目前對磨損的計算尚無可靠、定量的計算方法，因此常采用條件性計算，主要是驗算壓強p不超過許用值，以保證工作面不致產生過度磨損；另外，驗算壓強和速度乘積pV值不超過許用值，以限制單位接觸表面上單位時間內產生的摩擦功不致過大，可防止發生膠合破壞。有時還需驗算工作速度V。這些準則可寫成：p£ p

4、MPa；pv £ pv MPa×m/s；v£ v m/s。式中，p工作表面的壓強，MPa；p材料的許用壓強，MPa；v工作速度，m/s；pvpv的許用值，MPa×m/s；vv的許用值，m/s二、標準件選用與設計（15分，每小題3分）1請按國標GB/T 27-1988標注出以下螺栓：公稱直徑d=14mm，長L=80mm，細牙螺距p=1mm，A型雙頭螺柱。答：螺栓AM14X1X100 GB/T 27-1988。2請按國標GB/T 1096-1979分別標注出以下兩種鍵：1）b=18 mm，h=11 mm，L=120 mm圓頭普通平鍵（A型）；2) b=18

5、mm，h=11 mm，L=150 mm方頭普通平鍵（B型）。答：1） 鍵18X120 GB/T 1096-1979；2）鍵B18X150 GB/T 1096-1979。3請按國標GB/T 117-2000標注出以下圓錐銷：d=12mm，L=150 mm，材料為35號鋼，熱處理硬度為HRC2838，不經表面處理。答：銷12X150 GB/T 117-20004請分別指出代號為6318/P3、72911B、23230/C3的三種軸承的類型、尺寸系列、內徑、結構、公差和游隙的組別。1）6318/P3：內徑為90mm，03尺寸系列的深溝球軸承，3級公差，正常結構，0組游隙；2）72911B：內徑為55

6、mm，29尺寸系列的角接觸球軸承，0級公差，接觸角40°，0級游隙；3）23230/C3：內徑150mm，32尺寸系列的調心滾子軸承，0級公差，正常結構，2組游隙；5根據以下所給出的幾種典型機械零件的代號，請分別指出它們的公稱尺寸。（1）帶：A2500 GB/T 11544-1997（2）鏈：10A2100 GB/T12431997（注：10A鏈節距為15.875mm）（3）聯軸器：YL6聯軸器 GB/T 5843-1986（1）基準長度為2500mm的普通A型V帶；（2）A系列、節距15.875mm、2排、100節的滾子鏈；（3）主動端為J型軸孔，A型鍵槽，d=35mm，L=70m

7、m；從動端為J1型軸孔，B型鍵槽，d=32mm，L=60mm的凸緣聯軸器；三、問答題（10分）液體滑動軸承摩擦副的不同狀態如下圖所示。請問：哪些狀態符合形成動壓潤滑條件？哪些狀態不符合形成動壓潤滑條件？為什么？V V V V(a)(b)(c)(d)題三圖答：如題三圖所示中（a）(d)圖狀態符合形成動壓潤滑條件，因為如圖示的相對運動方向可以形成收斂油楔；相反，（b）(c) 兩圖的狀態不可能形成動壓潤滑，因為這樣的相對運動方向只能形成發散型油楔。四、分析題（10分）如下圖所示為二級蝸桿傳動，已知蝸桿3的螺旋線方向為右旋，蝸輪4的轉向如圖所示，軸I為輸入軸，試求：（1）軸I和軸的轉向（2）全部的蝸輪

8、、蝸桿的螺旋線方向（3）蝸輪2和蝸桿3所受各分力的方向（注：要求蝸輪2與蝸桿3的軸向力方向相反）題四圖答：如圖示。五、如下圖所示一固定在鋼制立柱上的托架。己知載荷P7000N，其作用線與垂直線的夾角a=45°，底板高h400mm，寬b200mm。試由不滑移條件確定最合適螺栓直徑。（15分）說明：本題計算中可能用到的公式和數據如下：（1）表面不滑移條件下的預緊力公式：其中：取f=0.3；取C1(C1+ C2)=0.2，則C2(C1+ C2)=1-0.2=0.8；取Kf=1.2，PH、PV分別是整個零件所受的水平分力和垂直分力。（2）螺栓材料為Q235，強度級別4.6，其屈服應力為sS=

9、240MPa。（3）安全系數取S4.2。（4）M12普通粗牙螺紋d1=10.106、M14普通粗牙螺紋d1=11.835、M16普通粗牙螺紋材d1=13.835。題五圖托架底板螺栓組聯接解：本例是受橫向、軸向載荷和翻轉力矩的螺栓組聯接，此時一般采用受拉普通螺栓計算。聯接的失效除可能螺栓被拉斷外，還可能出現支架沿接合面滑移，以及在翻轉力矩作用下，接合面的上邊可能離縫，下邊可能被壓潰。計算方法有兩種：一種是按不離縫條件預選F”，從而求出F和F0，再確定螺栓直徑，然后驗算不滑移不壓潰等條件；另一種是由不滑移條件先求F，從而求出F”和F0，再確定螺栓直徑，然后驗算不離縫不壓潰等條件。本例按后一種方法計

10、算。1受力分析（1）計算螺栓組所受的工作載荷在工作載荷P的作用下，螺栓組承受如下各力和翻轉力矩： 軸向力N 橫向力 N 翻轉力矩 N×mm （2）計算單個螺栓所受的最大工作拉力F由軸向力PV引起的工作拉力為N在翻轉力矩M的作用下，底板有繞OO軸順時針翻轉的趨勢，則OO軸上邊的螺栓受拉加載，而下邊的螺栓受減載，故上邊的螺栓受力較大。由M引起的最大工作拉力按式本題給定公式計算得：N因此上邊的螺栓所受的最大工作拉力為N（3）按不滑移條件求螺栓的預緊力F在橫向力PH的作用下，底板接合面可能產生滑移。翻轉力矩M的影響一般不考慮，因為在M的作用下，底板一邊的壓力雖然增大，但另一邊的壓力卻以同樣程

11、度減小。考慮軸向力產生的拉應力對預緊力的影響，參照式（4-19）和（4-7），可以列出底板不滑移的條件為從而預緊力為按已知條件，f=0.3；C1(C1+ C2)=0.2，則C2(C1+ C2)=1-0.2=0.8；取Kf=1.2，求得N（4）螺栓所受的總拉力F0由式（4-9）得N2按拉伸強度條件確定螺栓直徑已知螺栓材料為強度級別4.6的Q235，sS=240MPa。在不控制預緊力的情況下，螺栓的安全系數與其直徑有關，這時要采用“試算法”來確定螺栓直徑：設螺栓的公稱直徑d在M6M16范圍內且接近M16，已知S4.2，則許用應力MPa則，螺栓危險截面直徑為mm所以，選用M16粗牙普通螺紋。六、試設

12、計某帶式輸送機中的V帶傳動。已知電動機額定功率P=3.5kW，轉速n1=1440rpm，傳動比i=4.0，單班制。工況系數KA=1.1、主動輪基準直徑D1³80mm、選A型V帶的基準長度Ld=1600mm。要求計算的內容包括：大帶輪直徑、帶速和包角驗算、帶的根數、預緊力和壓軸力。（15分）說明：本題計算中可能用到的公式有：1帶長與中心距關系公式：，提示：當只有a0為未知量時，可將不同的a0代入式中，使等式近似成立的a0即為解（帶長度精確到1）。2包角公式：3帶根數計算公式：，其中Pca為計算功率、單根V帶傳遞功率P0=1.02kW、功率增量DP0=0.17kW、Ka=0.98、KL=

13、0.99。4預緊力計算公式：，其中v為帶速m/s。解1確定計算功率Pca已知工作情況系數KA=1.1，故2確定大帶輪直徑已知主動輪基準直徑D1=80mm。計算從動輪基準直徑D2。 mm取D2=320mm。3驗算帶速 m/s， 帶的速度合適。4確定傳動中心距已知帶的基準長度Ld=1600mm。設a0=500mm，計算實際中心距a5驗算主動輪上的包角a1主動輪上的包角合適。6計算V帶的根數z已知n1=1440rpm、D1=80mm、i=4.0， P0=1.02kW,，DP0=0.17kW，Ka=0.98，KL=0.9，則取z=4根。7計算預緊力F0已知q=0.10kg/m，則8計算作用在軸上的壓軸

14、力Q N七、某齒輪軸由一對30212E軸承支承，其徑向載荷分別為Fr1=4500N，Fr2=3400N，作用于軸上的軸向外載荷FA=1400N，其方向如圖所示，取載荷系數P=1.2。試計算兩軸承的當量動負荷P1=？，P2=？，并判斷哪個軸承壽命短些。（10分）注：已經30212E軸承的有關參數如下：Cr=59250 N，e=0.35，X=0.4，Y=1.7，題七圖解：（1）先計算軸承I、II的軸向力FaI、FaII因為所以N而 （2）計算軸承1、2的當量動載荷故徑向當量動載荷為因為，PI <PII所以軸承II壽命短些。解畢。八、結構設計改錯題（本題10分）下圖為斜齒輪、軸、軸承組合結構圖。齒輪用油潤滑，軸承用油脂潤滑，請指出該軸系結構設計中的錯誤。要求：1 在圖中用序號標注設計錯誤處；2 在圖下方的空白處標注序號，按序號列出錯誤，并提出修改建議；3 不必在圖中直接改正。題八圖