典型机械设计习题(二)[机械设计](2)

第十一章  链传动

一、选择题

11-1  链传动设计中，一般链轮最多齿数限制为Zmax＝120，是为了__________。

（1）减小链传动的不均匀性  （2）限制传动比   （3）减少链节磨损后链从链轮上脱落下来的可能性 （4）保证链轮轮齿的强度

11-2  链传动中，限制链轮最少齿数的目的之一是为了________。

（1）减少传动的运动不均匀性和动载荷  （2）防止链节磨损后脱落

（3）使小链轮轮齿受力均匀  （4）防止润滑不良时轮齿加速磨损

11-3链传动中，最适宜的中心距是___________。

（1）（10-20）p   (2)（20-30）p   （3）（30-50）p

（4）（50-80）p

11-4  设计链传动时，链节数最好取_____________。

（1）偶数   （2）奇数   （3）质数   （4）链轮齿数的整数倍

11-5  下列链传动传动比的计算公式中，__________是错误的。

（1）i=n1/n2   (2) i=d2/d1  (3) i=Z2/Z1   (4) i=T2/T1η

11-6  链传动中，链条的平衡速度v=_________。

（1）πd1n1/60×1000  （2）πd2n2/60×1000  （3）z1n1p1/60×1000

（4）z1n2p/60×1000

11-7 多排链排数一般不超过3或4排，主要是为了________。

（1）不使安装困难  （2）使各排受力均匀  （3）不使轴向过宽

（2）减轻链的重量

11-8链传动设计中，当载荷大、中心距小，传动比大时，宜选用____。

（1）大节距单排链   （2）小节距多排链  （3）小节距单排链

（4）大节距多排链

三、设计计算题

11-9  滚子链传动传递的功率P=8.5 kW，工况系数KA=1.2，主动链轮转速nl= 960r/min，齿数zl=21，从动链轮转速n2=330r/min，中心距d≤600mm，链节距p=12.7mm，试计算需要几排链。

11-10  单排滚子链传动，主动链轮转速n1=600r/min，齿数zl=21，从动链轮齿数z2=105，中心距a=910mm，该链的节距p=25.4mm，工况系数KA=1.2，试求链传动所允许传递的功率P。

11-11  设计一输送装置用的链传动。已知传递的功率P=16.8kW，主动轮转速n1= 960r/rain，传动比i=3.5，原动机为电动机，工作载荷冲击较大，中心距a≤800mm，水平布置。

第十二章 轴

一、选择与填空题

12-1  轴上安装有过盈联接零件时，应力集中将发生在轴上_____________。

    (1)轮毂中间部位    (2)沿轮毂两端部位    (3)距离轮毂端部为1/3轮毂长度处

12-2  某45钢轴的刚度不足，可采取____________措施来提高其刚度。

    (1)改用40Cr钢    (2)淬火处理    (3)增大轴径    (4)增大圆角半径

12-3  按弯扭合成强度条件计算轴的应力时，公式中折合系数α是考虑__________。

    (1)材料抗弯与抗扭的性能不同    (2)弯曲应力和扭转切应力的循环性质不同

    (3)强度理论的要求

12-4  对轴进行表面强化处理，可以提高轴的    。

    (1)静强度    (2)刚度    (3)疲劳强度    (4)耐冲击性能

    二、分析与思考题

12-5  何为转轴、心轴和传动轴?自行车的前轴、中轴、后轴及脚踏板轴分别是什么轴?

12-6  试说明下面几种轴材料的适用场合：0235-A，45，1Crl8Ni9Ti，Qr600-2， 40CrNi。

12-7  轴的强度计算方法有哪几种?各适用于何种情况?

12-8  按弯扭合成强度和按疲劳强度校核轴时，危险截面应如何确定?确定危险截面时考虑的因素有何区别?

12-9  为什么要进行轴的静强度校核计算?这时是否要考虑应力集中等因素的影响?

12-10  经校核发现轴的疲劳强度不符合要求时，在不增大轴径的条件下，可采取哪些措施来提高轴的疲劳强度?

12-11  何谓轴的临界转速?轴的弯曲振动临界转速大小与哪些因素有关?

12-12  什么叫刚性轴?什么叫挠性轴?设计高速运转的轴时，应如何考虑轴的工作转速范围?

12-13  已知一传动轴的材料为40Cr钢调质，传递功率P=12kW,转速，n=80r/min。试：

    (1)按扭转强度计算轴的直径；

    (2)按扭转刚度计算轴的直径(设轴的允许扭转角[φ]≤0.5(°)/m)。

12-14  直径d=75mm的实心轴与外径d0=85mm的空心轴的扭转强度相等，设两轴的材料相同，试求该空心轴的内径d1和减轻重量的百分率。

12-15  图示为一台二级圆锥-圆柱齿轮减速器简图，输入轴由左端看为逆时针转动。已知Ft1=5000N，Fr1=1690N，Fa1=676N，dml=120mm，dm2=300mm，Ft3=10000N，Fr3=3751N，Fa3=2493N，d3=150mm，l1= l 3=60mm，l2=120mmm，l4= l5= l6=100mm。试画出输入轴的计算简图，计算轴的支承反力，画出轴的弯矩图和扭矩图，并将计算结果标在图中。

题12-15图

12-16 根据题15-15中的已知条件，试画出中间轴的计算简图，计算轴的支承反力，画出轴的弯矩图和扭矩图，并将计算结果标在图中。

12-17  两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器的中间轴的尺寸和结构如图所示。轴的材料为45钢，调质处理，轴单向运转，齿轮与轴均采用H7/k6配合，并采用圆头普通平键联接，轴肩处的圆角半径均为r=1.5mm。若已知轴所受扭矩T=292N·m，轴的弯矩图如图所示。试按弯扭合成理论验算轴上截面Ⅰ和Ⅱ的强度，并精确验算轴的疲劳强度。

题12-17图

四、结构设计与分析题

12-18  试指出图示小圆锥齿轮轴系中的错误结构，并画出正确结构图。

题12-18图 

 

题12-19图

 12-19  试指出图示斜齿圆柱齿轮轴系中的错误结构，并画出正确结构图。

第十三章  滚动轴承

  一、选择与填空题

13-1  说明下列型号滚动轴承的类型、内径、公差等级、直径系列和结构特点：6306、51316、N316/P6、30306、6306/P5、30206，并指出其中具有下列特征的轴承：

   (1)径向承载能力最高和最低的轴承分别是__________和__________；

   (2)轴向承载能力最高和最低的轴承分别是__________和__________；

   (3)极限转速最高和最低的轴承分别是__________和__________；

   (4)公差等级最高的轴承是________________；

   (5)承受轴向径向联合载荷的能力最高的轴承是__________。

13-2  若一滚动轴承的基本额定寿命为537000转，则该轴承所受的当量动载荷__________基本额定动载荷。

   (1)大于    (2)等于    (3)小于

13-3  在保证轴承工作能力的条件下，调心轴承内、外圈轴线间可倾斜的最大角度为__________，而深沟球轴承内、外圈轴线间可倾斜的最大角度为__________。

   (1)3′～4′    (2)8′～16′    (3)1°～2°    (4)2°～3°

13-4  滚动轴承的内径和外径的公差带均为_____________，而且统一采用上偏差为____________，下偏差为___________的分布。

13-5  采用滚动轴承轴向预紧措施的主要目的是__________。

   (1)提高轴承的旋转精度    (2)提高轴承的承载能力    (3)降低轴承的运转噪声

   (4)提高轴承的使用寿命

13-6  各类滚动轴承的润滑方式，通常可根据轴承的__________来选择。

   (1)转速n    (2)当量动载荷P    (3)轴颈圆周速度v    (4)内径与转速的乘积dn

13-7  若滚动轴承采用脂润滑，则其装脂量一般为轴承内部空间容积的__________。

    二、分析与思考题

13-8  滚动轴承共分几大类型?写出它们的类型代号及名称，并说明各类轴承能承受何种载荷(径向或轴向)。

13-9  为什么30000型和70000型轴承常成对使用?成对使用时，什么叫正装及反装?什么叫“面对面”及“背靠背”安装?试比较正装与反装的特点。

13-10  滚动轴承的寿命与基本额定寿命有何区别?按公式L=(C/P)ε计算出的L是什么含义?

13-11  滚动轴承基本额定动载荷C的含义是什么?当滚动轴承上作用的当量动载荷不超过C值时，轴承是否就不会发生点蚀破坏?为什么?

13-12  对于同一型号的滚动轴承，在某一工况条件下的基本额定寿命为L。若其它条件不变，仅将轴承所受的当量动载荷增加一倍，轴承的基本额定寿命将为多少?

13-13  滚动轴承常见的失效形式有哪些?公式L=(C/P)ε是针对哪种失效形式建立起来的?

13-14  你所学过的滚动轴承中，哪几类滚动轴承是内、外圈可分离的?

13-15  什么类型的滚动轴承在安装时要调整轴承游隙?常用哪些方法调整轴承游隙?

13-16  滚动轴承支承的轴系，其轴向固定的典型结构形式有三类：(1)两支点各单向固定；(2)一支点双向固定，另一支点游动；(3)两支点游动。试问这三种类型各适用于什么场合?

13-17  一高速旋转、传递较大功率且支承跨距较大的蜗杆轴，采用一对正装的圆锥滚子轴承作为支承，是否合适?为什么?

13-18  滚动轴承的回转套圈和不回转套圈与轴或机座装配时所取的配合性质有何不同?常选用什么配合?其配合的松紧程度与圆柱公差标准中相同配合有何不同?

13-19  在圆锥齿轮传动中，小圆锥齿轮的轴常支承在套杯里，采用这种结构形式有何优点?

13-20  滚动轴承常用的润滑方式有哪些?具体选用时应如何考虑?

13-21  接触式密封有哪几种常用的结构形式?分别适用于什么速度范围?

13-22  在唇形密封圈密封结构中，密封唇的方向与密封要求有何关系?

三、设计计算题

13-23  如图所示，轴上装有一斜齿圆柱齿轮，轴支承在一对正装的7209AC轴承上。齿轮轮齿上受到圆周力Fte=8100N，径向力Fre=3052N，轴向力Fae=2170N，转速n=300 r/min，载荷系数fP=1.2。试计算两个轴承的基本额定寿命(以小时计)。(想一想：若两轴承反装，轴承的基本额定寿命将有何变化?)

 

题15-23图    

13-24  一根装有小圆锥齿轮的轴拟用图示的支承方案，两支点均选用轻系列的圆锥滚子轴承。圆锥齿轮传递的功率P=4.5kW(平稳)，转速n=500r/min，平均分度圆半径rm=100mm，分锥角δ=16°，轴颈直径可在28～38mm内选择。其它尺寸如图所示。若希望轴承的基本额定寿命能超过60000h，试选择合适的轴承型号。

13-25  6215轴承受径向载荷Fr=45.6kN，轴向载荷Fa=6.3kN，载荷平稳，试计算其当量动载荷P。若在此当量动载荷作用下要求该轴承能正常旋转106转，其可靠度约为多少?

 题13—24图

第十四章  滑动轴承

    一、选择与填空题

14-1  宽径比B/d是设计滑动轴承时首先要确定的重要参数之一，通常取B/d=___________。

   (1)1～10    (2)0.1～1    (3)0.3～1.5    (4)3～5

14-2  轴承合金通常用于做滑动轴承的__________。

   (1)轴套    (2)轴承衬    (3)含油轴瓦    (4)轴承座

14-3  在不完全液体润滑滑动轴承设计中，限制p值的主要目的是___________________； 限制pv值的主要目的是___________________ 。

14-4  径向滑动轴承的偏心距e随着载荷增大而_________；随着转速增高而__________。

14-5  ______________不是静压滑动轴承的特点。

   (1)起动力矩小  (2)对轴承材料要求高  (3)供油系统复杂  (4)高、低速运转性能 均好

   二、分析与思考题

14-6  试分别从摩擦状态、油膜形成的原理以及润滑介质几方面对滑动轴承进行分类。

14-7  为什么滑动轴承要分成轴承座和轴瓦，有时又在轴瓦上敷上一层轴承衬?

14-8  在滑动轴承上开设油孔和油槽时应注意哪些问题?

14-9  一般轴承的宽径比在什么范围内?为什么宽径比不宜过大或过小?

14-10  提高液体动力润滑径向滑动轴承的运动稳定性和油膜刚度是设计时应考虑的重要问题，其具体措施有哪些?

14-11  采用扇形块可倾轴瓦时，可倾轴瓦的支承点与轴的旋转方向有何关系?轴是否允许正反转?

14-12  滑动轴承常见的失效形式有哪些?

14-13  对滑动轴承材料的性能有哪几方面的要求?

14-14  对滑动轴承材料的基本要求之一是耐磨，而表面淬硬的钢材是很耐磨的，试问是否可用表面淬硬的钢制轴颈和钢制轴瓦配对，以达到耐磨的要求?

14-15  在设计滑动轴承时，相对间隙ψ的选取与速度和载荷的大小有何关系?

14-16  某离心泵用径向滑动轴承，轴颈表面圆周速度v=2.5m/s，工作压力P=3～4MPa，设计中拟采用整体式轴瓦(不加轴承衬)，试选择一种合适的轴承材料。

14-17  验算滑动轴承的压力p、速度v和压力与速度的乘积pv，是不完全液体润滑轴承设计中的内容，对液体动力润滑轴承是否需要进行此项验算?为什么?

14-18  试分析液体动力润滑轴承和不完全液体润滑轴承的区别，并讨论它们各自适用的场合。

14-19  不完全液体润滑轴承与液体动力润滑轴承的设计计算准则有何不同?

14-20  试说明液体动压油膜形成的必要条件。

14-21  对已设计好的液体动力润滑径向滑动轴承，试分析在仅改动下列参数之一时，将如何影响该轴承的承载能力。

    (1)转速由n=500r/min改为n=700r/min；

    (2)宽径比B/d由1.0改为0.8；

    (3)润滑油由采用46号全损耗系统用油改为68号全损耗系统用油；

    (4)轴承孔表面粗糙度由Rz=6.3μm改为Rz=3.2μm。

14-22  在设计液体润滑轴承时，当出现下列情况之一后，可考虑采取什么改进措施(对每种情况提出两种改进措施)?

    (1)当hmin<[h]时；

    (2)当条件p<[p]，v<[v]，pv<[pv]不满足时；

    (3)当计算入口温度ti偏低时。

14-23  液体动力润滑轴承承载能力验算合格的基本依据是什么?

14-24  滑动轴承润滑的目的是什么(分别从液体润滑和不完全液体润滑两类轴承分析)?

14-25  滑动轴承常用的润滑剂种类有哪些?选用时应考虑哪些因素?

    三、设计计算题

14-26  起重机卷筒轴采用两个不完全液体润滑径向滑动轴承支承，已知每个轴承上的径向载荷F=100kN，轴颈直径d=90mm，转速v=90r/min。拟采用整体式轴瓦，试设计此轴承，并选择润滑剂牌号。

14-27  有一不完全液体润滑径向滑动轴承，轴颈直径d=200mm，轴承宽度B=250mm，轴承材料选用ZCuAll0Fe3，当轴转速为60r/min、100r/min、500r/min时，轴承允许的最大径向载荷各为多少?

14-28  一液体动力润滑径向滑动轴承，承受径向载荷F=70kN，转速n=1500r/min，轴颈直径d=200mm，宽径比B/d=0.8，相对间隙ψ=0.0015，包角α=180°，采用32号全损耗系统用油(无压供油)，假设轴承中平均油温tm=50℃，油的粘度η=0.018Pa·s，求最小油膜厚度hmin。

14-29  某汽轮机用动力润滑径向滑动轴承，轴承直径d=80mm，转速n=1000r/min，轴承上的径向载荷F=10kN，载荷平稳，试确定轴瓦材料、轴承宽度B、润滑油牌号、流量、最小油膜厚度、轴与孔的配合公差及表面粗糙度，并进行轴承热平衡计算。

第十五章 联轴器和离合器

    一、选择与填空题

15-1  试查手册确定下列联轴器的相对位移补偿量范围。

类型 位移		滑块联轴器	弹性柱销联轴器	齿式联轴器	轮胎联轴器
补偿量范围	x/mm
	y/mm
	α/(°)

15-2  牙嵌离合器的许用压力和许用弯曲应力与____________有关。

   (1)工作情况系数KA  (2)接合时的转速状态  (3)牙的形状  (4)牙的数量

15-3  弹性联轴器的弹性元件有定刚度与变刚度之分，非金属材料的弹性元件是_____________，其刚度多随载荷增大而__________。

15-4  多盘摩擦离合器的内摩擦盘有时做成碟形，这是为了________________。

   (1)减轻盘的磨损  (2)提高盘的刚性  (3)使离合器分离迅速  (4)增大当量摩擦系数

    二、分析与思考题

15-5  联轴器、离合器、安全联轴器和安全离合器有何区别?各用于什么场合?

15-6  试比较刚性联轴器、无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器各有何优缺点?各适用于什么场合?

15-7  在下列工况下，选择哪类联轴器较好?试举出一两种联轴器的名称。

   (1)载荷平稳，冲击轻微，两轴易于准确对中，同时希望联轴器寿命较长。

   (2)载荷比较平稳，冲击不大，但两轴轴线具有一定程度的相对偏移。

   (3)载荷不平稳且具有较大的冲击和振动。

   (4)机器在运转过程中载荷较平稳，但可能产生很大的瞬时过载，导致机器损坏。

15-8  十字轴万向联轴器适用于什么场合?为何常成对使用?在成对使用时如何布置才能使主、从动轴的角速度随时相等?

15-9  在联轴器和离合器设计计算中，引人工作情况系数KA是为了考虑哪些因素的影响？

15-10  选择联轴器类型时，应当考虑哪几方面的因素?

15-11  牙嵌离合器和摩擦式离合器各有何优缺点?各适用于什么场合?

15-12  多盘摩擦离合器的许用压力[p]与哪些因素有关?为什么?

    三、设计计算题

15-13  有一链式输送机用联轴器与电动机相联接。已知传递功率P=15kW，电动机转速n=1460r/min，电动机轴伸直径d=42mm。两轴同轴度好，输送机工作时起动频繁并有轻微冲击。试选择联轴器的类型和型号。

15-14  一搅拌机的轴通过联轴器与减速器的输出轴相联接，原动机为电动机，减速器输出轴的转速n=200r/min，传递的转矩T=1000N·m，两轴工作时有少量偏移，试选择此联轴器的类型和型号。

15-15  一机床主传动换向机构中采用多盘摩擦离合器。已知外摩擦盘5片，内摩擦盘4片，摩擦盘接合面内径D1=60mm，外径D2=110mm，传递功率P=4.4kW，转速n=1214r/min，摩擦盘材料为 淬火钢，在油中工作，每小时接合约120次。试求此离合器所需的轴向总压力F，并验算此离合器。

15-16  一剪切销安全联轴器如图所示，传递转矩Tmax=800N·m，销钉直径d=6mm，销钉材料用45钢正火，销钉中心所在圆的直径D=100mm，销钉数z=2，取[τ]=0.7σB。试求此联轴器在载荷超过多大时方能起到安全保护作用。

题15-16图

第十六章  弹 簧

一、选择与填空题

16-1  按照所承受的载荷不同，弹簧可分为__________、____________、__________和__________四种；而按照形状不同，弹簧可分为_________、___________、___________、___________和_________。

16-2  下列材料中不能用来作弹簧的是_________________。

   (1)70    (2)65Mn    (3)HTl50    (4)50CrVA

16-3  弹簧材料的Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类是按____________________来分的，同一材料的Ⅱ类弹簧的许用切应力值高于________________类弹簧的许用值。

16-4  碳素弹簧钢丝的拉伸强度极限随弹簧钢丝直径的增大而___________________。

   (1)增大    (2)不变    (3)减小

二、分析与思考题

16-5  弹簧主要有哪些功能?试分别举出几个应用实例。

16-6  弹簧制造时采用冷卷或热卷与弹簧丝直径有何关系?冷卷或热卷后的热处理方法有何区别?

16-7  什么是弹簧的特性曲线?它与弹簧的刚度有什么关系?定刚度弹簧和变刚度弹簧的特性曲线有何区别?

16-8  圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧受载时，弹簧丝截面上的应力最大点在什么地方?最大应力值如何确定?为什么要引入曲度系数K?

16-9  弹簧的旋绕比C是如何定义的?设计弹簧时，C值的取值范围是多少?C值过大或过小有何不利?

16-10  弹簧强度计算和刚度计算的目的是什么?影响圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧强度和刚度的主要因素有哪些?

16-11  在设计承受变载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧时，按什么载荷进行设计计算，并需要做哪几方面的验算?

16-12  圆柱螺旋扭转弹簧受载时，弹簧钢丝内产生什么应力?其应力最大值的位置如何确定?

16-13  已知圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的外载荷为F，试分析只增大弹簧钢丝直径d、有效圈数n、中径D三者之一时，弹簧变形是增大还是减小。

16-14  现有两个圆柱螺旋拉伸弹簧，若它们的材料、弹簧钢丝直径、弹簧中径、端部结构等完全相同，仅有效圈数不同，试分析它们的强度、刚度大小有何不同。

16-15  当圆柱螺旋压缩弹簧有可能失稳时，可采用哪些措施防止失稳?

16-16  在什么情况下要对弹簧进行振动验算?为了使弹簧正常工作，弹簧的工作频率与弹簧基本自振频率间有何关系?若振动验算不合格时应如何修改设计?

三、设计计算题

16-17  有一圆柱螺旋压缩弹簧的外径D2=42mm，弹簧钢丝直径d=7mm，有效圈数n=12，材料为B级碳素弹簧钢丝，进行喷丸处理，求：

    (1)当承受的静载荷F=950N时，弹簧的压缩变形量；

    (2)当弹簧受Ⅱ类载荷时，其允许的最大工作载荷及变形量。

16-18  两个圆柱螺旋压缩弹簧，刚度是kF1=10N/mm，是kF2=20N/mm。求：

    (1)串联时的综合刚度是kF和两个弹簧的变形比λ1/λ2；

    (2)并联时的综合刚度是kF和两个弹簧的载荷比F1/F2。

16-19  一承受静载荷的圆柱螺旋拉伸弹簧，已知弹簧钢丝直径d=4mm，弹簧中径D=20mm，有效圈数n=22圈，弹簧材料为C级碳素弹簧钢丝，无预应力，求弹簧允许的最大工作载荷Fmax和对应的变形量λmax。

16-20  设计一普通安全阀中的圆柱螺旋压缩弹簧。已知预调压力F1=480N，变形量λ=14mm，工作行程h=1.9mm，弹簧中径D=20mm，两端固定支承。