(华南理工大学)机械设计试卷2010A+答案

( 密 封 线 内 不 答 题 ) ………………………………………密………………………………………………封………………………………………线…………………………………… ……………………………

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华南理工大学期末考试
2010《机械设计》试卷(A)

座位号

注意事项:1. 考前请将密封线内填写清楚; 2. 所有答案请直接答在试卷上; 3.考试形式:闭卷; 4. 本试卷共四大题,满分 100 分, 考试时间 120 分钟。

题 号 得 分 评卷人









总分

专业

一、 说明零件标记的正确含义或给出正确标注(每题 1 分,共 10 分) (1) 螺栓 M16?100 GB/T 5781-2000

(2) 键 10× GB/T 1096-2003 25

_____________ ________

(3) 销 10?100 GB/T 117-2000

学院

(4) A1000 GB/T 11544-1997

(5) SPB 2240 GB/T 11544-1997

(6) 08A-1-87 GB/T1243-1997

(7) 内径为 40mm,03 尺寸系列的深沟球轴承,0 级公差,正常结构,0 组游隙。

学号

(8) 内径为 35mm,19 尺寸系列的角接触球轴承,5 级公差,接触角为 40?,0 组游隙。

(9) 内径为 120mm,32 尺寸系列的调心滚子轴承,0 级公差,正常结构,2 组游隙。

姓名

2010《机械设计》试卷 A 第 1 页 共 21 页

(10) YL6 联轴器

J30 ? 60 GB/T 5843-2003 J1B28 ? 44

二、

非标准件简答题与填空题(每题 2.5 分,共 10 分)

(1) 电动机通过三套减速装置驱动运输带,三套减速装置为:圆柱齿轮减速器、套筒滚 子链传动和 V 带传动,其排列次序应如何?为什么?

(2) 链轮齿形的设计应保证: ①尽量减少链节与链轮啮合时的______________________; ② 有 一 定 能 力 适 应 链 条 因 __________________ 而 导 致 的 节 距 增 长 ; ③ 方 便 ______________________。 (3) 蜗 杆 传 动 特 点 是 : 能 实 现 大 的 传 动 比 , ______________________ , ______________________ , ______________________ , 具 有

______________________ , 但 由 于 在 啮 合 齿 面 间 产 生 很 大 的 相 对 滑 动 速 度 , ______________________ , ______________________ , 且 常 需 耗 用 ______________________ , 故 不 适 用 于 ______________________ 和 ______________________工作的传动。 (4) 按 其 滑 动 表 面 间 润 滑 状 态 的 不 同 , 可 分 为 ______________________ , _________________________和______________________。

2010《机械设计》试卷 A 第 2 页 共 21 页

三、 设计计算题 (1)一压力容器的螺栓组连接如下图所示。已知容器的工作压力 p=12MPa,容器内径 D=78mm,螺栓数目 z=6,采用橡胶垫片。试确定螺栓直径的最小值。 已知参数与公式:1)剩余预紧力 F”=1.6F,F 为工作拉力;2)连接件与被连接件刚度系数: C 1/(C 1+C 2)= 0.9,C2/(C1+C2)=0.1;3)预紧力 F ' ? F "? (15 分)

C2 F ;4)[?]=230.77MPa。 C1 ? C2

三(1)题图

2010《机械设计》试卷 A 第 3 页 共 21 页

(2)一二级斜齿圆柱齿轮传动中,齿轮 4 转动方向如下图所示,已知Ⅰ 轴为输入轴,齿轮 4 为右旋齿。为使中间轴Ⅱ 所受的轴向力抵消一部分,试在图中标出: (1)各轮的轮齿旋向; (2)各轮轴向力 Fa1、Fa2、Fa3、Fa4 的方向。 (10 分)

三(2)题图

2010《机械设计》试卷 A 第 4 页 共 21 页

(3)一传动装置,采用一对角接触球轴承,并暂定轴承型号为 7307AC,其额定动载荷为 C=32800 N。已知轴承载荷 R1=1200 N,R2=2050 N,FA=880 N,转速 n=5000 r/min,运转中 受中等冲击,预期寿命 Lh=2000 h,试通过计算判断所选轴承型号是否恰当? 已知参数: 70000AC 型轴承 e=0.68; 内部轴向力 S=0.7R; A/R?e 时, 1) 2) 3) X=0.41、 Y=0.87; 3)轴承的温度系数 fT=1;轴承的载荷系数 fF=1.5。 (20 分)

三(3)题图

2010《机械设计》试卷 A 第 5 页 共 21 页

四、 其他设计问题 (1)写出形成流体动压润滑的 3 个必要条件,并判断下图中哪些可以形成流体动压润滑。 (10 分)

题四(1)图

(2)试绘出带传动应力分布图,说明各种应力变化情况,并指出最大应力的位置和最小应 力的区间。 (10 分)

2010《机械设计》试卷 A 第 6 页 共 21 页

(3)写出 3 种螺纹摩擦防松的方式。 分) (5

(4)在图下的错误分析行中,按编号指出箱体轴承座部位的设计错误,在正确图例中简单 并绘制正确结构。 (10 分)

错误图例

错误编号 1





2 错误分析 3 4

5

2010《机械设计》试卷 A 第 7 页 共 21 页

正 确 图 例

2010《机械设计》试卷 A 第 8 页 共 21 页

2010 机械设计试题(A)
五、 说明零件标记的正确含义或给出正确标注(每题 1 分,共 10 分) (11) 螺栓 M16?100 GB/T 5781-2000 答:公称直径 16mm,长 100mm 全螺纹六角头螺栓标记为: (12) 键 10× GB/T 1096-2003 25 答:圆头普通平键(A 型) ,b=10mm,h=8mm,l=25mm (13) 销 10?100 GB/T 117-2000 答:直径为 10 mm,长为 100 mm,材料为 35 号钢,热处理硬度为 HRC28~38,不经表面处 理的圆锥销: (14) A1000 GB/T 11544-1997 答:基准长度为 1000 mm 的普通 A 型 V 带: (15) SPB 2240 GB/T 11544-1997 答:基准长度为 2240 mm 的 SPB 型窄 V 带: (16) 08A—1—87 GB/T1243—1997 答:A 系列、节距 12.7mm、单排、87 节的滚子链: (17) 内径为 40mm,03 尺寸系列的深沟球轴承,0 级公差,正常结构,0 组游隙。 答:6308 (18) 内径为 35mm,19 尺寸系列的角接触球轴承,5 级公差,接触角为 40?,0 组游隙。 答:71907B/P5 (19) 内径为 120mm,32 尺寸系列的调心滚子轴承,0 级公差,正常结构,2 组游隙。 23224/C2 (20) YL6 联轴器

J30 ? 60 GB/T 5843-2003 J1B28 ? 44

答:主动端为 J 型轴孔,A 型键槽,d=30 mm,L=60 mm;从动端为 J1 型轴孔,B 型键槽, d=28 mm,L=44 mm 的凸缘联轴器 六、 非标准件简答题与填空题(每题 2.5 分,共 10 分) (5) 电动机通过三套减速装置驱动运输带,三套减速装置为:圆柱齿轮减速器、套筒滚 子链传动和 V 带传动,其排列次序应如何?为什么? 答:V 带传动-齿轮传动-链传动。带传动吸振、平稳,放在初始端;齿轮传动准确,放在中 间;链传动瞬时传动比不准,容易振动,放在最后端。 (6) 链轮齿形的设计应保证:①尽量减少链节与链轮啮合时的冲击和接触应力;②有一 定能力适应链条因磨损而导致的节距增长;③方便加工制造和安装。 (7) 蜗杆传动特点是:能实现大的传动比,结构紧凑,传动平稳,噪声低,具有自锁性, 但由于在啮合齿面间产生很大的相对滑动速度,摩擦发热大,传动效率低,且常需 耗用有色金属,故不适用于大功率和长期连续工作的传动。 (8) 按其滑动表面间润滑状态的不同,可分为液体润滑轴承,不完全液体润滑轴承和无 润滑轴承。 七、 设计计算题
2010《机械设计》试卷 A 第 9 页 共 21 页

(1)一压力容器的螺栓组连接如下图所示。已知容器的工作压力 p=12MPa,容器内径 D=78mm,螺栓数目 z=6,采用橡胶垫片。试确定螺栓直径的最小值。 已知参数与公式:1)剩余预紧力 F”=1.6F,F 为工作拉力;2)连接件与被连接件刚度系数: C 1/(C 1+C 2)= 0.9,C2/(C1+C2)=0.1;3)预紧力 F ' ? F "? (15 分)

C2 F ;4)[?]=230.77MPa。 C1 ? C2

三(1)题图 解: 1)求每个螺栓所受的工作拉力 F

F?

? D2 p
4z

?

? ? 782 ?12
4? 6

? 9556 N

2)按紧密性要求选取剩余预紧力 F” F”=1.6F=1.6?9556=15291 N 3)求应施加在每个螺栓上的预紧力 F’

F ' ? F "?

C2 F ? 15291 ? 0.1? 9556 ? 16246 N C1 ? C2

4)求单个螺栓所受的总拉力 F0

F0 ? F ? F " ? 9556 ? 16246 ? 24847 N
5)确定螺栓直径

d1 ?

4 ?1.3F0 4 ?1.3 ? 24847 ? ? 13.35 mm ? [? ] ? ? 230.77

M16。 解毕。 (2)一二级斜齿圆柱齿轮传动中,齿轮 4 转动方向如下图所示,已知Ⅰ轴为输入轴,齿轮 4 为右旋齿。为使中间轴Ⅱ所受的轴向力抵消一部分,试在图中标出: (1)各轮的轮齿旋向; (2)各轮轴向力 Fa1、Fa2、Fa3、Fa4 的方向。 (10 分)

2010《机械设计》试卷 A 第 10 页 共 21 页

三(2)题图 答:见图

(3)一传动装置,采用一对角接触球轴承,并暂定轴承型号为 7307AC,其额定动载荷为 C=32800 N。已知轴承载荷 R1=1200 N,R2=2050 N,FA=880 N,转速 n=5000 r/min,运转中 受中等冲击,预期寿命 Lh=2000 h,试通过计算判断所选轴承型号是否恰当? 已知参数: 70000AC 型轴承 e=0.68; 内部轴向力 S=0.7A; A/R?e 时, 1) 2) 3) X=0.41、 Y=0.87; 3)轴承的温度系数 fT=1;轴承的载荷系数 fF=1.5。 (20 分)
2010《机械设计》试卷 A 第 11 页 共 21 页

三(3)题图 解: (1)先计算轴承 1、2 的轴向力 A1、A2(参见图 18-6b)

S1 ? 0.7 A1 ? 0.7 ? 1200 ? 840N S 2 ? 0.7 A2 ? 0.7 ? 2050 ? 1435N
因为

S1 ? FA ? 840 ? 880 ? 1720 N ? S 2
所以

A2 ? S1 ? FA ? 1720N


A1 ? S1 ? 840N
(2)计算轴承 1、2 的当量动载荷

A1 840 ? ? 0.7 ? 0.68 R1 1200 A2 1720 ? ? 0.84 ? 0.68 R2 2050
可得 X1=0.41、Y1=0.87;X2=0.41、Y2=0.87。故径向当量动载荷为

P ? 0.41?1200 ? 0.87 ? 840 ? 1222.8 N 1 P2 ? 0.41R2 ? 0.85 A2 ? 2336.9
(3)计算所需的径向额定动载荷 C 因两端选择同样尺寸的轴承,而 P2>P1,故应以轴承 2 的径向当量动载荷 P2 为计算依 据。按式:

N

f P ? 60n ? C2 ? P 2 ? 6 Lh ? fT ? 10 ?

1/ 3

1.5 ? 2336.9 ? 60 ? 5000 ? ? ? 2000 ? ? 6 1 ? 10 ?

1/ 3

? 29565.3 N <C

故所选 7307AC 轴承合适。 八、 其他设计问题 (1)写出形成流体动压润滑的 3 个必要条件,并判断下图中哪些可以形成流体动压润滑。
2010《机械设计》试卷 A 第 12 页 共 21 页

(10 分)

题四(1)图 答: (1)两摩擦表面必须有一定的相对滑动速度; (2)充分供应具有适当粘度的润滑油; (3)相对运动的两表面应当形成收敛的楔形间隙,即使润滑油由大口流入、小口流出。 a、d。 (2)试绘出带传动应力分布图,说明各种应力变化情况,并指出最大应力的位置和最小应 力的区间。 (10 分) 答:

(3)写出 3 种螺纹摩擦防松的方式。 分) (5 (4)在图下的错误分析行中,按编号指出箱体轴承座部位的设计错误,在正确图例中简单 并绘制正确结构。 (10 分)

2010《机械设计》试卷 A 第 13 页 共 21 页

错误图例

错误编号 1





2 错误分析

3 4

5

正 确 图 例

答:
错误编号 1 2 3 4 5 说 明 普通螺栓连接时应留有间隙 轴承座及加强肋设计未考虑拔模斜度 轴承盖螺钉不能设计在剖分面上 螺母支承面处应设加工凸台或鱼眼坑 螺栓连接应考虑防松,加垫片

错误分析

2010《机械设计》试卷 A 第 14 页 共 21 页

正 确 图 例

2010 机械设计试题(A)
九、 说明零件标记的正确含义或给出正确标注(每题 1 分,共 10 分) (21) 螺栓 M16?100 GB/T 5781-2000 答:公称直径 16mm,长 100mm 全螺纹六角头螺栓标记为: (22) 键 10× GB/T 1096-2003 25 答:圆头普通平键(A 型) ,b=10mm,h=8mm,l=25mm (23) 销 10?100 GB/T 117-2000 答:直径为 10 mm,长为 100 mm,材料为 35 号钢,热处理硬度为 HRC28~38,不经表面处 理的圆锥销: (24) A1000 GB/T 11544-1997 答:基准长度为 1000 mm 的普通 A 型 V 带: (25) SPB 2240 GB/T 11544-1997 答:基准长度为 2240 mm 的 SPB 型窄 V 带: (26) 08A—1—87 GB/T1243—1997 答:A 系列、节距 12.7mm、单排、87 节的滚子链: (27) 内径为 40mm,03 尺寸系列的深沟球轴承,0 级公差,正常结构,0 组游隙。 答:6308 (28) 内径为 35mm,19 尺寸系列的角接触球轴承,5 级公差,接触角为 40?,0 组游隙。 答:71907B/P5 (29) 内径为 120mm,32 尺寸系列的调心滚子轴承,0 级公差,正常结构,2 组游隙。 23224/C2 (30) YL6 联轴器

J30 ? 60 GB/T 5843-2003 J1B28 ? 44

答:主动端为 J 型轴孔,A 型键槽,d=30 mm,L=60 mm;从动端为 J1 型轴孔,B 型键槽, d=28 mm,L=44 mm 的凸缘联轴器 十、 非标准件简答题与填空题(每题 2.5 分,共 10 分)
2010《机械设计》试卷 A 第 15 页 共 21 页

(9) 电动机通过三套减速装置驱动运输带,三套减速装置为:圆柱齿轮减速器、套筒滚 子链传动和 V 带传动,其排列次序应如何?为什么? 答:V 带传动-齿轮传动-链传动。带传动吸振、平稳,放在初始端;齿轮传动准确,放在中 间;链传动瞬时传动比不准,容易振动,放在最后端。 (10) 链轮齿形的设计应保证:①尽量减少链节与链轮啮合时的冲击和接触应力;②有一 定能力适应链条因磨损而导致的节距增长;③方便加工制造和安装。 (11) 蜗杆传动特点是:能实现大的传动比,结构紧凑,传动平稳,噪声低,具有自锁性, 但由于在啮合齿面间产生很大的相对滑动速度,摩擦发热大,传动效率低,且常需 耗用有色金属,故不适用于大功率和长期连续工作的传动。 (12) 按其滑动表面间润滑状态的不同,可分为液体润滑轴承,不完全液体润滑轴承和无 润滑轴承。 十一、 设计计算题 (1)一压力容器的螺栓组连接如下图所示。已知容器的工作压力 p=12MPa,容器内径 D=78mm,螺栓数目 z=6,采用橡胶垫片。试确定螺栓直径的最小值。 已知参数与公式:1)剩余预紧力 F”=1.6F,F 为工作拉力;2)连接件与被连接件刚度系数: C 1/(C 1+C 2)= 0.9,C2/(C1+C2)=0.1;3)预紧力 F ' ? F "? (15 分)

C2 F ;4)[?]=230.77MPa。 C1 ? C2

三(1)题图 解: 1)求每个螺栓所受的工作拉力 F

F?

? D2 p
4z

?

? ? 782 ?12
4? 6

? 9556 N

2)按紧密性要求选取剩余预紧力 F” F”=1.6F=1.6?9556=15291 N 3)求应施加在每个螺栓上的预紧力 F’

F ' ? F "?

C2 F ? 15291 ? 0.1? 9556 ? 16246 N C1 ? C2

4)求单个螺栓所受的总拉力 F0

F0 ? F ? F " ? 9556 ? 16246 ? 24847 N
2010《机械设计》试卷 A 第 16 页 共 21 页

5)确定螺栓直径

d1 ?

4 ?1.3F0 4 ?1.3 ? 24847 ? ? 13.35 mm ? [? ] ? ? 230.77

M16。 解毕。 (2)一二级斜齿圆柱齿轮传动中,齿轮 4 转动方向如下图所示,已知Ⅰ轴为输入轴,齿轮 4 为右旋齿。为使中间轴Ⅱ所受的轴向力抵消一部分,试在图中标出: (1)各轮的轮齿旋向; (2)各轮轴向力 Fa1、Fa2、Fa3、Fa4 的方向。 (10 分)

三(2)题图 答:见图

2010《机械设计》试卷 A 第 17 页 共 21 页

(3)一传动装置,采用一对角接触球轴承,并暂定轴承型号为 7307AC,其额定动载荷为 C=32800 N。已知轴承载荷 R1=1200 N,R2=2050 N,FA=880 N,转速 n=5000 r/min,运转中 受中等冲击,预期寿命 Lh=2000 h,试通过计算判断所选轴承型号是否恰当? 已知参数: 70000AC 型轴承 e=0.68; 内部轴向力 S=0.7A; A/R?e 时, 1) 2) 3) X=0.41、 Y=0.87; 3)轴承的温度系数 fT=1;轴承的载荷系数 fF=1.5。 (20 分)

三(3)题图 解: (1)先计算轴承 1、2 的轴向力 A1、A2(参见图 18-6b)

S1 ? 0.7 A1 ? 0.7 ? 1200 ? 840N S 2 ? 0.7 A2 ? 0.7 ? 2050 ? 1435N
因为

S1 ? FA ? 840 ? 880 ? 1720 N ? S 2
2010《机械设计》试卷 A 第 18 页 共 21 页

所以

A2 ? S1 ? FA ? 1720N


A1 ? S1 ? 840N
(2)计算轴承 1、2 的当量动载荷

A1 840 ? ? 0.7 ? 0.68 R1 1200 A2 1720 ? ? 0.84 ? 0.68 R2 2050
可得 X1=0.41、Y1=0.87;X2=0.41、Y2=0.87。故径向当量动载荷为

P ? 0.41?1200 ? 0.87 ? 840 ? 1222.8 N 1 P2 ? 0.41R2 ? 0.85 A2 ? 2336.9
(3)计算所需的径向额定动载荷 C 因两端选择同样尺寸的轴承,而 P2>P1,故应以轴承 2 的径向当量动载荷 P2 为计算依 据。按式:

N

f P ? 60n ? C2 ? P 2 ? 6 Lh ? fT ? 10 ?

1/ 3

1.5 ? 2336.9 ? 60 ? 5000 ? ? ? 2000 ? ? 6 1 ? 10 ?

1/ 3

? 29565.3 N <C

故所选 7307AC 轴承合适。 十二、 其他设计问题 (1)写出形成流体动压润滑的 3 个必要条件,并判断下图中哪些可以形成流体动压润滑。 (10 分)

题四(1)图 答: (1)两摩擦表面必须有一定的相对滑动速度; (2)充分供应具有适当粘度的润滑油; (3)相对运动的两表面应当形成收敛的楔形间隙,即使润滑油由大口流入、小口流出。 a、d。 (2)试绘出带传动应力分布图,说明各种应力变化情况,并指出最大应力的位置和最小应 力的区间。 (10 分) 答:
2010《机械设计》试卷 A 第 19 页 共 21 页

(3)写出 3 种螺纹摩擦防松的方式。 分) (5 (4)在图下的错误分析行中,按编号指出箱体轴承座部位的设计错误,在正确图例中简单 并绘制正确结构。 (10 分)

错误图例

错误编号 1 错误分析 2 3





2010《机械设计》试卷 A 第 20 页 共 21 页

4

5

正 确 图 例

答:
错误编号 1 2 3 4 5 说 明 普通螺栓连接时应留有间隙 轴承座及加强肋设计未考虑拔模斜度 轴承盖螺钉不能设计在剖分面上 螺母支承面处应设加工凸台或鱼眼坑 螺栓连接应考虑防松,加垫片

错误分析

正 确 图 例

2010《机械设计》试卷 A 第 21 页 共 21 页


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