上海大学机械设计(1)试卷A和答案
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参考答案 成 绩 二、单项选择题（在空格处填上正确选项的字母 ，每小题1分，共10分） 1．为连接承受横向工作载荷的两块薄钢板，一般采用__________。A A．螺栓连接 B．双头螺柱连接 C．螺钉连接 D．紧定螺钉连接 2. 某齿轮轮毂通过A型平键与轴相连接。已知轮毂长度L=80mm，选用的键为：GB/T 1096键18×11×70，则键的有效工作长度l为______________。D A．80mm B.70mm C．62mm D．52mm 3. ________键对轴削弱最小。D A.平键 B.半圆键 C.楔键 D.花键 上海大学 2013～2014学年 秋季学期 试卷A 课程名： 机械设计（1） 课程号： 09325009 学分： 3.0 应试人声明： 我保证遵守《上海大学学生手册》中的《上海大学考场规则》，如有考试违纪、作弊行为，愿意接受《上海大学学生考试违纪、作弊行为界定及处分规定》的纪律处分。 应试人 题号 得分 应试人学号 应试人所在院系 一 二 三 四 五 六 七 八 九 4. 在受预紧力的紧螺栓连接中，螺栓危险截面的应力状态为________。D A．纯扭剪 B．简单拉伸 C．弯扭组合 D．拉扭组合 5．在带的型号以及小带轮的转速已知的情况下，带所能传递功率的增量取决于____________。A 一、 是非题（对的填写“√”，错的填写“×”，每小题1分，共10分） 1.机械零件在静载荷作用下，则一定为静强度破坏。 （×） 2. 合金钢与碳素钢相比具有较高的强度，因此用合金钢制造零件不但可以减小尺寸，而且还可以 A．传动比 B．小带轮上的包角 C．带的线速度高速轴的转速 D．小带轮直径 6. 带轮的最小直径dmin取决于____________。A 减小断面变化处过渡圆角半径和降低表面粗糙度的要求。 （×） A．带的型号 B．带的线速度 C．高速轴的转速 D．传动比 3. 因带传动是摩擦传动，所以传动中会出现弹性滑动现象，但只要设计合理，可以避免弹性滑动7. 闭式软齿面圆柱齿轮传动的主要失效形式是 。D 的出现。 （×） A. 压溃 B. 剪断 C. 磨损 D. 点蚀 4. 在机械传动系统中，皮带传动往往放在高速级是因为它可以传递较大的转矩。 （×） 8．小、大齿轮的弯曲应力?F1、?F2之间的关系是_________ 。B 5. 滑键的主要失效形式不是磨损而是键槽侧面的压溃。 （×） A. ?F1=?F2 B. ?F1>?F2 C. ?F1
注：教师应使用计算机处理试题的文字、公式、图表等；学生应使用水笔或圆珠笔答题。
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3. 图示为V带传动，小轮1为主动轮，大轮2为从动轮。请画出这种情况下V带的工作应力分布情三、 简答题（共4题，合计32分）
1.弯曲疲劳极限的综合影响系数K?的含义是什么？它对零件的疲劳强度和静强度各有何影况示意图，并标出最大应力点的位置，写出带的最大应力?max的表达式。 （8分） 响？ (6分)
答：在对称循环时，综合影响系数是试件与零件的对称循环弯曲疲劳极限的比值；在不对称循环
时，综合影响系数是试件与零件的极限应力幅的比值。 （2分） 综合影响系数使零件的疲劳极限小于材料试件的疲劳极限，而对静强度则无影响。（4分）
2．润滑良好的闭式齿轮传动，通常轮齿的疲劳折断发生在什么部位？为什么？为提高齿轮的抗答：最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮处，?max??1??b1??c。
疲劳折断能力可采取哪些措施？（8分） V带的工作应力分布情况如图所示。 答：轮齿的疲劳折断通常发生在齿根危险截面处。因为轮齿受载后齿根处产生的弯曲应力较大， 且受齿根过渡部分的形状突变及加工刀痕等引起的应力集中作用。（3分） 提高轮齿的抗疲劳折断能力的措施有： 1）采用正变位齿轮，增大齿根弯曲强度； 2）用增大齿根过渡圆角半径及消除加工刀痕的方法来减小齿根的应力集中； 3）增大轴及支承的刚性使轮齿接触线上受载较为均匀； 4）采用合适的热处理方法使齿芯具有足够的韧性； 5）采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理。（5分）
2 / 5 （2分）6分） （上海大学机械设计(1)试卷A和答案
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4．紧螺栓连接所受的轴向变载荷在0~F间变化，当预紧力F0一定时，如果减少螺栓刚度Cb或增大被连接件刚度Cm，则对螺栓连接的疲劳强度和连接的紧密性有何影响？ 试分别作图分析说明之。（10分） 答：当螺栓所受的轴向载荷在0~F之间变化时，则螺栓总拉力在F0~F2间变动，如图所示。在保持预紧力F0不变的条件下，若减小螺栓刚度Cb或增大被连接件刚度Cm，都可以减小应力幅四、计算题（共4题，合计48分） 1.已知某机械零件的弯曲疲劳极限的综合影响系数K??1.79 ，所受的最大工作应力为?max?199MPa ，最小工作应力为?min?119MPa ；制成该零件的材料的机械性能为?s?359MPa，??1?298MPa，材料常数???0.19，试：（13分） 1）绘制该零件的极限应力线图； 2）分别求r=C和?m?C时，该零件的计算安全系数Sca。 解：1）绘制零件极限应力线图（见下图）： 由公式????a，从而提高螺栓连接的疲劳强度。但由于残余预紧力F1减小，会降低连接的紧密性。（4分） 2??1??0?0 得：?0?2??12?298??500.84Mpa （2分） 1???1?0.19???A点的坐标为（0，?1），计算得出：A（0，166.48）；D点的坐标为（0，0），计算得出：DK?22K?（250.42，139.9）；C点的坐标为（?s，0），得出：C（359，0）。 （3分） A、D、C三点坐标值绘图如下： （3分） 根据 （2分） （3分） 2）求其计算安全系数： 3 / 5 设图中该零件的工作应力点为M(?a,?m)，则M点的坐标值计算如下： ?a??max??min2?199?119?40MPa2 （2分） 上海大学机械设计(1)试卷A和答案
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当r=C：因图上过M点的射线OM与直线CG相交，故仅需计算其静强度。其计算安全系数为：
Sca??s?m??a?359?1.804 （2分） 159?40当?m?C时：过M所作垂线与AG线相交，所以按疲劳强度计算，其安全系数为： Sca= 2. 已知带传动的理论传动比为4.5，若滑动率为2%，则实际传动比是多少？（3分） 解： ??1?(K????)?m298?(1.79?0.19)?159=?1.55 （2分） K?(?m??a)1.79?(159?40) 解: 1) 计算斜齿齿轮螺旋角? (6分) II轴的轴向合力为0，即Fa2?Fa3 2TItan?cos?1 Fa2?Fr1?Ft1tan?cos?1?(1?0.5?R)d1Fa3?Ft3tan??式中：d3n11dd21i?????4.5?4.59 n21??dd11?0.02 3．如图为由圆锥和斜齿圆柱齿轮传动组成的两级传动装置，已知传递功率P=16KW，小锥齿轮转速n1=1600r/min，n1转向如图所示，锥齿轮齿数Z1=21，Z2=52，模数m=3mm，齿宽系数?R=0.3 ；斜齿圆柱齿轮齿数Z3=22，Z4=91，法面模数mn=4mm 。试: (19分) 1）要使II轴上轴承所受轴向力为零，则斜齿圆柱齿轮螺旋角?为多少？ 2TIItan?2TIZ2?sin?d3mnZ3Z1 ?mnZ3/cos? , TII?TIZ2/Z1 Z252??2.476??1?22?Z121d1?mZ1?3?21?63mm cot?1??2TI2TI?52tan20ocos22o?sin?(1?0.5?0.3)?634?22?21 sin??0.224，??12.944o2) 标出斜齿齿轮螺旋角?旋向见下图(2分) 4 / 5 3) 6个力的方向见下图(3分) 4) 计算上述6个力的大小（8分） 66上海大学机械设计(1)试卷A和答案
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Ft3?2TII2TII?cos??2?236476?cos12.944o/4/22?5237.887Nd3mnZ3oo解：由解图可见，将力P移至螺栓组形心，则整个螺栓组所受的力为P和T=PL，而P使每个螺栓受力为Fp，T使每个螺栓受力为FT。 Fr3?Ft3tan?n/cos??5237.887?tan20/cos12.944?1956.120NFa3?Fa2?Ft3tan??5237.887?tan12.944?1203.870NoFP?FT?T?a??a?4??????2??2?2P1200??300N （1分） 44?PL22a?1200?50022?50?30002N （2分） 2由解图中每一螺栓的力矢量图可得，螺栓1，2的受力最大。 F1?F2?2FP?FT2?2FPFTcos135??3002?(30002)?2?300?30002?22?4459.82N2 （3分） 4．如图所示，用四个普通螺栓将一悬臂梁固定在立墙上的两块夹板间。已知载荷P=1200N，图中尺寸a=50mm，L=500mm。钢板间摩擦系数f=0.15，防滑系数Ks=1.2，螺栓的许用拉应力[σ]=360MPa，试选择普通螺栓的直径d。（13分） 附表： 普通螺纹公称直径（mm） 第一直径系列d 小径d1 5 / 5 5 4.134 6 4.917 8 6.647 10 8.376 12 10.10 16 20 分) 所需预紧力：F0?KsF11.2?4459.82??17839.28N (2fi0.15?2螺栓危险截面的直径：d1?4?1.3F0?????4?1.3?17839.28?9.059mm （2分） ??360查本题附表，可选择公称直径d=12mm的螺栓。 （1分） 13.835 17.29
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