一、简答题(15分，每小题5分)

1试用机械零件的主要设计标准。

答:机械零件的主要设计标准有:

1静强度标准，即s￡[s]，或t￡[t]。

2疲劳强度标准，即

3摩擦设计标准。

4.其他标准:(1)刚度标准；y￡[y] 或q￡[q] 或j￡[j]；(2)可靠性标准。

2。机械零件设计中常用的第一、三、四种强度理论适用于哪种材料？这些强度理论用于计算哪些最大值？

答：

1。最大主应力理论（第一强度理论）。该理论认为，危险状态的断裂是由于单元体上最大的拉应力（即主应力）s1）因此，其他斜面上的应力对损伤没有影响。根据实践，这只适用于脆性材料（如灰铸铁）的强度理论。脆性材料的抗压能力一般远大于抗拉能力，即压缩强度极限远大于抗拉强度极限。因此，当已知部件危险剖面上的主应力s1＞s2＞s3根据该理论获得的拉伸或弯曲计算应力为： sca=s1 或 ** =|s3| ，取两种类型中绝对值较大的一种。

2。最大剪应力理论（第三强度理论）。该理论认为，危险状态的屈服是由单元中最大的剪应力引起的，其他斜面上的剪应力对屈服没有影响。适用于塑料材料（如钢）的强度理论。当你知道零件危险部分的主应力时s1＞s2＞s3计算应力为：sca=s1-s3 。

3。统计平均剪应力理论（第四强度理论，也称为最大变形能理论）。该理论认为，虽然最大剪应力是危险材料屈服的主要原因，但其他斜剪应力也对屈服有影响，因此材料的屈服强度应用物理量来反映主要因素和次要因素，称为统计平均剪应力。它也适用于塑料材料的强度理论。

3。摩擦设计通常使用条件计算来限制机械零件的磨损。请写三个主要的条件计算标准公式，并简要解释它们的含义。

答：耐磨性是指作为相对运动部件的工作表面抵抗磨损的能力。由于磨损计算没有可靠和定量的计算方法，条件计算通常用于检查压力p不超过允许值，以确保工作面不会过度磨损；此外，计算压力和速度乘积pV值不得超过允许值，以限制单位接触表面单位时间内产生的摩擦功率不得过大，可防止胶合损伤。有时需要计算工作速度V。这些标准可以写成：p￡ [p] MPa ；pv ￡ [pv] MPa×m/s；v￡ [v] m/s 。式中，p—工作表面的压力，MPa；[p]—材料的许用压强，MPa；v—工作速度，m/s；[pv]—pv的许用值，MPa×m/s；[v]—v的许用值，m/s。

二、标准件选择与设计(15分，每小题3分)

1．请按国标GB/T 27-1988标注以下螺栓：公称直径d=14mm，长L=80mm，细牙螺距p=1mm，A双头螺柱。

答：螺栓AM14X1X100 GB/T 27-1988。

2．请按国标GB/T 1096-1979分别标注以下两个键：1)b=18 mm，h=11 mm，L=120 mm圆头平键（A型）；2) b=18 mm，h=11 mm，L=150 mm方头平键（B型）。

答：1） 键18X120 GB/T 1096-1979；

2）键B18X150 GB/T 1096-1979。

3．请按国标GB/T 117-2000注明以下圆锥销：d=12mm，L=150 mm，材料为35号钢，热处理硬度为HRC28~38，无表面处理。

答：销12X150 GB/T 117-2000

4请指出代码为6318/P3、72911B、23230/C3三种轴承的类型、尺寸系列、内径、结构、公差和间隙。

1）6318/P3：内径为90mm，03深沟球轴承，3级公差，正常结构，0组间隙；

2）72911B：内径为55mm，29尺寸系列角接触球轴承，0级公差，接触角40°，0级游隙；

3）23230/C3：内径150mm，32调心滚子轴承，0级公差，正常结构，2组间隙；

5根据以下典型机械零件的代码，请分别指出其公称尺寸。

（1）带：A2500 GB/T 11544-1997

（2）链：10A—2—100 GB/T1243—1997（注：10A链节距为15.875mm）

(3)联轴器:YL6联轴器

GB/T 5843-1986

（1）基准长度为2500mm的普通A型V带；

（2）A系列、节距15.875mm、2滚子链排，100节；

(3)主动端为J型轴孔，A型键槽，d=35mm，L=70mm；从动端为J1型轴孔，B型键槽，d=32mm，L=60mm凸缘联轴器；

三、问答题(10分)

液体滑动轴承摩擦副的不同状态如下图所示。哪些状态符合动压润滑条件？哪些状态不符合动压润滑条件？为什么？

V V

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V V

(a) (b) (c) (d)

题三图

答:如问题三图所示（a）(d)图形状态符合动压润滑条件，因为如图所示的相对运动方向可以形成收敛楔；相反，（b）(c) 动压润滑不状态不能形成动压润滑，因为这种相对运动方向只能形成发散油楔。

四、分析题(10分)

如下图所示为二次蜗杆传动，已知蜗杆3的螺旋线方向为右旋，蜗轮4的转向如图所示，轴I为输入轴轴：

（1）轴I和轴Ⅱ的转向

（2）全部的蜗轮、蜗杆的螺旋线方向

(3)蜗轮2和蜗杆3的分力方向

(注:蜗轮2与蜗杆3的轴向力方向相反)

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题四图

答：如图所示。

五、固定在钢柱上的支架如下图所示。知道载荷P＝7000N，其作用线与垂直线的夹角a=45°，底板高h＝400mm，宽b＝200mm。最合适的螺栓直径由不滑动条件确定。(15分)

说明本主题计算中可能使用的公式和数据如下：

(1)表面不滑动条件下的预紧力公式:

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其中：取f=0.3；取C1／(C1 C2)=0.2，则C2／(C1 C2)=1-0.2=0.8；取Kf=1.2，PH、PV分别是整个零件的水平分力和垂直分力。

(2)螺栓材料为Q235，强度级别4.6，屈服应力为sS=240MPa。

(3)取安全系数S＝4.2。

（4）M12普通粗牙螺纹d1=10.106、M14普通粗牙螺纹d1=11.835、M16普通粗牙螺纹材d1=13.835。

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问题五图 托架底板螺栓组连接

解决方案：本例由横向、轴向载荷和翻转扭矩的螺栓组连接。此时，一般采用拉普通螺栓计算。除了可能断裂的螺栓外，支架还可能沿接头表面滑动，在翻转扭矩的作用下，接头表面的上部可能离开接头，下部可能被压碎。有两种计算方法：一种是根据不离开接头的条件进行预选F从而求出F’和F0，再确定螺栓直径，然后验算不滑移不压溃等条件；另一种是由不滑移条件先求F从而求出F”和F0，然后确定螺栓的直径，然后检查不离缝、不压碎等条件。本例按后一种方法计算。

1．受力分析

(1)计算螺栓组的工作载荷

在工作载荷P螺栓组承受以下力和翻转力矩：

轴向力

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横向力

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翻转力矩

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N×mm

(2)计算单个螺栓的最大工作张力F

由轴向力PV引起的工作拉力为

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在翻转力矩M底板有绕组OO轴顺时针翻转的趋势，OO轴上方的螺栓被拉并加载，而下的螺栓被减载，因此上的螺栓受力较大。M最大工作拉力按给定公式计算：

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因此，上部螺栓的最大工作张力是

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(3)螺栓的预紧力应根据不滑动条件要求F’

在横向力PH底板的接合面可能会滑动。翻转力矩M一般不考虑影响，因为在M虽然底板一侧的压力增加，但另一侧的压力也同样降低。考虑到轴向力对预紧力的影响，参考类型（4-19）和（4-7），底板不滑动的条件可列出

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从而预紧力为

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根据已知条件，f=0.3；C1／(C1 C2)=0.2，则C2／(C1 C2)=1-0.2=0.8；取Kf=1.2，求得

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(4)螺栓总拉力F0

由式（4-9）得

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2螺栓直径根据拉伸强度确定

已知螺栓材料的强度等级4.6的Q235，sS=240MPa。在不控制预紧力的情况下，螺栓的安全系数与其直径有关。此时，应采用试算法确定螺栓直径：螺栓的公称直径d在M6～M16范围内和接近M16，已知S＝4.2，则许用应力

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MPa

螺栓危险截面直径为

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mm

所以，选用M16普通粗牙螺纹。

六、试设计带式输送机V带传动。已知电机额定功率P=3.5kW，转速n1=1440rpm，传动比i=4.0，单班制。工况系数KA=1.1、主动轮的基准直径D1380mm、选A型V带的基准长度Ld=1600mm。要求计算的内容包括:大带轮直径、带速和包角验算、带根数、预紧力和压轴力。(15分)

说明:本题目计算中可能使用的公式有:

1。带长与中心距关系公式：

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，提示：当只有a0不同的数量可以用于未知数量a0在代入式中，使等式近似成立a0即解(带长精确到1)。

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2．包角公式：

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3。带根数计算公式：

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，其中Pca计算功率，单根V带传递功率P0=1.02kW、功率增量DP0=0.17kW、Ka=0.98、KL=0.99。

4。预紧力计算公式：

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，其中v为带速m/s。

[解]

1确定计算功率Pca

已知工作情况系数KA=1.1，故

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2确定大带轮的直径

已知主动轮的基准直径D1=80mm。计算从动轮的基准直径D2。

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mm

取D2=320mm。

3．验算带速

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m/s，速度合适。

4确定传动中心距离

已知带的基准长度Ld=1600mm。设a0=500mm，

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计算实际中心距a

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5．验算主动轮上的包角a1

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主动轮上的包角合适。

6．计算V带的根数z

已知n1=1440rpm、D1=80mm、i=4.0， P0=1.02kW,，DP0=0.17kW，Ka=0.98，KL=0.9，则

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取z=4根。

7．计算预紧力F0

已知q=0.10kg/m，则

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8．计算作用在轴上的压轴力Q

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解毕。

七、某齿轮轴由一对30212E轴承支承，其径向载荷分别为Fr1=4500N，Fr2=3400N，作用于轴上的轴向外载荷FA=1400N，其方向如图所示，取载荷系数ƒP=1.2。试计算两轴承的当量动负荷P1=？，P2=？，并判断哪个轴承寿命短些。（10分）

注：已经30212E轴承的有关参数如下：Cr=59250 N，e=0.35，X=0.4，Y=1.7，

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题七图

解：（1）先计算轴承I、II的轴向力FaI、FaII

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因为

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所以

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（2）计算轴承1、2的当量动载荷

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故径向当量动载荷为

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因为，PI <PII所以轴承II寿命短些。

解毕。

八、结构设计改错题（本题10分）

下图为斜齿轮、轴、轴承组合结构图。齿轮用油润滑，轴承用油脂润滑，请指出该轴系结构设计中的错误。要求：

1． 在图中用序号标注设计错误处；

2． 在图下方的空白处标注序号，按序号列出错误，并提出修改建议；

3． 不必在图中直接改正。

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题八图

答：

（1）联轴器的键1应采用C型键联接，同时，键的布置应与齿轮轴段处的键在同一母线上；

（2）轴承端盖与轴之间应有间隙并设计密封件；

（3）左边轴承轴段与轴承端盖轴段之间应设计一个阶梯，不应为同一直径轴，以便于轴承安装；

（4）左轴承端盖与轴承座间应有垫片；

（5）左端轴承内圈厚度应略高于轴环厚度；

（6）齿轮宽度应略短于相应轴段长度1-2mm；

（7）齿轮轴上的键长应短于轴段长度；

（8）右端轴承内圈厚度应略高于轴环厚度；

（9）、右轴承端盖与轴承座间应有垫片；

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