1、三 分析计算题1如图a、b分别为二级标准斜齿圆柱齿轮减速器的两种布置形式。已知齿轮2模数mn2=2.5mm，z2=57，2=13；齿轮3模数mn3=3mm，z3=19；齿轮4轮齿旋向为右旋。若主动轴I转向如图所示，试：1） 图a、b两种布置形式哪种布置合理？并分析为什么？（2分）2） 为使中间轴的受力合理，试确定齿轮2轮齿旋向。（2分）3） 在你认为齿轮布置合理的图上，画出各齿轮受力方向。（3分）4） 为使轴的外部轴向力为零，试计算出齿轮3的螺旋角3的值？（7分）5） 若主动轴I转向相反，轴的轴向力还是否为零？（1分） 图a 图b1） 图b布置形式合理（1分）。理由：将齿轮布置在远离转矩输入端
2、的位置，（1）可利用轴的弯曲和扭转变形的综合作用使齿轮的最大载荷降低；（2）也可使载荷分布不均状况得以改善（答对一个或两个理由都得1分）。2）如本题答图a、b所示：a、b两图中齿轮2皆为左旋。(2分，每画对1个得1分)3）如本题答图b所示：（总计6对分力总计3分。每画对1对分力得0.5分） 4）齿轮2、3的圆周力分别为： （1）（2分）齿轮2、3的轴向力分别为： （2分）为使轴II的轴向力为零，应满足如下条件： （2）（1分）将（1）式代入（2）式中整理得： （1分）所以， （1分）6） 即使轴I反转，轴II的轴向力仍为零。（1分）2（总15分）： 如图所示，一级斜齿圆柱齿轮减速器传动装置的小
3、齿轮为悬臂布置形式。该齿轮的轴系采用一对角接触球轴承背对背安装的支撑形式。已知：轴承径向载荷Fr1、Fr2方向如图所示，大小分别为：Fr1=5500N、Fr2=3000N，小齿轮轴向力A=1500N。轴承内部轴向力按S=0.4Fr计算。1）分别计算图该对轴承的轴向力Fa1、Fa2。（8分）2）若该对轴承的寿命为8000小时，现将载荷加大一倍，将转速减小一半，试计算后确定该对轴承能否满足载荷及转速改变后寿命至少2500小时的工作要求？（7分）1） S1=0.4Fr1 = 0.4x5500 = 2200(N) ，方向向左； （1分）S2=0.4Fr2 = 0.4x3000 = 1200(N) ，方
4、向向右； （1分）根据轴的转向及小齿轮旋向判断出：小齿轮轴向力A向左。（3分）S1+A = 2200+1500 = 3700 (N) S2 = 1200 (N) （1分）所以，Fa2 = S1+A = 3700 N （1分）Fa1 = S1 = 2200 N (1分) （以上步骤中公式正确、轴向力A方向判断正确，仅计算结果错误，只扣1分。）2）结论：不满足。 （没有中间步骤和计算公式，只答不满足，“蒙对的”给1分）四 结构题1 下图分别用六角头M16的普通螺栓、六角头M16的铰制孔螺栓连接两块厚度为20mm的钢板，采用弹簧垫圈，补画出其余结构线条，并注明那个是普通螺栓连接，那个是铰制孔螺栓连接
5、（4分）。答案： 普通螺栓连接（2分） 铰制孔螺栓连接（2分）2 (结构设计题)指出齿轮轴系结构图中的错误（指出并改正8处即可），说明错误原因，并在中心线上方画出正确结构（16分）。已知： 1）齿轮是油润滑，轴承是脂润滑；2）轴承为深沟球轴承。答案：任意标出8处错误，并在上部改正这8处错误（每处2分）。错误1：键槽的长度不能大于与其连接的联轴器轴毂的长度；错误2：联轴器没有轴向定位；错误3 ：没有密封；错误4 ：密封处的轴径不能和轴承安装处的轴径相同；错误5：轴承端盖作为轴承外圈的定位，其内圈直径不能小于轴承外环内径；错误6：套筒作为轴承内圈的定位，其外径不能大于轴承内环外径；错误7：螺栓连接
6、处的画法不对，包括螺纹画法和光孔的画法；错误8：没有画剖面线；错误9：用套筒对齿轮进行轴向定位时，套筒不能同时与轴肩和齿轮接触；错误10：两个键槽的位置应在同一直线上，确保两个键槽一次装夹加工出来；错误11：轴肩作为轴承内圈的定位，其直径不能大于轴承内环外径；错误12：同错误5；错误13：没有画剖面线；错误14：轴的伸出长度不应超过联轴器，这样无法实现两个半联轴器的连接；错误15：联轴器没有实现轴向固定，可采用紧定螺钉或轴端挡圈固定；错误16：齿轮是油润滑，轴承是脂润滑，因此应该有两个挡油环。三、分析题 1. 如图所示，1、2是一对蜗杆蜗轮传动，3、4是一对斜齿轮传动。已知1为原动件，4为输出
7、件，各轮转向如图所示。为了使中间轴上蜗轮2和斜齿轮3的轴向力互相抵消一部分，试确定1、2、3、4各轮的旋向；在图上标出2和3所受各力的方向。 1、2、3轮左旋，4轮右旋 3、如图所示为带传动简图。轮1为主动轮。试问： （1）带传动的主要失效形式有哪些？带传动工作时为什么出现弹性滑动现象？能否避免弹性滑动？（2）带传动工作时，带处于图中哪一点应力最大？最大应力smax？ （5分）解：带传动的主要失效形式有打滑和疲劳断裂。弹性滑动是由拉力差引起的，（只要传递圆周力，必然会产生弹性滑动）。弹性滑动是正常的工作现象，不可避免。图中A点应力最大，四、计算题 1、某轴由一对代号为30212的圆锥滚子轴承支
8、承，其基本额定动载荷C = 97.8 kN。轴承受径向力Fr1= 6000N，Fr2 =16500N。轴的转速 n =500 r/min，轴上有轴向力FA = 3000 N，方向如图。轴承的其它参数见附表。动载荷系数 fd = 1，温度系数ft= 1。试：（1）说明轴承代号的意义；（2）确定轴承的寿命。(以小时为单位) SFa/FreFa/FreeXYXY0.40100.41.5 解：3：轴承类型代号，圆锥滚子轴承；02：尺寸系列代号（0：宽度系列代号，2：直径系列代号）；12：内径系列代号，内径为60mm；公差等级为0级。1）求内部派生轴向力S1、S2的大小方向 N N方向如图所示。，1轴承
9、被“压紧”，2轴承被“放松”。2）求轴承所受的轴向力NN， 3）轴承的当量动载荷据：Fa1/ Fr1= 2500/6000 = 0.417e = 0.40，得：X1 = 0.4，Y1 =1.5P1 = fd（X1 Fr1 + Y1 Fa1）= 0.46000 + 1.52500 = 6150 N据：Fa2/ Fr2 = 5500/16500 = 0.33 e，得：X2 = 1，Y2 = 0P2 = fd（X2 Fr2 + Y2 Fa2） = 16500 N P2P1，用 P2 计算轴承寿命。4）计算轴承寿命12562 h2、一牵曳钩用2个M10(d1=8.376mm)的普通螺栓固定于机体上，如
10、图所示。已知接合面间摩擦系数 f =0.15，可靠性系数 Kf=1.2，螺栓材料强度级别为6.6级，屈服极限s=360MPa，安全系数S=3。试计算该螺栓组连接允许的最大牵引力R max=?（6分）解：许用应力:360/3=120MPa预紧力为由公式求出预紧力：F=5083.7N最大牵引力与预紧力关系公式为 最大牵引力为R=1271N五、改错题 试分析如图所示轴系结构中的错误，并加以改正。（指出错误之处，并编上号，简述其错误原因，并改正之。）（至少改正5处）指出错误之处，并编上号，简述其错误原因（略）。改正为：三计算题1如图所示二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器，I、III轴分别为输入和输出轴。已知
11、1轮的转向和螺旋线旋向，欲使II轴上两轮的轴向力抵消一部分，要求： 1）画出2、3、4轮螺旋线旋向； 2）画出2、3轮的圆周力、轴向力和径向力的方向及2轮的转向。Ft4Ft3Ft2Ft1Fa4Fa3Fa2Fa1Fr4Fr3Fr2Fr1解：如图所示2如图所示螺栓联接中采用两个M20的螺栓，其小径d117. 294mm，螺栓许用拉应力，被联接件结合面的摩擦系数f0.20，可靠性系数。试计算联接容许传递的静载荷Q。解：由结合面不滑移得： (4分) 由螺栓强度得： （5分）其中m=2, z=2 （1分）解得 （2分）3.某矿车自重1吨，载重3吨，矿车的两根同样的车轴各支承在同样的一对车轮上，支承距a=
12、600mm，轨距b=900mm，若车轴材料的许用弯曲应力=70N/mm2，试画出车轴的弯矩图并确定车轴危险断面的直径d。解：车轴弯矩图如下图 M600900 最大弯矩 (4分) 车轴危险断面的直径 (4分)4一工程机械中的传动装置，根据工作条件决定采用一对圆锥滚子轴承，并暂定轴承型号为30308，已知轴承载荷R12400N，R25000N，轴上的轴向载荷Fa800 N，轴转速n=500r/min，运转中取载荷系数fp1.5，预期寿命Lh12000小时，试求：（1） 两轴承的轴向力A1，A2 （4分）（2） 两轴承的径向载荷系数x1, x2以及轴向载荷系数y1,y2（4分）（3） 两轴承的当量动
13、载荷P1，P2（4分）（4） 该轴承是否满足寿命要求？（2分）（注：30308轴承：额定动载荷C90800N，额定静载荷C0r108000N，e=0.35，y=1.7。当时，x=0.4,y=1.7；当时，x=1，y=0）解： S1R1/(2Y)=2400/(21.7)705.8N S2R2/(2Y)=5000/(21.7)=1470.6N 因FA + S2=800+1470.6=2270.6 S1 所以 A1= Fa+ S2=2270.6N A2= S2=1470.6N 取ft1，fp1.5 A1/R1=2270.6/2400=0.94e X1=0.4 Y1=1.7 A2/R2=1470.6/
14、5000=0.09428.768mm）2、如图所示，a)、b)分别为斜齿圆柱齿轮的悬臂布置和对称布置的支承形式。图1)、2) 分别为一对角接触球轴承背对背、面对面安装支承形式。1） 请合理选择斜齿轮不同布置形式下，一对角接触球轴承的支承形式，你认为正确的，在“”中打“”：图a)所示悬臂布置宜采用： 图1)； 图2) （1分）图b)所示对称布置宜采用： 图1)；图2)。（1分）2） 根据1）中的选择结果计算图a）所示情况下，轴承的轴向力Fa1、Fa2。已知：轴承径向载荷Fr1、Fr2、齿轮的轴向力A方向如图所示，大小分别为：Fr1=4000N、Fr2=2000N，A=2000N。轴承内部轴向力S
15、=0.4Fr。（4分）解：S1=0.4Fr1 = 0.4x4000 = 1600(N) ，方向向左； （1分）S2=0.4Fr2 = 0.4x2000 = 800(N) ，方向向右； （1分）S2+A = 800+2000 = 2800 (N) S1 = 1600 (N) （1分）所以，Fa1 = S2+A = 2800 N （1分） Fa2 = S2 = 800 N3） 若该对轴承的寿命为5000小时，现将当量动载荷加大一倍，将转速减小一半，试计算后确定该对轴承能否满足载荷及转速改变后寿命至少1000小时的工作要求？（4分）标准答案： 结论：此轴承能够满足寿命至少1000小时要求。3、在图示
16、传动系统中，件1和2均为斜齿圆柱齿轮，件3为蜗杆，件4为蜗轮。已知齿轮1轮齿螺旋线方向为左旋，其转向如图所示，试回答下列问题：1）齿轮2的轮齿螺旋线方向是 旋。（1分）2）在图中画出齿轮1、齿轮2在节点A所受的轴向力和的方向。（2分）3）为使在轴上的齿轮2与蜗杆3的轴向力相互抵消一部分，蜗杆3的螺旋线方向应该是 旋，并在图中画出蜗杆的旋向；在节点B处画出蜗杆3所受的轴向力、圆周力和径向力的方向，在节点B处画出蜗轮4所受的圆周力和径向力的方向，在图中画出蜗轮4的转动方向。（8分）答：1）右旋。2）齿轮1、齿轮2在节点A所受的轴向力和的方向如图所示。3) 右旋； 画出螺旋线方向蜗杆3所受的三个分力
17、、和的方向如图所示；蜗轮4所受的圆周力和径向力的方向如图所示； 蜗轮4的转动方向如图所示。(1)4、一对标准斜齿圆柱齿轮传动如图所示，已知：输入轴转速，输入功率kW，齿轮齿数，=62，法向模数mm，分度圆螺旋角，分度圆柱上的法面压力角，试计算：（1）输入轴I上的转矩；（2）大斜齿圆柱齿轮上三个分力的大小。（本题4分）解： 输入轴上的转矩N. m kN kW kN 四、结构题（10分）1、 如图所示，已知圆锥滚子轴承安装在零件1的轴承座孔内。由于结构限制，设计时不能改变零件1的尺寸。试问：采用何种方法以便于轴承外圈拆卸？并在右侧图上画出零件1的结构。（2分）答：可在零件1圆周方向上等分圆周位置加
18、2至3个螺纹孔，用螺钉顶轴承外圈拆卸。如右图所示。（答出方法1.5分、画出结构1.5分）2、写出实现轴上零件轴向固定的四种方法，并画出相应的结构图。（8分）标准答案： （评分标准：每种方法各2分：文字说明0.5分，画出结构图1.5分）四、（15分）某轴用一对同型号角接触球轴承支承，受力情况如图所示。已知：内部轴向力0.68，e0.68。当e时，X1，Y0；当e时，X0.41，Y0.87。问哪个轴承的寿命低？解：（1）（N） （N） （2）（N）（N） 故 （N） （N）（N） 故 （N） ，则X1，Y=0。则 4000（N） e，则 X0.41，Y0.87。则 （N） 由于 ，故轴承1的寿命短
19、。五、（15分）如图所示的螺栓组联接，已知外载荷F5KN，各有关几何尺寸如图所示。试计算受力最大螺栓所受的横向工作载荷Fsmax。解：（1）将F向螺栓组形心平移，同时得转矩T。T=500F51055002.5106（N） 在F作用下，各螺栓所受横向力为 Fs1（N） 在T作用下，各螺栓所受横向力也相等，为 （N） 显然，1、2两螺栓所受的横向力最大，为 （N） 六、设计一个标准直齿圆柱齿轮传动，传动比i3.2，允许传动比有不超过5的误差。通过强度计算已确定中心距a320mm，模数m3mm，取齿宽系数1。试确定下列几何尺寸：m、z1、z2、d1、d2、b1、b2。（模数系列：3、3.5、4、4.
20、5、5、5.5、6、7、8、）解：（1）由 得 取 m =5（mm）（应为标准值） 则 128 （1） （2） 联立 （1）、（2）解得 ， 取 ， （mm） （mm） （mm） 取 （mm）， （mm） 注：本题主要考察：m是否为标准值？是否满足？各参数和尺寸取值圆整是否合理？四、（15分）已知某材料的力学性能为：350MPa，m9，5，对此材料进行对称循环疲劳试验，依次加载应力为：（1）550MPa，循环次数n15；（2）450 MPa，循环次数n22；（3）=400 MPa。求：发生疲劳破坏时，的循环次数n3？解：（1）由 疲劳曲线方程 得 3分 3分 3分 （2）根据Miner法则 3
21、分 解得： 3分五、（18分）图示为一蜗杆轴用两个角接触球轴承支承。已知蜗杆所受轴向力580N，两轴承的径向力为：935N，1910N，载荷性质系数1.1。试计算两个轴承的当量动载荷。 注：内部轴向力eFR， e0.36。 当e时，X1，Y0；当e时，X0.41，Y0.87。解：（1） （2） 故 故 （3）e，故 ，（N） ，故 ，（N） 六、（17分）图示为由圆锥齿轮和斜齿圆柱齿轮组成的传动系统。已知：轴为输入轴，转向如图所示，输出轴功率P5KW，转速n157rpm，各轮齿数为：z1=25，z2=60，z3=22，z4=84，设效率为100。（1） 在图中标出各轮转向，并计算各轴的转矩。为
22、使2、3两轮的轴向力方向相反，确定并在图中标出3、4两轮的螺旋方向。（2） 在图中标出2、3两轮在啮合点处所受各分力(、Fr、Fx)的方向。解：（1）各轴转向如图所示。 (rpm) （rpm） （Nm） (Nm) (Nm) （2） 3轮左旋，4轮右旋。 （3） 2、3两轮的各分力方向如图所示。 五、结构改错题：请用圆圈标出错误的位置，满分8分 答案 1.无垫片无法调整轴承的游系 2.轴肩过高无法拆卸轴承 3.齿轮用油润滑轴承用脂润滑但无挡油盘 4.轴套长度应小于轮毂的长度 5.同一根轴上的两个键槽应布置在同一母线上。 6.套筒顶不住齿轮过定位 7.套筒应低于轴承外圈 8.轴承端盖与相应轴段处应
23、有密封件且与轴间不应接触应有间隙。 9.连轴器无轴向固点且与端盖间隙太小易接触 10.键顶部与轮毂糟间应有间隙。三、分析计算题（共25分）1、在图示电动绞车系统中，件1和2均为斜齿圆柱齿轮，件3为蜗杆，件4为蜗轮。已知蜗轮蜗杆均为右旋，并且设计时轴上的齿轮2与蜗杆3的轴向力能够相互抵消一部分，试回答下列问题(共16分)：齿轮1的轮齿螺旋线方向是 旋。（2分）在图中用箭头表示出重物上升时齿轮1和齿轮2的转动方向以及齿轮2在节点A所受的轴向力的方向。（4分）重物上升时，在节点B处画出蜗杆3所受的轴向力、圆周力和径向力的方向，在节点B处画出蜗轮4所受的圆周力的方向。（4分）若起重量W=50000N，
24、蜗杆头数z3=2，蜗杆分度圆直径d3=100mm，蜗轮齿数z4=60，模数m=5，卷筒直径D=300mm，传动效率=0.75。试求节点B处Fa3和Fa4的大小。（6分）齿轮1齿轮2电动机A蜗杆3蜗轮4WBFt4Fa3Fa2n1n2Fr3Ft3答：左旋（2分）。齿轮1、齿轮2的转动方向的方向如图所示(2分)，的方向如图所示(2分)。各分力方向如图所示。（4分） (3分) (3分)2、如图所示，某轴由一对7209 AC轴承支承，轴承采用面对面安装形式。已知两轴承径向载荷分别为Fr1=3000N，Fr2=4000N，轴上作用有轴向外载荷A=1800N。载荷平稳，在室温下工作，转速n=1000r/mi
25、n。该轴承额定动载荷C=29800N，内部轴向力S=0.4Fr，e=0.68，当量动载荷系数如下表所示。试计算此对轴承的使用寿命。（9分）Fa/FreFa/FreXYXY0.410.8710答：内部轴向力方向如图所示 ，S1=0.4Fr1=1200N S2=0.4Fr2=1600N 因为A+S1S2 故 Fa1=S1=1200N Fa2=S1+A=3000N 比较两轴承受力，只需校核轴承2。Fa2/Fr2=0.75e P=XFr2+YFa2=0.41*4000+0.87*3000=4250N h 四、结构题（20分）1、 如下图所示，轴承部件采用左端固定右端游动支承结构，指出图中错误并在不改变
26、轴承类型前提下画出正确结构。直接画在中心线下方，轴承可采用简化画法。（6分） 答：轴可向右侧窜动（2分）。 改正错误（4分，其它结构达到相同目的也可）。2、 图连接面受转矩作用，利用四个螺栓完成连接，重新布置螺栓组使其受力更为合理，并在右边画出铰制孔用螺栓连接结构示意图。（6分）评分标准：螺栓位置（2分） 铰制孔用螺栓连接（4分） 3、完成图中轴系部件结构。（8分）评分标准： 键连接结构（3分） 齿轮轴向定位固定（2分） 轴承考虑拆卸的固定（左右各1.5分）三、计算题（共30分）1、.图示托架受铅垂力F（N），托架与托体之间的摩擦系数为s,可靠系数Kf=1,螺栓与被联接件的相对刚度为0.2，螺
27、栓材料的许用应力为，按步骤列出螺栓根径d1的计算式。（14分） 解：（1）求F：不下滑条件：4 Fs kf F F （2）求F：F = = = (3) 求 F0 = F+ F = + 0.2 F (4) 求d1: 由公式 d1 2、一轴上有一对30204圆锥滚子轴承，轴承受载荷，n=1250r/min ，运转时有轻微冲击，试计算这对轴承当量动载荷p和寿命L10h。轴承参数：d=20mm； ；Fa/Fre，x=1，y=0；Fa/Fre，x=0.4，y=1.7，注： (本题16分) s1、s2方向如图所示;；，轴承2受压；，x1=1,y1=0，x2=0.4，y2=1.7； 四、分析题（18分）图示蜗杆-斜齿轮传动，已知蜗杆为左旋，转向如图示，蜗杆m=8mm，d1=64mm(q=8)，z1=2，z2=42，蜗杆输入转矩T1=38000N.mm，蜗杆传动效率h0.75。试求：1）画出蜗轮的转向；2）欲使II轴的蜗轮2和齿轮3的轴向力抵消一部分，决定斜齿轮3、4的螺旋线方向；3）分别求出蜗杆、蜗轮上各力的大小和方向。 1）蜗轮转向如图示。2）斜齿3为左旋，4为右旋。3）蜗杆、蜗轮上各力方向如图示，各力的大小为：
