1、机械设计历年真题试卷汇编 3 及答案与解析一、填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。1 齿形系数 YF 反映了轮齿几何形状对齿根弯曲应力的影响，它主要与( )和( )有关，而与( )无关。 哈尔滨工业大学 2010 研2 使用情况系数 KA 和动载系数 KV 都是考虑对轮齿啮合附加动载荷影响的系数，两者的主要区别是( ) 。哈尔滨工业大学 2010 研3 蜗杆传动，蜗杆头数越多，效率越( )。中科院 2007 研4 蜗杆传动设计中，通常选择蜗轮齿数 z226 是为了( )，z 280 是为了防止( ) 或( )。中南大学 2003 研二、单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符
2、合题意的。5 一对相啮合圆柱齿轮的 z2z 1，B 1B 2，其接触应力的大小是( )。北京交通大学2001 研（A） H1 H2（B） H1 H2（C） H1 H2（D）可能相等，也可能不等6 对于经常正反转的直齿圆柱齿轮传动，进行齿面接触疲劳强度计算时，若H1 H2，则接触许用应力应取( )。北京交通大学 2001 研（A） H1（B） H2（C） 07 H2（D）( H1 H2)27 直齿圆柱齿轮与斜齿圆柱齿轮相比，其承载能力和运动平稳性( )。中科院2005 研（A）直齿轮好（B）斜齿轮好（C）二者一样8 高速重载齿轮传动中，当散热条件不良时，齿轮的主要失效形式是( )。国防科技大学
3、2002 研（A）轮齿疲劳折断（B）齿面点蚀（C）齿面磨损（D）齿面胶合（E）齿面塑性变形9 带、齿轮与链组成传动系统，其传动方案设计顺序应当是( )。同济大学 2010研（A）带齿轮链传动输出（B）链 齿轮带传动输出（C）齿轮 带链传动输出（D）链带齿轮传动输出10 在直齿圆锥齿轮传动的强度计算中，通常把直齿圆锥齿轮传动看作一对( )，而齿宽相等的当量直齿圆柱齿轮传动，从而导出圆锥齿轮的强度计算公式。同济大学 2010 研（A）模数为大端模数（B）模数为平均模数（C）模数为小端模数（D）模数为齿宽 13 处模数11 蜗杆传动的材料配对为钢制蜗杆(表面淬火)与青铜蜗轮，因此在动力传动中应当由(
4、 )的强度来决定蜗杆传动的承载能力。国防科技大学 2001 研（A）蜗杆（B）蜗轮（C）蜗杆或蜗轮（D）蜗杆和蜗轮12 尺寸较大的青铜蜗轮，常采用铸铁轮芯而套上青铜轮缘，这主要是为了( )。上海交通大学 2006 研（A）使蜗轮的导热性能好（B）切齿方便（C）节约青铜（D）使其热膨胀小13 对于一般传递动力的闭式蜗杆传动，其选择蜗轮材料的主要依据是( )。中南大学 2005 研（A）齿面滑动速度 vs。（B）蜗杆传动效率 （C）配对蜗杆的齿面硬度（D）蜗杆传动的载荷大小14 在标准蜗杆传动中，当 z1 一定时，若提高蜗杆特性系数，其传动效率将减小，刚度将( ) 。中南大学 2004 研（A）增
5、加（B）减小（C）不变（D）可能增加也可有减小15 简述齿轮传动带传动，链传动的优缺点。中科院 2007 研16 试分析齿轮传动中为何两齿轮齿面要有一定的硬度差。北京交通大学 2001 研17 在设计、加工时。平行轴斜齿圆柱齿轮一般以哪一个面上的参数为标准值?为什么? 中科院 2006 研18 齿轮传动中，齿面接触应力属于哪类循环变应力?为什么? 中国科学技术大学2011 研19 简述齿轮传动的设计准则。哈尔滨工业大学 2005 研20 蜗杆传动有何特点?中科院 2005 研21 为什么对闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算?可采用哪些措旋来改善散热条件?中科院 2007 研22 图 10 一 4
6、为二级标准斜齿圆柱齿轮减速器。已知小齿轮 1 为输入端，转动方向如图；齿轮 2 的模数 mn25 mm，齿数 z249。螺旋角 145 ，螺旋线方向如图；齿轮 3 的模数 mn4 mm，齿数 z3180 试求：斜齿轮 3 的螺旋角 应取多大值。才能使轴的轴向力相互抵消?哈尔滨工业大学 2004 研23 某齿轮减速器中有两对直齿圆柱齿轮传动，双联主动齿轮 1、3 分别与从动轮2、4 相啮合。齿数如图 105 所示，各齿轮的材料、热处理硬度、模数均相同，主动轮输入转矩 T1 不变。试问： (1)当两对齿轮接触齿宽相同时，哪对齿轮的接触应力大。哪个齿轮弯曲应力大?为什么? (2)当齿轮对 1、2 的
7、接触齿宽 b1230mm，而两对齿轮要求弯曲强度相等时，齿轮对 3、4 的接触齿宽易 b34 应为多少(忽略YFa，Y Sa)?同济大学 2010 研24 如图 10 一 6 所示齿轮减速器。输入轴 I 转向如图所示。要求： (1)标出中间轴和输出轴的转向(要求画直线箭头)。 (2) 标出齿轮 2 和 3 所受的径向力 Fr、轴向力 Fa、圆周力 Ft 的方向( 包括作用点的位置)。 (3)若要求中间轴的轴向力尽可能小，说明该减速器设计是否合理。若不合理，提出简单的修改措施 o(输入轴转向不得改变)散热能力?同济大学 2010 研25 如图 114 所示为某电动起重设备，齿轮 1 和 2 均为
8、斜齿圆柱齿轮，3 为蜗杆，4 为蜗轮。已知齿轮 1 轮齿螺旋线方向为左旋，试回答下列问题： (1)在提升重物W 时，为使 轴上的轴向力较小。标出蜗杆 3 的螺旋线方向及在啮合点处蜗杆所受轴向力的方向。 (2)在图中画出当重物上升时。电动机的转向。 (3)如果蜗杆传动可以自锁，重物 W 暂时悬挂在与蜗轮固连在一起的卷简上，试分析蜗杆和蜗轮在啮合点所受轴向力和圆周力的方向变化。哈尔滨工业大学 2010 研26 如图 116 所示为一蜗杆与斜齿轮组合轮系。已知斜齿轮 4 的旋向与转向如图，蜗杆为单线。d 110 mm，蜗轮 d2200 mm，z 220，斜齿轮 3 的分度圆直径以d350 mm，中间
9、轴的扭矩 T2i 12T1 试求： (1)为使中间轴的轴向力相反，试确定蜗轮旋向及蜗杆转向。 (2)为使中间轴上轴向力相互抵消， 3 应取多少? (3)标出点口的各受力方向。中南大学 2002 研27 如图 118 所示为某减速装置传动简图。已知输出转动方向如图所示，为使、轴上的轴向力最小。要求： (1)在图中标出、轴的转动方向； (2)在确定蜗轮 2 和斜齿轮 3、4 的螺旋角方向； (3)在图中标出蜗轮 2、斜齿轮 4 啮合点处所受各分力的方向。武汉理工大学 2007 研机械设计历年真题试卷汇编 3 答案与解析一、填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。1 【正确答案】 齿数；变
10、位系数；模数。【试题解析】 齿形系数只与齿廓形状有关，即与变位系数和齿数有关，斜齿轮还与螺旋角有关，但与齿的大小(模数)无关。齿数越大，齿形系数越小，齿根弯曲应力 就越小，弯曲强度就越大。【知识模块】 齿轮传动2 【正确答案】 使用系数 KA 修正外部因素引起的附加动载荷，动载系数 KV 修正内部因素引起的附加动载荷。【试题解析】 使用系数 KA 修正外部因素引起的附加载荷，这种附加载荷取决于原动机和从动机械的特性、质量比、联轴器类型以及运行状态等。动载系数 KV 修正如齿轮副在啮合过程中存在的基节误差、齿形误差、轮齿变形等内部因素引起的附加动载荷。【知识模块】 齿轮传动3 【正确答案】 高【
11、试题解析】 由公式 tan 可知，蜗杆的头数 z1 越多，蜗杆的导程角越大，效率越高。【知识模块】 蜗杆传动4 【正确答案】 保证传动的平稳性；蜗轮模数过小而导致弯曲强度不够；蜗轮直径过大导致蜗杆轴支承跨距过大引起的刚度降低。【知识模块】 蜗杆传动二、单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。5 【正确答案】 C【试题解析】 一对相啮合齿轮的接触应力相等。【知识模块】 齿轮传动6 【正确答案】 B【试题解析】 对于一对啮合的齿轮，其接触应力是相等的，设计时应选择较小的许用接触应力，这样才能保证两齿轮均满足接触疲劳强度要求。【知识模块】 齿轮传动7 【正确答案】 B【试题解析】 斜齿
12、轮传动的优点：啮合性能好，传动平稳，噪声小；重合度大，降低了每对齿轮的载荷，提高了齿轮的承载能力；不产生根切的最少齿数少。缺点：运转时会产生轴向推力。【知识模块】 齿轮传动8 【正确答案】 D【试题解析】 高速、重载齿轮传动中，齿面压力大，滑动速度高，产热多。因此，如果散热条件不良，则容易发生热胶合。【知识模块】 齿轮传动9 【正确答案】 A【试题解析】 带传动靠摩擦传力，承载能力相对较小，结构尺寸相对较大，宜放在高速级，一般连接动力部分，具有吸振、缓冲的作用；由于链传动具有运动不均匀性，但承载能力强，因此应放在低速级；齿轮传动平稳、应用广泛，可以放在高速级，减速后由链传动输出。【知识模块】
13、齿轮传动10 【正确答案】 B【试题解析】 直齿锥齿轮传动是以大端参数为标准值的，但是在强度计算时则以齿宽中点处的当量齿轮作为计算的依据，当量齿轮的模数简称为平均模数 mm，且mmm(105 R)。【知识模块】 齿轮传动11 【正确答案】 B【试题解析】 蜗杆传动中，蜗轮无论在材料的强度上还是结构方面都弱于蜗杆，点蚀、磨损等失效多发生在蜗轮上，故一般只需对蜗轮进行承载能力的计算。【知识模块】 蜗杆传动12 【正确答案】 C【试题解析】 青铜材料具有良好的减磨性和耐磨性，但是青铜材料的价格较高，因此通常只是用来制造蜗轮轮缘。【知识模块】 蜗杆传动13 【正确答案】 A【试题解析】 蜗轮常用铸造锡
14、青铜、铸造铝铁青铜及灰铸铁等，根据齿面滑动速度进行选择： 铸造锡青铜耐磨性最好，用于滑动速度 vs3 ms 的重要传动； 铸造铝铁青铜耐磨性较铸造锡青铜差些，一般用于滑动速度 vs4 ms 的传动； 灰铸铁用于对效率要求不高，滑动速度 vs2 ms 的场合。【知识模块】 蜗杆传动14 【正确答案】 A【试题解析】 当 z1 一定时，若提高蜗杆特性系数 q，则根据公式 tan 可知，导程角 减小，传动效率减小；另一方面，根据公式 d1mq 可知，蜗杆分度圆直径 d1 将增加，刚度增加。【知识模块】 蜗杆传动15 【正确答案】 (1)齿轮传动的优点：传动功率和速度的范围广，传动比稳定，效率高，工作
15、可靠，寿命长，结构紧凑。缺点：制造安装精度高，价格较贵，不适于传动距离过大的场合。(2)带传动的优点：结构简单，传动平稳，噪声小；价格低廉；能缓和冲击，吸收振动，适用于中心距较大的传动；过载时会产生打滑，可以保护传动系统中的其它零件。缺点：带的弹性滑动，使传动效率降低甚至失效，传动比不准确；打滑失效会加剧带的磨损，寿命较短。(3)链传动的优点：和齿轮传动比较，它可以在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力，结构轻巧，制造与安装精度要求较低，成本也低；与带传动比较，传动比准确，传动可靠，张紧力小，装配容易，轴与轴承的载荷较小，传动的效率较高可达 095097，在同样的使用条件下，链传动的整体尺寸
16、较小，结构较为紧凑；可在高温或润滑油环境中工作，也可用于多灰尘的环境。缺点：由于多边形效应，链的瞬时速度、瞬时传动比不稳定；工作时有一定的冲击和噪声；不宜用在载荷变化大，高速和急速反向的传动中；只能实现平行轴间的同向传动。【知识模块】 齿轮传动16 【正确答案】 因为小齿轮的轮齿啮合次数比大齿轮多，且小齿轮的齿根厚度小于大齿轮，为了使大、小齿轮强度接近，软齿面齿轮配对中，小齿轮齿面硬度应比大齿轮的高 3050HBS。另外，转速较高时，小齿轮较硬的齿面将对大齿轮较软的齿面起到冷作硬化作用，从而提高大齿轮齿面的疲劳强度。因此，齿轮传动中两齿轮齿面要有一定的硬度差。【知识模块】 齿轮传动17 【正确
17、答案】 在设计、加工时，平行轴斜齿圆柱齿轮是一般以法面上的参数为标准值。因为在切制斜齿轮的齿数时，刀具的进刀方向一般是垂直于其法面的，所以其法面参数与刀具的参数相同，取为标准值。【知识模块】 齿轮传动18 【正确答案】 齿轮传动中，齿面接触应力为按脉动循环变化的变应力。因为对于相啮合齿轮上的一对特定轮齿，当啮合时，齿面产生接触应力，退出啮合时，齿面的接触应力则不存在，即工作齿廓上的各对应接触部位仅仅在接触的瞬间产生接触应力，过此瞬间脱离接触后，该部位的接触应力随即消失。因此，不论轮齿承受稳定载荷或不稳定载荷，传动运动方式如何，齿面接触应力均为按脉动循环变化的变应力。【知识模块】 齿轮传动19
18、【正确答案】 齿轮传动的设计准则：闭式硬齿面齿轮传动按弯曲疲劳强度设计计算，按接触疲劳强度校核；闭式软齿面齿轮传动按接触疲劳强度设计计算，按弯曲疲劳强度校核；开式齿轮传动按弯曲疲劳强度设计计算；高速、重载齿轮传动，须进行胶合能力的计算。【知识模块】 齿轮传动20 【正确答案】 蜗杆传动的特点如下： (1)由于蜗杆的轮齿是连续不断的螺旋齿，因此传动平稳，啮合冲击小。 (2)由于蜗杆的齿数(头数)少，因此，单级传动可获得较大的传动比(可达 1000)，且结构紧凑。在作减速动力传动时，传动比的范围为5i1270，增速时传动比 i12 。 (3)由于蜗杆蜗轮啮合轮齿间的相对滑动速度较大，摩擦磨损大，传
19、动效率较低，易出现发热现象，因此常需用较贵的减摩耐磨材料来制造蜗轮，成本较高。 (4)当蜗杆的导程角小于啮合齿轮间的当量摩擦角时，机构反行程具有自锁性，在此情况下只能由蜗杆带动蜗轮(此时效率小于 50)，而不能由蜗轮带动蜗杆。【知识模块】 蜗杆传动21 【正确答案】 (1)由于蜗杆传动效率低，工作发热量大，对闭式蜗杆传动，如果产生的热量不能及时散发，将使油温上升，导致润滑油粘度降低，从而增大摩擦损失，甚至发生胶合。因此，需对闭式蜗杆传动进行热平衡计算。(2)改善散热条件的措施： 在箱体上加散热片，增加散热面积； 在蜗杆轴端加装风扇，增强通风，提高传热系数；在润滑油池中设置循环冷却水管； 采用外
20、冷却喷油润滑。【知识模块】 蜗杆传动22 【正确答案】 要使轴的轴向力相互抵消，即应满足 Fa2F a3。根据轴向力公式 FaF ttan 可得： F t2tan2F t3tan3 其中，F t 为周向力。 又根据轴上的转矩 T2T 3，可得： ，即 ： 于是有【知识模块】 齿轮传动23 【正确答案】 (1) 当两对齿轮接触齿宽相同时，齿轮 1、2 的接触应力最大。 因为齿轮 1、2 接触应力相同，齿轮 3、4 接触应力相同，而两对齿轮的齿数比均为2，因而表面接触应力为： 在轴 I 上，z 3z 1，故齿轮 3 表面接触应力齿轮 1 表面接触应力，因此 1、2 齿轮表面接触应力最大，且： 当两
21、对齿轮接触齿宽相同时，齿轮 1 的弯曲应力最大。 弯曲应力 设轮 4 传递的扭矩为 T4，不考虑摩擦，则有 T4T 1i34，联立上式比较可得两对齿轮应分别按齿轮 1、4 校核弯曲强度。 因为z1z 430，所以比较可得 F1 最大。 (2) 两对齿轮弯曲强度相等，即 F4 F1 则有所以 b34 15mm 即当齿轮 3、4 的接触齿宽b3415mm 时，两对齿轮的弯曲应力相同。【知识模块】 齿轮传动24 【正确答案】 (1)由箭头法可知各轴转向，如图 10 一 7 所示，中间轴箭头向上；输出轴箭头向下。 (2)齿轮 2 作用点在齿轮 1、2 啮合点处。其中，径向力 Fr2 的方向向上，指向齿
22、轮 2 的回转中心；轴向力 Fa2 的方向向右；圆周力 Fr3 的方向垂直于纸面向外。 齿轮 3 作用点在齿轮3、4 啮合点处。其中，径向力 Fr3 的方向向下，指向齿轮 3 的回转中心；由图可知，轮 3 为左旋，则根据左手法则，其轴向力 Fa3 的方向水平向右；圆周力 Ft3 的方向垂直于纸面向外。 (3)若要求中间轴的轴向力尽可能小，则该减速器的设置不合理。因为由(2)分析可知，齿轮 2、3 受到的轴向力均为水平向右，不能抵消，工作时中间轴上的动载荷十分大，所以设置不合理。 改进的措施：改变齿轮 3、4 的旋向，即齿轮 3 右旋，齿轮 4 左旋，这样齿轮 3 受到的轴向力向左，和齿轮 2
23、的轴向力相抵消一部分，从而改善工作性能。【知识模块】 齿轮传动25 【正确答案】 (1)因为要提升重物，所以需要从动轮蜗轮 4 顺时针转动，即图115 所示 4，由此可判断出蜗轮 4 在啮合点的圆周力方向为水平向右。由蜗杆轴向力与蜗轮圆周力大小相等，方向相反的关系可知，蜗杆 3 在啮合点的轴向力 Fa3为水平向左。为使轴的轴向力能够抵消一部分，应使齿轮 2 所受轴向力水平向右，所以齿轮 1 所受的轴向力与之反向，即水平向左。又已知齿轮 1 为左旋，因此，根据左手法则可知，轴的转向从左向右看为顺时针。 根据箭头法可知，轴的转动方向从左向右看为逆时针，蜗杆 3 的轴向力 Fa3 和轴的转向符合右手
24、法则，所以蜗杆 3 为右旋，如图 115 所示。 (2)由(1) 分析可知，从左向右看，电机的转动方向为顺时针方向，如图 115 所示 n1。 (3)由于自锁，此时在重物作用下蜗轮有逆时针的运动趋势，因此，蜗轮所受圆周力方向向右，蜗杆所受轴向力方向向左。【知识模块】 蜗杆传动26 【正确答案】 (1)由齿轮 4 的旋向及转向可知，齿轮 3 的旋向为右旋，转向从左向右看为逆时针。根据主动轮 3 的右手法则可知，齿轮 3 的轴向力方向水平向左。为使中间轴的轴向力相反，故蜗轮 2 的轴向力方向水平向右。由蜗轮轴向力与蜗杆圆周力大小相等，方向相反的关系可知，蜗杆 1 的圆周力方向为水平向左，因此，蜗杆
25、的转向为顺时针。 根据蜗轮 2 的转向(同齿轮 3)从左向右看为逆时针可知，其在啮合点的圆周力为垂直于纸面向外，由蜗轮圆周力与蜗杆轴向力大小相等，方向相反的关系可知，蜗杆 1 的轴向力方向垂直纸面向里。又蜗杆主动，其轴向力与转向符合右手法则，所以蜗杆的旋向为右旋，故与之啮合的蜗轮 2 的旋向同为右旋。 (2)蜗轮所受的轴向力 Fa2 Ft1 齿轮 3 所受的轴向力 Fa3F t3tan3tan3 轴向力相互抵消，即 Fa2F a3，因此，tan3 0 25 解得： 31404。 (3)点 a 各受力方向如图 117所示。【知识模块】 蜗杆传动27 【正确答案】 (1)、轴的转动方向如图 119
26、 所示。具体确定过程如下：根据轴(锥齿轮 6)的转动方向 n ，可知轴(锥齿轮 5)的转动方向 nm 和轴的转动方向 n 。根据锥齿轮的轴向力方向是由小端指向大端，可知锥齿轮 5 的轴向力方向水平向左，为使轴上的轴向力最小，斜齿轮 4 的轴向力方向应水平向右，所以斜齿轮 3 的轴向力方向水平向左。为使轴上的轴向力最小，蜗轮 2 的轴向力方向应水平向右，所以蜗杆 1 的圆周力方向水平向左，因此，可知轴的转向 n1 为顺时针方向。 (2)因为斜齿轮 3 的转向 n 和轴向力方向为水平向左，满足右手定则，所以斜齿轮 3 的螺旋角方向为右旋，因此，斜齿轮 4 的螺旋角方向为左旋。 根据蜗轮 2 的转向 n 可知蜗轮 2 的圆周力方向垂直纸面向外，所以蜗杆 1 的轴向力方向垂直纸面向里。蜗杆 1 的转向和轴向力方向满足右手定则，故蜗杆 1 的螺旋角方向为右旋，因此，蜗轮 2 的螺旋角方向也为右旋。 (3)蜗轮 2、斜齿轮 4 啮合点处所受各分力的方向如图 119 所示。【知识模块】 蜗杆传动
