一、简答题（15分、每小题5分）
1．试述机械零件的主要设计准则。
答：机械零件的主要设计准则有：
1．静强度准则，即σ≤[或τ≤[
2．疲劳强度准则，即或。
3．摩擦学设计准则。
4．其他准则：（1）刚度准则；y≤[y] 或θ≤[或≤2）可靠性准则。
2．机械零件设计中常用的第。
一、三、四这三种强度理论各适用于哪类材料？这些强度理论各用以计算什么量的最大值？
答：1．最大主应力理论（第一强度理论）。该理论认为，危险状态的折断都是由于单元体上最大拉应力（即主应力σ1）引起的，其他斜面上的应力对破坏没有影响。
根据实践，这只适用于脆性材料（例如灰铸铁）的强度理论。脆性材料的抗压缩能力一般远大于抗拉伸能力，即压缩强度极限远大于拉伸强度极限。故当已知零件危险剖面上的主应力σ1＞σ2＞σ3时，按此理论所得的拉伸或弯曲计算应力为：
σca=σ1 或 σb=|σ3| ，取两式中绝对值较大的一个。
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于单元体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。它适用于塑性材料（例如钢材）的强度理论。
当己知零件危险剖面上的主应力σ1＞σ2＞σ3时，计算应力为：σca=σ1-σ3 。
3．统计平均剪应力理论（第四强度理论，又称最大形变能理论）。该理论认为虽然最大剪应力是危险状态材料屈服的主要原因，但其他斜面上的剪应力也对屈服有影响，所以应该用一个既反映主要因素、又考虑次要因素的物理量来表示材料的屈服强度，这个量叫做统计平均剪应力。它同样适用于塑性材料的强度理论。
3．摩擦学设计时常采用条件性计算来限定机械零件的的磨损，请写出三个主要的条件性计算准则公式，并分别简要解释它们的含义。
答：耐磨性是指作相对运动零件的工作表面抵抗磨损的能力。由于目前对磨损的计算尚无可靠、定量的计算方法，因此常采用条件性计算，主要是验算压强p不超过许用值，以保证工作面不致产生过度磨损；另外，验算压强和速度乘积pv值不超过许用值，以限制单位接触表面上单位时间内产生的摩擦功不致过大，可防止发生胶合破坏。
有时还需验算工作速度v。这些准则可写成：p≤ [p] mpa ；pv ≤ pv] mpam/s；v≤ [v] m/s 。
式中，p—工作表面的压强，mpa；[p]—材料的许用压强，mpa；v—工作速度，m/s；[pv]—pv的许用值，mpam/s；[v]—v的许用值，m/s。
二、标准件选用与设计（15分，每小题3分）
1．请按国标gb/t 27-1988标注出以下螺栓：公称直径d=14mm，长l=80mm，细牙螺距p=1mm，a型双头螺柱。
答：螺栓am14x1x100 gb/t 27-1988。
2．请按国标gb/t 1096-1979分别标注出以下两种键：1）b=18 mm，h=11 mm，l=120 mm圆头普通平键（a型）；2) b=18 mm，h=11 mm，l=150 mm方头普通平键（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标注出以下圆锥销：d=12mm，l=150 mm，材料为35号钢，热处理硬度为hrc28~38，不经表面处理。
答：销12x150 gb/t 117-2000
4．请分别指出代号为6318/pb、23230/c3的三种轴承的类型、尺寸系列、内径、结构、公差和游隙的组别。
1）6318/p3：内径为90mm，03尺寸系列的深沟球轴承，3级公差，正常结构，0组游隙；
2）72911b：内径为55mm，29尺寸系列的角接触球轴承，0级公差，接触角40°，0级游隙；
3）23230/c3：内径150mm，32尺寸系列的调心滚子轴承，0级公差，正常结构，2组游隙；
5．根据以下所给出的几种典型机械零件的代号，请分别指出它们的公称尺寸。
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排、100节的滚子链；
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的凸缘联轴器；
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。请问：哪些状态符合形成动压润滑条件？哪些状态不符合形成动压润滑条件？为什么？
v vv v
a) (b) (c) (d)
题三图。答：如题三图所示中（a）(d)图状态符合形成动压润滑条件，因为如图示的相对运动方向可以形成收敛油楔；相反，（b）(c) 两图的状态不可能形成动压润滑，因为这样的相对运动方向只能形成发散型油楔。
四、分析题（10分）
如下图所示为二级蜗杆传动，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，试求：
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所受各分力的方向。
注：要求蜗轮2与蜗杆3的轴向力方向相反）
题四图。答：如图示。
五、如下图所示一固定在钢制立柱上的托架。己知载荷p＝7000n，其作用线与垂直线的夹角α=45，底板高h＝400mm，宽b＝200mm。试由不滑移条件确定最合适螺栓直径。（15分）
说明：本题计算中可能用到的公式和数据如下：
1）表面不滑移条件下的预紧力公式：
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分别是整个零件所受的水平分力和垂直分力。
2）螺栓材料为q235，强度级别4.6，其屈服应力为σs=240mpa。
3）安全系数取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。
题五图托架底板螺栓组联接。
解：本例是受横向、轴向载荷和翻转力矩的螺栓组联接，此时一般采用受拉普通螺栓计算。联接的失效除可能螺栓被拉断外，还可能出现支架沿接合面滑移，以及在翻转力矩作用下，接合面的上边可能离缝，下边可能被压溃。
计算方法有两种：一种是按不离缝条件预选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，再确定螺栓直径，然后验算不离缝不压溃等条件。本例按后一种方法计算。
1．受力分析。
1）计算螺栓组所受的工作载荷。
在工作载荷p的作用下，螺栓组承受如下各力和翻转力矩：
轴向力 n横向力 n
翻转力矩 nmm
（2）计算单个螺栓所受的最大工作拉力f
由轴向力pv引起的工作拉力为。
n在翻转力矩m的作用下，底板有绕oo轴顺时针翻转的趋势，则oo轴上边的螺栓受拉加载，而下边的螺栓受减载，故上边的螺栓受力较大。由m引起的最大工作拉力按式本题给定公式计算得：
n因此上边的螺栓所受的最大工作拉力为。
n3）按不滑移条件求螺栓的预紧力f’
在横向力ph的作用下，底板接合面可能产生滑移。翻转力矩m的影响一般不考虑，因为在m的作用下，底板一边的压力虽然增大，但另一边的压力却以同样程度减小。考虑轴向力产生的拉应力对预紧力的影响，参照式（4-19）和（4-7），可以列出底板不滑移的条件为。
从而预紧力为。
按已知条件，f=0.3；c1／(c1+ c2)=0.2，则c2／(c1+ c2)=1-0.2=0.8；取kf=1.2，求得。
n4）螺栓所受的总拉力f0
由式（4-9）得。
n2．按拉伸强度条件确定螺栓直径。
已知螺栓材料为强度级别4.6的q235，σs=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，这时要采用“试算法”来确定螺栓直径：
设螺栓的公称直径d在m6～m16范围内且接近m16，已知s＝4.2，则许用应力。
mpa则，螺栓危险截面直径为。
mm所以，选用m16粗牙普通螺纹。
六、试设计某带式输送机中的v带传动。已知电动机额定功率p=3.5kw，转速n1=1440rpm，传动比i=4.
0，单班制。工况系数ka=1.1、主动轮基准直径d1≥80mm、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、带的根数、预紧力和压轴力。（15分）
说明：本题计算中可能用到的公式有：
1．带长与中心距关系公式：，提示：当只有a0为未知量时，可将不同的a0代入式中，使等式近似成立的a0即为解（带长度精确到1）。
2．包角公式：
3．带根数计算公式：，其中pca为计算功率、单根v带传递功率p0=1.02kw、功率增量p0=0.17kw、kα=0.98、kl=0.99。
4．预紧力计算公式：，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。
2．确定大带轮直径。
已知主动轮基准直径d1=80mm。计算从动轮基准直径d2。
mm取d2=320mm。
3．验算带速。
m/s， 带的速度合适。
4．确定传动中心距。
已知带的基准长度ld=1600mm。设a0=500mm，计算实际中心距a
5．验算主动轮上的包角α1
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,，p0=0.17kw，kα=0.98，kl=0.9，则。
取z=4根。
7．计算预紧力f0
已知q=0.10kg/m，则。
8．计算作用在轴上的压轴力qn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p=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，题七图。
解：（1）先计算轴承i、ii的轴向力fai、faii
因为。所以。n而。
（2）计算轴承的当量动载荷。
故径向当量动载荷为。
因为，pi 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。
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；
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