2010年機械設計期末考試題

1．最大主應力理論（第一強度理論）。該理論認為，危險狀態的折斷都是由於單元體上最大拉應力（即主應力s1）引起的，其他斜面上的應力對破壞沒有影響。根據實踐，這隻適用於脆性材料（例如灰鑄鐵）的強度理論。脆性材料的抗壓縮能力一般遠大於抗拉伸能力，即壓縮強度極限遠大於拉伸強度極限。故當已知零件危險剖面上的主應力s1＞s2＞s3時，按此理論所得的拉伸或彎曲計算應力為： sca=s1 或 sb=|s3| ，取兩式中絕對值較大的一個。

2．最大剪應力理論（第三強度理論）。該理論認為危險狀態的屈服是由於單元體中最大的剪應力引起的，其他斜面上的剪應力對屈服沒有影響。它適用於塑性材料（例如鋼材）的強度理論。當己知零件危險剖面上的主應力s1＞s2＞s3時，計算應力為：sca=s1-s3 。

3．統計平均剪應力理論（第四強度理論，又稱最大形變能理論）。該理論認為雖然最大剪應力是危險狀態材料屈服的主要原因，但其他斜面上的剪應力也對屈服有影響，所以應該用一個既反映主要因素、又考慮次要因素的物理量來表示材料的屈服強度，這個量叫做統計平均剪應力。它同樣適用於塑性材料的強度理論。

3．摩擦學設計時常採用條件性計算來限定機械零件的的磨損，請寫出三個主要的條件性計算準則公式，並分別簡要解釋它們的含義。

答：耐磨性是指作相對運動零件的工作表面抵抗磨損的能力。由於目前對磨損的計算尚無可靠、定量的計算方法，因此常採用條件性計算，主要是驗算壓強p不超過許用值，以保證工作面不致產生過度磨損；另外，驗算壓強和速度乘積pV值不超過許用值，以限制單位接觸表面上單位時間內產生的摩擦功不致過大，可防止發生膠合破壞。有時還需驗算工作速度V。這些準則可寫成：p£ [p] MPa ；pv £ [pv] MPa×m/s；v£ [v] m/s 。式中，p—工作表面的壓強，MPa；[p]—材料的許用壓強，MPa；v—工作速度，m/s；[pv]—pv的許用值，MPa×m/s；[v]—v的許用值，m/s。

二、標準件選用與設計（15分，每小題3分）

1．請按國標GB/T 27-1988標註出以下螺栓：公稱直徑d=14mm，長L=80mm，細牙螺距p=1mm，A型雙頭螺柱。

答：螺栓AM14X1X100 GB/T 27-1988。

2．請按國標GB/T 1096-1979分別標註出以下兩種鍵：1）b=18 mm，h=11 mm，L=120 mm圓頭普通平鍵（A型）；2) b=18 mm，h=11 mm，L=150 mm方頭普通平鍵（B型）。

答：1）鍵18X120 GB/T 1096-1979；

2）鍵B18X150 GB/T 1096-1979。

3．請按國標GB/T 117-2000標註出以下圓錐銷：d=12mm，L=150 mm，材料為35號鋼，熱處理硬度為HRC28~38，不經表面處理。

答：銷12X150 GB/T 117-2000

4．請分別指出代號為6318/P3、72911B、23230/C3的三種軸承的類型、尺寸系列、內徑、結構、公差和游隙的組別。

1）6318/P3：內徑為90mm，03尺寸系列的深溝球軸承，3級公差，正常結構，0組游隙；

2）72911B：內徑為55mm，29尺寸系列的角接觸球軸承，0級公差，接觸角40°，0級游隙；

3）23230/C3：內徑150mm，32尺寸系列的調心滾子軸承，0級公差，正常結構，2組游隙；

5．根據以下所給出的幾種典型機械零件的代號，請分別指出它們的公稱尺寸。

（1）帶：A2500 GB/T 11544-1997

（2）鏈：10A—2—100 GB/T1243—1997（註：10A鏈節距為15.875mm）

（3）聯軸器：YL6聯軸器 GB/T 5843-1986

（1）基準長度為2500mm的普通A型V帶；

（2）A系列、節距15.875mm、2排、100節的滾子鏈；

（3）主動端為J型軸孔，A型鍵槽，d=35mm，L=70mm；從動端為J1型軸孔，B型鍵槽，d=32mm，L=60mm的凸緣聯軸器；

三、問答題（10分）

液體滑動軸承摩擦副的不同狀態如下圖所示。請問：哪些狀態符合形成動壓潤滑條件？哪些狀態不符合形成動壓潤滑條件？為什麼？

V V

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

題三圖

答：如題三圖所示中（a）(d)圖狀態符合形成動壓潤滑條件，因為如圖示的相對運動方向可以形成收斂油楔；相反，（b）(c) 兩圖的狀態不可能形成動壓潤滑，因為這樣的相對運動方向只能形成發散型油楔。

四、分析題（10分）

如下圖所示為二級蝸桿傳動，已知蝸桿3的螺旋線方向為右旋，蝸輪4的轉向如圖所示，軸I為輸入軸，試求：

（1）軸I和軸Ⅱ的轉向

（2）全部的蝸輪、蝸桿的螺旋線方向

（3）蝸輪2和蝸桿3所受各分力的方向

（註：要求蝸輪2與蝸桿3的軸向力方向相反）

題四圖

答：如圖示。

五、如下圖所示一固定在鋼製立柱上的托架。己知載荷P＝7000N，其作用線與垂直線的夾角a=45°，底板高h＝400mm，寬b＝200mm。試由不滑移條件確定最合適螺栓直徑。（15分）

說明：本題計算中可能用到的公式和數據如下：

（1）表面不滑移條件下的預緊力公式：

其中：取f=0.3；取C1／(C1+ C2)=0.2，則C2／(C1+ C2)=1-0.2=0.8；取Kf=1.2，PH、PV分別是整個零件所受的水平分力和垂直分力。

（2）螺栓材料為Q235，強度級別4.6，其屈服應力為sS=240MPa。

（3）安全係數取S＝4.2。

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

題五圖托架底板螺栓組聯接

解：本例是受橫向、軸向載荷和翻轉力矩的螺栓組聯接，此時一般採用受拉普通螺栓計算。聯接的失效除可能螺栓被拉斷外，還可能出現支架沿接合面滑移，以及在翻轉力矩作用下，接合面的上邊可能離縫，下邊可能被壓潰。計算方法有兩種：一種是按不離縫條件預選F”，從而求出F’和F0，再確定螺栓直徑，然後驗算不滑移不壓潰等條件；另一種是由不滑移條件先求F’，從而求出F”和F0，再確定螺栓直徑，然後驗算不離縫不壓潰等條件。本例按后一種方法計算。