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机械设计基础考试试题及答案
RevisedonNovember25,2020
机械设计基础考试试题及答案
《机械设计基础》
考试时间：
2014年11月24日9：
00-10：
40
一、单项选择题（本大题共20小题，每小题2分，共40分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。
1.在如图所示的齿轮—凸轮轴系中，轴4称为（A）
A零件
B.机构
C.构件
D.部件
2.若组成运动副的两构件间的相对运动是移动，则称这种运动副为（B）
A.转动副B.移动副C.球面副D.螺旋副
3.渐开线齿轮的齿廓曲线形状取决于（D）
A.分度圆B.齿顶圆C.齿根圆D.基圆
4.机构具有确定相对运动的条件是（A）
A.机构的自由度数目等于主动件数目B.机构的自由度数目大于主动件数目
C.机构的自由度数目小于主动件数目D.机构的自由度数目大于等于主动件数目
5.一般转速的滚动轴承计算准则为（C）
A.进行静强度计算B.进行极限转速计算C.进行疲劳寿命计算D.进行热平衡计算
6.柴油机曲轴中部的轴承应采用（B）
A.整体式滑动轴承B.剖分式滑动轴承C.深沟球轴承D.圆锥滚子轴承
7.螺纹联接的自锁条件为（A）
A.螺纹升角≤当量摩擦角B.螺纹升角>摩擦角C.螺纹升角≥摩擦角D.螺纹升角≥当量摩擦角
8.机械运转不均匀系数是用来描述机械运转不均匀程度的重要参数，其表达式为（C）
A.
B.
C.
D.
9.铰链四杆机构的死点位置发生在（A）
A.从动件与连杆共线位置B.从动件与机架共线位置
C.主动件与连杆共线位置D.主动件与机架共线位置
10.当轴的转速较低，且只承受较大的径向载荷时，宜选用（C）
A.深沟球轴承B.推力球轴承C.圆柱滚子轴承D.圆锥滚子轴承
11.作单向运转的转轴，其弯曲应力的变化特征是（A）
A.对称循环B.脉动循环C.恒定不变D.非对称循环
12.在一般机械传动中，若需要采用带传动时，应优先选用（C）
A.圆型带传动B.同步带传动型带传动D.平型带传动
13.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，则为了获得曲柄摇杆机构，其机架应取（B）
A.最短杆B.最短杆的相邻杆C.最短杆的相对杆D.任何一杆
14.若被联接件之一厚度较大、材料较软、强度较低、需要经常装拆时，宜采用（B）
A.螺栓联接B.双头螺柱联接C.螺钉联接D.紧定螺钉联接
15.在凸轮机构的从动件选用等速运动规律时，其从动件的运动（A）
A.将产生刚性冲击B.将产生柔性冲击C.没有冲击D.既有刚性冲击又有柔性冲击
16.与标准直齿圆柱齿轮的复合齿轮形系数YFS值有关的参数是（C）
A.工作齿宽bB.模数mC.齿数zD.压力角α
17.齿轮传动中，轮齿齿面的疲劳点蚀经常发生在（B）
A.齿根部分B.靠近节线处的齿根部分C.齿顶部分D.靠近节线处的齿顶部分
18.普通圆柱蜗杆传动的正确啮合条件是（B）（注：
下标t表示端面，a表示轴向，1表示蜗杆、2表示蜗轮）
=ma2,αt1=αa2,γ=β=mt2,αa1=αt2,γ=β
=ma2,αt1=αa2,γ=-β=ma2,αa1=αt2,γ=-β
19.下列联轴器中，能补偿两轴的相对位移并可缓冲、吸振的是（D）
A.凸缘联轴器B.齿式联轴器C.万向联轴器D.弹性柱销联轴器
20.带传动的主要失效形式是带的（A）
A.疲劳拉断和打滑B.磨损和胶合C.胶合和打滑D.磨损和疲劳点蚀
二、填空题（本大题共10小题，每小题1分，共10分）
21.在机构中采用虚约束的目的是为了改善机构的运动状况和受力情况。
22.对于动不平衡的回转件，需加平衡质量的最少数目为2。
23.摆动导杆机构的极位夹角与导杆摆角的关系为两者相等。
24.在内啮合槽轮机构中，主动拨盘与从动槽轮的转向相同。
25.普通平键的剖面尺寸（b×h），一般应根据轴径按标准选择。
26.链传动是依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力的，所以应属于啮合传动。
27.在一对齿轮啮合时，其大小齿轮接触应力值的关系是σH1=σH2。
28.蜗杆传动的效率包括三部分，其中起主要作用的是齿轮啮合时的摩擦损耗效率。
29.滑动轴承的转速越高，所选用的润滑油粘度越大。
30.联轴器型号是根据计算转矩、转速和轴径从标准中选取的。
三、分析题（本大题共2小题，每小题6分，共12分）
31.已知在一级蜗杆传动中，蜗杆为主动轮，蜗轮的螺旋线方向和转动方向如图所示。
试将蜗杆、蜗轮的轴向力、圆周力、蜗杆的螺旋线方向和转动方向标在图中。
32.试分析只受预紧力F′作用的单个螺栓联接的应力情况，写出其强度计算公式，并指出公式中每个参数的物理意义。
四、计算题（本大题共4小题，每小题6分，共24分）
33.计算图示机构的自由度，若含有复合铰链，局部自由度和虚约束请明确指出。
34.已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮传动的标准中心距a=108mm,传动比i12=3,小齿轮的齿数z1=18。
试确定大齿轮的齿数z2、齿轮的模数m和两轮的分度圆直径、齿顶圆直径。
35.在图示传动装置中，已知各轮齿数为：
z1=20,z2=40,z3=20,z4=30,z5=80，运动从Ⅰ轴输入，Ⅱ轴输出，nⅠ=1000r/min,转动方向如图所示。
试求输出轴Ⅱ的转速nⅡ及转动方向。
36.某轴用一对圆锥滚子轴承支承，外圈窄边相对安装，已知两轴承所承受的径向载荷分别为FrⅠ=9000N,FrⅡ=5000N，其内部轴向力分别为FSⅠ=2430N,FSⅡ=1350N,传动件作用于轴上的轴向力FA=1000N,判断系数e=,当Fa/Fr≤e时，X=1,Y=0,当Fa/Fr>e时，X=，Y=。
试分别计算出轴承的当量动载荷。
五、设计题（本大题共2小题，每小题7分，共14分）
37.图示为一偏置式直动尖底从动件盘形凸轮机构。
已知从动件尖底与凸轮廓线在B0点接触时为初始位置。
试用作图法在图上标出：
（1）当凸轮从初始位置转过
=90°时，从动件走过的位移S1；
（2）当从动件尖底与凸轮廓线在B2点接触时，凸轮转过的相应角度
。
说明：
（1）不必作文字说明，但必须保留作图线；
（2）S1和
只需在图上标出，不必度量出数值。
38.图示为用一对圆锥滚子轴承外圆窄外圈窄边相对安装的轴系结构。
试按例①所示，指出图中的其它结构错误（不少于7处）。
（注：
润滑方式、倒角和圆角忽略不计。
）
《机械设计基础》试题一参考答案
一、单项选择题（本大题共20小题，每小题2分，共40分）
二、填空题（本大题共10小题，每小题1分，共10分）
21.受力情况23.两者相等24.相同25.轴径
26.啮合27.等于28.轮齿啮合时29.大30.轴径
三、分析题（本大题共2小题，每小题6分，共12分）
31.蜗轩转动方向如图所示
蜗杆为右旋
Ft2与蜗轮分度圆相切，指向左端
Ft1与蜗杆分度圆相切，指向右端
Fa1与蜗杆轴线平行，指向右
Fa2与蜗轮轴线平行，指向左
32.螺栓受到拉应力σ和扭转剪应力τ的作用
σ=
≤［σ］σ—拉应力，d1—螺栓最小直径，［σ］—许用拉应力。
四、计算题（本大题共4小题，每小题6分，共24分）
33.
（1）F处为复合铰链，H处（或I处）为虚约束，应除去
（2）计算自由度：
n=6,PL=8,PA=1
F=3n-2P1—PH=3×6-2×8-1=1
34.∵i12=
=3∴Z2=i12Z1=3×18=54
∵a=
（z1+z2）∴m=
=3mm
d1=mz1=3×18=54mmd2=mz2=3×54=162mm
da1=d1+2ha*m=54+6=60mmda2=d2+2ha*m=162+6=168nn
35.这是一个混合轮系：
齿轮3、4、5和系杆H组成一个行星轮系；齿轮1、2组成一个定轴轮系。
对于3、4、5、H组成的行星轮系，有
i
将n5=0代入上式得
即
=1+4=5……………
（1）
对于1、2齿轮组成的定轴轮系，有i
即
=-2…
（2）
联立解
（1）、
（2）式，并考虑到nⅠ=n1,n2=nH,n3=nⅡ得
将nⅠ=1000r/min代入，得nⅡ=-2500r/min
负号说明nⅡ转向与nⅠ转向相反。
36.轴向力：
FSⅠ+FA=2430+1000=3430N>SⅡ
轴承Ⅰ被放松FaⅠ=FSⅠ=2430N
轴承Ⅱ被压紧FaⅡ=FSⅡ=3430N
当量动载荷
FaⅠ/FrⅠ=2430/9000=XⅠ=1YⅠ=0
PⅠ=XⅠFrⅠ=9000N
FaⅡ/FrⅡ=3430/5000=>e
XⅡ=YⅡ=
PⅡ=XⅡFYⅡ+YⅡFaⅡ=×5000+×3430=
五、设计题（本大题共2小题，每小题7分，共14分）
37.如图所示，正确作出偏距圆，按-ω方向转90°，在图上正确标出S1
过B2点作偏距圆切线，正确标出
2角
38.
（1）缺少调整垫片；
（2）轮毂键槽结构不对；
（3）与齿轮处键槽的位置不在同一角度上；
（4）键槽处没有局部剖；
（5）端盖孔与轴径间无间隙；
（6）多一个键；
（7）齿轮左侧轴向定位不可靠；
（8）齿轮右侧无轴向定位；
（9）轴承安装方向不对；
（10）轴承外圈定位超高；
（11）轴与轴承端盖相碰。
《机械设计基础》试题二
一、选择填空题（有7小题，每题2分,共14。
在每小题的选项中，只有一项是符合题目要求的，把所选项的字母填在题中的横线上）
1.家用缝纫机踏板机构属于＿A＿机构；
A）曲柄摇杆，B）双曲柄，C）双摇杆
带（三角带）传动的带轮基准直径应取为_____B_________；
A）D1B）D2C）D3D）D4
3.设计V带传动时，带轮直径不能太小，是为了限制＿D＿；
A）带的长度，B）传动的中心距，C）带的离心力，D）带的弯曲应力
4.标准蜗杆传动中，如果模数m不变，增大蜗杆特性系数q，则蜗杆的刚度将＿＿；
A）增大，B）减少，C）增大或减少，D）不变
5.普通螺纹的公称直径是＿A＿径；
A）大，B）小，C）中
6.齿轮弯曲强度计算中所用的齿形系数YF的大小与齿轮的＿A＿有关；
A）齿数，B）模数，C）齿宽
7.齿轮的渐开线形状取决于它的＿C＿。
A）齿顶圆，B）分度圆，C）基圆，D）齿根圆
二、填空题（有4小题，16个空，每空1分,共16分。
把答案填在题中横线上）
8.机构运动简图是____ ,,的简单图形。
（旧标准代号105）轴承，精度是_______、内径为________、________系列的___________轴承；
10.工作中只受弯矩不受转矩的轴叫作心轴，只受转矩不受弯矩的轴叫作传动轴，同时受弯矩和转矩的轴叫作转轴，自行车的前轴是心轴，中轴是转轴，后轴是心轴；
11.平键联接靠___________________传递转矩，楔键联接靠___________________传递转矩，楔键联接的主要缺点是___________________________；
三、问答题（有3小题，每题5分,共15分）
12.对轴瓦材料的主要要求有哪些
13.螺纹联接有哪几种基本类型它们各适用于什么场合
14.典型的滚动轴承由哪些基本元件组成它们的作用是什么
四、改错题（有1小题，每题2分，共2分，圈出题中文字错误处，并用线引在题外的空白处改正）
15.最大应力max值相同，循环特征r分别是+1、0、-1的应力，其中r=+1的应力最易使零件疲劳损伤。
五、计算题（有4小题，分别为5分，8分，8分，8分，共29分）
16.计算图示机构的自由度。
如有复合铰链、局部自由度和虚约束，应指出。
17.不完全液体润滑（混合润滑）径向滑动轴承，d=60mm，宽径比B/d=，轴承材料的[p]＝5MPa，[V]=3m/s，[pV]=s。
求当n=600r/min时，轴承允许的最大载荷为多少。
18.一起重吊钩通过尾部螺纹拧上螺母挂在吊具的孔中（看作松螺栓联接）已知载荷Q=25kN，吊钩材料为35钢，许用应力[]=60N/mm2，试求吊钩尾部螺纹的小径。
19.已知V带传动中，最大传递功率P=8kW，带的速度v=10m/s，若紧边拉力F1为松边拉力F2的2倍，此时小带轮上包角1=120，求：
（1）有效拉力Fe；
（2）紧边拉力F1；（3）当量摩擦因数fˊ。
六、作图题（有4小题，每题分，共10分）
20.画出普通螺栓联接的结构图；
21.对图所示的机构，用作图法找出滑块C的两个极限位置。
22．画出普通平键A型、B型、C型的形状；
23．按μl=1mm/mm画出模数m=10mm，α=20°的标准齿条齿廓，最少三个齿；
七、结构改错题（每指出一处,并正确说明错误内容的,得2分,总分为10分）
24.图中为一对圆锥滚子轴承支承的轴系，齿轮油润滑，轴承脂润滑，轴端装有联轴器。
试指出图中的错误（在图中错误处写出序号
…），并按序号简要说明错误的内容，不必在图中改正。
《机械设计基础》试题二参考答案
一、选择填空题（有7小题，每题2分,共14分）
二、填空题（有4小题，16个空，每空1分,共16分）
8.用简单的线条和规定的符号代表构件和运动副，并按一定比例绘制各运动副的相对位置，因而能说明机构各构件间相对运动关系
，25，特轻，深沟球；
10.心，传动，转，心，转，心；
11.挤压，摩擦，对心性不好；
三、问答题（有3小题，每题5分,共15分）
12.答：
（1）强度、塑性、摩擦顺应性和嵌入性好；
（2）跑合性、减摩性和耐磨性好；
（3）耐腐蚀性强；（4）润滑性和导热性良好；（5）工艺性好
13.答:
序号
螺纹联接的基本类型
适用的场合
1
螺栓联接
普通螺栓联接
两被联接件通孔
铰制孔螺栓联接
两被联接件通孔,且两被联接件需要精确固定相对位置,或承受横向载荷
2
双头螺柱联接
被联接件之一太厚不宜制成通孔,材料又较软,且需经常拆卸
3
螺钉联接
被联接件之一太厚不宜制成通孔,受力不大,且不需经常拆卸
4
紧定螺钉联接
固定两个零件的相对位置,且力或转矩不大时;也用于调整零件的位置
14.答：
内圈，内圈用来和轴颈装配。
外圈，外圈用来和轴承座装配。
滚动体，滚动体的作用是当内圈、外圈相对转动时，滚动体在内、外圈的滚道间滚动，从而形成滚动摩擦。
保持架，保持架的作用是避免相邻的滚动体直接接触。
四、改错题（有1小题，每题2分，共2分）
15.答：
r=+1→r=-1
五、计算题（有4小题，分别为6分，8分，8分，8分，共30分）
16.（本小题6分）
B处存在局部自由度。
17.（本小题8分）
由
；
得
由
得
所以轴承允许的最大载荷为
，即
18.（本小题8分）解:
由松螺栓联接的设计公式得螺纹小径为
19.（本小题8分）解:
有效拉力Fe=1000P/v=1000×8/10=800N（2分）
又知:
F1-F2=Fe,F1=2F2
则紧边拉力F1=2Fe=1600N（3分）
根据欧拉公式
得当量摩擦系数f=ln（F1/F2）/α=ln2/×120/180）
==（3分）
六、作图题（有5小题，每题2分，共10分）
20.答：
见图1
21.答：
见图2
22.答:
利用曲柄与连杆共线时，滑块达到极限位置这一知识，以A为圆心，分别以BC-AC和BC+AC为半径画圆，与导路的两个交点C1和C2即可得到滑块C的两个极限位置，如图3所示
23.答：
见图5
24.答：
根据齿距p=πm=×10=,齿顶高ha=m=10mm,齿根高hf==,齿廓压力角α=20°画出的图见图6
七、结构改错题（每指出一处,并正确说明错误内容的,得2分,总分为10分）
25.答:
错误处见图
1）键的位置应与齿轮处在同一直线上，而且结构不正确；
2）轴承盖孔径应大于轴径，避免接触；
3）此处不应有键联接；
4）轴长应短于轮毂长度，保证轴套压紧齿轮；
5）轴应有轴环，使齿轮定位；
6）轴承应正装；
7）轴不应与轴承盖相碰，且不需这么长；
8）左右两轴承盖与箱体间应有调整垫片；
9）两轴承内侧应加封油环；
10）箱体加工面与非加工面未分开；
11）齿轮啮合的画法不对；
12）两齿轮的宽度应不等，B1=B2+（3～5）；
13）右端轴承缺中心线；
14）箱体机座孔的投影线漏画；
15）右轴承盖缺联接螺钉；
16）左轴承盖的加工面与非加工面未分开。
每指出一处，并正确说明错误内容的，得2分，超过5个，得满分10
《机械设计基础》试题三
一、选择填空题（有8小题，每题2分,共16。
在每小题的选项中，只有一项是符合题目要求的，把所选项的字母填在题中的横线上）
1.用于制造滚动轴承套圈及滚动体的常用材料是＿＿；
A）45，B）GCr15，C）HT200，D）Q235
2.＿＿决定了从动件的运动规律；
A）凸轮转速，B）凸轮轮廓曲线，C）凸轮的形状
3.一对标准齿轮传动，大小齿轮齿面接触应力分别为H1，H2，则存在＿＿；
A）H1H2，B）H1H2，C）H1=H2
4.两个被联接件之一较厚，材料较软，强度较低，且需要经常装拆时，所用的螺纹联接应为＿＿联接；
A）螺栓，B）双头螺柱，C）螺钉，D）紧定螺钉
5.带传动与齿轮传动相比的一个优点是＿＿；
A）可缓和冲击、吸收振动，B）传动比稳定，C）寿命长，D）效率高
6.按弯扭合成计算轴的强度时，计算当量弯矩公式
中的系数α是考虑＿＿；
A）材料抗弯与抗扭的性能不同，B）弯曲应力和扭转切应力的循环性质不同，
C）强度理论的要求
7.齿轮根切的现象发生在＿＿的场合；
A）齿数较少，B）齿数较多，C）模数较小，D）模数较大
8.不能保证固定不变的传动比的传动是＿＿；
A）齿轮传动，B）带传动，C）蜗杆传动
二、填空题（有6小题，16个空，每空1分,共16分。
把答案填在题中横线上）
9.以凸轮的理论轮廓曲线的最小半径所做的圆称为________；
10.渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是________、________；
11.对钢制闭式齿轮传动，当HB350时，主要失效形式为__________和__________，应按_______________强度设计，并按_________________强度进行校核计算；
12.直齿标准齿轮的基本参数（用符号表示）是______、______、______、______、c*；
13.凸轮机构主要由___________、___________和固定机架三个基本构件组成；
14.在铰链四杆机构中，能作整周连续旋转的构件称为___________，只能往复摇摆某一角度的构件称为___________，直接与两连架杆相连接，借以传递运动和动力的构件称为___________；
三、问答题（有4小题，每题5分,共20分）
15.螺纹联接的防松方法，按工作原理来分可分为哪几种要求每一种举一例。
16.什么是滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷
17.试解释带传动中弹性滑动和打滑现象。
弹性滑动和打滑会引起什么后果二者都可以避免吗
18.铰链四杆机构的基本形式有几种
四、改错题（有1小题，每题2分，共2分，圈出题中文字错误处，并用线引在题外的空白处改正）
19.仅承受扭矩的轴叫转轴。
五、计算题（有4小题，分别为5分，8分，9分，8分，共30分）
20.下图为某深沟球轴承的载荷P与寿命L的关系曲线，试求：
1）此轴承的基本额定动载荷C；
2）若轴承当量动载荷P＝，轴承转速n=1000r/min，轴承寿命Lh为多少
21.有一滑动轴承，其轴颈直径d=100mm，B/d=，[p]＝8MPa，[V]=3m/s，[pV]=s，转速n=500r/min，问此轴承允许最大工作载荷为多少
22.如图所示用两个M10（小径
，中径
，）的螺钉固定一牵引钩。
若螺钉材料为Q235钢，屈服极限
，装配时控制预紧力（安全系数取
）,考虑摩擦传力的可靠性系数（防滑系数）
接合面摩擦因数=，求其允许的牵引力FR（取计算直径dc=d1）。
23.一对外啮合标准直齿圆柱齿轮，已知模数m=2mm，齿数z1=25，z2=75。
求齿距p，全齿高h，分度圆直径d1，d2，齿顶圆直径da1，齿根圆直径df2，标准中心距a和传动比i。
六、分析题（有1小题，每题6分，共6分）
24.按图所示铰链四杆机构中的尺寸，分别确定各机构的名称。
七、作图题（有2小题，每题5分,共10分）
25.请画出螺栓联接式蜗轮结构图（剖面图）。
26.试分析图中受单向轴向力Fa的角接触球轴承结构中的不合理结构处，并画出正确结构。
《机械设计基础》试题三参考答案
一、选择填空题（有8小题，每题2分,共16分）
二、填空题（有12小题，16个空，每空1分,共16分）
9.基圆
=m2，α1=α2；
11.点蚀，轮齿折断，接触，弯曲；
，m，α，ha*；
13.凸轮，从动件；
14.曲柄，摇杆，连杆；
三、问答题（有5小题，每题4分,共20分）
15.答：
摩擦防松，如用对顶螺母，弹簧垫圈，自琐螺母等。
机械防松，如开口销与六角开槽螺母，止动垫圈，串联钢丝等。
其它防松，如铆冲，胶粘等
16.答：
按一组轴承中10％的轴承发生点蚀失效，而90％的轴承不发生点蚀失效前轴承内外圈的相对转数（以106为单位）或工作小时数作为轴承的寿命，并把这个寿命叫做基本额定寿命。
滚动轴承基本额定动载荷，就是使轴承的基本额定寿命恰好为106转时，轴承所能承受的载荷。
17.答：
带传动的弹性滑动与打滑的主要区别是弹性滑动是局部滑动，会引起传动比不准,是不可避免的；打滑是全面滑动，将是带的磨损加剧，从动轮的转速急剧降低，甚至使传动失效，这种情况应当避免。
18.答:
铰链四杆机构的基本型式有三种:
曲柄摇杆机构;双曲柄机构;双摇杆机构
四、改错题（有1小题，每题2分，共2分）
19.答：
转轴→传动轴
五、计算题（有4小题，分别为5分，8分，9分，8分，共30分）
20.（本小题5分）
1）C＝45000N2）
21.（本小题8分）
所以
由此得
所以，允许最大工作载荷为80150N。
22.（本小题9分）
许用拉应力
螺钉数z＝2，接缝面数m=1，则所需预紧力
，
强度条件为
23.解：
由已知条件
齿距p=πm=×2=
全齿高h==×2=
分度圆直径d1=mz1=2×25=50mm
d2=mz2=2×75=150mm
齿顶圆直径da1=d1+2m=50+2×2=54mm
齿根圆直径df2==×2=145mm
标准中心距a=（d1+d2）/2=（50+150）/2=100mm
传动
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