机械设计基础1.docx
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机械设计基础1
机械设计基础试卷一
一．填空题（25分）
1．在齿轮强度计算中，节点区域系数（ZH）是用来考虑的影响，对α=20°的标准直齿圆柱齿轮，ZH=。
2．在一般闭式齿轮传动中，轮齿的主要失效形式是和。
3．当一对标准直齿圆柱齿轮的材料、传动比及齿宽系数一定时；由齿面接触强度所决定的承载能力，仅与或有关。
4．在齿轮弯曲强度计算中，对于标准直齿圆柱齿轮，齿形系数（YF）仅决定于。
5．平键的是工作面，普通平键联接的主要失效形式是工作面的，若强度不够时，可采用两个键按布置。
6．为提高紧螺栓联接强度，防止螺栓的疲劳破坏，通常采用的方法之一是减小刚度或增大刚度。
7．在两轴交错角为90°的蜗杆传动中，其正确啮合的条件是、和。
8．V带在运转过程中受变应力作用，最大应力发生在，其值为（用书中规定符号表示）。
9．对于某一个轴承来说，正常的实际使用中，未达到额定寿命而提前发生疲劳点蚀的概率是。
10．根据轴所承受载荷的不同，即传递转矩又承受弯矩的轴为；只传递转矩而不承受弯矩或变弯矩很小的轴为；称只承受弯矩而不传递转矩的轴为。
11．有一单个紧螺栓联接，已知该螺栓所受预紧力F0=1000N，所受轴向工作载荷F=500N，螺栓的相对刚性系数
=0.2，则螺栓所受的总拉伸载荷F∑=；残余预紧力F0΄=；为保证接合面不出现缝隙，则该联接允许的最大轴向工作载荷Fmax≤。
12．在液体动压润滑的滑动轴承中，润滑油的动力粘度与运动粘度的关系式为。
（需注明式中各符号的意义）
二．问答题（共10分）
13．绘图说明在相同条件下，平带与V带相比，V带能传递较大的功率。
14．试述齿宽系数
的定义及选择
时应考虑哪些问题？
三．分析计算题（共20分）
15．有一提升机构如题15图所示。
已知：
蜗杆螺旋线的旋向为右旋，蜗杆和从动大齿轮同轴，该轴两端采用角接触向心球轴承支承，面对面安装，两轴承所受径向力分别为FrⅠ=800N，Fr2=1200N，小齿轮所受轴向力Fa1=300N，蜗杆所受轴向力Fa3=600N，轴承产生的内部轴向力FS=0.7Fr。
试问：
（1）为使蜗杆轴向力和大齿轮轴向力能相互抵消一部分，试确定小齿轮1和大齿轮2的轮齿螺旋线方向。
（2分）（在图上直接标出或说明即可）
（2）重物上升时，小齿轮1轴的转动方向？
（1分）（在图中用带箭头的线段表示）
（3）计算重物上升时，大齿轮左端支承轴承Ⅰ所受的轴向力FaⅠ和蜗杆右端支承轴承Ⅱ所受轴向力Fa2各为多少？
（10分）（请在答题纸上解答）
（4）卷筒用4个M8（小径d1=6.647mm）的普通螺栓固定在蜗轮端面上，已知卷筒直径d0=150mm，螺栓分布直径D0=180mm，卷筒与蜗轮端面间的摩擦系数f=0.15，可靠性系数fs=1.2，螺栓材料的许用应力［σ］=120MPa，试求该螺栓组联接允许的最大提升重量Wmax。
（7分）（请在答题纸上解答）
题15图
四．绘图题（5分）
16．绘出齿轮与轴的装配结构图。
已知：
有一斜齿圆柱齿轮，其齿顶圆直径da=100mm，齿宽b=40mm，轮毂与轴相联接处的孔径d0=45mm。
试求：
（1）齿轮与轴之间的周向固定采用普通平键；
（2）齿轮右端与轴之间轴向采用轴肩定位；
（3）齿轮左端与轴之间轴向采用圆螺母固定，并应有防松措施。
（请在答题纸上回答）
五．分析题（共10分）
17．在题17图所示的齿轮连杆组合机构中，已知LAB=45mm，LBC=100mm，LCD=70mm，LAD=120mm，试分析：
（6分）
（1）齿轮1能否绕A点作整周转动（说明理由）？
（2）该机构的自由度为多少？
（要有具体计算过程）
题17图题18图
18．在题18图所示压床机构中，构件1为原动件。
为使压头GH均匀下压而不倾斜，试问机构各构件的尺寸应满足什么条件？
为什么？
其中构件CF起什么作用？
（4分）
六．综合题（共30分）
19．题19图所示，采用标准齿条刀加工渐开线直齿圆柱齿轮，已知刀具齿形α刀=20º，齿距为4π；加工时范成运动速度为υ=60mm/s,ω=1rad/s。
（8分）
（1）试求被加工齿轮的参数：
m、α、z、d、db；
（2）如果刀具中线与齿轮毛坯轴心O的距离a=58mm，问这样加工出来的齿轮是正变位还是负变位齿轮，变位系数是多少？
20．题20图所示为滚子摆动从动件盘形凸轮机构，C点为起始上升点。
求：
（1）标出从点C接触到D点接触时的凸轮转角，从动件的位移（角位移）；
（2）标出D点接触时的压力角。
（6分）
题19图题20图
21．已知题21图所示轮系中各轮的齿数z1=20,z2=40,z3=15,z4=60,轮1的转n1=120r/min,转向所图所示，试求轮3的转速n3的大小和方向。
（8分）
22．参照图设计一脚踏轧棉籽机构（曲柄摇杆）。
要求踏板在水平位置上下各摆15º,并给定CD和AD的长度如图所示，请确定AB和BC的长度。
（8分）
题21图题22图
附录三试卷解答（参考答案）
机械设计基础试卷一
一．填空题
1．节点齿面形状对接触应力，2.5
2．齿面点蚀，轮齿折断
3．分度圆直径，中心距
4．齿数
5．两侧面，压溃，沿周向相隔180°
6．螺栓，被联接件
7．ma1=mt2=m，αa1=αt2=α，γ=β
8．带的紧边开始绕上小带轮处，σmax≈σ1+σc+σb1
9．10%
10．转轴，传动轴，心轴
11．F∑=1100N，F0΄=600N，Fmax≤1100N
12．v=
，y---动力黏度,Pa•s；v---运动黏度,m2/s；ρ---液体密度,kg/m3
二．问答题
13．
题16图解
平带:
F平=fN=fQ；V带：
Fv=2fN=2f•
=
Q≈3fQ
14．齿宽系数d=
其中b为齿宽,d为分度圆直径。
当d一定时，d↑，b↑,承载能力越强。
但齿宽越大，载荷沿齿宽分布越不均匀,因此应根据齿轮相对于轴承的布置情况和齿轮的材料等情况合理选择。
三．计算分析
15．
（1）大齿轮左旋，小齿轮右旋；
（2）从左向右看为逆时针方向旋转；
（3）轴承
，
所受的外部轴向力FA是大齿轮和蜗杆产生的轴向力的合力,
FA=-300+600=300N方向向右；
轴承内部轴向力分别为：
FS1=0.7Fr1=560N，向右FS2=0.7Fr2=840N向左
因FS1+FA=560+300=860N>FS2=840N
所以轴承
被压紧，轴承
放松
Fa
=FS1=560NFa
=FS1+FA=860N
（4）单个螺栓承受的最大的预紧力：
F0max=
=
3021.54
nF0maxfD0/2=fsWmaxd0/2
Wmax=nF0maxfsD0/（fsd0）=4×3201.54×0.15×180/（1.2×150）=1921N
四．绘图题
16．见题16图解
五．分析题
17．
（1）该组合结构中，齿轮1可看作杆AB，即变为四连杆机构：
由于：
LAB+LAD=45+125=165≤LBC+LCD=170mm,且AB为最短,故AB为曲柄,所以齿轮1能绕A点作整周运动。
（2）根据该结构的分析可知，在C、D两处存在复合铰链；该机构的自由度为：
F=3n-2PL-PH=3×5-2×6-2=1
18.GH=CF=ED；保证GH水平上下移动；CF的作用是改善受力，使GH的运动确定。
六．综合题
19．解：
（1）v=
ω，d=
=
=120mm，α=α刀=20°，
m=
=
=4mm，d=mz，z=
=30，db=dcosα=120×cos20°=112.76mm
（2）因a20．见题20图解
题16图解题20图解
21.i12=
=-
=-
=-2，n2=-60r/min
=
=-
=-
，（n4=0,nH=n2），n3=-300r/min,n3与n1反向
22．按已知条件画出AC1、AC2的两个极限位置，分别连接AC1、AC2，则AB=（AC2-AC1）/2,BC=（AC2+AC1）/2
机械设计基础试卷二
一．单项选择题（共30分，每题2分）
1．计算紧螺栓联接的拉伸强度时，考虑到拉抻和扭转的复合作用，应将拉伸载荷增大到原来的倍。
A．1.1B．1.3C．1.5D．1.7
2．若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的。
A．螺距和牙形角B．升角和头数C．导程和牙形角D．螺距和升角
3．圆柱齿轮传动中，当齿轮直径不变，而减小齿轮的模数时，可以。
A．提高齿轮的弯曲强度B．提高齿面的接触强度
C．改善齿轮传动的平稳生D．减少齿轮的塑性变形
4．对于开式齿轮传动，在工程设计中，一般。
A．按接触强度设计齿轮尺寸，再验算弯曲强度
B．只需按接触强度设计
C．按弯曲强度设计齿轮尺寸，再验算接触强度
D．只需按弯曲强度设计
5．蜗杆传动的正确啮合条件中，应除去。
A．ma1=mt2B．αa1=αt2C．γ1=β2D．螺旋方向相反
6．在蜗杆传动中，引进特性系q的目的是为了。
A．便于蜗杆尺寸参数的计算
B．容易实现蜗杆传动中心距的标准化
C．提高蜗杆传动的效率
D．减少蜗轮滚刀的数量，有利于刀具的标准化
7．在减速蜗杆传动中，用来计算传动比i是错误的。
A．i=ω1/ω2B．i=z2/z1C．i=n1/n2D．i=d2/d1
8．带传动主要是依靠来传递运动和功率的。
A．带与带轮接触面之间的正压力B．带的紧边拉力
C．带与带轮接触面之间的摩擦力D．带的初拉力
9．带传动工作时，设小带轮主动，则带内拉应力的最大值应发生在带。
A．进入大带轮处B．离开大带轮处
C．进入小带轮处D．离开小带轮处
10．链传动中作用在轴和轴承上的载荷比带传动要小，这主要是由于。
A．这种传动只用来传递小功率
B．链速较高，在传递相同功率时，圆周力小
C．链的质量大，离心力也大D．啮合传动，无需很大的初拉力
11．在一定转速时，要减小链条传动的运动不均匀性和动载荷，应。
A．增大链条节距和链轮齿数B．增大链条节距，减小链轮齿数
C．减小链条节距，增大链轮齿数D．减小链条节距和链轮齿数
12．增大轴在过渡处的圆角半径，其优点是。
A．使零件的轴向定位比较可靠B．使轴的加工方便
C．使零件的轴向固定比较可靠
D．降低应力集中，提高轴的疲劳强度
13．工作时既传递扭矩又承受弯矩的轴，称为。
A．心轴B．转轴C．传动轴D．柔性轴
14．计算滑动轴承的最小油膜厚度hmin，其目的是。
A．验算轴承是否获得液体摩擦B．计算轴承内部的摩擦力
C．计算轴承的耗油量D．计算轴承的发热量
15．在情况下，滑动轴承润滑油的粘度不应选得较高。
A．重载B．高速
C．工作温度高D．承受变载荷或振动冲击载荷
二．计算题（12分）
16．分别计算题16图1a）、b）所示机构的自由度，并判断机构是否具有确定的相对运动，图中标有箭头的构件为原动件。
ab
题16图
三．叙述．判断题（12分）
17．
（1）试阐述铰链四杆机构的曲柄存在条件；
（2）根据图中所注尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构、还是双摇杆机构，并说明为什么。
题17图
四．计算、绘图题（46分）
18．已知题2.18图所示偏置尖顶直动推杆盘状凸轮机构的凸轮廓线为一个圆，圆心为O΄,凸轮的转动中心为O。
（12分）
（1）画出偏距圆和基圆；
（2）图示位置凸轮机构的压力角；
（3）图示位置推杆相对其最低位置的位移s；
（4）推杆从最低位置到达图示位置凸轮的转角；
（5）推杆的行程。
19．计算题19图示轮系的传动比i1H。
已知各轮的齿数为z1=24，z2=52，z2΄=21，z3=78，z3΄=18，z4=30，z5=78。
（12分）
题18图题19图
20．对于图示的啮合传动，试画出主动轮与从动轮在啮合点处所受到的各个作用力（Ft，Fr和Fa）的方向，图中标有箭头的为主动轮。
（在答题纸上另外作图表示）（12分）
题20图
21．根据工作条件，决定在某传动轴上安装一对角接触向心球轴承（如图所示），已知两个轴承受到的径向载荷分别为Fr1=1500N和Fr2=3090N，外加轴向力FA=980N，若内部轴向力FS=0.7Fr，试计算两个轴承实际受到的轴向载荷Fa1和Fa2。
（在答题纸上另外作图表示）（10分）
题21图
机械设计基础试卷二参考答案
一．单项选择
1．B2．C3．C4．D5．D6．D7．D8．C9．C
10．D11．C12．D13．B14．A15．B
二．计算题：
16．（a）F=3n-2PL-2PH=3×3-2×3-2=1=原动件数，运动确定。
（b）Ｆ=3n-2PL-2PH=3×7-2×10-0=1原动件数，运动确定。
三.叙述、判断题
17.
最短杆和最长杆之和应小于或等于其他两杆长度之和。
连架杆和机架中必有一杆为最短杆；
25+120＜100+60，连架杆为最短杆，曲柄摇杆机构
40+110＜70+90，机架为最短杆，双曲柄机构
50+100＞60+70，双摇杆机构
50+100＜90+70，最短杆的对边为机架双摇杆机构
四.计算、绘图题
18.见题图2-18解
题18图解
19.1-2-2′-3-H（5）组成行星轮系，iH13=
=
=-
即：
ω1=
（ω5-ω3）+ω5（a）
3′—4—5组成定轴轮系：
i3′5=
=
=-
即ω3=-
×ω5（b）
将式（b）代入（a）得：
i15=
=
（1+
）+1=
（1+
）+1=43.92，即i1H=i15=43.92
20.见题20图解
题20图解
21.解：
内部轴向力为：
Fs1=0.7Fr1=0.7×1500=1050N，
Fs2=0.7Fr2=0.7×3090=2163N
因为：
Fs1+FA=1050+980=2030所以：
轴承
为压紧端，轴承
为放松端
Fa1=Fs2-FA=2163-980=1183N，Fa2=Fs2=2163N
基础设计基础试卷三
一．选择题（共40分，每小题2分）
1．作平面运动的二构件间，约束二个相对移动所构成的运动副是________，约束一个相对移动一个相对转动的运动副是______。
A．移动副；B．转动副C．球面副D．高副
2．凸轮机构按等速运动规律运动，会产生。
A．柔性冲击B．刚性冲击C．没冲击D．有限冲击
3．渐开线齿轮的齿廓曲线形状取决于。
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．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。
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。
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．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的表达式为___。
A．δ=ωmax-ωminB．
C．
D．
9．铰链四杆机构的死点位置发生在。
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。
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．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。
A．圆型带传动B．同步带传动C．V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。
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。
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．当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．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形系数YF值有关的参数是。
A．工作齿宽bB．模数m
C．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。
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。
A．mt1=ma2,αt1=αa2,γ=βB．ma1=mt2,αa1=αt2,γ=β
C．mt1=ma2,αt1=αa2,γ=-βD．ma1=mt2,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。
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．疲劳破坏和打滑B．磨损和胶合
C．胶合和打滑D．磨损和疲劳点蚀
二．填空题（共10分，每空1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。
22．对于动不平衡的回转件，需加平衡质量的最少数目为。
23．摆动导杆机构的极位夹角与导杆摆角的关系为。
24．在内啮合槽轮机构中，主动拨盘与从动槽轮的转向。
25．普通平键的剖面尺寸（b×h），一般应根据按标准选择。
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σH1σH2。
28．蜗杆传动的效率包括三部分，其中起主要作用的是的摩擦损耗效率。
29．滑动轴承的转速越高，所选用的润滑油粘度越。
30．联轴器型号是根据计算转矩、转速和从标准中选取的。
三．分析题（共12分，每小题6分）
31．图示为一圆柱蜗杆——锥齿轮传动，已知输出轴上锥齿轮4转速
的方向，为使中间轴上的轴向力互相抵消一部分，在图中画出：
1）蜗杆、蜗轮的转向和螺旋线方向；
2）锥齿轮3和蜗轮受的轴向力方向。
32．试分析只受预紧力F0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（共24分，每小题6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。
题31图题33图
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=29，z2=58，za=25，zg=50，zb=113，nI=1000r/min，转动方向如图所示。
试求行星架H的转速和nH及转动方向。
36．如图所示，已知两轴承所承受的径向载荷分别为FrⅠ=6000N，FrⅡ=5000N，传动件作用于轴上的轴向力FA=1000N。
试分别计算出两轴承的轴向载荷Fa1、Fa2。
（Fs=0.68Fr）。
题35图题36图
五．设计题（共14分，每小题7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
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．图示为减速器输出轴，齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。
指出图中的结构错误，并说明原因（指出4处即可）。
题37图题38图
机械设计基础试卷三参考答案
一．单项选择题
1．B、A2．B3．D4．A5．C
6．B7．A8．C9．A10．C
11．A12．C13．B14．B15．A
16．C17．B18．B19．D20．A
二．填空题
21．受力情况；22．2；23．两者相等；24．相同；25．轴径；26．啮合；
27．等于（或=）；28．轮齿啮合时；29．大；30．轴径
三．分析题
31．蜗杆为右旋，转向及受力方向见题31图解
题31图解
32．螺栓受到拉应力σ和扭转剪应力τ的作用
σ——拉应力；d1——螺栓最小直径；[σ]——许用拉应力；1.3为考虑扭转剪应力的影响而增加的系数。
四．计算题
33．F处为复合铰链,H处（或I处）为虚约束，F=3n-2P1--PH=3×7-2×8-1=2
34．
∴
∵
∴
mm
mm,
mm
mm,
mm
35．齿轮a-b-g-H组成一个行星轮系；齿轮1-2组成一个定轴轮系。
将ng=0代入上式得
（1）
，即
（2）
联立解
（1）、
（2）式，并考虑到n2=na,得nH=-
=-166.67r/min
负号说明nⅡ转向与nⅠ转向相反。
36．FS1=0.68Fr1=0.68×6000=6120N
FS2=0.68Fr2=0.68×5000=3400N
轴向力：
FSI+FA=6120+1000=7120N＞FS2
轴承Ⅰ被放松Fa1=FSI=6120N
轴承Ⅱ被压紧Fa2=FSI+FA=6120+1000=7120N
五．设计题
37．如题37图解所示，作出偏距圆,按-ω方向转90º，在图上正确标出S1，过B2点作偏距圆切线，标出
角
题37图解题38图解
38
①与齿轮处键槽的位置不在同一母线上；②端盖孔与轴径间无间隙；③左轴承端盖与箱体间无调整密封垫片；④轴套超过轴承内圈定位高度
⑤三面接触，齿轮左侧轴向定位不可靠；⑥键顶部与齿轮接触；
⑦无挡油盘；⑧两轴承端盖的端面处应减少加工面；
机械设计基础试卷四
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