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机械设计基础

[]《机械设计基础》试题库及答案

  绪论

一、填空（每空1分）

T-1-1-01-2-3、构件是机器的  运动  单元体;零件是机器的  制造  单元体;部件是机器的  装配  单元体。

T-2-2-02-2-4、平面运动副可分为  低副  和  高副  ,低副又可分为  转动副  和  移动副  。

T-2-2-03-2-2、运动副是使两构件接触,同时又具有确定相对运动的一种联接。

平面运动副可分为  低副和  高副  。

T-2-2-04-2-1、平面运动副的最大约束数为2。

T-2-2-05-2-1、机构具有确定相对运动的条件是机构的自由度数目  等于  主动件数目。

T-2-2-06-2-1、在机构中采用虚约束的目的是为了改善机构的  工作情况和  受力情况  。

T-2-2-07-2-1、平面机构中,两构件通过点、线接触而构成的运动副称为  高副  。

T-3-2-08-2-2、机构处于压力角α=90°时的位置，称机构的死点位置。

曲柄摇杆机构，当曲柄为原动件时，机构  无  死点位置,而当摇杆为原动件时,机构有  死点位置。

T-3-2-09-2-2、铰链四杆机构的死点位置发生在从动件与连杆  共线位置。

T-3-2-10-2-1、在曲柄摇杆机构中,当曲柄等速转动时,摇杆往复摆动的平均速度不同的运动特性称为:

  急回特性  。

T-3-2-11-2-1、摆动导杆机构的极位夹角与导杆摆角的关系为  相等  。

T-4-2-12-2-3、凸轮机构是由  机架、凸轮、从动件  三个基本构件组成的。

T-5-1-13-2-1、螺旋机构的工作原理是将螺旋运动转化为直线  运动。

T-6-2-14-2-1、为保证带传动的工作能力,一般规定小带轮的包角α≥120°。

T-6-7-15-2-3、链传动是由  主动链轮、从动链轮  、绕链轮上链条  所组成。

T-6-7-16-2-3、链传动和带传动都属于  挠性件  传动。

T-7-2-17-3-6、齿轮啮合时,当主动齿轮的  齿根_推动从动齿轮的  齿顶  ,一对轮齿开始进入啮合,所以开始啮合点应为从动轮  齿顶圆  与啮合线的交点;当主动齿轮的  齿顶  推动从动齿轮的  齿根  ,两轮齿即将脱离啮合,所以终止啮合点为主动轮  齿顶圆  与啮合线的交点。

T-7-3-18-2-2、渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件为  模数  和  压力角  分别相等。

T-7-2-19-3-2、_齿面磨损__和_因磨损导致的轮齿折断__是开式齿轮传动的主要失效形式。

T-7-2-20-2-2、渐开线齿形常用的加工方法有仿形法和范成法两类。

T-7-2-21-2-2、在一对齿轮啮合时,其大小齿轮接触应力值的关系是σH1  =  σH2。

T-7-10-22-2-2、斜齿圆柱齿轮的重合度  大于  直齿圆柱齿轮的重合度,所以斜齿轮传动平稳,承载能力  高  ,可用于高速重载的场合。

T-8-2-23-2-3、在蜗轮齿数不变的情况下,蜗杆的头数  越少  ,则传动比就越大。

T-8-2-24-2-3、蜗杆传动的中间平面是指:

通过_蜗杆_轴线并垂直于__蜗轮__轴线的平面。

T-8-2-25-2-3、普通圆柱蜗杆和蜗轮传动的正确啮合条件是_ma1=mt2、αa1=αt2、λ=β_。

T-10-2-26-2-3、若键的标记为键C20×70GB1096-79,则该键为C型平键,b=20,L=70。

T-10-1-27-2-2、轮系运动时,所有齿轮几何轴线都固定不动的,称定轴轮系轮系,至少有一个齿轮几何轴线不固定的,称  周转星轮  系。

T-11-2-28-2-3、轴的作用是支承轴上的旋转零件,传递运动和转矩,按轴的承载情况不同,可以分为  转轴、心轴、传动轴  。

T-10-1-29-2-3、机械静联接又可以分为  可拆  联接和  不可拆  联接,其中键联接、螺纹联接、销联接属于  可拆  连接。

T-10-2-30-2-3、.螺纹联接防松的目的是防止螺纹副的相对运动,按工作原理的不同有三种防松方式:

  摩擦力  防松、  机械  防松、  其它方法  防松。

T-10-2-31-2-1、平键的工作面是键的  两侧面。

T-10-2-32-2-1、楔键的工作面是键的  上下两面。

T-12-4-33-2-1、滑动轴承中所选用的润滑油,其粘度越大,则其承载能力越  大  。

T-10-2-34-2-1、普通平键的剖面尺寸（b×h）,一般应根据  轴的直径  按标准选择。

T-12-2-35-2-2、滚动轴承内圈与轴颈的配合采用  基孔  制,外圈与轴承孔的配合采用  基轴  制。

二、判断题（正确的打√,错误的打×）（每题2分）

P-1-1-01-2-2、所有构件一定都是由两个以上零件组成的。

（×）

P-3-2-02-2-2、铰链四杆机构中,传动角γ越大，机构传力性能越高。

（√）

P-3-2-03-2-2、极位夹角是曲柄摇杆机构中,摇杆两极限位置的夹角。

（×）

P-3-2-04-2-2、机构处于死点位置时,其传动角等于90°。

（×）

P-4-2-05-2-2、凸轮轮廓的形状取决于从动件的运动规律。

（×）

P-4-2-06-2-2、凸轮机构中,从动件按等速运动规律运动时引起刚性冲击。

（√）

P-6-3-07-2-2、带传动的弹性滑动是不可避免的,打滑是可以避免的。

（√  ）

P-6-3-08-2-2、V带型号中,截面尺寸最小的是Z型。

（×）

P-7-1-09-2-2、基圆以内无渐开线。

（√）

P-7-9-20-2-2、在直齿圆柱齿轮传动中,忽略齿面的摩擦力,则轮齿间受有圆周力、径向力和轴向力三个力作用。

（×）

P-8-2-21-2-2、蜗杆传动一般用于大速比的场合。

（√）

P-8-2-22-2-2、蜗杆传动一般用于传动大功率、大速比的场合。

（×）

P-9-1-23-2-2、定轴轮系的传动比等于始末两端齿轮齿数之反比。

（×）

P-10-1-24-2-2、楔键的顶底面是工作面。

（√）

P-10-1-25-2-2、设计键联接时,键的截面尺寸通常根据传递转矩的大小来选择。

（×）

P-10-2-26-2-2、在螺纹联接的结构设计中,通常要采用凸台或凹坑作为螺栓头和螺母的支承面,其目的是使螺栓免受弯曲和减小加工面。

（√）

P-10-2-27-2-2、螺纹联接是可拆联接。

（√）

P-12-3-28-2-2、滚动轴承的基本额定动载荷C值越大,则轴承的承载能力越高。

（√  ）  

P-12-3-29-2-2、在相同工作条件的同类型滚动轴承,通常尺寸越大,其寿命越长。

（√）

三、选择题（将正确答案的序号填在括号中）（每题2分）

A-1-1-01-3-2、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

A-2-2-02-3-2、平面运动副所提供的约束为（C）

A.1    B.2    C.1或2D.3

A-2-2-03-3-2、若两构件组成低副,则其接触形式为（A）

A.面接触B.点或线接触C.点或面接触D.线或面接触

A-2-4-04-3-2、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

A-3-2-05-3-2、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

A-4-2-06-3-2、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

A-6-5-07-3-2、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

A-6-3-08-3-2、带传动中弹性滑动现象的产生是由于（C）

A.带的初拉力达不到规定值    B.带与带轮的摩擦系数过小  C.带的弹性变形    D.带型选择不当

A-6-3-09-3-2、（A）是带传动中所固有的物理现象,是不可避免的。

A.弹性滑动  B.打滑  C.松驰  D.疲劳破坏

A-7-2-10-3-2、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

A-7-7-11-3-2、闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是（B）

A.齿面胶合B.轮齿疲劳折断  C.齿面磨粒磨损  D.轮齿过载折断

A-7-7-12-3-2、齿面接触疲劳强度设计准则针对的齿轮失效形式是（A）

A.齿面点蚀  B.齿面胶合  C.齿面磨损  D.轮齿折断

A-7-11-13-3-2、为了实现两根相交轴之间的传动,可以采用（C）

A.蜗杆传动  B.斜齿圆柱齿轮传动  C.直齿锥齿轮传动  D.直齿圆柱齿轮传动

A-7-7-14-3-2、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

A-7-10-15-3-2、一对正确啮合的斜齿圆柱齿轮传动的（A）均为标准值。

A.法面模数、分度圆上的法面压力角  B.端面模数、分度圆上的端面压力角

C.端面模数、分度圆上的端面压力角、分度圆上的螺旋角  D.法面模数、分度圆上的法面压力角、分度圆上的螺旋角

A-8-2-16-3-2、普通圆柱蜗杆和蜗轮传动的正确啮合条件是（B）

A.mt1=ma2,αt1=αa2,λ=β      B.ma1=mt2,αa1=αt2,λ=β      

C.mt1=ma2,αt1=αa2,λ=-β      D.ma1=ma2,αa1=αt2,λ=-β      

  （注:

下标t表示端面,a表示轴向,1表示蜗杆、2表示蜗轮）

A-8-2-17-3-2、蜗杆传动的传动比i等于（D）

A.  B.  C.  D.

A-10-1-18-3-2、普通平键的长度应（B）

A.稍长于轮毂的长度  B.略短于轮毂的长度  C.是轮毂长度的三倍  D.是轮毂长度的二倍

A-10-1-19-3-2、键的截面尺寸b×h主要是根据（D）来选择。

A.传递扭矩的大小  B.传递功率的大小  C.轮毂的长度  D.轴的直径

A-10-2-20-3-2、当两个被联接件之一太厚不宜制成通孔,且联接不需要经常拆装时,宜采用（C）

A.螺栓联接  B.螺钉联接  C.双头螺柱联接  D.紧定螺钉联接

A-12-2-21-3-2、滚动轴承在一般转速下的主要失效形式是（C）

A.过大的塑性变形  B.过度磨损  C.疲劳点蚀  D.胶合

A-13-1-22-3-2、联轴器和离合器均具有的主要作用是（B）

A.补偿两轴的综合位移  B.联接两轴,使其旋转并传递转矩  C.防止机器过载  D.缓和冲击和振动

A-13-1-23-3-2、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

四、问答题（每题5分）

W-4-2-01-2-5、说出凸轮机构从动件常用运动规律,冲击特性及应用场合。

答:

等速运动规律、等加速等减速运动规律、简谐运动规律（余弦加速度运动规律）;等速运动规律有刚性冲击,用于低速轻载的场合;等加速等减速运动规律有柔性冲击,用于中低速的场合;简谐运动规律（余弦加速度运动规律）当有停歇区间时有柔性冲击,用于中低速场合、当无停歇区间时无柔性冲击,用于高速场合。

W-6-3-01-2-5、说明带的弹性滑动与打滑的区别。

弹性滑动是由于带传动时的拉力差引起的,只要传递圆周力,就存在着拉力差,所以弹性滑动是不可避免的;而打滑是由于过载引起的,只要不过载,就可以避免打滑,所以,打滑是可以避免的。

W-7-1-01-2-5、简述齿廓啮合基本定律。

不论齿廓在任何位置接触,过接触点所做的公法线一定通过连心线上一定点,才能保证传动比恒定不变。

W-8-6-01-2-5、为什么闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算?

蜗杆传动存在着相对滑动,摩擦力大,又因为闭式蜗杆传动散热性差,容易产生胶合,所以要进行热平衡计算。

W-10-2-01-2-5、说明螺纹连接的基本类型及应用。

螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接、紧定螺钉连接。

螺栓连接用于被连接件不厚、通孔且经常拆卸的场合;双头螺柱连接用于被连接件之一较厚、盲孔且经常拆卸的场合;螺钉连接用于被连接件之一较厚、盲孔且不经常拆卸的场合。

W-12-3-01-2-5、轴上零件的周向固定各有哪些方法?

（指出四种以上方法）

周向固定:

键连接、花键连接、过盈配合连接

W-12-3-01-2-5、轴上零件的轴向固定方法主要有哪些种类?

各有什么特点?

（指出四种以上）

轴向固定:

轴肩、轴环、轴套、轴端挡板、弹性档圈

轴肩、轴环、轴套固定可靠,可以承受较大的轴向力;弹性档圈固定可以承受较小的轴向力;轴端挡板用于轴端零件的固定。

五、计算题

J-2-5-01-4-10、说明机构具有确定相对运动的条件,并判断机构运动是否确定?

（10分）

解:

机构具有确定相对运动的条件是:

机构的自由度数等于机构中（接受外界给定运动规律的）

原动件的个数。

n=3,PL=3,PH=2

机构自由度F=3n-2PL-PH=1,

因为W=1=F,所以机构的运动确定。

J-2-5-02-4-15、说明机构具有确定相对运动的条件,并判断机构运动是否确定?

（15分）

  解答:

机构具有确定相对运动的条件是:

机构的自由度数

等于机构中（接受外界给定运动规律的）原动件的个数。

机构中,n=7,PL=9,PH=1  F=3n-2PL-PH=2=W>0,

所以机构运动确定。

C、G处复合铰链,E处虚约束,F处局部自由度

J-2-5-03-4-15、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。

（15分）

解答:

C处为复合铰链,则

n=5,PL=7,PH=0

F=3n-2PL-PH=3*5-2*7=1

J-2-5-04-4-15、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。

（15分）

解答:

F处为复合铰链,H（或I）处为虚约束,则

n=6,PL=8,PH=1

F=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1

J-3-2-05-3-10、图示四杆机构中,已知a=62mm,b=152mm,c=122mm,d=102mm。

取不同构件为机架,可得到什么类型的铰链四杆机构?

（15分）

解:

因为最短构件与最长构件长度之和小于

等于另外两构件的长度之和,满足构件的长度

和条件,所以取AB为机架,得双曲柄机构;

取BC或AD为机架,得曲柄摇杆机构;

取CD为机架,得双摇杆机构;

J-3-2-06-3-10、已知图示机构中,LAB=82mm,LBC=50mm,LCD=96mm,LAD=120mm问:

（1）此机构中,当取构件AD为机架时,是否存在曲柄?

如果存在,指出是哪一构件?

（必须根据计算结果说明理由）

（2）当分别取构件AB、BC、CD为机架时,各将得到什么机构?

（10分）

解答:

因为LBC+LAD=50+120=170mm

LBC+LCD=82+96=178mm

所以LBC+LAD

1）当取AD为机架时,不存在曲柄,得到双摇杆机构;

2）当分别取AB或CD为机架时,均得到曲柄摇杆机构;

  当取BC为机架时,得到双曲柄杆机构.  

J-3-2-07-3-10、如图所示铰链四杆机构,已知各构件的长度LAB=50mm,LBC=110mm,LCD=80mm,LAD=100mm。

（1）该机构是否有曲柄?

如有,请指出是哪个构件（必须根据计算结果说明理由）;

（2）当分别取构件AB、BC、CD为机架时,各将得到什么机构?

（10分）

解答:

因为LAB+LBC=50+110=160mm

      LAB+LBC=80+100=180mm

所以LAB+LBC

1）当取AD为机架时,得到曲柄摇杆机构;

2）当取AB为机架时,得到双曲柄杆机构;

  当取BC为机架时;得到曲柄摇杆机构;

当取CD为机架时;得到双摇杆机构.  

J-7-3-08-3-10、已知一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a=200mm,齿数Z1=20,Z2=80,齿顶高系数ha*=1,压力角=20°。

试求这对齿轮的模数m,传动比i12,节圆直径及啮合角。

解:

节圆直径=分度圆直径

d1=mz1=4×20=80mm  d2=mz2=4×80=320mmmm

J-7-3-09-4-15、某标准直齿圆柱齿轮,已知齿距p=12.56mm,齿数z=20,正常齿制。

求该齿轮的分度圆直径d、齿顶圆直径da、、齿根圆直径df、基圆直径db、、齿高h及齿厚s。

（cos20º≈0.94）

解答:

p=12.56mm,m=4mm;  分度圆直径d=m•z=4×20=80mm;

基圆直径db=d•cos20º=75.2mm;  齿顶圆直径da=m•（Z+2ha*）=88mm;

齿根圆直径df=m•（Z-2ha*-2c*）=70mm;齿高h=m•（2ha*+c*）=9mm;

齿厚s=6.28mm

J-7-3-10-3-10、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。

解:

由i12==3,得Z2=3*18=54,

又由  mm,

分度圆直径:

  mm,

  mm。

J-9-1-11-3-10、如下图所示轮系中,已知Z1=16,Z2=36,Z3=25,Z4=50,Z5=2,Z6=20,若n1=600r/min,求蜗轮的转速n6及各轮的转向。

（10分）

 解:

J-9-1-12-4-20、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。

（20分）

解:

由Z3、Z4、Z5、H系杆组成星行轮轮系,可得:

其中:

n5=0,所以:

即:

或:

;

又:

i12

又因为:

iⅠⅡ

所以:

解得:

nⅡ=n3=-2500  r/min,

负号表示nⅡ与nⅠ方向相反,如图所示。

J-12-2-13-4-20、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=0.32,当Fa/Fr≤e时,X=1,Y=0,当Fa/Fr>e时,X=0.4,Y=1.88。

试分别计算出轴承的当量动载荷。

解:

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=0.27

      XⅠ=1        YⅠ=0

      PⅠ=XⅠFrⅠ=9000N

      FaⅡ/FrⅡ=3430/5000=0.686>e

      XⅡ=0.4    YⅡ=1.88

      PⅡ=XⅡFYⅡ+YⅡFaⅡ=0.4×5000+1.88×3430=12672.6N

六、设计题（每小题20分）

J-4-3-14-4-20、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。

解答:

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

七、分析题（本题20分）

J-8-2-15-4-20、.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。

解:

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

J-11-2-16-4-20、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。

）

解答:

（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。

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