机械设计基础考试试题及答案

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（ )

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（ ）

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是用来描述机械运转不均匀程度的重要参数，其表达式为（ ) A.maxmin B。 minminmaxmin C. max D。 max

mmaxmin29。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。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。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( ) A。工作齿宽b B。模数m C。齿数z D。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（ ) （注：下标t表示端面，a表示轴向,1表示蜗杆、2表示蜗轮）

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

0

C.mt1=ma2, αt1=αa2,γ=—β D。ma1=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（ )

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________。 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σH1_____σH2。

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（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

1

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=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。

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1=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

2.

说明：（1)不必作文字说明，但必须保留作图线； (2)S1和2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。)

2

《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）

1.A 2.B 3。D 4.A 5。C 6.B 7.A 8。C 9.A 10。C 11。A 12.C 13。B 14.B 15。A 16。C 17.B 18.B 19。D 20。A 二、填空题（本大题共10小题，每小题1分，共10分)

21.受力情况 22.2 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=

13.F ≤［σ］ σ—拉应力，d1—螺2d14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=

z2=3 ∴Z2=i12Z1=3×18=54 z1 ∵a=

m2a2108（z1+z2） ∴m= =3mm 2z1z21854 d1=mz1=3×18=54mm d2=mz2=3×54=162mm da1=d1+2ha＊m=54+6=60mm da2=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

H i35n3nHz8054

n5nHz320n3nHn4 即 3=1+4=5 ……………（1） nHnHn1z2n402 即1=—2…（2) n2z120n2nII5 nI2 将n5=0代入上式得

对于1、2齿轮组成的定轴轮系,有 i12 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

3

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=0。27〈e 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

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.

试题二

1。家用缝纫机踏板机构属于＿ ＿机构； A)曲柄摇杆，B)双曲柄,C)双摇杆

2。V带(三角带）传动的带轮基准直径应取为______________； A） D1

B） D2 C) D3 D) D4 3.设计V带传动时，带轮直径不能太小，是为了限制＿ ＿；

4 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＿ ＿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＿ ＿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＿＿。

A）齿顶圆， B)分度圆, C）基圆， D)齿根圆

8。机构运动简图是____ , , 的简单图形.

9。6105(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______轴，只受转矩不受弯矩的轴叫作______轴,同时受弯矩和转矩的轴叫作______轴，自行车的前轴是________轴，中轴是______轴，后轴是_____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=1.2,轴承材料的[p］＝5MPa,［V］=3m/s，［pV］=10MPa。m/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2.5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）

5

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①②③…)，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） 1.A 2。B 3.D 4.A 5。A 6.A 7。C 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

9。P0，25，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 螺栓普通螺栓联接 两被联接件通孔 联接 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。 F3n2pLpH362811 17。(本小题8分）

Vdn60600188.m/sV

601000601000由pF1≤p；B12.d12.6072mm得 BdF1≤pBd5726021600N216.kN

6

由pVF2V≤pV得 Bd10726022978.7 N22.98 kN

188.F2≤pVBd/V所以轴承允许的最大载荷为F1,F2min,即FmaxF121.6 kN 18。 (本小题8分)解：由松螺栓联接的设计公式得螺纹小径为

4Q425103d123.033mm[]3.146019。 （本小题8分)解：

有效拉力Fe =1000P/v=1000×8/10=800 N (2分) 又知：F1—F2= Fe，F1=2F2

则紧边拉力 F1=2 Fe =1600 N (3分) 根据欧拉公式

F1efF2得 当量摩擦系数f=ln（F1/F2）/α=ln2/（3。14×120/180) =0.693/2.0933=0.331 (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=3.14×10=31.4mm,齿顶高ha=m=10mm,齿根高hf=1。25m=12。5mm，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)

7

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。

《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）H1H2，B）H1 H2，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 2MVM2T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HB350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；

8 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＝0.1C，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=1.4,［p］＝8MPa,［V］=3 m/s,［pV]=15MPa。m/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d18.376mm，中径d29.026mm,）的螺钉固定一牵引钩。若螺钉材料为Q235钢,屈服极限S240MPa，装配时控制预紧力（安全系数取SS16，考虑摩擦传力的可靠性.）系数（防滑系数)Kf12.，接合面摩擦因数=0。2，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.

9

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。

10

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）

1.B 2.B 3.C 4.B 5。A 6。B 7.A 8。B 二、填空题（有12小题,16个空,每空1分，共16分） 9。基圆

10.m1=m2,α1=α2;

11.点蚀，轮齿折断,接触,弯曲；

＊

12.z，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＝45000N 2)Lh16670C16670C3()()16670 h nP100001.C11

21.（本小题8分)

B14.d14.100140 mm

FdBp1001408112000 N

Vdn/(601000)1005002.62m/s

601000pV15p2.62

155.725 MPa 2.62.10014080150N 由此得F5725所以p所以，允许最大工作载荷为80150N。

22.（本小题9分） 许用拉应力SSS240/1.6150 MPa

螺钉数z＝2，接缝面数m=1，则所需预紧力

FKfFR1.2FR3FR， mz0.2121.3F≤

强度条件为

4d12

FR≤d1241.338.376215041.332119 N

23.解:由已知条件

齿距 p=πm=3。14×2=6。28mm 全齿高 h=2.25m=2。25×2=4.5mm 分度圆直径 d1=m z1=2×25=50mm

12

d2=m z2=2×75=150mm

齿顶圆直径 da1= d1+2m=50+2×2=54mm

齿根圆直径 df2= d2—2。5m=150-2。5×2=145mm 标准中心距 a=（ d1+ d2）/2=(50+150)/2=100mm 传动比 i= z2/ z1=75/25=3 (每个答案1分，共8分)

六、分析题（有1小题，每题6分，共6分）

24．答：a）双曲柄机构；b)曲柄摇杆机构；c）双摇杆机构；d)双摇杆机构（答对一个得1分，共4分)

七、作图题（有2小题，每题2分,共12分） 25.（本小题5分)

26.(本小题5分)不合理结构：

1)受轴向力方向应为轴承“大口”指向“小口”，图中轴承装反；2)沿轴向力传递路线，角接触轴承外圈左侧的弹性挡圈无必要。

正确结构如图。

试题四

1．一个没有任何约束的物体,它有 个自由度。

2．带传动的主要失效形式是 、 及带与带轮的磨损。

13

3．平键联接靠键和键槽的 传力，高度方向有 ，不会影响轴与轴 上零件的对中。

4．常用的滑动轴承材料分为金属材料、 和______________ 三类。 5．受轴向外载荷的螺栓联接，其螺栓的轴向总载荷等于工作载荷与 之和. 6．行程速比系数K是表示铰链四杆机构 性质的参数. 7．既受到扭矩又受到弯距的轴称为 。

8．在用范成法加工齿轮时，若被加工齿轮的齿数小于 ,则可能出现根切现象。 9．零件受载时在传力的接触表面上会产生应力，其中面接触传力为 应力，点、线接触传力为 应力.

10．在凸轮机构的设计中，适当加大凸轮的 是避免机构发生运动失真的

有效措施.

11．螺杆相对于螺母转过一周时，它们沿轴线方向相对移动的距离是螺旋的 。 12．在V带传动设计中,限制带轮最小直径主要是为了限制带传动中的 。 13．开式齿轮传动的主要失效形式是 和 。 14．滚动轴承的配合制度是轴承与轴的配合为 ，轴承与轴承座孔的配合

为 .

二、计算题（每小题20分，共60分）

1．计算下列结构的自由度，并指出机构中的复合铰链、虚约束。

2．在图示锥齿轮组成的行星轮系中，各齿轮数Z120，Z2=27,Z2’=45,Z340，已知齿轮1的转速n1=330r/min，试求转臂H的转速nH(大小与方向)。

3．有一轴用一对46309轴承支承，轴承的基本额定动负载Cr=48.1kN,内部轴向力S=0。7Fr，

14

已知轴上承力FR=2500N，FA =1600N,轴的转速n=960r/min,尺寸如图所示。若取载荷系数

fp=1.2，试计算轴承的使用寿命。

e X 0.7 1 Fa/Fr≤e Y 0 X 0.41 Fa/Fr＞e Y 0.85

三、设计题(共20分）

根据同学们所学过的知识及所经历的生活常识，设计一个有创意的机构，可以是水位报警器、智能防盗系统、电动剃须刀（简单的旋转型除外）、洋参切片机、自动面条机等,要求画出机构简图，并算出其机构的自由度。其中简图为12分，自由度计算为8分.(要说明哪些是局部约束，那些是虚约束）

《机械设计基础》试题四参考答案

一、填空题(每空1分，共20分)

1．6 2．打滑 疲劳破坏 3．侧面 间隙 4．非金属材料 粉末冶金材料 5．剩余预紧力 6．急回运动 7．转轴 8．17 9．挤压 接触 10．基圆半径 11．导程 12．弯曲应力 13．磨损 轮齿折断 14．基孔制 基轴制 二、计算题(每小题20分，共60分）

1．解(共20分）

（1） 活动构件数n=5，低副数 PL =7，高副数PH =0 （3分） 因此自由度数 F=3n—2PL-PH=3*5—2*7=1 (5分）

C为复合铰链 （2分）

（2） 活动构件数n=5，低副数 PL =7，高副数PH =0 （3分）

因此自由度数 F=3n-2PL-PH=3*5-2*7=1 （5分）

F、G为同一个移动副，存在一个虚约束。 (2分） 2．解（共20分）：

（1）判断转化轮系齿轮的转动方向

由画箭头法可知,齿轮1与齿轮3的转动方向相反. （2分）

（2）转化轮系传动比关系式

Hi1322 1 3 ZZn1nH23 （8分)

n3nHZ1Z2'(3）计算转臂H的转速nH

15

代入n1330,n30及各轮齿数

330nH27400nH2045330n16H5

nH150r/min转臂H的转动方向与齿轮1相同。 (10分） 3．解（共20分） （1）计算径向负荷

FA Fr1 S2 FR

S1 Fr2

由力矩平衡 Fr2×200— FR×300+ FA×40=0

Fr2= (FR×300- FA×40)/200=(2500×3000—1600×40)/200=3430N

Fr1= Fr2— FR=3430—2500=930N (5分）（2)计算轴向负荷 内部轴向力

S1=0.7 Fr1=0.7×930=651N S2=0。7 Fr2=0.7×3430=2401N

由S1+ FA〈 S2 ，可知轴承1为“压紧”轴承,故有 Fa1= S2- FA=2401-1600=801N

Fa2= S2=2401N （5分） （3）计算当量动负荷

轴承1：Fa1/ Fr1=801/930=0.86>e；取X＝0.41，Y＝0。87 P1=fp(X Fr1+Y Fa1)=1。2×(0.41×930+0。87×801)=1294N 轴承2:Fa2/ Fr2=0。7=e；取X=1,Y=0 P2=fp×Fr2=1.2×3430=4116N ∵ P2〉 P1

∴ 取P=P2=4116N计算轴承寿命. (7分)

（4)计算轴承寿命

L（106/60n)( Cε= 〔106 /(60×960）〕×（48。1×103/4116）ε

h=t/P)=27706h

16

3分） （ 三、设计题（共20分）

此题目灵活性较大,批卷老师可根据学生设计的程度和创意，主观打分.(20分

《机械设计基础》试题五

一．选择题（每题2分，共20分)

1．齿轮采用渗碳淬火的热处理方法，则齿轮材料只可能是(…)。

Ａ．45号钢 B．ZG340~640 C．20Cr D．38CrMnAlA 2．一对标准渐开线圆柱齿轮要正确啮合，它们的(…)必须相等. A．直径d B．模数m C．齿宽b D．齿数z 3．蜗杆传动是（…）

A．啮合传动 B．在中间平面内，蜗轮蜗杆啮合相当于斜齿轮直齿轮啮合 C．传动效率高 D．传动比不大

4．带传动是依靠(…）来传递运动和功率的。

A．带与带轮接触面之间的正压力 B．带与带轮接触面之间的摩擦力 C．带的紧边拉力 D．带的松边拉力 5．带张紧的目的是(…）

A．减轻带的弹性滑动 B．提高带的寿命 C．改变带的运动方向 D．使带具有一定的初拉力 6．型号为7210AC轴承的轴承套圈内径为（…）

A．72 B．10 C．50 D．210 7．键的剖面尺寸bXh通常是根据（…）从标准中选取。

A．传递的转矩 B．传递的功率 C．轮毂的长度 D．轴的直径 8．联轴器与离合器的主要作用是（ ）。

A．缓冲、减振 B．传递运动与转矩

C．防止机器发生过载 D．补偿两轴的不同心或热膨胀 9．28H7的孔与27p6轴可以是（…)。

A．过盈配合 B．间隙配合 C．过渡配合 D．非配合连接

10．当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能(…）.

A．好 B．差 C．相同 D．不一定 二．填空题(每空1。5分，共30分)

1．采用凸台或沉头座孔做为螺栓头或螺母的支承面是为了（ ）

17

2．自行车的中轴是（ ）轴,而前轮轴是（ ）轴。 3．平键B20X80 GB1096-79中，20X80是表示 ( ). 4．滚子链16A—1X88 GB/T 1243—97的节距为( ）.

5．平底垂直于导路的直动推杆盘形凸轮机构中，其压力角等于（ ）。 6．一台机器空运转。对外不做功，这时机器的效率等于( ）。 7．对于四杆曲柄摇杆机构，如果以曲柄作为机架，则该机构为( ）。 8．当平面连杆机构在死点位置时,此时的传动角为( ）。 9．平面机构具有确定运动的条件是（ ）.

10．机械效率等于( ）功与（ ）功之比,它反映了（ ）功在机械中的有效利用程度。

11．外力撤消后构件上能完全消失的变形称为（ ），不能完全消失而残留的永久变形称为( ）。

12．在铰链四杆机构中，存在曲柄的必要条件是（ )和（ ） 。 13．在设计凸轮机构时，凸轮基圆半径取得越（ ），所设计的机构越紧凑，但是压力角（ )，使机构的工作情况变坏.

14．渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是两齿轮（ ）和( ）必须分别相等。 15．斜齿圆柱齿轮的标准模数是（ ）。直齿圆锥齿轮的标准模数是（ ）。 16．渐开线斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是两齿轮（ ）、( ）和（ ）必须分别相等。

17．直齿圆柱齿轮作接触强度计算时,取（ ）处的接触应力为计算依据,其载荷由（ ）对轮齿承担.

18．平键的截面尺寸应按（ )从键的标准中查取，键的长度L可参照（ ）从标准中选取。必要时应进行强度校核。

19．轴如按受载性质区分，主要受（ ）的轴为心轴，主要受（ ）的轴为传动轴。

20．机械速度的波动可分为（ ）和（ ）两类。

三、试分析齿轮、轴、轴承部件组合设计的错误结构（如下图)，至少找出五处或五处以上的错误;用序号指明错误的位置并用文字说明.（15分）

18

四、计算题(1题，共15分）

如图所示的轮系中，已知z1 =z2 =z4 =z5 =20，z3 =z6 =60，齿轮1的转速n1 =1440（r/min)，求齿

轮6的转速（大小及方向）（方向用箭头表示）。

五、已知一正常齿制的标准直齿圆柱齿轮，齿数z1=20，模数m = 2mm，拟将该齿轮作某外啮合传动的主动齿轮，现须配一从动齿轮，要求传动比i=3。5,试计算从动齿轮的几何尺寸及两轮的中心距。（20分)

《机械设计基础》试题五参考答案

1．C 2．B 3．A 4．B 5．D 6．C 7．D 8．B 9．D 10．A 1．防止螺栓承受弯矩。2．阶梯轴，固定心轴。3．键宽X键高。4．25.4。 5．0度.6．0.7．双曲柄机构.8．0.9．自由度=原动件数.10．有用功，总功，总. 11．弹性变形，塑性变形. 12．有一最短杆,最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。13．小，增大。14．模数，压力角15．法面模数mn 大端模数m

16．模数,压力角和螺旋角17．节点,一.18．轴径d,轮毂长度。19．弯矩，扭矩。 20．周期性 非周期性。

1．解题要点

此轴承组合设计有以下四个方面的错误：

（1） 转动件与静止件接触：轴与轴盖；套筒与轴承外圈 （2） 轴上零件未定位、未固定：筒顶不住齿轮（过定位）；卡圈不需要 （3） 工艺不合理：

加工：精加工面过长且加工不方便；联轴器孔未打通；箱体加工面与非加工面没有分开

19

安装：轴肩过高，无法拆卸轴承；键过长，套筒无法装入 调整：无垫片，无法调整轴承游隙

（4） 润滑与密封：齿轮用油润滑,轴承用脂润滑而挡油盘；缺缺密封件 四．计算题 解题要点：

（1） 本题所示为一个定轴轮系. （2） 其转动比为

i12=

n1zz60X602z2z3z5z6=(-1)369 n6z1z2z4z5z1z420X20n11440160(rmin) i129 n6 齿轮6的转向与齿轮1的转向相同。如图所示.

五、计算题

解：根据给定的传动比i，可计算从动轮的齿数

z2 = iz1 =3.5× 20 = 70

已知齿轮的齿数z2及模数m,由表5-2所列公式可以计算从动轮各部分尺寸。 分度圆直径 d2 = mz2 = 2×70 = 140 mm

齿顶圆直径 da2 = (z2 + 2ha*) m = （70+2×1)2=144 mm

＊

齿根圆直径 df = (z2 - 2ha*- 2c) m = (70-2×1-2×0。25）2=135mm

＊＊

全齿高 h=（2ha+c)m = （ 2×1 + 0.25) 2= 4。5 mm

dd2m2中心距 a1(z1z2)(2070)90 mm

222

试题六一、填空题 （每空1分,共30分）

1。 机构具有确定运动的条件是 自由度F>0 且 原动件数等于自由度F 。

2。 在曲柄摇杆机构中，以摇杆为主动件，曲柄为从动件，则曲柄与连杆处于共线位置时称为 死点 ，此时机构的传动角为 0°,压力角为 90°.

3. 在凸轮机构四种常用的推杆运动规律中, 等速 运动规律有刚性冲击； 正弦加速度 运动规律无冲击。 4. 带传动工作时，最大应力发生在 紧边进入小带轮处 ，最大值为 1b1c。

5。 带传动的设计准则为：在保证带传动不发生 打滑 的前提下,带具有一定的 疲劳 强度和使用寿命.

6。 一对渐开线齿轮正确啮合条件为： 模数相等 、 压力角相等 及 12，齿

20

轮连续啮合条件为：重合度大于1 .

7. 图示减速器中，1为蜗杆，2为蜗轮,3、4均为斜齿轮，主动轴蜗杆为顺时针旋转，蜗轮为右旋,则蜗杆螺旋线方向为 右旋 ，若希望蜗轮2和小齿轮3的轴向力能抵消一部分，则齿轮3的螺旋线方向为右旋 ，齿轮4的轴向力方向为 向上 .

8。 按轴工作时所承受的载荷不同，可把轴分成 心轴 ， 转轴 ， 传动轴 。

9。 代号为7312C的滚动轴承,其类型名称为 角接触球轴承 ,内径为 60 mm，宽度系列代号为 0 ，直径系列代号为 3 。 10. 螺纹连接中,按其工作原理不同，螺纹防松方法有 摩擦防松 、 机械防松 和 破坏螺纹副关系防松 等。

6

11. 轴承的基本额定动载荷是指轴承的 基本额定寿命 恰好为 10r 时,轴承所能承受的载荷值.

二、问答题（每题6分，共24分)

1． 请说明平面机构速度瞬心的概念，并简述三心定理.

答：瞬心是指互相作平面相对运动的两构件在任一瞬时，其相对速度为0的重合点，或者是绝对速度相等的重合点。（3分）三心定理：作平面运动的三个构件共有三个瞬心(1。5分），它们位于同一直线上（1。5分）.

2． 简述闭式齿轮传动的设计准则

答:1）对于软齿面闭式齿轮传动，通常先按齿面接触疲劳强度进行设计（2分)，然后校核齿根弯曲疲劳强度(1分)。2)对于硬齿面闭式齿轮传动,通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设计（2分），然后校核齿面接触疲劳强度（1分）。

3． 平键连接的工作原理是什么？主要失效形式有哪些?平键的截面尺寸bxh是如何确

定的? 答：平键的工作面为两侧面，工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩。(2分）

主要失效形式是工作面的压溃和键的剪断。(2分）截面尺寸根据轴径d由标准查出。(2分)

4． 简述形成流体动压油膜的必要条件。

答：形成动压油膜的必要条件是：1）相对运动表面之间必须形成收敛形间隙；（2分）2）要有一定的相对运动速度,并使润滑油从大口流入，从小口流出；(2分)3）间隙间要充满具有一定粘度的润滑油.(2分）

三、分析计算题：（共34分） 1．（8分) 如图示螺栓联接的受力－变形图。若保证残余预紧力F\"的大小等于其预紧力F’的一半。求该联接所能承受的最大工作载荷和螺栓所受的总拉力,并在图中标出各力。

F

21

FFF 解:在受力－变形图中标出残余预紧力、预紧力及工作载荷，（4分） 由图中几何关系可知螺栓连接最大工作载荷为： F=F' （2分）螺栓所受的总拉力为：

F0F\"FF\"F'1.5F'3F\" (2分）

2．(8分) 计算图中所示机构的自由度数，若该机构存在局部自由度、复合铰链、虚约束等请在图中指明。

答： 活动构件数：n=7高副数:PL=9

低副数：PH=1 F=3n—2PL—PH=2(5分）

F处存在局部自由度（1分）,E处或E’处存在虚约束（1分），C处存在复合铰链（1分）.

4。(10分） 如图所示轮系中,若已知各轮齿数

１ ４ ３ ２ ５ Ｈ z1=z2=z4=z5=20,z3=40,z6=60,求i1H 的大小, 并说明轮1与转臂H的转向相同还是相反.

解：此轮系为混合轮系，其中定轴轮系传动比:i12n1z2402 （2分） n2z120周转轮系的转化轮系传动比：i25Hn2nHz80(1)54 （3分）

n5nHz320由于n50,故:

n2nHn4 (1分）得：25 （1分)

nHnH故:i1Hi12i2Hn1n22510 （2分）轮1与转臂H转向相反 （1分) n2nH四、结构题（12分）

试分析图示齿轮轴轴系结构上的结构错误,在图中编号并指出错误原因。轴承采用脂润滑.

22

位置1、两轴承类型一致，角接触轴承应成对使用；位置2、

旋转件和静止件接触；位置3、齿轮安装轴段的长度应小于齿轮宽度;位置4、无键槽；

位置5、联轴器轴段无轴向定位，应设计成阶梯轴； 位置6、与轴承内圈配合轴段太长,应设计成阶梯轴；位置7、机箱体应加凸台以减小加工面积； 位置8、应加调整垫片；位置9、键槽孔太长； 位置10、缺甩油环；位置11、轴肩太高，轴承内圈无法拆卸；位置12、无密封.

附加题1、简述齿轮传动的主要实效形式并阐明解决齿轮实效的措施.

答：齿轮传动的实效形式主要有：轮齿折断，齿面点蚀，齿面胶合，齿面磨粒磨损，齿面塑性变形.

预防齿轮实效的措施有：可采取增大齿根圆半径，消除该处的加工刀痕,对齿轮进行喷丸、碾压等冷作处理来提高齿面硬度;可采取提高齿面硬度和润滑油粘度、降低表面粗糙度、合理选择变位系数等方式来预防齿轮实效。

2、常见的螺纹有哪些?简述各种类型螺纹的特点和应用。

答：按照用途不同，螺纹可分为普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等。螺纹主要用于联接和传递动力之用. 3、带传动有哪些主要类型？各有什么特点？

答：根据工作原理，带传动可分为摩擦带传动和啮合传动；根据传动带截面形状，带传动可分为平带传动、V带传动、多楔带传动、圆带传动. 4、试述齿廓啮合基本定律。

答：所谓齿廓啮合基本定律是指：作平面啮合的一对齿廓，它们的瞬时接触点的公法线，必于两齿轮的连心线交于相应的节点C，该节点将齿轮的连心线所分的两个线段的与齿轮的角速成反比.

5、试述螺纹联接防松的方法。

答：螺纹连接的防松方法按工作原理可分为摩擦防松、机械防松及破坏螺纹副防松.

摩擦防松有：弹簧垫圈、双螺母、椭圆口自锁螺母、横向切口螺母 。机械防松有：开口销与槽形螺母、止动垫圈、圆螺母止动垫圈、串连钢丝 .破坏螺纹副防松有：冲点法、端焊法、黏结法.

6、试分析影响带传动承载能力的因素？

答：初拉力Fo? 包角a？ 摩擦系数f? 带的单位长度质量q? 速度v

23

1、图1示螺栓联接中,采用两个M20的普通螺栓，其许用拉应力［σ]＝l60N／mm，联接件接合面间摩擦系数f＝0.20,防滑系数Ks＝1.2,计算该联接件允许传递的静载荷F＝?(M20的螺栓d1＝17。294mm)(10分）

2

题1图

解：螺栓预紧后，接合面所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷，假设各螺栓所需预紧力均为F0

则由平衡条件

可得螺栓危险截面的强度条件为

于是得 （4分)

24