机械设计基础试题及答案解析

1、A卷一、简答与名词解释（每题5分，共70分）1 .简述机构与机器的异同及其相互关系答.共同点：人为的实物组合体；各组成部分之间具有确定的相对运动；不同 点：机器的主要功能是做有用功、变换能量或传递能量、物料、信息等；机构的主 要功能是传递运动和力、或变换运动形式。相互关系：机器一般由一个或若干个机 构组合而成。2 .简述“机械运动”的基本含义答.所谓“机械运动”是指宏观的、有确定规律的刚体运动。3 .机构中的运动副具有哪些必要条件？答.三个条件：两个构件；直接接触；相对运动。4 .机构自由度的定义是什么？ 一个平面自由构件的自由度为多少？答.使机构具有确定运动所需输入的独立运动参数的数目称机构

2、自由度。平面自由 构件的自由度为3。5 .机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多于机构的自由度 时，机构的运动将发生什么情况？答.机构具有确定运动条件：自由度=原动件数目。原动件数目 自由度，构件运动 不确定；原动件数目 自由度，机构无法运动甚至构件破坏。6 .较链四杆机构有哪几种基本型式？答.三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。7 .何谓连杆机构的压力角、传动角？它们的大小对连杆机构的工作有何影响？以曲 柄为原动件的偏置曲柄滑块机构的最小传动角minT发生在什么位置？答.压力角a：机构输出构件（从动件）上作用力方向与力作用点速度方向所夹之0锐角；传动角丫 ：压

3、力角的余角。a + 丫三 90 o压力角（传动角）越小（越大），机构传力性能越好。偏置曲柄滑块机构的最小传动角T min发生在曲柄与滑块移动导路垂直的位置8 .什么是凸轮实际轮廓的变尖现象和从动件（推杆）运动的失真现象？它对凸轮机构的工作有何影响？如何加以避免？答.对于盘形凸轮，当外凸部分的理论轮廓曲率半径 p与滚子半径rT相等时：p=rT,凸轮实际轮廓变尖（实际轮廓曲率半径p ' =0）。在机构运动过程中，该处轮廓易磨损变形，导致从动件运动规律失真。增大凸轮轮廓半径或限制滚子半径均有利于 避免实际轮廓变尖现象的发生。9 .渐开线齿廓啮合有哪些主要特点？答.传动比恒定；实际中心距略有改

4、变时，传动比仍保持不变（中心距可分性）；啮合过程中，相啮合齿廓间正压力方向始终不变（有利于传动平稳性）。10 .试说明齿轮的分度圆与节圆、压力角与啮合角之间的区别，什么情况下会相等（重合）？答.分度圆：模数和压力角均取标准值得圆定义为齿轮分度圆；每个齿轮均有一个 分度圆；节圆：一对齿轮啮合时、两个相切并相对作纯滚动的圆定义为节圆。只有 当一对齿轮啮合时节圆才存在。0压力角：指分度圆上的标准压力角（常取 20）;啮合角：一对齿轮啮合时，节圆上的压力角为啮合角。标准齿轮、标准安装（无侧隙）时，分度圆与节圆重合；压力角与啮合角相等。11 .常用螺纹按牙型分为那几种？主要用途怎样？答.常用螺纹有三角形

5、螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹。其中三角形螺纹 自锁性好，适用于联接；其余适用于传动。12 .开式齿轮传动强度计算的准则是什么？答.开式齿轮强度由于磨损严重、一般不会发生点蚀。故通常按齿根弯曲疲劳强度 设计，并将模数增大1030%,以弥补磨损的影响。13.简述带传动中紧边拉力、松边拉力和有效拉力、张紧力之间的关系。答：14 .简述典型的滚动轴承由那些基本元件组成，其中必不可少的元件是什么？ 答.滚动轴承一般由滚动体、内圈、外圈和保持架组成，其中滚动体必不可少二、计算与作图（每题6分，共30分）15 .计算下列机构的自由度，若有虚约束、复合较链和局部自由度，需指出(1)(1)无复合较链、局

6、部自由度和虚约束(2)n=7, PL= H ='_ J _口, = 50.6fWj« 0 - aiciin- amin-；一 6,7973% K -1.08(5- a) S + b)17.补全图中不完整的从动件位移、速度和加速度线图，并判断哪些位置有刚性冲 击，哪些位置有柔性冲击。0, PH=0F=3n-2PL-PH=3X 7-2X 10-0=1(2)局部自由度：1n=8, P L=11, P H=1F=3n-2PL-PH=3X 8-2X11-1X1=116 .如图所示一偏置曲柄滑块机构，曲柄A助原动件，长度为1ab=25 mm偏距e=10 mm已知最大压力角a ma=30&

7、#176; ,试求：解：曲柄与滑块道路垂直时压力角达到最大。根据已知条件先求出连杆长度1BC,则问题易解。0 H :度：；-卜一 -讣,解:在4=* jc 3, 5。和打事位雪处有"性冲击;花马=：丁 名和开低1处有刚 性冲击.18.已知一对渐开线标准外啮合直齿圆柱齿轮传动的模数m=5 mm压力角a =20°、中心距a=350 mm传动比i优=5/9，试求两轮的齿数、分度圆直径、齿顶圆直径、 基圆直径以及分度圆上的齿厚和齿槽宽。解：JW(二 1 + 2, I4l« a = *- = 350 - D以求帆即得：口 =90小齿轮；为 = 250 杵旧 1, 4同=26

8、0 ntm , d*1=2*4.算以 amt r 啊=马= 7.S54 mm ；人拉粒环弊略.19.试分析图(a), (b), (c), (d)中的结构错误，分别说明理由并画出正确的结 构图。n <c）：轴上零件无法装配，皮丹一处轴肩改为堂筒.图（d:装有轮4的轴段长度应比触1宽度短（13mm）,轴上军件尚 向未固定.B卷1 .简述构件和零件的区别与联系。答.构件是机械中的运动单元，零件是机械中的制造单元；构件是由一个或若干个 零件刚性组合而成。2 .简述“机械设计基础”课程的主要研究对象和内容。答.研究对象：常用机构（平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）和通用零（部） 件（螺栓、键、齿

9、轮、带、链、轴、轴承、联轴器、离合器等）。研究内容：机构的组成及其工作原理、结构分析、运动分析等；零（部）件结构、设计计算、类型选 择、使用维护等。3 .什么是机构中的原动件、从动件、输出构件和机架？答.原动件：运动参数由外界输入的活动构件；从动件：除原动件外的其余活动构 件；输出构件：输出预期运动的从动件；机架：机构运动的参考物，视作相对固定 的构件。4 .运动副是如何进行分类的？答.按两构件运动平面的相互关系分：平面运动副、空间运动副；按两构件接 触方式分：低副（面接触）、高副（点、线接触）。5 .简述机构运动简图的主要作用，它能表示出原机构哪些方面的特征？答.机构运动简图主要用于进行机构

10、的结构分析和运动分析。机构运动简图反映了 原机构中的构件类型和数目、运动副类型、数目及其相互位置关系等特征。6 .从运动副类型的角度看，什么是连杆机构？机构中的连杆一般做什么运动?答.所有运动副均为低副的机构称连杆机构。机构中的连杆一般做平面复杂运动。7 .何谓偏心轮机构？它主要用于什么场合？答.偏心轮是由曲柄通过扩大转动副半径方式演化得到，曲柄长度即为偏心距。偏 心轮的强度和刚度都比曲柄好，因此适用于转速不高而载荷较大场合。8 .什么是凸轮机构传动中的刚性冲击和柔性冲击？答.在机构运动的某些位置，从动件加速度发生突变。当突变值为无穷大时，将引 起刚性冲击；当突变值有限时，则引起柔性冲击。9

11、.何谓根切？有何危害？如何避免根切？答.采用范成法加工齿轮时，刀具齿顶线（圆）超过被加工齿轮的啮合极限点时， 齿根渐开线齿廓被切去一部分，该现象称为根切。根切使重合度下降、齿根强度减 弱。通过使刀具远离轮坯中心或增加被加工齿轮的齿数可避免根切。10 .平行轴斜齿轮机构的啮合特点是什么？其正确啮合条件及连续传动条件与直齿 轮有何异同？答.斜齿轮传动主要特点：齿廓接触线变化短一长一短、重合度大、不发生根切的 最少齿数小，使其传动平稳性好、承载能力大、结构紧凑。正确啮合条件：除两轮 模数、压力角相等外，两轮螺旋角大小相等、旋向相反（外啮合）或相同（内啮合）, 连续传动条件与直齿轮相同。11 .常用联

12、接螺纹是左旋还是右旋？是单头还是多头？为什么？答.常用联接螺纹为右旋、单头。右旋螺纹符合多数人的右手习惯；单头螺纹的自 锁性最好。12 . 一对圆柱齿轮传动，大、小齿轮齿面接触应力是否相等？大、小齿轮的接触强 度是否相等？答.由赫兹应力计算公式知，大、小齿轮齿面接触应力和相等。但大、小齿轮的接触强度不一定相等，只有当大、小齿轮材料、热处理均相同时（许用应力相等） 强度相等。13 .试说明带传动的弹性滑动是如何产生的？为什么这种滑动是不可避免的？答.由于紧边与松边拉力不等，且带为弹性体，当带绕过主动轮时，由于拉力减小, 使带的弹性变形量减小，导致带的运动滞后于主动轮；在从动轮处，带的则超前于 带

13、轮；因此产生带的弹性滑动。由于带传动必须要求带的紧边与松边保持一定的拉力差，因此弹性滑动不可避免。弹性滑动主要引起传动比不固定， 并增加带的磨损。14 .滚动轴承的固定常用的有哪两种形式？分别适用于什么场合？答.两端固定，适用于轴较短、工作中温度变化不大的场合；一端固定、一端游动，适用于轴较长、工作中温度变化较大的场合。二、计算与作图（每题6分，共30分）15 .计算下列机构的自由度，若有虚约束、复合较链和局部自由度，需指出(2)局部自由度：2,虚约束：2n=5, Pl=6, Ph=2F=3 h-2Pl-Ph=3 x5-2x6-1x2=1(2)复合较链：1,局部自由度：1n=9, Pl=12,

14、 P2F=3 ii-2Pl-Ph=3x9 -2x12-1x2=116.设计一偏置曲柄滑块机构，已知滑块的行程速度变化系数K=1.5,滑块的冲程l ciq=50 mm导路白偏距e=20 mm求曲本H长度a和连杆长度b。B解： ，,H2=(b-a)2+(b-a)2-2(b-a)(b-a)cos0 I另有:sin( Z ACzD)=(b-a) HsinO对RtzXADC" 有:sin( Z AC；D)=e/(b+a)从而有:H=(b+a)(b-a)/esinG 一 当8 （或K）、e. H己知时，联立求解式、，可直接得工仃=；犷一怎H %in 8前cos 3）g * +(2 阳/sing(1 +co$e)对于本题,由已知条件可解出:a=2 L5mm， b=46.5mm90°后从动17.试标出在图示位置时凸轮机构的压力角；凸轮从图示位置转过解:凸轮理论轮廓线四轮转过如由时 从动件导路a也轮持过婚时 潴F与凸轮轮廓搂触点18.如图所示为一装配用电动螺丝刀的传动简图。已知各轮齿数为z i = Z4 =7 ,z 3 = z 6 =39。若n1=3600 r/min ,试求螺丝刀的转速。螺丝刀OX1TTTII 6 5 d r . !解：(提示:该机构为两个行星轮系133印和成的夏合轮系，%l =%， 螺丝刀转速即“：？系, l-2-.-llj：*=1a=三- nH二