机械设计基础课程设计题库

机械设计基础课程设计题库姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、填空题1.机械设计的基本要求包括（功能）、可靠性、经济性等。

解题思路：机械设计的基本要求中，除了可靠性、经济性外，功能是实现机械设计目的的关键要求。

2.机构运动简图是用来（表示）、分析机构运动特性的图形。

解题思路：机构运动简图通过简化的图形表示机构中各构件的运动关系，便于分析机构的运动特性。

3.机构自由度是指（机构中）、独立运动的数目。

解题思路：机构自由度是指机构在运动过程中可以独立进行运动的自由度数目。

4.螺旋传动中，螺旋升角的大小取决于（螺旋的导程）、螺旋副的当量摩擦角。

解题思路：螺旋升角是由螺旋的导程决定的，当量摩擦角会影响螺旋传动效率。

5.滚动轴承的代号由（公称直径）、类型代号、尺寸代号和精度代号组成。

解题思路：滚动轴承的代号中，公称直径是轴承选择的重要参数，影响轴承的尺寸和功能。二、选择题1.下列哪个选项不属于机械设计的基本要求？（）

A.精确性

B.可靠性

C.经济性

D.美观性

答案：D

解题思路：机械设计的基本要求通常包括精确性、可靠性和经济性，美观性虽然重要，但通常不是基本要求之一。

2.下列哪个机构属于低副机构？（）

A.曲柄摇杆机构

B.双曲柄机构

C.间歇机构

D.锥齿轮机构

答案：A

解题思路：低副机构是指运动副由两个平面组成的机构，曲柄摇杆机构正是这种类型的机构。

3.下列哪个参数与螺旋传动效率无关？（）

A.螺旋升角

B.螺旋副的当量摩擦角

C.滚动体的直径

D.螺旋副的接触弧长

答案：C

解题思路：螺旋传动效率与螺旋升角、螺旋副的当量摩擦角和螺旋副的接触弧长有关，而滚动体的直径对效率没有直接影响。

4.下列哪个滚动轴承适用于高速重载场合？（）

A.深沟球轴承

B.角接触球轴承

C.推力球轴承

D.圆柱滚子轴承

答案：B

解题思路：角接触球轴承因其设计允许较大的接触角，能够承受较大的轴向和径向载荷，适合高速重载场合。

5.下列哪个传动方式属于无级变速传动？（）

A.皮带传动

B.齿轮传动

C.螺旋传动

D.摩擦传动

答案：D

解题思路：无级变速传动指的是能够实现连续变化的传动比，摩擦传动通过摩擦片之间的压力和转速变化实现无级变速。皮带传动和齿轮传动虽然可以实现较大的传动比变化，但不是连续的。螺旋传动则不涉及无级变速。三、判断题1.机械设计的基本要求中，精度是指零件的加工精度。（）

答案：√

解题思路：机械设计的基本要求中，精度不仅包括零件的加工精度，还包括装配精度、运动精度等。但在此题中，根据题意，主要指零件的加工精度。

2.机构自由度与机构的运动特性无关。（）

答案：×

解题思路：机构的自由度是指机构在运动过程中可以独立运动的自由度数目，它与机构的运动特性密切相关。自由度决定了机构的运动方式和可能的运动状态。

3.螺旋传动中，螺旋升角越大，传动效率越高。（）

答案：×

解题思路：螺旋传动中，螺旋升角越大，虽然可以增加传动效率，但同时也会增加摩擦损失，导致效率不一定越高。通常，螺旋升角在一定范围内时，传动效率最高。

4.滚动轴承的型号越大，承载能力越强。（）

答案：√

解题思路：滚动轴承的型号通常与其尺寸、结构有关，型号越大，轴承的尺寸和承载能力也相应增加。因此，型号越大，承载能力越强。

5.无级变速传动可以实现任意速度的变换。（）

答案：√

解题思路：无级变速传动是一种能够实现连续无级变速的传动方式，通过调整传动比，可以实现任意速度的变换。因此，无级变速传动可以实现任意速度的变换。四、简答题1.简述机械设计的基本要求。

机械设计的基本要求包括：

安全可靠：设计出的机械要保证操作人员的安全，防止发生。

结构合理：机械的结构要合理，便于加工、安装和维护。

功能优良：机械要满足预定的功能要求，具有高效、低耗、可靠的特点。

经济合理：在保证功能和可靠性的前提下，尽量降低成本，提高经济效益。

环保节能：减少能源消耗，降低排放，实现可持续发展。

2.简述机构自由度的计算方法。

机构自由度的计算方法

基本自由度计算：利用公式F=3n2l，其中F为自由度，n为机构的主动件数量，l为机构的约束数量。

高级自由度计算：对于复杂机构，需根据具体情况分析主动件和约束的数量，采用相应的计算方法。

3.简述螺旋传动的工作原理。

螺旋传动的工作原理

当螺旋杆旋转时，由于螺旋线的存在，螺旋杆的端面产生轴向移动。

螺旋杆与螺旋副之间产生摩擦力，使螺旋副产生轴向力，从而实现动力传递。

4.简述滚动轴承的类型及应用。

滚动轴承的类型及应用

圆柱滚子轴承：适用于高速、轻载的旋转场合。

推力球轴承：适用于承受轴向载荷的场合。

深沟球轴承：适用于高速、中载的旋转场合。

调心球轴承：适用于轴的挠曲较大或轴承承受角度较大的场合。

5.简述无级变速传动的工作原理。

无级变速传动的工作原理

通过调节两个锥齿轮的锥面接触点，改变锥齿轮的锥面夹角，实现传动比的无级变化。

当锥齿轮的锥面夹角改变时，锥齿轮的齿数也随之改变，从而实现传动比的无级调整。

答案及解题思路：

1.答案：机械设计的基本要求包括安全可靠、结构合理、功能优良、经济合理、环保节能。

解题思路：从机械设计的基本原则出发，分别阐述每个要求的意义和重要性。

2.答案：机构自由度的计算方法包括基本自由度计算和高级自由度计算。

解题思路：首先了解机构自由度的概念，然后根据公式F=3n2l计算基本自由度，对于复杂机构，再根据具体情况分析主动件和约束的数量，采用相应的计算方法。

3.答案：螺旋传动的工作原理是当螺旋杆旋转时，由于螺旋线的存在，螺旋杆的端面产生轴向移动，使螺旋杆与螺旋副之间产生摩擦力，实现动力传递。

解题思路：从螺旋传动的基本原理出发，阐述螺旋杆旋转时产生的轴向移动和摩擦力的作用。

4.答案：滚动轴承的类型包括圆柱滚子轴承、推力球轴承、深沟球轴承、调心球轴承等，它们分别适用于不同的场合。

解题思路：根据不同类型的滚动轴承的特点，分析其在不同场合的应用。

5.答案：无级变速传动的工作原理是通过调节两个锥齿轮的锥面夹角，改变锥齿轮的齿数，实现传动比的无级调整。

解题思路：从无级变速传动的基本原理出发，阐述锥齿轮锥面夹角和齿数的关系。五、论述题1.论述机械设计中，如何提高机械的可靠性。

提高机械可靠性的方法：

a.选用合适的材料和热处理工艺；

b.优化机械结构设计，减少应力集中；

c.采用合理的润滑系统，降低磨损；

d.加强机械的振动和噪声控制；

e.实施严格的制造和装配工艺；

f.定期进行维护和检查。

2.论述机构自由度对机构运动特性的影响。

机构自由度对机构运动特性的影响：

a.自由度越高，机构的运动灵活性越好，但可能增加设计的复杂性；

b.自由度低时，机构结构简单，但运动范围受限；

c.机构自由度与机构的运动精度和效率密切相关；

d.自由度的选择需考虑实际应用需求和设计目标。

3.论述螺旋传动在实际应用中的优缺点。

螺旋传动在实际应用中的优缺点：

优点：

a.传动平稳，噪音低；

b.传动比范围广，可实现无级变速；

c.结构紧凑，安装方便；

d.耐磨损，使用寿命长。

缺点：

a.传动效率相对较低；

b.制造和装配精度要求高；

c.对轴向载荷敏感，需采取相应措施。

4.论述滚动轴承在高速重载场合的应用特点。

滚动轴承在高速重载场合的应用特点：

a.高速重载下，滚动轴承具有良好的承载能力和耐磨性；

b.滚动轴承的摩擦系数小，传动效率高；

c.滚动轴承的轴向和径向尺寸较小，有利于提高机械的紧凑性；

d.需要合理选择轴承类型和尺寸，以适应高速重载条件。

5.论述无级变速传动在工业生产中的应用前景。

无级变速传动在工业生产中的应用前景：

a.无级变速传动可实现精确的传动比调节，提高生产效率；

b.无级变速传动适用于对速度和扭矩要求变化较大的场合；

c.无级变速传动有助于降低能耗，节约能源；

d.技术的不断进步，无级变速传动在工业生产中的应用将越来越广泛。

答案及解题思路：

答案：

1.提高机械可靠性的方法包括选用合适的材料和热处理工艺、优化机械结构设计、采用合理的润滑系统、加强机械的振动和噪声控制、实施严格的制造和装配工艺以及定期进行维护和检查。

2.机构自由度越高，机构的运动灵活性越好，但可能增加设计的复杂性；自由度低时，机构结构简单，但运动范围受限；机构自由度与机构的运动精度和效率密切相关；自由度的选择需考虑实际应用需求和设计目标。

3.螺旋传动在实际应用中的优点包括传动平稳、噪音低、传动比范围广、结构紧凑、安装方便、耐磨损、使用寿命长；缺点包括传动效率相对较低、制造和装配精度要求高、对轴向载荷敏感。

4.滚动轴承在高速重载场合的应用特点包括具有良好的承载能力和耐磨性、摩擦系数小、传动效率高、轴向和径向尺寸较小，有利于提高机械的紧凑性；需合理选择轴承类型和尺寸，以适应高速重载条件。

5.无级变速传动在工业生产中的应用前景包括可实现精确的传动比调节、适用于对速度和扭矩要求变化较大的场合、有助于降低能耗、节约能源；技术的不断进步，无级变速传动在工业生产中的应用将越来越广泛。

解题思路：

1.针对提高机械可靠性的方法，从材料、结构、润滑、振动控制、制造装配和维护等方面进行阐述。

2.分析机构自由度对运动特性的影响，结合实际应用需求和设计目标进行讨论。

3.针对螺旋传动的优缺点，分别从传动功能、结构特点、适用性和局限性等方面进行论述。

4.分析滚动轴承在高速重载场合的应用特点，从承载能力、摩擦系数、尺寸和选择等方面进行阐述。

5.探讨无级变速传动在工业生产中的应用前景，从传动比调节、适用性、节能和未来发展等方面进行论述。六、计算题1.某机械设计中，要求齿轮副的传动比i=5，计算齿轮的模数和齿数。

解题思路：首先利用齿轮副传动比的公式\(i=\frac{z_2}{z_1}\)，然后通过公式\(m=\frac{d}{z}\)计算模数，最后根据模数计算齿数。

2.某螺旋传动中，螺旋升角α=20°，螺旋副的当量摩擦角φ=12°，计算螺旋传动的效率。

解题思路：根据螺旋传动效率的计算公式\(\eta=\cos(\alpha\phi)\)，代入给定的α和φ的值计算效率。

3.某滚动轴承的型号为6205，计算轴承的内径、外径和宽度。

解题思路：滚动轴承型号通常按照标准命名，根据型号6205，查表得知其内径、外径和宽度。

4.某齿轮传动中，齿轮的齿数z1=20，z2=40，计算齿轮的齿距和模数。

解题思路：利用齿轮齿距的公式\(p=\frac{\pid}{z}\)和模数公式\(m=\frac{d}{z}\)来计算齿距和模数。

5.某无级变速传动装置，要求实现1:10的传动比，计算传动装置的传动比。

解题思路：无级变速传动装置的传动比通常通过调整传动比机构的比例来实现，需要结合具体装置的原理来计算。

答案及解题思路：

1.答案：

模数：\(m\)

齿数：\(z_1\)和\(z_2\)

解题思路：

由传动比\(i=\frac{z_2}{z_1}=5\)，可推得\(z_2=5z_1\)。模数和齿数通常按标准选取，这里假设模数为标准值\(m=2\)。则\(d=mz\)，再根据\(z_1\)和\(z_2\)的关系计算出齿数。

2.答案：

效率：\(\eta\)

解题思路：

代入给定的螺旋升角和当量摩擦角到效率公式\(\eta=\cos(\alpha\phi)\)。

3.答案：

内径：\(d_i\)

外径：\(d_o\)

宽度：\(b\)

解题思路：

查找6205型号轴承的数据，根据型号手册或者在线查询系统获取具体尺寸。

4.答案：

齿距：\(p\)

模数：\(m\)

解题思路：

利用齿轮的齿数和公式\(p=\frac{\pid}{z}\)，再根据齿数计算模数。

5.答案：

传动比：\(i\)

解题思路：

根据无级变速传动装置的工作原理和设计要求，具体计算传动比时需要考虑实际装置的设计参数。如果装置为齿轮皮带组合，需分别计算齿轮和皮带的传动比，然后综合考虑。七、设计题1.设计一个简单的平面四杆机构，实现往复运动。

设计要求：

1.1选择合适的杆件材料和尺寸。

1.2设计机构的运动轨迹，保证实现往复运动。

1.3计算并标注各杆件的长度和连接方式。

1.4设计连杆的铰接点和固定点。

2.设计一个简单的凸轮机构，实现直线运动。

设计要求：

2.1选择合适的凸轮形状和材料。

2.2设计凸轮的轮廓，保证实现直线运动。

2.3计算凸轮的半径和轴的转速。

2.4设计从动件（如推杆）的运动轨迹和连接方式。

3.设计一个简单的齿轮机构，实现恒速传动。

设计要求：

3.1选择合适的齿轮材料和模数。

3.2设计齿轮的齿形和齿数，保证恒速传动。

3.3计算齿轮的齿宽和齿高。

3.4设计齿轮的安装和润滑方式。

4.设计一个简单的螺旋传动装置，实现无级变速。

设计要求：

4.1选择合适的螺旋材料和螺纹参数。

4.2设计螺旋的形状和尺寸，保证无级变速。

4.3计算螺旋的升角和螺距。

4.4设计螺旋的固定和调节方式。

5.设计一个简单的滚子链传动装置，实现动力传递。

设计要求：

5.1选择合适的滚子链和链条材料。

5.2设计滚子链的节距和链轮的齿数。

5.3计算链条的长度和张力。

5.4设计滚子链的安装和调整方法。

答