《机械设计基础》试题库(主观题及答案)

1、机械设计根底题库题型说明：一、单项选择题每题 1 分，共 10 分二、多项选择题每题 2 分，共 20 分，错选或漏选均不得分 三、填空题每题 2 分，共 20 分四、分析设计题每题 10 分，共 30 分一第一小题：运动简图、自由度计算或受力分析二其次小题：连杆机构或凸轮机构的分析与设计三第三小题：轴系构造改错五、计算题每题 10 分，共 20 分一第一小题：齿轮机构或轮系相关计算二其次小题：带传动、齿轮传动、轴承、联接等相关计算其次局部主观题四、分析设计题一第一小题：运动简图、自由度计算或受力分析1、依据以下题图，绘制活塞泵的机构运动简图，留意标注构件或运动副的编号10 分。1、答：如下图

2、，以规定的符号绘出机构的运动副 A、B、C、D、E、F5 分，D 或 E 错扣 1 分，其他错一个扣 0.5 分，以简洁的线条绘出构件 AB、BC、CE、 EF 及机架5 分，错一个扣 1 分。2、依据以下题图，绘制的牛头刨床的机构运动简图，留意标注构件的编号10 分。2、答：如下图，以简洁的线条绘出构件机架1、2、3、4、5、6、77 分，错一个扣 1 分，以规定的符号绘出机构的运动副3 分，错一个扣 0.5 分。L3、指出以下图所示机构的活动构件数 n、低副数 P和高副数 PH,计算该机构的自由度，说明其是否存在复合铰链、局部自由度和虚约束，并判定其是否具有确定的相对运动标有箭头的构件为原

3、动件。10 分3、答：n=71.5 分; P =91.5 分; P =11 分;F=3n-2P -P =21 分LHLHC 处存在复合铰链1 分， F 处存在局部自由度1 分，E 处或 E处存在虚约束1 分。由于题中机构自由度为 2，而题中有 2 个原动件，自由度与原动件数相等，故题中机构有确定的相对运动2 分。L4、指出以下图所示机构的活动构件数 n、低副数 P和高副数 PH,计算该机构的自由度，说明其是否存在复合铰链、局部自由度和虚约束，并判定其是否具有确定的相对运动标有箭头的构件为原动件。10 分4、答：n=61 分;P =81 分; P =11 分;F=3n-2P -P =11 分LH

4、LHB 处存在局部自由度1 分，I 处或 H 处存在虚约束2 分。由于题中机构自由度为 1，而题中有 1 个原动件，自由度与原动件数相等，故题中机构有确定的相对运动3 分5、受力分析题。图示为二级斜齿圆柱齿轮减速器。：齿轮 1 的螺旋线方向和轴的转向，试求：1为使轴所受的轴向力最小，齿轮 3 应选取的螺旋 线方向，并在图 b 上标出齿轮 2 和齿轮 3 的螺旋线方向；2在图 a 上标出轴 I、 II 的回转方向；3在图 b 上标出齿轮 2、3 所受各分力的方向。10 分5、答：如下图。1齿轮 2,3 均为右旋(2 分)；2I、II 回转方向如图(2 分)；36 个分力各 1 分，共 6 分。6

5、、受力分析题。图示中蜗杆为主动，试求：1在图中画出蜗轮的转向，标出作用在蜗杆、蜗轮上各力的符号；2说明蜗杆、蜗轮的旋向。10 分6、答：如以下图所示，蜗轮转向为顺时针2 分；每力各 1 分，共 6 分；蜗杆 1右旋，蜗轮 2 为右旋2 分。7、图示为由圆锥齿轮和斜齿圆柱齿轮组成的传动系统。：轴为输入轴， 转向如下图。试分析：1在以下图中标出各轮转向。2为使 2、3 两轮的轴向力方向相反，确定并在图中标出 3、4 两轮的螺旋线方向。3在图中分别标出 2、3 两轮在啮合点处所受圆周力 F 、轴向力 F 和径向力 F的方向。10 分tar7、解：1各轴转向如下图3 分。23 轮左旋，4 轮右旋2 分

6、。32、3 两轮的各分力方向以下图所示5 分，每错一处扣 1 分。8、试分析画出以下图所示蜗杆传动中各轴的回转方向，蜗轮 2、蜗轮 4 的螺旋方向，以及蜗杆 1、蜗轮 2、蜗杆 3、蜗轮 4 所受各力的作用位置和方向。10 分8、解：1各轴的回转方向如下图2 分。2蜗轮轮齿的螺旋方向：由于两个蜗杆均为右旋，因此两个蜗轮也必为右旋2 分。3蜗杆 1、蜗轮 2、蜗杆 3、蜗轮 4 所受各力的作用位置和方向如下图6 分。二其次小题：连杆机构或凸轮机构的分析与设计1、分析以下曲柄摇杆机构，在图中画出C 点处的压力角，传动角，摇杆极限位置 C D、C D，最小传动角须说明绘制最小传动角的过程。10 分1

7、2min1、答：如以下图画出 C 点处的压力角2 分和传动角2 分。以 B 、B 为圆心，以 BC 为半径，画出摇杆的极限位置 C D、C D2 分。1212当 BC 杆处于 B C 位置时，=B C D 为最大值，传动角 =180-B C D1 分。1 11 111 1当 BC 杆处于 B C 位置时，=B C D 为最小值，传动角 =B C D1 分。2 22 222 2最小传动角min为 和12中的最小值2 分。2、分析以下曲柄摇杆机构，在图中画出其极位夹角，摇杆摆角，死点位置。假设行程速比系数 K 为 1.2，则此时极位夹角为多少？10 分2、答：如以下图画出极位夹角3 分和摇杆摆角2

8、 分。死点位置：曲柄 AB 与连杆 BC 共线的两个位置3 分。极位夹角 180 K 1 180 1.2 1 16.362 分K 11.2 13、一曲柄滑块机构的曲柄长度 l 15 mm，偏距 e10 mm，连杆的长度 lABBC=35mm。试求：1画出滑块的极限位置及行程 H；2画出极位夹角及任意曲柄转角时的压力角 ;3描述任意曲柄转角时压力角的方程；4画出最小传动角 即最大压力角 的位置，并量出其角度值。minmax3、解：1滑块的极限位置 C 、C 及行程 H 如下图 2 分12标出极位夹角 及任意曲柄转角时的压力角 4 分依据图中的几何关系，任意位置的压力角为：sin (e lABsi

9、n) / lBC2 分明显，除了曲柄转角 之外，其它参数均为常数所以当90时，压力角最大，测量可得 =45.6 1 分max故最小传动角 =90- =44.41 分minmax4、曲柄摇杆机构的行程速比系数 K=1.4，摇杆的摆角=40，摇杆长度CD=42mm，机架长度 AD=30mm，请设计该曲柄摇杆机构。4、解：计算 180(K-1)/(K+1)= 30；1 分选择适当的比例，作等腰三角形腰长为 CD，夹角为 =40；1 分作 C PC C ，作 C P 使C C P=90,交于 P;21 212 1作PC C 的外接圆，则 A 点必在此圆上；1 2以 D 点为圆心，以 AD 为半径做圆弧

10、与外接圆相交求得 A 点；由 AC =AB +BC ，AC =BC -AB ，得 AB=(AC AC )/2；11122212以 A 为圆心，A C 为半径作弧交于 E,得 AB=EC /2；21作 EC 的垂直平分线，得 AB 的长度即 EC /2；11以 A 点为圆心，以 EC /2 为半径作圆求得 B 、B ；112AB、BC、CD、AD 所组成的连杆机构即为题目所求机构。1 分1 分1 分1 分1 分1 分1 分1 分5、设计偏置尖顶直动从动件盘形凸轮的轮廓曲线。该凸轮的基圆半径 r 按0比例缩小后等于以下图中 7 到 7的距离，从动件偏距 e按比例缩小后等于以下图中 3 到 3的距离

11、,凸轮角速度 的方向为逆时针，从动件的运动规律如以下图所示(局部曲线已做等分)，请设计该凸轮的轮廓曲线，并说明设计作图过程。10分5、答：如以下图所示。 选比例尺，作基圆r和偏距圆 e2 分。等分位移l0曲线及反向等分各运动角2 分，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置3 分。确定反转后从动件尖顶在各等分点占据的位置2 分。将各尖顶点连接成一条光滑曲线1 分。6、设计对心滚子移动从动件盘形凸轮的轮廓曲线。凸轮的基圆半径 r 按0比例缩小后等于以下图中 7 到 7的距离，滚子半径r 按比例缩小后等于以下图T中 1 到 1的距离，凸轮角速度的方向为逆时针，从动件的运动规律如以下图所示，设计该对心

12、滚子移动从动件盘形凸轮的轮廓曲线，并说明设计作图过程。10 分l6、答：如以下图所示。选比例尺 ，作基圆r 。1 分。等分位移曲线及反向0等分各运动角2 分，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置2 分。确定反转后从动件滚子中心在各等分点占据的位置2 分。将各点连接成一条光滑曲线1 分。作滚子圆族及内(外)包络线2 分7、如下图为偏置直动推杆盘形凸轮机构，AFB、CD 为圆弧，AD、BC 为直线，A、B 为直线与圆弧 AFB 的切点。偏距 e=8mm，基圆半径 r =15mm，直线0OC、OD 的长度为 30mm，COD=30，凸轮逆时针方向转动。试用图解法求：推杆的升程 h, 凸轮推程运动角

13、为 ，回程运动角 和远休止角 ；0002推杆推程最大压力角max角的数值及消灭的位置。max的数值及消灭的位置；3推杆回程最大压力注：当前题图只用于示意，请选择适当的比例重作图求解10 分。7、解：取适当尺寸比例尺作图2 分推杆的升程如下图，测量得 h=27mm1 分 凸轮推程运动角如下图，测量得 =79 1 分0回程运动角如下图，测量得 =441 分0远休止角如下图，测量得=2081 分02推程段最大压力角消灭在 D 点，其值为maxmax回程段最大压力角消灭在 C 点，其值为=442 分=712 分8、在图示偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮逆时针方向转动,试求：1在图中画出理论轮廓曲

14、线、偏距圆、基圆；2在图中画出凸轮从图示位置转过90 度时的压力角和从动件的位移 s。10 分8、解：结果如下图。评分标准：理论轮廓曲线如下图2 分，偏距圆如图所示2 分，基圆如下图2 分；凸轮从图示位置转过 90 度时的压力角如下图2 分，从动件的位移 s 如下图2 分。三第三小题：轴系构造改错1、构造改错题。分析以下图示标号处是否存在构造错误，如有错误则说明错误缘由选答 10 处标号即可，每错一处扣 1 分。10 分1、评分标准：每错一处扣 1 分。位置 1：无密封位置 2：套筒接触到了轴承外圈位置 3：齿轮安装轴段的长度应小于齿轮宽度位置 4：联轴器轴段无轴向定位，应设计成阶梯轴位置 5

15、：无键槽位置 6：轴承左侧定位方式不对位置 7：与轴承内圈协作轴段太长，应设计成阶梯轴位置 8：联轴器端面应打通位置 9：应加调整垫片位置 10：轴肩太高，轴承内圈无法拆卸位置 11：键槽孔太长位置 13：缺甩油环位置 12：机箱体应加凸台以减小加工面积位置 14：端盖孔径应大于轴径位置 15：端盖不应与轴相接触2、构造分析题。如下图为某减速器输出轴的构造图，试分析以下图示标号处是否存在构造错误，如有错误则说明错误缘由。10 分2、评分标准：每错一处扣 1 分。轴左侧无定位轴肩，零件无法轴向固定；轴承端盖与轴应有间隙，并且要有密封装置；键槽过长；装轴承处的轴段应设置为非定位轴肩，以保证加工精度

16、；套筒外径应小于轴承内圈外径；轴承内圈无法定位；轴段长度应小于齿轮轮毂宽度；轴承端盖两处均应加轴承间隙调整垫片；角接触轴承应正装；角接触球轴承应成对使用。3、构造分析题。如下图，斜齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。试分析以下图示标号处是否存在构造错误，如有错误则说明错误缘由。10 分3、评分标准：每错一处扣 1 分。1 左右两边轴承端盖均无调整垫片；2 左边轴承内圈固定错误，低于轴肩；3 键过长；4 齿轮轮毂的长度要长过与其协作的轴段的长度 12mm；5 套筒高度高过右边轴承内圈的高度；6 右边轴承端盖与轴要留有间歇；7 右边轴承端盖与轴间要有密封圈；8 右端轴承协作轴段作成非定位轴肩；9 两端的轴

17、承要设有挡油环；10 联轴器没有周向定位。4、构造分析题。如下图为某轴系构造图，试分析以下图示标号处是否存在结构错误，如有错误则说明错误缘由。10 分4、评分标准：每错一处扣 1 分。1 两边轴承端盖应有调整垫片；2 左边轴承内圈应高于轴肩；3 键过长；4 齿轮轮毂长度要比与其协作的轴段长 12mm；5 套筒高于轴承内圈；6 右端轴承协作轴段作成非定位轴肩；7 右边轴承端盖与轴间要留间歇； 8 右边端盖与轴间要有密封；9 右边轴承端盖与联轴器不能接触； 10 联轴器没有周向定位。5、构造分析题。如下图为某轴系构造图，试分析以下图示标号处是否存在构造错误，如有错误则说明错误缘由。10 分5、评分

18、标准：每错一处扣 1 分。1.轴肩过高轴承无法拆卸；2.齿轮轮毂应稍长于轴段的长度，以保证齿轮的轴向固定；3.毡圈处密封槽应为梯形；4.平键上侧应有间隙，两个键应布置于一条线上；5.轴端挡圈没起作用； 6.定位台阶低； 7.端盖外侧不应与转动件接触； 8. 轴承内外圈的剖面线方向应全都；9.套筒高度过高；10.箱体剖面线方向应全都。6、构造分析题。图示为一用对圆锥滚子轴承外圈窄边相对安装的轴系构造，润滑方式、倒角和圆角无视不计，试分析以下图示标号处是否存在构造错误，如有错误则说明错误缘由。10 分6、评分标准：每错一处扣 1 分。缺少调整垫片；键联接表达不正确键上方无间隙；与齿轮处键槽的位置不

19、在同一角度上；键槽处周边表达不正确应当局部剖视端盖孔与轴径间无间隙；多一个键；齿轮左侧轴向定位不行靠；齿轮右侧无轴向定位；轴承安装方向不对；轴承外圈定位超高；轴与轴承端盖相碰。7、构造分析题。如下图为某轴系构造图，试分析以下图示标号处是否存在构造错误，如有错误则说明错误缘由。10 分7、评分标准：每错一处扣 1 分。1 缺少调整垫片；2 无间隙、无密封；3 键太长；4 无定位轴肩；5 无非定位轴肩；6 套筒高于内圈高度；7 轴段和轮毂一样长，起不到定位作用；8 无定位轴肩；9 缺少调整垫片；10 角接触球轴承应成对使用，且内外圈的剖面线方向应全都。8、构造分析题。如下图为某轴系构造图，试分析以

20、下图示标号处是否存在构造错误，如有错误则说明错误缘由。10 分8、评分标准：每错一处扣 1 分。1 轴承内外圈的剖面线方向应全都；2 轴肩高于轴承内圈高度； 3 齿轮两边为高于轮毂的轴肩，无法安装齿轮；4 齿轮轴向定位不行靠；5 无非定位轴肩；6 毡圈处密封槽应为梯形，且轴承端盖与轴之间应有间隙；7 端盖外侧不应与转动件接触；8 与其他键槽位置不在同一角度上；9 缺少键槽；10 轴承与轴为过盈协作， 不需要键槽。9、分析图示轴系构造上的构造错误，指出构造错误并在图上标示相应编号。10 分9、评分标准：每错一处扣 1 分。轴左侧无定位轴肩，零件无法轴向固定；轴承端盖与轴应有间隙，并且要有密封装置

21、；键槽过长；装轴承处的轴段应设置为非定位轴肩，以保证加工精度；套筒外径应小于轴承内圈外径；轴承内圈无法定位；轴段长度应小于齿轮轮毂宽度；轴承端盖两处均应加轴承间隙调整垫片；角接触轴承应正装；角接触球轴承应成对使用。轴的构造设计找出错误1.轴上零件的固定与定位联轴器轴向周向未定位套筒对齿轮的轴向定位不行靠2转动件与静止件的关系问题1联轴器与轴承盖接触(2)轴与轴承端盖接触装拆与调整方面轴上还缺台阶，轴承装配不便利套筒过高，轴承无法拆卸箱体两端面与轴承间缺少调整垫圈，无法调整轴承间隙图示为整体箱式，不便轴承装拆润滑与密封方面轴与轴承端盖间缺少密封措施确挡油环零件的构造工艺性问题箱体两端面与轴承端盖

22、接触处无凸台，是箱体加工面积过大轴承盖外端面加工面积过大轴的两端均伸出过长，增加了加工和装配的长度轴构造常见错误总结、轴本身的常见构造错误：、必需把不同的加工外表区分开来；、轴段的长度必需小于轮毂的长度；、必需考虑轴上零件的轴向、周向固定问题；、轴外伸处应考虑密封问题。、轴承安装的常见错误：、角接触轴承和圆锥滚子轴承、肯定要成对使用；、方向必需正确，必需正装或反装；、外圈定位固定边肯定是宽边。、轴承内外圈的定位必需留意内外圈的直径尺寸问题、内圈的外径肯定要大于固定构造的直径；、外圈的内径肯定要小于固定构造的直径。、轴上如有轴向力时，必需使用能承受轴向力的轴承。、轴承必需考虑密封问题；、轴承必需

23、考虑轴向间隙调整问题。、键槽的常见错误：、同一轴上全部键槽应在一个对称线上；、键槽的长度必需小于轴段的长度；、半圆键不用于传动零件与轴的连接。、轴承端盖的常见错误、对于角接触和圆锥滚子轴承，轴承端盖肯定要顶在轴承的大端；、和机体的联接处必需要考虑轴承的间隙调整问题；、轴承端盖为透盖时，必需和轴有间隙，同时，必需考虑密封问题。、螺纹的常见错误、轴上螺纹应有螺纹退刀槽;、紧定螺钉应当拧入轴上被联接零件,端部应顶在轴上;、螺纹联接应保证安装尺寸;、避开螺纹联接件承受附加弯矩。五、计算题一第一小题：齿轮机构或轮系相关计算1、有一对外啮合正常齿制的直齿圆柱齿轮机构，现大齿轮 2 已丧失，留下小齿轮 1，

24、中心距 a112.5mm，z 28，d 90mm，求丧失的大齿轮 2 的模数，1a1齿数，基圆直径，基圆齿距，以及这对齿轮的传动比cos20=0.94。10 分1、解：因小齿轮 1 为正常齿制的直齿圆柱，故h *=1,c*=0.25,=20 1 分a由于 d =d +2h =z m+2h *m=28m+2m=90 mm 1.5 分a11a1a得齿轮的模数 m=3 mm 1.5 分又因 a =(d +d )/2=(z +z )m/2=(28+z )3/2=112.5 mm 2 分12122得大齿轮 2 的齿数 z =47 1 分2大齿轮 2 的基圆直径 d =d cos=z m cos20=13

25、2.54 mm 1 分b222大齿轮 2 的基圆齿距 p =p cos=m cos20= 8.85 mm 1 分b2这对齿轮的传动比 i= z /z =47/28=1.681 分212、一对直齿圆柱齿轮机构，压力角 =20，齿轮 2 的齿数 z2=28，模数m=3mm，传动比 i12=2，安装中心距 a=65mm，求：齿轮 1 的齿数 z1；两轮分度圆半径 r1，r2；啮合角的余弦 cos，两轮节圆半径 r1，r2。cos20=0.94,sin20=0.3410 分2、解：由 z2=28, i12=2,得i12 = z2/z1 =21 分故齿轮 1 的齿数 z =141 分1由 z =14，z

26、 =28, m=3mm,得12r =mz /2=21mm11r =mz /2=42mm22故标准安装的中心距 a=r + r =63 mm121 分1 分1 分1 分由 a=65mm，=20,得cos=a/acos=63/65cos20=0.911两轮节圆半径 r =65/63r =21.67 mm11r =65/63r =43.33 mm222 分1 分1 分3、一对标准安装的渐开线标准直齿圆柱齿轮外啮合传动，：a=100mm，Z =20，Z =30,=20，d =88mm。求：齿轮的模数 m；两轮的分度圆直径12a1d ,d ；两轮的齿根圆直径 d, d ；两轮的基圆直径 d, d ；顶隙

27、12f1f2b1b2ccos20=0.94,sin20=0.34。10 分3、解：模数 m=2a/(Z +Z )=2100/(20+30)mm=4mm2 分12分度圆直径 d =mZ =420mm=80mm1 分11d =mZ =430mm=120mm1 分22由 h =m(h *+c*)，h *=1，c*=0.25，得1 分faa齿根圆直径 d =d -2h =80-24(1+0.25)mm=70mm1 分f11fd =d -2h =120-24(1+0.25)mm=110mm1 分f22f基圆直径 d =d cos=80cos20mm =75.2mm1 分b11d =d cos=120co

28、s20mm=112.8mm1 分b22顶隙 c=c*m=0.254mm=1mm1 分4、某机器上有一对标准安装的外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮机构，：Z =20,Z =40,m=4mm,h* =1。为了提高传动的平稳性，用一对标准斜齿圆柱齿轮来12a替代，并保持原中心距、模数法面、传动比不变，要求螺旋角 20。试设计这对斜齿圆柱齿轮螺旋角尽量接近 20时的齿数 Z1,Z2cos20=0.94,sin20=0.34。10 分4、解：由 Z =20,Z =40,m=4mm，得12原中心距 a =(d +d )/2=(z +z )m/2=(20+40)4/2=120 mm 1 分1212原传动比 i

29、=z /z =40/20= 21 分21因要保持原中心距、模数法面传动比不变，故对斜齿轮有z =2*z1 分211a mn(z z ) 6z 120mm2 cos 12cos 2 分得：cos= z /20，z cos20=0.941当 z =18 时，cos=18/20=0.9cos20=0.941又由于 S =588.2N(2 分)2A1所以，1 紧，2 松。(1 分)3紧端：F =S +FA=294.1+1000=1294.1Na12松端：F =S =294.1Na22(1 分)(1 分)7、如下图为一对角接触球轴承支承的轴系，轴承正安装面对面，两个轴承的径向载荷分别为 FR1=2022N， FR2= 4000N，轴上作用的轴向外加载荷 FX=1000N,轴承内部附加轴向力 FS的计算为 FS=0.7 FR，试：1说明这对轴承的压紧端和放松端。2计算两个轴承的轴向载荷