机械设计基础试题和答案

机械设计基础试题和答案一、填空题1.在平面机构中，两构件通过面接触而构成的运动副称为____；通过点或线接触而构成的运动副称为____。2.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则无论以哪一杆为机架，均为____机构。3.凸轮机构从动件的常用运动规律中，____运动规律会产生刚性冲击，____运动规律会产生柔性冲击。4.标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的____和____必须分别相等。5.齿轮传动的主要失效形式有____、____、齿面点蚀、齿面胶合和齿面塑性变形。6.根据承受载荷的不同，轴可分为____、____和传动轴。7.滚动轴承的基本代号由____代号、____代号和内径代号三部分构成。8.螺纹连接防松的根本问题在于防止____。常用的机械防松方法有____、止动垫片和串联钢丝等。9.带传动中，由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的相对滑动称为____。10.链传动中，链节数最好取为____数，以避免使用过渡链节。二、单项选择题1.一个作平面运动的自由构件具有（）个自由度。A.1B.2C.3D.62.在曲柄摇杆机构中，当（）为主动件时，机构会出现“死点”位置。A.曲柄B.摇杆C.连杆D.机架3.设计凸轮机构时，凸轮的基圆半径取得越小，则（）。A.压力角越大，机构传力性能越差B.压力角越小，机构传力性能越好C.压力角不变，机构尺寸越大D.压力角不变，机构尺寸越小4.渐开线齿轮的齿廓形状取决于（）。A.分度圆直径B.基圆直径C.齿顶圆直径D.齿根圆直径5.一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知模数m=4mm，齿数=25A.100B.200C.300D.4006.在润滑良好的闭式齿轮传动中，常见的失效形式是（）。A.轮齿折断B.齿面磨损C.齿面点蚀D.齿面胶合7.当两个被连接件之一较厚，不宜制成通孔，且需要经常拆卸时，通常采用（）连接。A.螺栓B.双头螺柱C.螺钉D.紧定螺钉8.普通平键连接的工作面是（）。A.上、下表面B.左、右侧面C.前、后表面D.所有表面9.在下列联轴器中，能补偿两轴较大综合位移的是（）。A.凸缘联轴器B.套筒联轴器C.齿式联轴器D.十字滑块联轴器10.角接触球轴承承受轴向载荷的能力，随接触角α的增大而（）。A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小三、判断题（正确的打“√”，错误的打“×”）1.机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数目等于机构的自由度数目。（）2.急回特性系数K越大，机构的急回特性越显著。（）3.所有齿轮的齿廓形状都是渐开线。（）4.蜗杆传动通常用于传递空间两垂直交错轴之间的运动和动力。（）5.V带传动中，小带轮的包角通常应大于或等于120°。（）6.同一型号的滚动轴承，基本额定动载荷C值越大，其承载能力越强。（）7.花键连接比平键连接承载能力大，对中性和导向性好。（）8.弹簧的主要功能包括缓冲吸振、控制运动、储存能量和测量力的大小等。（）9.滑动轴承的轴瓦材料通常需要具备良好的减摩性、耐磨性和抗胶合能力。（）10.转轴在工作时只承受转矩，不承受弯矩。（）四、简答题1.简述螺纹连接的主要类型及其特点。2.带传动中，弹性滑动和打滑有何本质区别？它们各自对传动有何影响？3.简述选择滚动轴承类型时，应考虑的主要因素。4.说明齿轮传动中，闭式传动与开式传动的主要区别，以及它们各自常见的失效形式。5.什么是轴的结构工艺性？在设计轴的结构时，主要从哪些方面考虑其工艺性？五、计算分析题1.计算图示机构的自由度，并判断该机构是否具有确定的相对运动。（图中标有箭头的构件为原动件）（机构简图描述：一个由机架、两个活动构件组成的简单机构。构件1为原动件，与机架在A点构成转动副；构件1与构件2在B点构成转动副；构件2与机架在C点构成转动副。该机构为铰链四杆机构的基本形式。）（注：答题时请根据上述文字描述进行判断和计算。）2.已知一对正常齿制的标准直齿圆柱齿轮传动，模数m=5mm，压力角α=，中心距a试求：(1)两齿轮的齿数和。(2)小齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径。(3)若将这对齿轮安装成实际中心距=255mm，试问此时传动比是否变化？啮合角为多少？3.图示为一减速器输出轴的结构简图，轴上装有齿轮和联轴器，采用一对型号为6211的深沟球轴承支承（已知轴承基本额定动载荷C=43.2kN），轴承对称布置。已知作用在齿轮上的圆周力=4000N，径向力=1500N，轴向力试求：(1)计算两支点处的径向支反力（假设力作用点位于轴承宽度中点）。(2)计算轴承的当量动载荷P（取载荷系数=1.1，对于深沟球轴承，当≤e时，X=1,Y=0；当(3)验算所选轴承的基本额定寿命是否满足要求。基本额定寿命计算公式为：=其中，对于球轴承，寿命指数ϵ=答案与解析一、填空题1.低副；高副解析：运动副按接触形式分类。解析：运动副按接触形式分类。2.双摇杆解析：铰链四杆机构有曲柄的条件（杆长条件）。解析：铰链四杆机构有曲柄的条件（杆长条件）。3.等速；等加速等减速（或余弦加速度/正弦加速度）解析：凸轮机构从动件运动规律的特性。解析：凸轮机构从动件运动规律的特性。4.模数m；压力角α解析：标准齿轮正确啮合的基本条件。解析：标准齿轮正确啮合的基本条件。5.轮齿折断；齿面磨损解析：齿轮传动的五种主要失效形式。解析：齿轮传动的五种主要失效形式。6.心轴；转轴解析：按承载情况对轴的分类。解析：按承载情况对轴的分类。7.类型；尺寸系列解析：滚动轴承基本代号的含义。解析：滚动轴承基本代号的含义。8.螺纹副的相对转动；开口销与槽形螺母解析：螺纹连接防松的原理和常用方法。解析：螺纹连接防松的原理和常用方法。9.弹性滑动解析：带传动的特有现象，不可避免。解析：带传动的特有现象，不可避免。10.偶解析：链节数为奇数时需用过渡链节，强度较低。解析：链节数为奇数时需用过渡链节，强度较低。二、单项选择题1.C解析：平面自由构件有3个自由度（两个移动，一个转动）。解析：平面自由构件有3个自由度（两个移动，一个转动）。2.B解析：当摇杆为主动件，连杆与曲柄共线时出现“死点”。解析：当摇杆为主动件，连杆与曲柄共线时出现“死点”。3.A解析：基圆半径是凸轮设计的重要参数，影响压力角和结构尺寸。解析：基圆半径是凸轮设计的重要参数，影响压力角和结构尺寸。4.B解析：渐开线的形状仅由基圆大小决定。解析：渐开线的形状仅由基圆大小决定。5.B解析：中心距a===6.C解析：闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是齿面点蚀。解析：闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是齿面点蚀。7.B解析：双头螺柱适用于被连接件之一较厚且需经常拆卸的场合。解析：双头螺柱适用于被连接件之一较厚且需经常拆卸的场合。8.B解析：平键靠侧面传递转矩，故工作面为两侧面。解析：平键靠侧面传递转矩，故工作面为两侧面。9.C解析：齿式联轴器属于无弹性元件挠性联轴器，可补偿较大综合位移。解析：齿式联轴器属于无弹性元件挠性联轴器，可补偿较大综合位移。10.A解析：接触角越大，承受轴向载荷的能力越强。解析：接触角越大，承受轴向载荷的能力越强。三、判断题1.√解析：机构具有确定运动的核心条件。解析：机构具有确定运动的核心条件。2.√解析：急回特性系数K=(180°+θ)/(180°-θ)，θ为极位夹角，K越大，急回越明显。解析：急回特性系数K=(180°+θ)/(180°-θ)，θ为极位夹角，K越大，急回越明显。3.×解析：除了渐开线，还有摆线、圆弧等齿廓。解析：除了渐开线，还有摆线、圆弧等齿廓。4.√解析：蜗杆传动的典型应用。解析：蜗杆传动的典型应用。5.√解析：为保证足够的摩擦力，包角不宜过小。解析：为保证足够的摩擦力，包角不宜过小。6.√解析：基本额定动载荷C是衡量轴承承载能力的重要指标。解析：基本额定动载荷C是衡量轴承承载能力的重要指标。7.√解析：花键连接是多齿承载，优点显著。解析：花键连接是多齿承载，优点显著。8.√解析：弹簧的四大主要功能。解析：弹簧的四大主要功能。9.√解析：对轴瓦材料性能的基本要求。解析：对轴瓦材料性能的基本要求。10.×解析：转轴既承受弯矩又承受转矩。心轴只承受弯矩，传动轴只承受转矩。解析：转轴既承受弯矩又承受转矩。心轴只承受弯矩，传动轴只承受转矩。四、简答题1.答：螺栓连接：用于连接两个都不太厚的零件，需在被连接件上钻通孔。结构简单，装拆方便，应用最广。双头螺柱连接：用于被连接件之一较厚、不宜钻通孔且需经常拆卸的场合。厚件加工螺纹盲孔，薄件钻通孔。螺钉连接：用于被连接件之一较厚、不经常拆卸的场合。直接将螺钉拧入厚件的螺纹孔中，省去螺母。紧定螺钉连接：主要用于固定两个零件的相对位置，可传递不大的力或转矩。2.答：本质区别：弹性滑动是由于带的紧边和松边存在拉力差，导致带在轮上的弹性变形量变化而引起的，是带传动的固有特性，不可避免。打滑是由于过载（所需有效拉力超过带与轮间的最大摩擦力）而引起的带在轮上的全面滑动，是一种失效形式，可以且应当避免。影响：弹性滑动导致从动轮圆周速度低于主动轮圆周速度，使传动比不恒定，并引起带的磨损和发热。打滑使传动失效，并导致带严重磨损和发热烧毁。3.答：主要考虑因素包括：载荷的大小、方向和性质：载荷大或有冲击时选滚子轴承；纯径向载荷选深沟球轴承或圆柱滚子轴承；纯轴向载荷选推力轴承；联合载荷选角接触轴承或圆锥滚子轴承。转速：转速高时宜选球轴承，转速低时可选用滚子轴承。调心性能：支点跨距大、对中性差或轴有弯曲变形时，应选用调心轴承。安装与拆卸：便于装拆的场合可选用内外圈可分离的轴承（如圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承）。经济性：在满足使用要求的前提下，优先选用价格低廉的深沟球轴承。4.答：主要区别：闭式传动中，齿轮和轴承完全封闭在箱体内，润滑条件良好；开式传动中，齿轮外露，灰尘易进入，润滑不良。常见失效形式：闭式传动：软齿面齿轮易发生齿面点蚀；硬齿面齿轮或大功率传动易发生轮齿折断；高速重载齿轮可能发生齿面胶合。闭式传动：软齿面齿轮易发生齿面点蚀；硬齿面齿轮或大功率传动易发生轮齿折断；高速重载齿轮可能发生齿面胶合。开式传动：主要失效形式是齿面磨损和轮齿折断。开式传动：主要失效形式是齿面磨损和轮齿折断。5.答：轴的结构工艺性是指轴的结构应便于加工、测量、装配和维修。主要考虑方面：为便于装拆零件，轴端应制出45°倒角；过盈配合段前应设导向锥面。为便于装拆零件，轴端应制出45°倒角；过盈配合段前应设导向锥面。轴上需磨削的轴段应设砂轮越程槽；需车制螺纹的轴段应设退刀槽。轴上需磨削的轴段应设砂轮越程槽；需车制螺纹的轴段应设退刀槽。轴上各键槽、退刀槽、砂轮越程槽等尺寸应尽量统一，并符合标准。轴上各键槽、退刀槽、砂轮越程槽等尺寸应尽量统一，并符合标准。轴肩或轴环的高度应合理，以保证零件定位可靠，同时便于轴承等标准件的拆卸。轴肩或轴环的高度应合理，以保证零件定位可靠，同时便于轴承等标准件的拆卸。轴的结构应尽量简单，减少阶梯数，以方便加工。轴的结构应尽量简单，减少阶梯数，以方便加工。五、计算分析题1.解：该机构活动构件数n=低副数=3高副数=0机构自由度F为：F原动件数目为1。因为F=解析：计算自由度时，需注意复合铰链、局部自由度、虚约束等特殊情况。本题为最基本的三杆机构，无上述情况。计算结果F=0，表明各构件间无相对运动。解析：计算自由度时，需注意复合铰链、局部自由度、虚约束等特殊情况。本题为最基本的三杆机构，无上述情况。计算结果F=0，表明各构件间无相对运动。2.解：(1)由中心距公式a=和传动比={=250解得：=28.57，=齿数必须为整数，取=29，=73（或=28，=验算中心距：a==255mm，与原题给定中心距250mm不符。因此，原题数据可能存在矛盾。若严格按给定中心距250mm和传动比2.5计算，齿数确为非整数。在实际出题中，数据通常取整。为继续解答，我们采用计算得到的整数齿数=(2)对于正常齿制标准齿轮：分度圆直径：=齿顶高=m=5mm齿顶圆直径：=齿根圆直径：=(3)传动比==由无侧隙啮合方程：c其中，标准中心距a===因此，=a=255mm，代入公式得：c解析：本题第(1)问揭示了原始数据可能存在的不匹配问题，这是工程计算中可能遇到的情况。在考试中，若数据矛盾，应指出并采用合理假设继续计算。第(3)问的关键是理解中心距变化不影响传动比，但会改变啮合角和顶隙。解析：本题第(1)问揭示了原始数据可能存在的不匹配问题，这是工程计算中可能遇到的情况。在考试中，若数据矛盾，应指出并采用合理假设继续计算。第(3)问的关键是理解中心距变化不影响传动比，但会改变啮合角和顶隙。3.解：(1)计算支反力：将空间力系分解到水平面（H）和垂直面（V）。水平面（圆周力引起）：水平面（圆周力引起）：由对称布置可知，水平支反力==垂直面（径向力和轴向力引起）：垂直面（径向力和轴向力引起）：设轴承1在左，轴承2在右。轴向力指向轴承1。对轴承2中心取矩（垂直面）：×由于结构对称布置，假设力作用点间距离为L，且齿轮位于中间，则齿轮距两轴承的距离均为L/2。为简化计算，设L为已知支撑跨度（具体数值未给出，但支反力计算