河北工业大学《机械设计基础》期末测试卷

河北工业大学《机械设计基础》期末测试卷考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后的括号内）1.机构自由度为0，则该机构（）。A.一定不能运动B.可能存在一个自由度C.一定是一个不动机构D.可能存在一个或多个自由度2.在四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其他两杆长度之和，且机架为最短杆的相对边，则该机构一定能获得（）。A.曲柄摇杆机构B.双曲柄机构C.双摇杆机构D.铰链四杆机构3.凸轮机构中，从动件运动规律选择的主要依据是（）。A.凸轮轮廓形状B.压力角大小C.工作要求D.从动件质量4.在平行轴外啮合齿轮传动中，若已知小齿轮齿数为z1，大齿轮齿数为z2，传动比i12=1/2，则z1为（）。A.20B.25C.30D.355.齿轮强度计算中，齿面接触疲劳极限σHlim与材料、热处理方法等因素有关，通常由（）确定。A.经验公式B.实验数据C.理论推导D.标准规定6.一对直齿圆柱齿轮传动，小齿轮采用45钢调质，大齿轮采用40Cr正火，则通常（）。A.小齿轮弯曲强度高B.大齿轮弯曲强度高C.两者弯曲强度相同D.无法比较7.对于承受径向载荷为主的轴，通常优先选用（）。A.深沟球轴承B.角接触球轴承C.推力球轴承D.滚针轴承8.螺栓连接中，承受横向载荷时，螺栓主要承受（）。A.拉应力B.剪应力C.扭剪应力D.弯曲应力9.对于高速、重载的轴承润滑，通常优先选用（）。A.润滑脂B.润滑油C.油雾润滑D.油浴润滑10.键连接中，平键连接主要用于（）。A.承受轴向力B.承受切向力C.承受弯矩D.传递扭矩二、判断题（每小题2分，共20分。请将“正确”或“错误”填在题后的括号内）1.任何平面四杆机构都能实现任意给定的运动规律。（）2.凸轮机构的压力角越大，机构的传力效率越高。（）3.一对斜齿圆柱齿轮传动，其正确啮合条件除模数和压力角必须相等外，还要求螺旋角大小相等、方向相反。（）4.齿轮传动的齿面接触强度与齿数成反比。（）5.轴的结构设计应保证轴上零件固定可靠、装拆方便、轴承能正常工作。（）6.锁紧螺母可以用来代替螺柱连接中的螺母，以实现防松目的。（）7.滚动轴承的基本额定寿命是指一批轴承中10%的轴承发生疲劳点蚀时所能运转的总转数。（）8.键连接的强度计算通常只进行挤压强度计算。（）9.任何机构都能实现变速增扭的功能。（）10.润滑油的主要作用是减少摩擦、磨损，同时起到冷却、清洗、防锈等作用。（）三、填空题（每小题2分，共20分。请将答案填在题后的横线上）1.平面机构自由度计算公式为F=3n-2pL-。2.四杆机构中，能实现连续转动和往复摆动的构件称为。3.凸轮机构中，从动件运动规律是指从动件的、速度和加速度随凸轮转角（或时间）变化的规律。4.直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件是两齿轮的和必须分别相等。5.齿轮强度计算中，引入寿命系数Zh是为了考虑轴承的影响。6.轴按承载情况可分为轴、轴和轴。7.滚动轴承的润滑方式有润滑、润滑和润滑等。8.螺栓连接中，为了提高连接的紧固性和防松能力，常采用螺纹。9.键连接按连接方式可分为键连接、键连接和花键连接。10.轴承的密封方式分为密封和密封两大类。四、简答题（每小题5分，共20分）1.简述什么是机构的自由度？平面四杆机构的自由度可能有几种情况？2.与直动从动件盘形凸轮机构相比，摆动从动件盘形凸轮机构有哪些特点？3.简述选择滚动轴承类型时应考虑哪些主要因素？4.简述平键连接的工作原理及其可能失效的形式。五、计算题（共20分）1.（10分）在图示平面四杆机构中，各构件长度分别为：AB=60mm，BC=90mm，CD=80mm，AD=100mm。若以构件AB为机架，试用图解法确定该机构的自由度，并判断其属于哪种类型的四杆机构？（注：此处无图，请根据题意自行构思或根据实际教学中的该机构图进行分析）2.（10分）一对直齿圆柱齿轮外啮合传动，已知：小齿轮材料为45钢调质，齿数z1=20，模数m1=2mm；大齿轮材料为40Cr正火，齿数z2=50。传递功率P=10kW，转速n1=1450r/min，单向传动，载荷有轻微冲击。试估算了小齿轮的许用弯曲应力σFP。（假设寿命系数Zh=1，安全系数SFP=1.5，弯曲疲劳极限σFPlim1=380MPa，σFPlim2=300MPa）六、分析题（10分）某轴系结构如图所示（此处无图，请根据题意自行构思或根据实际教学中的典型轴系结构进行分析），轴两端采用深沟球轴承支承，右端轴肩用于固定联轴器，左端套筒用于固定斜齿轮，斜齿轮轮齿方向为左旋，轴的转速为n=1450r/min，润滑方式为油浴润滑。试分析：（1）两端轴承分别主要承受径向力还是轴向力？或既有径向力又有轴向力？（2）轴的旋转方向（从左向右看）？（3）为保证斜齿轮正常工作，箱体内齿轮啮合处的润滑应采用何种方式？为什么？试卷答案一、选择题1.D2.B3.C4.B5.B6.A7.A8.B9.C10.D解析1.F=0表示机构可能处于静止状态，也可能存在一个自由度（如周转轮系在某些位置）。2.根据Grashof定理的逆定理，满足此长度条件的铰链四杆机构，若机架为最短杆的相对边，则存在曲柄。3.从动件运动规律的选择主要取决于工作要求，如平稳性、启动/停止特性等。4.i12=z2/z1=1/2，故z1=2*z2=2*25=50。但选项中无50，需核对题目或选项是否有误。若按z1+z2=75（平行轴），则z1=25。假设题目或选项有印刷错误，此处按z1=25分析其可能性。若题目意图是i12=z2/z1=2，则z1=25。按给定选项B最合理。5.齿轮强度极限是材料固有的性能，通常由实验测定。6.调质处理通常比正火处理能获得更高的强度，尤其是弯曲强度。7.深沟球轴承主要承受径向载荷，内外圈可相对旋转，也能承受一定的轴向载荷。8.横向载荷主要通过螺栓与被连接件之间的挤压和螺栓本身的剪切来传递。9.油雾润滑适用于高速运转的轴承，能连续均匀地润滑并散热。10.平键连接是应用最广泛的键连接形式，主要靠键的侧面与键槽的配合传递扭矩。二、判断题1.错误2.错误3.正确4.正确5.正确6.错误（锁紧螺母是防松装置，不能替代螺柱）7.正确8.错误（可能还有剪切强度问题）9.错误（例如简单的转动副只改变运动形式不变速）10.正确解析1.平面四杆机构的自由度F=3n-2pL。F=0时，机构可能被锁定或处于特殊位置，不代表一定不能运动。2.压力角越大，传力效率越低，磨损越大，设计时通常希望减小压力角。3.正确啮合条件确保齿轮正确进入和分离啮合。4.齿面接触强度与齿数无关，主要与模数、齿宽、材料强度、载荷有关。5.轴的结构设计需满足强度、刚度、耐磨性及安装维护要求。6.锁紧螺母是用于螺纹连接的防松装置，螺柱是连接件。7.基本额定寿命是统计概念，指10%的轴承在给定条件下发生失效前的总转数。8.键连接可能失效于键的剪切或挤压。9.机构的功能取决于其设计，并非所有机构都能变速增扭。10.润滑油的主要作用是减少摩擦和磨损，同时具有冷却、清洁、防锈等作用。三、填空题1.2pH2.摇杆3.位移（或位置）、速度、加速度4.模数、压力角5.工作寿命（或载荷循环次数）6.转轴、心轴、传动轴7.油杯飞溅、滴油、压力循环8.短牙（或过盈）9.平键、半圆键、花键10.接触式、非接触式解析1.平面机构自由度公式。2.在四杆机构中，与机架相连并作往复摆动的杆。3.描述从动件运动特性的三个基本量。4.直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是模数和压力角必须相等。5.寿命系数Zh用于将试验得到的额定寿命外推到实际工作寿命。6.轴按受力情况分类。7.常用的滚动轴承润滑方式。8.短牙螺纹或配合过盈可以增强连接的紧固性和防松能力。9.键连接按连接方式分类。10.轴承密封方式分为接触式（如毡圈、皮碗）和非接触式（如迷宫、油封）。四、简答题1.机构的自由度是指一个机构相对于确定位置所需给定的独立运动参变量的数目。平面四杆机构的自由度可能有以下几种情况：F=0，机构具有确定位置但可能不动；F=1，机构具有一个自由度，给定一个主动件，其他从动件随之确定运动；F>1，机构自由度大于1，存在冗余自由度，通常需要约束或选择部分构件作为主动件。2.摆动从动件凸轮机构的特点：从动件作往复摆动，行程固定；凸轮轮廓形状与从动件运动规律有关；通常用于需要精确控制摆动角度和速度的场合，如某些控制机构；摆动从动件可以承受更大的力矩。3.选择滚动轴承类型时应考虑的主要因素：载荷的大小和方向（径向、轴向）；转速高低；安装空间和结构限制；精度要求；经济性；工作环境（温度、湿度、清洁度、腐蚀性）；对寿命和可靠性的要求。4.平键连接的工作原理是利用键的侧面与键槽的配合，将轴上的扭矩传递到轮毂上。平键连接可能失效的形式主要有：键的剪切破坏（键被剪断，发生在剪切应力超过其剪切强度极限时）；键的挤压破坏（键与键槽或轮毂键槽的接触面被压溃，发生在接触面的挤压应力超过材料的许用挤压应力时）。五、计算题1.解：根据题意，绘制机构简图（略）。机构构件数n=4，低副数pL=5（AB、BC、CD、AD、BD为转动副）。自由度F=3n-2pL=3*4-2*5=2。该机构具有两个自由度，且存在机架（AB），若以AB为机架，根据运动确定性分析，此机构不能同时使两个输入构件（假设BC和CD）都作整周回转，而是一个输入驱动另一个输出作往复摆动，因此属于双摇杆机构。（注：此题图示缺失，分析基于文字描述，若实际题目有图，需根据图形判断）2.解：直齿圆柱齿轮弯曲强度计算公式为σF=KdT1/(0.1zm1b)d1≥[σF]P其中，许用弯曲应力[σF]P=Zh*σFPlim/SFP已知：σFPlim1=380MPa,σFPlim2=300MPa,Zh=1,SFP=1.5取大齿轮材料强度作为计算基准（因强度较低，更需关注），σFPlim=σFPlim2=300MPa。则[σF]P1=1*300/1.5=200MPa（小齿轮许用弯曲应力）（注：此处未给出载荷系数Kd、传递扭矩T1、齿宽b、分度圆直径d1等参数，无法完成具体计算，仅展示计算公式和思路）所需传递的扭矩T1=9550*P/n1=9550*10/1450≈66.1N·m（假设载荷系数Kd=1.2，齿宽b=20mm，分度圆直径d1=m1*z1=2*20=40mm）则σF=1.2*66.1*10^6/(0.1*20*40)=1.2*66.1*10^6/800=99.75*10^3Pa=99.75MPa比较：σF(99.75MPa)>[σF]P1(200MPa)，故所选小齿轮弯曲强度足够。（按假设参数计算结果）六、分析题（假设轴系结构图如下：左端为输入端，连接深沟球轴承1，右端连接斜齿轮和联轴器，轴通过右端轴肩固定，左端套筒固定斜齿轮，轴作顺时针旋转（从左向右看））（1）两端轴承受力分析：左端轴承1：主要承受径向力Fr1（来自斜齿轮法向力Fn的水平分量），若斜齿轮为左旋，轴顺时针旋转，驱动力作用，则轴向力Fa1方向向右（压紧端）。右端轴承2：主要承受径向力Fr2（来自斜齿轮法向力Fn的水平分量），轴向力Fa2方向向左（拉紧端）。（注：此处未给出具体载荷大小，仅分析受力方向和类型）（2）轴的旋转方向：根据题目描述“斜齿轮轮齿方向为左旋，轴的转速为n=1450r/min”，使用左手定则判断。对于斜齿轮，若齿轮为左旋，当驱