《机械设计基础》期末试卷及参考答案

《机械设计基础》期末试卷及参考答案适用专业：高职机电类、本科近机类参考教材：杨可桢《机械设计基础》考试时长：120分钟满分：100分使用说明：本卷为综合期末卷，覆盖平面机构、带传动、齿轮传动、轴与轴承、螺纹连接、链传动与联轴器。正文为可直接打印的空白试卷，卷末附参考答案与评分标准，便于教师批阅或学生自测。计算题按分步给分，答案中的中间结果保留两位小数。试卷部分题型与分值分布题型题量分值考查重点单项选择题10题20分运动副、四杆机构、齿轮参数、带与链、轴承代号、轴系定位判断题10题10分压力角与传动角、中心距可分性、键与轴承、预紧目的填空题10题20空20分基本概念、参数定义、失效形式、轮系分类简答题4题20分节圆与分度圆、带张紧、齿轮设计准则、键连接计算题3题30分四杆机构类型判别、齿轮几何计算、V带根数计算一、单项选择题（每题2分，共20分）1.两构件通过点或线接触形成的运动副称为（）A．低副B．高副C．转动副D．移动副2.曲柄摇杆机构具有急回特性的条件是（）A．极位夹角等于零B．极位夹角大于零C．压力角等于零D．传动角大于零3.渐开线标准直齿圆柱齿轮不发生根切的最少齿数为（）A．12B．17C．20D．254.普通V带传动的主要失效形式是（）A．胶合与点蚀B．打滑与带疲劳断裂C．塑性变形D．磨粒磨损5.螺纹的公称直径是指（）A．大径B．中径C．小径D．螺距6.闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是（）A．轮齿折断B．齿面点蚀C．齿面胶合D．塑性变形7.滚动轴承代号6208表示的轴承内径为（）A．8mmB．20mmC．40mmD．80mm8.轴上零件轴向定位方式中，适合承受较大轴向力的是（）A．轴肩B．弹性挡圈C．紧定螺钉D．过盈配合9.链传动的链节数宜优先选用（）A．奇数B．偶数C．3的倍数D．5的倍数10.联轴器与离合器的主要区别是（）A．传递转矩大小不同B．能否在运转中实现两轴结合与分离C．对中精度要求不同D．所用材料不同二、判断题（每题1分，共10分，正确画√，错误画×）1.机构中压力角越大，传力性能越好。（）2.渐开线齿轮中心距略有变化时，传动比保持不变。（）3.V带传动中小带轮包角越大，承载能力越高。（）4.平键连接是靠键的上下表面摩擦力传递转矩。（）5.闭式硬齿面齿轮传动应先按弯曲强度设计，再校核接触强度。（）6.滚动轴承中6类为深沟球轴承，主要承受径向载荷。（）7.带传动可以保证精确的传动比。（）8.曲柄摇杆机构的最小传动角出现在曲柄与机架共线的位置。（）9.节圆只在齿轮啮合时才存在，分度圆是齿轮本身固有的圆。（）10.螺栓预紧的目的仅仅是防止连接松动。（）三、填空题（每空1分，共20分）1.平面运动副分为____和____；其中低副又包括转动副和移动副。2.铰链四杆机构的三种基本形式为曲柄摇杆机构、____和____。3.我国标准直齿圆柱齿轮的标准压力角为____；正常齿制不发生根切的最少齿数为____。4.带传动的有效圆周力等于紧边拉力减去____；带传动不能保证精确的____。5.螺纹连接防松按原理分为摩擦防松、____和____。6.轴按承载情况分为心轴、____和____。7.从动件采用等速运动规律时会产生____冲击；采用等加速等减速运动规律时会产生____冲击。8.周转轮系按自由度数分为____和____。9.滚动轴承的基本额定寿命是指可靠度为____时的寿命，即约____的轴承发生失效。10.齿轮重合度越大，同时参与啮合的轮齿对数越____，传动越____。四、简答题（每题5分，共20分）1.简述分度圆与节圆的区别，二者在什么情况下重合？2.带传动为什么需要设置张紧装置？常用张紧方式有哪些？3.闭式软齿面齿轮传动的设计准则是什么？为什么？4.平键连接的主要失效形式是什么？简述平键的选取步骤。五、计算题（共30分）1.（8分）铰链四杆机构ABCD中，各杆长度为AB等于25mm、BC等于60mm、CD等于50mm、AD等于70mm，AD为机架。判断该机构的类型并说明理由。2.（10分）一对标准直齿圆柱齿轮外啮合，齿数z₁为20、z₂为40，模数m为4mm，压力角为20度。求：（1）两轮分度圆直径d₁、d₂；（2）标准中心距a；（3）传动比i₁₂。3.（12分）某V带传动传递功率P为4kW，工况系数K_A为1.1，单根V带额定功率P₀为2.2kW，包角系数K_α为0.95，长度系数K_L为1.0，忽略功率增量。按公式z等于K_A乘P除以（P₀加ΔP）乘K_α乘K_L计算所需V带根数。参考答案与评分标准一、单项选择题（每题2分，共20分）题号123456789答案BBBBABCAB第10题：B（联轴器只有在停车时才能拆卸分离，离合器可在运转中随时结合与分离）。关键解析：第3题，标准直齿圆柱齿轮用标准齿制时z_min为17，小于17齿需变位；第7题，轴承内径代号为08，按5倍换算得40mm，注意00、01、02、03分别对应10、12、15、17mm的特例。二、判断题（每题1分，共10分）题号123456789答案×√√×√√×√√第10题：×。错项解析：第1题，压力角越大有害分力越大，传力性能越差；第4题，平键靠键与键槽侧面的挤压传递转矩，不靠上下表面摩擦；第7题，带传动依靠摩擦或啮合传力，存在弹性滑动，传动比不精确；第10题，预紧还能提高连接的紧密性、刚度和防松可靠性，并降低螺栓的疲劳应力幅。三、填空题（每空1分，共20分）题号答案1低副；高副2双曲柄机构；双摇杆机构320度；174松边拉力；传动比5机械防松；永久防松（破坏螺纹副）6传动轴；转轴7刚性；柔性8行星轮系；差动轮系990%；10%10多；平稳四、简答题（每题5分，共20分）1.分度圆与节圆的区别（5分）答：分度圆是齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆，直径d等于m乘z，齿轮加工完成后即固有存在（2分）；节圆是一对齿轮啮合传动时，以两轮中心为圆心、过节点所作的圆，单个齿轮不存在节圆（2分）。当两轮按标准中心距安装、为标准齿轮无侧隙啮合时，节圆与分度圆重合（1分）。2.带传动张紧（5分）答：V带长期工作后会产生塑性伸长而松弛，导致初拉力下降、松边拉力减小、小带轮包角减小，承载能力下降并出现打滑（3分）。常用张紧方式：调节中心距（定期张紧或自动张紧）、采用张紧轮（张紧轮应置于松边内侧靠近大带轮处，以免过多降低包角）（2分）。3.闭式软齿面齿轮设计准则（5分）答：闭式软齿面（齿面硬度小于350HBW）齿轮的主要失效形式是齿面点蚀（2分）。因此先按齿面接触疲劳强度进行设计计算，确定中心距或分度圆直径（2分）；再校核齿根弯曲疲劳强度（1分）。4.平键连接的失效与选取（5分）答：主要失效形式为工作面压溃（静载）与磨损（动载）（2分）。选取步骤：按轴径d从标准中选取键的截面尺寸b乘h；按轮毂长度确定键长L，一般键长略短于轮毂长度；按传递转矩校核挤压强度，必要时校核剪切强度（3分）。五、计算题（共30分）1.铰链四杆机构类型判别（8分）解：四杆中AB最短，长度25mm；AD最长，长度70mm（2分）。最短杆与最长杆长度之和为25加70等于95mm；其余两杆长度之和为60加50等于110mm（2分）。因95小于110，满足格拉霍夫条件（2分）。又机架AD不是最短杆，最短杆AB为连架杆，故该机构为曲柄摇杆机构（2分）。2.直齿圆柱齿轮几何计算（10分）解：（1）分度圆直径（4分）d₁等于m乘z₁等于4乘20等于80mm；d₂等于m乘z₂等于4乘40等于160mm。（2）标准中心距（3分）a等于（d₁加d₂）除以2等于（80加160）除以2等于120mm。（3）传动比（3分）i₁₂等于n₁除以n₂等于z₂除以z₁等于40除以20等于2。3.V带根数计算（12分）解：计算单根带实际传递功率（3分）：P₀乘K_α乘K_L等于2.2乘0.95乘1.0等于2.09kW。计算设计功率（3分）：K_A乘P等于1.1乘4等于4.4kW。带根数（4分）：z等于4.4除以2.09约等于2.11根。结论（2分）：根数须向上取整并取整数，取3根。若结果为2.11就取2根，将导致单根带超载而早期打滑失效。命题与批阅提示失分集中点：第3题根切齿数17、第7题轴承内径换算、判断题第4题平键受力面，是学生最易错的三个知识点，可加重