主观题及答案《机械设计基础》试题库.doc

1、机械设计基础题库题型说明：一、单项选择题（每小题1分，共10分）二、多项选择题（每小题2分，共20分，错选或漏选均不得分）三、填空题（每小题2分，共20分）四、分析设计题（每小题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）第二小题：连杆机构或凸轮机构的分析与设计（三）第三小题：轴系结构改错五、计算题（每小题10分，共20分）（一）第一小题：齿轮机构或轮系相关计算（二）第二小题：带传动、齿轮传动、轴承、联接等相关计算第二部分 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、根据下列题图，绘制活塞泵的机构运动简图，注意标注构件或运动副的编号（10分）

2、。 1、答：如图所示，以规定的符号绘出机构的运动副A、B、C、D、E、F（5分，D或E错扣1分，其他错一个扣0.5分），以简单的线条绘出构件AB、BC、CE、EF及机架（5分，错一个扣1分）。2、根据下列题图，绘制的牛头刨床的机构运动简图，注意标注构件的编号（10分）。 2、答：如图所示，以简单的线条绘出构件机架1、2、3、4、5、6、7（7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）。3、指出下图所示机构的活动构件数n、低副数PL 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

3、件）。（10分）3、答：n=7（1.5分）;PL=9（1.5分）; PH=1（1分）;F=3n-2PL-PH=2（1分）C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）。4、指出下图所示机构的活动构件数n、低副数PL 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=6（1分）;PL=8（1分）; PH=1（1分）;F=3n-2PL-PH=1（1分）

4、B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。已知：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：如图所示。（1）齿轮2,3均为右旋(2分)；（2）I、II回转方向如图(2分)；（3）6个分力（各1分，共6分）。6、受力分析题。图示中蜗杆为主动，试求

5、：（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。已知：轴为输入轴，转向如图所示。试分析：（1）在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、轴向力和径向力的方向。（10分）7、解：（1）各轴转向如图所示（3分）。（2）3轮左旋，4轮右旋（2分）。（3）2、3两轮的各分力方向下图所示（5分，

6、每错一处扣1分）。 8、试分析画出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）各轴的回转方向如图所示（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图所示（6分）。（二）第二小题：连杆机构或凸轮机构的分析与设计1、分析下列曲柄摇杆机构，在图中画出C点处的压力角，传动角，摇杆极限位置C1D、C2D，最小传动角min（须说明绘制最小传动角的过程）。（10分）1、答：如下图画出C点处的压力角（2分）

7、和传动角（2分）。以B1、B2为圆心，以BC为半径，画出摇杆的极限位置C1D、C2D（2分）。当BC杆处于B1C1位置时，=B1C1D为最大值，传动角1=180-B1C1D（1分）。当BC杆处于B2C2位置时，=B2C2D为最小值，传动角2=B2C2D（1分）。最小传动角min为1和2中的最小值（2分）。2、分析下列曲柄摇杆机构，在图中画出其极位夹角，摇杆摆角，死点位置。如果行程速比系数K为1.2，则此时极位夹角为多少？（10分）2、答：如下图画出极位夹角（3分）和摇杆摆角（2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 （2分）3、已知一曲柄滑块机构的曲柄长度lAB15

8、 mm，偏距e10 mm，连杆的长度lBC =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j时的压力角;（3）描述任意曲柄转角j时压力角的方程；（4）画出最小传动角min（即最大压力角max）的位置，并量出其角度值。3、解：（1）滑块的极限位置C1、C2及行程H如图所示（2分）（2）标出极位夹角及任意曲柄转角j时的压力角（4分）（3）根据图中的几何关系，任意位置的压力角为：（2分）（4）显然，除了曲柄转角j 之外，其它参数均为常数所以当j90时，压力角最大，测量可得max=45.6（1分）故最小传动角min=90-max=44.4（1分）4、已知曲柄摇杆机

9、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C2PC1C2，作C1P使C2C1P=90,交于P;（1分）作PC1C2的外接圆，则A点必在此圆上；（1分）以D点为圆心，以AD为半径做圆弧与外接圆相交求得A点；（1分）由AC1=AB1+BC1，AC2=BC2-AB2，得AB=(AC1AC2)/2；（1分）以A为圆心，A C2为半径作弧交于E,得AB=EC1/2；（1分）作EC1的垂直平分线，得AB的长度（即

10、EC1/2）；（1分）以A点为圆心，以EC1/2为半径作圆求得B1、B2；（1分）AB、BC、CD、AD所组成的连杆机构即为题目所求机构。（1分）5、设计偏置尖顶直动从动件盘形凸轮的轮廓曲线。已知该凸轮的基圆半径r0 （按比例缩小后等于下图中7到7的距离），从动件偏距e（按比例缩小后等于下图中3到3的距离）,凸轮角速度w的方向为逆时针，从动件的运动规律如下图所示(部分曲线已做等分)，请设计该凸轮的轮廓曲线，并说明设计作图过程。（10分）5、答：如下图所示。 选比例尺ml，作基圆r0和偏距圆e（2分）。等分位移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

11、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。已知凸轮的基圆半径r0（按比例缩小后等于下图中7到7的距离），滚子半径rT（按比例缩小后等于下图中1到1的距离），凸轮角速度w的方向为逆时针，从动件的运动规律如下图所示，设计该对心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）6、答：如下图所示。选比例尺ml，作基圆r0。（1分）。等分位移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（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

12、）。作滚子圆族及内(外)包络线（2分）7、如图所示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。已知偏距e=8mm，基圆半径r0=15mm，直线OC、OD的长度为30mm，COD=30，凸轮逆时针方向转动。试用图解法求：（1）推杆的升程h, 凸轮推程运动角为0，回程运动角0和远休止角02；（2）推杆推程最大压力角max的数值及出现的位置；（3）推杆回程最大压力角max的数值及出现的位置。注：当前题图只用于示意，请选择适当的比例重新作图求解（10分）。7、解：取适当尺寸比例尺作图（2分）（1）推杆的升程如图所示，测量得h=27mm（1分）凸轮推

13、程运动角如图所示，测量得0=79 （1分）回程运动角如图所示，测量得0=44（1分）远休止角如图所示，测量得02=208 （1分）（2）推程段最大压力角出现在D点，其值为max=44（2分）（3）回程段最大压力角出现在C点，其值为max=71（2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：结果如图所示。评分标准：理论轮廓曲线如图所示（2分），偏距圆如图所示（2分），基圆如图所示（2分）；凸轮从图示位置转过90度时的压力角如图所示（2分）

14、，从动件的位移s如图所示（2分）。（三）第三小题：轴系结构改错1、结构改错题。分析下列图示标号处是否存在结构错误，如有错误则说明错误原因（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：无键槽位置6：轴承左侧定位方式不对位置7：与轴承内圈配合轴段太长，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12：机箱体应加凸台以减小加工面积位置13：缺甩油环位置14：端

15、盖孔径应大于轴径位置15：端盖不应与轴相接触2、结构分析题。如图所示为某减速器输出轴的结构图，试分析下列图示标号处是否存在结构错误，如有错误则说明错误原因。（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；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、结构分析题。如图所示，斜齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。试分析下列图示标号处是否存在结构错误，如有错误则说明错误原因

16、。（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配合的轴段的长度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右端轴承配合轴段作成非定位轴肩；9两端的轴承要设有挡油环；10联轴器没有周向定位。4、结构分析题。如图所示为某轴系结构图，试分析下列图示标号处是否存在结构错误，如有错误则说明错误原因。（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配合的轴段长12m

17、m；5套筒高于轴承内圈； 6右端轴承配合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、结构分析题。如图所示为某轴系结构图，试分析下列图示标号处是否存在结构错误，如有错误则说明错误原因。（10分）5、评分标准：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一致；9.套筒高度过高；10.箱体

18、剖面线方向应一致。6、结构分析题。图示为一用对圆锥滚子轴承外圈窄边相对安装的轴系结构，润滑方式、倒角和圆角忽略不计，试分析下列图示标号处是否存在结构错误，如有错误则说明错误原因。（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在同一角度上；键槽处周边表达不正确（应该局部剖视）端盖孔与轴径间无间隙；多一个键；齿轮左侧轴向定位不可靠；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、结构分析题。如图所示为某轴系结构图，试分析下列图示标号处是否存在结构错误，如有错误则说明错误原因。（10分）7、评分标准：每错一处

19、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一致。8、结构分析题。如图所示为某轴系结构图，试分析下列图示标号处是否存在结构错误，如有错误则说明错误原因。（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一致；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齿轮轴向定位不可靠；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

20、不在同一角度上；9缺少键槽；10轴承与轴为过盈配合，不需要键槽。9、分析图示轴系结构上的结构错误，指出结构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；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。轴结构常见错误总结、轴本身的常见结构错误：、必须把不同的加工表面区别开来；、轴段的长度必须小于轮毂的长度；、必须考虑轴上零件的轴向、周向固定

21、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、一定要成对使用；、方向必须正确，必须正装或反装；、外圈定位（固定）边一定是宽边。、轴承内外圈的定位必须注意内外圈的直径尺寸问题、内圈的外径一定要大于固定结构的直径；、外圈的内径一定要小于固定结构的直径。、轴上如有轴向力时，必须使用能承受轴向力的轴承。、轴承必须考虑密封问题；、轴承必须考虑轴向间隙调整问题。、键槽的常见错误：、同一轴上所有键槽应在一个对称线上；、键槽的长度必须小于轴段的长度；、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，轴承端盖一定要顶在轴承的大端；、和机体的联接

22、处必须要考虑轴承的间隙调整问题；、轴承端盖为透盖时，必须和轴有间隙，同时，必须考虑密封问题。、螺纹的常见错误、轴上螺纹应有螺纹退刀槽;、紧定螺钉应该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;、避免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已丢失，留下小齿轮1，已知中心距a112.5mm，z128，da190mm，求丢失的大齿轮2的模数，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ha*=1,c*=0.25,=20

23、 （1分）由于da1=d1+2ha=z1m+2ha*m=28m+2m=90 mm （1.5分）得齿轮的模数m=3 mm （1.5分）又因a =(d1+d2)/2=(z1+z2)m/2=(28+z2)3/2=112.5 mm （2分）得大齿轮2的齿数z2=47 （1分）大齿轮2的基圆直径db2=d2cos=z2m cos20=132.54 mm （1分）大齿轮2的基圆齿距pb2=p cos=m cos20= 8.85 mm （1分）这对齿轮的传动比i= z2/z1=47/28=1.68（1分）2、一对直齿圆柱齿轮机构，已知压力角=20，齿轮2的齿数z2=28，模数m=3mm，传动比i12=2，安

24、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=0.34）（10分）2、解：由z2=28, i12=2,得i12 = z2/z1 =2（1分）故齿轮1的齿数z1 =14（1分）由z1 =14，z2=28, m=3mm,得（1分）r1 =mz1/2=21mm（1分）r2 =mz2/2=42mm（1分）故标准安装的中心距a=r1+ r2=63 mm（1分）由a=65mm，=20,得cos=a/acos=63/65cos20=0.911（2分）两轮节圆半径r1=65/63r1 =21.67 mm（1

25、分）r2=65/63r2 =43.33 mm（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，已知：a=100mm，Z1=20，Z2=30,=20，da1=88mm。求：齿轮的模数m；两轮的分度圆直径d1 ,d2；两轮的齿根圆直径df1 , df2 ；两轮的基圆直径db1 , db2；顶隙c（cos20=0.94,sin20=0.34）。（10分）3、解：模数m=2a/(Z1+Z2)=2100/(20+30)mm=4mm（2分）分度圆直径d1=mZ1=420mm=80mm（1分）d2=mZ2=430mm=120mm（1分）由hf=m(ha*+c*)，ha*=1，c*=0.25，得（1

26、分）齿根圆直径df1=d1-2hf=80-24(1+0.25)mm=70mm（1分）df2=d2-2hf=120-24(1+0.25)mm=110mm（1分）基圆直径db1=d1cos=80cos20mm =75.2mm（1分）db2=d2cos=120cos20mm=112.8mm（1分）顶隙c=c*m=0.254mm=1mm（1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，已知：Z1=20,Z2=40,m=4mm,h*a=1。为了提高传动的平稳性，用一对标准斜齿圆柱齿轮来替代，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,Z2（cos20=0.94,sin20=0.34）。（10分）4、解：由Z1=20,