機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)試題與答案

1、A卷一、簡(jiǎn)答與名詞解釋（每題5分，共70分）1. 簡(jiǎn)述機(jī)構(gòu)與機(jī)器的異同及其相互關(guān)系答共同點(diǎn)：人為的實(shí)物組合體；各組成部分之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；不同 點(diǎn)：機(jī)器的主要功能是做有用功、變換能量或傳遞能量、物料、信息等；機(jī)構(gòu)的主 要功能是傳遞運(yùn)動(dòng)和力、或變換運(yùn)動(dòng)形式。相互關(guān)系：機(jī)器一般由一個(gè)或若干個(gè)機(jī) 構(gòu)組合而成。2. 簡(jiǎn)述“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”的基本含義答所謂“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”是指宏觀的、有確定規(guī)律的剛體運(yùn)動(dòng)。3. 機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副具有哪些必要條件？答.三個(gè)條件：兩個(gè)構(gòu)件；直接接觸；相對(duì)運(yùn)動(dòng)。4. 機(jī)構(gòu)自由度的定義是什么？ 一個(gè)平面自由構(gòu)件的自由度為多少？答.使機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)所需輸入的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目稱機(jī)構(gòu)自由

2、度。平面自由 構(gòu)件的自由度為3。5. 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是什么？當(dāng)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)少于或多于機(jī)構(gòu)的自由度 時(shí)，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)將發(fā)生什么情況？答.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)條件：自由度=原動(dòng)件數(shù)目。原動(dòng)件數(shù)目 自由度，構(gòu)件運(yùn)動(dòng) 不確定；原動(dòng)件數(shù)目 自由度，機(jī)構(gòu)無(wú)法運(yùn)動(dòng)甚至構(gòu)件破壞。6. 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有哪幾種基本型式？答.三種基本型式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。7. 何謂連桿機(jī)構(gòu)的壓力角、傳動(dòng)角？它們的大小對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的工作有何影響？以曲柄為原動(dòng)件的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角miny發(fā)生在什么位置？答.壓力角a：機(jī)構(gòu)輸出構(gòu)件（從動(dòng)件）上作用力方向與力作用點(diǎn)速度方向所夾之0銳角；傳動(dòng)角Y：壓力角的余

3、角。a + 丫三 90。壓力角（傳動(dòng)角）越小（越大）， 機(jī)構(gòu)傳力性能越好。偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角 Y min發(fā)生在曲柄與滑塊移動(dòng) 導(dǎo)路垂直的位置8. 什么是凸輪實(shí)際輪廓的變尖現(xiàn)象和從動(dòng)件（推桿）運(yùn)動(dòng)的失真現(xiàn)象？它對(duì)凸輪機(jī) 構(gòu)的工作有何影響？如何加以避免？答對(duì)于盤形凸輪，當(dāng)外凸部分的理論輪廓曲率半徑 p與滾子半徑rT相等時(shí)：p =rT,凸輪實(shí)際輪廓變尖（實(shí)際輪廓曲率半徑p' =0）。在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，該處輪廓易磨損變形，導(dǎo)致從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律失真。增大凸輪輪廓半徑或限制滾子半徑均有利于 避免實(shí)際輪廓變尖現(xiàn)象的發(fā)生。9漸開線齒廓嚙合有哪些主要特點(diǎn)？答.傳動(dòng)比恒定；實(shí)際中心距略有改變時(shí)，傳

4、動(dòng)比仍保持不變（中心距可分性）； 嚙合過(guò)程中，相嚙合齒廓間正壓力方向始終不變（有利于傳動(dòng)平穩(wěn)性）。10試說(shuō)明齒輪的分度圓與節(jié)圓、壓力角與嚙合角之間的區(qū)別，什么情況下會(huì)相等（重合）？答分度圓：模數(shù)和壓力角均取標(biāo)準(zhǔn)值得圓定義為齒輪分度圓；每個(gè)齒輪均有一個(gè) 分度圓；節(jié)圓：一對(duì)齒輪嚙合時(shí)、兩個(gè)相切并相對(duì)作純滾動(dòng)的圓定義為節(jié)圓。只有 當(dāng)一對(duì)齒輪嚙合時(shí)節(jié)圓才存在。0壓力角：指分度圓上的標(biāo)準(zhǔn)壓力角（常取 20 ）;嚙合角：一對(duì)齒輪嚙合時(shí)，節(jié)圓上 的壓力角為嚙合角。標(biāo)準(zhǔn)齒輪、標(biāo)準(zhǔn)安裝（無(wú)側(cè)隙）時(shí)，分度圓與節(jié)圓重合；壓力角與嚙合角相等。11.常用螺紋按牙型分為那幾種？主要用途怎樣？ 答常用螺紋有三角形螺紋、矩形

5、螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋。其中三角形螺紋 自鎖性好，適用于聯(lián)接；其余適用于傳動(dòng)。12.開式齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算的準(zhǔn)則是什么？ 答開式齒輪強(qiáng)度由于磨損嚴(yán)重、一般不會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕。故通常按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 設(shè)計(jì)，并將模數(shù)增大1030%，以彌補(bǔ)磨損的影響。13.簡(jiǎn)述帶傳動(dòng)中緊邊拉力、松邊拉力和有效拉力、張緊力之間的關(guān)系 答：14. 簡(jiǎn)述典型的滾動(dòng)軸承由那些基本元件組成，其中必不可少的元件是什么？ 答滾動(dòng)軸承一般由滾動(dòng)體、內(nèi)圈、外圈和保持架組成，其中滾動(dòng)體必不可少、計(jì)算與作圖（每題6分，共30分）15. 計(jì)算下列機(jī)構(gòu)的自由度，若有虛約束、復(fù)合鉸鏈和局部自由度，需指出n=7, Pl=10, PH=0F=3 n

6、-2P-P =3X7-2X 10-0=1L H(2)局部自由度：1n=8, Pl=11, Ph=1F=3 n-2P-P =3X8-2X 11-1X 1=1L H16. 如圖所示一偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄AB為原動(dòng)件，長(zhǎng)度為Iae=25 mm偏距e=10解：曲柄與滑塊道路垂直時(shí)壓力角達(dá)到最大。根據(jù)已知條件先求出連桿長(zhǎng)度Ibc,則問(wèn)題易解。連桿卓度:/«.=&=燈+* = ICiiiiiH1) / =+-e1 (baY -e1 = 50血泗*2） T 二血灼inincsiii "=6擰曠¥, A - 1.08（b-時(shí)la+b）17. 補(bǔ)全圖中不完整的從動(dòng)件位移、

7、速度和加速度線圖，并判斷哪些位置有剛性沖 擊，哪些位置有柔性沖擊。解:3和衍于位罷處有黍性沖擊.在昴=斯$栢疋位宜就有隔砂=0,WH'lIi18. 已知一對(duì)漸開線標(biāo)準(zhǔn)外嚙合直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的模數(shù)m=5 mm壓力角a =20°、中心距a=350 mm傳動(dòng)比i佗=5/9，試求兩輪的齒數(shù)、分度圓直徑、齒頂圓直徑、 基圓直徑以及分度圓上的齒厚和齒槽寬。解：tn（zt + 2, I_由* fl= "口 -聯(lián)立求解即得:專=刃，=90 小齒輪；心=250 mm r = 260 mm ,叫=24.9232 mm . * =彳=7.S54 tfiin ； 大齒初株略”19試分析圖（

8、a），（b）,（c），（d）中的結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤，分別說(shuō)明理由并畫出正確的結(jié) 構(gòu)圖。國(guó)Cdk蟄仃輪較的軸設(shè)長(zhǎng)度凹比輪寬度Jfi （I*軸上零件周向未同定口B卷1. 簡(jiǎn)述構(gòu)件和零件的區(qū)別與聯(lián)系。答.構(gòu)件是機(jī)械中的運(yùn)動(dòng)單元，零件是機(jī)械中的制造單元；構(gòu)件是由一個(gè)或若干個(gè) 零件剛性組合而成。2. 簡(jiǎn)述“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的主要研究對(duì)象和內(nèi)容。答研究對(duì)象：常用機(jī)構(gòu)（平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等）和通用零（部） 件（螺栓、鍵、齒輪、帶、鏈、軸、軸承、聯(lián)軸器、離合器等）。研究?jī)?nèi)容：機(jī)構(gòu)的組成及其工作原理、結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析等；零（部）件結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)計(jì)算、類型選 擇、使用維護(hù)等。3什么是機(jī)構(gòu)中的原動(dòng)件、從動(dòng)件、輸

9、出構(gòu)件和機(jī)架？答原動(dòng)件：運(yùn)動(dòng)參數(shù)由外界輸入的活動(dòng)構(gòu)件；從動(dòng)件：除原動(dòng)件外的其余活動(dòng)構(gòu) 件；輸出構(gòu)件：輸出預(yù)期運(yùn)動(dòng)的從動(dòng)件；機(jī)架：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的參考物，視作相對(duì)固定 的構(gòu)件。4. 運(yùn)動(dòng)副是如何進(jìn)行分類的？答按兩構(gòu)件運(yùn)動(dòng)平面的相互關(guān)系分：平面運(yùn)動(dòng)副、空間運(yùn)動(dòng)副；按兩構(gòu)件接 觸方式分：低副（面接觸）、咼副（點(diǎn)、線接觸）。5. 簡(jiǎn)述機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的主要作用，它能表示出原機(jī)構(gòu)哪些方面的特征？答.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖主要用于進(jìn)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)動(dòng)分析。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖反映了 原機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件類型和數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副類型、數(shù)目及其相互位置關(guān)系等特征。6. 從運(yùn)動(dòng)副類型的角度看，什么是連桿機(jī)構(gòu)？機(jī)構(gòu)中的連桿一般做什么運(yùn)動(dòng)？答所有運(yùn)動(dòng)

10、副均為低副的機(jī)構(gòu)稱連桿機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)中的連桿一般做平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。7何謂偏心輪機(jī)構(gòu)？它主要用于什么場(chǎng)合？答偏心輪是由曲柄通過(guò)擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副半徑方式演化得到，曲柄長(zhǎng)度即為偏心距。偏 心輪的強(qiáng)度和剛度都比曲柄好，因此適用于轉(zhuǎn)速不高而載荷較大場(chǎng)合。8.什么是凸輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)中的剛性沖擊和柔性沖擊？答在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的某些位置，從動(dòng)件加速度發(fā)生突變。當(dāng)突變值為無(wú)窮大時(shí)，將引 起剛性沖擊；當(dāng)突變值有限時(shí)，貝y引起柔性沖擊。9何謂根切？有何危害？如何避免根切？答.采用范成法加工齒輪時(shí)，刀具齒頂線（圓）超過(guò)被加工齒輪的嚙合極限點(diǎn)時(shí)， 齒根漸開線齒廓被切去一部分，該現(xiàn)象稱為根切。根切使重合度下降、齒根強(qiáng)度減 弱。通過(guò)使刀具遠(yuǎn)離輪

11、坯中心或增加被加工齒輪的齒數(shù)可避免根切。10. 平行軸斜齒輪機(jī)構(gòu)的嚙合特點(diǎn)是什么？其正確嚙合條件及連續(xù)傳動(dòng)條件與直齒 輪有何異同？答斜齒輪傳動(dòng)主要特點(diǎn)：齒廓接觸線變化短-長(zhǎng)-短、重合度大、不發(fā)生根切的 最少齒數(shù)小，使其傳動(dòng)平穩(wěn)性好、承載能力大、結(jié)構(gòu)緊湊。正確嚙合條件：除兩輪 模數(shù)、壓力角相等外，兩輪螺旋角大小相等、旋向相反（外嚙合）或相同（內(nèi)嚙合）。 連續(xù)傳動(dòng)條件與直齒輪相同。11. 常用聯(lián)接螺紋是左旋還是右旋？是單頭還是多頭？為什么？答常用聯(lián)接螺紋為右旋、單頭。右旋螺紋符合多數(shù)人的右手習(xí)慣；單頭螺紋的自 鎖性最好。12. 一對(duì)圓柱齒輪傳動(dòng)，大、小齒輪齒面接觸應(yīng)力是否相等？大、小齒輪的接觸強(qiáng)

12、度是否相等？答.由赫茲應(yīng)力計(jì)算公式知，大、小齒輪齒面接觸應(yīng)力和相等。但大、小齒輪的接觸強(qiáng)度不一定相等，只有當(dāng)大、小齒輪材料、熱處理均相同時(shí)（許用應(yīng)力相等） 強(qiáng)度相等。13試說(shuō)明帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)是如何產(chǎn)生的？為什么這種滑動(dòng)是不可避免的？答.由于緊邊與松邊拉力不等，且?guī)閺椥泽w，當(dāng)帶繞過(guò)主動(dòng)輪時(shí)，由于拉力減小， 使帶的彈性變形量減小，導(dǎo)致帶的運(yùn)動(dòng)滯后于主動(dòng)輪；在從動(dòng)輪處，帶的則超前于 帶輪；因此產(chǎn)生帶的彈性滑動(dòng)。由于帶傳動(dòng)必須要求帶的緊邊與松邊保持一定的拉 力差，因此彈性滑動(dòng)不可避免。彈性滑動(dòng)主要引起傳動(dòng)比不固定， 并增加帶的磨損。14滾動(dòng)軸承的固定常用的有哪兩種形式？分別適用于什么場(chǎng)合？答.兩端

13、固定，適用于軸較短、工作中溫度變化不大的場(chǎng)合；一端固定、一端游動(dòng)，適用于軸較長(zhǎng)、工作中溫度變化較大的場(chǎng)合。二、計(jì)算與作圖（每題6分，共30分）15. 計(jì)算下列機(jī)構(gòu)的自由度，若有虛約束、復(fù)合鉸鏈和局部自由度，需指出。(1)局部自由度：2,虛約束：21 尸茂 Pl=6, Ph=2F=3ii-2Pl-Ph=3 x5-2x6-1x2=1復(fù)合餃鏈：1,局部自由度：1n=9, Pl=12, Pr=2F=3n-2PL-PH=3x9-2x 12-1x2=116. 設(shè)計(jì)一偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，已知滑塊的行程速度變化系數(shù)K=1.5，滑塊的沖程I g=50 mm導(dǎo)路的偏距e=20 mm求曲柄長(zhǎng)度a和連桿長(zhǎng)度b。解： 怎

14、嚴(yán)芯仁H2=(b-a)2+(ba)2-2(b-a)(b-a)cos0 I：另有:sin( Z AC jD)=(b-a)/Hsin0對(duì)Rt/XADG，冇：sin( ZAC?D)=e/(b+a)從而有=H= (b+a )(b- a)/e sin0 一 9 (或K人s H已知時(shí),聯(lián)立求解式、，可直接得: a = Jh2 (2eH/sin )-(1 cost?)2b = t Jh，+（2葩/気外（1 + 曲0）對(duì)于本題,由C知【條件可解出:a=215mm, b=46.5mm17試標(biāo)出在圖示位置時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角；凸輪從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°后從動(dòng)解:18.如圖所示為一裝配用電動(dòng)螺絲刀的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖。已知各輪齒數(shù)為z i = Z4 =7，z 3 = z 6 =39。若n仁3600 r/min，試求螺絲刀的轉(zhuǎn)速。螺絲刀o解：捉??；該機(jī)構(gòu)為兩于疔星輪系1-2-3-Hi和4-5-6-H2l.成的復(fù)合輪系，g =6 , 螺絞丿J轉(zhuǎn)速即 1 J''l：4&)-2-3>- j；卷=1亠=丄 心n二Irtiirffi