機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)試題及答案解析

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)

2、自由度。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)無法運(yùn)動(dòng)甚至構(gòu)件破壞。6 .較鏈四桿機(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minT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)角丫 ：壓

3、力角的余角。a + 丫三 90 o壓力角（傳動(dòng)角）越?。ㄔ酱螅?，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T 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

4、變時(shí)，傳動(dòng)比仍保持不變（中心距可分性）；嚙合過程中，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

5、螺紋、矩形螺紋、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)合較鏈和局部自由度，需指出(1)(1)無復(fù)合較鏈、局

6、部自由度和虛約束(2)n=7, PL= H ='_ J _口, = 50.6fWj« 0 - aiciin- amin-；一 6,7973% K -1.08(5- a) S + b)17.補(bǔ)全圖中不完整的從動(dòng)件位移、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。0, PH=0F=3n-2PL-PH=3X 7-2X 10-0=1(2)局部自由度：1n=8, P L=11, P H=1F=3n-2PL-PH=3X 8-2X11-1X1=116 .如圖所示一偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄A助原動(dòng)件，長(zhǎng)度為1ab=25 mm偏距e=10 mm已知最大壓力角a ma=30&

7、#176; ,試求：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1BC,則問題易解。0 H :度：；-卜一 -訃,解:在4=* jc 3, 5。和打事位雪處有"性沖擊;花馬=：丁 名和開低1處有剛 性沖擊.18.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優(yōu)=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：JW(二 1 + 2, I4l« a = *- = 350 - D以求帆即得：口 =90小齒輪；為 = 250 杵舊 1, 4同=26

8、0 ntm , d*1=2*4.算以 amt r 啊=馬= 7.S54 mm ；人拉粒環(huán)弊略.19.試分析圖(a), (b), (c), (d)中的結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤，分別說明理由并畫出正確的結(jié) 構(gòu)圖。n <c）：軸上零件無法裝配，皮丹一處軸肩改為堂筒.圖（d:裝有輪4的軸段長(zhǎng)度應(yīng)比觸1寬度短（13mm）,軸上軍件尚 向未固定.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

9、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）、高副（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)

10、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)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)突變值為無窮大時(shí)，將引 起剛性沖擊；當(dāng)突變值有限時(shí)，則引起柔性沖擊。9

11、.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。通過使刀具遠(yuǎn)離輪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)：齒廓接觸線變化短一長(zhǎng)一短、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)

12、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) 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

13、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)合較鏈和局部自由度，需指出(2)局部自由度：2,虛約束：2n=5, Pl=6, Ph=2F=3 h-2Pl-Ph=3 x5-2x6-1x2=1(2)復(fù)合較鏈：1,局部自由度：1n=9, Pl=12,

14、 P2F=3 ii-2Pl-Ph=3x9 -2x12-1x2=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l ciq=50 mm導(dǎo)路白偏距e=20 mm求曲本H長(zhǎng)度a和連桿長(zhǎng)度b。B解： ，,H2=(b-a)2+(b-a)2-2(b-a)(b-a)cos0 I另有:sin( Z ACzD)=(b-a) HsinO對(duì)RtzXADC" 有:sin( Z AC；D)=e/(b+a)從而有:H=(b+a)(b-a)/esinG 一 當(dāng)8 （或K）、e. H己知時(shí)，聯(lián)立求解式、，可直接得工仃=；獷一怎H %in 8前cos 3）g * +(2 陽(yáng)/sing(1 +co$e)對(duì)于本題,由已知條件可解出:a=2 L5mm， b=46.5mm90°后從動(dòng)17.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)過解:凸輪理論輪廓線四輪轉(zhuǎn)過如由時(shí) 從動(dòng)件導(dǎo)路a也輪持過婚時(shí) 潴F與凸輪輪廓摟觸點(diǎn)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n1=3600 r/min ,試求螺絲刀的轉(zhuǎn)速。螺絲刀OX1TTTII 6 5 d r . !解：(提示:該機(jī)構(gòu)為兩個(gè)行星輪系133印和成的夏合輪系，%l =%， 螺絲刀轉(zhuǎn)速即“：？系, l-2-.-llj：*=1a=三- nH二