機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)試題及答案解析

1、A卷一、簡答與名詞解釋（每題5分，共70分）1. 簡述機(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

2、機(jī)構(gòu)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. 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0Y min發(fā)生

3、在曲柄與滑塊移動(dòng)銳角；傳動(dòng)角Y：壓力角的余角。a + Y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)際中心距略有改變時(shí)，傳動(dòng)

4、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 立一對(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.常用螺紋有三角形螺紋、

5、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：'.匚F廠1FFq-W14. 簡述典型的滾動(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)合鉸鏈和局部自由度，需指出

6、。(1)無復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束n=7, P =10, P =0LHF=3n-2P-P =3X7-2X 10-0=1L H(2)局部自由度：1n=8, P =11, P =1LHF=3n-2 PL- Ph=3X82X 11-1X 1=116. 如圖所示一偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄AB為原動(dòng)件，長度為Iab=25 mm偏距e=10 mm已知最大壓力角a ma=30°,試求：Brl BC,則解：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度 問題易解。BA 占.叫總連桿長度：/孔=占=-=丁嘰眄7/ = Jl.n b)' J J仙一柑一J =50-£丹

7、"”Q = iuesiu dicsiu- = 6.797?* * K = 1,08m(C7 - b17.擊,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 哪些位置有柔性沖擊。解:在 =0、H45押燈/訂住腎赴有曩性沖卄矗叫=二;r ?和-直？?<4有1*)9I性沖仏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 mrm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：+ 二ill亠_三3、0麻左.求.解LW煮2, = 50 * Z, =9

8、0小也輪：</ = 250 tttfa ,沖國=260 mrn，油科=2J4.P'2i2 rmw * 血=芒：=二S54用也； 人憶輪訃特.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。(tt)W Cg)：軸向零件軸向.周向均未同圖(b)：上零件無法軸向網(wǎng)定應(yīng)改為IP。B卷1.簡述構(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

9、、鍵、齒輪、帶、鏈、軸、軸承、聯(lián)軸器、離合器等）。研究內(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）、咼副（點(diǎn)、線接觸）。5.簡述機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的主要作用，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)簡圖主要用于進(jìn)行

10、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)，貝阿起柔性沖擊。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-長-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

12、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 帶輪；

13、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、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。局部鬥山度：2,虛約束：211=5, Pl=6 Ph=2F=3n-2PL-PH=3 x5-2x6-lx2=l(2)G合餃鏈：1, W部s山度：111=9, Pl=12, Ph

14、=2F=3ii-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 ci=50 mm導(dǎo)路的偏距e=20 mm求曲柄長度a和連桿長度b。H2=(b-a)2+(b+a)2-2(b-a)(b+a)cos0 (DI/j Yj ：sin( Z AC 2O)=(b-a)/Hsin0XjRlAADC：. Yj ：siii( Z AC2D)=e/(b+a)從 iiijYj'：I>(b+a)(b-a)/esinO 一 屮10 (或K)、e. HU知時(shí)*聯(lián)工求解式、.hT|我律 口 = + 少 一(2勁血幼(1 一COS&)b = * 屮 +(2田 / sin &)(1 + COS0)対 丁 木題，i,幻I 條件IU 解rl I ： a=21.5mm, b=46.5mm解: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90°后從動(dòng)18.如圖所示為一裝配用電動(dòng)螺絲刀的傳動(dòng)簡圖。已知各輪齒數(shù)為z 1 = Z4 =7，z 3 = Z6 =39。若n 1=3600 r/min，試求螺絲刀的轉(zhuǎn)速。螺絲刀HzHl<HO解:（捉?。辉摍C(jī)構(gòu)為兩牛疔星軋系和謝1成的復(fù)育輪系，怙L(fēng) =5 .螺絞丿