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1、华中科技大学机械设计基础试题一一.判断题（正确的在题后括号内填“T”，错误的填“F”，每 小题1分，共15分）1、在铰链四杆机构中，通过取不同构件作为机架，则可以分别得到曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。（F）杆长和条件2、在转动副和移动幅中都存在复合铰链。（F） 只有转动副中有3、 槽轮机构的运动系数 不会等于零或1。（T） 0和1之间4、一只直齿轮和一只斜齿轮，只要满足两者的模数和压力角相等就可以正确啮合。（F）5、渐开线上个点的压力角不同，其中基圆上的压力角为0。（ T）6、硬齿面齿轮只可能产生轮齿折断，不会产生齿面点蚀。（F）7、带速越高，产生的离心应力越大，因此应将带传动布置在多
2、级传动的低速级。（F）带 传动要考虑载荷8、平键连接结构简单、装拆容易、对中性好，但不能够同时承受径向力和轴向力。（T）9、设计圆柱齿轮传动时，通常使小齿轮的尺宽略大于大齿轮的尺宽，主要是为了提高小齿 轮的强度。（F）10、滚动轴承内座圈与轴颈的配合，通常采用基孔制。（T ）11、万向联轴器既能用于两轴线有较大位移的场合，也能用于有较大径向位移的场合。（T）12、螺纹联接中，有时在一个螺栓上拧上两个螺母，目的是为了增加受载螺纹的圈数，有利 于提高螺栓的强度。（F） 提高螺母强度。13、实际的轴多做成阶梯形，主要是为了减轻轴的重量，降低制造费用。（F）14、在多根三角带传动中，当一根带失效时，应
3、将所有带更换。（T）15、链传动中，当主动链轮匀速转动时，链速是变化的，但链传动的平均传动比恒定不变（T）二 选择题（每小题2分，共20分）1. 下面哪种情况下，存在死点D。人、双曲柄机构；：8、对心曲柄滑块机构，曲柄主动；C、曲柄摇杆机构，曲柄主动；D、曲柄摇杆机构，摇杆主动。2. 最适合凸轮高速运转的从动件运动规律是C 。A、等速运动；B、等加速运动与等减速运动；C、简谐运动；D、摆线运动。3. 带传动采用张紧轮的目的 A。4.A、减轻带的弹性滑动；C、改变带的运动方向；下列零件的失效形式中，一A、滑动轴承的轴瓦发生胶合;C、平键联接中的侧面挤压；B、提高带的寿命；D、调节带的初拉力。不属
4、于强度问题。B、齿轮的齿面发生疲劳点蚀;D、滚动轴承滚道的塑性变形。5.齿轮传动中，轮齿的齿面疲劳点蚀，通常首先发生 _DA、靠近齿顶处；B、靠近齿根处；C、靠近节线的齿顶处；D、靠近节线的齿根部分。6. 一对相啮合的圆柱齿轮Z2 Z1, b1 b2，其接触应力的大小 _CB、b庭 bh 1 ；D、可能相等，也可能不相等。7. 受不变载荷作用的心轴，轴表面某固定点的弯曲应力C_A、静应力；B、脉动循环变应力；C、对称脉动循环变应力；D、非对称脉动循环变应力。8、链传动中，链节数取偶数，链轮齿数取奇数，最好互为质数，其原因 一AA、链条与链轮轮齿磨损均匀；B、工作平稳；C、避免采用过渡链节；D、
5、具有抗冲击力。9、被连接的两轴有较大的位移，且要求两轴的转速相等，则此时应选电一B_A、单万向联轴器；8、双万向联轴器C、弹性柱销联轴器D、十字滑块联轴器10、 在润滑良好的工作条件下，提高蜗杆传动效率最有效的措施是。A、增大蜗杆直径B、增大模数C、增大蜗杆头数D、增加蜗杆齿数三机构方案分析题（25分）1. （10分）计算图示机构的自由度，并判定其是否具有确定的运动。(b)(a)答案：（a）自由度为2,具有确定的运动（b）自由度为0,不具有确定的运动2. （8分）如下图所示两个传动方案，试简述哪个方案更合理?并简述其理由。解析：方案（b）合理。因为链传动产生多边形效应，使链速忽快忽慢，传动不平
6、稳，即瞬 时传动比随时发生变化，不可避免振动、冲击和噪声，故链传动应置于低速级。3.（7分）设计一机构系统，设计要求满足：（1）按图示机构组合框图设计；（2）输出机构为曲柄滑块机构（输出件为滑块）（3）使滑块在工作行程为近似匀速运动（比单纯的曲柄滑块机构速度曲线渴望有所改善）（4）原动件为曲柄，且作匀速转动，而输出件有急回特性。解析:ft四. 计算分析题（20分）1. （10分）在图示的轮系中，已知各轮齿数为：Z1=Z2=20, Z5=Z6=Z7=30, Z2=Z3=40,Z4=100,试求：（1）该机构的自由度。解析:（1）（2）（2）传动比17自由度为1.113 =6T20= - 230|
7、30= - 1弟二（一 2）x 6x （一1）二 12已知：Z1=12，Z2=28，m=5mm，2. （10分）在一对外啮合的渐开线直齿圆柱齿轮传动中，h*=1,a = 20。要求小齿轮刚好无根切，试问在无侧隙啮合条件下：（1）实际中心距a，= 100时，应采取何种类型的齿轮传动，变为系数X，X 各是多少?（2）实际中心距a，= 102时，应采取何种类型的齿轮传动，变为系数X，X之各是多少?12解题要点:a）当实际中心距廿=口时，由齿数条件确定传动类型和变位系数.b）当实际中心队 时，只能采用正传动来演中心也，（）实际中心距疗= 100mm时a =枫（电 4 r2）/Z = 5 X （1 +
8、25）/2mm = 100mm = af 力+%2w血*勺左皿卜采用等壹位齿轮传动UXi = （17 一 2/17 （17 一 12）/17 = 0. 294= 0. Z94C2)实际中心距/ = ID2mm时湛授，采用正传动n治 卜 XL j mv/ mvT)(12 + 9ft)= 号点料m22.斓拜一蚯渺)=0. 4283Zi = 0.294, K = (X 1343五. (15分)如图所示为斜齿圆柱齿轮减速器和蜗杆减速器组成的二级减速装置。1）小圆柱齿轮主动时，画出蜗轮的旋转方向及其各分力方向。2）从轴承和轴受力情况分析，这样设计斜齿轮和蜗杆的螺旋方向是否合理？为什么？3）按图示方案设计
9、完成后，如果误将蜗杆减速器放在高速级，而负载功率及转速均不 变，分析可能会出现什么问题？1电动机2、4一联轴器3一斜齿圆柱齿轮减速器5一蜗杆减速器解析：1、蜗轮顺时针旋转2、斜齿轮和蜗轮的旋向不合理，这种设计使得大齿轮和蜗杆收到的轴向力相通，导致轴承收到较大的轴向力。3、蜗轮蜗杆放在高速级时，蜗杆的转速将与原来小齿轮的转速相等，即速饥达到 一个很高的程度，将会使蜗杆产生胶合而失效。六.问答题（25分）1. 摩擦性带传动中，打滑与弹性滑动有何区别？弹性滑动是如何产生的？解析：弹性滑动是由于带传动在工作时，带轮两边拉力不同而导致两边带的伸长变形不同， 这使得带与带轮不能同步传动，而带与带轮轮缘之间
10、发生局部相对滑动，这种由于带的弹性 形变引起的局部带在带轮上的局部接触湖面上产生的微量相对滑动称为弹性滑动，弹性滑动 是带传动中不可避免的现象。而打滑是由于工作载荷过大使带传动传递的有效圆周力超过了 最大值而引起的带沿着整个带轮的滑动，打滑是可以避免的。2. 在选择蜗杆幅材料时，通常蜗杆与蜗轮应采用什么材料，为什么？解析：对蜗轮而言，高速重载时一般采用青铜，而低速一般载荷时采用铸铁或者灰铸铁；而 蜗杆一般采用碳素钢或合金钢。这是由于蜗杆副一般作为减速机构，工作环境比较恶劣，要 求蜗轮蜗杆材料具有足够的强度、耐磨性以及良好的抗胶合能力。3. 轴的计算当量弯矩公式中，应力校正系数a的含义是什么？如
11、何取值？解析：a指的是轴所收到的转矩折合成弯矩的折合系数，它的取值根据轴所受循环盈利的 特征不同而取值，当轴受静应力时取0.3,脉动循环应力时a取0.6,受对称循环应力时取1， 当轴收到的应力循环内省未知时一般取0.6计算。4. 影响蜗杆传动的效率的主要因素有哪些？导程角Y的大小对效率有何影响？ 解析：主要与蜗杆头数以及导程角有关，导程角越大效率越高。5. 链传动的中心距为什么不宜过大也不易过小？解析：在一定链速下，中心距过小，单位时间内链绕过链轮的次数增多，加速磨损；同时 也使小链轮的包角减小，齿轮的受力增大，承载能力下降。中心距过大，链条的松边下垂两 量增大，容易引起链条的上下震动。七.计
12、算题（15分）起重卷筒与大齿轮用8个普通螺栓联接在一起，已知卷筒直径D=400mm,螺栓分布圆直 径D0=500mm，接合面件摩擦系数f=0.12,可靠性系数Ks=1.2,起重刚索拉力为Q=50000N, 螺栓材料的许用拉伸应力。=100Mpa。试设计该螺栓组的螺栓直径。解析：计算旋转力矩T：T =； Q * 4 = 50000 X N mm = 107N * mmEisi计算所需要的预紧力:得：将已知数代入上式得:2 X 1. 2 X W712 乂特 FE =湖。网 f m确定螺栓的直径:必1辛=辰毋籍迎mm =浪髯蛔nj.crj X 100八.结构设计题（15分）指出下面结构图上的至少10
13、处错误。解析：（1）轴端与轴承盖之间应有间隙（2）安装轴承的轴段不应有键（3）轴承安装反方向 了（4）轴环直径太大，不便轴承拆卸（5）齿轮与轴周向固定应有键（6）轴段分界面应该 收进齿轮孔内（7）不能有轴环，应考虑齿轮的装拆（8）轴承盖与轴之间应有间隙，此轴段 直径应小一些，便于轴承拆装（9）轴承盖中安装垫圈应为梯形（10）不应顶住轴承盖，应 有轴肩定位（11）轴上零件应轴向固定（12）轮毂上键槽视图线条不对。华中科技大学机械设计基础试题二一.选择题（每小题2分，共20分）1、当曲柄为主动件时，曲柄摇杆机构的最小传动角min总是出现在 c 。A、连杆与曲柄成一条线时；B、连杆与机架成一条线时；
14、C、曲柄与机架成一条线时；D、曲柄、连杆与机架成一条线时。2、在尖端推杆盘型凸轮机构中，若将原来的推杆分别换成：a）滚子推杆；b）平底推杆。则推杆的运动规律：A 。A、a）与原推杆的运动规律相同；B、b）与原推杆的运动规律相同；C、a）b）与原推杆运动规律均相同；D、a）b）与原推杆运动规律均不相同。3、 与齿轮传动和链传动相比，带传动的主要优点是 A 。A、工作平稳，无噪音；B、传动的重量轻；C、摩擦损失小，效率高；D、寿命较长。4、闭式蜗杆传动失效的主要形式是 C 。A、齿面塑性变形；B、磨损；C、胶合；D、点蚀。5、齿轮传动中，若中心距及其他条件不变，当 B ，则齿根弯曲强度增大。A、减
15、小模数，增多齿数时；B、增大模数，减少齿数时；C、增多齿数，两齿轮均负变位时； D、增大传动比。6、为提高螺栓联接的疲劳强度，A。A、减小螺栓刚度，增大被联接件刚度；B、同时减小螺栓与被联接件刚度；C、增大螺栓刚度，减小被联接件刚度；D、同时增大螺栓与被联接件刚度。7、 普通平键联接的承载能力，通常取决于D 。A、键、轮毂、轴三者中最弱者的挤压强度； B、键的抗剪强度；C、轮毂的挤压强度；D、键工作表面的挤压强度。8、非液体摩擦滑动轴承的主要失效形式是 B 。A、点蚀；B、胶合；C、磨损；D、塑性变形。9、联轴器和离合器的主要作用是 B 。A.缓冲、减振；B.传递运动和转矩；C.防止机器发生过
16、载；D.补偿两轴的不同心或热膨胀。10、设计时若将圆柱螺旋弹簧的工作圈数n减少数圈，而其他参数不变，则此时弹簧的刚度K B 。A、减小；B、增大C、不变 D、不确定。二填空题（每空1分，共13分）1、 在凸轮机构椎杆的四种常用运动规律中，等加速等减速运动规律有刚性冲击，运动规律有柔性冲击。2、 对于闭式软齿面齿轮传动，主要按_轮齿弯曲强度进行设计，按强度进行校核，此时，影响齿轮强度的最主要的几何参数 。3、 限制带在小轮上的包角o1120o的目的是 防治出现打滑。4、斜齿圆柱齿轮的重合度大于直齿圆柱齿轮的重合度，所以斜齿轮传动平稳、承载能力 官，可用于高速重载的场合。5、渐开线标准直齿圆柱齿轮
17、正确啮合的条件为模数和压力角分别相等6、已知蜗杆传动的有关参数d1=40mm、Z1=2、q=10、d2=204，则该蜗杆传动的传动比应 为 25.57、一对作无齿侧间隙啮合传动的直齿圆柱齿轮，当其中心距大于其标准中心距时，其 啮合角a 分度圆压力角a。8、在曲柄滑块机构中，若取曲柄为机架时，则可获得曲柄转动导杆机构。9、对蜗杆传动进行变位的主要目的，一是为了凑中心距，二是为了凑传动比。三.机构方案分析题（25分）1. （10分）在图示机构中试分析该机构的自由度数，并判断该机构运动是否确定；若有复合 铰链、局部自由度以及虚约束则在图上明确表示（打箭头的为原动件）。EFl Ur(a)(b)解析：(
18、a) n = 8 , 广 11 , P h = 1 ,F = 1, EF、AD处虚约束，凸轮有局部自由度。（b） n=5，广7，F=1，对称虚约束。2. （10分）找出下图螺纹联接结构图中的错误，并用文字说明其错误的原因。12（a）（b）解析：（a）主要错误有：1）螺栓安装方向不对，装不进去，应掉过头来安装；2）普通螺栓联接的被联接件孔要大于螺栓大径，而下部被联接件孔与螺栓杆之间无间隙；3）被联接件表面没有加工，应做出沉头座并刮平，以保证螺栓头及螺母支撑面平整且垂直4）于螺栓轴线，避免拧紧螺母时螺栓产生附加弯曲应力。5）一般联接，不应采用扁螺母；6）弹簧垫圈尺寸不对，缺口方向也不对；7）螺栓长
19、度不标准8）螺栓中螺纹部分短了。3）双头螺栓联接主要错误：1）双头螺栓的光杆部分不能拧进被联接件的螺纹孔内，M12不能标注在光杆部分；2）锥孔角度应为120，而且应从螺纹孔的小径（粗实线处）画锥孔角的两边3）若上边被联接件是铸件，则缺少沉头座孔，表面也没有加工。4）弹簧垫圈厚度尺寸不对。3. （5分）现欲设计一机构系统，改该机构系统的输入运动为连续转动，输出运动为间隙转 动（可间歇转动一周）。现已确定包含原动件AB的曲柄摇杆机构ABCD为该系统的一部分 （注意CD为摇杆），完成该系统的构型设计，画出系统简图（示意图）。解析：结构示意图:棘轮.机构计算分析题（17分）1. （10分）在图示的轮系
20、中，已知各轮齿数：Z1=1，Z2=40，Z3=72，Z4=114，蜗杆左旋，旋向如图所示。求:（1）轮系的传动比a1H（2）输出杆H的转向。解析:（1）对定轴轮系讪=七七40zl对周转轮系:.1 h 1,1 陌* 跖 11 114, 72如=1-1 一 (一 1) 应 1+ 24x18= 202. （7分）已知在某二级直齿锥齿轮一斜齿圆柱齿轮传动中I为驱动齿轮，3轮的螺旋线方向如图所示，为了使11轴轴承上所受的轴向力抵消一部分，试:(1)确定1轮的转动方向。(2)确定各轮轴向力Fa1、Fa2、Fa3、Fa4的方向、4轮的螺旋线方向。n 皿解析：1、轮1方向I，2、受力方向略，4轮的螺旋线向右旋
21、。五.问答题（15分）1. （7分）影响V带传动工作能力和使用寿命的主要参数有哪些（简述理由）设计时如何选 择这些参数？解析：影响带使用寿命的因素有：带的长度，传动比，包角，带的型号，带的材质和带传递 的功率等。带的长度影响这带受到弯曲应变的次数，带越长弯曲应力循环次数少，因此适当 的加大带轮长度可以提高带传动使用寿命；传动比的大小影响这带轮的包角，进而会影响到 带传动的使用寿命，设计时要保证包角不宜过小；包角的大小决定带轮的有效拉应力大小， 也是带轮承载能力的表现，设计式要保证大的包角；适当的选择带的型号（如多契带，同步 带）等承载能力强的带传动；带的材质一方面决定摩擦系数的大小，另一方面决
22、定带的寿命； 带传递的功率影响带传动时的有效拉应力，因而也会影响带的寿命。2. （8分）现有两对齿轮传动，A组齿轮的模数m A = 2mm，齿数七广34,七广102 ； B 组齿轮的模数m = 4mm，齿数式引=17 , zb? = 51 两组齿轮选择的材料及热处理对应 相等并且按无限寿命考虑，齿宽也相等，传递功率及小齿轮转速也相等。试分析哪一对齿轮 的弯曲强度低？哪一对齿轮的接触强度低？为什么？解析：根据已知条件分别计算两轮的中心距：a 1= (34+102) *2/2=136mm；a 2= (17+51) *4/2=136mm因两齿轮的中心距相等，功率和转速相等，则两组齿轮面接触应力一样，
23、又因两者许用接 触应力一样，故接触强度相等；由公式 壬-在中心距与所受载r r v f 6. hi a e荷等条件相通的条件下，A组齿轮的模数小，弯曲应力大，因此强度低。六. 计算(45分)1. (15分)已知斜齿轮传动齿数Z1=20,Z2=40,模数mn=8mm，压力角a = 20。，中心n距a=250mm，试求其：(1) 螺旋角B(2) 齿顶圆直径d 1，d 2(3) 当量齿数Z1=16时是否会产生根切，请说明理由。1m( z + z)解析：(1)由 a = 2 m (Z + Z ) / cos p 得，cos p =-4=0.96, p = 16.26。(2) d = d +2h* m
24、= mZ1+2h* m =182.67，a11 an n cos pan nd = d + 2h* m = m,z2+2h* m = 349.33a 22 an n cos pan n(3) z =八：=18.1 17，故不会产生根切。v cos3p2. (15分)图中所示轴承中，采用一对角接触球轴承(轴承的附加轴向力的计算式为 S=0.7R，Cr=64200N)，轴承的径向载荷分别为1=15000N，2=7000N，作用在轴上的轴 向外加载荷尸a=5600N，46312型轴承的e=0.68，当轴承的轴向载荷与径向载荷之比A/R e 时，X= 0.41，Y= 0.87， =1，试计算：(1)
25、两个轴承的轴向载荷A、A2；(2) 两个轴承的当量动载荷P、P2。(3) 轴承的寿命。解析：（1）由径向载荷引起的派生轴向力分别为：S = 0.7R = 0.7X15000N = 10500N，方向水平向右S = 0.7R = 0.7x7000N = 4900N，方向水平向左由于 S2+Fa=10500N=S1则两轴承的轴向载荷为：A1 = A2 = 10500N(2) * = 10500 = 0.7 e = 0.68 ；贝9 X1=0.41，Y1=0.87；R 15000 1A 10500T72 = 1.5 e = 0.68 ；贝 X2=0.41，Y2=0.87；R 7000 2 故当量动载
26、荷：P = f (XR + YA )=0.41 x 15000 + 0.87 x 10500 = 15285 N1p1 11 1P = f (X R + Y A ) = 0.41 x 7000 + 0.87 x 10500 = 12005N1 p 2222(3) 计算轴承的使用寿命：C364200)3=70 10(10 6 转)15285 =64200)3 = 152.94(10 6 转),Cr 3L =()=( l10,2 P 120053. （15分）如图所示为一起重用的斜齿轮一蜗杆传动装置。设卷筒直径D=240mm， 工作是的效率为：门轴承（1对）=0.99，门齿轮=0.98，n蜗杆=0
27、-80 ；蜗杆为右旋。 试求：（1）确定电动机转速n1的大小及方向。（2）若要求轴II上两传动件所受的轴向力Fa2与Fa3的方向相反，在图上表明蜗杆 螺旋线的方向和齿轮1、2的螺旋线方向。（1） 起重时，电动机输入功率P1需多大？解析：(1)求n1的大小以及方向：由左右手法则判断以及蜗杆的受力方向可以判断出轴II的转向为如图所示，则轴1的 转向也可以相应的判断出来，亦 24()1/ min=7,961/min40= 1201 h. zzLU X ZL Z5m = n-4i- 96x L20)j/min= 955i/rniri(2) 如图所示：(3) 电机的输入功率P1:工作机所需要的功率 P=P = W%000 = (10000X 0.1/1000) KW = 1KW故: P = P /门 =1/(0.993 X 0.8 X 0.98)KW = 1.32 KW七. 分析题(15分)试分析下面结构图中的错误，至少找出其中的十处错误，并说明改进方法。解析：1）联轴器无轴向定位；2）联轴器与端盖接触3）端盖不能与轴接触；4）端盖中缺 密封圈5）套筒处不应有键6）轴承座孔不应有轴间；7）齿轮左侧轴向定位不可靠；8）右 端轴承不需要弹性挡圈；9）右端盖未顶到轴承外圈；10）与轴承的配合面应凸起。
