機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)試題及答案

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)：①人為的實(shí)物組合體；②各組成局部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)或假設(shè)干個(gè)機(jī)構(gòu)組合而成。2.簡(jiǎn)述“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”的根本含義答.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：①兩個(gè)構(gòu)件；②直接接觸；③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)有哪幾種根本型式？答.三種根本型式：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minγ發(fā)生在什么位置？答.壓力角α：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)速度方向所夾之銳角；傳動(dòng)角γ：壓力角的余角。α＋γ≡900。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γmin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？如何加以防止？答.對(duì)于盤形凸輪，當(dāng)外凸局部的理論輪廓曲率半徑ρ與滾子半徑rT相等時(shí)：ρ=rT，凸輪實(shí)際輪廓變尖〔實(shí)際輪廓曲率半徑ρ’=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防止實(shí)際輪廓變尖現(xiàn)象的發(fā)生。9.漸開(kāi)線齒廓嚙合有哪些主要特點(diǎn)？答.①傳動(dòng)比恒定；②實(shí)際中心距略有改變時(shí)，傳動(dòng)比仍保持不變〔中心距可分性〕；③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。壓力角：指分度圓上的標(biāo)準(zhǔn)壓力角〔常取200〕；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(kāi)式齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算的準(zhǔn)那么是什么？答.開(kāi)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10～30％，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)軸承由那些根本元件組成，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)算以下機(jī)構(gòu)的自由度，假設(shè)有虛約束、復(fù)合鉸鏈和局部自由度，需指出?！?〕〔1〕無(wú)復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束n=7,PL=10,PH=0F=3n-2PL-PH=3×7-2×10-0=1〔2〕局部自由度：1n=8,PL=11,PH=1F=3n-2PL-PH=3×8-2×11-1×1=116.如下圖一偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄AB為原動(dòng)件，長(zhǎng)度為lAB=25mm，偏距e=10mm，最大壓力角αmax=30°，試求：解：曲柄與滑塊道路垂直時(shí)壓力角到達(dá)最大。根據(jù)條件先求出連桿長(zhǎng)度lBC，那么問(wèn)題易解。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。解：18.一對(duì)漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)外嚙合直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的模數(shù)m=5mm、壓力角α=20°、中心距a=350mm、傳動(dòng)比i12=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：19.試分析圖〔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。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)或假設(shè)干個(gè)零件剛性組合而成。2.簡(jiǎn)述“機(jī)械設(shè)計(jì)根底”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.①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；②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)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(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)，那么引起柔性沖擊。9.何謂根切？有何危害？如何防止根切？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(kāi)線齒廓被切去一局部，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)離輪坯中心或增加被加工齒輪的齒數(shù)可防止根切。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)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)是不可防止的？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，帶的那么超前于帶輪；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)不可防止。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.①兩端固定，適用于軸較短、工作中溫度變化不大的場(chǎng)合；②一端固定、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)算以下機(jī)構(gòu)的自由度，假設(shè)有虛約束、復(fù)合鉸鏈和局部自由度，需指出。(1)〔2〕〔1〕〔2〕16.設(shè)計(jì)一偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，滑塊的行程速度變化系數(shù)K=1.5，滑塊的沖程lC1C2=50mm，導(dǎo)路的偏距e=20mm，求曲柄長(zhǎng)度a和連桿長(zhǎng)度b。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(guò)90°后從動(dòng)件的位移和凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。解：18.如下圖為一裝配用電動(dòng)螺絲刀的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖。各輪齒數(shù)為z1=z4=7，z3=z6