机械设计基础期中考试卷及答案2套

《机械设计基础》期中考卷1
一、单项选择题。

(每小题2分，共16分)
1. 曲柄摇杆机构中，摇杆为主动件时，( )为死点位置。

A. 不存在
B. 曲柄与连杆共线时
C. 摇杆与连杆共线时
D. 曲柄与机架共线时
2. 为保证四杆机构良好的机械性能，( )不应小于最小许用值。

A. 压力角
B. 传动角
C. 极位夹角
D. 啮合角
3. ( )决定了从动杆的运动规律。

A. 凸轮转速
B. 凸轮大小
C. 凸轮形状
D. 凸轮轮廓曲线
4. 平面四杆机构无急回特性时( )，行程速比系数( )。

A. 压力角α=0，k＞1
B. 传动角β=0，k<1
C. 极位夹角θ=0，k=0
D. 极位夹角θ=0，k=1
5. 在双曲柄机构中，已知三杆长度分别为a=80mm，b=150mm，c=120mm，则d 杆长度应为( )。

A. ＜110mm
B. 110mm≤d≤190mm
C. ≥190mm
D. >200
6. 凸轮机构中，基圆半径是指凸轮转动中心到( )半径。

A. 理论轮廓线上的最大
B. 实际轮廓线上的最大
C. 实际轮廓线上的最小
D. 理论轮廓线上的最小
7. 凸轮机构中的压力角是指( )间的夹角。

A. 凸轮上接触点的法线与从动件的运动方向
B. 凸轮上接触点的法线与该点线速度
C. 轮上接触点的切线与从动件的运动方向
D. 以上均不对
8. 一标准直齿圆柱齿轮的周节(齿距)P=15.7mm，齿顶圆的直径为d=400mm，则该齿轮( )。

A. 82
B. 78
C. 80
D. 76
二、填空题。

(每空1分，共14分)
1．两构件之间为( )接触的运动副称为低副，引入一个低副将带入( )个约束。

2．在凸轮机构从动件的常用运动规律中，( )、( )运动规律有柔性冲击。

3．采用标准齿条刀具加工标准齿轮时，其刀具的( )线与轮坯( )圆之间做纯滚动；加工变位齿轮时，其刀具的( )线与轮坯( )圆之间做纯滚动。

一对相啮合的大小齿轮齿面接触应力的关系是( )，其接触强度的关系是( )。

4．一平面铰链四杆机构的各杆长度分别为a=350,b=600,c=200,d=700；(1) 当取c 杆为机架时，它为何种具体类型？( )；（2）当取d杆为机架时，则为( )。

5. 凸轮机构中，凸轮基圆半径愈( )，压力角愈( )，机构传动性能愈好。

三、问答题。

(每小题5分，共15分)
1. 加大四杆机构原动件上的驱动力，能否是该机构越过死点位置？为什么？
2. 一对标准直齿轮，安装中心距比标准值略大，试定性说明以下参数变化情况：1) 齿侧间隙；2) 节圆直径；3) 啮合角；4) 顶隙。

3. 移动滚子从动件盘形凸轮机构若出现运动失真，可采取什么改进措施？
四、分析与计算题。

(第1-3小题，每小题9分，其余每小题各14分，共55分)
1. 一对外啮合齿轮标准直齿圆柱挂齿轮传动，测得其中心距为160mm，两齿轮的齿数分别为z1=20，z2=44，求两齿轮的主要几何尺寸。

2. 计算如图1所示机构的自由度，并判定其是否具有确定运动，绘有箭头的构件为原动件，给出判定理由。

3. 如图2所示轮系，已知z1=18、z2=20、z2'=25、z3=25、z3'=2(右)，当a轴旋转100圈时，b轴转
4.5圈，求z4=？
图1 机构自由度图2 题3的轮系
4. 某变速箱中，原设计一对直齿轮，其参数为m=2.5mm，z1=15，z2=38；由于两轮轴孔中心距为70mm，试改变设计采用斜齿轮传动，以适应轴孔中心距。

试确定一对斜齿轮的主要参数(模数、齿数、压力角、螺旋角)，并判断小齿轮是否根切。

5. 如图1所示轮系中，已知各轮齿数为：z1= z2′= z3′=15，z2=25，z3= z4=30，z4′=2（左旋），z5=60，z5′=20（m=4mm）。

若n1=500r/min，转向如图3所示，求齿条6的线速度v的大小和方向。

图3 题5的轮系
《机械设计基础》期中考卷1参考答案
一、单项选择题答案。

(每小题2分，共16分)
1. B；
2. B；
3. D；
4. D；
5. B；
6. D；
7. A；
8. D。

二、填空题。

(每空1分，共14分)
1. 面，2；
2. 等加速等减速，简谐运动；
3. 分度线，分度圆，分度线，节圆，相等，不等(小齿轮高)；
4. 双曲柄机构，曲柄摇杆机构；
5. 大，小。

三、问答题。

(每小题5分，共15分)
1. 加大四杆机构原动件上的驱动力，能否是该机构越过死点位置？为什么？
答：不能。

根据机构死点的概念，因此时传动角为0°，驱动力有效分力为0，机构无法运动。

加大驱动力后，传动角仍为0°，驱动力有效分力仍为0。

2. 一对标准直齿轮，安装中心距比标准值略大，试定性说明以下参数变化情况：1) 齿侧间隙；2) 节圆直径；3) 啮合角；4) 顶隙。

答：1) 齿侧间隙增加；2) 节圆直径变大；3) 啮合角变大；4) 顶隙变大。

3. 移动滚子从动件盘形凸轮机构若出现运动失真，可采取什么改进措施？
答：修改从动件的运动规律，增大基圆半径，或减小滚子半径。

五、分析与计算题。

(第1-3小题，每小题9分，其余每小题各14分，共55分)
1. 一对外啮合齿轮标准直齿圆柱挂齿轮传动，测得其中心距为160mm，两齿轮的齿数分别为z1=20，z2=44，求两齿轮的主要几何尺寸。

解：m=5，d1=100，d2=220
da1=100+10=110，da2=220+10=230
df1=100－12.5=87.5，df2=220－12.5=207.5
p=3.14×5=15.7，s=e=p/2=7.85
2. 计算如图1所示机构的自由度，并判定其是否具有确定运动，绘有箭头的构件为原动件，给出判定理由。

解：F=3×6－2×8－1=1 具有确定运动
3. 如图2所示轮系，已知z1=18、z2=20、z2'=25、z3=25、z3'=2(右)，当a轴旋转100圈时，b轴转
4.5圈，求z4=？
解：i16=(20×25×z4)/(18×25×2)=100/4.5，得：z4=40
图1 机构自由度 图2 题3的轮系 4. 某变速箱中，原设计一对直齿轮，其参数为m =2.5mm ，z 1=15，z 2=38；由于两轮轴孔中心距为70mm ，试改变设计采用斜齿轮传动，以适应轴孔中心距。

试确定一对斜齿轮的主要参数(模数、齿数、压力角、螺旋角)，并判断小齿轮是否根切。

解：m n =2.5mm ，z 1=15，z 2=38，αn =20°；
()β
cos 221z z m a n += ()()946.070
238155.22cos 21=⨯+⨯=+=a z z m n β 因为：z min =z v cos 3β=17cos 318.8°=14.4，z 1=15> z min =14.4；
所以，小齿轮改为斜齿轮后不会根切。

5. 如图1所示轮系中，已知各轮齿数为：z 1= z 2′= z 3′=15，z 2=25，z 3= z 4=30，z 4′=2（左旋），z 5=60，z 5′=20（m=4mm ）。

若n 1=500r/min ，转向如图3所示，求齿条6的线速度v 的大小和方向。

图3 题5的轮系 解：202
15151560303025'4'3'2154325115=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅⋅⋅⋅==z z z z z z z z n n i ，得： n 5=n 1i 15=500200
=2.5r/min =n 5′ s m s mm mz n r v /01.0/5.102
204605.222602'5'5'5'5==⨯⨯⨯=⨯=⋅=ππϖ 齿条6速度方向向下。

《机械设计基础》期中考卷2
一、判断题。

(每小题1分，共10分)
1. 运动副是联接，联接也是运动副。

2. 机构都是可动的。

3. 曲柄的极位夹角θ越大，机构的急回特性也越显著。

4. 在平面连杆机构中，连杆与曲柄是同时存在的，即有连杆就有曲柄。

5. 在实际生产中，机构的“死点”位置对工作都是不利的，处处都要考虑克服。

6. 凸轮转速的高低，影响从动杆的运动规律。

7. 分度圆上压力角的变化，对齿廓的形状有影响。

8. 外啮合槽轮机构，槽轮是从动件，而内啮合槽轮机构，槽轮是主动件。

9. 速比公式i12=n1/n2=z2/z1不论对齿轮传动还是蜗杆传动都成立。

10. 在任意圆周上，相邻两轮齿同侧渐开线间的距离，称为该圆上的齿距。

二、填空题。

(每空1分，共20分)
1. 机器或机构( )之间，具有确定的相对运动；在曲柄摇杆机构中，如果将( )杆作为机架，则与机架相连的两杆都可以作( )运动，即得到双曲柄机构。

2. 曲柄摇杆机构产生“死点”位置的条件是，摇杆为( )件，曲柄为( )件。

3. 凸轮机构能使从动杆按照( )，实现各种复杂的运动；双圆销外啮合槽轮机构，槽轮有6条槽，要使槽轮转两圈，曲柄盘应转( )圈。

4. 模数是齿轮的主要参数，是齿轮各部分几何尺寸计算的( )，齿形的大小和强度与它成( )。

5. 标准外啮合斜齿轮传动的正确啮合条件是：两齿轮的( )模数和( )都相等，齿轮的( )角相等而旋向( )。

6. 规定蜗杆( )与螺旋升角的( )之比，称为蜗杆特性系数。

7. 运动副是指能使两构件之间既能保持( )接触，而又能产生一定的形式相对运动的( )。

8. 在( )机构中，如果将( )杆对面的杆作为机架时，则与此相连的两杆均为摇杆，即是双摇杆机构。

9. 平面连杆机构当行程速比K( )时，机构就具有急回特性。

三、问答题。

(每小题5分，共15分)
1.什么叫标准齿轮？为什么要限制齿轮的最少齿数？两轴相互平行的情况下采用什么类型的齿轮传动，并叙述其优点。

2.带传动中，打滑和弹性滑动有何不同？
3.摆动导杆机构有无急回特性？在什么情况下凸轮机构的从动杆才能得到运动的停歇？
四、分析与计算题。

(每小题11分，共55分)
1. 有一对标准直齿圆柱齿轮，m=2mm，α=20°，z1=25，z2=50，求：1) 如果n1=960r/min，n2=？；2) 中心距a=?；3) 齿距p=？
2. 某传动装置中有一对渐开线标准直齿圆柱齿轮(正常齿)，大齿轮已损坏，小齿轮的齿数z1=24，齿顶圆直径d a1=78mm, 中心距a=135mm, 试计算大齿轮的主要几何尺寸及这对齿轮的传动比。

3. 计算自由度图1机构的自由度，如机构中有复合铰链、虚约束、局部自由度，请在图中先指出，并判断机构是否具有确定运动，给出判断理由。

图1 机构自由度的计算
4. 在图2所示轮系中，已知z1的转速n1=1440r/min，各轮齿数为z1=z3=z6=18，z2=27，z4=z5=24，z7=81，试求齿轮7的转速n7的大小，并说明n7与n1转向是相同还是相反；如有惰轮请指出，并给出理由。

图2 平面定轴轮系
5. 在图3所示的铰链四杆机构中：1) 试述铰链四杆机构曲柄存在的条件；2) 根据图中
所注尺寸判断图3(a)和(b)是曲柄摇杆机构、双曲柄机构、还是双摇杆机构，写出判断过程。

(a) (b)
图3 铰链四杆机构
《机械设计基础》期中考卷2参考答案
一、判断题。

(每小题1分，共10分)
1.×；
2. √；
3. √；
4.×；
5.×；
6.×；
7. √；
8.×；
9. √；10. √。

二、填空题。

(每空1分，共14分)
1. 构件，最短杆，整周回转；
2. 主动件，从动件；
3. 凸轮轮廓曲线，12；
4. 依据，正比；
5. 法面，法面，螺旋角，相反；
6. 头数，正切；
7. 直接接触，联接；
8. 曲柄摇杆，最
短杆；9. >1
三、问答题。

(每小题5分，共15分)
1.什么叫标准齿轮？为什么要限制齿轮的最少齿数？两轴相互平行的情况下采用什么类型的齿轮传动，并叙述其优点。

答：1) 压力角20°，模数为标准值，分度圆齿厚等于齿槽宽的齿轮为标准齿轮；2) 范成法加工齿轮齿数低于17发生根切，所以需限制最少齿数；3) 直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮，其优点是传动平稳、承载大。

2.带传动中，打滑和弹性滑动有何不同？
答：传动带是弹性体，受到拉力后会产生弹性伸长，伸长量随拉力大小的变化而改变。

带由紧边绕过主动轮进入松边时，带的拉力由F1减小为F2，其弹性伸长量也由δ1减小为δ2。

这说明带在绕过带轮的过程中，相对于轮面向后收缩了(δ1－δ2)，带与带轮轮面间出现局部相对滑动，导致带的速度逐步小于主动轮的圆周速度，这种由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。

弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。

打滑是指过载引起的全面滑动，是可以避免的。

而弹性滑动是由于拉力差引起的，只要传递圆周力，就必然会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的。

3.摆动导杆机构有无急回特性？在什么情况下凸轮机构的从动杆才能得到运动的停歇？
答：有急回特性因其极位夹角不等于零；2) 向径、高度无变化时。

四、分析与计算题。

(每小题11分，共55分)
1. 有一对标准直齿圆柱齿轮，m=2mm，α=20°，z1=25，z2=50，求：1) 如果n1=960r/min，n2=？；2) 中心距a=?；3) 齿距p=？
解：1) i12=n1/n2=z2/z1=50/25=2，则：n2=n1/i12=960/2=480 r/min；
2) a=0.5m(z1+z2)=0.5×2×(25+50)=75mm；
3) p=πm/2=3.14×2/2=3.14mm。

2. 某传动装置中有一对渐开线标准直齿圆柱齿轮(正常齿)，大齿轮已损坏，小齿轮的齿数z1=24，齿顶圆直径d a1=78mm, 中心距a=135mm, 试计算大齿轮的主要几何尺寸及这对齿轮的传动比。

解：1) 计算模数m：d a1=78=m(24+2)，则：m=3；
2) 计算大齿轮齿数z2：a=0.5m(z1+z2)=135=3/2(24+z2)，则：z2=66；
3) 计算大齿轮相关参数：d a2=3*66+2*3=204，d f2=3*66-2*1.25*3=190.5；
4) 计算传动比：i=66/24=2.75。

3. 计算自由度图1机构的自由度，如机构中有复合铰链、虚约束、局部自由度，请在图中先指出，并判断机构是否具有确定运动，给出判断理由。

图1 机构自由度的计算
解：图中G处为局部自由度，E、F之一为虚约束，B处为复合铰链；活动件数n=6，低副P L=8，高副P H=1，则：
F=3n－2P L－P H =3×6－2×8－1＝1；
且机构中只给定了一个原动件凸轮，机构自由度为1，原动件数等于机构的自由度，故机构具有确定运动。

4. 在图2所示轮系中，已知z1的转速n1=1440r/min，各轮齿数为z1=z3=z6=18，z2=27，z4=z5=24，z7=81，试求齿轮7的转速n7的大小，并说明n7与n1转向是相同还是相反；如有惰轮请指出，并给出理由。

图2 平面定轴轮系
解：该轮系为平面定轴轮系，可依据圆柱齿轮外啮合的齿数来判定转向，同时由定轴轮系传动比计算式可得：
918
1818812427)1(64317542317-=⨯⨯⨯⨯-=⨯⨯⨯⨯⨯⨯-=z z z z z z z z i ； 负号说明n 7与n 1的转速相反。

在该轮系中，齿轮4同时与两个齿轮相啮合，故其为惰轮。

5. 在图3所示的铰链四杆机构中：1) 试述铰链四杆机构曲柄存在的条件；2) 根据图中所注尺寸判断图3(a)和(b)是曲柄摇杆机构、双曲柄机构、还是双摇杆机构，写出判断过程。

(a) (b)
图3 铰链四杆机构 解：1) 铰链四杆机构曲柄存在的条件：最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆之和，并以最短杆或其相邻杆为机架。

2) 图3(a)中：30＋70<50＋60，并以最短杆30为机架，所以该机构为双曲柄机构； 图3(b)中：40＋70>55+50，不满足杆长关系，故该机构为双摇杆机构。