(完整版)北京理工大学2013-2014学年第一学期《机械设计基础》期末试题A卷及参考答案

课程编号：03000138 北京理工大学2013～2014学年第一学期
2011级机械设计基础期末试题A卷答案班级学号姓名成绩
一、是非题（正确的在括号内划√，错误的划×，每题2分，共10分）
1. 滚动轴承座圈和滚动体的常用材料是45钢调质。

(F)
2. 在铰链四杆机构中，压力角越小，机构的传动性能越好。

（T）
3. 带传动中对带的疲劳寿命影响最大的应力是小带轮上的弯曲应力（T）
4. 只要是渐开线标准齿轮，在齿轮齿廓上任一位置处的压力角都应为国家标准值20o（F）
5. 滚动轴承为标准件，为便于互换和生产，轴承内圈孔与轴的配合应采用基轴制（F）
二、选择题（把正确的答案选项填入空格内，每题2分，共20分）
1. 利用范成法加工渐开线标准齿轮时，若被加工的齿轮（D ）太小，就会发生根切现象。

A 模数
B 压力角
C 齿厚
D 齿数
2. 设计凸轮时，若工作行程中的最大压力角大于许用压力角，则应（A）。

A 增大基圆半径
B 减小基圆半径
C 增大滚子半径
D 减小滚子半径
3. 只承受弯矩而不传递转矩的轴称为（C ）。

A 传动轴
B 转轴
C 心轴
D 曲轴
4. 为了提高齿轮的齿面接触疲劳强度，可以（B ）。

A 加大模数
B 加大中心矩
C 减小齿宽系数
D 减小啮合角
5. 键的长度主要是根据( B )来选择。

A传递转矩大小 B 轮毂长度 C 轴直径 D 键剖面尺寸
6. 被连接件受横向外力作用时，如采用普通螺栓连接，则螺栓可能的失效形式为（C ）。

A 剪切破坏B挤压破坏 C 拉、扭联合作用下断裂D 拉、扭联合作用下塑性变形
7. 在载荷不平稳且有较大冲击和振动的情况下，一般宜选用（C）联轴器。

A 刚性
B 无弹性元件挠性
C 有弹性元件挠性
D 安全
8. 在同样载荷和同样工作条件下运转的同一批生产的同型号的滚动轴承，它们的寿命一般（B）。

A 相同
B 不相同
C 90%轴承相同
D 10%轴承相同
9. 在轴的初步计算中，轴的直径是按（B）进行初步确定的。

A 弯曲强度
B 扭转强度
C 轴段长度
D 轴段上所装配零件的孔径。

10. 蜗杆传动热平衡计算的目的是为了控制温升，防止（B）。

、
A 蜗杆力学性能下降
B 润滑油变质和胶合
C 传动效率下降
D 蜗轮材料退火
三、（本题8分）试计算图示机构的自由度，若含有复合铰链、局部自由度和虚约束请指出，并判断该机构是否具有确定的运动。

答案：C 处为复合铰链，G 处为局部自由度，H 、I 两处移动副其中一处为虚约束。

（2分）
311028323H L =-⨯-⨯=--=p p n F （5分）
该机构自由度为3，只有1个原动件，因此该机构不满足具有确定性运动的条件（1分）。

四、（本题9分）已知四杆机构摇杆的两极限位置如图，摇杆的长度为30mm ，A 点在水平线上，此四杆机构没有急回特性，试用作图法设计此四杆机构（即确定出另外3个杆件的长度）。

并确定此机构的最小传动角。

答案：作图正确得2
mm l AD 45.725.67tan 300== （1分）
mm l AC 39.782= mm l C C 96.2221= mm l AC 43.551=
L ab =0.521C C l ＝11.5mm 或L ab ==-)(5.012AC AC l l 11.5mm ，（2分） L bc ==+)(5.021AC AC l l 67mm ，（2分）
最小传动角如图所示为65度（2分） 五、(本题8分) 已知一对渐开线标准外啮合直齿圆柱齿轮，201=z ，802=z ，m =5mm,ο20=α，1*a =h ，25.0*=c ，安 装 中 心 距 255='a mm 。

（1）非标准安装时，分别求取分度圆和节圆上的压力角大小(3分)。

（2）小轮齿廓上最大压力角 (3分)。

（3）求取齿轮的法向齿距。

（2分）
答案：（1）两齿轮在分度园上的压力角为标准值20o 。

（1分）
标准中心矩为250)8020(55.0)(2
1
21=+⨯⨯=+=z z m a mm
A
B
1C °°
65D
°4565C 2
则节圆上压力角为 ︒='='89.22)/cos arccos( a a αα （2分） （2） 小齿轮齿顶圆上压力角最大，则
mm m h r r 55512055.0*a 11a =⨯+⨯⨯=+= （1分）
mm r r b 985.4620cos 2055.0cos 11=⨯⨯⨯==οα
根据 k
b
k r r =
αcos ︒===32.31)/arccos(1a 1b 1a 1max r r αα （2分）
（3）齿轮法向齿距 020cos 5cos ⋅⋅===παπm p p b m ＝14.76mm （2分）
六、(本题9分)图示为两级斜齿圆柱齿轮减速器，轮1主动，轮4螺旋线方向和III 轴转向如图所示，求：
1）I 、II 轴的转向。

（2分）
2）已知齿轮1的模数3=n m mm ，螺旋角ο151=β，齿数211=z ，542=z ，齿轮3模数5=n m mm ，
齿数203=z ，604=z ，为使II 轴所受轴向力完全抵消，试确定齿轮2的螺旋角旋向和齿轮3的螺旋角大小。

（其中：βtan t a F F =）(7分) 答案：
（1）转向如图所示（2分）
（2）因齿轮3轴向力向下，则齿轮2轴向力向上，根据其旋向由此判断齿轮2为左旋。

（2分）
齿轮2所受轴向力大小为：121112tan tan ββt t a a F F F F === 齿轮3所受轴向力大小为：333tan βt a F F =
若使II 轴上各传动件的轴向力完全抵消，则32a a F F = 即 3312tan tan ββt t F F = （2分） 假定2T 为II 轴上的扭矩
则有：33
2122tan 2tan 2ββd T
d T =
将βcos z
m d n =
代入上式 ο15sin 54
320
5sin sin 121333⋅⨯⨯=⋅=ββz m z m n n （3分） ο19.95=β
七、(本题12分)如 图 示 轮 系 中， 已 知 各 轮 齿 数 为131=z ，,522=z
,20'42==z z ,21' 4=z ,4565==z z 36' 6=z ，547=z 。

齿 轮1、2、2'、3 模 数 相 同； 齿 轮4、4'、5、6 模 数 相 同。

试 确定： （1） 该轮系的类型 （2）求取传动比17i
答案：（1）该轮系为混合轮系（或复合轮系）（1分）
（2）1、2、2'、3组成定轴轮系1，
5、4、4'、6组成周转轮系2，其中3为系杆。

6'、7组成定轴轮系2 （2分）
对定轴轮系1：根据传动关系有：()()233221122
1
21''-==+=z z m a z z m a
852*********=++=++='z z z z （2分）
20
1352323123113⨯-=⋅-==
'z z z
z z n n i ＝－17 （2分） 21
20
2145452046543635356=⨯⨯=⋅=--=
'z z z z n n n n i
05=n
2120
0363=--n n n
2036=i （3分）
2
33654677676-=-=-==
'''z z n n i （1分）
51023201776361317=⎪⎭
⎫
⎝⎛-⨯⨯-==⋅⋅='⋅i i i i （1分）
八、(本题12分)一斜齿轮减速器主动轴，用３２０７轴承支撑（如图所示），转速为n =1500r/min ，已知斜齿轮啮合产生的轴向力F A =250N ，两轴承的径向支反力分别为F r1=800N ，F r2=2000N ，要求使用寿命不低于50000小时，C =29400N ，S =0.27F r ，试校核该对轴承是否满足寿命使用要求。

解：
1S 1=0.27F r1=0.27×800=216(N) S 2= 0.27F r2=0.27×2000=540(N) （2分） S 2 +F A =540+250=790(N) > S 1 =216(N)
轴有向左移动的趋势，轴承1受压（2分） F a1=S 2 + F A =790(N) F a2= S 2=540(N) （2分）
F a1/F r1= 790 / 800 = 0.99 > e = 0.68 F a2/F r2 =540 / 2000 = 0.27 < e = 0.68 X 1 = 0.4 Y 1 =1.88 X 2 = 1 Y 2 = 0 3）计算当量动载荷 P 1 = X 1·F r1 + Y 1·F a1 P 2 = F r2 =2000 (N) = 0.4×800+1.88×790= 1805(N) ∵ P 1 < P 2 ∴ 2轴承危险 （3分）
h 64608000294002150016667166673
10
210h =⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=
ε
P C n L >50000小时
该对轴承满足寿命使用要求（3分）
九、（本大题12分）结构题
指出图示轴系中的结构错误（用笔圈出错误之处，并简要说明错误的原因，不要求改正）。

（1）弹性挡圈为多余零件，造成过定位；
（2）缺调整垫片；
（3）轴承座缺少加工凸台；
（4）套筒不能高过轴承内圈的2/3,不便于拆轴承；（5）轴的台肩应在轮毂内；
（6）缺键；
（7）轴肩不能高过轴承内圈的2/3,不便于拆轴承；（8）光轴部分太长，轴承装拆不便；
（9）轴承透盖应顶住轴承外圈；
（10）轴承透盖和轴之间要有间隙；
（11）轴承透盖和轴之间要有毡圈密封；
（12）零件没有轴向固定；
（13）缺键;。