机械设计基础试题及答案解析

A卷

一、简答与名词解释(每题5分，共70分)

1. 简述机构与机器的异同及其相互关系

答. 共同点：①人为的实物组合体；②各组成部分之间具有确定的相对运动；不同点：机器的主要功能是做有用功、变换能量或传递能量、物料、信息等；机构的主要功能是传递运动和力、或变换运动形式。相互关系：机器一般由一个或若干个机构组合而成。

2. 简述“机械运动”的基本含义

答. 所谓“机械运动”是指宏观的、有确定规律的刚体运动。

3. 机构中的运动副具有哪些必要条件？

答. 三个条件：①两个构件；②直接接触；③相对运动。

4. 机构自由度的定义是什么？一个平面自由构件的自由度为多少？

答. 使机构具有确定运动所需输入的独立运动参数的数目称机构自由度。平面自由构件的自由度为3。

5. 机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况？

答. 机构具有确定运动条件：自由度＝原动件数目。原动件数目<自由度，构件运动不确定；原动件数目>自由度，机构无法运动甚至构件破坏。

6. 铰链四杆机构有哪几种基本型式？

答. 三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

7. 何谓连杆机构的压力角、传动角？它们的大小对连杆机构的工作有何影响？以曲柄为原动件的偏置曲柄滑块机构的最小传动角minγ发生在什么位置？

答. 压力角α：机构输出构件（从动件）上作用力方向与力作用点速度方向所夹之

锐角；传动角γ：压力角的余角。α＋γ≡900

。压力角（传动角）越小（越大），

机构传力性能越好。偏置曲柄滑块机构的最小传动角γmin发生在曲柄与滑块移动导路垂直的位置

8. 什么是凸轮实际轮廓的变尖现象和从动件（推杆）运动的失真现象？它对凸轮机构的工作有何影响？如何加以避免？

答. 对于盘形凸轮，当外凸部分的理论轮廓曲率半径ρ与滚子半径r

T 相等时：ρ=r

T

，

凸轮实际轮廓变尖（实际轮廓曲率半径ρ’=0）。在机构运动过程中，该处轮廓易磨损变形，导致从动件运动规律失真。增大凸轮轮廓半径或限制滚子半径均有利于避免实际轮廓变尖现象的发生。

9. 渐开线齿廓啮合有哪些主要特点？

答. ①传动比恒定；②实际中心距略有改变时，传动比仍保持不变（中心距可分性）；

③啮合过程中，相啮合齿廓间正压力方向始终不变（有利于传动平稳性）。

10. 试说明齿轮的分度圆与节圆、压力角与啮合角之间的区别，什么情况下会相等（重合）？

答. 分度圆：模数和压力角均取标准值得圆定义为齿轮分度圆；每个齿轮均有一个分度圆；节圆：一对齿轮啮合时、两个相切并相对作纯滚动的圆定义为节圆。只有当一对齿轮啮合时节圆才存在。

压力角：指分度圆上的标准压力角（常取200

）；啮合角：一对齿轮啮合时，节圆上

的压力角为啮合角。

标准齿轮、标准安装（无侧隙）时，分度圆与节圆重合；压力角与啮合角相等。

11. 常用螺纹按牙型分为那几种？主要用途怎样？

答. 常用螺纹有三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹。其中三角形螺纹自锁性好，适用于联接；其余适用于传动。

12. 开式齿轮传动强度计算的准则是什么？

答. 开式齿轮强度由于磨损严重、一般不会发生点蚀。故通常按齿根弯曲疲劳强度设计，并将模数增大10～30％，以弥补磨损的影响。

13. 简述带传动中紧边拉力、松边拉力和有效拉力、张紧力之间的关系。

答：

14. 简述典型的滚动轴承由那些基本元件组成，其中必不可少的元件是什么？答. 滚动轴承一般由滚动体、内圈、外圈和保持架组成，其中滚动体必不可少。

二、计算与作图（每题6分，共30分）

15. 计算下列机构的自由度，若有虚约束、复合铰链和局部自由度，需指出。

（1）（2）

（1）无复合铰链、局部自由度和虚约束

n=7, P

L =10, P

H

=0

F=3n-2P

L -P

H

=3×7-2×10-0=1

（2）局部自由度：1

n=8, P

L =11, P

H

=1

F=3n-2P

L -P

H

=3×8-2×11-1×1=1

16. 如图所示一偏置曲柄滑块机构，曲柄AB为原动件，长度为l AB=25 mm，偏距e=10 mm，已知最大压力角αmax=30°，试求：

解：曲柄与滑块道路垂直时压力角达到最大。根据已知条件先求出连杆长度l BC，则问题易解。

17. 补全图中不完整的从动件位移、速度和加速度线图，并判断哪些位置有刚性冲击，哪些位置有柔性冲击。

解：

18. 已知一对渐开线标准外啮合直齿圆柱齿轮传动的模数m=5 mm、压力角α=20°、中心距a=350 mm、传动比i12 =5/9，试求两轮的齿数、分度圆直径、齿顶圆直径、基圆直径以及分度圆上的齿厚和齿槽宽。

解：

19. 试分析图（a），（b），（c），（d）中的结构错误，分别说明理由并画出正确的结构图。

B卷

1. 简述构件和零件的区别与联系。

答. 构件是机械中的运动单元，零件是机械中的制造单元；构件是由一个或若干个零件刚性组合而成。

2. 简述“机械设计基础”课程的主要研究对象和内容。

答. 研究对象：常用机构（平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）和通用零（部）件（螺栓、键、齿轮、带、链、轴、轴承、联轴器、离合器等）。研究内容：机构的