《机械设计基础》试卷、答案及评分标准

东莞理工学院（本科）试卷（A 卷）2007 --2008学年第 一 学期《机械设计基础》试卷参考答案及评分标准一、是非题（共10分，每小题2分，对者在括号内打“√”，错者打“×”） 1、(×)对心曲柄滑块机构具有急回运动特性。

2、(√)一对渐开线斜齿轮传动在端面上相当于一对渐开线直齿轮传动。

3、(×)同一公称直径的粗牙螺纹较细牙螺纹自锁性能好。

4、(×)滚子链链节数应尽量取奇数。

5、(×)深沟球轴承只能承受纯径向载荷。

二、选择填空题（共10分，每空2分）1、齿轮传动中，若主动轮1和从动轮2的材料不同，工作时小齿轮和大齿轮的齿面接触应力为 C 。

A ．21H H σσ>； B ．21H H σσ<； C ．21H H σσ=。

2、自行车的前轴是 A 。

A ．心轴；B ．转轴；C ．传动轴。

3、键的剖面尺寸通常是根据D 按标准选择。

A. 传递转矩的大小；B. 传递功率的大小；C. 轮毂的长度；D. 轴的直径。

4、型号为7213AC 的滚动轴承是内径为 C 轴承。

A. 65mm 的圆锥滚子；B. 55mm 的深沟球；C. 65mm 的角接触球。

5、根据图1所注明的尺寸，判断图示铰链四杆机构为 A 。

A. 曲柄摇杆机构；B. 双曲柄机构；C. 双摇杆机构。

60100 9070 图1三、填空题（共16分，每空1分）1、在凸轮机构中，从动件在推程按等速运动规律运动，则在推程开始 和推程终止两个运动瞬间，给机构带来 刚性冲击。

2、带传动中的打滑现象最先出现在带与 小 带轮的接触弧上。

3、滚子链传动中产生的跳齿和脱链现象最先出现在 大 链轮轮齿上。

4、闭式齿轮传动中，齿面点蚀最先出现在靠近 节 线的齿 根 面上。

5、试举出轴上零件的两种常用轴向固定形式： 轴肩 和 套筒 。

6、用范成法切制正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮齿廓时，避免根切的最少齿数为 17 。

7、三角形螺纹的牙型角=α 60 度，常用于 连接 。

8、在平键连接中，键的工作面为键的 两侧 面，当单键连接强度不足而采用双键时，两键沿圆周方向按 180 度对称布置。

9、分度圆上 齿厚与齿槽宽 相等，且 齿顶高和齿根高 均为标准值的齿轮称为标准齿轮。

四、简答题（共8分，每小题4分）1、试述斜齿轮分度圆螺旋角β的一般取值范围，并说明其不能取得太大的原由。

解：斜齿轮分度圆螺旋角β的一般取值范围为：8°~20°。

(计2分)斜齿轮分度圆螺旋角β取得大，则重合度增大，使传动平稳。

但取得太大，其轴向力会较大，因而增加轴承的负载，故β不能取得太大。

(计2分)2、何谓带传动的弹性滑动？它对传动比有何影响？解：由于带传动两边的拉力差，会引起带的弹性变形量的改变，从而导致局部带在带轮的局部接触弧上产生相对滑动，称弹性滑动。

(计2分) 由于弹性滑动是带传动的一种固有特性，会造成带传动的瞬时传动比不能恒定不变。

(计2分)五、分析计算题（共46分）1、（10分）计算图2所示两个机构的自由度，并判断机构的运动确定性，如机构a)b)图2复合铰链局部自由度 虚约束 虚约束局部自由度中存在复合铰链、局部自由度和虚约束，请在图上示出。

（a 、b 各5分） 解：a) （指出复合铰链、局部自由度和虚约束各得0.5分）H L P P n F --=2319273-⨯-⨯=2= （计2.5分）机构自由度数等于原动件数，且大于零，故机构具有确定的相对运动。

（计1分）b) （指出局部自由度得和虚约束各得0.5分）H L P P n F --=2318263-⨯-⨯=1= （计3分）机构自由度数等于原动件数，且大于零，故机构具有确定的相对运动。

（计1分）2、（6分）在图3所示定轴轮系中，已知： ,151=z ,252=z ,152'=z,303=z ,15'3=z ,304=z ),(2'4右旋=z ，065=z ，025'=z 构件5’和6分别为渐开线标准直齿轮和直齿条，其模数m=4mm, 若n 1=500r/min, 求齿条6的线速度6v 的大小和方向。

解：，200215151560303025'4'3'2154325115=⨯⨯⨯⨯⨯⨯===z z z z z z z z n n i （计2分），min /5.22005001515r i n n === （计2分）齿条6的线速度和齿轮5’分度圆上的线速度相等，而齿轮5’的转速和齿轮5的转速相等，因此有：s mm mz n r n v v /5.1023020414.35.223030'5'5'5'5'56=⨯⨯⨯⨯=⨯===ππ（计1分） 通过箭头法判断得到齿条6的线速度方向向右。

（计1分）3、（6分）试比较正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆和齿根圆，在什么条件下基圆大于齿根圆？什么条件下基圆小于齿根圆？解：正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿根圆直径为：m mz h d d f f 5.22-=-= （计2分）基圆直径为： 20cos cos mz d d b ==α （计2分） 假定 b f d d >，由m mz 5.2- 20cos mz >得42≥z因此，当齿数41≤z 时，正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆大于齿根圆； 当齿数42≥z 时，正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆小于齿根圆。

（计2分）4、（12分）如图4所示为两级斜齿圆柱齿轮减速器，已知主动齿轮1的螺旋角旋向及转向，问：1) 齿轮2、3、4的螺旋角旋向应如何选择才能使中间轴（轴II ）上两齿轮的轴向力相反？（6分）2) 试在图上标出齿轮1、2、3、4轮齿所受圆周力i t F 、径向力i r F 和轴向力i a F (i=1,2,3,4)的作用位置和方向。

（6分）5、（12分）一根轴用两个同型号的角接触球轴承支承（如图5所示），已知两轴承受的径向载荷为N F r 3001=，N F r 2002=，轴向外载荷N F A 40=，给定轴承内部轴向力s F =0.68r F ，判断系数68.0=e ，当e F F r a >/时，X=0.41，Y=0.85；当e F F r a ≤/时，X=1，Y=0，ε⎪⎪⎭⎫⎝⎛=P f C f n L P t h 60106，求： 1) 两轴承的轴向载荷1a F 、2a F ； （6分）2) 两轴承的当量动载荷之比21/P P （3分）解答如图示。

1) 每个螺旋角计2分，共6分； 2) 每个力计0.5分，共6分。

图4⊗ ⊗⊙ 1t F 2t F 1r F 2r F 1a F 2a F 3t F 4t 3a F 4a F 3r F 4r F 解：（1）由图示布置形式可知1s F 、2S F 的方向如图所示。

已知：N F F r S 20430068.068.011=⨯==（1分）N F F r S 13620068.068.022=⨯==（1分） ∵ 2041764013612=<=+=+S A S F F F∴ 轴承2被“压紧”、 轴承1被“放松”∴ N F F S a 20411==， （2分） N F F F A S a 164402042=-=-=（2分）3) 两轴承寿命之比21/h h L L 。

（3分）（2）∵e F F r a ===68.030020411，∴X 1=1.0，Y 1=0 ∵e F F r a >==82.020016422，∴X 2=0.41，Y 2=0.85 根据 a r YF XF P += 有：N F Y F X P a r 3002040300111111=⨯+⨯=+= （1分） N F Y F X P a r 4.22116485.020041.022222=⨯+⨯=+= （1分）∴3550.14.221/300/21==P P （1分）（3）根据ε⎪⎪⎭⎫⎝⎛=P f C f n L P t h 60106， ∵球轴承，∴3=ε， （1分）又∵两轴承同型号、同轴、同工作环境，∴21n n =、21C C =，21t t f f = ，21P P f f =，321==εε （1分） ∴402.0)355.1/1()/(/31221===εP P L L h h （1分）六、改错题（共10分）分析图6所示结构设计是否合理，请将不合理之处编上序号，并用文字说明错误所在及改正措施或画出改正结构图（找出10个错误即可）。

轴承11s F 2s F解：此结构的主要错误有：1处联轴器左端未轴向定位。

2处联轴器右端未轴向定位3处联轴器没有周向定位。

4处端盖轴孔处未设计密封装置，且端盖轴孔与轴之间没有间隙。

5与10处轴承端盖与箱体结合面间未设计密封及调整装置。

6与9处轴承内圈没有轴向定位。

7处齿轮没有周向定位。

8与14处齿轮左右端面没有轴向定位。

11. 箱体应剖分。

12处轴承端盖应减小加工面积。

13处箱体与轴承端盖联接结合面应设置凸台，以减小加工面积。

此结构的主要错误改正后如下图所示：每指出一个错误，并说明改正措施，可得1分。

指出10个错误并改正之，可得满分。