機械設(shè)計基礎(chǔ)考試題庫及答案一、單項選擇題1.平面四桿機構(gòu)中，若各桿長度分別為\(a=30\)mm，\(b=50\)mm，\(c=80\)mm，\(d=90\)mm，當(dāng)以\(a\)為機架，則該四桿機構(gòu)為（）。A.雙曲柄機構(gòu)B.雙搖桿機構(gòu)C.曲柄搖桿機構(gòu)D.不能構(gòu)成四桿機構(gòu)答案：B。判斷依據(jù)：根據(jù)桿長條件，\(a+d=30+90=120\)mm，\(b+c=50+80=130\)mm，\(a+d＜b+c\)，且最短桿\(a\)為機架，根據(jù)“最短桿為機架時為雙曲柄機構(gòu)，最短桿的鄰邊為機架時為曲柄搖桿機構(gòu)，最短桿的對邊為機架時為雙搖桿機構(gòu)”，本題是以最短桿為機架，但不滿足整轉(zhuǎn)副存在條件（最長桿與最短桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和且最短桿為連架桿），所以為雙搖桿機構(gòu)。2.帶傳動正常工作時不能保證準(zhǔn)確的傳動比是因為（）。A.帶的材料不符合虎克定律B.帶容易變形和磨損C.帶在帶輪上打滑D.帶的彈性滑動答案：D。帶傳動在工作時，由于緊邊和松邊的拉力不同，帶會產(chǎn)生彈性變形，導(dǎo)致帶與帶輪之間產(chǎn)生相對滑動，這種滑動稱為彈性滑動，彈性滑動是不可避免的，所以不能保證準(zhǔn)確的傳動比。而打滑是帶傳動的一種失效形式，不是不能保證準(zhǔn)確傳動比的原因。3.漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，當(dāng)中心距略有誤差時，（）。A.傳動比變化，嚙合角不變B.傳動比不變，嚙合角變化C.傳動比和嚙合角均不變D.傳動比和嚙合角均變化答案：B。漸開線齒輪傳動具有可分性，即中心距略有變化時，其傳動比不變，等于兩齒輪基圓半徑之比。而中心距變化會導(dǎo)致嚙合角發(fā)生變化，因為嚙合角與中心距有關(guān)。4.一對標(biāo)準(zhǔn)漸開線圓柱齒輪傳動，已知\(z_1=18\)，\(z_2=72\)，則這對齒輪的彎曲應(yīng)力（）。A.\(\sigma_{F1}＞\sigma_{F2}\)B.\(\sigma_{F1}＜\sigma_{F2}\)C.\(\sigma_{F1}=\sigma_{F2}\)D.與齒輪的模數(shù)有關(guān)，不能確定答案：A。齒輪的彎曲應(yīng)力\(\sigma_F=\frac{2KT_1Y_FY_S}{bdm}\)，在一對齒輪傳動中，\(K\)、\(T_1\)、\(b\)、\(m\)相同，\(Y_F\)為齒形系數(shù)，\(Y_S\)為應(yīng)力修正系數(shù)，齒數(shù)越少，\(Y_FY_S\)越大。\(z_1=18\)小于\(z_2=72\)，所以\(Y_{F1}Y_{S1}＞Y_{F2}Y_{S2}\)，則\(\sigma_{F1}＞\sigma_{F2}\)。5.滾動軸承的基本額定壽命是指（）。A.一批同型號的軸承在相同條件下運轉(zhuǎn)，其中\(zhòng)(90\%\)的軸承所能達(dá)到的壽命B.一個軸承在正常條件下所能達(dá)到的壽命C.一批同型號的軸承在相同條件下運轉(zhuǎn)，平均每個軸承所能達(dá)到的壽命D.一批同型號的軸承在相同條件下運轉(zhuǎn)，其中\(zhòng)(10\%\)的軸承所能達(dá)到的壽命答案：A。滾動軸承的基本額定壽命是指一批同型號的軸承在相同條件下運轉(zhuǎn)，其中\(zhòng)(90\%\)的軸承所能達(dá)到的壽命。6.聯(lián)軸器和離合器的主要作用是（）。A.緩沖、減振B.傳遞運動和轉(zhuǎn)矩C.防止機器發(fā)生過載D.補償兩軸的不同心或熱膨脹答案：B。聯(lián)軸器和離合器都是用來連接兩軸，使兩軸一起轉(zhuǎn)動并傳遞運動和轉(zhuǎn)矩的部件。緩沖、減振一般是通過彈性聯(lián)軸器或在傳動系統(tǒng)中設(shè)置緩沖裝置來實現(xiàn)；防止機器發(fā)生過載通常采用安全聯(lián)軸器或過載保護裝置；補償兩軸的不同心或熱膨脹是某些具有補償功能的聯(lián)軸器的作用，但不是主要作用。7.螺紋連接防松的根本問題在于（）。A.增加螺紋連接的軸向力B.增加螺紋連接的橫向力C.防止螺紋副的相對轉(zhuǎn)動D.增加螺紋連接的剛度答案：C。螺紋連接在工作過程中，由于振動、沖擊等原因，螺紋副之間可能會產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致連接松動，所以防松的根本問題在于防止螺紋副的相對轉(zhuǎn)動。8.在下列四種類型的聯(lián)軸器中，能補償兩軸的相對位移以及可以緩和沖擊、吸收振動的是（）。A.凸緣聯(lián)軸器B.齒式聯(lián)軸器C.萬向聯(lián)軸器D.彈性套柱銷聯(lián)軸器答案：D。凸緣聯(lián)軸器屬于剛性聯(lián)軸器，不能補償兩軸的相對位移，也沒有緩沖減振作用；齒式聯(lián)軸器能補償兩軸的綜合位移，但緩沖減振能力較差；萬向聯(lián)軸器主要用于兩軸有較大夾角的傳動，也沒有明顯的緩沖減振作用；彈性套柱銷聯(lián)軸器利用彈性套的彈性變形來補償兩軸的相對位移，同時可以緩和沖擊、吸收振動。9.為了提高齒輪傳動的接觸強度，可采取的措施是（）。A.采用閉式傳動B.增大傳動的中心距C.減少齒數(shù)D.增大模數(shù)答案：B。增大傳動的中心距，可增大齒輪的分度圓直徑，根據(jù)接觸強度計算公式\(\sigma_H=Z_E\sqrt{\frac{2KT_1}{bd_1}(\frac{u\pm1}{u})}\)，分度圓直徑\(d_1\)增大，接觸應(yīng)力\(\sigma_H\)減小，從而提高接觸強度。采用閉式傳動主要是為了防止灰塵、雜質(zhì)進(jìn)入，提高潤滑條件；減少齒數(shù)會使齒形系數(shù)增大，彎曲應(yīng)力增大，對接觸強度影響不大；增大模數(shù)主要是提高齒輪的彎曲強度。10.帶傳動中，若小帶輪為主動輪，則帶的最大應(yīng)力發(fā)生在帶（）。A.進(jìn)入大帶輪處B.離開大帶輪處C.進(jìn)入小帶輪處D.離開小帶輪處答案：C。帶傳動中，帶的應(yīng)力由拉應(yīng)力、離心應(yīng)力和彎曲應(yīng)力組成。帶在進(jìn)入小帶輪處，拉應(yīng)力較大（緊邊拉力大），同時彎曲應(yīng)力也較大（小帶輪直徑?。詭У淖畲髴?yīng)力發(fā)生在帶進(jìn)入小帶輪處。二、填空題1.平面機構(gòu)具有確定運動的條件是機構(gòu)的自由度大于零且等于原動件的數(shù)目。解釋：如果機構(gòu)自由度小于或等于零，機構(gòu)不能運動或成為剛性構(gòu)架；如果自由度大于原動件數(shù)目，機構(gòu)運動不確定；只有自由度大于零且等于原動件數(shù)目時，機構(gòu)才具有確定的運動。2.帶傳動的主要失效形式是打滑和帶的疲勞破壞。解釋：打滑是由于過載引起的，是帶傳動的一種失效形式；帶在交變應(yīng)力作用下會發(fā)生疲勞破壞，如脫層、撕裂等。3.漸開線齒廓的嚙合特性有定傳動比、可分性和嚙合角為常數(shù)。解釋：漸開線齒廓的傳動比等于兩齒輪基圓半徑的反比，是定值，所以具有定傳動比特性；中心距略有變化時，傳動比不變，具有可分性；漸開線齒輪傳動的嚙合角始終等于節(jié)圓壓力角，為常數(shù)。4.滾動軸承的基本代號由類型代號、尺寸系列代號和內(nèi)徑代號組成。解釋：類型代號表示軸承的類型，尺寸系列代號表示軸承的大小系列，內(nèi)徑代號表示軸承的內(nèi)徑尺寸。5.螺紋連接的預(yù)緊力目的是增強連接的可靠性和緊密性，防松的目的是防止螺紋副相對轉(zhuǎn)動，保證連接的可靠性。解釋：預(yù)緊可以使螺紋連接在承受工作載荷之前就受到一定的拉力，從而增強連接的可靠性和緊密性；螺紋連接在工作中可能因振動等原因?qū)е滤蓜?，防松就是為了防止這種情況發(fā)生。6.聯(lián)軸器與離合器的主要區(qū)別是聯(lián)軸器在機器運轉(zhuǎn)過程中一般不能分離兩軸，而離合器在機器運轉(zhuǎn)過程中可以隨時分離或接合兩軸。解釋：這是兩者的本質(zhì)區(qū)別，根據(jù)不同的工作要求選擇合適的聯(lián)軸器或離合器。7.齒輪傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，閉式軟齒面齒輪傳動一般按接觸強度設(shè)計，按彎曲強度校核；閉式硬齒面齒輪傳動一般按彎曲強度設(shè)計，按接觸強度校核。解釋：軟齒面齒輪的失效形式主要是接觸疲勞失效，所以先按接觸強度設(shè)計；硬齒面齒輪的失效形式主要是彎曲疲勞折斷，所以先按彎曲強度設(shè)計。8.平面四桿機構(gòu)中，若最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和，當(dāng)最短桿為連架桿時，為曲柄搖桿機構(gòu)；當(dāng)最短桿為機架時，為雙曲柄機構(gòu)；當(dāng)最短桿的對邊為機架時，為雙搖桿機構(gòu)。解釋：這是根據(jù)平面四桿機構(gòu)的桿長條件和機架的選擇來判斷機構(gòu)類型的基本規(guī)則。9.軸按所受載荷的不同可分為心軸、傳動軸和轉(zhuǎn)軸。解釋：心軸只承受彎矩，傳動軸主要承受轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)軸既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩。10.鏈傳動的主要失效形式有鏈的疲勞破壞、鏈條鉸鏈的磨損、鏈條鉸鏈的膠合和過載拉斷。解釋：鏈在交變應(yīng)力作用下會發(fā)生疲勞破壞；鏈條鉸鏈處相對轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生磨損；在高速重載下，鏈條鉸鏈處會發(fā)生膠合；過載時鏈條可能會被拉斷。三、判斷題1.平面機構(gòu)的自由度一定大于零。（×）解釋：平面機構(gòu)的自由度可以小于或等于零，當(dāng)自由度小于或等于零時，機構(gòu)不能運動或成為剛性構(gòu)架。2.帶傳動中，彈性滑動是不可避免的，打滑是可以避免的。（√）解釋：彈性滑動是由于帶的彈性變形和緊松邊拉力差引起的，是帶傳動的固有特性，不可避免；打滑是由于過載引起的，只要避免過載，就可以避免打滑。3.漸開線齒輪的齒廓形狀與基圓半徑有關(guān)，基圓半徑越大，齒廓越趨近于直線。（√）解釋：基圓半徑越大，漸開線越平直，當(dāng)基圓半徑趨于無窮大時，漸開線就變成了直線。4.滾動軸承的壽命是指軸承在正常工作條件下所能達(dá)到的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時數(shù)。（√）解釋：這是滾動軸承壽命的定義。5.螺紋連接的預(yù)緊力越大越好。（×）解釋：預(yù)緊力過大可能會導(dǎo)致螺栓過載斷裂，同時也會增加裝配難度，所以預(yù)緊力應(yīng)適當(dāng)。6.聯(lián)軸器和離合器都可以在機器運轉(zhuǎn)過程中隨時分離或接合兩軸。（×）解釋：聯(lián)軸器在機器運轉(zhuǎn)過程中一般不能分離兩軸，而離合器可以在機器運轉(zhuǎn)過程中隨時分離或接合兩軸。7.齒輪傳動的重合度越大，表明同時參與嚙合的輪齒對數(shù)越多，傳動越平穩(wěn)。（√）解釋：重合度反映了同時參與嚙合的輪齒對數(shù)，重合度越大，同時嚙合的輪齒對數(shù)越多，傳動越平穩(wěn)。8.平面四桿機構(gòu)中，只要滿足最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和，就一定能構(gòu)成曲柄搖桿機構(gòu)。（×）解釋：還需要滿足最短桿為連架桿這一條件，若最短桿為機架則為雙曲柄機構(gòu)，最短桿的對邊為機架則為雙搖桿機構(gòu)。9.軸的強度計算中，對于只承受轉(zhuǎn)矩的軸，按扭轉(zhuǎn)強度條件計算；對于既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩的軸，按彎扭合成強度條件計算。（√）解釋：這是軸強度計算的基本方法，根據(jù)軸所受載荷的不同采用不同的計算方法。10.鏈傳動的平均傳動比是恒定的，但瞬時傳動比是變化的。（√）解釋：鏈傳動的平均傳動比等于兩鏈輪齒數(shù)之比，是恒定的；但由于鏈條的多邊形效應(yīng)，瞬時傳動比是變化的。四、簡答題1.簡述平面四桿機構(gòu)的類型及判別方法。答：平面四桿機構(gòu)主要有曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)。判別方法如下：首先判斷機構(gòu)是否滿足桿長條件，即最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。-若滿足桿長條件：-當(dāng)最短桿為連架桿時，為曲柄搖桿機構(gòu)；-當(dāng)最短桿為機架時，為雙曲柄機構(gòu)；-當(dāng)最短桿的對邊為機架時，為雙搖桿機構(gòu)。-若不滿足桿長條件，則不論以哪根桿為機架，均為雙搖桿機構(gòu)。2.帶傳動為什么會產(chǎn)生彈性滑動？彈性滑動對帶傳動有什么影響？答：帶傳動工作時，由于緊邊和松邊的拉力不同，帶的彈性變形量也不同。在主動輪上，帶由緊邊進(jìn)入松邊時，帶的拉力減小，彈性變形量也減小，帶會相對于主動輪向后滑動；在從動輪上，帶由松邊進(jìn)入緊邊時，帶的拉力增大，彈性變形量也增大，帶會相對于從動輪向前滑動。這種由于帶的彈性變形而引起的帶與帶輪之間的相對滑動稱為彈性滑動。彈性滑動對帶傳動的影響有：-不能保證準(zhǔn)確的傳動比，因為彈性滑動是不可避免的，會導(dǎo)致從動輪的轉(zhuǎn)速低于理論轉(zhuǎn)速。-降低了帶傳動的效率，因為彈性滑動會消耗一部分能量。-使帶的溫度升高，加速帶的磨損。3.簡述漸開線齒輪的加工方法及根切現(xiàn)象。答：漸開線齒輪的加工方法主要有仿形法和范成法。-仿形法：是用與齒輪齒槽形狀相同的刀具來切削齒輪，如用圓盤銑刀或指狀銑刀進(jìn)行銑削。這種方法加工簡單，但加工精度低，生產(chǎn)效率也低，一般用于單件小批量生產(chǎn)。-范成法：是利用一對齒輪（或齒輪與齒條）相互嚙合時其共軛齒廓互為包絡(luò)線的原理來加工齒輪。常用的范成法加工刀具是齒輪插刀、齒條插刀和齒輪滾刀。范成法加工精度高，生產(chǎn)效率也高，適用于大批量生產(chǎn)。根切現(xiàn)象：用范成法加工齒輪時，當(dāng)?shù)毒叩凝X頂線（或齒頂圓）超過了理論嚙合線與被加工齒輪基圓的切點時，刀具的齒頂會切入輪齒的根部，將齒根部分的漸開線齒廓切去一部分，這種現(xiàn)象稱為根切。根切會削弱輪齒的強度，降低齒輪的承載能力，同時也會影響齒輪的傳動性能。為了避免根切，對于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，一般要求齒數(shù)不小于最少齒數(shù)（正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的最少齒數(shù)為\(17\)）。4.滾動軸承的基本額定動載荷和基本額定靜載荷的含義是什么？答：基本額定動載荷：是指一批相同型號的滾動軸承，在相同的條件下運轉(zhuǎn)，其中\(zhòng)(90\%\)的軸承所能承受的最大載荷，在該載荷作用下，軸承的基本額定壽命為\(10^6\)轉(zhuǎn)?；绢~定動載荷是衡量滾動軸承在動態(tài)載荷作用下承載能力的指標(biāo)?；绢~定靜載荷：是指在靜止或緩慢擺動的情況下，滾動軸承所能承受的最大載荷，在該載荷作用下，滾動體與滾道接觸處的塑性變形量不超過規(guī)定的限度。基本額定靜載荷是衡量滾動軸承在靜態(tài)載荷作用下承載能力的指標(biāo)。5.簡述螺紋連接的預(yù)緊和防松的意義及方法。答：預(yù)緊的意義：螺紋連接預(yù)緊的目的是增強連接的可靠性和緊密性。預(yù)緊可以使螺紋連接在承受工作載荷之前就受到一定的拉力，從而提高連接的剛度和密封性，防止連接在工作過程中松動。預(yù)緊的方法：一般通過擰緊螺母來實現(xiàn)預(yù)緊，可采用扳手、電動工具等工具進(jìn)行擰緊。在一些重要的連接中，還可以通過測量螺栓的伸長量來控制預(yù)緊力的大小。防松的意義：螺紋連接在工作過程中，由于振動、沖擊等原因，螺紋副之間可能會產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致連接松動，從而影響機器的正常運行，甚至?xí)l(fā)安全事故。所以防松的目的是防止螺紋副相對轉(zhuǎn)動，保證連接的可靠性。防松的方法：-摩擦防松：如采用彈簧墊圈、對頂螺母等，利用摩擦力來防止螺紋副相對轉(zhuǎn)動。-機械防松：如采用開口銷與槽形螺母、止動墊圈等，通過機械裝置來限制螺紋副的相對轉(zhuǎn)動。-永久防松：如采用點焊、鉚接等方法，使螺紋副之間形成永久性連接，不能再相對轉(zhuǎn)動。五、計算題1.計算圖1所示平面機構(gòu)的自由度，并判斷該機構(gòu)是否具有確定的運動。已知機構(gòu)中\(zhòng)(A\)、\(B\)、\(C\)、\(D\)、\(E\)、\(F\)為轉(zhuǎn)動副，\(G\)為移動副。存在圖1的機構(gòu)，實際答題時若有圖需根據(jù)圖的具體情況分析)解：首先確定活動構(gòu)件數(shù)\(n\)、低副數(shù)\(P_L\)和高副數(shù)\(P_H\)。從圖中可以看出，活動構(gòu)件數(shù)\(n=5\)（除去機架），低副數(shù)\(P_L=7\)（\(6\)個轉(zhuǎn)動副和\(1\)個移動副），高副數(shù)\(P_H=0\)。根據(jù)平面機構(gòu)自由度計算公式\(F=3n-2P_L-P_H\)，可得：\(F=3×5-2×7-0\)\(=15-14\)\(=1\)若該機構(gòu)有\(zhòng)(1\)個原動件，則機構(gòu)的自由度大于零且等于原動件的數(shù)目，機構(gòu)具有確定的運動。2.一對標(biāo)準(zhǔn)漸開線直齒圓柱齒輪傳動，已知\(z_1=20\)，\(z_2=40\)，模數(shù)\(m=5\)mm，壓力角\(\alpha=20^{\circ}\)，試計算：(1)兩輪的分度圓直徑\(d_1\)、\(d_2\)；(2)兩輪的齒頂圓直徑\(d_{a1}\)、\(d_{a2}\)；(3)兩輪的齒根圓直徑\(d_{f1}\)、\(d_{f2}\)；(4)標(biāo)準(zhǔn)中心距\(a\)。解：(1)根據(jù)分度圓直徑公式\(d=mz\)，可得：\(d_1=mz_1=5×20=100\)mm\(d_2=mz_2=5×40=200\)mm(2)對于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，齒頂高系數(shù)\(h_a^=1\)，則齒頂圓直徑公式為\(d_a=d+2h_a^m\)，可得：\(d_{a1}=d_1+2h_a^m=100+2×1×5=110\)mm\(d_{a2}=d_2+2h_a^m=200+2×1×5=210\)mm(3)齒根高系數(shù)\(h_f^=1.25\)，則齒根圓直徑公式為\(d_f=d-2h_f^m\)，可得：\(d_{f1}=d_1-2h_f^m=100-2×1.25×5=87.5\)mm\(d_{f2}=d_2-2h_f^m=200-2×1.25×5=187.5\)mm(4)標(biāo)準(zhǔn)中心距公式為\(a=\frac{d_1+d_2}{2}\)，可得：\(a=\frac{100+200}{2}=150\)mm3.某軸用一對深溝球軸承支承，已知軸承所受的徑向載荷\(F_{r1}=2000\)N，\(F_{r2}=3000\)N，軸向載荷\(F_a=1000\)N，轉(zhuǎn)速\(n=1000\)r/min，預(yù)期壽命\(L_{h}'=10000\)h，試選擇軸承型號。（注：深溝球軸承的內(nèi)部軸向力\(S=\frac{F_r}{2Y}\)，當(dāng)\(\frac{F_a}{F_r}\leqe\)時，\(X=1\)，\(Y=0\)；當(dāng)\(\frac{F_a}{F_r}\gte\)時，\(X=0.56\)，\(Y\)查手冊，\(e\)查手冊，載荷系數(shù)\(f_p=1.1\)）解：(1)計算內(nèi)部軸向力\(S_1\)和\(S_2\)：假設(shè)選用的深溝球軸承\(zhòng)(Y=1.6\)（具體數(shù)值需根據(jù)后續(xù)計算結(jié)果查手冊確定），則\(S_1=\frac{F_{r1}}{2Y}=\frac{2000}{2×1.6}=625\)N，\(S_2=\frac{F_{r2}}{2Y}=\frac{3000}{2×1.6}=937.5\)N。(2)計算軸向載荷\(F_{a1}\)和\(F_{a2}\)：因為\(S_2+F_a=937.5+1000=1937.5\)N\(\gtS_1\)，所以\(F_{a1}=S_2+F_a=1937.5\)N，\(F_{a2}=S_2=937