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机械设计基础考试试题及答案
《机械设计基础》
考试时间:
2014年11月24日9:
00-10:
40
一、单项选择题(本大题共20小题,每小题2分,共40分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的,请将正确选项前的字母填在题后的括号内。
1.在如图所示的齿轮—凸轮轴系中,轴4称为(A)
A零件
B.机构
C.构件
D.部件
2.若组成运动副的两构件间的相对运动是移动,则称这种运动副为(B)
A.转动副B.移动副C.球面副D.螺旋副
3.渐开线齿轮的齿廓曲线形状取决于(D)
A.分度圆B.齿顶圆C.齿根圆D.基圆
4.机构具有确定相对运动的条件是(A)
A.机构的自由度数目等于主动件数目B.机构的自由度数目大于主动件数目
C.机构的自由度数目小于主动件数目D.机构的自由度数目大于等于主动件数目
5.一般转速的滚动轴承计算准则为(C)
A.进行静强度计算B.进行极限转速计算C.进行疲劳寿命计算D.进行热平衡计算
6.柴油机曲轴中部的轴承应采用(B)
A.整体式滑动轴承B.剖分式滑动轴承C.深沟球轴承D.圆锥滚子轴承
7.螺纹联接的自锁条件为(A)
A.螺纹升角≤当量摩擦角B.螺纹升角>摩擦角C.螺纹升角≥摩擦角D.螺纹升角≥当量摩擦角
8.机械运转不均匀系数是用来描述机械运转不均匀程度的重要参数,其表达式为(C)
A.
B.
C.
D.
9.铰链四杆机构的死点位置发生在(A)
A.从动件与连杆共线位置B.从动件与机架共线位置
C.主动件与连杆共线位置D.主动件与机架共线位置
10.当轴的转速较低,且只承受较大的径向载荷时,宜选用(C)
A.深沟球轴承B.推力球轴承C.圆柱滚子轴承D.圆锥滚子轴承
11.作单向运转的转轴,其弯曲应力的变化特征是(A)
A.对称循环B.脉动循环C.恒定不变D.非对称循环
12.在一般机械传动中,若需要采用带传动时,应优先选用(C)
A.圆型带传动B.同步带传动C.V型带传动D.平型带传动
13.铰链四杆机构中,若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和,则为了获得曲柄摇杆机构,其机架应取(B)
A.最短杆B.最短杆的相邻杆C.最短杆的相对杆D.任何一杆
14.若被联接件之一厚度较大、材料较软、强度较低、需要经常装拆时,宜采用(B)
A.螺栓联接B.双头螺柱联接C.螺钉联接D.紧定螺钉联接
15.在凸轮机构的从动件选用等速运动规律时,其从动件的运动(A)
A.将产生刚性冲击B.将产生柔性冲击C.没有冲击D.既有刚性冲击又有柔性冲击
16.与标准直齿圆柱齿轮的复合齿轮形系数YFS值有关的参数是(C)
A.工作齿宽bB.模数mC.齿数zD.压力角α
17.齿轮传动中,轮齿齿面的疲劳点蚀经常发生在(B)
A.齿根部分B.靠近节线处的齿根部分C.齿顶部分D.靠近节线处的齿顶部分
18.普通圆柱蜗杆传动的正确啮合条件是(B)(注:
下标t表示端面,a表示轴向,1表示蜗杆、2表示蜗轮)
A.mt1=ma2,αt1=αa2,γ=βB.ma1=mt2,αa1=αt2,γ=β
C.mt1=ma2,αt1=αa2,γ=-βD.ma1=ma2,αa1=αt2,γ=-β
19.下列联轴器中,能补偿两轴的相对位移并可缓冲、吸振的是(D)
A.凸缘联轴器B.齿式联轴器C.万向联轴器D.弹性柱销联轴器
20.带传动的主要失效形式是带的(A)
A.疲劳拉断和打滑B.磨损和胶合C.胶合和打滑D.磨损和疲劳点蚀
二、填空题(本大题共10小题,每小题1分,共10分)
21.在机构中采用虚约束的目的是为了改善机构的运动状况和受力情况。
22.对于动不平衡的回转件,需加平衡质量的最少数目为2。
23.摆动导杆机构的极位夹角与导杆摆角的关系为两者相等。
24.在内啮合槽轮机构中,主动拨盘与从动槽轮的转向相同。
25.普通平键的剖面尺寸(b×h),一般应根据轴径按标准选择。
26.链传动是依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力的,所以应属于啮合传动。
27.在一对齿轮啮合时,其大小齿轮接触应力值的关系是σH1=σH2。
28.蜗杆传动的效率包括三部分,其中起主要作用的是齿轮啮合时的摩擦损耗效率。
29.滑动轴承的转速越高,所选用的润滑油粘度越大。
30.联轴器型号是根据计算转矩、转速和轴径从标准中选取的。
三、分析题(本大题共2小题,每小题6分,共12分)
31.已知在一级蜗杆传动中,蜗杆为主动轮,蜗轮的螺旋线方向和转动方向如图所示。
试将蜗杆、蜗轮的轴向力、圆周力、蜗杆的螺旋线方向和转动方向标在图中。
32.试分析只受预紧力F′作用的单个螺栓联接的应力情况,写出其强度计算公式,并指出公式中每个参数的物理意义。
四、计算题(本大题共4小题,每小题6分,共24分)
33.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明确指出。
34.已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮传动的标准中心距a=108mm,传动比i12=3,小齿轮的齿数z1=18。
试确定大齿轮的齿数z2、齿轮的模数m和两轮的分度圆直径、齿顶圆直径。
35.在图示传动装置中,已知各轮齿数为:
z1=20,z2=40,z3=20,z4=30,z5=80,运动从Ⅰ轴输入,Ⅱ轴输出,nⅠ=1000r/min,转动方向如图所示。
试求输出轴Ⅱ的转速nⅡ及转动方向。
36.某轴用一对圆锥滚子轴承支承,外圈窄边相对安装,已知两轴承所承受的径向载荷分别为FrⅠ=9000N,FrⅡ=5000N,其内部轴向力分别为FSⅠ=2430N,FSⅡ=1350N,传动件作用于轴上的轴向力FA=1000N,判断系数e=0.32,当Fa/Fr≤e时,X=1,Y=0,当Fa/Fr>e时,X=0.4,Y=1.88。
试分别计算出轴承的当量动载荷。
五、设计题(本大题共2小题,每小题7分,共14分)
37.图示为一偏置式直动尖底从动件盘形凸轮机构。
已知从动件尖底与凸轮廓线在B0点接触时为初始位置。
试用作图法在图上标出:
(1)当凸轮从初始位置转过
=90°时,从动件走过的位移S1;
(2)当从动件尖底与凸轮廓线在B2点接触时,凸轮转过的相应角度
。
说明:
(1)不必作文字说明,但必须保留作图线;
(2)S1和
只需在图上标出,不必度量出数值。
38.图示为用一对圆锥滚子轴承外圆窄外圈窄边相对安装的轴系结构。
试按例①所示,指出图中的其它结构错误(不少于7处)。
(注:
润滑方式、倒角和圆角忽略不计。
)
《机械设计基础》试题一参考答案
一、单项选择题(本大题共20小题,每小题2分,共40分)
1.A2.B3.D4.A5.C6.B7.A8.C9.A10.C
11.A12.C13.B14.B15.A16.C17.B18.B19.D20.A
二、填空题(本大题共10小题,每小题1分,共10分)
21.受力情况22.223.两者相等24.相同25.轴径
26.啮合27.等于28.轮齿啮合时29.大30.轴径
三、分析题(本大题共2小题,每小题6分,共12分)
31.蜗轩转动方向如图所示
蜗杆为右旋
Ft2与蜗轮分度圆相切,指向左端
Ft1与蜗杆分度圆相切,指向右端
Fa1与蜗杆轴线平行,指向右
Fa2与蜗轮轴线平行,指向左
32.螺栓受到拉应力σ和扭转剪应力τ的作用
σ=
≤[σ]σ—拉应力,d1—螺栓最小直径,[σ]—许用拉应力。
四、计算题(本大题共4小题,每小题6分,共24分)
33.
(1)F处为复合铰链,H处(或I处)为虚约束,应除去
(2)计算自由度:
n=6,PL=8,PA=1
F=3n-2P1—PH=3×6-2×8-1=1
34.∵i12=
=3∴Z2=i12Z1=3×18=54
∵a=
(z1+z2)∴m=
=3mm
d1=mz1=3×18=54mmd2=mz2=3×54=162mm
da1=d1+2ha*m=54+6=60mmda2=d2+2ha*m=162+6=168nn
35.这是一个混合轮系:
齿轮3、4、5和系杆H组成一个行星轮系;齿轮1、2组成一个定轴轮系。
对于3、4、5、H组成的行星轮系,有
i
将n5=0代入上式得
即
=1+4=5……………
(1)
对于1、2齿轮组成的定轴轮系,有i
即
=-2…
(2)
联立解
(1)、
(2)式,并考虑到nⅠ=n1,n2=nH,n3=nⅡ得
将nⅠ=1000r/min代入,得nⅡ=-2500r/min
负号说明nⅡ转向与nⅠ转向相反。
36.轴向力:
FSⅠ+FA=2430+1000=3430N>SⅡ
轴承Ⅰ被放松FaⅠ=FSⅠ=2430N
轴承Ⅱ被压紧FaⅡ=FSⅡ=3430N
当量动载荷
FaⅠ/FrⅠ=2430/9000=0.27 XⅠ=1YⅠ=0 PⅠ=XⅠFrⅠ=9000N FaⅡ/FrⅡ=3430/5000=0.686>e XⅡ=0.4YⅡ=1.88 PⅡ=XⅡFYⅡ+YⅡFaⅡ=0.4×5000+1.88×3430=12672.6N 五、设计题(本大题共2小题,每小题7分,共14分) 37.如图所示,正确作出偏距圆,按-ω方向转90°,在图上正确标出S1 过B2点作偏距圆切线,正确标出 2角 38. (1)缺少调整垫片; (2)轮毂键槽结构不对; (3)与齿轮处键槽的位置不在同一角度上; (4)键槽处没有局部剖; (5)端盖孔与轴径间无间隙; (6)多一个键; (7)齿轮左侧轴向定位不可靠; (8)齿轮右侧无轴向定位; (9)轴承安装方向不对; (10)轴承外圈定位超高; (11)轴与轴承端盖相碰。 《机械设计基础》试题二 一、选择填空题(有7小题,每题2分,共14。 在每小题的选项中,只有一项是符合题目要求的,把所选项的字母填在题中的横线上) 1.家用缝纫机踏板机构属于_A_机构; A)曲柄摇杆,B)双曲柄,C)双摇杆 2.V带(三角带)传动的带轮基准直径应取为_____B_________; A)D1B)D2C)D3D)D4 3.设计V带传动时,带轮直径不能太小,是为了限制_D_; A)带的长度,B)传动的中心距,C)带的离心力,D)带的弯曲应力 4.标准蜗杆传动中,如果模数m不变,增大蜗杆特性系数q,则蜗杆的刚度将__; A)增大,B)减少,C)增大或减少,D)不变 5.普通螺纹的公称直径是_A_径; A)大,B)小,C)中 6.齿轮弯曲强度计算中所用的齿形系数YF的大小与齿轮的_A_有关; A)齿数,B)模数,C)齿宽 7.齿轮的渐开线形状取决于它的_C_。 A)齿顶圆,B)分度圆,C)基圆,D)齿根圆 二、填空题(有4小题,16个空,每空1分,共16分。 把答案填在题中横线上) 8.机构运动简图是____ ,,的简单图形。 9.6105(旧标准代号105)轴承,精度是_______、内径为________、________系列的___________轴承; 10.工作中只受弯矩不受转矩的轴叫作心轴,只受转矩不受弯矩的轴叫作传动轴,同时受弯矩和转矩的轴叫作转轴,自行车的前轴是心轴,中轴是转轴,后轴是心轴; 11.平键联接靠___________________传递转矩,楔键联接靠___________________传递转矩,楔键联接的主要缺点是___________________________; 三、问答题(有3小题,每题5分,共15分) 12.对轴瓦材料的主要要求有哪些? 13.螺纹联接有哪几种基本类型? 它们各适用于什么场合? 14.典型的滚动轴承由哪些基本元件组成? 它们的作用是什么? 四、改错题(有1小题,每题2分,共2分,圈出题中文字错误处,并用线引在题外的空白处改正) 15.最大应力max值相同,循环特征r分别是+1、0、-1的应力,其中r=+1的应力最易使零件疲劳损伤。 五、计算题(有4小题,分别为5分,8分,8分,8分,共29分) 16.计算图示机构的自由度。 如有复合铰链、局部自由度和虚约束,应指出。 17.不完全液体润滑(混合润滑)径向滑动轴承,d=60mm,宽径比B/d=1.2,轴承材料的[p]=5MPa,[V]=3m/s,[pV]=10MPa.m/s。 求当n=600r/min时,轴承允许的最大载荷为多少。 18.一起重吊钩通过尾部螺纹拧上螺母挂在吊具的孔中(看作松螺栓联接)已知载荷Q=25kN,吊钩材料为35钢,许用应力[]=60N/mm2,试求吊钩尾部螺纹的小径。 19.已知V带传动中,最大传递功率P=8kW,带的速度v=10m/s,若紧边拉力F1为松边拉力F2的2倍,此时小带轮上包角1=120,求: (1)有效拉力Fe; (2)紧边拉力F1;(3)当量摩擦因数fˊ。 六、作图题(有4小题,每题2.5分,共10分) 20.画出普通螺栓联接的结构图; 21.对图所示的机构,用作图法找出滑块C的两个极限位置。 22.画出普通平键A型、B型、C型的形状; 23.按μl=1mm/mm画出模数m=10mm,α=20°的标准齿条齿廓,最少三个齿; 七、结构改错题(每指出一处,并正确说明错误内容的,得2分,总分为10分) 24.图中为一对圆锥滚子轴承支承的轴系,齿轮油润滑,轴承脂润滑,轴端装有联轴器。 试指出图中的错误(在图中错误处写出序号 …),并按序号简要说明错误的内容,不必在图中改正。 《机械设计基础》试题二参考答案 一、选择填空题(有7小题,每题2分,共14分) 1.A2.B3.D4.A5.A6.A7.C 二、填空题(有4小题,16个空,每空1分,共16分) 8.用简单的线条和规定的符号代表构件和运动副,并按一定比例绘制各运动副的相对位置,因而能说明机构各构件间相对运动关系 9.P0,25,特轻,深沟球; 10.心,传动,转,心,转,心; 11.挤压,摩擦,对心性不好; 三、问答题(有3小题,每题5分,共15分) 12.答: (1)强度、塑性、摩擦顺应性和嵌入性好; (2)跑合性、减摩性和耐磨性好; (3)耐腐蚀性强;(4)润滑性和导热性良好;(5)工艺性好 13.答: 序号 螺纹联接的基本类型 适用的场合 1 螺栓联接 普通螺栓联接 两被联接件通孔 铰制孔螺栓联接 两被联接件通孔,且两被联接件需要精确固定相对位置,或承受横向载荷 2 双头螺柱联接 被联接件之一太厚不宜制成通孔,材料又较软,且需经常拆卸 3 螺钉联接 被联接件之一太厚不宜制成通孔,受力不大,且不需经常拆卸 4 紧定螺钉联接 固定两个零件的相对位置,且力或转矩不大时;也用于调整零件的位置 14.答: 内圈,内圈用来和轴颈装配。 外圈,外圈用来和轴承座装配。 滚动体,滚动体的作用是当内圈、外圈相对转动时,滚动体在内、外圈的滚道间滚动,从而形成滚动摩擦。 保持架,保持架的作用是避免相邻的滚动体直接接触。 四、改错题(有1小题,每题2分,共2分) 15.答: r=+1→r=-1 五、计算题(有4小题,分别为6分,8分,8分,8分,共30分) 16.(本小题6分) B处存在局部自由度。 17.(本小题8分) 由 ; 得 由 得 所以轴承允许的最大载荷为 ,即 18.(本小题8分)解: 由松螺栓联接的设计公式得螺纹小径为 19.(本小题8分)解: 有效拉力Fe=1000P/v=1000×8/10=800N(2分) 又知: F1-F2=Fe,F1=2F2 则紧边拉力F1=2Fe=1600N(3分) 根据欧拉公式 得当量摩擦系数f=ln(F1/F2)/α=ln2/(3.14×120/180) =0.693/2.0933=0.331(3分) 六、作图题(有5小题,每题2分,共10分) 20.答: 见图1 21.答: 见图2 22.答: 利用曲柄与连杆共线时,滑块达到极限位置这一知识,以A为圆心,分别以BC-AC和BC+AC为半径画圆,与导路的两个交点C1和C2即可得到滑块C的两个极限位置,如图3所示 23.答: 见图5 24.答: 根据齿距p=πm=3.14×10=31.4mm,齿顶高ha=m=10mm,齿根高hf=1.25m=12.5mm,齿廓压力角α=20°画出的图见图6 七、结构改错题(每指出一处,并正确说明错误内容的,得2分,总分为10分) 25.答: 错误处见图 1)键的位置应与齿轮处在同一直线上,而且结构不正确; 2)轴承盖孔径应大于轴径,避免接触; 3)此处不应有键联接; 4)轴长应短于轮毂长度,保证轴套压紧齿轮; 5)轴应有轴环,使齿轮定位; 6)轴承应正装; 7)轴不应与轴承盖相碰,且不需这么长; 8)左右两轴承盖与箱体间应有调整垫片; 9)两轴承内侧应加封油环; 10)箱体加工面与非加工面未分开; 11)齿轮啮合的画法不对; 12)两齿轮的宽度应不等,B1=B2+(3~5); 13)右端轴承缺中心线; 14)箱体机座孔的投影线漏画; 15)右轴承盖缺联接螺钉; 16)左轴承盖的加工面与非加工面未分开。 每指出一处,并正确说明错误内容的,得2分,超过5个,得满分10 《机械设计基础》试题三 一、选择填空题(有8小题,每题2分,共16。 在每小题的选项中,只有一项是符合题目要求的,把所选项的字母填在题中的横线上) 1.用于制造滚动轴承套圈及滚动体的常用材料是__; A)45,B)GCr15,C)HT200,D)Q235 2.__决定了从动件的运动规律; A)凸轮转速,B)凸轮轮廓曲线,C)凸轮的形状 3.一对标准齿轮传动,大小齿轮齿面接触应力分别为H1,H2,则存在__; A)H1H2,B)H1H2,C)H1=H2 4.两个被联接件之一较厚,材料较软,强度较低,且需要经常装拆时,所用的螺纹联接应为__联接; A)螺栓,B)双头螺柱,C)螺钉,D)紧定螺钉 5.带传动与齿轮传动相比的一个优点是__; A)可缓和冲击、吸收振动,B)传动比稳定,C)寿命长,D)效率高 6.按弯扭合成计算轴的强度时,计算当量弯矩公式 中的系数α是考虑__; A)材料抗弯与抗扭的性能不同,B)弯曲应力和扭转切应力的循环性质不同, C)强度理论的要求 7.齿轮根切的现象发生在__的场合; A)齿数较少,B)齿数较多,C)模数较小,D)模数较大 8.不能保证固定不变的传动比的传动是__; A)齿轮传动,B)带传动,C)蜗杆传动 二、填空题(有6小题,16个空,每空1分,共16分。 把答案填在题中横线上) 9.以凸轮的理论轮廓曲线的最小半径所做的圆称为________; 10.渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是________、________; 11.对钢制闭式齿轮传动,当HB350时,主要失效形式为__________和__________,应按_______________强度设计,并按_________________强度进行校核计算; 12.直齿标准齿轮的基本参数(用符号表示)是______、______、______、______、c*; 13.凸轮机构主要由___________、___________和固定机架三个基本构件组成; 14.在铰链四杆机构中,能作整周连续旋转的构件称为___________,只能往复摇摆某一角度的构件称为___________,直接与两连架杆相连接,借以传递运动和动力的构件称为___________; 三、问答题(有4小题,每题5分,共20分) 15.螺纹联接的防松方法,按工作原理来分可分为哪几种? 要求每一种举一例。 16.什么是滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷? 17.试解释带传动中弹性滑动和打滑现象。 弹性滑动和打滑会引起什么后果? 二者都可以避免吗? 18.铰链四杆机构的基本形式有几种? 四、改错题(有1小题,每题2分,共2分,圈出题中文字错误处,并用线引在题外的空白处改正) 19.仅承受扭矩的轴叫转轴。 五、计算题(有4小题,分别为5分,8分,9分,8分,共30分) 20.下图为某深沟球轴承的载荷P与寿命L的关系曲线,试求: 1)此轴承的基本额定动载荷C; 2)若轴承当量动载荷P=0.1C,轴承转速n=1000r/min,轴承寿命Lh为多少? 21.有一滑动轴承,其轴颈直径d=100mm,B/d=1.4,[p]=8MPa,[V]=3 m/s,[pV]=15MPa.m/s,转速n=500r/min,问此轴承允许最大工作载荷为多少? 22.如图所示用两个M10(小径 ,中径 ,)的螺钉固定一牵引钩。 若螺钉材料为Q235钢,屈服极限 ,装配时控制预紧力(安全系数取 ),考虑摩擦传力的可靠性系数(防滑系数) 接合面摩擦因数=0.2,求其允许的牵引力FR(取计算直径dc=d1)。 23.一对外啮合标准直齿圆柱齿轮,已知模数m=2mm,齿数z1=25,z2=75。 求齿距p,全齿高h,分度圆直径d1,d2,齿顶圆直径da1,齿根圆直径df2,标准中心距a和传动比i。 六、分析题(有1小题,每题6分,共6分) 24.按图所示铰链四杆机构中的尺寸,分别确定各机构的名称。 七、作图题(有2小题,每题5分,共10分) 25.请画出螺栓联接式蜗轮结构图(剖面图)。 26.试分析图中受单向轴向力Fa的角接触球轴承结构中的不合理结构处,并画出正确结构。 《机械设计基础》试题三参考答案 一、选择填空题(有8小题,每题2分,共16分) 1.B2.B3.C4.B5.A6.B7.A8.B 二、填空题(有12小题,16个空,每空1分,共16分) 9.基圆 10.m1=m2,α1=α2; 11.点蚀,轮齿折断,接触,弯曲; 12.z,m,α,ha*; 13.凸轮,从动件; 14.曲柄,摇杆,连杆; 三、问答题(有5小题,每题4分,共20分) 15.答: 摩擦防松,如用对顶螺母,弹簧垫圈,自琐螺母等。 机械防松,如开口销与六角开槽螺母,止动垫圈,串联钢丝等。 其它防松,如铆冲,胶粘等 16.答: 按一组轴承中10%的轴承发生点蚀失效,而90%的轴承不发生点蚀失效前轴承内外圈的相对转数(以106为单位)或工作小时数作为轴承的寿命,并把这个寿命叫做基本额定寿命。 滚动轴承基本额定动载荷,就是使轴承的基本额定寿命恰好为106转时,轴承所能承受的载荷。 17.答: 带传动的弹性滑动与打滑的主要区别是弹性滑动是局部滑动,会引起传动比不准,是不可避免的;打滑是全面滑动,将是带的磨损加剧,从动轮的转速急剧降低,甚至使传动失效,这种情况应当避免。 18.答: 铰链四杆机构的基本型式有三种: 曲柄摇杆机构;双曲柄机构;双摇杆机构 四、改错题(有1小题,每题2分,共2分) 19.答: 转轴→传动轴
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