机械设计基础模拟题（含答案）

机械设计基础试卷1

一、选择题：本大题共15个小题，每小题3分，共45分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目的要求，把所选择项前的字母填在题后的括号内。

1．下列铰链四杆机构中，能实现急回运动的是

A．双摇杆机构 B.曲柄摇杆机构

C．双曲柄机构 D.对心曲柄滑块机构 【 】

2．平面连杆机构中，当传动角γ较大时，则

A．机构的传力性能较好 B. 机构的传力性能较差 C．可以满足机构的自锁要求 D.机构的效率较低

3．当一对渐开线齿轮制成后，即使两轮的中心距稍有改变，其角速度比仍保持原值不变，原因是：

A. 压力角不变 B. 啮合角不变

C．节圆半径不变 D. 基圆半径不变 【 】

4．渐开线齿轮实现连续传动时，其重合度为

A．ε<0 B.ε=0 C.ε<1 D. ε≥1 【 】

5. 塑性材料制成的零件进行静强度计算时，其极限应力为 A．σ【 】

6. 下列四种螺纹中，自锁性能最好的是

A．粗牙普通螺纹 B.细牙普通螺纹

B

B. σ

s

C. σ

0

D. σ

－

1

C．梯形螺纹 D.锯齿形螺纹 【 】

7．普通平键联接在选定尺寸后，主要是验算其 A．挤压强度 B. 剪切强度

C．弯曲强度 D. 耐磨性 【 】

8．一对相啮合的圆柱齿轮的Z2>Z1，b1>b2,其接触应力的大小是 A．σC. σ【 】

H1<σH2 H1=

B. σ

H2

H1 >σH2

σD. 可能相等，也可能不等

1

9．实际齿数相同时，直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮三者齿形系数之间的关系为

A．直齿圆柱齿轮的最大 B. 斜齿圆柱齿轮的最大

C．直齿圆锥齿轮的最大 D. 三者数值相同 【 】

10．在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，可采用的方法为： A．减小齿面滑动速度υ

s

B. 减少蜗杆头数Z1

C．增加蜗杆头数Z1 D. 增大蜗杆直径系数q 【 】

11. 带传动中，弹性滑动 A．在张紧力足够时可以避免 B．在传递功率较小时可以避免 C．在小带轮包角足够大时可以避免 D【 】

12．带传动作减速传动时，带的最大应力σA.σ1+σC. σ【 】

13. 转轴的变曲应力为

A．对称循环变应力 B.脉动循环变应力 C

．

非

对

称

循

环

变

应

力

D.

静

应

b1+σc B. 2+

max等于

．是不可避免

σ1+σ

b2+σc

σb1+σ

c

D. σ2+σb2+σc

力

【 】

14．在基本额定动载荷C作用下，滚动轴承的基本额定寿命为106转时，其可靠度为

A．10% B. 80% C.90% D.99% 【 】

15．在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指 A．弹簧外径与簧丝直径之比值 B．弹簧内径与簧丝直径之比值 C．弹簧自由高度与簧丝直径之比值

D．弹簧中径与簧丝直径之比值

二、填空题：本大题共10个小题，每空1分，共20分。把答案填在题中横线上。

16．槽轮机构的主要参数是 和 。

2

17．机械速度的波动可分为 和 两类。

18．轴向尺寸较大的回转件，应进行 平衡，平衡时要选择 个回转平面。

19．当一对齿轮的材料、齿数比一定时，影响齿面接触强度的几何尺寸参数主要是 和 。

20．直齿圆柱齿轮作接触强度计算时，取 处的接触应力为计算依据，其载荷由 对轮齿承担。

21．蜗杆传动作接触强度计算时，铝铁青铜ZCuAl10Fe3制作的蜗轮，承载能力取决于抗

能力；锡青铜ZCuSn10P1制作的蜗轮，承载能力取决于抗 能力。

22．若带传动的初拉力一定，增大 和 都可提高带传动的极限摩擦力。

23．滚子链传动中，链的 链速是常数，而其 链速是变化的。

24．轴如按受载性质区分，主要受 的轴为心轴，主要受 的轴为传动轴。

25．非液体摩擦滑动轴承进行工作能力计算时，为了防止过度磨损，必须使 ；而为了防止过热必须使 。

三、分析题：本大题2个小题，共15分

26．（本题满分5分）

图1所示链铰四杆机构中，各构件的长度为a=250mm,b=650mm, C=450mm,d=550mm。试问：该机构是哪种铰链四杆机构，并说明理由。

图1

27．（本题满分10分）

图2所示展开式二级斜齿圆柱齿轮传动，I轴为输入轴，已知小齿轮1的转向n1和齿轮1、2的轮齿旋向如图所示。为使中间轴II所受的轴向力可抵消一部分，试确定斜齿轮3的轮齿旋向，并在图上标出齿轮2、3所受的圆周力Ft2、Ft3和轴向力Fa2、Fa3的方向。（垂直

3

纸面的力，向纸内画稍 ， 向纸外画⊙）

Ⅰ

Ⅱ 图2 Ⅲ 四、计算题；本大题共5个小题，共48分。

28．（本题满分6分）

计算图3所示机构的自由度（若图中含有复合铰链、局部自由度和虚约束等情况时，应具体指出）。

图3

29．（本题满分12分）

一对标准渐开线直齿圆柱齿轮外啮合传动，已知标准中心距a=160mm，传动比i12=3,大齿轮齿数Z2=60，齿顶高系数h*a=1,径向间隙系数C*=0.25，分度圆压力角a=20°.试求出： （1）齿轮的模数m,小齿轮1的分度圆半径r1;基圆半径rb1;分度圆上的齿厚S。 （2）若实际安装中心距a=164mm时，计算啮合角a，及小齿轮的节圆半径r1

30. (本题满分10分)

已知图4所示轮系中各齿轮的齿数为：Z1=20，Z2=30，Z3=80，Z4=25，Z5=50。求轮系的传动比i15。

4

图4

31．（本题满分10分）

图5表示两平板用2个M20的普通螺栓联接，承受横向载荷F=6000N，若取接合面间的摩擦系数?=0.2，可靠性系数KS=1.2，螺栓材料的的许用应力[σ]=120N/mm2,螺栓的小径d1=17.294mm。试校核螺栓的强度。

图5

32．（本题满分10分）

一对70000AC型角接触球轴承背对背反安装在图6所示轴系中，轴承1的径向载荷R1=2000N，轴承2的径向载荷R2=4000N，轴上作用的轴向外载荷FA=800N，轴承附加轴向力S的计算式为S=0.68R。求轴承1和轴承2的轴向载荷A1和A2。

12R1R2图6

五、作图题：本大题只有1个小题，满分10分

33．已知一对心直动尖顶移动从动件盘形凸轮机构如图7所示，凸轮为以B点为中心的圆盘，A点为其回转中心。试用作图法画出：

5

（1）凸轮的基圆和基圆半径r0;

（2） 凸轮机构的从动件尖顶在图示位置C点与凸轮接触时，从动件的位移S； （3）从动件尖顶在图示C点和D点接触时压力角α。

图7

六、结构改错题：本大题只有1个小题，满分12分

34．在图8上直接改正轴系结构的错误。（齿轮传动油润滑，滚动轴承脂润滑，轴端安装V带轮）

6

机械设计基础试题参考答案及评分标准

一、选择题：每小题3分，共45分。

1.B 2.A 3.D 4.D 5.B 6.B 7.A 8.C 9.A 10.C 11.D 12.A 13.A 14.C 15.D

二、填空题：每空1分，共20分。

16．槽数z 拨盘圆销数K 17. 周期性 非周期性 18．动 两 20. 节点 一

19. 分度圆直径d1（或中心距a） 齿宽b 21. 胶合 点蚀 23. 平均 瞬时 25. p??p?22．包角?1 摩擦系数 24．弯矩 扭矩

p???p??

三、分析题：共15分

26．（本题满分5分）最短杆与最长杆长度之和（250+650）小于其余两杆长度之和（450+550），满足存在曲柄的必要条件，且最短杆为连架杆。 ……………（3分） 故该铰链四杆机构为曲柄摇杆机构。 27．（本题满分10分） 答案参见第27题答案图 斜齿轮3、4的轮齿旋向 Ft2、Fa2、Ft3、Fa3的方向

……………（2分）

……………（8分）

……………（2分）

第27题答案图

7

四、计算题：共48分。

28．（本题满分6分） 解 F?3?4?2?5?1?1 E、F处之一为虚约束 29．（本题满分12分） 解（1）小齿轮齿数 z1?模数 m?

……………（4分） ……………（2分）

z260??20 i3

……………（2分）

2a2?160??4mm

z1?z220?60分度圆半径 r?mz14?20??40mm 22 ……………（2分）

……………（2分） ……………（2分）

基圆半径 rb1?r1cos??40cos20??37.59mm

3.14?4?6.28mm

22acos?160cos20?（2）cos?????0.9168

??a?分度圆齿厚 s??m?

???23.54?

节圆半径r1??rb1/cos???37.59/cos23.54? =41.00mm （或r1??a?164??41.00mm） 1?i1?3 ……………（2分）

30．（本题满分10分）

解 该轮系为混合轮系。由齿轮1、2、3和转臂H组成行星轮系，齿轮3固定，?3?0。 则 i13?H?1??Hz80??3????4

?3??Hz120得i1H??1?5 ?H?i14?i1H?5

……………（6分）

由题图知 ?4??H由题图轮4、5组成定轴轮系，则

i45?z?450??5????2 ?5z425 ……………（2分）

8

i15?i14?i45?5???2???10

……………（2分）

31．（本题满分10分）

解 一个螺栓的横向工作载荷 R?Fz?60002?3000N ……………（1分） 预紧力 QKsRp?fm?1.2?30000.2?1?18000N

……………（4分）

强度校核 ??1.3Qp1.3?d??18000?17.2942?99.67N/mm22 1?44????? 强度满足

……………（4分）

32．（本题满分10分）

解 S1?0.68R1?0.68?2000?1360N

S2?0.68R2?0.68?4000?2720N

S1、S2方向见第32题答案图

?FA?S2?800?2720?3520N?S1

? 轴承1“压紧”，A1=FA+S2=3520N

……………（5分） 轴承2“放松”，A2=S2=2720N

……………（5分）

第32题答案图

10分。

33．答案见第33题答案图。 基圆和基圆半径r0

……………（3分） 从动件在C点接触时位移s ……………（3分） 在C点和D点接触时压力角α

……………（4分）

9

五、作图题：本题满分

第33题答案图

六、结构改错题：本题满分12分 34．答案见第34题答案图

第34题答案图

①应画出键； ③画出密封件；

②去掉套筒，画出定位轴肩； ④轴承改为面对面正安装； ⑥键长应短于轮毂长度； ⑧左右两轴承盖与箱体间加垫片。

……………（2分）

⑤缩短装齿轮的轴段长度； ⑦左右两轴承内侧加档油环； 每改正1处错误 （改正6处错误得满分）

10

机械设计基础试卷 2

一、选择题：本题共16个小题，每小题3分，共48分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。把所选项前的字母填在题后的括号内。

1．在曲柄摇杆机构中，为提高机构的传力性能，应该 A．增大传动角γ B. 减小传动角γ

C．增大压力角α D. 减小极位夹角θ 2．渐开线标准齿轮的根切现象，发生在 A．模数较大时 B. 模数较小时

C．齿轮较少时 D. 齿数较多时 3．斜齿圆柱齿轮的法面模数mn与端面模数mt的关系式，应该是 A．mn=mtsinβ B. mn=mt/cosβ

C．mn=mtcosβ D. mn=mtcosα 4．调节周期性速度波动的方法是在机械中加一个飞轮，其作用是使

A．机械运转速度的波动可以消除 B．机械运转速度的波动可以减小 C．机械运转的平均角速度ωm可以减小

D．机械运转的平均角速度ωm可以增大 5．动平衡的条件是，回转件中各个质量产生的

A．离心力的合力等于零

B．离心力的合力和合力偶矩均等于零 C．离心力的合力偶矩等于零

D. 离心力的合力和合力偶矩均不等于零 6．仅受预紧力Fˊ作用的紧螺栓联接，其螺栓的计算应力σca=1.3Fˊ/大30%的原因是考虑

A．安装时可能产生的偏心载荷 B．载荷可能有波动 C．拉伸和扭转的复合作用

D．螺栓材料的机械性能不稳定 7．在一般工作条件下，齿面硬度HB≤350的闭式钢制齿轮传动，通常的主要失效形式为

A．轮齿疲劳折断 B. 齿面疲劳点蚀

C．齿面胶合 D. 齿面塑性变形 8．齿轮传动中，轮齿的齿面疲劳点蚀，通常首先发生在

A．齿顶部分 B. 靠近节线的齿顶部分

?2d1,将拉应力增4 11

C．齿根部分 D. 靠近节线的齿根部分 9．标准斜齿圆柱齿轮传动中，查取齿形系数YF数值时，应按

A．法面模数mn B. 齿宽b

C. 实际齿数Z D. 当量齿数xU

10. 普通圆柱蜗杆分度圆直径的计算式是

A．d1=ma1q B. d1=mnq

C. d1=ma1z1 D. d1=mnz1 11. 带传动在工作时产生弹性滑动，是由于

A．包角α太小 B. 初拉力F0太小

C．紧边与松边拉力不等 D. 传动过载 12．在一定转速下，要减轻滚子链传动的运动不均匀性和动载荷，应该

A．增大节距p和增加齿数Z1 B．增大节距p和减少齿数Z1 C．减小节距p和减少齿数Z1

D．减小节距p和增加齿数Z1 13．转轴弯曲应力σb的应力循环特征为

A．r=－1 B. r=0

C． r=＋1 C. －1＜r＜+1 14．在下列四种型号的滚动轴承中，只能承受径向载荷的是

A．6208 B. N208 C. 3208 D. 5208 15．在下列四种类型的联轴器中，能补偿两轴的相对位移以及可缓和冲击、吸收振动的是

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 16．计算圆柱形压缩螺旋弹簧工作圈数n时，主要根据

A．强度条件 B. 刚度条件

C．稳定性条件 D. 安装和结构条件

二、填空题：本大题共8个小题，每空1分，共16分。把答案填在题中横线上。

17．在铰链四杆机构中，存在曲柄的必要条件是 和 。 18．在设计凸轮机构时，凸轮基圆半径取得越 ，所设计的机构越紧凑，但是压力角 ，使机构的工作情况变坏。

19．渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是两齿轮 和 必须分别相等。

20．斜齿圆柱齿轮的标准模数是 。直齿圆锥齿轮的标准模数是 。

21．平键的截面尺寸应按 从键的标准中查取，键的长度L可参照

12

从标准中选取。必要时应进行强度校核。

22．对一般精度的直齿圆柱齿轮传动作弯曲强度计算时，将轮齿看作 ，并假定全部载荷作用于 。

24．普通V带传动的设计准则是，保证带 以及具有一定的 。 24．按照滑动轴承工作时的摩擦状态，可分为 滑动轴承和 滑动轴承两种主要类型。

三、分析题：本大题只有1个小题，满分14分。

25．图1所示蜗杆传动——斜齿圆柱齿轮传动组成的传动装置，蜗杆为主动件，若蜗杆1的转动方向如图中n1所示，蜗杆齿的螺旋线方向为右旋。 试分析：

（1）为使中间轴I所受的轴向力能抵消一部分，确定蜗轮2、斜齿轮3和斜齿轮4的轮齿旋向；

（2）在图1的主视图上，画出蜗轮2的圆周力Ft2、径向力Fr2和斜齿轮3的圆周力Ft3、径向力Fr3的方向：在左视图上画出蜗轮2的轴向力Fa2和斜齿轮3的轴向力Fa3方向。

四、计算题：本大题共5个小题，共50分）

26（本题满分4分）

计算图2所示机构的自由度（若图中含有复合铰链、局部自由度和虚约束等情况时，应具体指出。）

13

图2

27．（本题满分14分）

一对渐开线标准圆柱直齿轮外啮合传动，已知齿轮的齿数Z1=30，Z2=40，分度圆压力

*角????°,齿顶高系数ha=1,径向间隙系数C*=0.25，标准中心距a=140mm。试求出：齿轮

的模数m；两个齿轮的分度圆半径r1、r2;基圆半径rb1、rb2;齿顶圆半径ra1、ra2。

28．（本题满分10分）

?=20, Z3=80。试求轮系的传已知图3所示轮系中各齿轮的齿数为：Z1=20，Z2=40，z2动比i1H。

29．（本题满分12分）

图4所示一对角接触球轴承支承的轴系，轴承正安装（面对面），已知两个轴承的径向

14

载荷分别为Fr1=2000N，Fr2=4000N,轴上作用的轴向外载荷KA=1000N，轴承内部派生轴向力S的计算式为S=0.7Fr，当轴承的轴向载荷与径向载荷之比Fa/Fr>e时，X=0.41，Y=0.87；Fa/Fr≤e时，X=1，Y=0，e=0.68；载荷系数fp=1.0.试计算： （1）两个轴承的轴向载荷Fa1、Fa2; （2）两个轴承的当量动载荷P1、P2

30．（本题满分10分）

用于紧联接的一个M16普通螺栓，小径d1=14.376mm, 预紧力Fˊ=20000N,轴向工作载荷F=10000N,螺栓刚度Cb=1 ×106N/mm,被联接件刚度Cm=4×106N/mm,螺栓材料的许用应力[σ]=150N/mm2;

（1）计算螺栓所受的总拉力F （2）校核螺栓工作时的强度。

五、作图题（本大题只有1个小题，满分10分）

31．按图5给出的条件，设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆DC在两个极限位置时与机架的夹角分别为?=135°。φ2=60°，摇杆DC的长度LDC=50mm，机架AD的长度LAD=70mm。

1试：用作图法求出曲柄AB的长度LAB、连杆BC的长度LBC，以及行程速比系数K。（取比例尺μ1=1mm）

mm

φ2φ2

15

定压强的液体，沿凸缘圆周均匀分布12个M16（d1＝13.835mm）的普通螺栓，螺栓材料的许用拉应力[?]?180MPa，螺栓的相对刚度cb/(cb?cm)?0.5，按紧密性要求，剩余预紧力F1=1.83F，F为螺栓的轴向工作载荷。试计算：该螺栓组连接允许容器内的液体最大压强pmax及每个螺栓连接所需的预紧力F0。

1、 计算每个螺栓允许的最大总拉力：

[?]?d12F2?.........................2分 4?1.3?20815N.............................1分2、 计算容器内液体最大压强

F2?F1?F?2.8F........................1分20815?7434N.....................1分2.8

?D2/4F?pmax............................1分12pmax?1.82MPa..............................1分F?3、

F0?F2?CbF...........................................2分Cb?Cm

?(20815?0.5?7434)?17098N......................1分

2、下图所示为一对角接触球轴承支承的轴系，轴承正安装（面对面），已知两个轴承的径向载荷分别为FR1=2000N，FR2= 4000N，轴上作用的轴向外加载荷

FX =1000N,轴承内部附加轴向力FS的计算为FS=0.7FR，当轴承的轴向载荷与

径向载荷之比

FAFR＞e时，X= 0.41，Y= 0.87，当

FAFR≤e，X=1，Y= 0，e = 0.68，

26

载荷系数fp = 1.0，试计算：

（1）两个轴承的轴向载荷FA1、FA2； （2）两个轴承的当量动载荷P1、P2。

FS1?0.7FR1?0.7?2000?1400N............................1分FS1?FX?1400?1000?2400?FS2.........................1分轴承1为压紧端，轴承2为放松端…………………………………1分

解：（1）FS2?0.7FR2?0.7?4000?2800N...........................1分

FA1?2800?1000?1800NFA2?FS2?2800NFA1(2)

…………………………………….2分

1800?0.9?e?0.68,X1?0.41,Y1?0.87..........................1分FR12000P1?fp(X1FR1?Y1FA1)?2000?0.41?0.87?1800?2386N...............1分?2800?0.7?e?0.68,X2?0.41,Y2?0.87..........................1分FR24000P2?fF(X2FR2?Y2FA2)?4000?0.41?0.87?2800?4076N..............1分FA2?

六、结构题（10分）

下图为斜齿轮、轴、轴承组合结构图。齿轮用油润滑，轴承用脂润滑，指出

该结构设计的错误。要求： 1．在图中用序号标注设计错误处；

2．按序号列出错误，并用文字提出改正建议； 3．不必在图中改正。

27

1、左、右两边轴承端盖均无调整垫片

2、左边轴承内圈固定错误，轴肩高过内圈高度 3、键过长

4、齿轮轮毂的长度要长过与其配合的轴段的长度1－2mm 5、套筒高度高过右边轴承内圈的高度 6、右边轴承端盖与轴要留有间歇 7、右边轴承端盖与轴间要有密封圈

8、和右端轴承相配合的轴端作成阶梯轴，便于装拆 9、两端的轴承要设有挡油环 10、联轴器没有周向定位。

28

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