2009年机械设计基础试卷A卷答案详解

机械设计基础试卷A卷答案及评分标准
2009-6-12
一、选择题（只填正确答案序号，每题2分，共20分）
1.在调节机构中，采用螺距为5mm的双线螺纹，螺母是不能转动，螺杆旋转的圈数为3圈，则螺杆和螺母的轴向相对位移应当达到④。

①15mm ；② 7.5mm ；③10/3mm ；④ 30mm 。

2.根据等强度理论设计一对软齿面齿轮传动，在确定大小齿轮材料的硬度时，应使①。

①小齿轮硬度高些；②大齿轮硬度高些；③两者硬度相等；④小齿轮采用硬齿面，大齿轮采用软齿面。

3.轴结构设计中轴端倒角的作用是②。

①使轴上零件有确定的轴向位置；②便于轴上零件的装配；③减小应力集中，提高轴的疲劳强度；④方便轴的加工。

4.某槽轮机构，拨盘圆销数目K=2，槽轮槽数Z=6，其运动系数τ等于④。

①1/6；②1/2；③1/3；④ 2/3。

5.某机械运转过程中发生周期性速度波动，在一个整运转周期中，驱动力所做的功②阻力所做的功。

①大于；②等于；③小于；④没有直接关系。

6.棘轮轮齿工作面相对棘轮半径朝齿体内有一偏斜角φ，其作用是③。

①便于加工制造；②减小应力集中；③使棘爪顺利落入棘轮轮齿根部；
④提高棘轮机构的传动效率。

7.铰链四杆机构中，衡量机构是否传动轻便的参数是②。

①极位夹角θ；②传动角γ；③摆角ψ。

8.圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的工作圈数n是按弹簧的④确定的，而弹簧丝直径d则是按弹簧的②通过计算来确定的。

①稳定性；②强度；③安装和结构条件；④刚度。

9.凸轮机构设计中，为了防止凸轮推程轮廓变尖，则应当限制①。

①滚子圆半径r
T ；②从动件的行程h；③基圆半径r
min
；④推程运
动角δ
t。

10.下列诸方法中，提高普通圆柱蜗杆传动效率的正确方法是选取③。

①较大的蜗杆分度圆直径d
1
；②较大的模数m；③较大的蜗杆分度圆柱导程角γ；④较大的蜗杆直径系数q 。

二、填空题（22分，每小题2分）
1．机构是具有确定相对运动的构件组合体，构件是由零件组成的刚性组合体。

2．铰链四杆机构中，死点位置是连杆与从动杆的共线位置；最小传动角
的位置则是曲柄与机架共线位置。

3．滚动轴承轴系设计中，单支点双向固定的固定方式常用在长轴
或工作温升较大场合。

4．忽略摩擦力的影响，导杆机构的传动角是90度，故该机构的传动性能好。

5．半圆键的工作面是侧面；楔键的工作面是上下表面。

6．静平衡是单面平衡，其平衡条件是：离心力的合力为零；
动平衡是双面平衡，其平衡条件是：离心力的合力与合力偶矩均为零。

7．从装拆角度出发，螺钉联接主要用于不经常装拆的场合，而双头螺柱则主要用于经常装拆的场合。

8．普通圆柱蜗杆传动的正确啮合条件为中间平面模数相等，压力角相等，γ=β。

9．代号为32311/P53的滚动轴承，其类型名称为圆锥滚子轴承；内径尺寸为d= 55 mm；直径系列为中；公差等级符合国家标准规定的5级。

10．三个构件必然有三个瞬心，且它们应当位于同一直线上。

11．带传动打滑的原因是工作阻力大于临界有效拉力；而打滑则总是发生于带与小带轮之间。

三、计算下面各机构的自由度（必须有计算过程），如有复合铰链，局部自由度或虚约束，必须明确指出（10分）
解：1).滚子为局部自由度，有一处复合铰链,一个虚约束。

3分
F= 3n-2P L-P H=3×8-2×11-1=1 2分
2).无复合铰链、虚约束和局部自由度。

3分
F= 3n-2P L-P H=3×7-2×10-0=1 2分
四、计算题（共28分）
1、有一承受轴向静载荷的紧螺栓联接，施加在其上的预紧力为F 0=500N ，轴向工作拉力F E =750N ，若螺栓的相对刚度为k b /（k b +k c ）=0.3，问此螺栓在工作过程中所受的轴向载荷F a 为多少？被联接件间的残余预紧力F R 为多少？（8分）
解：F a = F 0+ k b F E /（k b +k c ）=500+0.3*750=725（N ） 3分
F R = F 0-k c F E /（k b +k c ）=500-0.7*750=-25（N ） 3分 F R 不可能为负，故知有：
F a =725N ； F R =0N 。

2分
2、图示轮系中，已知Z 1=20，Z 2=38，Z 3=80，Z 4=42,Z 5=18，Z 6=20，Z 7=40，当n 1=200r/min ，试求轮3的转速n 3及转向。

（10分）
解：1. 齿轮1、2、3及4组成周转轮系： 1分
i 134=(n 1-n 4)/(n 3-n 4)=-Z 3/Z 1=-80/20=-4 （a ） 2分
2. 齿轮4、5、6、7组成定轴轮系： 1分 i 74=n 7/n 4=+Z 6 Z 4/Z 7 Z 5=20×42/40×18=7/6 2分 n 7 = n 1 =200 rpm
n 4=200×6/7 rpm 代入（a ）式有： 1分 n 3 =-(n 1-n 4)/4+ n 4 =-200(1-6/7)/4+200×6/7
≈164.29 rpm 1分 计算结果为正表明：n 3转向与n 1转向相同。

2分
3、有一轴两端各用一个角接触球轴承支承，受径向载荷1000N ，轴向载荷300N ，其余数据见下图所示。

又已知常温下工作，f p =1.2。

求：1、二支点反力；
2、两轴承的当量动负荷；
备用公式：F S =0.68F r 、 e=0.68； 7 4
3 1 2 6 5
F a/F r≤e：X=1、Y=0 ；F a/F r＞e：X=0.41，Y=0.87；（10分）解：内部轴向力方向如下图所示：2分
1000N
F S1300N F S2
100 50
F r1×150=1000×50 ； F
r2
×150=1000×100
∴ F
r1=1000/3 N ； F
r2
=2000/3 N 2分
F
S1=0.68F
r1
=0.68×1000/3=680/3 N
F
S2=0.68F
r2
=0.68×2000/3=1360/3 N
F
S1+300=1580/3 N＞F
S2
=1360/3 N 2分
∴ F
a1=F
S1
=680/3 N ； F
a2
=F
S1
+300=1580/3 N
F
a1/F
r1
=680/1000=0.68=e=0.68 ∴ X
1
=1、Y
1
=0
F
a2/F
r2
=1580/2000=0.79＞e=0.68 ∴ X
2
=0.41，Y
2
=0.87 2分
P
1=f
p
（X
1
F
r1
+Y
1
F
a1
）=1.2×(1×1000/3+0×680/3)=400 N
P
2=f
p
（X
2
F
r2
+Y
2
F
a2
）=1.2×(0.41×2000/3+0.87×1580/3)=877.8 N 2分
或: P
1= X
1
F
r1
+Y
1
F
a1
=1×1000/3+0×680/3≈333.3 N
P
2= X
2
F
r2
+Y
2
F
a2
=0.41×2000/3+0.87×1580/3≈731.5 N 2分
五、分析题（10分）
图示为斜齿圆柱齿轮—蜗轮、蜗杆减速器的结构简图，已知n1的转向如图所示，为使Ⅱ-Ⅱ轴上轴向力为最小，试求：
1．斜齿轮1、2的轮齿倾斜方向；
2．画出蜗轮转向；
3画出Ⅱ-Ⅱ轴上斜齿轮2和蜗杆在啮合点A、B处的F t、F a和F r的方向（用“”表示垂直进入纸面方向，“⊙”表示垂直穿出纸面方向）。

解：1. 斜齿轮1为左旋，斜齿轮2为右旋； 2分
2. 蜗轮转向为顺时针； 2分
3.Ⅱ—Ⅱ轴上A、B点处的各力方向如下：
F t
A F a r
F F F t 3分
B
六、简答题（共2小题，每小题5分，共10分）
1、轴与轴上旋转零件在轴线方向上的定位和固定方法有哪些？
1、答：轴与轴上旋转零件的在轴线方向上的定位和固定方法有：
轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴端挡圈、轴用弹性卡环、紧定螺钉、销和过盈配合等。

（答对5种方法可以给满分，但总分不得超过5分）
2、零件在静应力和变应力下的损坏形式有哪些？对应的极限应力是什么？
2、答：零件在静应力的损坏形式有两种：断裂和塑性变形，对于脆性材料，其极限应力为强度极限σB；（1分）
对于塑性材料，其极限应力为屈服极限σS；（2分）
零件在变应力下的损坏形式为疲劳断裂，其极限应力为疲劳极限应力σr 。

（2分）。