河南理工大学安全、消防专业2007-2008-2008-2009机械设计基础试卷答案（15页）
时间：2020-11-17 04:10:32 来源：勤学考试网 本文已影响 人 
河南理工大学2007-2008学年第二学期
《机械设计基础》试卷 （A卷）
一、填空题（每空1分，共30分）
机构具有确定运动的条件是 。
两构件通过 或 接触组成的运动副称为高副。平面高副引入 约
束。
连杆机构在运动过程中只要存在 角，该机构就具有急回作用， 其急回程度用
系数表示。
4?在凸轮机构常用的推杆运动规律中， 运动规律有刚性冲击。
5?带传动工作时，最大应力发生在 ，带传动的主要失效形式是
TOC \o "1-5" \h \z 和 。
—对渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合条件为： 和 ；
齿轮连续啮合传动条件为： 。
在齿轮传动设计时，软齿面闭式传动常因 而失效，故通常先按
—强度设计公式确定传动的尺寸，然后验算齿轮的 强度。
凸轮的基圆半径越小，机构的压力角越 ，机构的传力性能越 。
在矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和三角形螺纹四种螺纹中，传动效率最高的是 螺
纹
只能用于单向传动的是 螺纹。
轮系可分为三种类型，即 轮系、 轮系和 轮系。
代号为 72308的滚动轴承，其类型名称为 ，内径为 mm，
为宽度系列代号， 为直径系列代号。
按受载类型，轴可分为 轴、 轴和 轴。
、简答题
（每题6 分）
1.铰链四杆机构存在曲柄的条件是什么?
带传动中的弹性滑动与打滑有什么区别?
3?什么是渐开线齿轮传动的可分性?
螺纹联接为什么要防松？有哪几类防松方法?
三、分析计算题（共 46分）
（10分）计算图中所示机构的自由度数。若该机构存在局部自由度、复合铰链、虚约束等请在
图中指明。
（8分）已知铰链四杆机构中各杆的长度为： Iab =80mm, I bc =115mm, l cd =95mm, Iad =120mm。
请分析:
（1） 该机构中是否存在曲柄？
（2） 如果存在曲柄，该机构是否具有急回运动特性?
（3） 计算该机构的最小传动角？
（10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
ii2=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: 齿轮的模数 m,两齿轮的分度圆半径、齿顶圆半径、齿根圆半径、分度圆上的齿厚 S。
Zi=20, Z2=40
Zi=20, Z2=40, Z3=80, Z4=Z5=30, Z6=90。求 ii6=?
5. （ 8分）图示轴系由一对圆锥滚子
Cr=57700N），轴的转速 n=1380r/min，已求得轴承的径向支反力为： Fri=4000N，Fr2=8000N，轴
向外载荷Fa=860N，受力方向如图所示，载荷系数 fd=1.2。求两轴承的当量动载荷 ？
（轴承 e=0.3 , Fa > 时，X=0.4 , Y=2 ）
Fr e
河南理工大学 2008-2009学年第1—学期
《机械设计基础》试卷（A卷）
考试方式：闭卷 本试卷考试分数占学生总评成绩的 _80 %
复查总分 总复查人
一、选择题：本大题共10个小题，每小题2分，共20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。
?连杆机构在运动过程中只要存在 角，该机构就具有急回作用。 （）
A .压力角 B.极位夹角
C.传动角 D.摆角
.平面连杆机构中，当传动角丫较大时，则 （ ）
C.可以满足机构的自锁要求 D.机构的效率较低
TOC \o "1-5" \h \z ?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（ ）
B.啮合角不变A.
B.啮合角不变
C.节圆半径不变 D.基圆半径不变
.渐开线齿轮实现连续传动时，其重合度为 （ ）
A ?￡ <0 B. ￡ =0 C. ￡ <1 D?1
?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
C.梯形螺纹
C.梯形螺纹
?传动时每个齿轮的几何轴线都是固定的，这种轮系称为 （ ）
A行星轮系
A行星轮系
B差动轮系
C定轴轮系
C定轴轮系
D转化轮系
?螺纹联接的自锁条件是
B.D.8 .小带轮直径di应大于或等于规定的最小直径
B.
D.
8 .小带轮直径di应大于或等于规定的最小直径 大而导致带的寿命降低。（
dmin，若di过小，则带
的 将过
A弯曲应力
A弯曲应力
C紧边拉应力
B离心应力
D松边拉应力
—和 ;
—和 ;
运动规律有刚性冲击；
，内径为 ；
，主要受扭矩的轴为
得分
评卷人
复查人
6分，共24分）
TOC \o "1-5" \h \z .带传动过程中，带承受变应力。最大应力发生在 的接触处。（ ）
A紧边与大轮 B松边与大轮
C紧边与小轮 D松边与小轮
.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%
、填空题：本大题共5个小题，每空1分，共10分。把答案填在题中横线上。
1 ?两构件通过 或 接触组成的运动副称为高副。平面高副引入 个约束。
2?一对渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合条件为：
在凸轮机构四种常用的推杆运动规律中，
4?代号为72308的滚动轴承，其类型名称为
轴如按受载性质区分，主要受弯矩的轴为
简述凸轮机构中压力角和基圆半径的关系?
带传动中的弹性滑动与打滑有什么区别?
根据渐开线的形成过程，简述渐开线的主要特性?
螺纹连接为什么要防松？有哪几类防松方法?
四、计算题；本大题共5个小题，共46分
（本题满分8分）
计算图1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1
图1
（本题满分10
（本题满分10分）
图2所示链铰四杆机构中，各构件的长度为 机构是哪种铰链四杆机构，并说明理由。
a=250mm,b=650mm, C=450mm,d=550mm。试问：该
（本题满分10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 也=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：齿轮的模数 m, 小齿轮1的分度圆半径ri；基圆半径rbi；分度圆上的齿厚 S。
（本题满分10分）
已知图3所示轮系中各齿轮的齿数为： Zi=20，Z2=30，Z3=80，Z4=25，Z5=50。求轮系的传
动比ii5。
（本题满分8分）
图示轴系由一对圆锥滚子轴承支承（基本额定动载荷 Cr=51500N ），轴的转速n=1440r/min，已
求得轴承的径向支反力为： Fm=1000N, Fr2=2000N ,轴向外载荷Fa=800N,受力方向如图所示，
载荷系数fd=1.5。求两轴承的当量动载荷 ？
（轴承 e=0.37 时，X=0.4 , Y=1.6 ）
2
L
f
河南理工大学2008-2009学年第_J— 学期
《机械设计基础》试卷（B卷）
考试方式：闭卷 本试卷考试分数占学生总评成绩的 _80 %
复查总分 总复查人
一、单项选择题：（每小题1分，共20分）
在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其代码填在题干后面的括号内。不选、 错选或多选者，该题无分。
1、四杆机构中是否存在死点，取决于A主动件C摇杆 是否与连杆共线。( B从动件D滑块2、平面运动副中，转动副引入A 1_个约束。(B 2C 3 D 4凸轮机构从动件作等速规律运动时会产生冲击。( )4、5、8、计。
1、
四杆机构中是否存在死点，取决于
A主动件
C摇杆
是否与连杆共线。( B从动件
D滑块
2、
平面运动副中，转动副引入
A 1
_个约束。(
B 2
C 3 D 4
凸轮机构从动件作等速规律运动时会产生
冲击。( )
4、
5、
8、
计。(
A刚性
B柔性
C刚性和柔性 D无冲击
在渐开线齿轮传动中，若实际中心距稍大于标准中心距，则传动比
A增大 B减小
C不变 D周期性变化
「曲柄摇杆机构，若取最短杆的相对杆为机架，则曲柄摇杆机构演化为
A双曲柄机构 B双摇件机构
C曲柄摇杆机构 D导杆机构
在螺旋传动中，螺旋副的自锁条件是螺纹升角
A等于 B大于
C小于
三角带的公称长度是指带的
D大于等于
当量摩擦角。
A基准长
C外周长
( )
B节线长
D内周长
在凸轮设计中，若最大压力角 )
max超过许用值，可采用
办法修改设
A减小基圆半径
C增大基圆半径
减小滚子半径
增大滚子半径
9、在设计直滚子从动件盘形凸轮机构时，若凸轮实际轮廓线出现尖点，或发生相交，应
( )
A加长从动件
C减小基圆半径
B缩短从动件
D加大基圆半径
10、传动时每个齿轮的几何轴线都是固定的，这种轮系称为
( )
A行星轮系
B差动轮系
C定轴轮系
11、一个作平面运动的自由构件有
D转化轮系
个自由度。( )
A 4 B 3
12、使用齿条刀切削齿数
Z=15
C 2 D 1
的正常齿制标准直齿渐开线齿轮时
根切。(
A不会产生
C会产生严重
B会产生轻微
D无法确定是否产生
矩形螺纹的摩擦阻力。(13
矩形螺纹的摩擦阻力。(
A等于 B大于
C小于 D大于等于
14、齿面硬度小于 350的齿轮称为软齿面齿轮，其常用的热处理方法是
A表面淬火 B渗碳淬火
15、自由度为1的周转轮系称为
A差动轮系
C混合轮系
—（ ）B行星轮系D转化轮材A紧边与大轮B松边与大轮C紧边与小轮 D松边与小轮17、小带轮直径d1
—（ ）
B行星轮系
D转化轮材
A紧边与大轮
B松边与大轮
C紧边与小轮 D松边与小轮
17、小带轮直径d1应大于或等于规定的最小直径 dmin，若d1过小，则带
大而导致带的寿命降低。
将过
A弯曲应力
B离心应力
C紧边拉应力
18、轴的设计在选材时，如果使用合金钢，应从结构上避免横截面积的突变，因为合金钢 （ ）
D松边拉应力
A具有较高的强度
B具有较高的刚度
19、
C对应力集中敏感 由渐开线的形成过程可知:
D对应力集中不敏感
（ ）
分度圆的切线总为渐开线上某一点的法线
渐开线的形状取决于基圆的大小
渐开线齿廓上某点的法线与该点速度方向线之间所夹 的锐角称为该点的传动角
D 基圆之内存在有渐开线
20、滚动轴承代号中，在起始A
20、
滚动轴承代号中，在起始
A内径
1~2位数字表示
B外径
尺寸（ ）
C中径D
C中径
、、填空题：（每小题2分，共20分）
TOC \o "1-5" \h \z 1、 机构中按给定独立运动规律运动的构件称为 。
2、 在曲柄摇杆机构中，若将曲柄改为机架，变成 机构。
3、 凸轮机构中，从动件运动方向和接触处凸轮轮廓法线方向之间所夹的锐角称
为 。
4、 机械系统中，若驱动功小于阻抗功时称 。
5、 两构件通过点或线接触形成的运动副称为 。
6、 同一公称直径的粗牙和细牙螺纹中 螺纹自锁性较好。
7、 一对标准渐开线直齿轮分度圆相切时的中心距称为
8、 轴的结构设计就是使轴的各部分具有
9、 轴承套圈与滚动体接触处的法线与轴承径向平面之间的夹角称为 。
10、 机构中随着主动件的运动而运动的其余活动构件均称为 。
三、简答题（共24分）
1、为什么三角带的张紧轮常压在带的内侧， 其致使包角有所减小，而不压在外侧，使包角增加?
（6分）
4分）2
4分）
3、 齿轮传动的设计准则是什么？（ 4分）
4、 分析带传动中两带轮中心距 a取值大小对传动的影响。（4分）
5、滚动轴承的双支点单向固定方法用在什么场合？ 一支点固定另一支点游动方法用在什么场
合？（ 6分）
四、计算题（共36分）
1、计算图示机构的自由度。若有复合铰链、局部自由度、虚约束，请在图中标出。 （10分）
=360mm，传动比i=3，模数2、一对正常齿制外啮合标准直齿圆柱齿轮传动，若标准中心距
=360mm，传动比i=3，模数
（1） 两轮齿数Zi, Z2。
（2） 大齿轮齿顶圆直径 da2，小齿轮齿根圆直径 dfi。（ 8分）
3、某轴系部件用一对角接触球轴承支承，轴上受力为： Fa=380N; F=1200N试求:
（1）两轴承内部派生轴向力的大小和方向；
（提示：S=0.6F
（提示：S=0.6Fr； S力的方向画在图上）
（2）两轴承所受轴向力 A1、A2的大小。（10分）
4、图示周转轮系中，各轮齿数分别为 乙=99，Z2=101，Z2=100，Z3=99，当n 1=1r/mi n，求nH的
大小和方向。（8分）
JL
J
L
h
1
d
2
lB
1
机械设计基础试卷参考答案及评分标准 （A）
、选择题：每小题 2分，共20分。
B 2.A 3.D 4.D 5.B 6. C 7. D 8.A 9.C 10. C
、填空题：每空1分1 .
、填空题：每空1分
1 .点、线、1 2.
，共 10分
mi m2、
2 3.
等速4 .角接触球轴承、
40 5. 心轴、传动轴
三、简答题（24分）
TOC \o "1-5" \h \z 答：压力角越小，则基圆半径越大，整个机构的尺寸也越大，致使结构不紧凑； （4分）
故在不超过需用压力角的条件下，将压力角取大些，以减少基圆半径值。 （6分）
答：弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指由于过载引起的全面滑动，是一种传
动失效的表现，应当避免。 （3分）
弹性滑动是由带材料的弹性和紧边、松边的拉力差引起的。只要带传动具有承载能力， 出现紧边和松边，就一定会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的。 （6 分）
答：1 ）发生线沿基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长；
）渐开线上任一点的法线必与基圆相切；
）渐开线的形状决定于基圆的大小；
）渐开线上各点的压力角不相等；
）基圆以内无渐开线。 （6分）
答：在静载荷作用下且工作温度变化不大时，螺纹连接不会自动松脱。但是在冲击、振动和 变载荷作用下，或当温度变化很大时，螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬间消失，这种现 象多次重复就会使连接松脱，影响连接的正常工作，甚至会发生严重事故。因此，设计 时必须米取防松。 （4分）
摩擦防松，机械防松，破坏螺纹副关系。 （6分）
四、计算题：共46
四、计算题：共46分。
1 .（
解 F 3 4 2 5 1 1
E、F处之一为虚约束
（本题满分8分）最短杆与最长杆长度之和（ 满足存在曲柄的必要条件，且最短杆为连架杆。
故该铰链四杆机构为曲柄摇杆机构。
（本题满分10分）
（4 分）
（4 分）
250+650）小于其余两杆长度之和（450+550）,
（6 分）
（2 分）
解（1小齿轮齿数Z1 ￥ 60 20
模数 m 2a 2 1604mm （ 3 分）
Z1 Z2 20 60
分度圆半径 r mZ1 4 20 40mm （ 3分）
2 2
基圆半径 rb1 Rcos 40cos20 37.59^^ （ 2 分）
分度圆齿厚m 3.14 46.28mm（2 分）（本题满分10分）1、2、3和转臂H组成行星轮系，齿轮3固定，3 0?H1HZ380
分度圆齿厚
m 3.14 4
6.28mm
（2 分）
（本题满分10分）
1、2、3和转臂H组成行星轮系，齿轮
3固定，3 0
?H
1
H
Z3
80
4
113
3
H
z
20
解 该轮系为混合轮系。由齿轮
则
得 iiH -— 5
H
由题图知 4 H il4 iiH 5
（6分）
由题图轮4、5组成定轴轮系，则
i45
Z5
Z4
50
25
（2 分）
（2 分）
（本题满分10分）
解 F&FrJ2Y1000/2 1.6 313N
Fs2 Fr2/ 2Y 2000/2 1.6 625 N
FS、FS方向见答案图
Q Fa Fs1 800 313 1113N F$2
匚I 轴承 1 “放松”，FA1=Fs1=313N
轴承 2 “压紧”，FA=FS+FA=1113N （ 5 分）
求当量动载荷：
FA1/ FR1313/1000 0.313 e 0.37
轴承1
P fpFR1 1.5*1000 1500N
Fa /FR2 1113/ 2000 0.5565 e
（10 分）
（10 分）
F2 fp（XFR2 YFa ） 1.5*（0.4*2000 1.6*1113） 3871N
2
R. Q=
A
/-I F
q si
2007-2008第2学期安全、消防专业
机械设计基础参考答案（A）
一、 填空题（每空1分，共30分）
机构的自由度大于零且机构的原动件数等于机构的自由度 2、点 线1 3 、极位夹角 行程
速比系数4、等速运动规律 5、在紧边进入小带轮处 打滑 疲劳破坏6、模数相等 压力角 相等 重合度大于1 7、齿面点蚀 齿面接触疲劳 齿根弯曲疲劳8、大 不好9、矩形 锯 齿形10、定轴 周转复合11、角接触球轴承 40 2 3 12 、转 传动轴 心
二、 简答题（每题4分，共20分）
答：最短杆和最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和； （2分）
最短杆为连架杆或机架。两条件充分且必要。 （2分）
答：弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指由于过载引起的全面滑动，是一种传
动失效的表现，应当避免。弹性滑动是由带材料的弹性和紧边、松边的拉力差引起的。
只要带传动具有承载能力，出现紧边和松边，就一定会发生弹性滑动，所以弹性滑动是 不可以避免的。
答：当一对渐开线齿轮制成后，基圆半径及被确定，即使两轮安装的实际中心距与设计的中 心距稍有偏差，其瞬时传动比仍保持原值不变。这种性质称为渐开线齿轮传动的可分性。
答：在静载荷作用下且工作温度变化不大时，螺纹连接不会自动松脱。但是在冲击、振动和
变载荷作用下，或当温度变化很大时，螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬间消失，这种现 象多次重复就会使连接松脱，影响连接的正常工作，甚至会发生严重事故。因此，设计 时必须采取防松。
摩擦防松，机械防松，破坏螺纹副关系。
三、分析计算题（共38分）
1、 解：活动构件数：n=7高副数：PL=9低副数：PH=1 F=3n-2PL-PH=2（ 7分）
F处存在局部自由度（1分），E处或E'处存在虚约束（2、解：（1） 80 +120 < 115 + 95（1最短杆Iab为连架杆,（
F处存在局部自由度（1分），E处或E'处存在虚约束（
2、解：（1） 80 +120 < 115 + 95
（1
最短杆Iab为连架杆,
（1分）
故该机构中存在曲柄。
（1
（2）如图，因为存在极位夹角
（1
3、解
故该机构具有急回运动特性。
（1
）该机构的最小传动角如
Z2
Z1
20
图所示。
（3分）
i12
3,Z2 60,
Z1
1分），C处存在复合铰链（1分）。
（2分）
m 一
Z1
2a
4mm
Z2
ra1
ra1
mz!
2
h；m
ra2
mz2
2
h；m
rf1
mz!
h；m
2
rf 2
mz2
h；m
2
44mm
124mm
*
c m 35mm
*
c m 115mm
S m/2（6 分）4、解:n 3
S m/2
（6 分）
4、解:
n 3=n4 （ 0.5 分）
6z 4）=-3
（4 分）
n H=n6 （0.5 分）
3_n 6）=-（z 3z i）=-4
（4 分）
i 16=17 （1 分）
5、解：Fsi FQ2Y 4000/（2
5、解：Fsi FQ2Y 4000/（2 2） 1000 N
Fs2
F r2/2Y 8000/（2 2）
2000
N
（1分）
FS1
Fa 1000 860 1860
<fsFs2i轴承压紧。
（2分）
所以，
F a2 F S2 2000N, F a1 F S2
Fa
2000 860 1140N
Fa1
/ Fr1 1040&（/040085<e 0取r^X=1, e=0
（i 分）
（2
R fd（X1Fr1 Y1Fa1） f
dFr112 4000 4800 N
Fa2 / Fr2 彳860^600^，031丫2=&
F2 1.2 8000 9600N
（1 分）
（1 分）
机械设计基础参考答案及评分标准（ B）
一、 选择题（共20分）
1.B 2.B 3.A 4.C 5.B 6.D 7.A 8.C 9.D 10.C 11.B 12.B 13.B 14.C 15.B 16.C 17.A 18.C 19.B
20.A
二、 填空题（20分）
1、原动件2、双曲柄3、压力角4、自锁5、高副6、细牙7、标准中心距8、合理的形状与尺 寸9、公称接触角10、从动件
三、 简答题（24分）
TOC \o "1-5" \h \z 1、 答：使带受单向弯曲，避免对称循环变应力的产生，延缓疲劳断裂。 （4分）
2、 答：死点位置时，连杆不能推动从动曲柄运动，整个机构处于不能运动的状态。是传动机构
的一个缺陷。 （4分）
3、 答：对于大多数闭式传动，先按齿面接触疲劳强度设计计算，再用弯曲强度校核计算；
（2分） 开式齿轮传动，先按弯曲疲劳强度设计，再加大模数以考虑磨损。 （4分）
4、 答：取大的a值，使小轮包角 增大，有利于提高传载能力；在带速不变下，带受变应力的 频率下降，不利于带的疲劳强度。但带不易被张紧，在传动时易产生颠跳，不利于传动。
（4分）
取小的a值，传动结构紧凑，但 1减小，传载能力降低。 （6分）
5、答：双支点单固定结构简单，安装方便，适用于两支点跨距较小和工作温度不高的场合。- 支点固定另一支点游动适用于轴的跨距较大或工作温度较高的场合。 （6分）
四、计算题（共36分）
1、 答：n=6,Pi=8 Ph=1 (6
F=3 n-2P i-Ph (8
=3*6-2*8-1=1 (10
2、 答：a=m(Zi+Q/2
Z 计 Z2=2*360/10=72 (2
i=Z 2/Z1 =3
解得：Z2=54 Z i=18
d a2=mZ+2ha m=10*54+2*10*1=560mm
d f1=mZ-2(h a+c )m=10*18-2(1+0.5)10=150mm
3、答：Fn=600N, F r2=600N
分）
分）
分）
分）
（4分）
（6分）
（8分）
（2分）
S=0.6Fn=360N
S 2=0.6Fr2=360N
?/ Fa +S2=740N>S=360N
A=Fa+S2=740N
A 2=S=360N
（4 分）
（6分）
（8分）
（10 分）
.h m
nH
Z2Z3
101
99
101
>13
1
r>3
nH
Z1Z2
99
100
100
4、答:
因 n3=0，所以 nH = -100n1 因 m=1，求得 nH= -100r/min
（4分）
（6分）
（8 分）
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