2009年机械设计基础试卷A卷答案
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1 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 。
① 15mm ； ② 7.5mm ； ③ 10/3mm ； 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 。
① 1/6； ② 1/2； ③ 1/3； 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rT； ② 从动件的行程h； ③ 基圆半径rmin； ④ 推程运动角δt。
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d1； 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 2 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-2PL-PH=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-2PL-PH=3×7-2×10-0=1 2分 3 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F0=500N，轴向工作拉力FE=750N，若螺栓的相对刚度为kb/（kb+kc）=0.3，问此螺栓在工作过程中所受的轴向载荷Fa为多少？被联接件间的残余预紧力FR为多少？（8分）
解：Fa = F0+ kb FE/（kb+kc）=500+0.3*750=725（N） 3分
FR = F0-kc FE /（kb+kc）=500-0.7*750=-25（N） 3分
FR不可能为负，故知有：
Fa =725N； FR =0N。 2分
2、图示轮系中，已知Z1=20，Z2=38，Z3=80，Z4=42,Z5=18，Z6=20，Z7=40，当n1=200r/min，试求轮3的转速n3及转向。（10分）
解：1. 齿轮1、2、3及4组成周转轮系： 1分
i134=(n1-n4)/(n3-n4)=-Z3/Z1=-80/20=-4 （a） 2分
2. 齿轮4、5、6、7组成定轴轮系： 1分
i74=n7/n4=+Z6 Z4/Z7 Z5=20×42/40×18=7/6 2分
n7 = n1 =200 rpm
n4=200×6/7 rpm 代入（a）式有： 1分
n3 =-(n1-n4)/4+ n4 =-200(1-6/7)/4+200×6/7
≈164.29 rpm 1分
计算结果为正表明：n3转向与n1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，fp =1.2。
求：1、二支点反力；
2、两轴承的当量动负荷；
备用公式：FS=0.68Fr、 e=0.68； 7
4 3
1 2 6 5 4 Fa/Fr≤e：X=1、Y=0 ；Fa/Fr＞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
FS1 300N FS2
100 50
Fr1×150=1000×50 ； Fr2×150=1000×100
∴ Fr1=1000/3 N ； Fr2=2000/3 N 2分
FS1=0.68Fr1=0.68×1000/3=680/3 N
FS2=0.68Fr2=0.68×2000/3=1360/3 N
FS1+300=1580/3 N＞FS2=1360/3 N 2分
∴ Fa1=FS1=680/3 N ； Fa2=FS1+300=1580/3 N
Fa1/Fr1=680/1000=0.68=e=0.68 ∴ X1=1、Y1=0
Fa2/Fr2=1580/2000=0.79＞e=0.68 ∴ X2=0.41，Y2=0.87 2分
P1=fp（X1Fr1+Y1Fa1）=1.2×(1×1000/3+0×680/3)=400 N
P2=fp（X2Fr2+Y2Fa2）=1.2×(0.41×2000/3+0.87×1580/3)=877.8 N 2分
或: P1= X1Fr1+Y1Fa1=1×1000/3+0×680/3≈333.3 N
P2= X2Fr2+Y2Fa2 =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Ft、Fa和Fr的方向（用
“ ”表示垂直进入纸面方向，“ ⊙”表示垂直穿出纸面方向）。
5 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：
Ft
A Fa Fr
3分
Fr Fa Ft 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）
