机械设计基础习题集及参考答案34页word
机械设计基础习题集及参考答案
一、判断题（正确T，错误F）
1. 构件是机械中独立制造的单元。（）
2. 能实现确定的相对运动，又能做有用功或完成能量形式转换的机械称为机器。（）
3. 机构是由构件组成的，构件是机构中每个作整体相对运动的单元体。（）
4. 所有构件一定都是由两个以上零件组成的。（）
二、单项选择题
1. 如图所示，内燃机连杆中的连杆体1是（）。
A 机构
B 零件
C 部件
D 构件
2. 一部机器一般由原动机、传动部分、工作机及控制部分组成，
本课程主要研究（）。
A 原动机
B 传动部分
C 工作机
D 控制部分
三、填空题
1. 构件是机械的运动单元体，零件是机械的______单元体。
2. 机械是______和______的总称。
参考答案
一、判断题（正确T，错误F）
1. F
2. T
3. T
4. F
二、单项选择题
1. B
2. B
三、填空题
1. 制造
2. 机构机器
第一章平面机构的自由度
一、判断题（正确T，错误F）
1. 两构件通过点或线接触组成的运动副为低副。（）
2. 机械运动简图是用来表示机械结构的简单图形。（）
3. 两构件用平面低副联接时相对自由度为1。（）
4. 将构件用运动副联接成具有确定运动的机构的条件是自由度数为1。（）
5. 运动副是两构件之间具有相对运动的联接。（）
6. 对独立运动所加的限制称为约束。（）
7. 由于虚约束在计算机构自由度时应将其去掉，故设计机构时应尽量避免出现虚约束（）
8. 在一个确定运动的机构中，计算自由度时主动件只能有一个。（）
二、单项选择题
1. 两构件通过（）接触组成的运动副称为高副。
A 面
B 点或线
C 点或面
D 面或线
2. 一般情况下，门与门框之间存在两个铰链，这属于（）。
A 复合铰链
B 局部自由度
C 虚约束
D 机构自由度
3. 平面机构具有确定运动的条件是其自由度数等于（）数。
A 1
B 从动件
C 主动件
D 0
4. 所谓机架是指（）的构件。
A 相对地面固定
B 运动规律确定
C 绝对运动为零
D 作为描述其他构件运动的参考坐标点
5. 两构件组成运动副必须具备的条件是两构件（ ）。
A 相对转动或相对移动
B 都是运动副
C 相对运动恒定不变
D 直接接触且保持一定的相对运动
三、填空题
1. 机构是由若干构件以_______________相联接，并具有__________________________的组合体。
2. 两构件通过______或______接触组成的运动副为高副。
3. m 个构件组成同轴复合铰链时具有______个回转副。
四、简答题
1. 何为平面机构？
2. 试述复合铰链、局部自由度和虚约束的含义？为什么在实际机构中局部自由度和虚约束常会出现？
3. 计算平面机构自由度，并判断机构具有确定的运动。
（1） （2）
（3） （4）
（5） （6）
五、计算题
1. 计算机构自由度，若有复合铰链、局部自由度和虚约束，请加以说明。
2. 计算图示连杆机构的自由度，为保证该机构具有确定的运动，需要几个原动件？为什么？
参考答案
一、判断题（正确 T ，错误 F ）
1. F
2. F
3. T
4. F
5. F
6. T
7. F
8. F
二、单项选择题
1. B
2. C
3. C
4. D
5. D
三、填空题
1. 运动副 确定相对运动
2. 点 线
3. m -1
四、简答题
1. 平面机构：组成机构的所有构件都在同一平面内或几个互相平行的平面内运动，这种机构称为平面机构。
2. 复合铰链：两个以上的构件同时在一处用回转副相联接时就构成了复合铰链。
局部自由度：在机构中，有些构件所产生的运动并不影响其他构件的运动，这种构件运动的自由度称为局部自由
度。
虚约束：在运动副引入的约束中，有些约束对机构自由度的影响是重复的，对机构的运动不起限制作用，这种重
复的约束称为虚约束。
局部自由度的使用是为了减小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩擦。
虚约束的引入可以增加构件的刚性，改善构件的受力情况，提高工作性能，提高稳定性等。
3. 计算平面机构自由度
（1）075===h l P ,P ,n
，则10725323=-?-?=--=h l P P n F ，机构具有确定的运动。 （2）186===h l P ,P ,n
，则11826323=-?-?=--=h l P P n F ，机构具有确定的运动。
（3）244===h l P ,P ,n ，则22424323=-?-?=--=h l P P n F ，机构具有确定的运动。
（4）075===h l P ,P ,n ，则10725323=-?-?=--=h l P P n F ，机构具有确定的运动。
（5）244===h l P ,P ,n ，则22424323=-?-?=--=h l P P n F ，机构具有确定的运动。
（6）233===h l P ,P ,n
，则12323323=-?-?=--=h l P P n F ，机构具有确定的运动。 五、计算题
1. 解：B 处为局部自由度，C 和C /处为虚约束，G 处为复合铰链。
197===h l P ,P ,n ，则21927323=-?-?=--=h l P P n F
2. 解：机构在k 点处有局部自由度。
1129===h l P ,P ,n ，则211229323=-?-?=--=h l P P n F 。若该机构要具有确定的运动，则
需要两个原动件，因为机构具有确定运动的条件为：机构的自由度数等于机构原动件的数目，该机构的自由度为2，
所以应具有两个原动件。
第二章 平面连杆机构
一、判断题（正确 T ，错误 F ）
1. 任何平面四杆机构出现死点时对工作都是不利的，因此应设法避免。 （ ）
2. 铰链四杆机构存在曲柄的条件是最短杆与最长杆之和大于或等于其余两杆长度之和。（ ）
3. 低副联接的三个构件不能组成机构，只能构成一个构件。 （ ）
4. 机构处于死点位置时，机构中的从动件将出现自锁或运动不确定现象。 （ ）
5. 极位夹角是从动件在两个极限位置时的夹角。 （ ）
6. 在铰链四杆机构中，通过取不同构件作为机架，则可以分别得到曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
（ ）
7. 平面四杆机构中，压力角越小，传动角越大，机构的传动性能越好，效率越高。 （ ）
二、单项选择题
1. 在下列平面四杆机构中，无论以哪一构件为主动件，都不存在死点位置（ ）。
A 曲柄摇杆机构
B 双摇杆机构
C 双曲柄机构
D 曲柄滑块机构
2. 为使机构顺利通过死点，常采用在高速轴上装（ ）增大惯性。
A 齿轮
B 飞轮
C 凸轮
D 蜗轮
3. 当曲柄为主动件时，曲柄摇杆机构的最小传动角min γ总是出现在（ ）。
A 连杆与曲柄成一条线时
B 连杆与机架成一条线时；
C 曲柄与机架成一条线时
D 曲柄、连杆与机架成一条线时。
4. 无急回特性的平面四杆机构，其极位夹角为（ ）。
A ?<0θ
B ?=0θ
C ?≥0θ
D ?>0θ
5. 一曲柄摇杆机构，若改为以曲柄为机架，则将演化为（ ）
A 曲柄摇杆机构
B 双曲柄机构
C 双摇杆机构
D 导杆机构
6. 铰链四杆机构ABCD 中，AB 为曲柄，CD 为摇杆，BC 为连杆。若杆长l AB =30mm ，l BC =70mm ，l CD =80mm ，则机
架最大杆长为（ ）
A 80mm
B 100mm
C 120mm
D 150mm
7. 在下列平面四杆机构中，一定无急回特性的机构是（ ）
A 曲柄摇杆机构
B 摆动导杆机构
C 对心曲柄滑块机构
D 偏置曲柄滑块机构
三、填空题
1. 在曲柄摇杆机构中，当曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不同的运动特性称为 。
2. 当压力角α大到某一数值时，不论推力为多大，都不能使从动件运动，凸轮机构将发生 。
3. 平面四杆机构中，已知行程速比系数为K ，则极位夹角的计算公式为 。
四、简答题
1. 何为平面连杆机构？平面四杆机构具有哪些基本特征？
2. 铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是什么？铰链四杆机构有哪几种形式，如何判断？
3. 根据图中所注尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构、还是双摇杆机构，并说明为什么。
（1） （2） （3）
五、设计题
1. 试设计一造型机工作台的翻转机构。已知连杆长度mm 110=CB l ，工作台在两极限位置时m m 40021=B B ，
且B 1和B 2在同一水平线上，要求A 、D 在另一水平线上，且C 1点至A 、D 所在水平线的距离为150mm 。
按比例作图设计该机构，并求取曲柄AB l 和连杆CD l 的长度（图解法），写出作图过程，并保留作图痕迹。
2. 试设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆的长度mm 290=CD
l ，机架的长度m m 230=AD l ，摇杆在两个极限位置
间的夹角?=45ψ，行程数比系数41.K =。
（1）按比例作图设计该机构，并求取曲柄AB l 和连杆BC l 的长度（图解法）
（2）验算设计的机构曲柄是否存在；
（3）标注机构的最大传动角及机构处于由极限位置时的压力角。
要求写出作图过程，并保留作图痕迹。
参考答案
一、判断题（正确 T ，错误 F ）
1. F
2. F
3. T
4. T
5. F
6. T
7. T
二、单项选择题
1. C
2. B
3. C
4. B
5. B
6. C
7. C
三、填空题
1. 急回特性
2. 自锁
3. ??+-=1801
1K K θ 四、简答题
1. 由若干个构件用低副联接组成的平面机构称为平面连杆机构。平面四杆机构的基本特征包括：急回特性，压力角，
死点。
2. 铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是机构中最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和。
铰链四杆机构的基本形式有 ①双曲柄机构——最短杆为机架；②曲柄摇杆机构——最短杆为连架杆；③双摇杆
机构——最短杆为连杆。
3. 图（1）为曲柄摇杆机构，原因1006016014512025+=<=+，则说明该机构中存在曲柄，而最短杆又
为连架杆。图（2）为双曲柄机构，原因907016015011040+=<=+，则说明该机构中存在曲柄，而
最短杆又为机架。图（3）为双摇杆机构，原因100701701106050+=<=+，但是最短杆为连架杆。
五、设计题
1. 设计过程详见参考教材22页，“已知连杆的两个位置设计四杆机构”的内容。
2. 设计过程详见参考教材23页，“根据行程数比系数设计四杆机构”的内容。传动角和压力角的画法见参考教材15
页的“二、压力角与传动角”内容。
第三章 凸轮机构
一、判断题（正确 T ，错误 F ）
1. 凸轮机构出现自锁是由于驱动力小造成的。 （ ）
2. 在凸轮从动件运动规律中，等速运动的加速度冲击最小。 （ ）
3. 适用于高速运动的凸轮机构从动件运动规律为余弦加速度运动。 （ ）
4. 基圆是凸轮实际廓线上到凸轮回转中心距离最小为半径的圆。 （ ）
5. 若要使凸轮机构压力角减小，应增大基圆半径。 （ ）
6. 凸轮机构的从动件按简谐运动规律运动时，不产生冲击。 （ ）
二、单项选择题
1. 设计凸轮机构，当凸轮角速度和从动件运动规律已知时，则（ ）。
A 基圆半径越大，压力角越大
B 基圆半径越小，压力角越大
C 滚子半径越小，压力角越小
D 滚子半径越大，压力角越小
2. 凸轮机构的从动件选用等加速等减速运动规律时，其从动件的运动（ ）。
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
3. 在设计直动滚子从动件盘形凸轮机构时，若发生运动失真现象，可以（ ）。
A 增大滚子半径
B 减少基圆半径
C 增大基圆半径
D 增加从动件长度
4. 在下列凸轮机构中，从动件与凸轮的运动不在同一平面中的是（ ）。
A 直动滚子从动件盘形凸轮机构
B 摆动滚子从动件盘形凸轮机构
C 直动平底从动件盘形凸轮机构
D 摆动从动件圆柱凸轮机构
5. 与连杆机构相比，凸轮机构最大的缺点是（ ）。
A 设计较为复杂
B 惯性力难以平衡
C 点、线接触，易磨损
D 不能实现间歇运动
6. （ ）有限值的突变引起的冲击为刚性冲击。
A 位移
B 速度
C 加速度
D 频率
三、填空题
1. 设计凸轮机构，若量得其中某点的压力角超过许用值，可以用 方法使最大压力角减小。
2. 凸轮机构是由 、 、 三个基本构件组成的。
3. 理论轮廓曲线相同而实际轮廓曲线不同的两个对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，其从动件的运动规律是
的。
4. 凸轮轮廓形状由从动件的 决定。
四、简答题
1. 说明凸轮机构从动件常用运动规律、冲击特性及应用场合。
五、设计题
1. 设计一对心直动尖顶从动件盘型凸轮。已知凸轮顺时针以等角速度ω1回转，凸轮基圆半径mm 250
=r ，从动件运动规律如图所示。（要求：写出作图步骤，保留作图痕迹）
2. 设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮。已知凸轮以等角速度顺时针方向回转，偏距mm 10=e （从动件导路在
凸轮回转中心的左侧。），凸轮基圆半径mm 400=r ，从动件升距mm 30=H ，滚子半径mm 10=k r ，
?=150r δ，?=30s δ，?=120f δ，?='60s δ，从动件在推程作简谐运动，在回程作等加速等减速运动。（要
求：写出作图步骤，保留作图痕迹）
3. 图示凸轮机构，已知凸轮的实际轮廓为一圆，圆心在点O ′，
凸轮绕轴心O 逆时针转动，求：
（1）在图中作出凸轮机构的基圆、偏距圆；
（2）在图中作出凸轮在C 点接触时的压力角α；
（3）在图中作出凸轮与滚子从C 点接触到D 点接触时，凸轮的转角δ。
（不必作文字说明，但必须保留作图线。）
参考答案
一、判断题（正确 T ，错误 F ）
1. F
2. F
3. T
4. F
5. T
6. F
二、单项选择题
1. B
2. B
3. C
4. D
5. C
6. B
三、填空题
1. 增大基圆半径
2. 凸轮、从动件、机架
3. 相同
4. 运动规律
四、简答题
1. 凸轮机构常用从动件运动规律包括：①等速运动规律，速度突变，存在刚性冲击，常用于低速和从动件质量较小
的凸轮机构中。②等加速等减速运动规律，加速度突变，存在柔性冲击。常用于中速的凸轮机构中。③简谐运动规律，加速度突变，存在柔性冲击。常用于高速的凸轮机构中。
五、设计题
1. 设计过程参见参考教材。
2. 设计过程参见参考教材。
3. 解：
（1）基圆为以O为圆心，以OA为半径的圆。偏距圆为以O为圆心，
以OB为半径的圆。
（2）从动件所受力与速度方向所夹的锐角α见图。
（3）凸轮的转角δ见图。
第四章齿轮机构
一、判断题（正确T，错误F）
1. 齿廓啮合基本定律是两齿轮齿廓过任意接触点的公法线必通过连心线上一个定点。（）
2. 为保证齿轮传动瞬时角速度之比恒定，齿廓曲线必须采用渐开线。（）
3. 渐开线的形状决定于基圆的大小。（）
4. 渐开线直齿圆柱齿轮传动可以看成为一对分度圆纯滚动。（）
5. 渐开线齿轮传动啮合角等于分度圆压力角。（）
6. 正常齿渐开线标准直齿外齿轮齿根圆有可能大于基圆。（）
7. 斜齿圆柱齿轮的标准模数和压力角在法面上。（）
8. 斜齿圆柱齿轮传动的重合度大于相同端面模数的直齿圆柱齿轮的重合度。（）
9. 斜齿圆柱齿轮不根切的最少齿数小于直齿圆柱齿轮的最少齿数。（）
10. 两个斜齿圆柱齿轮只要法面模数相等、法面压力角相等，则不论二者的分度圆螺旋角是否相等均能正确啮合。
（）
11. 负变为齿轮分度圆齿槽宽小于标准齿轮的分度圆齿槽宽。（）
12. 斜齿圆柱齿轮传动调整中心距可采用改变分度圆螺旋角，也可以采用齿轮变位。（）
13. 只要齿轮的最少齿数小于17，则采用任何齿轮轮齿加工方法都会出现根切现象。（）
14. 一对直齿圆锥齿轮正确啮合的条件是两轮模数相等、压力角相等和两轮的锥距相等。（）
二、单项选择题
1. 渐开线齿廓上某点的压力角是指该点所受正压力方向与（）方向线之间所夹的锐角。
A 滑动速度
B 相对速度
C 绝对速度
D 转速
2. 渐开线齿廓在其圆上的压力角为（）。
A 20°
B 15°
C 0°
D 45°
3. 渐开线标准齿轮是指模数、压力角、齿顶高系数和径向间隙系数均为标准值，且分度圆齿厚（）
齿槽宽的齿轮。
A 等于
B 小于
C 大于
D 不确定
4. 当齿轮中心距稍有改变时，（）保持原值不变的性质称为可分性。
A 瞬时角速度之比
B 啮合角
C 压力角
D 重合度
5. 渐开线齿轮传动的啮合角等于（）上的压力角。
A 基圆
B 分度圆
C 齿顶圆D节圆
6. 渐开线标准直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是（）相等。
A 齿数
B 模数
C 分度圆压力角
D 基圆齿距
7. 渐开线直齿圆柱齿轮传动的重合度是实际啮合线段与（ ）的比值。
A 分度圆齿距
B 基圆齿距
C 理论啮合线长度
D 公法线长度
8. 斜齿轮端面模数（ ）法面模数。
A 小于
B 等于
C 大于
D 不一定
9. 正变位齿轮的分度圆齿厚（ ）标准齿轮的分度圆齿厚。
A 小于
B 等于
C 大于
D 小于且等于
10. 齿轮变位后，（ ）发生了改变。
A 分度圆
B 基圆
C 模数
D 齿根圆
11. 用标准齿条型刀具加工?==2001α、.h *a
的渐开线标准直齿轮时，不发生根切的最少齿数为（ ）。 A 15 B 16 C 17 D 18 三、填空题
1. 渐开线的形状取决于 ，基圆半径越大，渐开线越 。
2. 渐开线齿廓上任一点的压力角为过该点的 与该点的 线所夹的锐角，渐开线上离基
圆越远的点，其压力角 。
3. 渐开线齿廓的优点：（1） ；（2） ；
（3） 。
4. 模数是齿轮最重要的参数，已经标准化，其数值为 与π之比，模数越大，轮齿尺
寸 ，承载能力 。
5. 渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是 。
6. 渐开线直齿圆柱齿轮连续传动的条件为 。
7. 齿轮轮齿切削法按原理分为 和 两大类。
8. 用同一把标准齿条刀具加工齿数相同的标准齿轮、正变位齿轮和负变位齿轮，三者的齿数、模数、压力角、分度
圆和基圆 ，正变位齿轮分度圆齿厚 ，齿槽宽 。
四、简答题
1. 简单叙述齿廓啮合基本定律。
2. 请写出一对标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件、连续传动的条件。
3. 经测量知一渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿顶圆直径mm 225=a
d ，该齿轮齿数98=z ，试求其模数和主要几何尺寸。
4. 已知外啮合正常齿标准斜齿圆柱齿轮传动的齿数171
=z ，642=z ，法面模数mm 3=n m ，法 面压力角?=20n α，螺旋角0512'?=β。试求：该齿轮传动的中心距及两轮的分度圆直径。
五、计算设计题
1. 已知一对标准安装的正常齿标准渐开线外啮合直齿圆柱齿轮传动。模数mm 10=m ，主动轮齿数181
=z ，从动轮齿数242
=z ，主动轮在上，逆顺时针转动。
试求：
（1）两轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径、分度圆齿距、分度圆齿厚、分度圆齿槽宽、
齿顶圆压力角和两轮中心距。
（2）以一定比例作齿轮端面传动图，在图上注明基圆、分度圆、齿顶圆、齿根圆、实际啮合线段和理论啮合
线段。
参考答案
一、判断题（正确 T ，错误 F ）
1. F
2. F
3. T
4. F
5. F
6. T
7. T
8. T
9. T 10. T 11. F 12. T 13. F 14. F
二、单项选择题
1. C
2. C
3. A
4. A
5. D
6. D
7. B
8. C
9. C 10. D 11 C
三、填空题
1. 基圆大小 平直
2. 法线 速度方向 愈大
3. 具有可分性 啮合角为常数 齿廓间作用力的大小和方向均不变
4. 分度圆齿距 越大 越大
5. 两轮的模数相等 两轮的分度圆压力角相等
6. 重合度大于1
7. 成形法 范成法
8. 不变 增加 减小
四、简答题
1. 齿廓啮合基本定律是要使两齿轮的传动比为定值，则要满足不论两齿廓在哪一点接触，过接触点的公法线与连心
线始终交于一定点。
2. 一对标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两轮的模数相等和两轮的分度圆压力角相等；其连续传动的条件是两
轮传动的重合度大于等于1。
3. 根据齿轮齿顶圆公式知
所以，模数为
4. 两轮的分度圆直径分别为
五、计算设计题
1. 解：
（1） 分度圆直径分别为
齿顶圆直径分别为
齿根圆直径分别为
基圆直径分别为
分度圆齿距分别为
分度圆齿厚分别为
分度圆齿槽宽分别为
齿顶圆压力角分别为
两轮中心距为
（2）基圆、分度圆、齿顶圆、齿根圆入图所示。N 1N 2为理论啮合线段，AE 为实际啮合线段。
第五章 轮系
一、判断题（正确 T ，错误 F ）
1. 定轴轮系是指各个齿轮的轴是固定不动的。 （ ）
2. 单一周转轮系具有一个转臂。 （ ）
3. 单一周转轮系中心轮和转臂的轴线必须重合。 （ ）
4. 周转轮系中的两个中心轮都是运动的。 （ ）
5. 转化轮系的传动比可用定轴轮系求解，因此转化轮系中j g gj n n i 的数值为有齿轮g 到j 间所有
从动轮齿数相乘积与所有主动轮齿数相乘积的比值。 （ ）
6. 行星轮系和差动轮系的自由度分别为1和2，所以只有差动轮系才能实现运动的合成或分解。（ ）
二、单项选择题
1. 行星轮系的自由度为（ ）。
A 1
B 2
C 3
D 1或2
2. （ ）轮系中必须有一个中心轮是固定不动的。
A 定轴
B 周转
C 行星
D 差动
3. （ ）轮系中两个中心轮都是运动的。
A 定轴
B 周转
C 行星
D 差动
4. （ ）轮系不能用转化轮系传动比公式求解。
A 定轴
B 混合
C 行星
D 差动
5. 每个单一周转轮系具有（ ）个转臂。
A 0
B 1
C 2
D 3
6. 每个单一周转轮系中心轮的数目应为（ ）。
A 3
B 2
C 1
D 1或2
7. 每个单一周转轮系中，转臂与中心轮的几何轴线必须（ ）。
A 交错
B 相交
C 重合
D 平行
8. 两轴之间要求多级变速传动，选用（ ）轮系合适。
A 定轴
B 行星
C 差动
D B 和C
9. 三轴之间要求实现运动的合成或分解，应选用（ ）。
A 定轴轮系
B 行星轮系
C 差动轮系
D A 和B
三、填空题
1. 轮系的主要功用是 、 、
2. 定轴轮系是指 。
3. 周转轮系是指 。
4. 求解混合轮系的传动比，首先必须正确地把混合轮系划分为 和各
个 ，并分别列出它们的 计算公式，找出其相互联系，
然后 。
四、计算题
1. 在图示轮系中，设已知双头右旋蜗杆的转速r/m in 9001
=n ，602=z ，252='z ，203=z ，253='z ，
204=z ，304='z ，355=z ，285='z ，1356=z ，求6n 的大小和方向。
2. 图示轮系中，已知601=z ，482=z ，802='z ，1203=z ，603='z ，404=z ，蜗杆24='z ，（右旋），蜗轮805=z ，齿轮655='z ，模数mm 5=m 。主动轮1的转速r/m in
2401=n ，转向如图所示。试求齿条6的移动速度6v 的大小和方向。
题 1 图 题 2 图 3. 在图示的轮系中，已知205421
====z z z z ，又齿轮1，3，4，6同轴线，且均为标准齿轮传动。若已知齿轮1的转速r/m in 14401=n ，试求齿轮6的转速（大小和方向）。
4. 在图示的轮系中，已知201=z ，302=z ，153=z ，654=z ，r/m in
1501=n ，求H n 的大小及方向。 题 3 图 题 4 图
5. 在图示周转轮系中，已知各齿轮的齿数151=z ，252=z ，202='z ，603=z ，齿轮1的转速
r/m in 2001=n ，齿轮3的转速r/min 503=n ，其转向相反，求行星架H 的转速H n 的大小和方向。
6. 图示轮系中，已知601=z ，152=z ，202='z ，各轮模数均相同，求3z 及H i 1。
7. 图示轮系中，已知401=z ，202=z ，齿轮1的转速r/m in 1201=n ，求3z 及行星架的转速0=H n 时齿
轮3的转速3n （大小及方向）。
题 5 图 题 6 图 题 7 图
8. 求如图所示轮系的传动比14i ，已知2521=='z z ，2032==z z ，100=H z ，204=z 。
9. 在如图所示轮系中，各齿轮均为标准齿轮，并已知其齿数分别为，已知341
=z ，222=z ，783=z ，184=z ，355=z ，886=z ，计算传动比21H i 。
10. 求图示卷扬机减速器的传动比H i 1。若各轮的齿数为241=z ，482=z ，302='z ，603=z ，203='z ，
404=z ，1004='z 。
题 8 图 题 9 图 题 10 图
11. 在图示的轮系中，已知各轮的齿数21=z （右旋），602=z ，404=z ，205=z ，406=z ，齿轮3，4，
5，6均为标准安装的标准齿轮，且各齿轮的模数相同。当轮1以r/m in 9001=n 按图示方向转动时，求轮6转
速6n 的大小和方向。
12. 在图示的轮系中，轴A 按图示方向以1250 r/min 的转速回转，而轴B 按图示方向以600 r/min 的转速回转。试决
定轴C 的转速大小和方向。各轮齿数见图所示。
题 11 图 题 12 图
参考答案
一、判断题（正确 T ，错误 F ）
1. F
2. T
3. T
4. F
5. F
6. T
二、单项选择题
1. A
2. C
3. D
4. B
5. B
6. D
7. D
8. A
9. C
三、填空题
1. 距离较远传动 变速与换向 获得大传动比 合成或分解运动
2. 轮系传动时每个齿轮的轴线相对机架是固定的
3. 轮系中至少有一个齿轮的几何轴线相对机架是不固定的
4. 定轴轮系 单一周转轮系 传动比 联立求解
四、计算题
1. 解：该轮系为由圆柱齿轮、锥齿轮和蜗杆蜗轮组成的定轴轮系。
（1）10828302525213535202060654321654326116
=????????=???????=='''''z z z z z z z z z z z n n i
（2）r/min 33.81089001616===i n n ，转向如图所示。 2. 解：该轮系为由圆柱齿轮、锥齿轮、蜗杆蜗轮和齿轮齿条组成的定轴轮系
（1）322608060804012040432154325115
=??????=??????=='''z z z z z z z z n n i （2）r/min 5.732
24015155===
='i n n n ， （3）齿条6的移动速度6v 等于齿轮5'分度圆线速度，所以 齿条6的运动方向如图所示。
3. 解：该轮系为一个平行轴定轴轮系。
（1）4163542165325115z z z z z z z z z z z z n n i ??=??????==
（2）齿轮3和齿轮6的齿数可以从中心距相等的关系中求得。由于齿轮1，2，3的模数相等，
中心距间的关系为
从而得到60202202213
=?+=+=z z z 同理可得60202202546=?+=+=z z z
（3）所以，r/min 16060
6020201440634115=???=???=z z z z n n ，转向如图所示。 4. 解：该轮系为行星轮系。 （1）()5.715206530111131421141=??+=??--=-=z z z z i i H H
（2）r/min 205
.715011===H H i n n 行星架H 的转向与齿轮1的转向相同。
5. 解：该轮系为差动轮系。
（1）52015602521323113
-=??-=??-=--='z z z z n n n n i H H H ，则有 （2）()115n n n n H H -=-，所以， 653
1n n n H +=
（3）设齿轮1转速为正，则齿轮3转速为负，则有
行星架H 的转向与齿轮1的转向相反，而与齿轮3的转向相同。
6. 解：该轮系为一行星轮系。
（1）由同心条件得
()()23212
121'-=-z z m z z m 则有 （2）163206065151112132131=??-=??-=-='z z z z i i H H 齿轮1与行星架H 的转向相同。
7. 解：该轮系为一差动轮系。
（1）根据同心条件，轮1和轮2的中心距应等于轮3和轮2的中心距，对于标准齿轮，相啮
合的齿轮模数相等，故
2123r r r r +=-，2132r r r +=，则有
（2）当0=H n 时，即行星架H 固定，该轮系成为定轴轮系，
齿轮3的转向与齿轮1的转向相反。
8. 解：该轮系为一混合轮系。
（1）该轮系的齿轮1，2，2/，3和行星架H 组成行星轮系，其传动比为
（2）由齿轮4和行星架H 组成定轴轮系，其传动比为
（3）125951259414114-=??? ??-?=?==H H i i n n i
齿轮1与齿轮4的转向相反。
9. 解：该轮系为一混合轮系。
（1）由齿轮1，2，3和行星架H 组成行星轮系，其传动比为
（2）由齿轮4和行星架H 组成定轴轮系，其传动比为
（3）125951259414114-=??? ??-?=?==H H i i n n i
齿轮1与齿轮4的转向相反。
10. 解：该轮系为一混合轮系。
（1）由齿轮3/、4、4/组成定轴轮系，其传动比为
得H n n 53-=
（2）由齿轮1，2，2/，3和行星架H 组成差动轮系，其传动比为
430
246048214243113-=??-=??-=--='z z z z n n n n i H H 得 （3）联立求解
H H n n n n 254531=-=，所以
齿轮1与卷扬机的转向相同。
11. 解：该轮系为一混合轮系
（1）齿轮1，2组成定轴轮系，其传动比为
30260122112====z z n n i ，r/min 3030
9001212===i n n ，方向如图所示。 （2）齿轮2，3，4，5，6组成单一周转轮系，其中蜗轮2兼作转臂，其传动比为 645
33763z z z z n n n n i H H H ??-=--=
， 得 （3）联立求解
因为齿轮3，4，5，6均为标准安装的标准齿轮，且各齿轮的模数相同，根据同心条件，
则有，5634
a a =，所以
()()43652121z z z z -=+，则 1004040206543=++=++=z z z z ，又齿轮3固定，03=n ，所以
齿轮6的转向与蜗轮2转向相同。
12. 解：
（1）4
253666z z z z n n n n i C A AC ??-=--=
（2）432
24799779-====z z n n i ， 得 （3）363264344504501250??-=--C n ， 得 轴C 方向与轴A 一致。
第八章 机械设计概述
一、判断题（正确 T ，错误 F ）
1. 强度是指零件抵抗整体断裂、表面接触疲劳及塑性变形的能力。强度准则是零件设计中最基本的准则。 （ ）
2. 变应力只能由变载荷产生。 （ ）
3. 两接触的金属表面存在相对运动时，就会由于摩擦而产生磨损，因此磨损总是有害的。（ ）
4. 钢制零件采用热处理办法来提高其刚度是非常有效的。 （ ）
5. 使零件具有良好的工艺性，应合理选择毛坯，结构简单合理，规定适当的制造精度和表面粗糙度。
二、单项选择题
1. 循环特性1-=r 时的应力是（ ）
。 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 静应力
2. 外形复杂，结构尺寸大，生产批量大的零件的毛坯宜采用（ ）加工工艺。
A 铸造
B 锻造
C 焊接
D 轧制
3. 两个等宽的圆柱体接触，其直径212d d =，弹性模量212E E =，则其接触应力值为（ ）。
A 218σσ=
B 214σσ=
C 212σσ=
D 21σσ=
4. 合金钢对应力集中的敏感性比碳钢（ ）。
A 小
B 大
C 相等
D 不一定 三、填空题
1. 机械零件设计计算的最基本计算准则是_________________________________ 。
2. 机械零件的主要失效形式有 _________、_________、________、__________和__________。
3. 在静应力作用下，塑性材料的极限应力为___________，脆性材料的极限应力为___________。
4. 在静载荷作用下的机械零件，不仅可以产生___________应力，也可能产生___________应力。
5. 零件危险截面处的几何突变、截面尺寸的大小和表面状态等均影响零件的疲劳强度，因此，在机械零件的疲劳强
度计算中，引入了________________、________________和________________来 对材料的疲劳极限加以修正。
四、简答题
1. 试述机械零件的功能失效的含义，并举出两个例子。
2. 简述机械零件的主要失效形式有哪些？主要计算准则有哪些？
3. 试述机械零件的强度的含义，写出其一般表达式，并解释式中各变量的含义。
4. 稳定变应力的五个基本参量指什么？若某零件所有最大应力MPa 300max =σ，最小应力
MPa 120min -=σ，试求其他三个参量。
参考答案
一、判断题（正确 T ，错误 F ）
1. T
2. F
3. F
4. F
5. T
二、单项选择题
1. A
2. A
3.D
4. B
三、填空题
1. 强度准则
2. 整体断裂 塑性变形 磨损 过大的弹性变形 功能失效
3. 屈服极限 强度极限
4. 静 变
5. 有效应力集中系数 绝对尺寸系数 表面状态系数
四、简答题
1. 功能失效：机械零件不能完成规定功能的失效称为功能失效。如摩擦带传动中的打滑，螺栓联接的松动。
2. 机械零件的主要失效形式有：整体断裂，塑性变形，磨损，过大的弹性变形，功能失效；主要计算准则有：强度
准则，刚度准则，耐磨性准则，振动稳定性准则。
3. 强度是衡量机械零件工作能力最基本的计算准则，是零件抵抗整体断裂、表面接触疲劳及塑性变形的能力。其一
般表达式为
[]S lim
σσσ=≤或[]S lim
τττ=≤
τσ、分别为机械零件的工作正应力、工作剪应力 [][]τσ、分别为机械零件的许用正应力、许用剪应力
lim σ、lim τ分别为机械零件材料的极限正应力、极限 剪应力
S 为安全系数
4. 应力幅a σ，平均应力m σ，最大应力m ax σ，最小应力min σ，应力循环特性r 。
第九章 联接
一、判断题（正确 T ，错误 F ）
1. 三角螺纹比梯形螺纹效率高，自锁性差。 （ ）
2. 受相同横向工作载荷的螺纹联接中，采用铰制孔用螺栓联接时的螺栓直径通常比采用普通螺栓联接的可小一些。 （ ）
3. 铰制孔用螺栓联接的尺寸精度要求较高，不适合用于受轴向工作载荷的螺栓联接。 （ ）
4. 双头螺柱联接不适用于被联接件太厚，且需要经常装拆的联接。 （ ）
5. 螺纹联接需要防松是因为联接螺纹不符合自锁条件v ρλ≤。 （ ）
6. 松螺栓联接只宜承受静载荷。 （ ）
7. 紧螺栓联接在按拉伸强度计算时，将拉伸载荷增加到原来的 1.3倍，这是考虑螺纹应力集中的影响。 （ ）
8. 螺栓强度等级为6.8级，则该螺栓材料的最小屈服极限为680 N/mm 2。 （ ）
9. 受轴向工作载荷的紧螺栓联接的剩余预紧力必须大于0。 （ ）
10. 平键是利用键的侧面来传递载荷的，其定心性能较楔键好。 （ ）
11. 平键的截面尺寸是按照所在轴的直径选择的，如强度角和发现不行，则应加轴的直径以便加大键的截面尺寸。 （ ）
12. 同一键联接采用两个平键时应180°布置，采用两个楔键时应120°布置。 （ ）
13. 销联接只能用于固定联接件间的相对位置，不能用来传递载荷。 （ ）
14. 花键联接中，花键的尺寸按所在轴径根据标准选择。 （ ）
15. 采用过盈联接的轴和毂，即使载荷很大或有严重冲击，也不能与键配合使用。 （ ）
二、单项选择题
1. 用于联接的螺纹牙型为三角形，这是因为（ ）。
A 压根强度高，自锁性能好
B 传动效率高
C 防振性能好
D 自锁性能差
2. 螺纹的牙型角为α，螺纹中的摩擦角为ρ，当量摩擦角为v ρ，螺纹升角伟为λ，则螺纹的自锁条件为（ ）。
A αλ≤
B αλ>
C v ρλ≤
D v ρλ>
3. 用于薄壁零件联接的螺纹，应采用（ ）。
A 三角形细牙螺纹
B 梯形螺纹
C 锯齿形螺纹
D 多线的三角形粗牙螺纹
4. 在受预紧力的紧螺栓连接中，螺栓危险截面的应力状态为（ ）。
A 纯扭剪
B 简单拉伸
C 弯扭组合
D 拉扭组合
5. 当铰制孔用螺栓组联接承受横向载荷时，该螺栓组中的螺栓（ ）。
A 必受剪切力作用
B 必受拉力作用
C 同时受到剪切和拉伸
D 即可能受剪切，也可能受挤压作用
6. 在受轴向变载荷作用的紧螺栓联接中，为提高螺栓的疲劳强度，可采用的措施是（ ）。
A 增大螺栓刚度，减小被联接件刚度
B 减小螺栓刚度，增大被联接件刚度
C 增大螺栓刚度，增大被联接件刚度
D 减小螺栓刚度，减小被联接件刚度
7. 计算紧螺栓联接时的拉伸强度时，考虑到拉伸与扭转的复合作用，应将拉伸载荷增加到原来的（ ）倍。
A 1.1
B 1.25
C 1.3
D 1.4
8. 在螺栓联接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是（ ）。
A 提高强度
B 提高刚度
C 防松
D 减小每圈螺纹牙上的受力
9. 在同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同，这是为了（ ）。
A 受力均匀
B 便于装配
C 外形美观
D 降低成本
10. 预紧力为p Q 的单个紧螺栓联接，受到轴向工作载荷F 作用后，螺栓受到的总拉力Q （ ）F Q p
+。
A 大于
B 等于
C 小于
D 大于或等于
11. 若要提高受轴向变载荷作用的紧螺栓的疲劳强度，可采用（ ）。
A 在被联接件间加橡胶垫片
B 增大螺栓长度
C 采用精制螺栓
D 加防松装置
12. 在螺栓联接设计中，若被联接件为铸件，则有时在螺栓孔处制作沉头座孔或凸台，其目的是（ ）。
A 避免螺栓受附加弯曲应力作用
B 便于安装
C 为安装防松装置
D 为避免螺栓受拉力过大
13. 有一单个紧螺栓联接，要求被联接件接合面不分离。已知螺栓与被联接件的刚度相同，螺栓的预紧力为p Q ，当对联接施加轴向载荷，使螺栓的轴向工作载荷F 与预紧力p Q 相等时，则（ ）。
A 被联接件发生分离，联接失效
B 被联接件即将发生分离，联接不可靠
C 联接可靠，但不能在继续加载
D 联接可靠，只要螺栓强度够，可继续加载
14. 普通平键的剖面尺寸h b ?通常根据（ ）从标准中选取。
A 传递的转矩
B 传递的功率
C 轮毂的长度
D 轴的直径
15. 普通平键联接工作时，键的主要失效形式为（ ）。
A 键受剪切破坏
B 键侧面受挤压破坏
C 剪切和挤压同时产生
D 磨损和键被剪断
16. 采用两个普通平键时，为使轴与轮毂对中良好，两键通常布置成（ ）。
A 相隔180°
B 相隔120°~130°
C 相隔90°
D 在轴的同一目线上
17. 平键B20×80 GB1096-79中，20×80表示（ ）。
A 键宽×轴径
B 键高×轴径
C 键宽×键长
D 键宽×键高
18. （ ）不能列入过盈配合联接的优点
A 结构简单
B 工作可靠
C 能传递很大的转矩和轴向力
D 装配很方便
19. （ ）宜用于盲孔或拆卸困难的场合。
A 圆柱销
B 圆锥销
C 带有外螺纹的圆锥销
D 开尾圆锥销
三、填空题
1. 螺纹联接的自锁条件是_____________________________________________________________。
2. 螺纹联接防松的实质是_____________________________________________________________。
3. 在螺纹联接中，采用悬置螺母或环槽螺母的目的是_____________________________________。
4. 普通紧螺栓联接，受横向载荷作用，则螺栓受___________应力和___________应力。
5. 平键联接中的静联接的主要失效形式为_______________，动联接的主要失效形式为________________；所以，通常只进行键联接的____________强度或____________计算。
四、简答题
1. 螺纹联接有哪些基本类型？各适用于什么场合？
2. 为什么螺纹联接常需要防松？按防松原理，螺纹联接的防松方法可分为哪几类？试举例说明。
3. 提高螺栓联接强度的措施有哪些？
4. 对于受轴向变载荷作用的螺栓，可以采用哪些措施来减小螺栓的应力幅？
5. 联接的作用是什么？联接一般分为可拆联接和不可拆联接，何为可拆联接？何为不可拆联接？对于可拆联接和不可拆联接分别举出三个例子。存在既能做成可拆联接，又能做成不可拆联接的联接形式吗？如果有，请举例。
五、计算题
1. 图示钢板用四个普通螺栓联接，螺栓许用拉应力为[]2N/mm 160=σ，允许传递的横向载荷
N 21000=R ，被联接件接合面的摩擦系数20.f =，可靠性系数21.K f =，试求螺栓的最小直 径。 2. 图示为一圆锯片，锯片直径mm 600=D ，用螺母将其夹紧在压板中间，若锯外圆的工作阻力N 400=t
F ，压板和锯片间的摩擦系数12.0=f ，压板的平均直径m m 1501=D 。可靠性系数2.1=f K ，许用应力为[]2N/m m 90=σ，试确定轴端螺纹小径。
题1图 题2图
3. 有一气缸盖与缸体凸缘采用普通螺栓联接（如图所示），已知气缸中的压力在0~2 MPa 之间变化，气缸内径mm 500=D ，采用24个普通螺栓联接。为保证气密性要求，剩余预紧力F .Q p 81='（F 为螺栓的轴向工作载荷）。螺栓材料的许用拉伸应力
[]MPa 120=σ，许用应力幅[]MPa 20=a σ。选用铜皮石棉垫片，螺栓相对刚度80.C C C F L L =+。设计此螺栓组联接。
4. 在图示的夹紧联接中，柄部承受载荷N 2000=Q ，轴径mm 60=d ，在和到轴径中心的距离mm 200=L ，螺栓中心到轴径中心距离mm 50=l ，轴与毂配合面之间的摩擦系数150.f =，可靠性系数21.K f =，螺栓材料的许用拉伸应力[]2N/mm 100=σ。试确定联接螺栓的最小直径。
题3图 题4图
5. 某普通螺栓联接中，螺栓所受预紧力为p Q ，轴向工作载荷为F ，剩余预紧力为/p Q ，螺栓总拉力为Q ，螺栓刚
度为L C ，被联接件刚度为F C ，F C C C F F
L L +=?。 试分析：（1）画出受轴向工作载荷的紧螺栓联接工作时的力——变形关系图。
（2）在F 和/p Q 不变的情况下，如何提高螺栓的疲劳强度？
（3）若800=p Q N ，800=F N ，当F L C C >>时，?=Q 当F L C C <<时，?=Q
6. 图示为一螺栓组联接的两种方案，其外载荷R ，尺寸a 、L 均相同，mm 60=a
，mm 300=L 。试分别计算各方案中受力最大螺栓所受横向载荷？并比较哪个方案好？
7. 已知轴和带轮的材料分别为钢和铸铁，带轮与轴配合直径mm 40=d ，轮毂长度mm 70=l ，传递的功率kW 10=p ，转速min r 970/n =，载荷有轻微冲击。试选择带轮与轴联接采用的A 型普通平键，并按一定
的比例尺绘制联接横断面视图。
六、结构题
试找出图中螺纹联接结构的错误，说明其原因，并在图上改正。（被联接件材料已知，联接件均为标准件）
（a ）普通螺栓联接 （b ）螺钉联接 （c ）双头螺柱联接 （d ）紧定螺钉联接
参考答案
一、判断题（正确 T ，错误 F ）
1. F
2.T
3. T
4. F
5. F
6. T
7. F
8. F
9. T 10. T 11. F 12. T 13. F 14. T 15. F
二、单项选择题
1. A
2. C
3. A
4. D
5. D
6. B
7. C
8. C
9. B 10. C 11. B 12. A 13. D 14. D 15. B 16. A 17. C 18.
D 19. C
三、填空题
1. 螺纹升角小于等于当量摩擦角
2. 防止螺纹副的相对转动
3. 改善螺纹牙间的载荷分布
4. 拉伸 扭剪
5. 较弱零件的工作面被压溃 磨损 挤压 耐磨性
四、简答题
1. ①螺栓联接：多用于被联接件不太厚，便于加工通孔，两边有足够的装配空间的场合。②螺钉联接：常用于一被联接件太厚，不便加工成通孔，又不需经常拆卸的场合。③双头螺柱联接：常用于一被联接件太厚，不便加工成通孔，且需经常拆卸的场合。④紧定螺钉联接：常用于固定两个零件的相对位置，并可以传递不大的转矩。
2. 联接用的三角螺纹都满足自锁条件，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动或变载荷情况下，或者温度变化较大时，螺纹副间及支撑面间的摩擦力可能减小或突然消失，这种情况多次重复就会使联接松动，导致机器不能正常工作，甚至发生事故。因此，设计时必须采取防松措施。
防松方法：摩擦防松——弹簧垫圈、双螺母、椭圆口自锁螺母
机械防松——开口销与槽形螺母、圆螺母止动垫圈
破坏螺纹副的关系——冲点法、端焊法、粘结法
3. 提高螺栓联接强度的措施有：①减小螺栓总拉力的变化范围；②改善螺纹牙间的载荷分配；③减小应力集中；④避免附加弯曲应力；⑤采用合理的制造工艺。
4. 受变载荷的紧螺栓联接，在最大应力一定时，应力幅越小，疲劳强度越高。在保持剩余预紧力不变的条件下，减小螺栓应力幅的措施有：①减小螺栓刚度；②增大被联接件刚度；③减小螺栓刚度的同时增大被联接件刚度
5. 联接的作用是使组成机器的各个零件成为相互位置固定的一个整体，以完成一定的功能。可拆联接：允许多次装拆而无损于使用性能的联接，如螺纹联接、销联接、键联接；不可拆联接：若不损坏组成零件就不能拆开的联接，如铆接、焊接、粘接。
有 如 过盈配合联接可以做成可拆联接和不可拆联接。
五、计算题
1. 解：（1）根据题意和图示可知，2=m ，4=z
（2）普通螺栓联接受横向载荷，应满足不滑移条件
（3）计算螺栓最小直径1d
2. 解：（1）求预紧力p Q ，根据不滑移条件有
（2）计算螺栓最小直径1d
3. 解：（1）计算螺栓轴向工作载荷 螺栓组最大轴向载荷为N 10927324500452
2
?=??==.p D F z ππ
单个螺栓最大轴向载荷N 51636224
1092735
..Z F F z =?== （2）计算螺栓的总拉力Q
（3）计算螺栓最小直径1d
查GB196—81，取M30（M30的最小直径为26.211mm ）
（4）由于螺栓组联接工作中受变载荷作用，因此，需要进行疲劳强度校核。
校核螺栓疲劳强度