(主观题及答案)《机械设计基础》试题库
《机械设计基础》题库
题型说明：
一、单项选择题（每小题1分，共10分）
二、多项选择题（每小题2分，共20分，错选或漏选均不得分）
三、填空题（每小题2分，共20分）
四、分析设计题（每小题10分，共30分）
（一）第一小题：运动简图、自由度计算或受力分析
（二）第二小题：连杆机构或凸轮机构的分析与设计
（三）第三小题：轴系结构改错
五、计算题（每小题10分，共20分）
（一）第一小题：齿轮机构或轮系相关计算
（二）第二小题：带传动、齿轮传动、轴承、联接等相关计算
第二部分主观题
四、分析设计题
（一）第一小题：运动简图、自由度计算或受力分析
1、根据下列题图，绘制活塞泵的机构运动简图，注意标注构件或运动副的编号（10分）。
1、答：如图所示，以规定的符号绘出机构的运动副A、B、C、D、E、F（5分，D或E错扣1分，其他错一个扣0.5分），以简单的线条绘出构件AB、BC、CE、EF及机架（5分，错一个扣1分）。
2、根据下列题图，绘制的牛头刨床的机构运动简图，注意标注构件的编号（10分）。
2、答：如图所示，以简单的线条绘出构件机架1、2、
3、
4、
5、
6、7（7分，错一个扣1分），以规定的符号绘出机构的运动副（3分，错一个扣0.5分）。
3、指出下图所示机构的活动构件数n、低副数P L 和高副数P H ,计算该机构的自由度，说明其是否存在复合铰链、局部自由度和虚约束，并判定其是否具有确定的相对运动（标有箭头的构件为原动件）。（10分）
3、答：n=7（1.5分）; P L=9（1.5分）; P H=1（1分）;F=3n-2P L-P H=2（1分）C处存在复合铰链（1分），F处存在局部自由度（1分），E处或E’处存在虚约束（1分）。由于题中机构自由度为2，而题中有2个原动件，自由度与原动件数相等，故题中机构有确定的相对运动（2分）。
4、指出下图所示机构的活动构件数n、低副数P L 和高副数P H ,计算该机构的自由度，说明其是否存在复合铰链、局部自由度和虚约束，并判定其是否具有确定的相对运动（标有箭头的构件为原动件）。（10分）
4、答：n=6（1分）; P L=8（1分）; P H=1（1分）;F=3n-2P L-P H=1（1分）
B处存在局部自由度（1分），I处或H处存在虚约束（2分）。由于题中机构自由
度为1，而题中有1个原动件，自由度与原动件数相等，故题中机构有确定的相对运动（3分）
5、受力分析题。图示为二级斜齿圆柱齿轮减速器。已知：齿轮1的螺旋线方向和轴Ⅲ的转向，试求：（1）为使轴Ⅱ所受的轴向力最小，齿轮3应选取的螺旋线方向，并在图b上标出齿轮2和齿轮3的螺旋线方向；（2）在图a上标出轴I、II的回转方向；（3）在图b上标出齿轮2、3所受各分力的方向。（10分）
5、答：如图所示。（1）齿轮2,3均为右旋(2分)；（2）I、II回转方向如图(2分)；（3）6个分力（各1分，共6分）。
6、受力分析题。图示中蜗杆为主动，试求：（1）在图中画出蜗轮的转向，标出作用在蜗杆、蜗轮上各力的符号；（2）说明蜗杆、蜗轮的旋向。（10分）
6、答：如下图所示，蜗轮转向为顺时针（2分）；每力各1分，共6分；蜗杆1右旋，蜗轮2为右旋（2分）。
7、图示为由圆锥齿轮和斜齿圆柱齿轮组成的传动系统。已知：Ⅰ轴为输入轴，转向如图所示。试分析：（1）在下图中标出各轮转向。（2）为使2、3两轮的轴向力方向相反，确定并在图中标出3、4两轮的螺旋线方向。（3）在图中分别标出2、3两轮在啮合点处所受圆周力t F 、轴向力a F 和径向力r F 的方向。（10分）
7、解：（1）各轴转向如图所示（3分）。（2）3轮左旋，4轮右旋（2分）。（3）2、3两轮的各分力方向下图所示（5分，每错一处扣1分）。
8、试分析画出下图所示蜗杆传动中各轴的回转方向，蜗轮2、蜗轮4的螺旋方向，以及蜗杆1、蜗轮2、蜗杆3、蜗轮4所受各力的作用位置和方向。（10分）
8、解：（1）各轴的回转方向如图所示（2分）。（2）蜗轮轮齿的螺旋方向：由于两个蜗杆均为右旋，因此两个蜗轮也必为右旋（2分）。（3）蜗杆1、蜗轮2、蜗杆3、蜗轮4所受各力的作用位置和方向如图所示（6分）。
（二）第二小题：连杆机构或凸轮机构的分析与设计
1、分析下列曲柄摇杆机构，在图中画出C点处的压力角α，传动角γ，摇杆极限位置C1D、C2D，最小传动角γmin（须说明绘制最小传动角的过程）。（10分）
1、答：如下图画出C点处的压力角α（2分）和传动角γ（2分）。
以B1、B2为圆心，以BC为半径，画出摇杆的极限位置C1D、C2D（2分）。
当BC 杆处于B 1C 1位置时，δ=∠B 1C 1D 为最大值，传动角γ1=180°-∠B 1C 1D （1分）。 当BC 杆处于B 2C 2位置时，δ=∠B 2C 2D 为最小值，传动角γ2=∠B 2C 2D （1分）。 最小传动角γmin 为γ1和γ2中的最小值（2分）。
2、分析下列曲柄摇杆机构，在图中画出其极位夹角θ，摇杆摆角ψ，死点位置。如果行程速比系数K 为1.2，则此时极位夹角θ为多少？（10分）
2、答：如下图画出极位夹角θ（3分）和摇杆摆角ψ（2分）。 死点位置：曲柄AB 与连杆BC 共线的两个位置（3分）。 极位夹角?=+-??=+-?
=36.161
2.11
2.118011180K K θ （2分）
3、已知一曲柄滑块机构的曲柄长度l AB ＝15 mm ，偏距e ＝10 mm ，连杆的长度l BC =35mm 。试求：（1）画出滑块的极限位置及行程H ；（2）画出极位夹角及任意曲柄转角?时的压力角α;（3）描述任意曲柄转角?时压力角的方程；（4）画出最小传动角γmin （即最大压力角αmax ）的位置，并量出其角度值。
3、解：（1）滑块的极限位置C 1、C 2及行程H 如图所示 （2分） （2）标出极位夹角θ及任意曲柄转角?时的压力角α （4分）
（3）根据图中的几何关系，任意位置的压力角α为：
BC AB /)sin (sin l l e ?α+=
（2分）
（4）显然，除了曲柄转角? 之外，其它参数均为常数
所以当?＝90°时，压力角最大，测量可得αmax =45.6° （1分） 故最小传动角γmin =90°-αmax =44.4°
（1分）
4、已知曲柄摇杆机构的行程速比系数K=1.4，摇杆的摆角φ=40°，摇杆长度CD=42mm，机架长度AD=30mm，请设计该曲柄摇杆机构。
4、解：计算θ＝180°(K-1)/(K+1)= 30°；（1分）
选择适当的比例，作等腰三角形腰长为CD，夹角为φ=40°；（1分）
作C
2P⊥C
1
C
2
，作C
1
P使∠C
2
C
1
P=90°－θ,交于P; （1分）
作△PC
1C
2
的外接圆，则A点必在此圆上；（1分）
以D点为圆心，以AD为半径做圆弧与外接圆相交求得A点；（1分）
由AC
1=AB
1
+BC
1
，AC
2
=BC
2
-AB
2
，得AB=(AC
1
－AC
2
)/2；（1分）
以A为圆心，A C
2为半径作弧交于E,得AB=EC
1
/2；（1分）
作EC
1的垂直平分线，得AB的长度（即EC
1
/2）；（1分）
以A点为圆心，以EC
1/2为半径作圆求得B
1
、B
2
；（1分）
AB、BC、CD、AD所组成的连杆机构即为题目所求机构。（1分）
5、设计偏置尖顶直动从动件盘形凸轮的轮廓曲线。已知该凸轮的基圆半径r0（按比例缩小后等于下图中7到7’的距离），从动件偏距e（按比例缩小后等于下图中3到3’的距离）,凸轮角速度 的方向为逆时针，从动件的运动规律如下图
所示(部分曲线已做等分)，请设计该凸轮的轮廓曲线，并说明设计作图过程。（10分）
5、答：如下图所示。①选比例尺μl，作基圆r0和偏距圆e（2分）。②等分位移曲线及反向等分各运动角（2分），确定反转后对应于各等分点的从动件的位置（3分）。③确定反转后从动件尖顶在各等分点占据的位置（2分）。④将各尖顶点连接成一条光滑曲线（1分）。
6、设计对心滚子移动从动件盘形凸轮的轮廓曲线。已知凸轮的基圆半径r0（按比例缩小后等于下图中7到7’的距离），滚子半径r T（按比例缩小后等于下图中1到1’的距离），凸轮角速度ω的方向为逆时针，从动件的运动规律如下图所示，设计该对心滚子移动从动件盘形凸轮的轮廓曲线，并说明设计作图过程。
（10分）
6、答：如下图所示。①选比例尺 l，作基圆r0。（1分）。②等分位移曲线及反向等分各运动角（2分），确定反转后对应于各等分点的从动件的位置（2分）。
③确定反转后从动件滚子中心在各等分点占据的位置（2分）。④将各点连接成一条光滑曲线（1分）。⑤作滚子圆族及内(外)包络线（2分）
7、如图所示为偏置直动推杆盘形凸轮机构，AFB、CD为圆弧，AD、BC为直线，
A、B为直线与圆弧AFB的切点。已知偏距e=8mm，基圆半径r
=15mm，直线
OC、OD的长度为30mm，∠COD=30°，凸轮逆时针方向转动。试用图解法求：（1）推杆的升程h, 凸轮推程运动角为δ0，回程运动角δ’0和远休止角δ02；（2）推杆推程最大压力角αmax的数值及出现的位置；（3）推杆回程最大压力
角α’max的数值及出现的位置。
注：当前题图只用于示意，请选择适当的比例重新作图求解（10分）。
7、解：取适当尺寸比例尺作图（2分）
（1）推杆的升程如图所示，测量得h=27mm （1分）
凸轮推程运动角如图所示，测量得δ0=79 °（1分）
回程运动角如图所示，测量得δ’0=44°（1分）
远休止角如图所示，测量得δ02=208°（1分）
（2）推程段最大压力角出现在D点，其值为αmax=44°（2分）
（3）回程段最大压力角出现在C点，其值为α’max=71°（2分）
8、在图示偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮逆时针方向转动,试求：（1）在图中画出理论轮廓曲线、偏距圆、基圆；（2）在图中画出凸轮从图示位置转过90度时的压力角α和从动件的位移s。（10分）
8、解：结果如图所示。评分标准：理论轮廓曲线如图所示（2分），偏距圆如图所示（2分），基圆如图所示（2分）；凸轮从图示位置转过90度时的压力角α如图所示（2分），从动件的位移s如图所示（2分）。
（三）第三小题：轴系结构改错
1、结构改错题。分析下列图示标号处是否存在结构错误，如有错误则说明错误
原因（选答10处标号即可，每错一处扣1分）。（10分）
1、评分标准：每错一处扣1分。
位置1：无密封位置2：套筒接触到了轴承外圈
位置3：齿轮安装轴段的长度应小于齿轮宽度
位置4：联轴器轴段无轴向定位，应设计成阶梯轴
位置5：无键槽位置6：轴承左侧定位方式不对
位置7：与轴承内圈配合轴段太长，应设计成阶梯轴
位置8：联轴器端面应打通位置9：应加调整垫片
位置10：轴肩太高，轴承内圈无法拆卸
位置11：键槽孔太长位置12：机箱体应加凸台以减小加工面积
位置13：缺甩油环位置14：端盖孔径应大于轴径
位置15：端盖不应与轴相接触
2、结构分析题。如图所示为某减速器输出轴的结构图，试分析下列图示标号处是否存在结构错误，如有错误则说明错误原因。（10分）
2、评分标准：每错一处扣1分。
①轴左侧无定位轴肩，零件无法轴向固定；②轴承端盖与轴应有间隙，并且要有密封装置；③键槽过长；④装轴承处的轴段应设置为非定位轴肩，以保证加工精度；⑤套筒外径应小于轴承内圈外径；⑥轴承内圈无法定位；⑦轴段长度应小于齿轮轮毂宽度；⑧轴承端盖两处均应加轴承间隙调整垫片；⑨角接触轴承应正装；⑩角接触球轴承应成对使用。
3、结构分析题。如图所示，斜齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。试分析下列图示标号处是否存在结构错误，如有错误则说明错误原因。（10分）
3、评分标准：每错一处扣1分。
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，低于轴肩；
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右端轴承配合轴段作成非定位轴肩；
9两端的轴承要设有挡油环；10联轴器没有周向定位。
4、结构分析题。如图所示为某轴系结构图，试分析下列图示标号处是否存在结构错误，如有错误则说明错误原因。（10分）
4、评分标准：每错一处扣1分。
1两边轴承端盖应有调整垫片； 2左边轴承内圈应高于轴肩；
3键过长； 4齿轮轮毂长度要比与其配合的轴段长1－2mm；
5套筒高于轴承内圈； 6右端轴承配合轴段作成非定位轴肩；
7右边轴承端盖与轴间要留间歇； 8右边端盖与轴间要有密封；
9右边轴承端盖与联轴器不能接触； 10联轴器没有周向定位。
5、结构分析题。如图所示为某轴系结构图，试分析下列图示标号处是否存在结构错误，如有错误则说明错误原因。（10分）
5、评分标准：每错一处扣1分。
1.轴肩过高轴承无法拆卸；
2.齿轮轮毂应稍长于轴段的长度，以保证齿轮的轴向固定；
3.毡圈处密封槽应为梯形；
4.平键上侧应有间隙，两个键应布置于一条线上；
5.轴端挡圈没起作用；
6.定位台阶低；
7.端盖外侧不应与转动件接触；
8.轴承内外圈的剖面线方向应一致；
9.套筒高度过高；10.箱体剖面线方向应一致。
6、结构分析题。图示为一用对圆锥滚子轴承外圈窄边相对安装的轴系结构，润滑方式、倒角和圆角忽略不计，试分析下列图示标号处是否存在结构错误，如有错误则说明错误原因。（10分）
6、评分标准：每错一处扣1分。
⑴缺少调整垫片；⑵键联接表达不正确（键上方无间隙）；⑶与齿轮处键槽的位置不在同一角度上；⑷键槽处周边表达不正确（应该局部剖视）⑸端盖孔与轴径间无间隙；⑹多一个键；⑺齿轮左侧轴向定位不可靠；⑻齿轮右侧无轴向定位；
⑼轴承安装方向不对；⑽轴承外圈定位超高；⑾轴与轴承端盖相碰。
7、结构分析题。如图所示为某轴系结构图，试分析下列图示标号处是否存在结构错误，如有错误则说明错误原因。（10分）
7、评分标准：每错一处扣1分。
1缺少调整垫片；2无间隙、无密封；3键太长；4无定位轴肩；5无非定位轴肩；6套筒高于内圈高度；7轴段和轮毂一样长，起不到定位作用；8无定位轴肩；9
缺少调整垫片；10角接触球轴承应成对使用，且内外圈的剖面线方向应一致。
8、结构分析题。如图所示为某轴系结构图，试分析下列图示标号处是否存在结构错误，如有错误则说明错误原因。（10分）
8、评分标准：每错一处扣1分。
1轴承内外圈的剖面线方向应一致；2轴肩高于轴承内圈高度； 3齿轮两边为高于轮毂的轴肩，无法安装齿轮；4齿轮轴向定位不可靠；5无非定位轴肩；6毡圈处密封槽应为梯形，且轴承端盖与轴之间应有间隙；7端盖外侧不应与转动件
接触；8与其他键槽位置不在同一角度上；9缺少键槽；10轴承与轴为过盈配合，不需要键槽。
9、分析图示轴系结构上的结构错误，指出结构错误并在图上标示相应编号。（10分）
9、评分标准：每错一处扣1分。
①轴左侧无定位轴肩，零件无法轴向固定；②轴承端盖与轴应有间隙，并且要有密封装置；③键槽过长；④装轴承处的轴段应设置为非定位轴肩，以保证加工精度；⑤套筒外径应小于轴承内圈外径；⑥轴承内圈无法定位；⑦轴段长度应小于齿轮轮毂宽度；⑧轴承端盖两处均应加轴承间隙调整垫片；⑨角接触轴承应正装；⑩角接触球轴承应成对使用。