機械設(shè)計基礎(chǔ)復(fù)習資料匯編及模擬題庫機械設(shè)計基礎(chǔ)是機械類專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，其內(nèi)容涵蓋機構(gòu)運動設(shè)計與機械零件設(shè)計的核心原理，是后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習與工程實踐的重要基石。本資料匯編結(jié)合課程核心考點與典型題型，系統(tǒng)梳理知識點框架，并配套模擬題庫（含詳細解析），旨在幫助學(xué)習者高效鞏固理論知識、提升解題能力，適用于課程復(fù)習、備考及工程實踐能力的初步構(gòu)建。一、復(fù)習資料匯編（一）機械設(shè)計概述1.設(shè)計的基本要求機械設(shè)計需滿足功能要求（實現(xiàn)預(yù)定運動或動力傳遞）、性能要求（強度、剛度、效率、可靠性等）、經(jīng)濟性要求（制造成本、維護成本）及環(huán)保與安全要求（低噪聲、符合安全規(guī)范）。2.設(shè)計的一般步驟遵循“需求分析→方案設(shè)計→技術(shù)設(shè)計→施工設(shè)計”流程：需求分析：明確機械的功能、工作條件（載荷、速度、環(huán)境）；方案設(shè)計：通過機構(gòu)選型（如連桿、凸輪、齒輪機構(gòu)）與零件初步布局，形成原理方案；技術(shù)設(shè)計：進行零件的參數(shù)計算（如齒輪模數(shù)、軸的直徑）、強度校核；施工設(shè)計：繪制零件圖、裝配圖，標注技術(shù)要求。（二）平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析1.機構(gòu)的組成要素構(gòu)件：獨立運動的單元（可由多個零件固連而成）；運動副：構(gòu)件間的可動連接，分為低副（轉(zhuǎn)動副、移動副，約束數(shù)2）與高副（凸輪與從動件、齒輪嚙合，約束數(shù)1）。2.機構(gòu)自由度計算自由度公式：\(F=3n-2P_L-P_H\)其中，\(n\)為活動構(gòu)件數(shù)（機架固定，不計入\(n\)），\(P_L\)為低副數(shù)，\(P_H\)為高副數(shù)。*注意*：若計算得\(F\leq0\)，機構(gòu)無相對運動；若\(F>0\)且等于原動件數(shù)，機構(gòu)有確定運動。（三）平面連桿機構(gòu)1.四桿機構(gòu)的基本形式曲柄搖桿機構(gòu)：曲柄（整周轉(zhuǎn)動）+搖桿（往復(fù)擺動），如縫紉機踏板機構(gòu)；雙曲柄機構(gòu)：兩連架桿均為曲柄，如機車車輪聯(lián)動機構(gòu)；雙搖桿機構(gòu)：兩連架桿均為搖桿，如汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)。2.急回特性與行程速比系數(shù)當曲柄為原動件時，搖桿往復(fù)擺動的平均速度不同（空回行程速度快），稱為急回特性。行程速比系數(shù)\(K=\frac{180^\circ+\theta}{180^\circ-\theta}\)（\(\theta\)為極位夾角，即曲柄兩極限位置的夾角）。\(K>1\)時機構(gòu)具有急回特性。（四）凸輪機構(gòu)1.凸輪機構(gòu)的類型按凸輪形狀：盤形凸輪（平面）、圓柱凸輪（空間）；按從動件運動形式：直動從動件、擺動從動件；按從動件端部形式：尖頂（結(jié)構(gòu)簡單，易磨損）、滾子（耐磨，應(yīng)用廣）、平底（受力平穩(wěn)，用于高速）。2.從動件運動規(guī)律等速運動：推程/回程中速度恒定，起點、終點有剛性沖擊（加速度突變），適用于低速輕載；等加速等減速運動：推程分兩段，前半段等加速、后半段等減速，柔性沖擊（加速度連續(xù)，躍變），適用于中速；余弦加速度運動（簡諧運動）：加速度按余弦規(guī)律變化，無剛性沖擊，適用于中高速。（五）齒輪機構(gòu)1.漸開線齒輪的基本參數(shù)模數(shù)\(m\)：\(m=\frac{p}{\pi}\)（\(p\)為周節(jié)，即相鄰齒廓的弧長），模數(shù)越大，輪齒強度越高；壓力角\(\alpha\)：標準值為\(20^\circ\)（齒廓在分度圓處的壓力角）；齒數(shù)\(z\)：影響齒輪尺寸與重合度（重合度\(\varepsilon>1\)保證連續(xù)傳動）。2.定軸輪系傳動比計算傳動比\(i_{1k}=\frac{\omega_1}{\omega_k}=\pm\frac{\prodz_{\text{從動輪}}}{\prodz_{\text{主動輪}}}\)，“+”表示轉(zhuǎn)向相同（內(nèi)嚙合），“-”表示轉(zhuǎn)向相反（外嚙合）。（六）輪系1.定軸輪系：各齒輪軸線固定，傳動比為各對齒輪傳動比的乘積，注意轉(zhuǎn)向判斷（外嚙合次數(shù)為奇則轉(zhuǎn)向相反，偶則相同）。2.周轉(zhuǎn)輪系：含行星輪（軸線繞中心輪轉(zhuǎn)動），需用轉(zhuǎn)化輪系法（給整個輪系加一個與行星架角速度相反的\(-\omega_H\)，轉(zhuǎn)化為定軸輪系），傳動比公式：\(i_{1n}^H=\frac{\omega_1-\omega_H}{\omega_n-\omega_H}=\pm\frac{\prodz_{\text{從動輪}}}{\prodz_{\text{主動輪}}}\)（七）連接1.螺紋連接預(yù)緊：裝配時擰緊，提高連接剛度與防松能力，預(yù)緊力\(F'\)需控制（過大會導(dǎo)致螺紋斷裂）；防松：分為摩擦防松（雙螺母、彈簧墊圈）、機械防松（開口銷與槽形螺母、止動墊圈）、永久防松（焊接、粘接）。2.鍵連接平鍵：用于靜連接，靠側(cè)面受載，對中性好；半圓鍵：用于輕載、錐形軸端；楔鍵：用于動連接（如帶輪與軸），靠摩擦力與楔緊力，對中性差。（八）軸系零件1.軸的分類與設(shè)計心軸：只受彎矩（如火車輪軸）；轉(zhuǎn)軸：受彎矩與轉(zhuǎn)矩（如減速器軸）；傳動軸：只受轉(zhuǎn)矩（如汽車傳動軸）。軸的強度計算：扭轉(zhuǎn)強度（\(\tau=\frac{T}{W_t}\leq[\tau]\)）、彎扭組合強度（\(\sigma_{\text{ca}}=\frac{\sqrt{M^2+(\alphaT)^2}}{W}\leq[\sigma]\)，\(\alpha\)為應(yīng)力校正系數(shù)）。2.滾動軸承類型選擇：深溝球軸承（徑向載荷）、角接觸球軸承（徑向+軸向）、圓錐滾子軸承（重載、軸向載荷）；壽命計算：\(L_{10\text{h}}=\left(\frac{C}{P}\right)^\varepsilon\times10^6/(60n)\)（\(C\)為基本額定動載荷，\(P\)為當量動載荷，\(\varepsilon\)為壽命指數(shù)，球軸承\(zhòng)(\varepsilon=3\)，滾子軸承\(zhòng)(\varepsilon=10/3\)）。二、模擬題庫（一）選擇題（每題1分，共10分）1.平面機構(gòu)自由度計算中，活動構(gòu)件數(shù)\(n\)是指（）。A.所有構(gòu)件數(shù)B.除機架外的構(gòu)件數(shù)C.含機架的構(gòu)件數(shù)D.主動構(gòu)件數(shù)*解析*：活動構(gòu)件指能獨立運動的構(gòu)件，機架固定，不計入\(n\)，選B。2.齒輪傳動中，重合度\(\varepsilon>1\)的意義是（）。A.齒輪強度高B.傳動比恒定C.連續(xù)傳動D.效率高*解析*：重合度表示同時參與嚙合的輪齒對數(shù)，\(\varepsilon>1\)保證至少有一對齒嚙合，實現(xiàn)連續(xù)傳動，選C。（二）簡答題（每題5分，共20分）1.簡述螺紋連接防松的必要性及常用防松方法。*解析*：必要性：螺紋連接受振動、變載荷時，預(yù)緊力可能消失，導(dǎo)致連接松動，甚至失效。常用方法：摩擦防松：雙螺母（利用兩螺母間的摩擦力）、彈簧墊圈（彈性變形產(chǎn)生預(yù)緊力）；機械防松：開口銷與槽形螺母（銷限制螺母轉(zhuǎn)動）、止動墊圈（墊圈邊折彎卡住零件）；永久防松：焊接（破壞螺紋，不可拆卸）、厭氧膠粘接（固化后防松）。2.凸輪機構(gòu)中，從動件為何要采用“柔性沖擊”或“無沖擊”的運動規(guī)律？*解析*：剛性沖擊（加速度突變）會產(chǎn)生巨大慣性力，導(dǎo)致機構(gòu)振動、磨損甚至破壞，僅適用于低速；中高速時需采用等加速等減速（柔性沖擊，加速度連續(xù)但有躍變）或余弦加速度（無剛性沖擊，加速度光滑）的運動規(guī)律，以降低沖擊，保證機構(gòu)平穩(wěn)運行。（三）計算題（每題10分，共20分）1.平面機構(gòu)自由度計算如圖所示四桿機構(gòu)，已知構(gòu)件1為原動件，機架為4，構(gòu)件2、3為活動構(gòu)件，轉(zhuǎn)動副數(shù)\(P_L=4\)，無高副。求機構(gòu)自由度\(F\)，并判斷運動是否確定。*解析*：活動構(gòu)件數(shù)\(n=3\)（構(gòu)件1、2、3，機架4固定），低副數(shù)\(P_L=4\)，高副\(P_H=0\)。代入公式：\(F=3n-2P_L-P_H=3×3-2×4-0=1\)。原動件數(shù)為1，與\(F\)相等，故機構(gòu)有確定運動。2.定軸輪系傳動比計算定軸輪系中，主動輪1（\(z_1=20\)）與輪2（\(z_2=40\)）外嚙合，輪2'（\(z_2'=25\)）與輪3（\(z_3=50\)）內(nèi)嚙合，輪3'（\(z_3'=18\)）與輪4（\(z_4=36\)）外嚙合。求傳動比\(i_{14}\)，并判斷輪4與輪1的轉(zhuǎn)向關(guān)系。*解析*：傳動比公式為\(i_{14}=\frac{\omega_1}{\omega_4}=\frac{z_2\cdotz_3\cdotz_4}{z_1\cdotz_2'\cdotz_3'}\)（外嚙合取負，內(nèi)嚙合取正，總符號為各對齒輪符號的乘積）。代入數(shù)值：\(i_{14}=\frac{40×50×36}{20×25×18}=\frac{____}{9000}=8\)。外嚙合次數(shù)：輪1-2（外，-）、輪2'-3（內(nèi)，+）、輪3'-4（外，-），總符號：\((-)×(+)×(-)=+\)，故輪4與輪1轉(zhuǎn)向相同。三、復(fù)習建議1.知識點串聯(lián)：以“機構(gòu)運動設(shè)計（連桿、凸輪、齒輪）→零件設(shè)計（連接、軸、軸承）”為脈絡(luò)，理解機構(gòu)如何實