2025年大學機械原理（機械設計基礎）試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本卷共6題，每題5分。每題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。請將正確答案填寫在題目下方的空白處。1.平面機構中，若引入一個高副將引入（）個約束。A.1B.2C.3D.0答案：A2.鉸鏈四桿機構中，若最短桿與最長桿長度之和小于其余兩桿長度之和，當取最短桿為機架時，機構為（）。A.曲柄搖桿機構B.雙曲柄機構C.雙搖桿機構D.不確定答案：B3.漸開線齒輪傳動的重合度與以下哪個因素無關（）。A.齒輪的模數(shù)B.齒輪的齒數(shù)C.齒輪的分度圓壓力角D.中心距答案：A4.一對漸開線標準直齒圓柱齒輪傳動，已知中心距a=250mm，傳動比i=4，小齒輪齒數(shù)z1=20，則大齒輪齒數(shù)z2為（）。A.40B.60C.80D.100答案：C5.帶傳動中，小帶輪的包角一般要求不小于（）。A.120°B.150°C.180°D.200°答案：B6.鏈傳動中，鏈節(jié)數(shù)最好?。ǎ?。A.奇數(shù)B.偶數(shù)C.質數(shù)D.無所謂答案：B第II卷（非選擇題共70分）填空題（共20分）答題要求：本卷共5題，每題4分。請將正確答案填寫在橫線上。1.機構具有確定運動的條件是____________________。答案：機構的自由度大于零且等于原動件數(shù)2.凸輪機構中，凸輪的輪廓曲線取決于____________________。答案：從動件的運動規(guī)律、凸輪的形狀和尺寸以及相對位置3.漸開線齒輪的標準壓力角α=____________。答案：20°4.帶傳動的打滑現(xiàn)象首先發(fā)生在____________________帶輪上。答案：小5.鏈傳動的主要失效形式有____________________（寫出三種即可）。答案：鏈的疲勞破壞、鏈條鉸鏈的磨損、鏈的過載拉斷、鏈條鉸鏈的膠合、鏈條的靜力拉斷簡答題（共15分）答題要求：簡要回答問題，語言要簡潔明了，邏輯清晰。1.簡述平面機構高副低代的目的和方法。答案：目的是將含有高副的平面機構轉化為僅含有低副的平面機構，以便于分析和研究。方法是用一個虛擬的低副來替代高副，虛擬低副的兩個構件分別與高副接觸點處的輪廓曲線相切。2.說明漸開線齒輪傳動的可分性。答案：漸開線齒輪傳動的中心距略有變化時，其瞬時傳動比不變，這一特性稱為漸開線齒輪傳動的可分性。因為漸開線齒輪傳動的傳動比等于兩輪基圓半徑的反比，而中心距變化時，兩輪基圓半徑不變，所以傳動比不變。3.帶傳動中，影響帶傳動工作能力的因素有哪些？答案：帶的類型、帶輪的材料和表面粗糙度、帶的預緊力、小帶輪包角、帶速、傳動比等。分析計算題（共20分）答題要求：寫出詳細的計算過程和必要的文字說明。1.已知一對外嚙合標準直齒圓柱齒輪傳動，模數(shù)m=4mm，壓力角α=20°，傳動比i=3，中心距a=160mm。試求兩輪的齒數(shù)、分度圓直徑、齒頂圓直徑和齒根圓直徑。解：設小齒輪齒數(shù)為z1，大齒輪齒數(shù)為z2。由傳動比i=z2/z1=3，可得z2=3z1。又因為中心距a=(d1+d2)/2=m(z1+z2)/2，將z2=3z1，a=160mm，m=4mm代入可得：160=4(z1+3z1)/2，解得z1=20，則z2=60。分度圓直徑：d1=mz1=4×20=80mm，d2=mz2=4×60=240mm。齒頂圓直徑：da1=d1+2ham=80+2×1×4=88mm，da2=d2+2ham=240+2×1×4=248mm。齒根圓直徑：df1=d1-2(ha+c)m=80-2×(1+0.25)×4=70mm，df2=d2-2(ha+c)m=240-2×(1+0.25)×4=230mm。材料分析題（共15分）答題要求：閱讀材料，回答問題，分析要準確合理。材料：某機器中的一對齒輪傳動，經(jīng)常出現(xiàn)齒面膠合現(xiàn)象，導致齒輪磨損加劇，影響了機器的正常工作。已知該齒輪傳動的工作條件為：傳遞功率P=10kW，小齒輪轉速n1=1450r/min，傳動比i=3，模數(shù)m=4mm，齒寬b=50mm，材料為45鋼調質處理，硬度為240HBS，齒面接觸疲勞極限σHlim1=580MPa，σHlim2=550MPa，齒根彎曲疲勞極限σFlim1=180MPa，σFlim2=160MPa。1.分析齒面膠合產(chǎn)生的原因。答案：齒面膠合是由于高速重載時，齒面間壓力大、速度高，潤滑油膜被破壞，兩齒面金屬直接接觸并相互粘連，隨后又被撕開，在齒面上形成膠合溝痕。該齒輪傳動傳遞功率較大、轉速較高，滿足高速重載條件，易導致齒面膠合。2.提出改善齒面膠合的措施。答案：可提高齒面硬度，采用更合適的熱處理工藝或選用更好的材料；降低齒面接觸應力，如增大模數(shù)、合理設計齒寬等；改善潤滑條件，選用合適的潤滑油并保證良好的潤滑系統(tǒng)；合理設計傳動參數(shù)，如降低傳動比、減小轉速等，以降低齒面間的壓力和速度，從而改善齒面膠合現(xiàn)象。綜合設計題（共20分）答題要求：根據(jù)題目要求進行機械結構的設計，要考慮全面，步驟清晰。設計一個用于輸送物料的帶式輸送機傳動裝置，已知條件如下：1.輸送帶工作拉力F=1500N，工作速度v=2m/s。2.滾筒直徑D=400mm。3.工作環(huán)境有輕度粉塵。4.每天工作8小時，要求工作可靠，壽命長。設計要求：1.確定傳動方案，畫出傳動系統(tǒng)圖。2.計算電動機所需功率。3.選擇電動機型號。4.確定各級傳動比，并計算各軸轉速。5.計算各軸的轉矩。6.對高速軸進行結構設計（包括軸的材料選擇、結構形狀設計、鍵的選擇等）。解：1.傳動方案：采用V帶傳動和圓柱齒輪傳動。電動機通過V帶傳動帶動小帶輪，小帶輪與大帶輪通過圓柱齒輪傳動帶動滾筒轉動。傳動系統(tǒng)圖略。2.計算電動機所需功率：由Pca=Fv/1000=1500×2/1000=3kW?？紤]工作情況系數(shù)KA=1.1，V帶傳動效率η1=0.96，圓柱齒輪傳動效率η2=0.97。則電動機所需功率P=Pca×KA/η1η2=3×1.1/(0.96×0.97)≈3.5kW。3.選擇電動機型號：根據(jù)計算結果，選擇Y112M-4型電動機，額定功率Pn=4kW，額定轉速n0=1440r/min。4.確定各級傳動比：V帶傳動傳動比i1=d2/d1，根據(jù)V帶輪最小基準直徑選取原則，取d1=100mm，d2=250mm，則i1=2.5。圓柱齒輪傳動傳動比i2=n1/n2=n0/i1n2=1440/(2.5×n2)，滾筒轉速n2=60v/πD=60×2/(π×0.4)≈95.5r/min，則i2=1440/(2.5×95.5)≈6。各軸轉速：n1=n0/i1=1440/2.5=576r/min，n2=95.5r/min。5.計算各軸的轉矩：高速軸轉矩T1=9550P/n1=9550×3.5/576≈5