哈尔滨开放大学机械设计基础期末考试试卷与参考答案

以下是一份针对哈尔滨开放大学《机械设计基础》期末考试的复习笔记，涵盖考试重点、题型解析和复习建议，供参考学习：

机械设计基础期末复习笔记

一、考试重点内容

1. 机械设计基础概述

- 机械设计的基本要求：强度、刚度、寿命、可靠性、经济性。

- 机械系统组成：动力部分、传动部分、执行部分、控制部分、辅助部分。

2. 常用机构分析

- 平面连杆机构：

- 四杆机构类型（曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构）。

- 急回特性、死点位置、传动角与压力角。

- 凸轮机构：

- 凸轮机构的组成与分类（盘形凸轮、圆柱凸轮、移动凸轮）。

- 凸轮轮廓设计方法（图解法、解析法）。

- 齿轮传动：

- 齿轮类型（直齿轮、斜齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆）。

- 齿轮传动设计要点：齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度。

- 齿轮参数：模数、压力角、齿数、重合度。

3. 常用机械零件设计

- 带传动：

- V带传动设计：预紧力、有效圆周力、滑动率、功率与速度计算。

- 带传动的失效形式（打滑、疲劳断裂）。

- 链传动：

- 链传动特点：多边形效应、动载荷。

- 链传动设计参数：节距、链轮齿数、中心距。

- 螺旋传动：

- 普通螺旋传动与差动螺旋传动的区别。

- 螺纹类型（三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹）。

- 轴系部件设计：

- 轴的分类（心轴、转轴、传动轴）。

- 轴的强度校核：弯扭合成强度计算。

- 轴上零件的定位与固定方法（轴肩、套筒、轴端挡圈）。

- 轴承：

- 滚动轴承类型（向心轴承、推力轴承、向心推力轴承）。

- 滚动轴承寿命计算：基本额定动载荷、当量动载荷、寿命公式。

4. 机械系统动力学

- 机械系统运动分析：

- 运动副的分类（低副、高副）。

- 平面机构自由度计算（公式：F=3n-2PL-PH）。

- 机械系统平衡：

- 转子静平衡与动平衡原理。

- 惯性力的计算与平衡方法。

5. 机械设计中的材料与失效分析

- 常用材料：碳钢、合金钢、铸铁、非金属材料。

- 机械零件失效形式：

- 断裂、过量变形、磨损、胶合、腐蚀等。

- 提高机械零件强度的措施：

- 改善结构设计（避免应力集中）、表面处理（渗碳、氮化）、合理选材。

二、典型题型与解题思路

1. 选择题与判断题

- 考点：基本概念、公式应用、机构类型、材料选择等。

- 例题：

- 问题：普通V带传动中，打滑现象通常发生在（ ）。

- A. 大带轮 B. 小带轮 C. 两轮同时 D. 无法确定

- 答案：B（小带轮包角较小，易发生打滑）。

2. 简答题

- 考点：机构类型特点、设计原则、失效原因等。

- 例题：

- 问题：简述齿轮传动中齿面点蚀失效的预防措施。

- 答案：

1. 选用高硬度、高韧性的材料；

2. 提高齿面表面硬度；

3. 保证良好的润滑条件；

4. 合理设计齿宽和模数。

3. 计算题

- 考点：强度校核、参数计算、寿命估算等。

- 例题：

- 问题：已知某直齿圆柱齿轮传动，小齿轮参数：模数m=4mm，齿数z₁=20，转速n₁=960r/min；大齿轮齿数z₂=60。试计算：

1. 传动比i；

2. 大齿轮转速n₂；

3. 中心距a。

- 解答：

1. 传动比 \( i = \frac{z_2}{z_1} = \frac{60}{20} = 3 \)；

2. \( n_2 = \frac{n_1}{i} = \frac{960}{3} = 320 \, \text{r/min} \)；

3. 中心距 \( a = \frac{m(z_1 + z_2)}{2} = \frac{4 \times (20+60)}{2} = 160 \, \text{mm} \)。

4. 综合分析题

- 考点：机械系统设计、结构优化、故障诊断等。

- 例题：

- 问题：某机械系统采用带传动和齿轮传动组合，若发现带传动频繁打滑，试分析可能原因并提出改进方案。

- 答案：

- 原因：

1. 初拉力不足；

2. 过载或超速运行；

3. 带的截面尺寸或材料选择不当；

4. 带轮包角过小。

- 改进方案：

1. 增大初拉力或更换更大截面的V带；

2. 降低传动比或增加带轮直径；

3. 优化带轮结构以增大包角；

4. 改用其他传动形式（如链传动）。

三、复习建议

1. 重点公式整理：

- 齿轮传动：\( i = \frac{z_2}{z_1} \)，接触疲劳强度公式，弯曲疲劳强度公式；

- 带传动：有效圆周力 \( F_t = \frac{P}{2\pi n} \)，滑动率计算；

- 轴的强度校核：\( \sigma_{eq} = \sqrt{\sigma_b^2 + 3\sigma_t^2} \leq [\sigma] \)。

2. 高频考点回顾：

- 四杆机构的急回特性、死点位置；

- 滚动轴承寿命计算（公式：\( L_{10} = \left( \frac{C}{P} \right)^{10/3} \)）；

- 轴的结构设计（避免应力集中、合理布置键槽）。

3. 常见错误规避：

- 单位统一（如转速需转换为rad/s）；

- 公式适用条件（如齿轮强度计算需区分接触疲劳与弯曲疲劳）；

- 结构设计细节（如轴肩高度应小于滚动轴承内圈高度）。

4. 模拟训练：

- 通过历年真题或教材习题强化计算题解题能力；

- 结合实际案例分析机械系统设计中的综合问题。

四、参考答案示例

（以下为典型计算题参考答案模板，具体内容需根据题目调整）

例题：设计一普通V带传动，已知小带轮直径d₁=140mm，转速n₁=1450r/min，大带轮直径d₂=400mm，传递功率P=7.5kW，工作情况系数KA=1.2。试校核带的疲劳强度。

- 解答步骤：

1. 计算当量功率 \( P_d = P \times KA = 7.5 \times 1.2 = 9 \, \text{kW} \)；

2. 查表确定带型（假设选A型带）；

3. 计算带速 \( v = \frac{\pi d_1 n_1}{60 \times 1000} = \frac{\pi \times 140 \times 1450}{60 \times 1000} \approx 10.5 \, \text{m/s} \)；

4. 查A型带的许用应力图，确定初拉力F₀；

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