2023年研究生类研究生入学考试专业课机械设计与机械原理历年高频考题带答案难题附详解

2023年研究生类研究生入学考试专业课机械设计与机械原理历年高频考题带答案难题附详解（图片大小可自由调整）第1卷一.历年考点试题黑钻版(共50题)1.从效率的观点来看，机械的自锁条件是______；对于反行程自锁的机构，其正行程的机械效率一般小于______。2.绘出图示的机构运动简图。

回转柱塞泵3.根据传动比能否改变，机械传动可分为______，______和______三类。4.高速重载齿轮传动，当润滑不良时最可能出现的失效形式是______。5.渐开线斜齿圆柱齿轮的标准参数在______面上，在尺寸计算时应按______面参数代入直齿轮的计算公式。6.当采用______法切制渐开线齿轮齿廓时，可能会产生根切。7.某机器的主轴为等效构件，等效驱动力矩、等效阻抗力矩和等效转动惯量的变化规律如图所示。

(1)判断该机器能否作周期性的变速稳定运转，说明理由。

(2)在运转周期的初始位置，φ=0，ω0=100rad/s，求出主轴的最大角速度ωmax与最小角速度ωmin的值及其对应的转角位置。8.直动盘形凸轮机构中从动件采用余弦加速运动规律时，会产生______冲击。A.刚性B.柔性C.无冲击D.刚性和柔性9.对于受对称循环转矩的转轴，计算弯矩(或称当量弯矩)，α应取______。A.α≈0.3B.α≈0.6C.α=1D.α=1.310.研究机械平衡的目的是部分或完全消除构件在运动时所产生的______，减小或消除在机构各运动副中所引起的______，减轻有害的机械振动，改善机构工作性能和延长使用寿命。11.如题图所示两种机构系统均能实现棘轮的间歇运动，试分析此两种机构系统的组合方式，并画出方框图。若要求棘轮的输出运动有较长的停歇时间，试问采用哪一种机构系统方案较好。

12.已知一对心直动推杆盘形凸轮机构，基圆半径r0=20mm，当凸轮等速回转180°时，推杆等速移动40mm。求当凸轮转角δ=0°、60°、120°和180°时凸轮机构的压力角。13.螺栓的主要失效形式有：______、______、______。14.摩擦副接触面间的润滑状态判据参数膜厚比λ值为______时，为混合润滑状态；λ值为______时，可达到流体润滑状态。A.0.25B.1.0C.5.2D.1.815.如图所示，安装有两个斜齿圆柱齿轮的转轴用一对代号为7210AC(Fs=0.68Fr，Fs是轴承的内部轴向力)的轴承支撑。已知两齿轮上的轴向力分别为FA1=3000N，FA2=5000N，方向如图。轴承所受径向载荷分别为Fr1=8600N，Fr2=12500N，求两轴承的轴向力Fa1，Fa2。

16.如下图所示机构，已知杆长lAB、lBC，滚子半径r，转动副摩擦圆(虚线所示)半径ρ，滑动摩擦系数f，A、C两铰链在同一水平线上，不计构件重量，试求：

(1)若不计运动副中的摩擦时，该机构的自锁条件；

(2)考虑运动副中的摩擦时，该机构的自锁条件。

17.题图所示为一螺栓组连接的3种方案，其外载荷R，尺寸a、L均相同，a=60mm，L=300mm。试分别计算各方案中受力最大螺栓所受横向载荷Fs，并分析比较哪个方案好。

18.有一对渐开线直齿圆柱齿轮传动。已知α=20°，m=3mm，=1，c*=0.25，z1=30，z2=50，重合度εα=[z1(tanαa1-tanα')+z2(tanαa2-tanα')]。

(1)求齿轮1的分度圆半径和齿厚。

(2)求按标准中心距安装时此传动的实际啮合线长度L。

(3)现在根据运动要求，将齿轮2的齿数z2变更为z'2=51，而中心距保持不变，仍然利用齿轮1且保证两齿轮作无侧隙啮合，啮合方程式为invα'=2(tanα)(x1+x2)/(z1+z2)+invα，计算啮合角α'。

(4)判断齿轮2该作何种变位。19.如图所示轮系中，不同斜齿轮对的模数和螺旋角不相同。已知各轮齿数分别为：z1=46，z2=34，z3=26，z4=34，z5=130，z6=41，z7=57，z8=114，P1、P2均为带轮，其转速比可在一定范围内变化，np1/np2=0.55～3.37，计算轴A和轴B之间的传动比iAB(计算结果小数点后保留两位)。

20.采用优质碳素钢经调质处理制造的轴，验算时发现刚度不足，正确的改进方法是______。A.加大直径B.改用合金钢C.改变热处理方法D.降低表面粗糙度值21.在滚子从动件盘形凸轮机构中，当凸轮理论轮廓线外凸部分的曲率半径小于滚子半径时，从动件的运动规律将产生“失真”现象。22.渐开线直齿锥齿轮的当量齿数zv______其实际齿数z。A.小于B.大于C.等于23.由双速电动机与V带传动组成传动装置。靠改变电动机转速输出轴可以得到两种转速：300r/min和600r/min。若输出轴功率不变，带传动应按哪种转速设计?为什么?24.零件结构对刚度的影响主要表现在______及______。(列举两项)25.钢制齿轮，由于渗碳淬火后热处理变形大，一般需经过______加工，否则不能保证齿轮精度。26.如图所示，蜗杆主动，T1=20N·m，m=4mm，z1=2，d1=50mm，蜗轮齿数z2=50，传动的啮合效率η=0.75。试确定：(1)蜗轮的转向；(2)蜗杆与蜗轮上作用力的大小和方向。

27.设有一对外啮合斜齿轮a=55mm，z1=21，z2=32，mn=2mm，αn=20°，试计算其螺旋角、端面模数、端面压力角、当量齿数。28.当一对齿轮的材料、热处理、传动比及齿宽系数ψd一定时，由齿轮强度所决定的承载能力，仅与齿轮的______或与——有关。29.已知一对斜齿圆柱齿轮的参数为mn=5mm，z1=20，z2=40，中心距a=155mm，试求螺旋角，分度圆直径d1，基圆直径db1，齿顶圆压力角αa1，齿根圆直径df1。30.大链轮的齿数不能取得过大的原因是______。A.齿数越大，链条的磨损就越大B.齿数越大，链传动的动载荷与冲击就越大C.齿数越大，链传动的噪声就越大D.齿数越大，链条磨损后，越容易发生“脱链现象”31.题图所示的凸轮为偏心圆盘。圆心为O，半径R=30mm，偏心距lOA=10mm，rT=10mm，偏距e=10mm。试求(均在图上标注出)：

(1)推杆的行程h和凸轮的基圆半径r0；

(2)推程运动角δ0、远休止角δ01、回程运动角和近休止角δ02；

(3)最大压力角αmax的数值及发生的位置；

(4)从B点接触到C点接触凸轮所转过的角度δ和推杆的位移s；

(5)C点接触时凸轮机构的压力角αC。32.为了减小飞轮的转动惯量，宜将飞轮安装在主轴上。33.如下图图a所示机构中，已知各杆尺寸，其中LCD=LCB，ω1=常数，试用相对运动图解法求构件5的速度vD5和加速度aD5，以及杆2的角速度ω2及其方向。要求列出矢量方程式及必要的算式，画出速度和加速度多边形。

34.非液体摩擦滑动轴承的pv值表征了轴承的______，pv值越大，轴承温度______，容易引起油膜的破裂。35.一对渐开线齿轮等速传动时，啮合点在实际啮合线上也以等速移动。36.螺栓强度等级为6.8级，则该螺栓材料的最小屈服强度近似为______。A.480MPaB.6MPaC.8MPaD.0.8MPa37.在如图所示机构中，已知各构件尺寸及ω1为常数(逆时针方向)。试确定：各运动副总反力R51、R12、R52、R23及R54的方位(不考虑各构件重量及惯性力)；图中M及P为外力，虚线小圆为摩擦圆，运动副B和移动副E处摩擦角φ≈10°。

38.在下图所示凸轮机构中，画出凸轮从图示位置转过90°时凸轮机构的压力角α。

39.题图中，小齿轮为主动轮，要求轴Ⅱ上蜗杆3与大圆柱齿轮2所受的轴向力能相互抵消一部分，则蜗杆的导程角γ应为______旋，蜗轮的螺旋角应为______旋；小圆柱齿轮的螺旋角β1应为______旋。并在图上标出β1与Fa2、Fa3、γ，的方向，蜗轮n3的旋转方向。

40.单万向联轴器的从动轴角速度不均匀，改用双万向联轴器后从动轴的角速度即可变为均匀。41.在设计零件时，为了减小截面上的应力集中，可采用的主要措施有______、______及______。42.试说明等效系数ψσ的物理意义，并由材料的简化σm-σa极限应力图说明ψσ的几何意义。43.为了不过于严重削弱轴和轮毂的强度，两个切向键最好布置成______。A.在轴的同一母线上B.180°C.120°～130°D.90°44.已知锥齿轮减速器小锥齿轮轴用一对7209C型轴承(反安装)支承，两端固定，输入端与带轮相连，其示意图如题图所示。试绘出其轴、轴承组合设计结构图。(锥齿轮用油润滑，轴承用脂润滑，锥齿轮与轴连在一起，而带轮与轴用键过盈配合)

45.对于绕固定轴回转的构件，可以采用______或______的方法，使构件上所有质量的惯性力形成平衡力系，达到回转构件的平衡。若机构中存在作往复运动或平面复合运动的构件，则应采用______或______方法，方能使作用在机架上的总惯性力得到平衡。46.机器在安装飞轮后，原动机的功率可以比未安装飞轮时______。A.一样B.大C.小47.蜗杆传动中，已知蜗杆分度圆直径d1，蜗杆螺旋线方向为右旋，头数为z1蜗杆的直径系数为q，蜗轮齿数为z2，模数为m，压力角为α。则传动比i＝______，蜗轮分度圆直径d2＝______，蜗杆导程角γ＝______，蜗轮螺旋角β＝______，蜗轮螺旋线方向为______。48.如下图所示，采用张紧轮将带张紧，小带轮为主动轮。在图(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)和(h)所示的八种张紧轮的布置方式中，指出哪些是合理的，哪些是不合理的，为什么?(注：最小轮为张紧轮)

49.链传动通常布置在传动系统中的______。A.低速级B.中间级C.高速级D.任意一级50.某气缸用螺栓连接，气缸工作压力在0～Q间变化，使螺栓的轴向工作载荷在0～F间变化(见下图)。

(1)试在题给的螺栓连接力-变形图(图(a))上，标出预紧力F'、剩余预紧力F"，螺栓所受的轴向工作载荷变化图(0～F)；在螺栓拉力变化图(图(b))中，标出F0max(螺栓最大拉力)、F0mim(螺栓最小拉力)及F0a(螺栓拉力幅)；

(2)在题给的该零件许用极限应力图(图(c))上，直接按作图法标出相应于螺栓最小工作应力σmin点的极限应力点C'；

(3)由题给的极限应力图，按比例标出满足应力幅强度条件Sa=2时的工作应力点C。第1卷参考答案一.历年考点试题黑钻版1.参考答案：效率恒小于或等于零

50%2.参考答案：解：机构运动简图如图所示。

3.参考答案：固定传动比传动；可调传动比传动；变传动比传动4.参考答案：齿面胶合5.参考答案：法

端6.参考答案：展成7.参考答案：如下图所示。

(1)在一个运动周期(2π)内

Wd=Wr，即在一个周期的始末，驱动功等于阻抗功，动能增量为零(ΔE=0)，故该机器能够作周期性变速稳定运转。

(2)机器在φ=0时的动能

在φ=π时的动能

在φ=2π时的动能

因此，机器主轴转角为0及2π时，动能最大；主轴转角为π时动能最小。又由题中J-φ图知，主轴转角为0及2π时，转动惯量J最小；主轴转角为π时，转动惯量J最大。

由得

8.参考答案：B[解析]在凸轮机构中，若从动件的运动速度有突变则会产生刚性冲击，若从动件的加速度有突变则会产生柔性冲击。因此从动件采用等速运动会产生刚性冲击，从动件采用等加速等减速运动或余弦加速度运动会产生柔性冲击，从动件采用正弦加速度运动规律则没有冲击。9.参考答案：C10.参考答案：惯性力

动压力11.参考答案：[解]

图(b)方案好。

12.参考答案：[解]

压力角的计算公式为

式中，s=hδ/δ0=40δ/π，ds/dδ=40/π。所以，

当δ=0°时，有

当δ=60°时，有

当δ=120°时，有

当δ=180°时，有

13.参考答案：螺栓杆的拉断；螺纹的压溃和剪断；经常装拆时会因磨损而发生滑扣现象。14.参考答案：D15.参考答案：解：两轴承的内部轴向力分别为

Fs1=0.68Fr1=.68×8600=5848N

Fs2=0.68Fr2=0.68×12500=8500N

轴向力

FA=FA2-FA1=5000-3000=2000N(←)

由于Fa2+FA=8500+2000=10500N＞Fs1所以轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”。

故两轴承的轴向力分别为

Fa1=Fs2+FA=8500+2000=10500N

Fa2=Fs2=8500N16.参考答案：解：

(1)若不计运动副中的摩擦，该机构在死点位置时自锁，此时BC⊥AC，α角为α=arcsin(lBC/lAB)。

(2)对于高副来讲，由于滚动摩擦一般较滑动摩擦小得多，所以在此只考虑滑动摩擦。这样，若以构件3为示力体，当连杆2对滚子3的总反力R23的作用线与竖直线的夹角小于或等于摩擦角φ，即β≥90°-φ时，机构将自锁。其中，φ=arctanf。

现对自锁的临界状态(即β=90°-φ)进行分析，由下图可知

由正弦定理可知，，即，所以

因此，综合考虑机构死点位置，可以得出：在考虑运动副的摩擦时，该机构的自锁条件为

17.参考答案：[解]

把外载荷R向螺栓组连接的接合面形心简化，则该螺栓组连接受有横向载荷R和旋转力矩T=RL作用。在三个方案中，横向载荷R使螺栓组中的每个螺栓受到的横向载荷FSR相等，都等于R/3，且具有相同的方向；但由于螺栓布置方式不同，旋转力矩T使三个方案中的每个螺栓受到的横向载荷FST却不同。因此，在三个方案中受力最大螺栓所受的横向载荷是不同的。

(1)方案一。

由图(a)可知，螺栓3受力最大，所受横向载荷为

(2)方案二。

由图(b)可知，螺栓4和6受力最大，所受横向载荷为

(3)方案三。

由图(c)可知，螺栓8受力最大，所受横向载荷为

比较三个方案中受力最大螺栓的受力，显然方案三中受力最大的螺栓受力最小，而且从受力分析图中可以看出，方案三中的三个螺栓受力较均衡，因此方案三较好。18.参考答案：(1)分度圆半径r1=mz1/2=90/2mm=45mm

齿厚s1=πm/2=1.5πmm

(2)标准中心距a=m(z1+z2)/2=3(30+50)/2mm=120mm

rb1=r1cosα=45cos20°=42.286mm，

rb2=r2cosα=45cos20°mm=70.477mm

αa1=cos-1(rb1/ra1)=arccos[42.286/(45+3)]=28.241°

αa2=cos-1(rb2/ra2)=arccos[70.477/(75+3)]=25.371°

εα=[30(tan28.341°-tan20°)+50(tan25.371°-tan20°)]=1.71

pb=πmcosα=3.14159×3cos20°mm=8.856mm

∵，∴L=εαpb=15.144mm

(3)a'=120mm，a=3×(30+51)/2mm=121.5mm

由cosα'=acosα/α'

得α'=arccos(acosα/α')=17.929°

由无侧隙啮合方程式invα'=2(tanα)(x1+x2)/(z1+z2)+invα

解得x1+x2=(invα'-invα)(z1+z2)/2tanα=-0.478

(4)因为齿轮1不变位，所以齿轮2该作负变位。19.参考答案：

20.参考答案：A21.参考答案：B22.参考答案：B23.参考答案：解题要点：

(1)带传动应按转速300r/min设计，最好使带速在10m/s左右。

(2)因为带速低时所需有效圆周力大，则所需带的根数也多，若按高转速设计，则不一定能满足低转速的工作要求，会引起失效。(功率一定，其他条件不变时，转速越低，相应扭矩越大，轴的最小直径也越大。)24.参考答案：剖面形状；支承方式与位置；加强肋25.参考答案：磨齿26.参考答案：解：(1)由题图可知，蜗杆为左旋，根据左手定则可知蜗杆的轴向力方向向左，则蜗轮的圆周力方向向右，蜗轮沿顺时针方向转动。

(2)各力的方向如下图所示。

蜗杆的圆周力与蜗轮的轴向力的大小相等，方向相反，即

蜗杆的轴向力与蜗轮的圆周力的大小相等，方向相反，即

其中

T2=T1iη=20×25×0.75=375N·m

d2=mz2=4×50=200mm

蜗杆的径向力与蜗轮的径向力的大小相等，方向相反，即

Fr1=Fr2=Ft22tanα=3750×tan20°=1364.9N27.参考答案：解：由解得：β=15.5°；

由mn=mtcosβ，解得：mt=2.08mm；

由tanαn=tanαncosβ，解得：αt=20.7°；

由解得：zy1=23，zy2=36。28.参考答案：分度圆直径d1；中心距a29.参考答案：解：由

式中a=155mm，z1=20，z2=40，mn=5mm。

解得

β=14.59°

分度圆直径

基圆直径

db1=d1cosα

解得

db1=96.717mm

齿顶圆直径

da1=d1+2ha=103.33+2×5=113.33mm

由d1cosα1=da1cosαa1，得齿顶圆压力角

αa1=31.04°

齿根圆直径

df1=d1-2hf=103.33-2×1.25×5=90.83mm30.参考答案：D31.参考答案：[解]

取长度比例尺μl=0.001m/mm作图，得：

(1)推杆的行程h=20.5mm，基圆半径r0=30mm；

(2)推程运动角δ0=187°，回程运动角δ'0=173°，近休止角δ01=0°，远休止角δ02=0°；

(3)当滚子与凸轮廓线在D点接触时，压力角最大，其值为αmax=30°；

(4)从B点接触到C点接触时，凸轮所转过的角度为δ=313°，推杆的位移为s=17mm；

(5)在C点接触时凸轮机构的压力角为αC=2°。

32.参考答案：B33.参考答案：速度分析

对于同一构件2上的不同点，有速度矢量方程

取速度比例尺μv作机构图示位置的速度多边形；如图b所示，用速度影像法求vD2。

对于不同构件上的重合点D点，列出速度矢量方程

构件5的速度vD5(m/s)

构件2的角速度ω2(rad/s)

(2)加速度分析

对于同一构件2上的不同点，列出加速度矢量方程

取加速度比例尺μa作机构图示位置的加速度多边形；如图c所示，用加速度影像法求aD2。

对于不同构件上的重合点D点，列出加速度矢量方程

构件5的加速度aD5(m/s2)

[解析](1)图示为六杆机构求解，既有同一构件上的不同点，又有不同构件上的重合点运动分析问题。

(2)构件2为求解的关键构件，它和滑块3铰链连接，并与滑块4以移动副连接。

(3)求解时注意影像法的应用。34.参考答案：发热因素；越高35.参考答案：A36.参考答案：A37.参考答案：(1)机构的瞬心位置如下图a所示，。

(2)各运动副中总反力(R51、R12、R52、R23及R54)的方位如图b所示。38.参考答案：如下图所示。

39.参考答案：左；左；右

(β、Fa2、Fa3、γ及n4的方向如图所示)

40.参考答案：B41.参考答案：交接部分截面尺寸避免相差过大；增大过渡曲线的曲率半径；增设卸载结构42.参考答案：解题要点：

(1)物理意义。

ψσ的大小表示材料对变应力循环不对称性的敏感程度。通过ψσ可以把非对称循环的疲劳强度问题转化为对称循环的疲劳强度问题。由公式：σ-1=σra+ψσσrm，可知，平均应力乘以ψσ后折合成对称循环的极限应力幅。

(2)几何意义。

由简化极限应力图(见下图解)可知，取点M的坐标为M(σrm，σr