机械设计复习总结附加试题

PAGE—PAGE13—中科院研究生院硕士研究生入学考试《机械设计》考试大纲本《机械设计》考试大纲适用于中国科学院研究生院机械制造及其自动化等专业的硕士研究生入学考试。机械原理与机械设计是机械工程学科的基础，是机械类各个学科专业的基础理论课程。本科目的考试内容包括机构学、机构动力学、机械零件设计方法及典型零件设计过程等。要求考生对其基本概念有较深入的了解，能够系统地掌握机构分析与综合方法、机械零件设计目的、理论、方法、过程，熟悉机械系统的基本组成形式、各自原理、概念及定理，并具有综合运用所学知识分析和初步解决机械系统相关问题的能力。一、考试内容（一）机构学机械原理的研究对象，机械、机器、机构的定义及含义；平面运动副及其分类及平面机构的自由度计算；瞬心法、相对运动图解法对机构进行运动分析基本过程；平面连杆机构的形式及工作特性，压力角、传动角概念及计算；凸轮机构的应用、分类、特点、作图法设计及基本尺寸的确定、压力角，基圆半径的概念及关系；间歇机构的概念、分类、基本原理；平面齿轮机构的齿廓啮合基本定律；圆的渐开线性质、渐开线齿廓啮合结构及特点；渐开线圆柱齿轮的基本参数、传动啮合过程和正确啮合条件及齿轮副的安装；渐开线齿轮传动的重合度、无侧隙啮合概念；渐开线齿轮根切的概念及无根切的条件、处理根切的方法；斜齿轮、锥齿轮传动的应用、特点及基本尺寸计算方法；蜗轮蜗杆传动的原理、应用及基本尺寸计算方法；定轴轮系、复合轮系传动比计算与应用。（二）机构动力学构件惯性力的确定；运动副中摩擦及运动副反力的确定；机构的力分析方法；平面机构平衡目的与分类；刚性回转体的平衡，动平衡、静平衡的目的、方法；机械的运动和功能的关系；机械的效率和典型机构的自锁；典型机构的传动效率分析与计算；机器等效力、力矩的计算，机器速度波动的调节方法。（三）机械设计总论机器的基本组成及各部分的功能、作用；设计机器的基本方法、步骤及原则；零件的失效概念及其形式；各种应力的概念；刚度、强度、硬度的定义、含义、评价指标；机械零件振动与共振概念、避免共振的方法；钢热处理工艺的分类、特点、目的及应用；机械零件疲劳强度的计算方法、计算准则；影响机械零件疲劳强度的主要因素、提供疲劳强度的措施；应力循环基数概念及常用材料应力循环基数；摩擦、磨损润滑的概念、分类及相互关系；获得流体润滑的必要条件；润滑油粘度的物理意义、粘度的分类、润滑油中添加剂的作用及分类；机械零件结构工艺性概念、典型工艺性的基本要求；提高强度、刚度、精度的措施；（四）典型机械零件设计螺纹的主要参数、各参数之间的关系；常用螺纹牙型的种类、特点及主要用途；螺纹联接的基本设计过程；螺纹防松的概念、方法；螺纹自锁概念、条件及螺纹传动效率；螺纹联接主要失效形式；螺纹联接受力分析、预紧力的选择；螺纹传动的用途、分类；键联接、销联接主要类型、特点；键联接失效计算；过盈联接工作原理及优缺点；带传动的特点、种类、应用、效率；带传动主要失效形式；带传动打滑、张紧的概念；齿轮传动的主要类型、特点及应用；齿轮传动的主要失效形式；齿轮传动的结构形式、设计准则、设计过程；齿轮传动设计中材料选择的依据；齿轮变位的目的；蜗杆传动的类型、特点；蜗杆传动设计过程；蜗杆传动运动副材料选择；链传动特点及主要失效形式；轴常用材料、类型、结构设计的主要内容；轴上零件固定方式；刚性轴、挠性轴的概念；轴承的作用、分类、特点、应用；轴承失效形式；轴承选择依据、校核计算过程；联轴器与离合器的基本概念，常用联轴器和离合器的类型、优缺点及应用；弹簧的作用、分类、特点及应用；弹簧的设计过程；二、考试要求本课程考试形式为笔试，满分150分。考试时间为三小时。（一）机构学理解机械原理研究的对象，掌握机械、机器与机构的概念。理解平面运动副及其分类方法，掌握平面机构自由度的计算方法。熟悉利用瞬心法、相对运动图解法对机构进行运动分析的方法及步骤。掌握平面四杆机构的工作特性，熟悉压力角、传动角、行程速度变化系数的概念与计算方法。掌握凸轮机构中压力角与基圆半径的关系，深入理解凸轮轮廓的作图法设计。熟悉齿轮机构的应用、分类；熟悉渐开线齿轮基本参数及其相互关系；能够熟练地进行渐开线齿轮基本啮合过程分析，掌握斜齿轮、蜗轮蜗杆机构的特点、基本参数的计算方法。熟练掌握复合轮系传动比的计算方法。（二）机构动力学熟练掌握运动副反力的确定方法及机构的力分析方法；掌握动平衡的计算方法；掌握机械效率的分析计算方法；熟悉机器等效力的概念，力矩的计算，理解机械速度波动的调节意义及方法。（三）机械设计总论了解机器的基本组成及各部分的功能、作用；掌握设计机器的基本方法、步骤及原则；掌握零件的失效概念及其形式；掌握刚度、强度、硬度的定义、含义及评价方法；理解机械零件振动与共振概念、掌握避免共振的方法；掌握钢热处理工艺的分类、特点、目的及应用；掌握机械零件疲劳强度的计算方法、计算准则；掌握影响机械零件疲劳强度的主要因素、提供疲劳强度的措施；理解应力循环基数概念及常用材料应力循环基数；掌握摩擦、磨损润滑的概念、分类及相互关系；了解获得流体润滑的必要条件；理解润滑油粘度的物理意义、粘度的分类、润滑油中添加剂的作用及分类；熟悉机械零件结构工艺性概念、典型工艺性的基本要求；熟悉提高强度、刚度、精度的措施；（四）典型机械零件设计掌握螺纹的主要参数、各参数之间的关系、常用螺纹牙型的种类、特点及主要用途；熟练掌握螺纹联接的基本设计过程；理解螺纹防松的概念、方法，螺纹自锁概念、条件及螺纹传动效率；掌握螺纹联接主要失效形式；掌握螺纹联接受力分析、预紧力的选择；理解螺纹传动的用途、分类；掌握键联接、销联接主要类型、特点；熟悉键联接失效计算；理解过盈联接工作原理及优缺点；掌握带传动的特点、种类、应用、效率，理解带传动主要失效形式、带传动打滑、张紧的概念；掌握齿轮传动的主要类型、特点及应用；熟练掌握齿轮传动的主要失效形式，齿轮传动的结构形式、设计准则、设计过程；了解齿轮传动设计中材料选择的依据，理解齿轮变位的目的；理解蜗杆传动的类型、特点；掌握蜗杆传动设计过程，了解蜗杆传动运动副材料选择；理解链传动特点及主要失效形式；掌握轴常用材料、类型、结构设计的主要内容，熟练掌握轴上零件固定方式；理解刚性轴、挠性轴的概念，熟悉轴承的作用、分类、特点、应用；熟悉轴承失效形式，熟练掌握轴承选择依据、校核计算过程；掌握联轴器与离合器的基本概念，常用联轴器和离合器的类型、优缺点及应用；掌握弹簧的作用、分类、特点及应用，熟练掌握弹簧的设计过程；三、主要参考书目张策，机械原理与机械设计，机械工业出版社，2004孙桓，机械原理（第六版），高等教育出版社，2000董刚，机械设计（第三版），机械工业出版社，1998濮良贵，机械设计（第六版），高等教育出版社，1996编制单位：中国科学院研究生院编制日期：2006年6月6日修订日期：2008年7月6日《机械设计》试题A一、填空（每空1分，共20分）1．在疲劳曲线上，以循环基数N0为界分为两个区：当N≥N0时，为（）区；当N＜N0时，为（）区。2．刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗（）的能力。零件材料的弹性模量越小，其刚度就越（）。3．润滑油的（）性越好，则其产生边界膜的能力就越强；（）越大，则其内摩擦阻力就越大。4．为改善润滑油在某些方面的性能，在润滑油中加入的各种具有独特性能的化学合成物即为（）。5．正是由于（）现象，使带传动的传动比不准确。带传动的主要失效形式为（）和（）。6．蜗杆传动的主要缺点是齿面间的（）很大，因此导致传动的（）较低、温升较高。7．链传动水平布置时，最好（）边在上，（）在下。8．设计中，应根据被联接轴的转速、（）和（）选择联轴器的型号。9．径向滑动轴承的半径间隙与轴颈半径之比称为（）；而（）与（）之比称为偏心率。10．对于普通平键，考虑到载荷分布的不均匀性，双键联接的强度按（）个键计算。二、判断题（每小题1分，共10分）（正确的划“√”，错误的划“×”）1．十字滑块联轴器中的所有元件都是刚性元件，因此属于刚性联轴器。（）2．两摩擦表面的粗糙度值越小，则越容易实现液体动力润滑。（）3．在计算转轴的强度时，安全系数法比当量弯矩法更精确。（）4．相啮合的蜗杆和蜗轮的螺旋角必须大小相等，旋向相反。（）5．闭式齿轮传动皆须首先按齿面接触强度进行设计计算，确定传动的几何尺寸，然后校核齿根弯曲疲劳强度。（）6．由于链传动不需要张紧力，故作用在轴上的载荷较小。（）7．正是由于过载时产生“弹性滑动”，故带传动对传动系统具有保护作用。（）8．楔键只能用于单向传动，双向传动时，必须采用两个楔键。（）9．性能等级为6.6级的螺栓，其屈服点＝600MPa。（）10．机械零件的计算分为设计计算和校核计算，两种计算的目的都是为了防止机械零件在正常使用期限内发生失效。（）三、简答题（每小题5分，共20分）1．简述为什么开式齿轮传动一般不会出现点蚀现象？2．对于滚动轴承的轴系固定方式，请解释什么叫“两端固定支承”？3．简述形成稳定动压油膜的条件？4．解释名词:滚动轴承的寿命；滚动轴承的基本额定动载荷。四、（15分）某轴用一对同型号角接触球轴承支承，受力情况如图所示。已知：内部轴向力＝0.68，e＝0.68。当≤e时，X＝1，Y＝0；当＞e时，X＝0.41，Y＝0.87。问哪个轴承的寿命低？五、（15分）如图所示的螺栓组联接，已知外载荷F＝5KN，各有关几何尺寸如图所示。试计算受力最大螺栓所受的横向工作载荷Fsmax。六、（20分）设计一个标准直齿圆柱齿轮传动，传动比i＝3.2，允许传动比有不超过±5％的误差。通过强度计算已确定中心距a＝320mm，模数m≥3mm，取齿宽系数＝1。试确定下列几何尺寸：m、z1、z2、d1、d2、b1、b2。（模数系列：3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、7、8、…）

《机械设计》试题A标准答案一、填空（每空1分，共20分）1．在疲劳曲线上，以循环基数N0为界分为两个区：当N≥N0时，为（无限寿命区）区；当N＜N0时，为（有限寿命区）区。2．刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗（弹性变形）的能力。零件材料的弹性模量越小，其刚度就越（小）。3．润滑油的（油）性越好，则其产生边界膜的能力就越强；（粘度）越大，则其内摩擦阻力就越大。4．为改善润滑油在某些方面的性能，在润滑油中加入的各种具有独特性能的化学合成物即为（添加剂）。5．正是由于（弹性滑动）现象，使带传动的传动比不准确。带传动的主要失效形式为（打滑）和（带的疲劳破坏）。6．蜗杆传动的主要缺点是齿面间的（相对滑动速度）很大，因此导致传动的（效率）较低、温升较高。7．链传动水平布置时，最好（紧边）边在上，（松边）在下。8．设计中，应根据被联接轴的转速、（转矩）和（直径）选择联轴器的型号。9．径向滑动轴承的半径间隙与轴颈半径之比称为（相对间隙）；而（偏心距）与（半径间隙）之比称为偏心率。10．对于普通平键，考虑到载荷分布的不均匀性，双键联接的强度按（1.5）个键计算。二、判断题（每小题1分，共10分）（正确的划“√”，错误的划“×”）1．十字滑块联轴器中的所有元件都是刚性元件，因此属于刚性联轴器。（×）2．两摩擦表面的粗糙度值越小，则越容易实现液体动力润滑。（√）3．在计算转轴的强度时，安全系数法比当量弯矩法更精确。（√）4．相啮合的蜗杆和蜗轮的螺旋角必须大小相等，旋向相反。（×）5．闭式齿轮传动皆须首先按齿面接触强度进行设计计算，确定传动的几何尺寸，然后校核齿根弯曲疲劳强度。（×）6．由于链传动不需要张紧力，故作用在轴上的载荷较小。（√）7．正是由于过载时产生“弹性滑动”，故带传动对传动系统具有保护作用。（×）8．楔键只能用于单向传动，双向传动时，必须采用两个楔键。（×）9．性能等级为6.6级的螺栓，其屈服点＝600MPa。（×）10．机械零件的计算分为设计计算和校核计算，两种计算的目的都是为了防止机械零件在正常使用期限内发生失效。（√）三、简答题（每小题5分，共20分）简述为什么开式齿轮传动一般不会出现点蚀现象？答：因为在开式齿轮传动中，磨粒磨损的速度比产生点蚀的速度还快，在点蚀形成之前，齿面的材料已经被磨掉，故而一般不会出现点蚀现象。对于滚动轴承的轴系固定方式，请解释什么叫“两端固定支承”？答：两端固定支承即为轴上的两个轴承中，一个轴承的固定限制轴向一个方向的串动，另一个轴承的固定限制轴向另一个方向的串动，两个轴承的固定共同限制轴的双向串动。简述形成稳定动压油膜的条件？答：1）两摩擦表面之间必须能够形成收敛的楔形间隙；2）两摩擦表面之间必须有充足的、具有一定粘度的润滑油；3）两摩擦表面之间必须有足够的相对运动速度。解释名词；滚动轴承的寿命；滚动轴承的基本额定动载荷。答：1）滚动轴承的寿命即滚动轴承中内、外圈滚道以及滚动体，任一元件出现疲劳点蚀之前，两套圈之间的相对运转总转数。也可用恒定转速下的运转小时数表示；2）基本额定动载荷即基本额定寿命为106转时，轴承所能承受的最大载荷。四、解：（1）＝（N）―――――――――1.5分＝（N）―――――――――1.5分（2）（N）＜（N）故（N）――――――――――――――――3分（N）＞（N）故（N）―――――――――――――3分，则X＝1，Y=0。则＝4000（N）――――――――――――――――――3分＞e，则X＝0.41，Y＝0.87。则（N）―――――――――――――――――3分由于＞，故轴承1的寿命短。FT五、解：（1）将F向螺栓组形心平移，同时得转矩T。FTT=500×F＝5×105×500＝2.5×106（N）―――――――4分在F作用下，各螺栓所受横向力为Fs1＝（N）―――3分在T作用下，各螺栓所受横向力也相等，为＝（N）――――――4分显然，1、2两螺栓所受的横向力最大，为（N）―――――――4分六、解：（1）由得取m=5（mm）（应为标准值）―――――――2分则＝128（1）―――2分（2）―――2分联立（1）、（2）解得，取，――――――4分（mm）―――――――2分（mm）―――――――2分（mm）――――――――――2分取（mm），（mm）――4分注：本题主要考察：m是否为标准值？是否满足？各参数和尺寸取值圆整是否合理？

《机械设计》试题B一、填空（每空1分，共20分）1．当所受轴向载荷通过（）时，螺栓组中各螺栓承受的（）相等。2．从结构上看，带轮由（）、轮辐和（）三部分组成。3．在直齿圆柱齿轮传动的接触疲劳强度计算中，以（）为计算点，把一对轮齿的啮合简化为两个（）相接触的模型。4．按键齿齿廓曲线的不同，花键分为（）花键和（）花键。5．请写出两种螺纹联接中常用的防松方法：（）和（）。6．疲劳曲线是在（）一定时，表示疲劳极限与（）之间关系的曲线。7．理论上为（）接触或（）接触的零件，在载荷作用下，接触处局部产生的应力称为接触应力。8．开式齿轮传动的主要失效形式是：（）和（）。9．径向滑动轴承的条件性计算主要是限制压强、（）和（）不超过许用值。10．在类型上，万向联轴器属于（）联轴器，凸缘联轴器属于（）联轴器。二、选择填空（每空1分，共10分）1．下列磨损中，不属于磨损基本类型的是（）；只在齿轮、滚动轴承等高副零件上经常出现的是（）。（1）粘着磨损；（2）表面疲劳磨损；（3）磨合磨损；（4）磨粒磨损。2．在通过轴线的截面内，（）的齿廓为直边梯形；在与基圆柱相切的截面内，（）的齿廓一侧为直线，另一侧为曲线。（1）阿基米德蜗杆；（2）法向直廓蜗杆；（3）渐开线蜗杆；（4）锥蜗杆。3、对于直齿圆柱齿轮传动，其齿根弯曲疲劳强度主要取决于（）；其表面接触疲劳强度主要取决于（）。（1）中心距和齿宽；（2）中心距和模数；（3）中心距和齿数；（4）模数和齿宽。4、对于径向滑动轴承，（）轴承具有结构简单，成本低廉的特点；（）轴承必须成对使用。（1）整体式；（2）剖分式；（3）调心式；（4）调隙式。5．在滚子链传动的设计中，为了减小附加动载荷，应（）。（1）增大链节距和链轮齿数；（2）增大链节距并减小链轮齿数；（3）减小链节距和链轮齿数；（4）减小链节距并增加链轮齿数。6．对中性高且对轴的削弱又不大的键联接是（）联接。（1）普通平键；（2）半圆键；（3）楔键；（4）切向键。三、简答题（每小题5分，共20分）1．画图表示机械零件的正常磨损过程，并指出正常磨损过程通常经历哪几个磨损阶段？2．简述Miner法则（即疲劳损伤线性累积假说）的内容。3．简述齿向载荷分布系数和齿间载荷分配系数分别考虑的是什么因素对齿轮所受载荷的影响？4．试分析张紧力F0对带传动正反两方面的影响。四、（15分）已知某材料的力学性能为：＝350MPa，m＝9，＝5×，对此材料进行对称循环疲劳试验，依次加载应力为：（1）＝550MPa，循环次数n1＝5×；（2）＝450MPa，循环次数n2＝2×；（3）=400MPa。求：发生疲劳破坏时，的循环次数n3＝？六、（18分）图示为一蜗杆轴用两个角接触球轴承支承。已知蜗杆所受轴向力＝580N，两轴承的径向力为：＝935N，＝1910N，载荷性质系数＝1.1。试计算两个轴承的当量动载荷。注：＊内部轴向力＝eFR，e＝0.36。＊当≤e时，X＝1，Y＝0；当＞e时，X＝0.41，Y＝0.87。八、（17分）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，输出轴功率PⅢ＝5KW，转速nⅢ＝157rpm，各轮齿数为：z1=25，z2=60，z3=22，z4=84，设效率为100％。在图中标出各轮转向，并计算各轴的转矩。为使2、3两轮的轴向力方向相反，确定并在图中标出3、4两轮的螺旋方向。在图中标出2、3两轮在啮合点处所受各分力(、Fr、Fx)的方向。

《机械设计》试题B标准答案一、填空（每空1分，共20分）1．当所受轴向载荷通过（螺栓组形心）时，螺栓组中各螺栓承受的（轴向工作拉力）相等。2．从结构上看，带轮由（轮毂）、轮辐和（轮缘）三部分组成。3．在直齿圆柱齿轮传动的接触疲劳强度计算中，以（节点）为计算点，把一对轮齿的啮合简化为两个（圆柱体）相接触的模型。4．按键齿齿廓曲线的不同，花键分为（矩形）花键和（渐开线）花键。5．请写出两种螺纹联接中常用的防松方法：（双螺母等）和（防松垫圈等）。6．疲劳曲线是在（应力比）一定时，表示疲劳极限与（循环次数）之间关系的曲线。7．理论上为（点）接触或（线）接触的零件，在载荷作用下，接触处局部产生的应力称为接触应力。8．开式齿轮传动的主要失效形式是：（齿面的磨粒磨损）和（断齿）。9．径向滑动轴承的条件性计算主要是限制压强、（速度）和（pv值）不超过许用值。10．在类型上，万向联轴器属于（无弹性元件的挠性）联轴器，凸缘联轴器属于（刚性）联轴器。二、选择填空（每空1分，共10分）1．下列磨损中，不属于磨损基本类型的是（3）；只在齿轮、滚动轴承等高副零件上经常出现的是（2）。（1）粘着磨损；（2）表面疲劳磨损；（3）磨合磨损；（4）磨粒磨损。2．在通过轴线的截面内，（1）的齿廓为直边梯形；在与基圆柱相切的截面内，（3）的齿廓一侧为直线，另一侧为曲线。（1）阿基米德蜗杆；（2）法向直廓蜗杆；（3）渐开线蜗杆；（4）锥蜗杆。3、对于直齿圆柱齿轮传动，其齿根弯曲疲劳强度主要取决于（4）；其表面接触疲劳强度主要取决于（1）。（1）中心距和齿宽；（2）中心距和模数；（3）中心距和齿数；（4）模数和齿宽。4、对于径向滑动轴承，（1）轴承具有结构简单，成本低廉的特点；（3）轴承必须成对使用。（1）整体式；（2）剖分式；（3）调心式；（4）调隙式。5．在滚子链传动的设计中，为了减小附加动载荷，应（4）。（1）增大链节距和链轮齿数；（2）增大链节距并减小链轮齿数；（3）减小链节距和链轮齿数；（4