哈工大机械设计基础试题答案.pdf

2013 年哈尔滨工业大学研究生入学考试 -机械设计基础 一一、 填空题填空题 1、对蜗杆分度圆直径和输入转速都确定的闭式蜗杆减速器，若增大蜗杆导程角，则蜗杆和 蜗轮啮合齿廓间的相对滑动速度_增大_，啮合效率_降低_。 2、 带传动中带绕过带轮产生的离心拉力主要与_带的线速度 _和_线质量_有关， 由此离心 拉力引起的离心拉应力作用于_ 带的全长范围 _。 3、 螺纹的公称直径是指螺纹的_外_径， 螺纹副的自锁条件为_螺纹升角小于当量摩擦角_。 4、按有限寿命设计一组闭式圆柱减速器，两齿轮采用相通的材料和热处理，齿面硬度均为 380HB，则应当先按齿轮的_ 接触疲劳_强度进行设计，然后校核_弯曲疲劳_强度。由于_ 小齿轮的设计寿命要比大齿轮的长_， 小齿轮的许用接触应力_大于_大齿轮的许用接触应力， 若实际工作时齿面发生点蚀失效，通常是_小_齿轮最先失效。 5、 影响润滑油粘度的最主要因素是_温度_。 L-AN32 油在_40 度_ （条件） 下的_运动_ 粘度为 32cSt。 6、一批型号相同的深沟球轴承进行不同纯径向载荷下的疲劳寿命试验，当所加载荷大小恰 等于其基本额定动负荷的 10 倍时， 应该有_10_%的轴承的实际寿命不超过_额定寿命的 千分之一_。 7、普通平键的作用是实现轴与传动件轮毂间的_周向 _连接；若滑移齿轮轮毂需要轴向相 对滑动，可以采用_花键_连接。 二二、简答题简答题 1、以带绕过主动轮为例以带绕过主动轮为例，说明为什么带传动中的弹性滑动不可避免说明为什么带传动中的弹性滑动不可避免？ ？ 【答案解析】 传送带受到拉力作用时会发生弹性变形， 拉力从紧边到松边逐渐降低， 弹性变形量逐渐 减少，带相对于带轮向后退缩，使得带的速度小于带轮的线速度，由于带的弹性形变而引起 的带与带轮之间的微量滑动，即弹性滑动。由于带传动中，总是存在紧边和松边，所以弹性 滑动也总是存在，不可避免。 2、为提高承受变载荷的螺栓连接的强度为提高承受变载荷的螺栓连接的强度， ，试给出四种具体的结构措施试给出四种具体的结构措施。 【答案解析】 A.降低影像螺栓疲劳强度的应力幅； B.改善螺纹牙上载荷分布不均的现象； C.采用合理的制造工艺方法； D.减小应力集中地影响。 3、简述两相对运动表面间形成液体动压润滑的必要条件简述两相对运动表面间形成液体动压润滑的必要条件， ，并并表明稳定工作的液体表明稳定工作的液体动压动压径向径向 滑动轴承的轴心位置与轴的转动方向和载荷方向的关系滑动轴承的轴心位置与轴的转动方向和载荷方向的关系。 【答案解析】 A.相对滑动的两表面见必须形成收敛的楔形间隙； B.被油膜分开的两表面必须有足够的相对滑动速度； C.润滑油必须有一定的粘度，供油充分。 4、和同直径的普通粗牙螺纹相比和同直径的普通粗牙螺纹相比，说明细牙螺纹的性能和应用特点 说明细牙螺纹的性能和应用特点。 【答案解析】 细牙螺纹的螺距和齿高较小，适合用于薄壁零件的连接；细牙螺纹的螺旋升角较小，自 锁性能好， 适用于需要自锁的连接结构。 细牙螺纹的耐磨性差， 易磨损， 但密封性好。 另外， 细牙螺纹还用于仪器仪表的微调机构中。 5、影响摩擦型带传动最大有效圆周力的因素有哪些影响摩擦型带传动最大有效圆周力的因素有哪些？ ？张紧轮装置的主要作用是什么张紧轮装置的主要作用是什么？ 【答案解析】 影响最大有效圆周力的因素：两轮之间距离，两轮直径，最小出拉力，临界摩擦力，带 的类型。当中心距不能调节时，可采用张紧轮将带张紧。张紧轮一般应放在松边内侧，使带 只受单向弯曲，同时张紧轮还应尽量靠近大轮，以免过份影响小带轮的包角。若张紧轮置于 松边外侧，则应尽量靠近小带轮。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径小于小带轮的直 径。 三三、 （、 （8 分分） 图示四杆机构中图示四杆机构中，构件构件 1 为原动件为原动件，以以速度速度 1= 10rad/s，做匀速运动做匀速运动，已知已知： lAD=60mm。 画图标注机构此时的全部瞬心画图标注机构此时的全部瞬心。 求构件求构件 3 的速度的速度 V3，并指明其方向并指明其方向。 【考查重点】 本题主要考查连杆机构的速度瞬心法做机构的速度分析， 考生应该熟记公式， 并熟练掌 握任意两个构件瞬心的作图方法。 【答案解析】 （1）顺心如图所示， （2） 2 3 31314AD 11334 AD P P2l = P P(2 / 2+2 )l = 31 2/320/3/rad s= 方向为水平向左。 四四、 （、 （14 分分）如图所示的六杆机构如图所示的六杆机构，已知构件已知构件 1 为曲柄为曲柄，且为原动件且为原动件，以以 1等速转动等速转动， lAB=100mm， lBC=130mm，lAD=50mm，lEF=120mm，e=15mm，CDE 为等边三角形为等边三角形， 求构件求构件 3 能做整周回转时能做整周回转时 lCD的取值范围的取值范围 设设 lCD=90mm 时时，求出从动件求出从动件 5 的行程的行程 H 和行程速比系数和行程速比系数 K 设设 lCD=90mm 时时，求出从动件求出从动件 5 上的最大压力角上的最大压力角 max和最小压力角和最小压力角 min 【考查重点】 此题考查连杆机构的相关计算， 本题机构为铰链四杆机构和曲柄滑块机构的合成， 考生 应熟练掌握曲柄滑块机构中行程、速比系数、压力角的计算及判别。 【答案解析】 （1）当 CD 为最短构件时， BC+CDAD+AB 130+CD50+100 CD20 当 AD 为最短构件时， AD+BCAB+CD 50+130100+CD CD80 故，0CD20 或 CD80 时，构件 3 能整周转动。 （2） 2222 (120+90+15 - (120-90+15177Hmm=） 1515 arccosarccos26 1209012090 = + o （3） min 0= o max 90 15 arccos29 120 + = o 五五、 （、 （14 分分）如图所示的凸轮机构中如图所示的凸轮机构中，已知已知 r0=20mm，e=10mm，凸轮推程段廓线为以凸轮推程段廓线为以 O为圆心并与基圆相切于为圆心并与基圆相切于 A0的一段圆弧的一段圆弧 A0A1， ，该廓线重点该廓线重点 A1的向径的向径 r max=55mm ,OO=20mm。 画图标出机构在图示位移时画图标出机构在图示位移时，推杆位移推杆位移 SA及机构压力角及机构压力角A，并求并求 SA和和A大小大小 当凸轮由图示位置沿当凸轮由图示位置沿 法相转过法相转过 45o时时，画图标出推杆的位移画图标出推杆的位移 SK及及K 画图标出机构推程运动角画图标出机构推程运动角 0及行程及行程 h，并求出的并求出的 h 大小大小 【考查重点】 此题考查凸轮机构的相关作图，考生应该对凸轮中相关概念熟悉，比如基圆、行程、压 力角、推称运动角、回程运动角等。 【答案解析】 （1） 20 10 arcsin48.6 40 A + = o 2222 A S = 40 -30 - 20 -10 =9.1 （2）见图。 （3） h=55-20=35mm 六六、 （、 （10 分分） 在图示轮系中在图示轮系中，Z1=20，Z2=48，m1=m2=2mm，Z3=18，Z4=36，m3=m4=2.5mm，该两对齿该两对齿 轮均为标准渐开线直齿圆柱齿轮轮均为标准渐开线直齿圆柱齿轮，且安装中心距相等且安装中心距相等，=20o，h*a=1，c*=0.25，试求试求： 两对齿轮的标准中心距分别为多少两对齿轮的标准中心距分别为多少？ 当以当以 1 与与 2 齿轮的标准中心距为安装中心距时齿轮的标准中心距为安装中心距时， 3 与与 4 齿轮采取何种转动才能保证无侧隙齿轮采取何种转动才能保证无侧隙 啮合啮合？啮合角啮合角?=？节圆直径节圆直径?=? 仍以仍以 1 与与 2 齿轮的标准中心距为安装中心距齿轮的标准中心距为安装中心距，当当 3 与与 4 齿轮采取标准斜齿圆柱齿轮传动齿轮采取标准斜齿圆柱齿轮传动 时时，其法面模数其法面模数 mn3=mn4=2.5mm，齿数不变齿数不变，分度圆柱上的螺旋角分度圆柱上的螺旋角=？两齿轮的分度圆两齿轮的分度圆 半径半径 r3=？r4=？ 【考查重点】 此题考查齿轮的相关计算、齿轮的装配关系，涉及标准安装时的中心距、无侧隙啮合、 啮合角、节圆直径以及斜齿轮的结构参数。 【答案解析】 （1） 1212 ()/268azz mmm=+= 3434 ()/ 254azz mmm=+= (2) 3 与 4 应采用正传动方式才能保证无侧隙啮合, 34343434 coscosaa= 0 34 20= 0 34 42= 334334 coscosrr= 333 1 22.5 2 rm zmm= 3 28.34rmm= ()/0yaam= 正传动方式 (3) 3412 ()/(2cos) n amzz=+ cos0.993= 0 6.8= 333 1 /cos22.7 2 n rz mmm= 444 1 /cos45.3 2 n rz mmm= 七七、 （、 （12 分分）如图所示轮系如图所示轮系，一直齿轮一直齿轮 1 的转速为的转速为 n1=1500r/min，方向如方向如箭箭头所示头所示，各各 齿轮齿数为齿轮齿数为：Z1=18, Z3=39, ?=18, Z4=109, ?=33, Z5=22, ?=15, Z6=30 如各齿轮均为标准齿轮如各齿轮均为标准齿轮，且同类型齿轮模数相同且同类型齿轮模数相同， ，求求 Z2 计算系干计算系干 H 的转速大小的转速大小，并指明其转向并指明其转向 【考查重点】 此题主要考查轮系的相关计算，主要使用反转法，假设周转构件不动，即给整个机构施 加一反向转速，此时可视整个机构为定轴轮系，按照定轴轮系列写传动比方程。 【答案解析】 （1）由于各轮均为标准齿轮，且模数相等， 12343 2z +z =z -zz + 2 17z = （2） () 321 13 32 1 39 18 H H H z znn i nnz z = () 354 35 543 22 109 22 18 H H H nnz z i nnz z = () 56 56 65 30 15 H H H nnz i nnz = 1519.1 /min H nr=，方向竖直向下。 八八、 （、 （12 分分）某单缸四冲程发动机的等效驱动力矩某单缸四冲程发动机的等效驱动力矩 Md如图所示如图所示，周期为周期为 4，主轴为等效主轴为等效 构件构件，其平均转速分转其平均转速分转 nm=1000 转转/分分，等效阻力矩等效阻力矩 Mr 为常数为常数，飞轮安装在主轴上飞轮安装在主轴上，除飞除飞 轮外轮外，其他构件质量不计其他构件质量不计，要求主轴的速度不均匀系数要求主轴的速度不均匀系数=0.05，试求试求 等效阻力矩等效阻力矩 Mr 的大小和发动机平均功率的大小和发动机平均功率 稳定运转时稳定运转时，在一个周期内最大及最小转速的大小和发生位置在一个周期内最大及最小转速的大小和发生位置 在主轴上安装的飞轮转动惯量在主轴上安装的飞轮转动惯量 JF 【考查重点】 此题主要考查机构的速度波动及平衡调节，考生应熟练掌握等效驱动力和等效阻力矩、 波动速度、飞轮转动惯量的计算，关键是求取最大剩余功的大小和位置。 【答案解析】 （1） 4 0 4 rr MM d = 11 20040 15 42 r MN m = 15 1000 2 /6050PMr w= （2） max (1/ 2)1025 / min m nnr=+= min (1/ 2)975 /min m nnr= （3） 22 900 0.79 F m JJkg mm n = 九九、 （、 （共计共计 20 分分） 1、 （、 （6 分分）如图所示如图所示，为锥齿轮为锥齿轮圆柱蜗杆传动构成的圆柱蜗杆传动构成的重 重物物提提升升装置简图装置简图，一直一直电电动机轴转动机轴转 动方向如图所示动方向如图所示，试试确确定定 若若是是重重物物按按图示方向上图示方向上升升，确确定蜗杆螺旋线方向定蜗杆螺旋线方向。 在蜗杆与蜗轮啮合点在蜗杆与蜗轮啮合点处处标出各标出各自自所受所受 3 个分力的方向个分力的方向（在在答题纸答题纸上单上单独放独放大画出图中大画出图中涡涡 轮蜗杆标注轮蜗杆标注清楚清楚） 。 【考查重点】 此题主要考查轮系传动中速度的传递和力的传递， 考生应主要清楚锥齿轮传动、 蜗轮蜗 杆传动、斜齿轮传动等的速度方向判别和蜗轮蜗杆的受力分析。 【答案解析】 （1） 由电机方向向上， 则锥齿轮 1 转向向上， 锥齿轮 2 转向向右， 即蜗杆 3 转向向右， 又重物上升，则蜗轮 4 转向为逆时针，可判断蜗杆为右旋。 （2）蜗杆 3 和蜗轮 4 接触点处受力如图； 2、 （、 （14 分分）如图所示如图所示，支架支架 2 有有水水平和平和垂垂直两个工作位置直两个工作位置 A、 、B，即即支架支架 2 可以由可以由水水平位置平位置 转过转过 90 度度到达垂到达垂直位置直位置后固后固定定，反之亦然反之亦然，末末段段负负载载 R=500N，方向方向始终垂始终垂直向直向下下，承承 载载版版 1 与与支架支架 2 采用四个普通螺栓连接在一采用四个普通螺栓连接在一起起，螺栓的螺栓的刚刚度和度和被被连接的连接的刚刚度度之之间的比值为间的比值为 Cb/Cm=1/3，各螺栓及在和作用位置各螺栓及在和作用位置 L1,L2,L 均已知均已知，L1=80mm, L2=60mm，L=320mm，结结 合面间的摩擦系数合面间的摩擦系数 f=0.15，可可靠靠性系数性系数 Kf=1.2，承载承载版版 1 自自重重忽略忽略不计不计，并并假假设接合面不设接合面不会被会被压压溃溃，试试确确定定 工作位置工作位置 A 下下各螺栓所各螺栓所需预需预紧力紧力 F 0 工作位置工作位置 B 下那下那个螺栓所受的工作载荷个螺栓所受的工作载荷 F 最大最大？并计算其大小并计算其大小 在在 B 工作位置承载工作位置承载下下，为保证接合面不出为保证接合面不出现缝现缝隙隙，要求螺栓的最小要求螺栓的最小预预紧力紧力 3000N，试计试计 算此螺栓算此螺栓组组连接在连接在满足满足 AB 两个工作位置承载要求时两个工作位置承载要求时，受载最大螺栓受载最大螺栓总拉总拉力力 F2 若若螺栓的螺栓的许许用应力为用应力为 180MPa，试试确确定所定所需需的螺栓直径的螺栓直径 【考查重点】 此题主要考查螺栓连接的相关计算，设计到预紧力、工作载荷、拉力、连接强度以及计 算螺栓的直径。 【答案解析】 (1) f 0 K R1.3 500 F =1083.3 0.15 4 1 N fzi = (2) 右边两个螺栓的工作载荷最大。 211 ()FLRLL=+ 1 2 1 ()5