哈尔滨工业大学机械设计基础考研冲刺模拟试题及答案

哈尔滨考研网 2009年考研专业课从此辅导班讲义 苦寒熬得梅花香，岁月共理想，人生齐高飞！ 咨询电话QQ：929926366 25 模拟题 模拟题一 一、填空题（每空1分） （20分） 1.凸轮从动件按等速运动规律运动时有_冲击，等加速等减速运动规律有 _冲击，余弦加速度规律有_冲击，正弦加速度规律_。 2.粘度常用的表示方法有_、_、_。 3螺纹连接的防松按工作原理可分为_、_、_。 4.摩擦型带传动由于有_存在，故不能保证准确的_，传动效率 _。 5.获得硬齿面的热处理方法有_、_、_、_。 6.带传动常见的张紧装置有_、_、_。 二、简答题（每题5分） （20分） 1.简述齿轮传动失效形式及相应的设计准则。 2.画图表示确定齿根弯曲疲劳强度的危险截面的方法。 3.设计油沟时应注意什么？ 4.对于长期受打载荷而且外圈不转动并径向载荷方向一定的滚动轴承而言， 外圈与轴承 座孔的配合选择应该是外圈相对于轴承座能作极缓慢的转动的过渡配合， 这是为什么？ 三、分析计算题 1. 如 图 所 示 机 构 中 ，ME/LF/KG且 ME=LF=KG;EJ/FI/GH且EJ=FI=GH;AB=BC=BD. 试计算其自由度(写出计算公式并计算， 如存在复合 铰链、 局部自由度和虚约束，请明确指出)。 （10分） 2. 如图所示的丝杆机构中，已知各杆长度为：lAB=25mm，lBC=55mm， lCD=40mm,lAD=50mm,试问： （1）该机构是否有曲柄，如有，情指出那 个是； 并指出该机构在什么情况下有死点位 置？ （2）该机构是否有摇杆，如有，请作出摇 杆的摆角范围。 （3）若以构件AB为主动件时，机构有无 急回运动。计算行程速比系数K （4）若以构件AB为主动件时，计算机构的最大压力角和最小传动角。 3. 如图所示为一移动滚子盘形凸轮机构， 滚子半径位于点B0 时为该凸轮的起始位置。求： （1）当滚子与凸轮廓线在点B1接触时，所对应的凸轮转角。 哈尔滨考研网 2009年考研专业课从此辅导班讲义 苦寒熬得梅花香，岁月共理想，人生齐高飞！ 咨询电话QQ：929926366 26 （2）当滚子中心位于点B2时，所对应的凸轮机构的压力角。 4. 如图所示传动系统中，1、5为蜗杆，2、6为蜗 轮，3、4为斜齿圆柱齿轮，7、8为直齿圆锥齿轮。 已知：蜗杆1主动，圆锥齿轮8转动方向如图。 为使各中间轴上齿轮的轴向力能相互抵消一部 分，要求： (1)标出蜗杆1的转动方向。 (2)标出斜齿圆柱齿轮3、4和涡轮2、6的螺旋 线方向。 5.已知取渐开线支持圆柱齿轮 Z1=17,Z2=34,Z3=33,m=2mm,=20,齿轮 1 和 3 是一 对标准齿轮。今以齿轮 1 为公共滑移齿轮，试计算齿 轮 2 的变位系数 x2。 6.如 图 所 示 轮 系 ， 已 知 各 轮 齿 数 为 Z1=25,Z2=50,Z2=25,ZH=100,Z4=50，各齿轮模数 相同。求传动比i14。 7. 如图所示， 已知水平载荷PH=20kN， 螺栓数目z=10， 螺栓的相对刚度 Cl/(CI+C2)=0.7，摩擦系 数u0.2，可靠性系数Kf=1.2，螺栓材料的许用拉应力 100N/mm2，试求螺栓的最小直径d1. 四、结构题（20分） 指出图中的结构错误。 哈尔滨考研网 2009年考研专业课从此辅导班讲义 苦寒熬得梅花香，岁月共理想，人生齐高飞！ 咨询电话QQ：929926366 27 模拟题二 一、填空题（20分每空1分） 1.常 用 的 间 歇 运 动 机 构 有_、_、 _。 2.普通螺纹的牙型角为_、梯形螺纹的牙型角为_。 3.齿轮传动的失效主要发生在_，主要失效形式有_、_、 _、_、_。 4.齿轮传动时，为了是大小齿轮接近等强度，常采用_。 5.蜗杆传动的正确啮合条件为_、_ 6.根据轴的承载情况可以分为_、_、_。 7.形成流体动压油膜的条件是_，_，_。 二、简答题（每题5分） 1轴的当量弯矩公式是什么？公式中系数的含义是什么？如何取值？ 2.软齿面闭式齿轮传动中， 最主要的失效形式是什么？通常首先在齿廓的什么位置？为 什么？ 3.用图解说明为什么要将齿轮布置在远离转矩输入端的位置。 4.什么是当量动载荷 三、分析计算题（90分） 1.计算图示机构的自由度。 2. 设一对外啮合传动齿轮的齿数为Z1=30,Z2=40，模数为m=20mm。压力角为20， 齿顶高系数为 1.当中心距为 a=725mm 时，求啮合角 ；如 =2030时，求中心距 a. 3.如图所示，磙子摆动从动件盘形凸轮机构中，已知：偏心圆盘R=40mm，磙子半径为 10mm，lOA=90mm,lAB=70mm,转轴O到 圆盘中心C的距离lOC=20mm。 圆盘逆时 针旋转。求 （1）标出凸轮机构在图示位置时的压力 角，画出基圆，求基圆半径。 （2）作出从动件由最下位置摆到图示位 置时， 从动件摆过的角度及相应的凸轮转 角。 哈尔滨考研网 2009年考研专业课从此辅导班讲义 苦寒熬得梅花香，岁月共理想，人生齐高飞！ 咨询电话QQ：929926366 28 4. 有一轴承托架用4个普通螺栓固连 于钢立柱上，托架材料为HTl50，许 用挤压应力 p60 MPa，螺栓材料 强度级别66级，许用安全系数S 3，接合面间摩擦系数f0.15，可 靠性系数及Ks1.2，螺栓相对刚度 ，载荷 P=6000N，尺寸如图所示，设计此螺 栓组连接。 5.如图所示的齿轮传动中，已知Z1=20,Z2=40,轮1为主动轮，在轮1上施加力矩M1为 常数，作用在轮2上的阻力矩M2的变化规律如图所示；两齿轮绕各自回转中心的装懂 惯量分别为J1=0.01kgm2;J2=0.02kgm2。轮1的平均角速度为=100rad/s。若已知 运转不均匀系数为 1/50。 （1）画出以构件1为等效构件时的等效阻力矩M-图。 （2）求M1的值。 （3）求飞轮装在I轴上时的转动惯量，并说明飞轮装在I轴上还是装在II轴上好。 （4）求最大和最小角速度出现的位置。 6.如图所示为直齿圆锥齿轮和斜齿圆柱齿轮组成的 二级减速装置，已知 小圆锥齿轮1为主动轮，其转动方向如图。直齿圆 锥齿轮的齿数比u2.5，压力角20，齿宽中 点分度圆的圆周力Ft1=F05600N；斜齿圆柱齿轮 分度圆螺旋角1136，螺旋角的方向如图， 分度圆的圆周力Ft=9500N 。 试求： ()轴II上总的轴向力FII的大小和方向。 (2)在图上标出圆锥齿轮2和斜齿轮3所受各力的方向。 7. 某轴系部件采用一对7208AC滚动轴承支 承，如图所示。已知作用于轴承上的径向载 荷Fr1=1000N,Fr2=2060N， 作用于轴上的轴间 载荷FA880 N，轴 承内部轴力S与径向载荷Fr的关系为S 哈尔滨考研网 2009年考研专业课从此辅导班讲义 苦寒熬得梅花香，岁月共理想，人生齐高飞！ 咨询电话QQ：929926366 29 0.68Fr，试求轴承轴向载荷Fa1和Fa2。 四、结构题（20分） 指出图中的结构错误。 模拟题三 一、填空题（20分每空1分） 1.等效转化的原则是_、_。 2减小螺栓刚度的方法有_、_、_、_。 3.普通平键的工作面是_，它的主要失效形式是_。 4.带传动的设计准则是在保证带工作时_的条件下，具有一定的_和 _。 5.开式齿轮的主要失效形式是_，闭式软齿面齿轮的主要失效形式是 _。 6.齿轮不发生跟切的最小齿数为_。 7.滚动轴承是标准件，轴承内圈的孔为_，与轴的配合采用_；轴承外 圈的外圆柱面为_，与轴承座孔的配合采用_。 8.按滑动轴承承受载荷的方向的不同，可将滑动轴承分为_，_。 二、简答题（20分每题4分） 1.阐述载荷系数K中KA,KV,KB,Ka代表什么？ 2.请说明验算非液体摩擦滑动轴承p值、pv值的目的。 3.什么是滚动轴承基本额定动负荷。 4.为了提高圆柱齿轮的抗弯曲疲劳能力，可采取哪些措施？ 5.引起带的弹性滑动和打滑的原因是什么？ 三、分析计算题（90分） 1. 如图所示的六杆机构中，已知1，1和各杆长度及位置，用速度瞬心法求滑块5的 速度vF及构件4的角速度4。 哈尔滨考研网 2009年考研专业课从此辅导班讲义 苦寒熬得梅花香，岁月共理想，人生齐高飞！ 咨询电话QQ：929926366 30 2.设计如图所示的一曲柄滑块机构，已知滑块的行程速比系数K=1.5。滑块的冲程 lc1c2=50mm，导程的偏距e=20mm，求曲柄的长度和连杆的长度。 3.如图所示为一尖端偏置直动从动件盘形凸轮机构， 已知：凸轮廓线为一 偏心圆，其半径为R=25mm，偏心距为10mm，偏距为5mm。求： （1）从动件与凸轮廓线在点B接触时的位移hB。 （2）凸轮机构在图示位置时的压力角B。 （3）将偏置从动件2向左平移5mm后，变为对心从动件，与凸轮廓线在点C接触时 的压力角。 哈尔滨考研网 2009年考研专业课从此辅导班讲义 苦寒熬得梅花香，岁月共理想，人生齐高飞！ 咨询电话QQ：929926366 31 4. 如图所示为斜齿轮圆锥齿轮蜗杆传动机构，试回答问题 (1)合理确定斜齿轮1、2和蜗杆5、蜗轮6的螺旋方向。 (2)画出斜齿轮2、锥齿轮3及蜗轮6的受力情况。 (3)标出各传动件的回转方向。 5.设一外啮合支持圆柱齿轮传动，Z1=Z2=12，m=10mm,=20,a=130mm,试设计这对齿 轮。 6.如图所示轮系， 已知各轮齿数为Z1=36, Z2=60, Z3=23, Z4=49, Z4=69, Z5=31, Z6=131, Z7=94, Z9=167, n1=3519r/min。求nH2的大小及转向。 7. 钢制液压油缸如图所示。油压p=1N/mm，油缸 内径D=160mm，缸筒与缸底采用8个螺栓均布连接， 螺栓连接的相对刚度系数为0.3，预紧力为F0=2.5FE， 螺栓的许用应力=120N/mm2，试求： （1）单个螺栓的总拉伸载荷。 （2）单个螺栓所受的残余预紧力。 （3）连接螺栓的小径。 四、结构题（20分） 指出图中的结构错误。 哈尔滨考研网 2009年考研专业课从此辅导班讲义 苦寒熬得梅花香，岁月共理想，人生齐高飞！ 咨询电话QQ：929926366 32 模拟题答案 模拟题一 一、 1.刚性，柔性，柔性，没有刚性和柔性冲击。 2.动力粘度，运动粘度，相对粘度 3.摩擦防送，机械防送，永久性防松。 4.弹性滑动，传动比，低 5.整体淬火，表面淬火，渗碳淬火，氮化。 6.定期张紧装置，张紧轮张紧装置，自动张紧装置。 二、 1.软齿面鄙视齿轮传动，失效形式是齿面点蚀，设计准则是，按齿面接触疲劳强度进行 设计，校核齿根弯曲疲劳强度。 硬齿面闭式齿轮传动，按齿根弯曲疲劳强度设计，校核齿面接触疲劳强度。 高速重载齿轮，可能出现齿面胶合，还需校核齿面胶合强度。 开式齿轮，失效形式是齿面磨损，按齿根完全疲劳强度设计，考虑磨损的影响将模数适 当增大。 2. 如图，作轮齿对称成30度角并与齿根过渡曲线想起的两条曲线，通过两切点并平行与 齿轮轴线的截面就是齿根危险截面。 3.轴向油沟不得在轴承的全长上开通，以免润滑剂流失过多；液体摩擦轴承的油沟应开 在非承载区，周向油沟应靠近轴承的两端，以免影响轴承的承载能力。 4.外部较大载荷方向一定，如果外圈相对于轴承座精致不转的话，半圈受载，载荷作用 方向外圈上的点始终受最大接触应力， 寿命较短。 外圈与轴承座孔选用较送的过渡配合， 哈尔滨考研网 2009年考研专业课从此辅导班讲义 苦寒熬得梅花香，岁月共理想，人生齐高飞！ 咨询电话QQ：929926366 33 可以使外圈作缓慢的转动，从而使受载区有所变动，发挥非承载区的作用，同事外圈受 最大接触应力的点会随着外圈转动而改变，延缓外圈出现疲劳点蚀，延长轴承的寿命。 三、 1.n=7,PL=10,PH=0 F=3F-2PL-PH=1 虚约束为：D处的滑块，杆EF,FG,KG,GH,LF,FI.以及滑块上表面。 2.主要考查曲柄存在条件，死点，急回运动，行程速比系数，压力角，传动角的概念， 只要掌握概念就不难的得分。 3. 4. 解：蜗杆1为顺时针转动。 螺旋线方向如图。 5. 解： a13=m(z1+z3)/2=50mm a12=m(z1+z2)/2=51mm a12=a13=50mm a12=arcos(a12cos20/ a12)=1657 x1+x2=(z1+z2)/2tan20(inv1657-inv20)=-0.4597 6. 利用同心条件 Z3=Z1+Z2+Z2=100 对于齿轮1、2-2、3及系杆H组成行星轮系，有 哈尔滨考研网 2009年考研专业课从此辅导班讲义 苦寒熬得梅花香，岁月共理想，人生齐高飞！ 咨询电话QQ：929926366 34 对于齿轮H及齿轮4组成的定轴轮系，有 计算结果显示，n1的转向与n4转向相反。 四、 模拟题二 一、 1.棘轮机构，槽轮机构，不完全齿轮。 2.60，30 3.轮齿部分，轮齿的折断，齿面点蚀，齿面磨损，齿面胶合，塑性变形。 4.调质的小齿轮与正火的大齿轮配对。 5ma1=mt2=m,a1=t2= 6.转轴，心轴，传动轴。 7.流体必须流经收敛形间隙，流体必须有足够的速度，流体必须是粘性流体。 二、 1. 是根据转矩性质而定的折合系数。当转矩不变时 =0.3；当转矩脉动循环变化时， =0.6；当转矩对称循环变化时，=1 。当变化规律不清时，可按脉动循环处理。 2.软齿面闭式齿轮传动中，最主要的失效形式是齿面疲劳点蚀。通常出现再在节线附近 靠近齿根处。因为：该处属于单齿啮合区，接触应力较大；该处齿廓相对滑动速度低， 润滑不良，不易形成油膜，摩擦力较大；该处润滑油容易被挤入裂缝，使裂纹扩张。 3. 哈尔滨考研网 2009年考研专业课从此辅导班讲义 苦寒熬得梅花香，岁月共理想，人生齐高飞！ 咨询电话QQ：929926366 35 如图可以看出将齿轮布置在远离转矩输入 端的位置时，轴变形与扭转变形综合形成 的最大载荷最小，所以要将齿轮布置在远 离转矩输入端的位置时。 4.对于同时作用有径向载荷和轴向载荷的 轴承，在进行轴承寿命计算时，为了和基 本额定动负荷进行比较，应把实际载荷折 算为与基本额定动负荷的方向相同的一假想的载荷， 在该假想载荷作用下轴承的寿命与 实际载荷作用下的寿命相同，则成该假想载荷为当量动载荷。 三、 1.n=5,PL=7,PH=0 F=3n-2PL-PH=1 虚约束为6，7. 2. 3. 哈尔滨考研网 2009年考研专业课从此辅导班讲义 苦寒熬得梅花香，岁月共理想，人生齐高飞！ 咨询电话QQ：929926366 36 4. 解解解解：将将将将P分解分解分解分解： 哈尔滨考研网 2009年考研专业课从此辅导班讲义 苦寒熬得梅花香，岁月共理想，人生齐高飞！ 咨询电话QQ：929926366 37 哈尔滨考研网 2009年考研专业课从此辅导班讲义 苦寒熬得梅花香，岁月共理想，人生齐高飞！ 咨询电话QQ：929926366 38 5. 解解解解： （1）求以构件求以构件求以构件求以构件1为等效构件时的等效阻力矩为等效构件时的等效阻力矩为等效构件时的等效阻力矩为等效构件时的等效阻力矩Mre 又因又因又因又因1=22，由此由此由此由此Mre-1图图图图。 求轮求轮求轮求轮1的驱动力矩的驱动力矩的驱动力矩的驱动力矩M1 对轮对轮对轮对轮1来说来说来说来说，Mde=M1。在一个周期内在一个周期内在一个周期内在一个周期内，总驱动总驱动总驱动总驱动 力应等于总阻抗功力应等于总阻抗功力应等于总阻抗功力应等于总阻抗功。所以所以所以所以Mde4=60Nm (2)求求求求Jr。因转动惯量与因转动惯量与因转动惯量与因转动惯量与m的平方成反比的平方成反比的平方成反比的平方成反比，所以所以所以所以 m越大越大越大越大，所求得的飞轮的转动惯量将越小所求得的飞轮的转动惯量将越小所求得的飞轮的转动惯量将越小所求得的飞轮的转动惯量将越小，因而因而因而因而 飞轮的尺寸和质量也将大大减小飞轮的尺寸和质量也将大大减小飞轮的尺寸和质量也将大大减小飞轮的尺寸和质量也将大大减小，所以飞轮一般装所以飞轮一般装所以飞轮一般装所以飞轮一般装 在高速轴上在高速轴上在高速轴上在高速轴上，即装在即装在即装在即装在I轴上轴上轴上轴上。 以轮以轮以轮以轮1为等效构件时为等效构件时为等效构件时为等效构件时，等效转动惯等效转动惯等效转动惯等效转动惯 哈尔滨考研网 2009年考研专业课从此辅导班讲义 苦寒熬得梅花香，岁月共理想，人生齐高飞！ 咨询电话QQ：929926366 39 哈尔滨考研网 2009年考研专业课从此辅导班讲义 苦寒熬得梅花香，岁月共理想，人生齐高飞！ 咨询电话QQ：929926366 40 有图可以看出有图可以看出有图可以看出有图可以看出， 当当当当1=时时时时， 系统的能量最低系统的能量最低系统的能量最低系统的能量最低， 此时齿轮此时齿轮此时齿轮此时齿轮1的角速度最低的角速度最低的角速度最低的角速度最低， 而当而当而当而当1=7/2 时时时时，系统的能量最高系统的能量最高系统的能量最高系统的能量最高，此时齿轮此时齿轮此时齿轮此时齿轮1的角速度最高的角速度最高的角速度最高的角速度最高。 6. 解 (1)计算轴II上轴向力FII的大小。设轴II上圆锥齿轮的轴向力为Fa2；轴II 上斜齿轮轴向力为Fa3。并按法则可判断出两轴向力方向相反，如图所示。 因为 tan2u2.5 即 2681155 所以Fa2=Ft2tan sin2=5600Xtan20Xsin681155=1892N。 Fa3=Ft3Xtan=1950N 则轴II上的总轴向力FII为 FII= Fa3- Fa2=58N （2）圆锥齿轮2和斜齿轮3所受各力方向如图所示 7. 解：轴承的内部轴向力 S1=0.68 Fr1=0.68X1000=680N 方向向左 S2=0.68Fr2=1400N 方向向右。 因为 S2+FA=2280S1 所以轴承1为压紧端，轴承2为放松端，故 Fa1=S2+FA=2280N Fa2=S2=1400N. 四、 哈尔滨考研网 2009年考研专业课从此辅导班讲义 苦寒熬得梅花香，岁月共理想，人生齐高飞！ 咨询电话QQ：929926366 41 模拟题三 一、 1.等效构件的等效质量具有的动能等于原机械系统的总动能，等效构件上作用的等效力 或力矩产生的瞬时功率等于原机械系统所有外力产生的瞬时功率之和。 2.适当增大螺栓的长度，减小螺栓杆直径，将螺栓杆做成空心的，在螺母下安装弹性元 件 3.两侧面，键、轴槽和毂槽三者中强度最弱的工作面被压溃。 4.不打滑，疲劳强度，寿命 5.齿面磨损，齿面疲劳点蚀。 6.17 7.基准孔，基孔制，基准轴，基轴制。 8.径向滑动轴承，推力滑动轴承。 二、 1.KA：使用系数，考虑齿轮啮合外部因素引起