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.下述几种运动规律中，______既不会产生柔性冲击也不会产生刚性冲击，可用于高速场合。A.等速运动规律B.摆线运动规律(正弦加速度运动规律)C.等加速等减速运动规律D.简谐运动规律(余弦加速度运动规律)2.用于自动化照明灯具上的一周转轮系如图所示。已知输入轴转速n1=19.5r/min，组成轮系的各齿轮均为圆柱直齿轮。各轮齿数为：z1=60，z2=z2'=30，z3=40，z4=40，z5=120。试求箱体的转速。

3.一对减速齿轮传动，若保持两轮分度圆的直径不变，而减少齿数和增大模数时，其齿面接触应力将______。4.设齿轮的齿数为z，螺旋角为β，分度圆锥角为δ，在选取齿形系数YFa时，标准直齿圆柱齿轮按______查取；标准斜齿圆柱齿轮按______查取；直齿锥齿轮按______查取(写出具体符号或表达式)。5.在曲柄摇杆机构的四个杆件中，______必定是最短杆。6.两带轮直径一定时，减小中心距将引起______。A.带的弹性滑动加剧B.带传动效率降低C.带工作噪声增大D.小带轮上的包角减小7.有一升降装置如下图所示，螺旋副采用梯形螺纹，大径d=50mm，中径d2=46mm，螺距p=8mm，线数n=4，支承面采用推力球轴承。升降台的上下移动处采用导向滚轮，它们的摩擦阻力忽略不计。设承受载荷Q=50000N，试计算：

(1)升降台稳定上升时的效率η，已知螺旋副间摩擦系数f=0.1；

(2)稳定上升时施加于螺杆上的力矩；

(3)若升降台以640mm/min上升，则螺杆所需的转速和功率；

(4)欲使升降台在载荷Q作用下等速下降，是否需要制动装置?若需要，则加于螺杆上的制动力矩是多少?8.已知轮系中z1=60，z2=15，z2'=20，各轮模数均相同，求z3及i1H。

9.连杆机构的死点是压力角等于90°的位置。10.V带传动传递的功率P=7.5kW，带速v=10m/s，紧边拉力是松边拉力的两倍，即F1=2F2。试求紧边拉力F1，有效拉力Fe和预紧力F0(忽略离心力的影响)。11.正传动中的一对齿轮必定都是正变位齿轮。12.已知齿轮1的转速n1=120r/min，而z1=40，z2=20，求(1)z3；(2)行星架的转速nH=0时齿轮3的转速n3(大小及方向)。

13.花键连接的主要失效形式，对静连接是______，对动连接是______。14.计算零件变载荷下许用应力[σ]时为什么要考虑变应力的循环特性r及有效应力集中系数kσ、绝对尺寸系数εσ以及表面状态系数β?15.弹簧经热卷后需要进行______处理。A.淬火和回火B.正火C.淬火D.调质16.对于结构尺寸为b/D＜0.2的不平衡刚性转子，需进行______。A.静平衡B.动平衡C.不用平衡17.现要加工两只正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮，其中齿轮1：m1=2mm、z1=50；齿轮2：m2=4mm、z2=25。这两只齿轮______加工。A.可用同一把铣刀B.可用同一把滚刀C.不能用同一把刀具18.一对外啮合的渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，已知：z1=28，ha*=1，c*=0.25，α=20°，da1=120mm，中心距为164mm。试求该对齿轮的重合度及实际啮合线长度。19.求如图所示轮系的传动比i14。已知z1=z2'=25，z2=z3=z4=20，zH=100。

20.相对瞬心与绝对瞬心的相同点是______，不同点是______；在由N个构件组成的机构中，有______个相对瞬心，有______个绝对瞬心。21.指出机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，计算各机构的自由度。

加药泵加药机构22.在蜗杆传动中，作用在蜗杆上的三个啮合力，通常以______为最大。A.圆周力Ft1B.径向力Fr1C.轴向力Fa123.在外载荷和接触表面状况相同的条件下，三角形螺纹的摩擦力要比矩形螺纹的大，是因为摩擦面上的法向反力更大。24.在蜗杆蜗轮传动中，用______来计算传动比i12是错误的。A.i12=ω1/ω2B.i12=d2/d1C.i12=z2/z1D.i12=n1/n225.斜齿圆柱齿轮的齿形系数YFa与齿轮参数：______、______、______有关，而与______无关。26.机构中的虚约束在制造精度达不到要求时会成为实约束，使机构卡死。27.链传动张紧的目的是______。A.使链条产生初拉力，以使链传动能传递运动和功率B.使链条与轮齿之间产生摩擦力，以使链传动能传递运动和功率C.避免链条垂度过大时产生啮合不良D.避免打滑28.如图所示机构的尺寸和位置均已知，其中ω1=10rad/s(常数)，长度比例尺μl=0.01m/mm。求E点的速度vE和加速度aE。

29.机械发生自锁的实质是______。30.在交错角∑=90°的蜗杆传动中，蜗杆与蜗轮的螺旋线旋向必须______。A.相反B.相异C.相同D.相对31.如图所示转鼓存在空间分布的不平衡质量。已知m1=10kg、m2=15kg、m3=20kg、m4=10kg，各不平衡质量的质心至回转轴线的距离r1=50mm、r2=40mm、r3=60mm、r4=50mm，轴向距离l12=l23=l34，相位夹角α12=α23=α34=90°。设向径rⅠ=rⅡ=100mm，试求在校正平面Ⅰ和Ⅱ内需加的平衡质量mⅠ和mⅡ及其相位。

32.带传动不能保证准确的传动比，其原因是______。A.带容易变形和磨损B.带在带轮上出现打滑C.带传动工作时发生弹性滑动D.带的弹性变形不符合胡克定律33.提高机械零件强度的主要措施有______、______及______。(列举三项)34.已知一六杆机构，输入构件为曲柄O2B(C)，两个输出构件分别为滑块D和摇杆O1A，滑块D的行程速比系数K=1.4，且已知lO2C：lO2B=1.2，lO1A=2lO2B，摇杆O1A的左边极限位置与水平线的夹角ψ1为55°(见下图)，滑块D的行程HD=50mm，其余尺寸如下图所示。试设计此机构并求出摇杆的行程速比系数。

35.如图(a)所示为渐开线齿廓与一直线齿廓相啮合的传动，渐开线的基圆半径为r1，直线的相切圆半径为r2。试求当直线齿廓处于与连心线成θ角时，两轮的传动比i12=ω1/ω2之值。已知：r1=40mm，r2=20mm，θ=30°，O1O2=100mm。又问该两轮是否作定传动比传动?为什么?

36.已知一对等顶隙收缩齿渐开线标准直齿锥齿轮∑=90°，z2=17，z2=43，me=3mm，试求分度圆锥角、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、外锥距、齿顶角、齿根角、顶锥角、根锥角。37.在齿轮传动的弯曲强度计算中的基本假定是将轮齿视为______。38.滚动轴承部件的组合设计包括______等内容。39.平键连接的主要失效形式是______(静连接)和______(动连接)。40.机械零件中常见的失效形式有哪些?失效是否意昧破坏?41.减小凸轮机构的滚子半径有利于减小机构压力角。42.某装配自动线上有一工作台转位机构，工作台要求有六个工位，每个工位在工作台静止时间tj=10s内完成装配工序。当采用单销外槽轮机构时，试求：

(1)该槽轮机构的运动系数k；

(2)装圆柱销的主动构件(拨盘)的转速ω；

(3)槽轮的转位时间td。43.对大直径轴的轴肩圆角处进行喷丸处理是为了降低材料对______的敏感性。44.证明题：

(1)试证明一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的中心距由无侧隙啮合的标准中心距增加至a'后，节圆上的齿侧间隙(沿节圆弧度量)δ为

δ=2a'(invα'-invα)

式中α'——对应中心距a'的啮合角；

α——分度圆上的标准压力角。

(2)试证明一渐开线标准直齿轮与齿条啮合时由无侧隙啮合时的位置互相分离Δa后，节圆上的齿侧间隙(沿节圆弧度量)δ为

δ=2Δatanα45.在下图所示平面运动链中，若构件1为机架、构件5为原动件，则成为______级机构；若以构件2为机架，3为原动件，则成为______级机构。

46.齿面硬度为56～62HRC的合金钢齿轮的加工工艺过程为______。A.齿坏加工→淬火→磨齿→滚齿B.齿坏加工→淬火→滚齿→磨齿C.齿坏加工→滚齿→渗碳淬火→磨齿D.齿坏加工→滚齿→磨齿→淬火47.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______。48.试设计如下图所示的六杆机构。当原动件OAA自OAy轴沿顺时针转过φ12=60°到达L2时，构件OBB1顺时针转过φ12=45°，恰与OAx轴重合。此时，滑块6在OAx轴上自C1移动到C2，其位移S12=20mm，滑块C1距OB的距离为OBC1=60mm，用图解法确定A1和B1点的位置，并且在所设计的机构中标明传动角。同时，说明机构OAA1B1OB是什么样的机构(曲柄摇杆、双曲柄或双摇杆机构)?

49.一对齿轮传动，若按无限寿命设计，如何判断其大、小齿轮中哪个不易出现齿面点蚀?哪个不易出现齿根弯曲疲劳折断?理由如何?50.受轴向工作载荷的紧螺栓联接残余预紧力必须大于零。第1卷参考答案一.历年考点试题黑钻版1.参考答案：B2.参考答案：解：(1)

(2)n1-nH=-2×(n5-nH)

19.5-nH=2nH

所以

箱体的转向与n1的转向相同。3.参考答案：保持不变4.参考答案：

z；zv=z/cos3β；zv=z/cosδ5.参考答案：曲柄6.参考答案：D7.参考答案：解题要点：

(1)计算升降台稳定上升时的效率η。

该螺纹的螺旋升角为

而螺旋副的当量摩擦角为

故得效率

(2)计算稳定上升时施加于螺杆上的力矩T。

(3)计算螺杆所需转速n和功率P。

按题给条件，螺杆转一周，升降台上升一个导程L=np=4×8mm=32mm，故若升降台以640mm/min的速度上升，则螺杆所需转速为

n=640mm/min÷32mm/r=20r/min

计算螺杆所需功率P，有如下三种方法。

①第一种计算方法：按螺杆线速度v1及圆周力Ft确定螺杆所需功率P。

由

及Ft=Qtan(λ+ρv)=50000×tan(12.486°+5.911°)N=16630N

可得

②第二种计算方法：按同一轴上功率P与转矩T、转速n之间的关系式，可得

③第三种计算方法：按升降台以速度v2=640mm/min上升时所需功率来确定螺杆所需功率P，即

而

故得

(4)判断是否需要制动装置，计算制动力矩T'。

由λ=12.486°，ρv=5.911°，可知λ＞ρv，螺旋副不自锁，故欲使升降台在载荷Q作用下等速下降，则必须有制动装置。施加于螺杆上的制动力矩为

8.参考答案：解题要点：

(1)如题图所示为一行星轮系。

(2)由同心条件得

所以

z3=z1+z2'-z2=60+20-15=65

(3)

齿轮1与行星架H的转向相同。9.参考答案：A10.参考答案：解题要点：

因为P=(F1-F2)v/1000

将P=7.5kW代入上式，得

(F1-F2)v=7500

①

又因为

F1=2F2

②

联立求解式①和式②，可得

F1=1500N，

F2=750N

有效拉力

Fe=(F1-F2)=750N

预紧力

F0=(F1+F2)/2=1125N11.参考答案：B12.参考答案：解：该轮系为差动轮系(见题图)。

(1)求z3。

根据同心条件，轮1和轮2的中心距应等于轮3和轮2的中心距，对于标准齿轮，因互相啮合的齿轮其模数相同，故

(2)当nH=0时，求n3。

当nH=0时，即行星架H固定，该轮系成为定轮系。

齿轮3的转向与齿轮1的转向相反。13.参考答案：齿面压溃；齿面磨损14.参考答案：变载荷条件下，零件的破坏形式为疲劳断裂，其许用应力与变应力循环特性r、有效应力集中系数kσ、绝对尺寸系数εσ以及表面状态系数β有关。

(1)当应力为对称循环变化时，r=-1，

(2)当应力为脉动循环变化时，r=0，15.参考答案：A[解析]当弹簧直径小于10mm时，常用冷卷法。冷卷时，一般用冷拉的碳素弹簧钢在常温下卷成，不再淬火，只经低温回火消除热应力。热卷弹簧卷成后须经过淬火和回火处理。16.参考答案：A17.参考答案：C18.参考答案：[解]

εα=1.7，。19.参考答案：20.参考答案：互作平面相对运动的两构件上瞬时相对速度为零的点

后者绝对速度为零，前者不是

(N-1)/(N/2-1)

N-121.参考答案：解：图所示机构的自由度为

F=3n-2PL-PH=3×8-2×11-0=222.参考答案：C23.参考答案：A24.参考答案：B25.参考答案：齿数z、变位系数χ、螺旋角β；模数m26.参考答案：A27.参考答案：C28.参考答案：(1)速度分析

其中，

取画速度多边形，如图a所示，得

继续作速度多边形图，由图得

(2)加速度分析

其中：

取画加速度多边形，如图b所示。

继续作加速度多边形，由图b得

29.参考答案：驱动力所能做的功总是小于或等于克服由其可能引起的最大摩擦阻力所需要的功30.参考答案：C31.参考答案：解：先求得各不平衡质径积的大小为

m1r1=10×50=500kg·mm，m2r2=15×40=600kg·mm

m3r3=20×60=1200kg·mm，m4r4=10×50=500kg·mm

将各不平衡质径积分解在平面Ⅰ和平面Ⅱ上，在平面Ⅰ内，可得

(m1r1)Ⅰ=500kg·mm

(m4r4)Ⅰ=0kg·mm

在平衡基面Ⅰ上并向x、y轴上投影得

(mr)ⅠX=-(m1r1)Ⅰcos0°+(m3r3)Ⅰcos180°=-100kg·mm

(mr)ⅠY=-[(m2r2)Ⅰsin90°]=-400kg·mm

又可得：

加在平面Ⅰ上的质径积：(mr)Ⅰ=412.3kg·mm。

计算得加在平面Ⅰ上的平衡质量：mⅠ=4.123kg。

方向：由得：αⅠ=255.96°。

同理，加在平面Ⅱ上的平衡质量：mΠ=8.544kg，方向：αΠ=20.56°。32.参考答案：C33.参考答案：合理布置零件，减小所受载荷；降低载荷集中，均匀载荷分布；采用等强度结构；选用合理截面；减小应力集中34.参考答案：解：K=1.12，O1A=34.2mm，O2B=17.1mm，O2C=20.52mm，AB=43.1mm，CD=58.48mm

六杆机构设计35.参考答案：解：(a)由齿廓啮合基本定律可知：互相啮合传动的一对齿轮，在任意位置时的传动比，都与其连心线被两啮合齿廓在接触点处的公法线分成的两段成反比，因此可根据已知条件求出传动比。

(b)若两齿轮作定传动比传动，则要求两齿廓无论在何位置接触，过接触点所作的两齿廓的公法线都与两齿轮的连心线交于一固定点。

(1)求i12。

如题图(b)所示，两齿廓在K点接触，过K点作两齿廓公法线切于基圆N1点，并交连心线O1O2于P点。因为P点为两轮的速度瞬心，故

由于∠PO1N1=∠KAP=θ=30°，则

(2)该两轮并非定传动比传动。

因为一渐开线齿廓与一直线齿廓相啮合，过接触点而垂直于直线齿廓的法线不断变换位置，从而与连心线O1O2的交点P也不断变换位置，所以该两轮并非作定传动比传动。36.参考答案：解：分度圆锥角

δ1=90°-δ2=21.57°

分度圆直径

d1=mez1=3×17=51mm

d2=mez2=3×43=129mm

齿顶圆直径

da1=d1+2mecosδ1=51+2×3×cos21.57°=56.58mm

da2=d2+2mecosδ2=129+2×3×cos68.43°=131.21mm

齿根圆直径

df1=d1-2.4mecosδ1=51-2.4×3×cos21.57°=44.30mm

df2=d2-2.4mecosδ2=129-2.4×3×cos68.43°=126.36mm

外锥距

由于等顶隙，因此齿顶角齿根角相等，即

顶锥角

δa1=δ1+θa=24.54°，δa2=δ2+θa=71.4°

根锥角

δf1=δ1-θf=18.6°，δf2=δ2-θf=65.46°37.参考答案：悬臂梁38.参考答案：正确选择轴承的类型与尺寸及正确解决轴承的安装、配合、紧固、调节、润滑、密封39.参考答案：工作面压溃；工作面过度磨损40.参考答案：机械零件中常见的失效形式有：①断裂或塑性变形；②过大的弹性变形；③工作表面的过度磨损或损伤；④发生强烈的振动；⑤连接的松弛；⑥摩擦传动的打滑。

(2)破坏固属失效，但失效并不单纯意味着破坏。41.参考答案：42.参考答案：解题要点：

(1)明确槽轮机构运动系数的定义及计算方法；

(2)了解槽轮机构的运动过程。

解：因为工作台要求有六个工位，所以槽轮的槽数为6，即z=6。

(1)计算槽轮机构的运动系数k。

设一个运动循环的时间为t，由槽轮机构运动系数的计算公式得

k=td/t=(t-tj)/t=1/2-1/z=1/2-1/6=1/3

(2)计算主动构件的转速ω。

由上式得

tj=t(1-1/2+1/z)=(2π/ω)(1/2+1/z)

则

ω=(2π/tj)(1/2+1/z)=(2π/10)(1/2+1/6)=0.419rad/s

(3)计算槽轮转位时间。

td=t-tj=2π/ω-tj=2π/0.419-10=5s43.参考答案：应力集中44.参考答案：如下图所示。