哈工大2006 年秋季学期
机械设计基础（80学时）试题答案
一、填空题（每空1分，共20分）
1．机构具有确定的相对运动的条件是机构的自由度大于0，并且机构的原动件数等于机构的自由度数。
2．铰链四杆机构中，与机架相连的杆为连架杆。
3．凸轮机构的几种常用的推杆运动规律中，可避免柔性冲击和刚性冲击的是正弦加速度（摆线运动）运动规律。
4. 轮齿齿面点蚀一般发生在齿轮的齿根表面靠近节线部位，为防止齿面点蚀，
应进行齿面接触疲劳强度计算。
5.已知普通蜗杆传动的中心距为74 mm，蜗杆分度圆直径为28 mm（标准值），模数为2.5
mm，蜗杆头数z1=2，则传动比为i= 24 ；国标中将蜗杆分度圆直径规定
为标准值的目的是减少蜗轮加工的滚刀数目。
6.普通V带传动工作中带截面所受应力按产生的原因可分三部分，即：（松紧边）拉应
力、离心拉应力和弯曲应力；带传动的主要失效形式是打滑和带的疲劳破坏。
7．代号为6311的滚动轴承，其名称为__深沟球轴承___，内径为____55__mm，直径系列代号为____3___，宽度系列代号为0 。
8．在矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和三角形螺纹四种螺纹中，传动效率最高的是矩形螺纹，双向自锁性最好的是三角形螺纹。
9．在键连接中，平键的工作面为两侧面，楔键的工作面为上下面。
二、问答题(共20分)
1. 试述渐开线斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件和连续传动的条件。
答：正确啮合条件：两相互啮合齿轮的法面模数和压力角分别相等；并且两斜齿轮的螺旋角大小相等，外啮合时旋向相反，内啮合时旋向相同。(3分)
连续传动条件：实际啮合线的长度大于其法向齿距（或重合度大于1）(1分)
2.叙述闭式蜗杆传动的失效形式和设计准则。
答：闭式蜗杆传动的失效形式是蜗轮齿面胶合、点蚀和磨损；(2分)
设计准则通常是：按齿面接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力，并进行热平衡计算。(2分)
3．铰链四杆机构存在曲柄的条件是什么？
答：最短杆和最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和；(2分)
最短杆为连架杆或机架。两条件充分且必要。(2分)
4、简述转轴的主要设计步骤，并说明原因（4分）
答：主要设计步骤：估算轴的基本直径、轴的结构设计、轴的强度校核计算。
因为转轴工作中同时承受弯矩和扭矩，若要计算其所受弯矩，必须已知其结构和力的作用点，因此，设计中通常按其所受扭矩估算其轴的基本直径，通过降低许用切应力的方法，近似考虑弯矩的影响；然后进行轴的结构设计，最后进行轴的强度校核计算。
5. 在非液体摩擦滑动轴承的计算中，为什么要限制轴承的压强p和pv值？（4分）
答：
压强p过大不仅可能使轴瓦产生塑料变形破坏边界膜，而且一旦出现干摩擦状态则加速磨损。故要限制压强p。
pv值大表明摩擦功大，温升大，边界膜易破坏。故要限制pv值。
三、计算题（共30分）
1．( 6 分)
计算下图所示机构的自由度 ；若该机构存在局部自由度、复合铰链、虚约束等请在图中指明。
解： 图中B 处存在局部自由度；D 、E 两处存在复合铰链；F 、G 处为需约束。其自由度计算为： 8;11;1323821111
L L H H
n P P F n P P ====--=?-?-=
计算和指明内容各3分。
2．（8分）如图所示轮系中，已知各齿轮齿数为：13520z z z ===，24640z z z ===，7z =100。
求传动比17i ，并判断 1ω 和7ω 是同向还是反向？
解：
21244134040(1)42020
z z
z z ωω??=-==?? 故：1
44
ωω=
由题可知： 154H ωωωω==；(2分) 对周转轮系：
5H 6777H 565100
(1)520
z z z z z z ωωωω--?=-=-=-=-?(2分)
即：
115H
7H
1
745
4
ωωωωωωωω---=
=--
(2分)
解得：
2
3
1
4
6
5
7
A
D E
C
H
G
F
I
B
K 12
3456
7
89
1
177
10i ωω=
= 1717i ωω为正数，所明与转向相同(2分)
3. (8分)图为气缸体与气缸盖采用8个普通螺栓均布连接结构。已知：气缸内压力p = 1 MPa ，气缸体直径D=200 mm ，螺栓材料的许用拉伸应力[]σ＝100 MPa ，为保证连接的气密性，残余预紧力F ″为工作载荷F 的1.8倍，螺栓的相对刚度3.0=+m
b b
C C C .
（1）求加在每个螺栓上的总拉力0F 及预紧力F ′。
（2）计算所需螺栓的螺纹小径 1d 的值（保留两位小数）。
解：
每个螺栓所受到的工作载荷为：
2
2
14
120013926.991 N 84
D F p
z ππ=?=??=(2分) 每个螺栓上的总拉力为：
0 2.8 2.83926.991
F F F F ''=+==?=预紧力为：
010995.7473926.9910.39817.65 N b
b m
C F F F C C '=-?
=-?=+(2分)
所需螺栓的螺纹小径：
113.49 mm d ≥
==(2分)
4. (8分)角接触球轴承如图所示，已知F =500 N, F =200 N ，F =110 N ，内部轴向力
S=0.4 Fr ，径向载荷系数x=0.5，轴向载荷系数Y=1，轴承的基本额定动载荷C=20 kN,载荷系数 f p =1,温度系数 f t =1。求轴承1和轴承2的当量动载荷，并计算轴承1的寿命。
解：
110.40.4500200 N r S F =?=?= 220.40.420080 N r S F =?=?=
2111080190200a F S S +=+=<=(2分)
21轴承被压紧，轴承被放松
1121 200,20011090a a a F S N F S F N ===-=-=故(2分)
111222()1(0.55001200)450()1(0.5200190)190p r a p r a P f XF YF N P f XF YF N
=+=??+?==+=??+?=(2分)
3
3
36
111201087791.5 (10r)450t f C L P ??????=== ? ?????
(2分)
四、分析题（共20分）
1．(10分)
如图所示齿轮――蜗杆传动，要求：
（1）为使Ⅱ轴上齿轮2和蜗杆3的轴向力相抵，请标出蜗杆3的旋向； （2）试标出图中蜗杆、蜗轮和齿轮的转向；
←
F a
.
.
F r1
a2
F a1
F r2 F t1
F t2 F a3
F t4
F r4 F r3 F t3
F
a4
n 4
（3）绘出啮合点所受各力的方向。 解：
1）蜗杆3的旋向为右旋(2分)
2）从左向右看：蜗杆和齿轮2转向为逆时针； 面向图面来看：蜗轮顺时针转动。(2分) 3）详见右图示 (6分)
2．( 10分)
在下图所示偏置直动尖顶从动件盘状凸轮机构中，已知：凸轮为偏心圆盘，圆心为O ，半径R = 50mm ，凸轮转动中心到几何中心的距离l OA = 10mm ，从动件的偏距e = 15mm ，试确定：
（1） 该凸轮的基圆半径r b 是多少？
（2） 在图上标出图示位置凸轮机构的压力角α及从动件与凸轮在B 点接触时的压
力角B α。
（3） 在图上标出图示位置时凸轮1与机架3的瞬心P 13及凸轮1与从动件2的瞬心
P 12 。
解：1）501040b r R OA mm =-=-= (2分)
2）图示位置压力角α 如图所示。B 点接触时，由反转法作图得过B 点切于偏置圆得切线，该切线于
BO 连线之夹角即为B 点接触时的压力角B α 。(4分)
3）13P 即为A 点，因为23P
则由三心定理知12P 在过A 点且垂至于导路的垂线上，又因为1、2是高副接触，其瞬心应在接触点法线方向上，即垂线方向上，所以两线交点即为瞬心12P 的位置。(2分)
五、结构题（10分）
指出轴承部件图中的错误结构（5处即可）（指出错误的位置，并做简单说明，如示例①，相同错误按一处算）。
答：错误结构如下图所示：
①无调整垫片。
2、滚动轴承内圈的定位轴肩已高于内圈高度，无法拆卸。
3、轴环处圆角半径大于轮毂圆角半径，无法实现对轮毂的轴向定位。
4、安装齿轮处键槽位置偏左，应该稍偏向右端。
5、轮毂的宽度小于相应轴段的宽度，无法实现对轮毂的轴向定位。
6、密封圈处轴承盖与轴之间没有间隙。
7、密封槽应为梯形。
8、应有轴肩，以便装拆轴承。
9、应有轴肩，以便轴上零件定位。
10、轴上的两个键应在同一侧。
、填空题（共26 分，每空1分）
1）代号为7210 C/P5/DF轴承的内径为50mm。
2）当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且联接不需要经常装拆时，往往采用螺纹联接中的螺钉联接。
3）齿轮传动的主要失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、
齿面磨损、齿面胶合和轮齿塑性变形。
4）凸轮机构从动件常用运动规律有等速运动规律、
等加速等减速运动规律、余弦加速度（简谐）运动规律
和正弦加速度（摆线）运动规律。
5）机构具有确定运动的条件是：机构的自由度F大于0 、
机构的原动件数等于机构的自由度F。
6）机械系统通常由原动机、传动装置、工作机等部分组成。
7）对于软齿面闭式齿轮传动，通常先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。
8）滚动轴承的基本额定寿命L，是指一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中90% 的轴承在疲劳点蚀前所能转过的总转速，单位为106 r。
9）四杆机构的急回运动特性可以由行程速度变化系数K和极位夹角θ表征，极位夹角θ越大，急回运动的性质越显著。
10）凸轮的基圆半径越小，机构的压力角越大，机构的传力性能越差。11）在蜗杆传动中，当需要自锁时，应使蜗杆导程角≤当量摩擦角。
12）轮系可分为三种类型，即定轴轮系、周转轮系和混合轮系。
二、选择题（共7分，每小题1分）
1）一阀门螺旋弹簧，弹簧丝直径d=2.5mm，因环境条件限制，其弹簧外径D2不得大于
17.5mm，则弹簧指数不应超过c) 。
a) 5 ; b) 6.5 ; c) 6 ; d) 7 。
2）平键的剖面尺寸b×h是根据d) 从标准中查取。
a) 传递转矩的大小; b) 载荷特性; c) 键的材料; d) 轴的直径。
3）带传动的主要失效形式为d) 。
a)带的颤动和弹性滑动; b) 带的松弛和弹性滑动;
c) 带的弹性滑动和打滑; d) 带的疲劳破坏和打滑。
4）在V带设计中，取d d1≥d dmin，主要是为了考虑a) 的影响
a) 弯曲应力; b) 离心拉应力；
c) 小带轮包角; d) 初拉力。
5）角接触球轴承承受轴向载荷的能力，随着接触角的增大而a) 。
a) 增大; b) 减小；c) 不变。
6）工作时既承受弯矩又承受扭矩的轴是c) 。
a) 心轴; b) 传动轴; c) 转轴; d) 挠性轴。
7）对于要求有综合位移，外廓尺寸紧凑，传递转矩较大，启动频繁，经常正反转的重型机械常用d) 联轴器。
a) 十字滑块; b) 凸缘; c) 轮胎; d) 齿轮。
三、简答题（共16分，每小题4分）
1）试述在哪些场合滚动轴承难以替代滑动轴承？
①在高速重载下能正常工作，寿命长；
②精度高的场合；
③可做成剖分式，满足特殊场合的需要；
④具有缓冲、吸振的作用；
⑤ 径向尺寸小；
2）试述蜗杆传动的效率有哪几部分组成，并用公式写出。 答：包含三个部分 ① 啮合效率1η ② 轴承效率2η ③ 搅油效率3η
总效率：123tan (0.95~0.96)tan()
γ
ηηηηγρ=??='+ 3）试述转轴的设计步骤？ 答：①按工作要求选择轴的材料；
②估算轴的最小直径； ③轴的结构设计； ④轴的强度校核；
⑤必要时作刚度和振动稳定性等校核计算；
4）何谓凸轮机构的理论廓线？何谓凸轮机构的实际廓线？二者有何区别与联系？ 答：对于滚子推杆的凸轮轮廓设计，首先把滚子中心看作尖顶推杆的尖顶，应用反转法
求出一条轮廓曲线，该轮廓曲线称为凸轮的理论廓线。
以凸轮理论廓线上一系列点为中心，以滚子半径为半径，画一系列小圆，再做这些小圆的内包络线，便得到滚子推杆外凸轮的实际廓线。
对于尖顶推杆凸轮机构，其理论廓线与实际廓线是同一条轮廓曲线；对于滚子推杆凸轮机构，其理论廓线与实际廓线是等距曲
五、计算题（共 23分）
1)如图所示的运动链中，已知各构件长度60=AB l mm ，40=BC l mm ，50=CD l mm ，
20=AD l mm ，回答下列问题：(8分) (a) 判断是否存在曲柄？
(b) 固定哪个构件可获得曲柄摇杆机构？ (c)
固定哪个构件可获得双曲柄机构？ (d) 固定哪个构件可获得双摇杆机构？ 解：
(a) max 60AB L L mm ==, min 20AD L L mm ==
80AB AD L L mm +=, 90BC CD L L mm += 因为：AB AD BC CD L L L L +≤+ 所以：该运动链中存在曲柄。（2′）
(b) 固定AB 或CD 杆，可获得曲柄摇杆机构。（2′） (c) 固定AD 杆，可获得双曲柄机构。（2′） (d) 固定BC 杆，可获得双摇杆机构。（2′）
2) 计算下图机构自由度（若机构中存在复合铰链、局部自由度或需约束，请明确指出）。（6分）
解：
6,8,1L h n P P === （2′）
机构自由度：323628111L h F n P P =--=?-?-?= （1′）
六、 受力分析题（共9分）
下图是齿轮蜗杆减速器，齿轮1为主动轮，其螺旋线方向为右旋，试回答下列问题： 1）判断齿轮2的轮齿螺旋线方向，并在图中画出；(1分)
2）在图中画出齿轮1和齿轮2在节点A 处所受的轴向力方向；(2分)
3）为使齿轮2和蜗杆3的轴向力抵消一部分，判断蜗杆3的旋向，并在图中画出？判断蜗轮4的旋向，并在图中画出。(2分)
4）画出蜗杆3在节点B 处所受三个分力方向，画出蜗轮4的转动方向。(4分)
答：
F a1
F a2
F a3
F F t3
F r3
(左旋)
(左旋)
(左旋) 4ω
2ω
电动机
七、结构改错题（共12分）
指出斜齿圆柱齿轮轴承部件（稀油润滑）结构中的错误，并在相应位置标注, 在轴线
下对称位置画出正确的结构图。（注：同类错误算一个，指出及改对6个及6
个以上错误
得满分，指出一个错误得1分，改对一处得1分）①
①没加调整垫片；
②联轴器右端用轴肩定位；
③轴输出端用密封圈密封；
④轴承应布置成面对面或背对背；
⑤应保证齿轮左端可靠定位；
⑥套筒不应该超过轴承内圈；
⑦箱体内壁与轴承右端面留有3～5mm间隙；
⑧轴承内外圈剖面线方向要一致；
⑨齿轮右端用轴肩定位。
1. 机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零且机构的原动件数等于机构的自由度。
2. 在凸轮机构四种常用的推杆运动规律中，等速运动规律运动规律有刚性冲
击；等加速等减速运动规律和余弦加速度运动规律有柔性冲击；
正弦加速度运动规律无冲击。
3. 带传动工作时，最大应力发生在在紧边进入小带轮处，带传动的主要失
效形式是打滑和疲劳破坏。
4. 一对渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合条件为：模数相等和压力角相等，
齿轮连续啮合传动条件为：重合度大于1 。
5. 在齿轮传动设计时，软齿面闭式传动常因_ _齿面点蚀而失效，故通常先按
齿面接触疲劳强度设计公式确定传动的尺寸，然后验算齿轮的齿根弯曲疲劳强度。
6. 齿轮传动以及蜗杆传动的效率均包括：（1）轮齿啮合效率η1、
（2）搅油效率η2、（3）轴承效率η3；总的传动效率为：
η=η1η2η3。
7．在矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和三角形螺纹四种螺纹中，传动效率最高的是矩形螺纹；双向自锁性最好的是三角形螺纹；只能用于单向传动的是锯齿形螺纹。
8. 普通平键的工作面是两侧面；楔键的工作面为键的__上下_____面，平
键的剖面尺寸b×h按轴径d 来查取。
9. 代号为72308的滚动轴承，其类型名称为角接触球轴承，内径为
40 mm，2 为宽度系列代号， 3 为直径系列代号。
10. 圆柱螺旋压缩弹簧在工作时最大应力发生在弹簧丝内侧。
(每题4分,共20分)
答：速度瞬心定义为：互相作平面相对运动的两构件上在任一瞬时其相对速度为零的重合点。或说是作平面相对运动的两构件上在任一瞬时其速度相等的重合点（即等速重合点）。
三心定理：作平面运动的三个构件共有三个瞬心，他们位于同一直线上。
2．带传动中的弹性滑动与打滑有什么区别？
答：弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指由于过载引起的全面滑动，是一种传动失效的表现，应当避免。弹性滑动是由带材料的弹性和紧边、松边的拉力差引起的。只要带传动具有承载能力，出现紧边和松边，就一定会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的。
3．按轴工作时所受载荷不同，可把轴分成那几类？如何分类？
答: 转轴，心轴，传动轴。
转轴既传递转矩又承受弯矩。
传动轴只传递转矩而不承受弯矩或承受弯矩很小。
心轴则承受弯矩而不传递转矩。
4. 螺纹连接为什么要防松？有哪几类防松方法？
答：在静载荷作用下且工作温度变化不大时，螺纹连接不会自动松脱。但是在冲击、振动和变载荷作用下，或当温度变化很大时，螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬间消失，这种现象多次重复就会使连接松脱，影响连接的正常工作，甚至会发生严重事故。因此，设计时必须采取防松。
摩擦防松，机械防松，破坏螺纹副关系。
5. 简述动压油膜形成的必要条件。
答：
1．相对运动表面间必须形成收敛形间隙；
2. 要有一定的相对运动速度，并使润滑油从大口流入，从小口流出。
3. 间隙间要充满具有一定粘度的润滑油。
三、分析计算题（共38分）
1．（7分）计算图中所示机构的自由度数。若该机构存在局部自由度、复合铰链、虚约束等请在图中指明。
解：
n= 10；P L = 14；P H =1 (3分)
试 题： 班号： 姓名： F = 3n-2P L -P H
=3x 10-2x 14-1x 1=1 (1分)
2．（8分）已知铰链四杆机构中各杆的长度为：l AB =80mm, l BC =115mm, l CD =95mm,
l A D =120mm 。请分析： （1） 该机构中是否存在曲柄？
（2） 如果存在曲柄，该机构是否具有急回运动特性？ （3） 计算该机构的最小传动角？
解：
（1） 80 +120 < 115 + 95 (1分) 最长杆l A D 为机架， (1分) 故该机构中存在曲柄。 (1分) （2）如图，因为存在极位夹角θ (1分) 故该机构具有急回运动特性。(1分) （3）该机构的最小传动角如图所示。(3分)
3.(7分) 图示齿轮蜗杆减速器中，1、2均为斜齿轮，3为蜗杆，4为蜗轮；其中主动齿
复合铰链(1分)
虚约束
(1分)
C
轮1为右旋，其转动方向如图所示。为使齿轮2和蜗杆3的轴向力能抵消一部分，试回答以下问题：
（1）判断齿轮2和蜗杆3的旋向；
（2）画出蜗杆3在节点处的三个分力方向； （3）画出蜗杆3和蜗轮4的转动方向。
解：
（1）齿轮2为左旋 (1分)，蜗杆3为左旋 (1分)；
（2）蜗杆3在节点处的三个分力方向如图所示；（每问1分）； （3）蜗杆3和蜗轮4的转动方向如图所示。（每问1分）
4．（6分）图示轮系，已知：Z 1=20，Z 2=40，Z 3=80，Z 4=Z 5=30，Z 6=90。求i 16=?
解： n 3=n 4
46i =(n 4/n 6)=-(z 6/z 4)=-3 n H =n 6
13H i =(n 1-n 6)/(n 3-n 6)=-(z 3/z 1)=-4
i 16=17
P f X F Y F f F 1111240004800 N =+==?=d r1a1d r1(). F F e a2r2//.==>186060000312000/8000=0.25 X 2 =1，Y 2 =0 2 1.280009600P N =?= 应按2轴承校核，因P P 21> 10/3 61010577004767.86013809600h L h ?? == ???? 班 级 姓 名 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 分数 一、 填空题（共24 分，每空1分） 1）按照两表面间的润滑状况，可将摩擦分为 干摩擦 、 边界摩擦 、 流体摩擦 和 混合摩擦 。 2）当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且联接不需要经常装拆时，往往采用螺纹联接中的 螺钉 联接。 3）带传动中，带在带轮上即将打滑而尚未打滑的临界状态下，紧边拉力F 1与松边拉力F 2之间的关系为 112f F F e α=? 。 4）滚动轴承的基本额定寿命L ，是指一批相同的轴承，在相同的条件 下运转，其中 90％ 的轴承在疲劳点蚀前所能转过的总转数，单位为106r 。 5）非液体摩擦滑动轴承限制pv 值，主要是为了防止轴瓦 胶合 失效。 6）弹簧指数C= D/d ，C 越大，弹簧刚度越 小 。 7）当机构处于死点位置时，机构的压力角为 90° 。 8）有一紧螺栓连接，已知预紧力'F =1500N ，轴向工作载荷F =1000N ，螺栓的刚度C b =2000N/mm ，被连接件的刚度C m =8000N/mm ，则螺栓所受的总拉力F 0= 1700 N ，剩余预紧力''F = 700 N ，保证结合面不出现缝隙的最大轴向工作载荷F max = 1875 N 。 9）对于软齿面闭式齿轮传动，通常先按 齿面接触疲劳 强度进行设计，然后校核 齿根弯曲疲劳 强度。 10）蜗杆传动的失效形式主要是 齿面点蚀 、 齿面胶合 和 齿面磨损 ，而且失效通常发生在 蜗轮轮齿上 。 哈工大2005 年秋季学期 机械设计基础（80学时）试题答案 11）在凸轮机构的几种基本的从动件运动规律中，等速运动规律使凸轮机构产生刚性冲击，正弦加速度运动规律则没有冲击，等加速等减速、余弦加速度运动规律产生柔性冲击。 二、选择题（共11分，每小题1分） 1）一阀门螺旋弹簧，弹簧丝直径d=2.5mm，因环境条件限制，其弹簧外径D2不得大于17.5mm，则弹簧指数不应超过c) 。 a) 5 ; b) 6.5 ; c) 6 ; d) 7 。 2）平键的剖面尺寸b×h是根据d) 从标准中查取。 a) 传递转矩的大小; b) 载荷特性; c) 键的材料; d) 轴的直径。 3）带传动采用张紧轮的目的是d) 。 a)减轻带的弹性滑动; b) 提高带的寿命; c) 改变带的运动方向; d) 调节带的初拉力。 4）润滑良好的闭式软齿面齿轮传动最常见的失效形式为b) 。 a) 齿面磨损; b) 齿面疲劳点蚀； c) 齿面胶合; d) 齿面塑性变形。 5）在V带传动设计中，取小带轮基准直径d d1≥d dmin，主要是为了考虑 a) 对传动带疲劳强度的影响 a) 弯曲应力; b) 离心拉应力； c) 小带轮包角; d) 初拉力。 6）蜗杆传动中，当其它条件相同时，增加蜗杆的头数，则传动效率 b) 。 a) 降低; b) 提高；c) 不变；d)可能提高，可能降低。 7）工作时只承受弯矩，不传递转矩的轴，称为a) 。 a) 心轴; b) 传动轴; c) 转轴; d) 曲轴。 8）半圆键连接的主要优点是c) 。 a) 对轴的强度削弱较轻; b) 键槽的应力集中较小； c) 适于锥形轴端的连接。 中南林业科技大学机械零件有限元分析 实验报告 专业：机械设计制造及其自动化 年级： 2013级 班级：机械一班 姓名：杨政 学号：20131461 I 一、实验目的 通过实验了解和掌握机械零件有限元分析的基本步骤；掌握在ANSYS 系统环境下，有限元模型的几何建模、单元属性的设置、有限元网格的划分、约束与载荷的施加、问题的求解、后处理及各种察看分析结果的方法。体会有限元分析方法的强大功能及其在机械设计领域中的作用。 二、实验内容 实验内容分为两个部分：一个是受内压作用的球体的有限元建模与分析，可从中学习如何处理轴对称问题的有限元求解；第二个是轴承座的实体建模、网格划分、加载、求解及后处理的综合练习，可以较全面地锻炼利用有限元分析软件对机械零件进行分析的能力。 实验一、受内压作用的球体的有限元建模与分析 对一承受均匀内压的空心球体进行线性静力学分析，球体承受的内压为 1.0×108Pa ，空 心球体的内径为 0.3m ，外径为 0.5m ，空心球体材料的属性：弹性模量 2.1×1011，泊松比 0.3。 承受内压：1.0×108 Pa 受均匀内压的球体计算分析模型（截面图） 1、进入 ANSYS →change the working directory into yours →input jobname: Sphere 2、选择单元类型 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK (back to Element Types window)→ Options… →select K3: Axisymmetric →OK →Close (the Element Type window) 3、定义材料参数 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.1e11, PRXY:0.3→ OK 4、生成几何模型生成特征点 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标：input ：1(0.3，0)，2(0.5，0)，3(0，0.5)，4(0，0.3)→OK 生成球体截面 ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Spherical ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →In ActiveCoord → 依次连接 1,2,3,4 点生成 4 条线→OK Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →By Lines →依次拾取四条线→OK ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Cartesian 5、网格划分 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Meshing →Mesh Tool →(Size Controls) lines: Set 机械设计基础大作业计算说明书 题目：朱自发 学院：航天学院 班号：1418201班 姓名：朱自发 日期：2016.12.05 哈尔滨工业大学 机械设计基础 大作业任务书题目：轴系部件设计 设计原始数据及要求： 目录 1.设计题目 (4) 2.设计原始数据 (4) 3.设计计算说明书 (5) 3.1 轴的结构设计 (5) 3.1.1 轴材料的选取 (5) 3.1.2初步计算轴径 (5) 3.1.3结构设计 (6) 3.2 校核计算 (8) 3.2.1轴的受力分析 (8) 3.2.2校核轴的强度 (10) 3.2.3校核键的强度 (11) 3.2.4校核轴承的寿命 (11) 4. 参考文献 (12) 1.设计题目 斜齿圆柱齿轮减速器轴系部件设计2.设计原始数据 3.设计计算说明书 3.1 轴的结构设计 3.1.1 轴材料的选取 大、小齿轮均选用45号钢，调制处理，采用软齿面，大小齿面硬度为241~286HBW ，平均硬度264HBW ；齿轮为8级精度。 因轴传递功率不大，对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用材料45钢，调质处理。 3.1.2初步计算轴径 按照扭矩初算轴径： 6 3 39.55100.2[]P P n d n τ?≥ =式中： d ——轴的直径，mm ； τ——轴剖面中最大扭转剪应力,MPa ； P ——轴传递的功率，kW ； n ——轴的转速，r /min ； []τ——许用扭转剪应力，MPa ； C ——由许用扭转剪应力确定的系数； 根据参考文献查得106~97C =，取106C = 故 10635.0mm d ≥== 本方案中，轴颈上有一个键槽，应将轴径增大5%，即 35(15%)36.75mm d ≥?+= 取圆整，38d mm =。 3.1.3结构设计 （1）轴承部件的支承结构形式 减速器的机体采用剖分式结构。轴承部件采用两端固定方式。 （2）轴承润滑方式 螺旋角: 12() arccos =162n m z z a β+= 齿轮线速度： -338310175 2.37/6060cos 60cos16n m zn dn v m s πππ β???==== 因3/v m s <, 故轴承用油润滑。 复习内容： 一液体表面 1研究液体结构的基本假设。 （1）组成液体的原子（或分子）分布均匀、连贯、无规则；(2)液体中没有晶态区域和能容纳其他原子或分子的孔洞；（3）液体的结构主要由原子间形成的排斥力决定。 2间隙多面体，径向分布函数。 液体结构的刚性球自由密堆可以用间隙多面体来表示，其中原子处在多面体间隙的顶点。液体自由密堆结构的5种理想间隙：(a)四面体间隙；(b) 八面体间隙；(c)三棱柱的侧表面被覆盖3个半八面体间隙；(d)阿基米德反棱柱被覆盖2个半八面体间隙；(e)正方十二面体 四面体间隙占了主要地位，所以四面体间隙配位是液体结构的另一特征，四面体配位中的各相邻原子的间距就成为液体结构的最近邻原子间距。 随着温度升高（低于材料熔点Tm），原子间距增加，原子震动幅度提高，但仍然保持有序结构。这时的原子数量的变化不再是一系列离散的线，所以再用原子数量（N(r)）来表示不同径向距离（r）处原子的分布就显得不太合适，而通常采用的方法是用在不同径向距离（r）处原子出现的密度来表示。用密度分布函数ρ(r)来代替离散的数量值N(r)时，分布函数的峰值就代表了在距离中心原子r处原子出现的概率。 3液体原子结构的主要特征。 （1）液体结构中近邻原子数一般为5~11个（呈统计分布），平均为6个，与固态晶体密排结构的12个最近邻原子数相比差别很大； （2）在液体原子的自由密堆结构中，四面体间隙占了主要地位。 （3）液体原子结构在几个原子直径范围内是短程有序的，而长程是无序的。 4 液体表面张力的概念及影响因素。 液体表面分子或原子受到内部分子或原子的吸引，趋向于挤入液体内部，使液体表面积缩小，因而在液体表面切向方向始终存在一种使液体表面积缩小的力，液体表面这种沿着切向方向，合力指向液体内部的作用力，就称为液体表面张力。 液体表面张力影响因素很多，如果不考虑液体内部分子或原子向液体表面的偏聚和外部原子或分子对液体表面的吸引，影响液体表面张力的因素主要有： (1)液体自身结构：液体的表面张力来源于液体内部原子或分子间的吸引力，因此液体内部原子或分子间的结合能的大小直接影响到液体的表面张力的大小。一般来说，液体中原子或分子的结合能越大，液体表面张力越大，一般液体表面张力随结构不同变化趋势是：金属键结合物质>离子键结合物质>极性共价键结合物质>非极性共价键结合物质 (2)表面所接触的介质：液体的表面张力的产生是由于处于表面层的原子或分子一方面受到液体内部原子或分子的吸引，另一方面受到液体外部原子或分子的吸引。当液体处在不同介质环境时，液体表面的原子或分子与不同物质接触所受的作用力不同，因此导致液体表面张力的不同。一般来说，介质物质的原子或分子与液体表面原子或分子结合能越大，液体表面能越小，反之越大 (3)温度：随着温度的升高，液体密度下降，液体内部原子或分子间的作用力降低，液体内部原子或分子对表面原子或分子的吸引力减弱，液体表面张力下降。最早给出的预测液体表面张力与温度关系的半经验表达式为： γ= γ0(1－T/T c)n 式中T c为液体的气化温度，γ0为０K时液体的表面张力。 5液体表面偏聚。 液体中溶质原子向液体表面偏聚可以降低液体的表面能，因此是自发进行的过程。表面能随组成液体的比例变化越大，产生表面偏聚倾向性越大。 第一章绪论 重点：机械，机械系统的相关概念及学科中的位置。 难点：学习机械系统设计课程的重要性。 讲授提示与方法：回顾机械工程的发展历程，注重机械系统的整体性，提高学生对机械系统设计的认知程度。 1.1机械系统设计在机械工程科学中的地位及作用 一、机械工程科学 1.机械工程科学的定义： 机械工程科学是研究机械产品（或系统）的性能、设计和制造的基础理论与技术的科学。 2.机械工程科学的组成： P1图1.1 （1）机械学：机械设计过程（核心部分）； （2）机械制造：机械制造过程（基础部分）。 3.机械学所包含的内容： P3图1.5 二、机械、机械系统、系统 1.机械：关于机械的定义，目前尚无严格的定论，一般可归纳为： （1）须由两个以上的零、部件组成； （2）这些零、部件的运动部件，应按设计要求作确定的运动； （3）将外来的能源转变为有用的机械功。 【举例】机械产品：汽车、拖拉机、机床、钟表…… 2.系统：是指具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整 体。即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是 系统。 3.机械系统：由若干个零、部件及装置组成的，彼此间有机联系，并能完成特 定功能的系统，称之为机械系统。 4.系统应具有下述特性： （1）目的性：完成特定的功能 （2）相关性与整体性： 1）相关性：各构成要素之间是相互联系的 2）整体性：评价一个系统的好与坏要看该系统的整体功能 （3）环境的适应性：系统对外部环境变化和干扰有良好适应性 三、机械系统的组成： P4图1.6 1.动力系统：为系统提供能源（动力源） 2.执行系统：是系统的执行输出部分 3.传动系统：把运动和动力由动源传递给执行系统的中间环节 4.操纵、控制系统：使前三者协调动作和运行 5.支承系统：支承和联系各机件 6.润滑、冷却与密封系统： 支座的有限元分析 —基于UG8.0与ANSYS Workbench 摘要：采用三维软件UG8.0建立的支座模型，并将三维模型导入到ANSYS Workbench，在Workbench中，对其进行结构强度、刚度校核以及模态分析，得到其在工作载荷下的变形、应力和模态频率，并在结构尺寸上进行优化设计，使其在结构强度上得到改进与加强。关键词：支座；UG8.0；ANSYS Workbench；有限元 Abstract: using 3d software UG8.0 established contact ball bearing model, and the three dimensio nal model is imported to ANSYS Workbench, the Workbench, its structural strength, rigidity and modal analysis, get it under the working load of the deformation, stress and modal frequency, and carries on the optimization design on the structure size, in the structure strength is improved and st rengthened. Keywords：contact ball bearing；finite element ；UG8.0;ANANSYS Workbench 0引言 支座作为多向活动部件的连接装置，主要受来自复杂部件的随机变化载荷的作用力，由于载荷力复杂多变，且局部应力集中地现象存在，导致球形接触面产生不规则破坏。以前的设计方案基本是粗略的，对于结构尺寸不能做到很精确的设计，使用效果不怎么好。本文利用UG8.0三维设计软件对支座进行参数化建模，并运用UG与ANSYS Workbench软件间的接口，将模型导入到ANSYS Workbench中，对其进行结构强度、刚度校核以及模态分析。有限元是一种在工程分析工程中常用的解决复杂问题的近似的数值分析方法，ANSYS程序中加入了许多新的技术，非线性、子结构以及更多的单元类型被加入程序，从而使程序具有更强的通用性。同时，ANSYS还提供了强大和完整的联机说明系统详尽的联机帮助系统，使用户能够不断深入学习并完成一些深入的课题。并因在机械结构强度和刚度分析方面具有较高的计算精度而得到普遍应用。本文将分析在载荷的作用下，支座的变形，应力等，并显示强大的ANSYS的求解结果。 一、填空题：（每空1分，计32分） 1. 按表面间摩擦状态不同,滑动轴承可分为 液体摩擦 滑动轴承和 非液体摩擦 滑动轴承 2. 普通螺栓连接的凸缘联轴器是通过 摩擦力矩 传递转矩的；铰制孔螺栓连接的凸缘联轴器是通过 剪切与挤压 传递转矩的。 3. 三角形螺纹的牙型角为 60度 ，因其具有较好的 自锁 性能，所以通常用于 连接 。 4. 滑动轴承轴瓦上浇铸轴承衬的目的是 提高轴瓦的减磨耐磨性能 写出一种常用轴承衬材料的名称 轴承合金 。 5. 普通平键的工作面是 两侧面 ，其主要失效形式为 平键被压溃 ，其剖面尺寸b*h 是根据 轴的直径 来选择的。 6. 轮齿折断一般发生在 齿根 部位，为防止轮齿折断，应进行 齿根弯曲疲劳 强度计算。 7. 滚动轴承的基本额定寿命是指一批轴承，在相同运转条件下，其中 90 ％的轴承不发生 疲劳点蚀 前所运转的总转数。 8. 按工作原理不同，螺纹连接的防松方法有 摩擦防松 、 机械防松 和 破坏螺纹副防松 。 9.转速与当量动载荷一定的球轴承，若基本额定动载荷增加一倍，其寿命为原来寿命的 8 倍。 10.蜗杆传动中，蜗杆分度圆柱上的螺旋线升角应等于蜗轮分度圆上的螺旋角，且两螺旋线方向应 相同 。 11.机构具有确定运动的条件是（1） 机构自由度大于零 （2） 原动件数等于自由度数 。 12.曲柄摇杆机构中，当 曲柄 与 机架 处于两次共线位置之一时，出现最小传动角。 13.圆柱螺旋弹簧的特性线是表示弹簧 受力与变形 之间的关系曲线；弹簧受轴向工作载荷时，其簧丝横截面上的应力最大点在 簧丝内侧点 ； 哈工大2004年秋季学期 机械设计基础（80学时） 试题答案 材料科学与工程专业人才培养方案（07级） 材料科学与工程专业培养目标与规格 1．专业代码、名称 专业代码：0805 专业名称：材料科学与工程 2．专业培养目标 本专业毕业生坚持德、智、体、美等方面全面发展方针，培养具备坚实的自然科学基础和一定的人文社会科学知识、具有一定水平的计算机与外语应用能力，初步掌握系统的材料科学与工程基础知识，受到工程技术和研究技能的初步训练，能在材料基础理论、材料合成与制备、材料加工与成型等领域从事科学研究、技术开发、工艺设计与工程设计、生产管理与经营等方面工作的复合型人才。 本专业毕业生，既可从事材料科学与工程基础理论研究、新材料、新工艺和新技术开发和生产技术管理等材料科学与工程领域的科技工作，又可承担相关专业领域的教学和科技管理工作。 3．专业培养要求 本专业学生主要学习材料的制备合成、加工工艺及设备的基础理论、组成、结构、性能及加工生产条件间的关系，具有材料测试、生产过程设计、材料改性及研究开发新产品、新技术和设备及技术管理的能力。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力： （1）、具备较高的综合素质，包括思想道德素质、文化素质、业务素质和身心素质，成为“有理想、有道德、有文化、守纪律”的社会主义事业接班人。 （2）、具有较扎实的数学、物理、化学等自然科学基础，较好的人文社会科学基础和管理科学基础。 （3）、系统地掌握较宽的必要的本专业领域技术基础理论，具有本专业领域1-2个专业方向的专业知识和技能，了解本专业学科前沿和发展趋势，了解相近专业基本知识。 （4）、获得较好的工程实践训练，具有本专业必需的制图、设计、计算、测试、调研、查阅文献、实验和基本工艺操作等基本技能， 考试科目：机械系统设计考试时间：110分钟试卷总分100分考试班级：机械05级 一、选择填空（本大题共10小题，每小题1分，总计10分） 1．机械工程学科由（）和机械制造两部分组成。 A.机械原理 B.机械零件 C.机械学 D.机械加工 2．人们对机械系统进行功能原理设计时常采用的一种“抽象化”方法是（）。 A.黑箱法 B.白箱法 C.类比法 D.头脑风暴法 3．机械系统结构总体设计的任务是（）。 A.进行原理设计的构思 B.进行功能原理设计 C.将原理设计结构化 D.确定总体参数 4．在传动系统中，基本组的级比指数（）。 A.小于1 B.等于1 C.大于1 D.任意数 5．双联滑移齿轮占用的最小轴向尺寸应不小于（）。 A.3倍齿宽 B.4倍齿宽 C.5倍齿宽 D.6倍齿宽 6．执行系统是由执行末端件和与之相连的（）组成。 A.运动机构 B.导向机构 C.定位机构 D.执行机构 7．预紧可以有效提高滚动轴承的（）。 A.承载能力 B.工作转速 C.精度 D.刚度 8．我们可以用镶条来调整（）的间隙。 A.三角形导轨 B.燕尾形导轨 C.车床主轴 D.铣床主轴 9．支承系统是机械系统中具有支承和（）作用的子系统。 A.连接 B.导向 C.定位 D.夹紧 10.隔板的布置方向应与载荷的方向（）。 A.平行 B.垂直 C.倾斜 D.任意 二、名词解释（本大题共5小题，每小题2分，总计10分） 1．机械系统2．功能原理设计3．级比4．执行系统5．自身刚度 三、简答题（本大题共6小题，每小题4分，总计24分） 1．机械系统设计有哪些基本原则？ 2．什么是功能元？有那些种基本功能元？ 3．扩大传动系统变速范围有哪些方法？ 4．导轨有何功用？滑动导轨按其运动性质可分为哪几种类型？ 5．什么是支承件的接触刚度？提高接触刚度有哪些有效措施？ 6．常用的典型控制系统有哪几种类型？ 四、填空题（本大题含2小题共8个空，每空2分，总计16分） 1．某台数控机床，主轴最高转速为4000r/min，最低转速为30r/min，计算转速为145r/min。拟选用交流调频主轴电动机，其最高转速和额定转速分别为4500r/min和1500r/min，则主轴的恒功率调速范围R np为（），电动机的恒功率调速范围r p为（）r/min，如果有级变速机构的公比φu=R p，则有级变速机构的级数Z为（）级。 2．某卧式滑动导轨，支承导轨长720mm，动导轨长360mm，计算开式导轨的判别依据 2016年哈工大考研《机械设计基础》真题回忆版 填空题 题目很多，我记不太清了，但是有很多选①②③④这种填空格式的选择题，有几道确定是单选，还有几道我不确定，但是选的一个。考的还是五花八门，大概得认真把机械设计整本书背下来才能打高分。 简答题 第一道问张紧轮怎么布置 第二道是给出两个图问你哪个可以形成油膜，其实是考液体动压润滑的三个必要条件 第三道是给出一个高转速轴，一个低速重载轴，问都应该装哪种轴承 第四道问轴上装两个平键，考虑强度因素，问为什么两轴要呈180度放置 第五道说的是大批量生产一个直径280mm的齿轮套在直径50mm的轴上，问选用哪种结构，轮坯用哪种方式制造 第三题 计算自由度，机构蛮复杂的，但是这种题再难也难不到哪里去啦 第四题 是考虑摩擦圆摩擦角，让你对一个机构受力分析，然后第一问求某滑块速度，第二问求机构的效率。机构挺复杂的，有两个移动副和三个杆件，我时间不够这题没怎么做，大概觉得需要用到考虑摩擦圆摩擦角之后的受力分析，速度瞬心法求速度，还有效率的计算公式。←_←这题14分，特别值钱，但是又难又花时间第五题 凸轮，考对心直动从动件，理论轮廓是圆的一部分，考从动件位移，压力角计算 第六题 齿轮，考齿条刀具加工某齿轮，第一问加工标准的，第二问加工变位的，直接套公式就ok 第七题 轮系，两个周转和一个定轴的组合，问传动比 第八题 等效和速度波动调节，第一问求最大盈亏功，第二问求最大速度最小速度，第三问求它们出现的时间。唔，问题很常规，M-φ曲线比较新鲜，但总体还是很简单第九题 第一道，考的是铰制孔用螺栓，第一问求失效形式，第二问求设计最优结构，第三问求螺栓剪切力并根据校核条件设计直径。 考了十几年的普通螺栓今年突然就出了铰制了！ 第二道，给的图是传送带加斜齿轮，直齿轮的三级传dong装置。在安装小齿轮的高速轴上，装了一对圆锥滚子轴承，给了小齿轮的Fa Fr Ft，传送带对该轴的压li，小齿轮转速，问小齿轮左旋还是右旋对轴承寿命有什么影响 第十题作图题 第一问是让你画联轴器和唇形密封圈，题目没直接提唇形，问的比较隐晦。 第二个题是轴系改错，轴承奇葩了点，是左边一个右边一对儿，不过常考的点还是那些 材料学研究生培养方案 一、培养目标 培养我国建设事业需要的热爱祖国、遵纪守法、品德良好、具备严谨科学态度和优良学风，适应二十一世纪材料科学与工程研究和应用需要的德、智、体全面发展的高级专业人才。 1.硕士学位 掌握材料学的基本理论和实验技能，了解本领域的研究动态，基本能独立展开与本学科有关的教学、科研和开发工作。学位论文有一定的新颖性和应用背景。 2.博士学位 博士学位获得者应系统掌握材料物理的基本理论，具备宽广和坚实的实验技术，了解本学科发展的历史现状和最新动态，能独立承担和主持与本学科有关的教学、科研和开发工作。学位论文要求具有重要的学术意义或应用价值，并具一定的创新性。论文在深度和广度两方面均达到相应的要求。 二、研究方向 主要研究方向 （1）储能材料与电池工程 （2）光催化能源和环境材料工程 （3）微电子互连材料与新型金属薄膜材料 （4）功能聚合物材料 （5）纳米印刷与纳米结构制备 （6）聚焦离子束微加工技术 （7）扫描和透射电子显微术 （8）新型薄膜太阳能电池材料 （9）新型发光材料 （10）燃料电池关键材料与工程基础 （11）新型复合涂层材料 三、招生对象 1．硕士研究生：获学士学位的应届本科毕业生，已获学士学位在职人员，同等学历在职人员，参加全国硕士研究生统一考试合格，再经面试合格者。2．硕—博连读：获学士学位的应届本科毕业生，已获学士学位在职人员，同等学历在职人员，参加全国硕士研究生统一考试合格，再经面试合格者。入学后前两年完成基础课及学位课程，享受硕士生待遇，在第四学期进行考核，合格者经校研究生院审核批准直接转为博士生并享受博士生待遇。考核未通过按硕士生规格培养。 3．博士研究生：获硕士学位的应届毕业研究生，已获硕士学位在职人员，同等学历在职人员，参加南京大学统一组织的博士生入学考试，笔试和面试均合格者。 四、学习年限 硕士研究生：三年 《机械系统设计》 机械原理、机械设计和机械系统设计的 联系 院（系）机电工程学院 专业机械设计制造及其自动化 学生XXXXXX 学号XXXXXXXXX 班号XXXXXXX 2013年4月 浅谈机械原理、机械设计和机械系统设计的关系 XXXXX班XXXXXXXXX 摘要：机械学是对机械进行功能综合并定量描述及控制其性能的基础技术科学，机械系统从构思到实现要经历设计和制造两大不同性质的阶段，而这个 过程的实现需要诸如机械原理、机械设计和机械系统设计的学科作为基础，因此学习过程中处理好它们的关系式非常重要的。 关键词：机械原理、机械设计、机械系统设 一年的时间里，我学了机械原理、机械设计和机械系统设计这三门学科，作为机械设计制造及其自动化专业的专业基础课，这三门学科的重要性无可厚非，因此熟练掌握其相关知识是非常重要的，下面我就自己在学习过程中的经验与收获简单谈下对这三门学科的认识。 从这三门学科的课程安排顺序来看，就可明显看出三门学科是层层递进、逐步综合的关系，后面两门学科的学习都是要前面学科的知识作为基础。 机械原理，是研究机械运动学和动力学分析与设计的技术基础，它在基础课与专业课之间起着承上启下的作用，是进入专业课学习的基础学科。课程中对机械的组成原理、工作原理、运动分析乃至设计理论和方法都做了基本的介绍，对我们在认识实习、生产实习以及今后的工作中认识机械、了解机械和学会使用机械都有很大的帮助。例如，认识了解铣床工作台进给速度的调整、车削螺纹时不同螺距的形成都是通过齿轮传动并按照一定传动比计算挂轮实现的。又如，牛头刨床加工时进给量大小的调整可以通过连杆机构和棘轮机构实现等。这些有关机械的基本知识为机械设计、机械系统设计等此类专业课打下了基础。 机械设计，这门课程主要从研究一般机械传动装置的设计出发，研究机械中具有一般工作条件和常用参数范围内的通用机械零部的工作原理、结构特点、基本设计理论和设计计算方法。这门科目虽然是一门设计性的基础学科，但是已经综合了工程图学、工程力学、金属工艺学、机械工程材料与热处理、公差与技术测量和前面说到的机械原理课程，除此之外，本科目还综合了部分生产实习经验，因此机械设计已经是一门综合性、设计性很强的课程了，学习完这门课程，我们初步了解了常见的机械零件结构，已经需要具备设计整体机械组件的能力了。在期末的减速器课程设计中，我充分利用了自己所学的工程图学、高等数学、材料力学、机械原理、公差测量和计算机三维建模软件等知识，做到了融会贯通、综合运用。 而这学期学习的机械系统设计更是把课程学习提到了一个新的高度，它不但要用到机械原理、机械设计所学的相关知识，而且几乎已经涉及到了大学以来所有工科课程的内容，甚至已经超出了安排的既定课程知识范围。从书本中了解到，机械系统包括动力系统、传动系统、操作和控制系统、执行系统、支撑系统及润滑冷却和密封等子系统，而本课程即围绕这些子系统的设计展开讲述，而每个系统的设计过程中都需要用到各类不同的知识，其中诸如机械运动中的运动和力的变换与传递规律；机械零件与构件中的应力、应变和机械的失效；机械中的摩擦行为；对特定功能的机械结构分析等都与机械原理、机械设计课程的内容密不可分。除此之外，机械系统设计过程中的思维活动规律及设计手段；机械系统与人、环境的相互影响与适应等内容也是之前课本中没有涉及到的内容。机械系统设 2012哈工大机械设计基础真题回忆版上一年考前两个月因为没有找到2011年真题而很惘然的时候，我找到了某人士的热心回忆版。今年终于到我考完了，感觉还不错，是时候让我回馈这个网站了，现呈上我的2012的回忆版，考完这晚就默写出来，大概有个百分之八九十吧。希望能给有志考上哈工大的你们一点点鼓励。 一、填空题： 1.规定涡轮加工刀具的原因。 2.梯形螺纹的牙型角 3.齿面接触应力是否每处接触点都一样？ 4.滚动轴承的寿命计算及定义 5.多级减速箱输出轴按高速还是低速计算？ 6.提高螺纹连接刚度的措施：（减少）螺栓刚度，举例 7.轴承部件轴向固定的三种方式 二、简答题 1.齿轮传动的载荷系数的组成及其分别影响系数 2.软齿面闭式齿轮传动设计准则，怎么选择M和Z？ 3.非液体摩擦滑动轴承设计校核准则？ 4.图1中带受应力最大为何处？应力组成。 三、计算题（8题） 1.自由度计算，问某一杆为主动件，机构运动是否确定，一般题。《机械原 理试题精选与解答》里面的会做，这个也没问题的 2.刨床刨削机构。在《机械原理试题精选与解答》P39例2.19的基础上加了 几个问：1.摆杆摆角大少？2.知AD尺寸，求其他杆尺寸3.标出曲柄AB 运动方向4.什么位置CD角速度最大？ 3.（1）画出该位置凸轮转角，推杆位移，压力角。（2）推程角，远休止角， 回程角，近休止角的计算数值。（3）若推程时压力角最大为45°，问a 的取值。（两轮大小相同为R） 4.加工齿轮及变位。P85例4.17,（1）（2）问。跟03到05中的某一年的真 题基本是一样的。第三个问特别点：求变位后da（齿顶圆直径），rb（基圆半径） 《计算机图形学》课程教学大纲 课程编号：S4030190 课程中文名称：计算机图形学 课程英文名称：Computer Graphics 总学时：30 讲课学时：20 实验学时：10 总学分：2 授课对象：计算机科学与技术专业、信息安全专业、生物信息技术专业 先修课程：高级语言程序设计，数据结构与算法 课程分类：专业课 开课单位：计算机科学与技术学院 一、课程教学目的 《计算机图形学》是计算机科学与技术专业本科教学中的一门重要的专业课。在计算机科学与技术专业的教学计划中占有重要地位和作用，其主要特点是理论与实践结合性强，是许多后续课程(如图像处理，模式识别，多媒体技术，虚拟现实，计算机视觉等)的基础课程，在CAD/CAM、（汽车、船舶、飞机的）外形设计、计算机动画、计算机艺术、过程控制、系统环境模拟、地理信息系统、科学计算的可视化等领域都有重要的应用。学习本课程旨在使学生掌握基本图形生成算法、图形变换与裁剪、真实感图形生成算法、计算机动画技术的基本原理，在此基础上，通过编写算法实现程序加深对图形学基本内容的理解，提高用理论指导实践的能力，为学生今后学习其他相关课程和从事计算机图形学及其应用方面的研究打下坚实基础。 二、教学内容及学时安排 1. 绪论(2学时) 计算机图形学的研究内容及其与相关学科的关系，计算机图形学的发展与应用 2. 图形输入输出设备(2学时) 交互式计算机图形处理系统的组成，图形输入设备，图形输出设备，图形显示原理，图形软件标准 3. 基本图形生成算法(4学时) 直线、圆弧的DDA生成算法、Bresenham生成算法，扫描线填充算法的基本原理，有序边表算法，边填充算法，种子填充算法的基本原理，简单的种子填充算法，扫描线种子填充算法 4. 图形变换与裁剪(6学时) 窗口视图变换，齐次坐标技术，二、三维图形几何变换，平行投影、透视投影变换，线段的Cohen-Sutherland裁剪、Liang-Basky裁剪算法，多边形的逐边裁剪、双边裁剪算法 5. 计算机动画(2学时) 传统动画与计算机动画，计算机动画中的常用技术，用flash制作简单的二维动画的方法 6. 高级计算机图形学快速浏览(4学时) 包括：自由曲线设计专题，几何造型与分形艺术专题，颜色科学及其应用专题，真实感图形显示专题 三、教学基本要求 1．课程基本要求 要求学生在学习完本课程以后，能对计算机图形学的研究内容及其应用方向有一个全面的认识和了解，了解计算机图形学的研究内容及其与相关学科的关系，了解计算机图形学在汽车、船舶、飞机的外形设计，以及计算机动画、计算机艺术、过程控制、系统环境模拟、虚拟现实等领域中的应用，掌握一些基本的图形生成算法(包括直线和圆弧的生成算法、区域填充算法、图形几何变换、投影变换，线段裁剪、多边形裁剪算法等)和图形显示原理，三维实体的基本表示方法、以及三维真实感图形显示的方法、常用的计算机动画技术等内容，为以后深入研究和从事相关领域的科研奠定基础。 2．实验基本要求 为了加深掌握常用的图形生成算法的基本原理，配合教学内容安排相应的实验，共10学时，以验证课堂的理论；进一步培养学生的动手能力、设计能力和解决问题的能力。 （1）编程实现一个基本图形生成算法（直线、圆弧生成算法，实区域填充算 土木工程专业（建筑工程方向）本科生培养方案 一、学习年限 三——六年、标准四年 二、培养目标 培养适应社会主义现代化建设需要，德智体全面发展，掌握土木工程学科的基本理论和基本知识，获得工程师基本训练并具有创新精神的高级专门人才。毕业生能从事土木工程的设计、施工与管理工作，具有初步的项目规划和研究开发能力。 三、专业培养要求 （一）品德和政治思想要求 热爱社会主义祖国，拥护中国共产党的领导，理解马列主义、毛泽东思想和邓小平理论的基本原理；愿为社会主义现代化建设服务，为人民服务，有为国家富强、民族昌盛而奋斗的志向和责任感。具有敬业爱岗、艰苦奋斗、热爱劳动、遵纪守法、团结合作的品质。具有良好的思想品德、社会公德和职业道德。 （二）主要知识和能力要求 1．具有基本的人文社会科学理论知识和素养：在哲学及方法论、经济学、法律等方面具有必要的知识，对文学、艺术、理论、历史、社会学及公共关系学等的若干方面进行一定的修习。 2．具有较扎实的自然科学基本理论知识：掌握高等数学、普通物理及普通化学、了解现代物理、化学的基本知识，了解当代科学技术的宏观发展趋势。 3．具有扎实的专业的基础知识和基本理论：掌握工程力学、流体力学、结构工程和岩土工程的基本理论，掌握工程规划、工程材料、结构分析与设计、地基处理、施工技术和施工组织方面的基本知识，掌握有关工程测量、测试与试验的基本技能，了解建设项目的经济管理和环境等方面的基本内容，了解土木工程的主要法规。 4．具有综合应用各种手段查询资料、获取信息的基本能力；具有应用语言、文字、图形等进行工程表达和交流的基本能力；掌握一门外国语；具有计算机应用的基本能力。 1分，共30分） 本题分数 1. 机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零且机构的原动件数等于机构的自由度。 2. 在凸轮机构四种常用的推杆运动规律中，等速运动规律运动规律有刚性冲击；等加速等减速运动规律和余弦加速度运动规律有柔性冲击； 正弦加速度运动规律无冲击。 3. 带传动工作时，最大应力发生在在紧边进入小带轮处，带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏。 4. 一对渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合条件为：模数相等和压力角相等，齿轮连续啮合传动条件为：重合度大于1 。 5. 在齿轮传动设计时，软齿面闭式传动常因_ _齿面点蚀而失效，故通常先按齿面接触疲劳强度设计公式确定传动的尺寸，然后验算齿轮的齿根弯曲疲劳强度。 6. 齿轮传动以及蜗杆传动的效率均包括：（1）轮齿啮合效率η1、 （2）搅油效率η2、（3）轴承效率η3；总的传动效率为：η=η1η2η3。 7．在矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和三角形螺纹四种螺纹中，传动效率最高的是矩形螺纹；双向自锁性最好的是三角形螺纹；只能用于单向传动的是锯齿形螺纹。 8. 普通平键的工作面是两侧面；楔键的工作面为键的__上下_____面，平 键的剖面尺寸b×h按轴径d 来查取。 9. 代号为72308的滚动轴承，其类型名称为角接触球轴承，内径为 40 mm，2 为宽度系列代号， 3 为直径系列代号。 10. 圆柱螺旋压缩弹簧在工作时最大应力发生在弹簧丝内侧。 (每题4分,共20分) 答：速度瞬心定义为：互相作平面相对运动的两构件上在任一瞬时其相对速度为零的重合点。或说是作平面相对运动的两构件上在任一瞬时其速度相等的重合点（即等速重合点）。 三心定理：作平面运动的三个构件共有三个瞬心，他们位于同一直线上。 2．带传动中的弹性滑动与打滑有什么区别？ 答：弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指由于过载引起的全面滑动，是一种传动失效的表现，应当避免。弹性滑动是由带材料的弹性和紧边、松边的拉力差引起的。只要带传动具有承载能力，出现紧边和松边，就一定会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的。 3．按轴工作时所受载荷不同，可把轴分成那几类？如何分类？ 答: 转轴，心轴，传动轴。 转轴既传递转矩又承受弯矩。 传动轴只传递转矩而不承受弯矩或承受弯矩很小。 心轴则承受弯矩而不传递转矩。 哈尔滨工业大学本科专业培养方案 学院（代号）系（代号）本科专业学位 航天学院（01）控制科学与工程系（04） 自动化工学 探测制导与控制技术工学航天工程与力学系（18） 工程力学工学 飞行器设计与工程工学 飞行器环境与 生命保障工程 工学 复合材料与工程工学电子科学与技术系（21） 电子科学与技术工学 电子信息科学与技术工学 电子与信息技术研究院电子与通信工程系（05） 通信工程工学 电子信息工程工学 机电工程学院（02）机械工程及自动化系（08）机械设计制造及其自动化工学工业设计工学飞行器制造工程工学工业工程工学 材料科学与工程学院 （03） 材料工程系（09）材料成型及控制工程工学材料科学系（19）材料科学与工程工学焊接技术与工程系（29）焊接技术与工程工学材料物理与化学系（35）材料物理工学 能源科学与工程学院 （04）热能动力工程系（02） 热能与动力工程工学 飞行器动力工程工学 电气工程及自动化学院 （05）自动化测试与控制系（01） 测控技术与仪器工学 光电信息工程工学电气工程系（06）电气工程及其自动化工学 理学院（06）应用化学系（07）高分子材料与工程工学化学工程与工艺工学材料化学理学 应用化学理学 学院（代号）系（代号）本科专业学位 理学院（06） 物理系（11） 应用物理学理学 光信息科学与技术理学数学系（12） 数学与应用数学理学 信息与计算科学理学生命科学与工程系（28） 生物技术理学 生物工程工学 管理学院（07）管理科学与工程系（10） 信息管理与信息系统管理学 电子商务管理学营造与房地产系（13）工程管理管理学 工商管理系（20） 工商管理管理学 市场营销管理学 会计学管理学 财务管理管理学 旅游管理管理学金融与贸易系（22） 金融学经济学 国际经济与贸易（理科）经济学 人文与社会科学学院 （08）哲学与社会学系（16） 社会学（社会学/英语双学 位） 法学 和文学经济系（23）国际经济与贸易（文科）经济学法政系（24）法学法学传播学系（30） 广播电视编导文学 广告学文学 土木工程学院（09）土木工程系（33）土木工程（建筑、岩土与地 下工程） 工学理论与应用力学—土木工 程（建筑工程方向）（五年 制双学位） 理学 和工学 市政环境工程学院（10） 市政工程系（25）给水排水工程工学建筑热能工程系（26）建筑环境与设备工程工学 环境科学与工程系（27） 环境工程工学 环境科学理学 大作业计算说明书 题目：平面连杆机构设计 学院：英才学院 班号：1236405班 学号：6121820510 姓名：林海奇 日期：2014年9月27日 哈尔滨工业大学 大作业任务书 题目：平面连杆机构设计 设计原始数据及要求： l为70mm，摆角ψ为35°，摇杆行程速比系设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度 3 ∠，值数K为1.2，摇杆CD靠近曲柄回转中心A一侧的极限位置与机架间的夹角为CDA 为50°，试用图解法设计其余三杆的长度，并检验（测量或计算）机构的最小传动角γ。 目录 1.设计原始数据及要求 (1) 2.设计过程 (1) 2.1计算极位夹角θ 2.2绘制机架位置线及摇杆的两个极限位置 2.3确定曲柄回转中心 2.4确定各赶长度 2.5验算最小传动角γ 3.参考文献 (2) 1. 设计原始数据及要求 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度3l 为70mm ，摆角ψ 为35°，摇杆行程速比系数K 为1.2，摇杆CD 靠近曲柄回转中心A 一侧的极限位置与机架间的夹角为CDA ∠ ，值为50°，试用图解法[1]设计其余三杆的长度，并检验（测量或计算）机构的最小传动角γ 。 2.设计过程 2.1计算极位夹角θ 1 1.21 18018016.361 1.21 K K θ--=? =??=?++ 式中，θ ——极位夹角； K ——摇杆行程速比系数。 2.2绘制机架位置线及摇杆的两个极限位置 平面上任取一点D ，作一水平线AD 作为机架位置线，由∠CDA=50°和50ψ=? 确定CD 杆的两个极限位置。并作CD=70mm 。如图1所示： 2.3确定曲柄回转中心 曲柄的回转中心必在A ，C1,C2所在的圆上，只要确定该圆即可作出A 的位置。由 16.36θ=? 得出12C C 所对圆心角为∠C 1OC 2=32.72°，则∠OC 1C2=∠OC 2C 1=73.64°， 作出该两角，即可确定圆心O 的位置。作出圆O ，与机架位置线的左侧交点即为A 。如图2所示哈工大机械设计基础学时试题答案
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哈工大机械设计基础试题与答案(doc 9页)
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