机械设计考研复习题

西安交通大学《机械设计基础》考研题库1.填空题：概论机构组成及自由度连杆机构凸轮机构轮系间歇机构平衡与调速带传动链传动齿轮传动蜗杆涡轮传动轴滚动轴承滑动轴承联轴器螺纹连接及螺旋传动键连接2.简答题：3.计算分析题一.填空题：1.机械设计课程主要讨论通用机械零件和部件的设计计算理论和方法。

2.机械零件设计应遵循的基本准则：强度准则、刚度准则、耐磨性准则、震动稳定性准则。

3.强度：零件抵抗破裂（表面疲劳、压溃、整体断裂）及塑性变形的能力。

1.所谓机架是指机构中作为描述其他构件运动的参考坐标系的构件。

2.机构是机器中的用以传递与转换运动的单元体；构件是组成机构的运动单元；零件组成机械的制造单元。

3.两构件组成运动副必须具备的条件是两构件直接接触并保持一定的相对运动。

4.组成转动副的两个运动副元素的基本特征是圆柱面。

5.两构件通过面接触而形成的运动副称为低副，它引入2个约束，通过点线接触而构成的运动副称为高副，它引入1个约束。

6.机构的自由度数等于原动件数是机构具有确定运动的条件。

7.在机构运动简图上必须反映与机构运动情况有关的尺寸要素。

因此，应该正确标出运动副的中心距，移动副导路的方向，高副的轮廓形状。

1.铰链四杆机构若最短杆与最长杆长度之和小于等于其余两杆长度之和则可能存在曲柄。

其中若最短杆是连架杆，则为曲柄摇杆机构；若最短杆是连杆，则为双摇杆机构；若最短杆是机架，则为双曲柄机构；若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和则不存在曲柄（任何情况下均为双摇杆机构）2.最简单的平面连杆机构是两杆机构。

3.为保证连杆机构传力性能良好，设计时应使最小传动角γmin≥[γ]4.机构在死点位置时的传动角γ=0°.5.平面连杆机构中，从动件压力角α与机构传动角γ之间的关系是α+γ=90°.6.曲柄摇杆机构中，必然出现死点位置的原动件是摇杆。

7.曲柄滑块机构共有6个瞬心。

8.当连杆机构无急回运动特性时行程速比系数K=1.9.以曲柄为主动件的曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构中，可能出现最小传动角的位置分别是曲柄与机架共线、曲柄两次垂直于滑块导路的瞬时位置，而导杆机构λ始终是90°1.凸轮的基圆半径是指凸轮转动中心至理论廓线的最小半径。

第16章滚动轴承16.1复习笔记【通关提要】本章主要介绍了滚动轴承的类型及其代号、失效形式、寿命计算、当量动载荷的计算以及派生轴向力。

学习时需要重点掌握以上内容。

其中，滚动轴承的类型及其代号、失效形式，多以选择题、填空题和简答题的形式出现，其余内容以计算题为主，尤其派生轴向力，几乎每年都考一道计算题。

复习本章时，考生需以计算为主，理解记忆细节内容。

【重点难点归纳】一、滚动轴承的基本类型和特点1．滚动轴承的分类（见表16-1-1）表16-1-1滚动轴承的分类2．使用性能（见表16-1-2）表16-1-2滚动轴承的使用性能3．机械中常用滚动轴承的类型和性能特点机械中常用滚动轴承的类型和性能特点查看教材表16-2。

二、滚动轴承的代号（见表16-1-3）表16-1-3滚动轴承的代号三、滚动轴承的选择计算1．失效形式（1）疲劳破坏；（2）永久变形；（3）磨损、胶合、内外圈和保持架破损。

2．轴承寿命（1）轴承的寿命轴承的滚动体或套圈首次出现疲劳点蚀之前，轴承的转数或相应的运转小时数。

（2）轴承寿命的可靠度R一组相同的轴承能达到或超过规定寿命的百分率。

（3）基本额定寿命具有90%可靠度时轴承的寿命，以L 10表示。

（4）基本额定动载荷当一套轴承进入运转并且基本额定寿命为106r 时，轴承所能承受的载荷。

（5）寿命计算公式L＝（C/P）ɛ或L h ＝（C/P）ɛ·106/（60n）式中，ɛ为寿命指数，对于球轴承ɛ＝3，对于滚子轴承ɛ＝10/3；C 为基本额定动载荷，对向心轴承为C r ，对推力轴承为C a ；n 为轴的转速；P 为当量动载荷。

修正后的寿命计算公式为610(60t h p f C L n f Pε=或1660()10p h t f P n C L f ε=⋅式中，f t 为温度系数，f t ≤1；f P 为载荷系数。

3．当量动载荷的计算对于既承受径向载荷F r 又承受轴向载荷F a 的轴承，其当量动载荷的计算公式为P＝XF r ＋YF a式中，X、Y 分别为径向动载荷系数及轴向动载荷系数。

第14章轴14.1 复习笔记一、轴的功用和类型轴是机器中的重要零件之一，用来支持旋转的机械零件和传递转矩。

1．按承受载荷的不同分类（1）转轴既传递转矩又承受弯矩的轴。

（2）传动轴只传递转矩而不承受弯矩或弯矩很小的轴。

（3）心轴只承受弯矩而不传递转矩的轴。

2．按轴线的形状不同分类按轴线的形状可分为直轴、曲轴、挠性钢丝轴。

二、轴的材料轴的材料常采用碳钢和合金钢。

1．碳钢45号钢应用最为广泛，为了改善其力学性能，应进行正火或调制处理。

不重要或受力较小的轴，则可采用Q235、Q275等碳素结构钢。

2．合金钢合金钢具有较高的力学性能与较好的热处理性能，但价格高。

三、轴的结构设计1．制造安装要求（1）为便于轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯形；（2）对于一般剖分式箱体中的轴，其直径从轴端逐渐向中间增大；（3）为使轴上零件易于安装，轴端及各轴段的端部应有倒角；（4）轴上磨削的轴端，应有砂轮越程槽；（5）车制螺纹的轴端，应有螺纹退刀槽；（6）在满足使用要求的情况下，轴的形状和尺寸应力求简单，以便于加工。

2．轴上零件的定位安装在轴上的零件，必须有确定的轴向定位。

阶梯轴上的截面尺寸变化处称为轴肩，可起到轴向定位的作用。

3．轴上零件的固定（1）轴上零件的轴向固定零件轴向固定的方法主要有轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈等。

①当无法采用套筒或套筒太长时，可采用圆螺母加以固定。

②为保证轴上零件紧靠轴肩，轴肩的圆角半径r必须小于相配零件的倒角C1或圆角半径R，轴肩高h必须大于C1或R。

③轴向力较小时，零件在轴上的固定可采用弹性挡圈或紧定螺钉。

（2）轴上零件的周向固定轴上零件的周向固定，大多采用键、花键或过盈配合等连接形式。

采用键连接时，为加工方便，各轴段的键槽宜设计在同一加工直线上，并应尽可能采用同一规格的键槽截面尺寸。

4．轴的各段直径和长度的确定（1）轴径的确定①有配合要求的轴段应尽量采用标准直径；②安装有标准件的轴径，应符合各标准件内径系列的规定；③套筒内径应与相配的轴径相同，并采用过渡配合。

考研机械设计-7(总分：100.00，做题时间：90分钟)一、计算题(总题数：25，分数：100.00)1.已知下图(a)所示零件的极限应力点C的位置，工作应力为σmax (σm ,σa )。

试在该图上标出按三种应力变化的规律，即r=σmin /σmax =c、σm =c及σmin =c时，对应于点C的极限应力点，并指出该点处于破坏区还是安全区。

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()解析：解题要点：(1)当r=σmin /σmax =c时，在题图(b)中，连接OC并延长，交于极限应力曲线A"E"S上的点C 1，则点C 1为极限应力点，且位于塑性安全区。

(2)当σm =c时，自点C作横坐标的垂线，交A"E"S于点C 2 (极限应力点)，且位于疲劳安全区。

(3)当σmin =c时，自点C作与横坐标轴呈45°角的斜线交A"E"S于C 3点(极限应力点)，且位于疲劳安全区。

2.已知某钢材的力学性能为σ-1 =500MPa，σs =1000MPa，σ0 =800MPa。

(1)试按比例绘制该材料的简化疲劳极限应力图；(2)由该材料制成的零件，承受非对称循环应力，其应力循环特性r=0.3，工作应力σmax =800MPa，零件的有效应力集中系数k σ =1.49，零件的尺寸系数εσ =0.83，表面状态系数β=1，按简单加载情况在下图中标出工作应力点及对应的极限应力点；(3)判断该零件的强度是否满足要求。

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()解析：解题要点：(1)绘制材料的简化疲劳极限应力图。

第1章平面机构的自由度和速度分析1.1复习笔记【通关提要】本章是本书的基础章节之一，主要介绍了平面机构自由度的计算和平面机构的速度分析。

学习时需要掌握平面机构运动简图的绘制、自由度的计算和速度瞬心的应用等内容。

本章主要以选择题、填空题和计算题的形式考查，复习时需把握其具体内容，重点记忆。

【重点难点归纳】一、运动副及其分类（见表1-1-1）表1-1-1运动副及其分类二、平面机构运动简图机构运动简图指用简单线条和符号来表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置，来表明机构间相对运动关系的简化图形。

1．机构中运动副表示方法机构运动简图中的运动副的表示方法如图1-1-1所示。

图1-1-1平面运动副的表示方法2．构件的表示方法构件的表示方法如图1-1-2所示。

图1-1-2构件的表示方法3．机构中构件的分类（见表1-1-2）表1-1-2机构中构件的分类三、平面机构的自由度活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数称为机构自由度，以F表示。

1．平面机构自由度计算公式F＝3n－2P L－P H式中，n为机构中活动构件的数目；P L为低副的个数；P H为高副的个数。

机构具有确定运动的条件是：机构的自由度F＞0且F等于原动件数目。

2．计算平面机构自由度的注意事项（见表1-1-3）表1-1-3计算平面机构自由度的注意事项四、速度瞬心及其在机构速度分析上的应用（见表1-1-4）表1-1-4速度瞬心及其应用1.2课后习题详解1-1至1-4绘出图示（图1-2-1～图1-2-4）的机构运动简图。

图1-2-1唧筒机构图1-2-2回转柱塞泵图1-2-3缝纫机下针机构图1-2-4偏心轮机构答：机构运动简图分别如图1-2-5～图1-2-8所示。

1-5至1-13指出（图1-2-9～图1-2-17）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。

解：（1）图1-2-9所示机构的自由度为F＝3n－2P L－P H＝3×7－2×10－0＝1（2）图1-2-10中，滚子1处有一个局部自由度，则该机构的自由度为F＝3n－2P L－P H＝3×6－2×9－0＝0（3）图1-2-11中，滚子1处有一个局部自由度，则该机构的自由度为F＝3n－2P L－P H＝3×8－2×11－1＝1（4）图1-2-12所示机构的自由度为F＝3n－2P L－P H＝3×8－2×11－0＝2（5）图1-2-13所示机构的自由度为F＝3n－2P L－P H＝3×6－2×8－1＝1（6）图1-2-14中，滚子1处有一个局部自由度，则该机构的自由度为F＝3n－2P L－P H＝3×4－2×5－1＝1（7）图1-2-15中，滚子1处有一个局部自由度，A处为三个构件汇交的复合铰链，移动副B、B′的其中之一为虚约束。

一、简答题（本大题共4小题，总计26分）齿轮强度计算中，有哪两种强度计算理论？分别针对哪些失效？若齿轮传动为闭式软齿面传动，其设计准则是什么？（6分）齿面的接触疲劳强度和齿根的弯曲疲劳强度的计算，齿面的接触疲劳强度针对于齿面的疲劳点蚀失效和齿根的弯曲疲劳强度针对于齿根的疲劳折断。

齿轮传动为闭式软齿面传动，其设计准则是按齿面的接触疲劳强度设计，校核齿根的弯曲疲劳强度。

2、连接螺纹能满足自锁条件，为什么还要考虑防松？根据防松原理，防松分哪几类？（8分）因为在冲击、振动、变载以及温度变化大时，螺纹副间和支承面间的摩擦力可能在瞬间减小或消失，不再满足自锁条件。

这种情况多次重复，就会使联接松动，导致机器不能正常工作或发生严重事故。

因此，在设计螺纹联接时，必须考虑防松。

根据防松原理，防松类型分为摩擦防松，机械防松，破坏螺纹副关系防松。

3、联轴器和离合器的功用是什么？二者的区别是什么？（6分）联轴器和离合器的功用是联接两轴使之一同回转并传递转矩。

二者区别是：用联轴器联接的两轴在工作中不能分离，只有在停机后拆卸零件才能分离两轴，而用离合器可以在机器运转过程中随时分离或接合两轴。

4、链传动产生动载荷的原因是什么？为减小动载荷应如何选取小链轮的齿数和链条节距？（6分）小链轮的齿数不宜过小和链条节距不宜过大。

二、选择题（在每题若干个选项中选出正确的选项填在横线上。

本大题共12小题，总计24分）1、当两个被联接件之一太厚，不易制成通孔且需要经常拆卸时，往往采用 B 。

A．螺栓联接B．双头螺柱联接C．螺钉联接2、滚动轴承中，为防止轴承发生疲劳点蚀，应进行 A 。

A. 疲劳寿命计算B. 静强度计算C. 极限转速验算3、阿基米德蜗杆的 A 参数为标准值。

A. 轴面B. 端面C. 法面4、一对相啮合的圆柱齿轮的Z1＜Z2 ，b1>b2,其齿面接触应力的大小为 A 。

A. σH1=σH2B. σH1>σH2C. σH1<σH25、V带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了____B___。

第8章回转件的平衡8.1复习笔记【通关提要】本章主要介绍回转件的静平衡和动平衡特点和要求。

简单介绍了回转件的平衡试验。

学习时需要重点掌握静平衡和动平衡的不同点和相关性以及两者的平衡质量计算方法等内容。

本章主要以选择题、判断题和计算题的形式考查，复习时需把握其具体内容，重点记忆。

【重点难点归纳】一、回转件平衡的目的（见表8-1-1）表8-1-1回转件平衡的目的二、回转件的平衡计算（见表8-1-2）表8-1-2回转件的平衡计算三、回转件的平衡实验（见表8-1-3）表8-1-3回转件的平衡实验8.2课后习题详解8-1某汽轮机转子质量为1t，由于材质不匀及叶片安装误差致使质心偏离回转轴线0.5mm，当该转子以5000r/min的转速转动时，其离心力有多大？离心力是它本身重力的几倍？解：由F＝mω2r，其中角速度ω＝2πn/60＝500π/3rad/s，可得离心力为F＝1000×（500π/3）2×0.5×10－3N＝136939N自身重力：W＝mg＝1000×9.8N＝9.8×103N。

则F/W＝136939/9.8×103＝14，即离心力大约是其自身重量的14倍。

8-2待平衡转子在静平衡架上滚动至停止时，其质心理论上应处于最低位置。

但实际上由于存在滚动摩擦阻力，质心不会到达最低位置，因而导致试验误差。

试问用什么方法进行静平衡试验可以消除该项误差？答：为了消除该项误差，可采用以下方法：（1）将转子放在静平衡架上，待其静止，这时不平衡转子的质心必接近于过轴心的垂线下方。

（2）将转子顺时针转过一个小角度，然后放开，转子缓慢回摆。

静止后，在转子上画过轴心的铅垂线1。

（3）将转子逆时针转过一个小角度，然后放开，转子缓慢回摆。

静止后画过轴心的铅垂线2。

（4）作线1和线2所夹角的角平分线，重心就在这条直线上。

8-3如前章所述，主轴作周期性速度波动时会使机座产生振动，而本章说明回转体不平衡时也会使机座产生振动。

第10章连接10.1复习笔记【通关提要】本章介绍了零件连接形式：螺纹连接、键连接和销连接，主要阐述了螺纹的类型和几何参数、螺纹连接的基本类型、螺栓连接的受力分析和强度计算、螺旋传动、键连接的类型和强度计算以及销连接。

学习时需要重点掌握螺栓连接的受力分析和强度计算、键连接的强度计算，此处多以计算题的形式出现；熟练掌握螺纹和螺纹连接的类型和应用、提高螺纹连接强度的措施、键连接的类型、应用及布置等内容，多以选择题、填空题、判断题和简答题的形式出现。

复习时需把握其具体内容，重点记忆。

【重点难点归纳】一、螺纹参数（见表10-1-1）表10-1-1螺纹的分类和几何参数二、螺旋副的受力分析、效率和自锁（见表10-1-2）表10-1-2螺旋副的受力分析、效率和自锁三、机械制造常用螺纹（见表10-1-3）表10-1-3机械制造常用螺纹四、螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件（见表10-1-4）表10-1-4螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件五、螺纹连接的预紧和防松1．拧紧力矩（见表10-1-5）表10-1-5拧紧力矩2．螺纹连接的防松（见表10-1-6）表10-1-6螺纹连接的防松六、螺栓连接的强度计算（见表10-1-7）表10-1-7螺栓连接的强度计算七、螺栓的材料和许用应力1．材料螺栓的常用材料为低碳钢和中碳钢，重要和特殊用途的螺纹连接件可采用力学性能较高的合金钢。

2．许用应力及安全系数许用应力及安全系数可见教材表10-7和表10-8。

八、提高螺栓连接强度的措施（见表10-1-8）表10-1-8提高螺栓连接强度的措施九、螺旋传动螺旋传动主要用来把回转运动变为直线运动，其主要失效是螺纹磨损。

按使用要求的不同可分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋。

1．耐磨性计算（1）通常是限制螺纹接触处的压强p，其校核公式为p＝F a/（πd2hz）≤[p]式中，F a为轴向力；z为参加接触的螺纹圈数；h为螺纹工作高度；[p]为许用压强。

（2）确定螺纹中径d2的设计公式①梯形螺纹d≥2②锯齿形螺纹2d≥其中，φ＝H/d2，z＝H/P，H为螺母高度；梯形螺纹的工作高度h＝0.5P；锯齿形螺纹的工作高度h＝0.75P。

第6章间歇运动机构6.1复习笔记【通关提要】本章主要介绍了棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮间歇运动机构这四种间歇运动机构的基本原理和特点。

学习时需要牢记特点和相关计算公式。

本章多以判断题和简答题的形式出现，但是在考研中本章出现的几率较小，复习时需酌情删减内容，重点记忆。

【重点难点归纳】一、棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构三种间歇运动机构原理比较（见表6-1-1）表6-1-1三种间歇运动机构原理比较二、棘轮机构（见表6-1-2）表6-1-2棘轮机构图6-1-1棘爪受力分析三、槽轮机构（见表6-1-3）表6-1-3槽轮机构四、不完全齿轮机构（见表6-1-4）表6-1-4不完全齿轮机构五、凸轮间歇运动机构1．形式凸轮间歇运动机构通常有两种形式：圆柱形凸轮间歇运动机构和蜗杆形凸轮间歇运动机构。

2．优点运转可靠、传动平稳、定位精度高，适用于高速传动，转盘可以实现任何运动规律，转盘转动与停歇时间的比值可以通过改变凸轮推程运动角来得到。

6.2课后习题详解6-1已知一棘轮机构，棘轮模数m＝5mm，齿数z＝12，试确定机构的几何尺寸并画出棘轮的齿形。

解：顶圆直径D＝m z＝5×12mm＝60mm齿高h＝0.75m＝0.75×5mm＝3.75mm齿顶厚a＝m＝5mm齿槽夹角θ＝60°棘爪长度L＝2πm＝2π×5mm＝31.4mm棘轮的齿形如图6-2-1所示。

图6-2-16-2已知槽轮的槽数z＝6，拨盘的圆销数K＝1，转速n1＝60r/min，求槽轮的运动时间t m和静止时间t s。

解：槽轮机构的运动特性系数：τ＝t m/t＝2φ1/（2π）＝（z－2）/（2z）＝1/3。

拨盘转速n1＝60r/min，故拨盘转1转所用的时间为1s。

槽轮的运动时间：t m＝τt＝1/3s。

槽轮的静止时间：t s＝t－t m＝2/3s。

6-3在转塔车床上六角刀架转位用的槽轮机构中，已知槽数z＝6，槽轮静止时间t s ＝5/6s，运动时间t m＝2ts，求槽轮机构的运动特性系数τ及所需的圆销数K。