2013哈工大机械设计基础试题+答案

二、简答题
1、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？ 【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，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，并表明稳定工作的液体动压径向 滑动轴承的轴心位置与轴的转动方向和载荷方向的关系。 【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。
六、 （10 分）
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 轮均为标准渐开线直齿圆柱齿轮，且安装中心距相等，α=20o，h*a=1，c*=0.25，试求： ① 两对齿轮的标准中心距分别为多少？ 3 与 4 齿轮采取何种转动才能保证无侧隙 ②当以 1 与 2 齿轮的标准中心距为安装中心距时， 啮合？啮合角હ’૜૝ =？节圆直径‫’ܚ‬૜ =? ③仍以 1 与 2 齿轮的标准中心距为安装中心距，当 3 与 4 齿轮采取标准斜齿圆柱齿轮传动 时，其法面模数 mn3=mn4=2.5mm，齿数不变，分度圆柱上的螺旋角β=？两齿轮的分度圆 半径 r3=？r4=？
三、 （8 分）
图示四杆机构中，构件 1 为原动件，以速度 ω1= 10rad/s，做匀速运动，已知： lAD=60mm。 ① 画图标注机构此时的全部瞬心。 ② 求构件 3 的速度 V3，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】
' ' a34 cos α 34 = a34 cos α 34
α 34 = 200
r3 =
' α 34 = 420
' r3' cos α 34 = r3 cos α 34
1 m3 z3 = 22.5mm 2
r3' = 28.34mm
y = (a ' − a) / m > 0
正传动方式
(3) a34 = mn ( z1 + z2 ) / (2 cos β )
2013 年哈尔滨工业大学研究生入学考试
---机械设计基础 一、 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。
【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，
z1 + 2z 2 +z 3 =z 4 -z 3' z2 = 17
（ 2）
i13( H ) =
【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+CD≤AD+AB 130+CD≤50+100 CD≤20 当 AD 为最短构件时， AD+BC≤AB+CD 50+130≤100+CD CD≥80 故，0≤CD≤20 或 CD≥80 时，构件 3 能整周转动。 （ 2）
【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） α A = arcsin
20 + 10 = 48.6o 40
SA = 402 -302 - 202 -102 =9.1
（2）见图。
（ 3）
h=55-20=35mm
n1 − nH z3 z2 39 = = n3 − nH z2 z1 18 n3 − nH zz 22 × 109 = 5 4 = n5 − nH z4' z3 ' 22 ×18 n5 − nH z6 30 = = n6 − nH z5' 15
i35( H ) =
i56 ( H ) =
nH = 1519.1r / min ，方向竖直向下。
2、 （14 分）如图所示，支架 2 有水平和垂直两个工作位置 A、B，即支架 2 可以由水平位置 转过 90 度到达垂直位置后固定，反之亦然，末段负载 R=500N，方向始终垂直向下，承 载版 1 与支架 2 采用四个普通螺栓连接在一起，螺栓的刚度和被连接的刚度之间的比值为 Cb/Cm=1/3，各螺栓及在和作用位置 L1,L2,L 均已知，L1=80mm, L2=60mm，L=320mm，结 合面间的摩擦系数 f=0.15，可靠性系数 Kf=1.2，承载版 1 自重忽略不计，并假设接合面不会被压溃，试确定 ① 工作位置 A 下各螺栓所需预紧力 F 0 ② 工作位置 B 下那个螺栓所受的工作载荷 F 最大？并计算其大小 ③ 在 B 工作位置承载下，为保证接合面不出现缝隙，要求螺栓的最小预紧力 3000N，试计 算此螺栓组连接在满足 AB 两个工作位置承载要求时，受载最大螺栓总拉力 F2 ④ 若螺栓的许用应力为 180MPa，试确定所需的螺栓直径
P = Mr ⋅ w = 15 ×1000 × 2π / 60 = 50π
（ 2）
nmax = nm (1 + δ / 2) = 1025r / min nmin = nm (1 − δ / 2) = 975r / min
（ 3）
JF =
900[ω ] − J = 0.79kg ⋅ mm [δ ]π 2 nm 2
【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）
M r ⋅ 4π = ∫ M r dϕ
0
4π
Mr =
1 1 × [ × 200 × π − 40π ] = 15 N ⋅ m 4π 2
八、 （12 分）某单缸四冲程发动机的等效驱动力矩 Md 如图所示，周期为 4π，主轴为等效
构件，其平均转速分转 nm=1000 转/分，等效阻力矩 Mr 为常数，飞轮安装在主轴上，除飞 轮外，其他构件质量不计，要求主轴的速度不均匀系数[δ]=0.05，试求 ① 等效阻力矩 Mr 的大小和发动机平均功率 ② 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 ③ 在主轴上安装的飞轮转动惯量 JF
lAB=100mm， lBC=130mm，lAD=50mm，lEF=120mm，e=15mm，△CDE 为等边三角形， ①求构件 3 能做整周回转时 lCD 的取值范围 ③ 设 lCD=90mm 时，求出从动件 5 的行程 H 和行程速比系数 K ④ 设 lCD=90mm 时，求出从动件 5 上的最大压力角 αmax和最小压力角 αmin
【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）
a12 = ( z1 + z2 )m / 2 = 68mm a34 = ( z3 + z4 )m / 2 = 54mm
(2) 3 与 4 应采用正传动方式才能保证无侧隙啮合,
九、 （共计 20 分）
1、 （6 分）如图所示，为锥齿轮—圆柱蜗杆传动构成的重物提升装置简图，一直电动机轴转 动方向如图所示，试确定 ① 若是重物按图示方向上升，确定蜗杆螺旋线方向。 ② 在蜗杆与蜗轮啮合点处标出各自所受 3 个分力的方向（在答题纸上单独放大画出图中涡 轮蜗杆标注清楚） 。
【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；
O＇为圆心并与基圆相切于 A0 的一段圆弧 A0A1，该廓线重点 A1 的向径 r max=55mm ,OO＇=20mm。 ①画图标出机构在图示位移时，推杆位移 SA 及机构压力角αA，并求 SA 和αA 大小 ② 当凸轮由图示位置沿 ω 法相转过 45o 时，画图标出推杆的位移 SK 及αK ③ 画图标出机构推程运动角φ0 及行程 h，并求出的 h 大小
'
cos β = 0.993
β = 6.80
Baidu Nhomakorabea
r3 = r4 =
1 z3 mn 3 / cos β = 22.7 mm 2 1 z4 mn 4 / cos β = 45.3mm 2
七、 （12 分）如图所示轮系，一直齿轮 1 的转速为 n1=1500r/min，方向如箭头所示，各
齿轮齿数为：Z1=18, Z3=39, ‫’܈‬૜ =18, Z4=109, ‫’܈‬૝ =33, Z5=22, ‫’܈‬૞ =15, Z6=30 ① 如各齿轮均为标准齿轮，且同类型齿轮模数相同，求 Z2 ② 计算系干 H 的转速大小，并指明其转向
2 2 H = (120+90） +152 - (120-90） +152 = 177 mm
θ = arccos
（ 3）
15 15 − arccos = 26o 120 + 90 120 − 90
α min = 0o
α max = arccos
90 + 15 = 29o 120
五、 （14 分）如图所示的凸轮机构中，已知 r0=20mm，e=10mm，凸轮推程段廓线为以
4、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。 【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？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。
（1）顺心如图所示，
（ 2）
ω3 P13 P14 2 2l AD = = = ω1 P13 P34 ( 2 / 2+ 2 )l AD 3
ω3 = 2ω1 / 3 = 20 / 3rad / s
方向为水平向左。
四、 （14 分）如图所示的六杆机构，已知构件 1 为曲柄，且为原动件，以 ω1 等速转动，