PAGE—PAGE13—中科院研究生院碩士研究生入學考試《機械設計》考試大綱本《機械設計》考試大綱適用于中國科學院研究生院機械制造及其自動化等專業的碩士研究生入學考試。機械原理與機械設計是機械工程學科的基礎，是機械類各個學科專業的基礎理論課程。本科目的考試內容包括機構學、機構動力學、機械零件設計方法及典型零件設計過程等。要求考生對其基本概念有較深入的了解，能夠系統地掌握機構分析與綜合方法、機械零件設計目的、理論、方法、過程，熟悉機械系統的基本組成形式、各自原理、概念及定理，并具有綜合運用所學知識分析和初步解決機械系統相關問題的能力。一、考試內容（一）機構學機械原理的研究對象，機械、機器、機構的定義及含義；平面運動副及其分類及平面機構的自由度計算；瞬心法、相對運動圖解法對機構進行運動分析基本過程；平面連桿機構的形式及工作特性，壓力角、傳動角概念及計算；凸輪機構的應用、分類、特點、作圖法設計及基本尺寸的確定、壓力角，基圓半徑的概念及關系；間歇機構的概念、分類、基本原理；平面齒輪機構的齒廓嚙合基本定律；圓的漸開線性質、漸開線齒廓嚙合結構及特點；漸開線圓柱齒輪的基本參數、傳動嚙合過程和正確嚙合條件及齒輪副的安裝；漸開線齒輪傳動的重合度、無側隙嚙合概念；漸開線齒輪根切的概念及無根切的條件、處理根切的方法；斜齒輪、錐齒輪傳動的應用、特點及基本尺寸計算方法；蝸輪蝸桿傳動的原理、應用及基本尺寸計算方法；定軸輪系、復合輪系傳動比計算與應用。（二）機構動力學構件慣性力的確定；運動副中摩擦及運動副反力的確定；機構的力分析方法；平面機構平衡目的與分類；剛性回轉體的平衡，動平衡、靜平衡的目的、方法；機械的運動和功能的關系；機械的效率和典型機構的自鎖；典型機構的傳動效率分析與計算；機器等效力、力矩的計算，機器速度波動的調節方法。（三）機械設計總論機器的基本組成及各部分的功能、作用；設計機器的基本方法、步驟及原則；零件的失效概念及其形式；各種應力的概念；剛度、強度、硬度的定義、含義、評價指標；機械零件振動與共振概念、避免共振的方法；鋼熱處理工藝的分類、特點、目的及應用；機械零件疲勞強度的計算方法、計算準則；影響機械零件疲勞強度的主要因素、提供疲勞強度的措施；應力循環基數概念及常用材料應力循環基數；摩擦、磨損潤滑的概念、分類及相互關系；獲得流體潤滑的必要條件；潤滑油粘度的物理意義、粘度的分類、潤滑油中添加劑的作用及分類；機械零件結構工藝性概念、典型工藝性的基本要求；提高強度、剛度、精度的措施；（四）典型機械零件設計螺紋的主要參數、各參數之間的關系；常用螺紋牙型的種類、特點及主要用途；螺紋聯接的基本設計過程；螺紋防松的概念、方法；螺紋自鎖概念、條件及螺紋傳動效率；螺紋聯接主要失效形式；螺紋聯接受力分析、預緊力的選擇；螺紋傳動的用途、分類；鍵聯接、銷聯接主要類型、特點；鍵聯接失效計算；過盈聯接工作原理及優缺點；帶傳動的特點、種類、應用、效率；帶傳動主要失效形式；帶傳動打滑、張緊的概念；齒輪傳動的主要類型、特點及應用；齒輪傳動的主要失效形式；齒輪傳動的結構形式、設計準則、設計過程；齒輪傳動設計中材料選擇的依據；齒輪變位的目的；蝸桿傳動的類型、特點；蝸桿傳動設計過程；蝸桿傳動運動副材料選擇；鏈傳動特點及主要失效形式；軸常用材料、類型、結構設計的主要內容；軸上零件固定方式；剛性軸、撓性軸的概念；軸承的作用、分類、特點、應用；軸承失效形式；軸承選擇依據、校核計算過程；聯軸器與離合器的基本概念，常用聯軸器和離合器的類型、優缺點及應用；彈簧的作用、分類、特點及應用；彈簧的設計過程；二、考試要求本課程考試形式為筆試，滿分150分。考試時間為三小時。（一）機構學理解機械原理研究的對象，掌握機械、機器與機構的概念。理解平面運動副及其分類方法，掌握平面機構自由度的計算方法。熟悉利用瞬心法、相對運動圖解法對機構進行運動分析的方法及步驟。掌握平面四桿機構的工作特性，熟悉壓力角、傳動角、行程速度變化系數的概念與計算方法。掌握凸輪機構中壓力角與基圓半徑的關系，深入理解凸輪輪廓的作圖法設計。熟悉齒輪機構的應用、分類；熟悉漸開線齒輪基本參數及其相互關系；能夠熟練地進行漸開線齒輪基本嚙合過程分析，掌握斜齒輪、蝸輪蝸桿機構的特點、基本參數的計算方法。熟練掌握復合輪系傳動比的計算方法。（二）機構動力學熟練掌握運動副反力的確定方法及機構的力分析方法；掌握動平衡的計算方法；掌握機械效率的分析計算方法；熟悉機器等效力的概念，力矩的計算，理解機械速度波動的調節意義及方法。（三）機械設計總論了解機器的基本組成及各部分的功能、作用；掌握設計機器的基本方法、步驟及原則；掌握零件的失效概念及其形式；掌握剛度、強度、硬度的定義、含義及評價方法；理解機械零件振動與共振概念、掌握避免共振的方法；掌握鋼熱處理工藝的分類、特點、目的及應用；掌握機械零件疲勞強度的計算方法、計算準則；掌握影響機械零件疲勞強度的主要因素、提供疲勞強度的措施；理解應力循環基數概念及常用材料應力循環基數；掌握摩擦、磨損潤滑的概念、分類及相互關系；了解獲得流體潤滑的必要條件；理解潤滑油粘度的物理意義、粘度的分類、潤滑油中添加劑的作用及分類；熟悉機械零件結構工藝性概念、典型工藝性的基本要求；熟悉提高強度、剛度、精度的措施；（四）典型機械零件設計掌握螺紋的主要參數、各參數之間的關系、常用螺紋牙型的種類、特點及主要用途；熟練掌握螺紋聯接的基本設計過程；理解螺紋防松的概念、方法，螺紋自鎖概念、條件及螺紋傳動效率；掌握螺紋聯接主要失效形式；掌握螺紋聯接受力分析、預緊力的選擇；理解螺紋傳動的用途、分類；掌握鍵聯接、銷聯接主要類型、特點；熟悉鍵聯接失效計算；理解過盈聯接工作原理及優缺點；掌握帶傳動的特點、種類、應用、效率，理解帶傳動主要失效形式、帶傳動打滑、張緊的概念；掌握齒輪傳動的主要類型、特點及應用；熟練掌握齒輪傳動的主要失效形式，齒輪傳動的結構形式、設計準則、設計過程；了解齒輪傳動設計中材料選擇的依據，理解齒輪變位的目的；理解蝸桿傳動的類型、特點；掌握蝸桿傳動設計過程，了解蝸桿傳動運動副材料選擇；理解鏈傳動特點及主要失效形式；掌握軸常用材料、類型、結構設計的主要內容，熟練掌握軸上零件固定方式；理解剛性軸、撓性軸的概念，熟悉軸承的作用、分類、特點、應用；熟悉軸承失效形式，熟練掌握軸承選擇依據、校核計算過程；掌握聯軸器與離合器的基本概念，常用聯軸器和離合器的類型、優缺點及應用；掌握彈簧的作用、分類、特點及應用，熟練掌握彈簧的設計過程；三、主要參考書目張策，機械原理與機械設計，機械工業出版社，2004孫桓，機械原理（第六版），高等教育出版社，2000董剛，機械設計（第三版），機械工業出版社，1998濮良貴，機械設計（第六版），高等教育出版社，1996編制單位：中國科學院研究生院編制日期：2006年6月6日修訂日期：2008年7月6日《機械設計》試題A一、填空（每空1分，共20分）1．在疲勞曲線上，以循環基數N0為界分為兩個區：當N≥N0時，為（）區；當N＜N0時，為（）區。2．剛度是指機械零件在載荷作用下抵抗（）的能力。零件材料的彈性模量越小，其剛度就越（）。3．潤滑油的（）性越好，則其產生邊界膜的能力就越強；（）越大，則其內摩擦阻力就越大。4．為改善潤滑油在某些方面的性能，在潤滑油中加入的各種具有獨特性能的化學合成物即為（）。5．正是由于（）現象，使帶傳動的傳動比不準確。帶傳動的主要失效形式為（）和（）。6．蝸桿傳動的主要缺點是齒面間的（）很大，因此導致傳動的（）較低、溫升較高。7．鏈傳動水平布置時，最好（）邊在上，（）在下。8．設計中，應根據被聯接軸的轉速、（）和（）選擇聯軸器的型號。9．徑向滑動軸承的半徑間隙與軸頸半徑之比稱為（）；而（）與（）之比稱為偏心率。10．對于普通平鍵，考慮到載荷分布的不均勻性，雙鍵聯接的強度按（）個鍵計算。二、判斷題（每小題1分，共10分）（正確的劃“√”，錯誤的劃“×”）1．十字滑塊聯軸器中的所有元件都是剛性元件，因此屬于剛性聯軸器。（）2．兩摩擦表面的粗糙度值越小，則越容易實現液體動力潤滑。（）3．在計算轉軸的強度時，安全系數法比當量彎矩法更精確。（）4．相嚙合的蝸桿和蝸輪的螺旋角必須大小相等，旋向相反。（）5．閉式齒輪傳動皆須首先按齒面接觸強度進行設計計算，確定傳動的幾何尺寸，然后校核齒根彎曲疲勞強度。（）6．由于鏈傳動不需要張緊力，故作用在軸上的載荷較小。（）7．正是由于過載時產生“彈性滑動”，故帶傳動對傳動系統具有保護作用。（）8．楔鍵只能用于單向傳動，雙向傳動時，必須采用兩個楔鍵。（）9．性能等級為6.6級的螺栓，其屈服點＝600MPa。（）10．機械零件的計算分為設計計算和校核計算，兩種計算的目的都是為了防止機械零件在正常使用期限內發生失效。（）三、簡答題（每小題5分，共20分）1．簡述為什么開式齒輪傳動一般不會出現點蝕現象？2．對于滾動軸承的軸系固定方式，請解釋什么叫“兩端固定支承”？3．簡述形成穩定動壓油膜的條件？4．解釋名詞:滾動軸承的壽命；滾動軸承的基本額定動載荷。四、（15分）某軸用一對同型號角接觸球軸承支承，受力情況如圖所示。已知：內部軸向力＝0.68，e＝0.68。當≤e時，X＝1，Y＝0；當＞e時，X＝0.41，Y＝0.87。問哪個軸承的壽命低？五、（15分）如圖所示的螺栓組聯接，已知外載荷F＝5KN，各有關幾何尺寸如圖所示。試計算受力最大螺栓所受的橫向工作載荷Fsmax。六、（20分）設計一個標準直齒圓柱齒輪傳動，傳動比i＝3.2，允許傳動比有不超過±5％的誤差。通過強度計算已確定中心距a＝320mm，模數m≥3mm，取齒寬系數＝1。試確定下列幾何尺寸：m、z1、z2、d1、d2、b1、b2。（模數系列：3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、7、8、…）

《機械設計》試題A標準答案一、填空（每空1分，共20分）1．在疲勞曲線上，以循環基數N0為界分為兩個區：當N≥N0時，為（無限壽命區）區；當N＜N0時，為（有限壽命區）區。2．剛度是指機械零件在載荷作用下抵抗（彈性變形）的能力。零件材料的彈性模量越小，其剛度就越（小）。3．潤滑油的（油）性越好，則其產生邊界膜的能力就越強；（粘度）越大，則其內摩擦阻力就越大。4．為改善潤滑油在某些方面的性能，在潤滑油中加入的各種具有獨特性能的化學合成物即為（添加劑）。5．正是由于（彈性滑動）現象，使帶傳動的傳動比不準確。帶傳動的主要失效形式為（打滑）和（帶的疲勞破壞）。6．蝸桿傳動的主要缺點是齒面間的（相對滑動速度）很大，因此導致傳動的（效率）較低、溫升較高。7．鏈傳動水平布置時，最好（緊邊）邊在上，（松邊）在下。8．設計中，應根據被聯接軸的轉速、（轉矩）和（直徑）選擇聯軸器的型號。9．徑向滑動軸承的半徑間隙與軸頸半徑之比稱為（相對間隙）；而（偏心距）與（半徑間隙）之比稱為偏心率。10．對于普通平鍵，考慮到載荷分布的不均勻性，雙鍵聯接的強度按（1.5）個鍵計算。二、判斷題（每小題1分，共10分）（正確的劃“√”，錯誤的劃“×”）1．十字滑塊聯軸器中的所有元件都是剛性元件，因此屬于剛性聯軸器。（×）2．兩摩擦表面的粗糙度值越小，則越容易實現液體動力潤滑。（√）3．在計算轉軸的強度時，安全系數法比當量彎矩法更精確。（√）4．相嚙合的蝸桿和蝸輪的螺旋角必須大小相等，旋向相反。（×）5．閉式齒輪傳動皆須首先按齒面接觸強度進行設計計算，確定傳動的幾何尺寸，然后校核齒根彎曲疲勞強度。（×）6．由于鏈傳動不需要張緊力，故作用在軸上的載荷較小。（√）7．正是由于過載時產生“彈性滑動”，故帶傳動對傳動系統具有保護作用。（×）8．楔鍵只能用于單向傳動，雙向傳動時，必須采用兩個楔鍵。（×）9．性能等級為6.6級的螺栓，其屈服點＝600MPa。（×）10．機械零件的計算分為設計計算和校核計算，兩種計算的目的都是為了防止機械零件在正常使用期限內發生失效。（√）三、簡答題（每小題5分，共20分）簡述為什么開式齒輪傳動一般不會出現點蝕現象？答：因為在開式齒輪傳動中，磨粒磨損的速度比產生點蝕的速度還快，在點蝕形成之前，齒面的材料已經被磨掉，故而一般不會出現點蝕現象。對于滾動軸承的軸系固定方式，請解釋什么叫“兩端固定支承”？答：兩端固定支承即為軸上的兩個軸承中，一個軸承的固定限制軸向一個方向的串動，另一個軸承的固定限制軸向另一個方向的串動，兩個軸承的固定共同限制軸的雙向串動。簡述形成穩定動壓油膜的條件？答：1）兩摩擦表面之間必須能夠形成收斂的楔形間隙；2）兩摩擦表面之間必須有充足的、具有一定粘度的潤滑油；3）兩摩擦表面之間必須有足夠的相對運動速度。解釋名詞；滾動軸承的壽命；滾動軸承的基本額定動載荷。答：1）滾動軸承的壽命即滾動軸承中內、外圈滾道以及滾動體，任一元件出現疲勞點蝕之前，兩套圈之間的相對運轉總轉數。也可用恒定轉速下的運轉小時數表示；2）基本額定動載荷即基本額定壽命為106轉時，軸承所能承受的最大載荷。四、解：（1）＝（N）―――――――――1.5分＝（N）―――――――――1.5分（2）（N）＜（N）故（N）――――――――――――――――3分（N）＞（N）故（N）―――――――――――――3分，則X＝1，Y=0。則＝4000（N）――――――――――――――――――3分＞e，則X＝0.41，Y＝0.87。則（N）―――――――――――――――――3分由于＞，故軸承1的壽命短。FT五、解：（1）將F向螺栓組形心平移，同時得轉矩T。FTT=500×F＝5×105×500＝2.5×106（N）―――――――4分在F作用下，各螺栓所受橫向力為Fs1＝（N）―――3分在T作用下，各螺栓所受橫向力也相等，為＝（N）――――――4分顯然，1、2兩螺栓所受的橫向力最大，為（N）―――――――4分六、解：（1）由得取m=5（mm）（應為標準值）―――――――2分則＝128（1）―――2分（2）―――2分聯立（1）、（2）解得，取，――――――4分（mm）―――――――2分（mm）―――――――2分（mm）――――――――――2分取（mm），（mm）――4分注：本題主要考察：m是否為標準值？是否滿足？各參數和尺寸取值圓整是否合理？

《機械設計》試題B一、填空（每空1分，共20分）1．當所受軸向載荷通過（）時，螺栓組中各螺栓承受的（）相等。2．從結構上看，帶輪由（）、輪輻和（）三部分組成。3．在直齒圓柱齒輪傳動的接觸疲勞強度計算中，以（）為計算點，把一對輪齒的嚙合簡化為兩個（）相接觸的模型。4．按鍵齒齒廓曲線的不同，花鍵分為（）花鍵和（）花鍵。5．請寫出兩種螺紋聯接中常用的防松方法：（）和（）。6．疲勞曲線是在（）一定時，表示疲勞極限與（）之間關系的曲線。7．理論上為（）接觸或（）接觸的零件，在載荷作用下，接觸處局部產生的應力稱為接觸應力。8．開式齒輪傳動的主要失效形式是：（）和（）。9．徑向滑動軸承的條件性計算主要是限制壓強、（）和（）不超過許用值。10．在類型上，萬向聯軸器屬于（）聯軸器，凸緣聯軸器屬于（）聯軸器。二、選擇填空（每空1分，共10分）1．下列磨損中，不屬于磨損基本類型的是（）；只在齒輪、滾動軸承等高副零件上經常出現的是（）。（1）粘著磨損；（2）表面疲勞磨損；（3）磨合磨損；（4）磨粒磨損。2．在通過軸線的截面內，（）的齒廓為直邊梯形；在與基圓柱相切的截面內，（）的齒廓一側為直線，另一側為曲線。（1）阿基米德蝸桿；（2）法向直廓蝸桿；（3）漸開線蝸桿；（4）錐蝸桿。3、對于直齒圓柱齒輪傳動，其齒根彎曲疲勞強度主要取決于（）；其表面接觸疲勞強度主要取決于（）。（1）中心距和齒寬；（2）中心距和模數；（3）中心距和齒數；（4）模數和齒寬。4、對于徑向滑動軸承，（）軸承具有結構簡單，成本低廉的特點；（）軸承必須成對使用。（1）整體式；（2）剖分式；（3）調心式；（4）調隙式。5．在滾子鏈傳動的設計中，為了減小附加動載荷，應（）。（1）增大鏈節距和鏈輪齒數；（2）增大鏈節距并減小鏈輪齒數；（3）減小鏈節距和鏈輪齒數；（4）減小鏈節距并增加鏈輪齒數。6．對中性高且對軸的削弱又不大的鍵聯接是（）聯接。（1）普通平鍵；（2）半圓鍵；（3）楔鍵；（4）切向鍵。三、簡答題（每小題5分，共20分）1．畫圖表示機械零件的正常磨損過程，并指出正常磨損過程通常經歷哪幾個磨損階段？2．簡述Miner法則（即疲勞損傷線性累積假說）的內容。3．簡述齒向載荷分布系數和齒間載荷分配系數分別考慮的是什么因素對齒輪所受載荷的影響？4．試分析張緊力F0對帶傳動正反兩方面的影響。四、（15分）已知某材料的力學性能為：＝350MPa，m＝9，＝5×，對此材料進行對稱循環疲勞試驗，依次加載應力為：（1）＝550MPa，循環次數n1＝5×；（2）＝450MPa，循環次數n2＝2×；（3）=400MPa。求：發生疲勞破壞時，的循環次數n3＝？六、（18分）圖示為一蝸桿軸用兩個角接觸球軸承支承。已知蝸桿所受軸向力＝580N，兩軸承的徑向力為：＝935N，＝1910N，載荷性質系數＝1.1。試計算兩個軸承的當量動載荷。注：＊內部軸向力＝eFR，e＝0.36。＊當≤e時，X＝1，Y＝0；當＞e時，X＝0.41，Y＝0.87。八、（17分）圖示為由圓錐齒輪和斜齒圓柱齒輪組成的傳動系統。已知：Ⅰ軸為輸入軸，轉向如圖所示，輸出軸功率PⅢ＝5KW，轉速nⅢ＝157rpm，各輪齒數為：z1=25，z2=60，z3=22，z4=84，設效率為100％。在圖中標出各輪轉向，并計算各軸的轉矩。為使2、3兩輪的軸向力方向相反，確定并在圖中標出3、4兩輪的螺旋方向。在圖中標出2、3兩輪在嚙合點處所受各分力(、Fr、Fx)的方向。

《機械設計》試題B標準答案一、填空（每空1分，共20分）1．當所受軸向載荷通過（螺栓組形心）時，螺栓組中各螺栓承受的（軸向工作拉力）相等。2．從結構上看，帶輪由（輪轂）、輪輻和（輪緣）三部分組成。3．在直齒圓柱齒輪傳動的接觸疲勞強度計算中，以（節點）為計算點，把一對輪齒的嚙合簡化為兩個（圓柱體）相接觸的模型。4．按鍵齒齒廓曲線的不同，花鍵分為（矩形）花鍵和（漸開線）花鍵。5．請寫出兩種螺紋聯接中常用的防松方法：（雙螺母等）和（防松墊圈等）。6．疲勞曲線是在（應力比）一定時，表示疲勞極限與（循環次數）之間關系的曲線。7．理論上為（點）接觸或（線）接觸的零件，在載荷作用下，接觸處局部產生的應力稱為接觸應力。8．開式齒輪傳動的主要失效形式是：（齒面的磨粒磨損）和（斷齒）。9．徑向滑動軸承的條件性計算主要是限制壓強、（速度）和（pv值）不超過許用值。10．在類型上，萬向聯軸器屬于（無彈性元件的撓性）聯軸器，凸緣聯軸器屬于（剛性）聯軸器。二、選擇填空（每空1分，共10分）1．下列磨損中，不屬于磨損基本類型的是（3）；只在齒輪、滾動軸承等高副零件上經常出現的是（2）。（1）粘著磨損；（2）表面疲勞磨損；（3）磨合磨損；（4）磨粒磨損。2．在通過軸線的截面內，（1）的齒廓為直邊梯形；在與基圓柱相切的截面內，（3）的齒廓一側為直線，另一側為曲線。（1）阿基米德蝸桿；（2）法向直廓蝸桿；（3）漸開線蝸桿；（4）錐蝸桿。3、對于直齒圓柱齒輪傳動，其齒根彎曲疲勞強度主要取決于（4）；其表面接觸疲勞強度主要取決于（1）。（1）中心距和齒寬；（2）中心距和模數；（3）中心距和齒數；（4）模數和齒寬。4、對于徑向滑動軸承，（1）軸承具有結構簡單，成本低廉的特點；（3）軸承必須成對使用。（1）整體式；（2）剖分式；（3）調心式；（4）調隙式。5．在滾子鏈傳動的設計中，為了減小附加動載荷，應（4）。（1）增大鏈節距和鏈輪齒數；（2）增大鏈節距并減小鏈輪齒數；（3）減小鏈節距和鏈輪齒數；（4