2020年北京工业大学机械工程与应用电子技术学院机械设计基础考研复试仿真模拟五套题

考研专业课精品资料第1页，共49页目录2020年北京工业大学机械工程与应用电子技术学院机械 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 基础考研复试仿真模拟五套 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 （一）................................................................................................................................................22020年北京工业大学机械工程与应用电子技术学院机械设计基础考研复试仿真模拟五套题（二）..............................................................................................................................................102020年北京工业大学机械工程与应用电子技术学院机械设计基础考研复试仿真模拟五套题（三）..............................................................................................................................................192020年北京工业大学机械工程与应用电子技术学院机械设计基础考研复试仿真模拟五套题（四）..............................................................................................................................................282020年北京工业大学机械工程与应用电子技术学院机械设计基础考研复试仿真模拟五套题（五）..............................................................................................................................................38考研专业课精品资料第2页，共49页2020年北京工业大学机械工程与应用电子技术学院机械设计基础考研复试仿真模拟五套题（一）说明：严格按照本科目最新复试题型和难度出题，共五套全仿真模拟试题含答案解析，复试首选。一、简答题1． 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 直齿圆柱齿轮传动，若传动比i、转矩T1,和齿宽b均保持不变，试问在下列条件下齿轮的弯曲应力与接触应力各将发生什么变化？（1）模数m不变，齿数z1增加；（2）齿数z1不变，模数m增大；（3）齿数z1增加一倍，模数m减小—半。【答案】（1）z1增大，则d1=mz1增大。在T1不变的情况下，Ft=2T1/d1减小。对于接触应力：d1增大则减小，Ft减小则减小；对于弯曲应力：Ft减小则减小，z1增大使得减小，则减小。因而模数m不变，齿数z1增加，则齿轮的弯曲应力减小，齿轮的接触应力也减小。（2）m增大，则d1=mz1增大。在T1不变的情况下，Ft=2T1/d1减小。对于接触应力：d1增大则减小，Ft减小则减小；对于弯曲应力：Ft减小则减小，m增大则减小。因而齿数z1不变，模数m增大，则齿轮的弯曲应力减小，齿轮的接触应力也减小。（3）z1增加一半，m减小一半，则d1=2z1（m/2）=mz1不变。对于接触应力：d1不变则不变；对于弯曲应力：z1增大使得少量减小，而m减小则使得大量增大。因而齿数z1增加一倍，模数m减小一半，则齿轮的弯曲应力增大，齿轮的接触应力不变。2．有一闭式齿轮传动，满载工作几个月后，发现硬度为200〜240HBW的齿轮工作表面上出现小的凹坑。试问：①这是什么现象？②如何判断该齿轮是否可以继续使用？③应采取什么措施？【答案】（1）已开始产生齿面疲劳点蚀，但因“出现小的凹坑”，故属于早期点蚀。（2）若早期点蚀不再发展成破坏性点蚀，该齿轮仍可继续使用。（3）采用高黏度的润滑油或加极压添加剂于油中，均可提高齿轮的抗疲劳点蚀的能力。3．试画出图示斜齿圆柱齿轮减速器低速级输出轴的轴系结构装配图，要求画出箱体位置和联轴器位置。已知：（1）轴承型号均为6412深沟球轴承。（2）齿轮参数：，，，右旋，齿宽。（3）联轴器型号:LX5联轴器。图【答案】结构图如下。考研专业课精品资料第3页，共49页4．计算下图所示机构的自由度，并判断机构是否具有确定的相对运动，图中标有箭头的构件为原动件。【答案】图中小圆滚子的自转不影响其他各构件之间的相对运动，故属局部自由度。第一种算法是把小圆滚子当作与从动推杆焊在一起，作为一个构件，这样活动构件数只有3个了；局部自由度被除去，平面低副也只有3个了。第二种算法是不排除局部自由度，活动构件为4个，平面低副也有4个，没有虚约束，平面高副仍为2个。（a）或（b）或因为该机构的原动件数目为1，所以该机构具有确定的相对运动。5．齿面接触疲劳强度计算和齿根抗弯疲劳强度计算的理论依据是什么？一般闭式软齿面齿轮需进行哪些强度计算？【答案】齿面接触疲劳强度计算的理论依据是接触强度计算，保证接触处的最大接触应力不超过齿轮的许用应力。齿根抗弯疲劳强度计算的理论依据是抗弯强度计算，应使齿根危险剖面处的弯曲应力不超过齿轮的许用弯曲疲劳应力。一般闭式软齿面齿轮需按齿面接触疲劳强度进行设计计算，验算齿根抗弯疲劳强度。6．试述螺纹联接的主要类型及应用场合？【答案】螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉。螺栓应用最广，特别是普通螺栓；螺钉用于被联接件厚度较大，不常拆卸；双头螺柱用于常拆卸；紧定螺钉主要用于定位及传动较小载荷。二、分析计算题考研专业课精品资料第4页，共49页7．如下图所示发动机机构中，以曲柄为等效构件。作用在滑块上的驱动力F3=1000N，作用在曲柄上的工作阻力矩M1=90N·m。曲柄AB长为，，滑块质量为m3=10kg，其余构件质量或转动惯量忽略不计。试求曲柄开始回转时的角加速度。图【答案】根据微分形式的运动方程求解。将驱动力F3转化为等效构件1上的等效力，将质量3转化为等效构件1上的等效转动惯量。，曲柄开始回转时的角加速度为8．如图所示轮系中，已知各轮齿数为：，，。求传动比。图【答案】该轮系是一个基本的周转轮系。该轮系有一个行星架H，三个行星轮，以及分别和三个行星轮相啮合的三个中心轮（1、4、5）。为求解传动比，可以将该轮系划分为由齿轮和行星架H所组成的行星轮系，得①以及由齿轮和行星架H所组成的行星轮系，得②由式①和式②的，得传动比考研专业课精品资料第5页，共49页9．如下图所示的机床变速箱中，移动三联齿轮a使齿轮和啮合，又移动双联齿轮b使齿轮和啮合。已知各轮的齿数为=42，=58，=38，=42，=50，=48，电动机转速为1450r/min。求带轮转速的大小和方向。图【答案】由电动机所带动的齿轮1经过三对外啮合的定轴齿轮传动到达与齿轮同轴的带轮，因此总传动比的符号应为“-”。带轮的转向与电动机相反。10．设一外啮合直齿圆柱齿轮传动，z1=z2=12，m=10mm，，，，试设计这对齿轮。【答案】（1）选择传动类型。标准中心距安装中心距所以（2）求变位系数和，求分配变位系数和。啮合角变位系数之和为最小变位系数为由于两轮齿数相同，故取（3）计算两齿轮各部分尺寸。中心距变动系数齿顶高变动系数齿顶高考研专业课精品资料第6页，共49页齿根高全齿高分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径基圆直径分度圆齿厚分度圆齿间宽分度圆周节3、验算（1）不根切。在分配变位系数时，已经考虑保证不发生根切。（2）重合度（3）齿顶不变尖上面的验算，重合度较小，建议将齿轮传动中心距适当减小或增加齿数后重新设计。11．设一对轴间角直齿圆锥齿轮传动的参数为，，，，。试求：（1）两轮分度圆锥角；（2）两轮分度圆直径；（3）两轮齿顶圆直径。【答案】（1）两轮分度圆锥角为考研专业课精品资料第7页，共49页（2）两轮分度圆直径为（3）两轮齿顶圆直径为三、结构设计与改错题12．图1所示为小锥齿轮轴系部件结构图（小锥齿轮与轴一体，为齿轮轴）。试改正图中不合理或错误的结构，并简述原因。图1【答案】（见答图2）①右轴承内圈右端面是固定面，可用圆螺母加止动垫片，螺纹外径略小于轴承内径；②轴上所加螺纹段右边一段轴段穿过透盖，该段轴径应小于螺纹内径；③透盖与轴之间应有间隙，且应有密封毡圈；④两轴承内圈之间的轴径应小于轴承内径；⑤两轴承外圈之间的套筒内径应小于轴承外径；形成轴承外圈定位凸肩；⑥左轴承内圈左侧轴肩过高，应减至内圈高的2/3左右；⑦套杯凸缘不应在左边，应在右边；⑧箱体孔的中部直径应加大，以减少精加工面；⑨透盖与套杯配合段过长，透盖与右轴承外圈之间应有较大的间隙；⑩套杯凸缘与箱体间应有调整垫片、套杯凸缘与透盖间应有调整垫片；⑪轴的右端及透盖外圆外侧应有倒角。考研专业课精品资料第8页，共49页答图213．如图1所示轴系结构图中存在多处错误，请指出错误点并说明出错原因加以改正。图1【答案】①无调整垫片；②无间隙、无密封；③键太长；④无定位轴肩；⑤无非定位轴肩；⑥套筒高于轴承内圈高度；⑦轴和轮毂一样长，起不到定位作用；⑧无轴向定位；⑨无调整垫片；⑩采用反装错误且与右侧轴承型号不一致。考研专业课精品资料第9页，共49页解图2考研专业课精品资料第10页，共49页2020年北京工业大学机械工程与应用电子技术学院机械设计基础考研复试仿真模拟五套题（二）说明：严格按照本科目最新复试题型和难度出题，共五套全仿真模拟试题含答案解析，复试首选。一、简答题1．在图中，图（a）所示为减速带传动，图（b）所示为增速带传动。这两传动装置中，带轮的基准直径，且传动中各带轮材料相同，传动的中心距，带的材料、尺寸及张紧力均相同，两传动装置分别以带轮1和带轮3为主动轮，其转速均为。试问：哪个装置传递的功率大？为什么？图【答案】带传动能传递的功率。依题意，，传动中心距相等，因而两传动装置的最小包角相等。已知带轮材料，带的材料、尺寸及张紧力均相同，故这两传动装置的当量摩擦系数及初拉力均相同，因此它们所能传递的最大有效拉力相同。又因两传动装置的主动轮的转速相等，而图（b）中主动带轮的基准直径大于图（a）中主动带轮基准直径，即图（b）的带速大于图（a）的带速，所以图（b）的传动装置所传递的功率大。2．完成有骨架密封圈防漏油密封结构图。【答案】有骨架密封圈防漏油密封结构图（下图所示）。图考研专业课精品资料第11页，共49页3．下图（a）所示为牛头刨床设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 草图。设计思路为：动力由曲柄1输入，通过滑块2使摆动导杆3做往复摆动，并带动滑枕4做往复移动，以达到刨削的目的。试问图示的构件组合是否能达到此目的？如果不能，该如何修改？（a）【答案】首先根据图（a）所示方案草图计算自由度，即说明如果按此方案设计不能成为机构，是不能运动的。必须做修改，以达到设计的目的。修改方案如下图（b）〜（i）所示。4．试述直齿圆柱齿轮齿根弯曲应力计算式推导中力学模型是如何建立的？【答案】齿轮在传递运动和动力过程中，接触点所受法向力对轮齿根部产生弯矩和弯曲应力，在弯曲应力计算时，将轮齿简他成悬臂梁，危险截面的位置利用30°切线法确定（过法向力与齿考研专业课精品资料第12页，共49页廓对称线的焦点，作与齿廓对称线成30°角的斜线，左右斜线与齿根圆弧相切点之间的距离，即为危险截面的宽度）。若考虑重合度的影响，对齿根产生最大弯曲应力的法向力作用点应为单齿啮合上界点，但该点的位置受重合度和加工精度的影响，难予精确计算，为使计算简化，假设载荷作用齿顶时对齿根产生的弯矩最大，同时，引入重合度系数Yε，以考虑载荷作用位置不同时对齿根弯曲应力的影响。利用材料力学相关理论，便推导出了目前应用的齿轮弯曲应力计算式。5．试述蜗杆传动变位的目的和特点。【答案】蜗杆传动变位的目的有:配凑中心距，微量改变传动比；提高蜗杆传动的承载能力和传动效率。蜗杆传动变位的特点是:.蜗杆不变位，只对蜗轮进行变位。但是变位后蜗杆的节圆不再与分度圆重合，但蜗杆的参数和其他尺寸不变，而变位后的蜗轮，其节圆和分度圆仍然重合，只是蜗轮的齿顶圆和齿根圆却改变了。6．如下图1所示曲柄滑块机构中曲柄的三个位置及滑块的三个位置，相对应的距离如图所示，，，，，，，滑块上铰链点取在，试用图解法确定曲柄和连杆长度。图1【答案】反转法如下（见图2）：（1）在曲柄上任取一点，得到其在、、上的点、、。（2）作三角形，得。（3）作三角形，得。（4）连接、并作其垂直平分线。（5）连接、并作其垂直平分线，与交点即为点。将固连在上，则即为曲柄滑块机构的第一位置的机构简图。图2半角转动法如下（面略）：考研专业课精品资料第13页，共49页（1）过作导路的垂线，以此垂线为起始轴，为顶点作角。（2），在距为处作导路垂线，两直线交点为极点。（3）同理求。（4）绕极点转动，终边通M。（5）绕极点转动，终边通过。（6）两始边的交点为。（7）将已知的连架杆的第一个位置焊在上。二、分析计算题7．已知某钢制试件材料常数，承受非稳定对称循环变应力作用，各级应力均大于材料的疲劳极限，其大小分别为，统计得各级应力实际循环次数分别为，此时，试件刚好损坏。试问:（1）若此试件仅受稳定对称循环应力的作用对，试件所能经受的应力循环次数是多少？（2）若试件所能经受的应力循环次数次时，其相应的稳定对称循环应力应为多少？【答案】（1）（2）8．如图所示为自动张紧的带传动，主动轮转向如图所示。（1）带能传递的最大功率，此时的紧边拉力等于多少？松边拉力等于多少？（2）如果要求带实际传递功率，则此时的紧边拉力等于多少？松边拉力等于多少？（3）设主动轮的转向与图示相反，求此时带能传递的最大功率。（已知：，忽略带的离心拉力）图【答案】（1）当主动轮1按图示的方向旋转时，则带的紧边在下，松边在上。根据力矩平衡条件可得当带传递最大功率时，紧边拉力和松边拉力之间的关系应符合欧拉公式，即考研专业课精品资料第14页，共49页联立求解式①和式②，可得所以（2）同理，根据力矩平衡条件可得因为带实际传递功率，根据功率的计算公式，可得联立求解式③和式④，可得（3）当主动轮1按图示的反方向旋转时，则带的紧边在上，松边在下。根据力矩平衡条件可得当带传递最大功率时，紧边拉力和松边拉力之间的关系应符合欧拉公式，即联立求解式⑤和式⑥，可得因此9．在如下图所示的牛头刨床的摆动导杆机构中，已知中心距，刨头的冲程，刨头的空回行程最大速度与工作行程最大速度之比，试求曲柄和导杆的长度。图【答案】如上图所示的摆动导杆机构，当曲柄做匀速转动时，做往复摆动的导杆有两个极限位置和。设为回程时导杆摆动的最大角速度，为工作行程时导杆摆动的最大角速度。因所以即考研专业课精品资料第15页，共49页则又因而故10．如图所示为一钢板用4个普通螺栓与立柱连接，钢板悬臂端作用一载荷P=20000N，接合面间摩擦系数，可靠性系数Kf=1.2，螺栓材料的许用拉伸应力，试计算该螺栓组螺栓的小径d1。图【答案】（1）螺栓组受力分析。将载荷P向螺栓组连接的接合面形心O点简化，则得横向载荷P－20000N旋转力矩了T=PL=20000×300N•mm=6000000N•mm（2）计算受力最大螺栓的横向载荷Fs。在横向载荷P作用下，各螺栓受的横向载荷Fsp大小相等、方向同P，即在旋转力矩T作用下，各螺栓受的横向载荷FST大小亦相等。这是因为各螺栓中心至形心O点距离相等，方向各垂直于螺栓中心与形心O点的连心线。螺栓中心至形心O点距离为故各螺栓上所受的横向载荷FSP和FST的方向如图解所示。由图中可以看出螺栓1和螺栓2所受考研专业课精品资料第16页，共49页两力的夹角最小，故螺栓1和螺栓2受力最大，所受总的横向载荷为图（3）计算螺栓所需预紧力。按一个螺栓受的横向力与接合面间的摩擦力相平衡的条件，可得所以（4）计算螺栓小径d1。11．在下图所示的曲柄滑块机构的平衡装置中，C1C2和C3点分别构件1、2和3的质心，已知构件的尺寸和重量如下:LAB=100mm，LBC=400mm，，，，；Q1=250N，Q2=100N及Q3=300N。齿轮a和b的大小相等。求为了平衡该机构所有回转质量的全部惯性力和移动质量的第一级惯性力而必须装在a、b两轮（）上的平衡重量和大小。图【答案】（1）将曲柄1的重量Q1按静替代法分配到A、B两点，并将连杆2的重量Q2按静替代法分配到B、C两点，B点的集中重量为说明回转重量所产生的惯性力已经平衡。C点的集中重量为考研专业课精品资料第17页，共49页（2）求平衡移动重量所产生惯性力的平衡重量因所以要使垂直方向分力互相抵消，应使三、结构设计与改错题12．图示为斜齿轮、轴、轴承组合的结构图。斜齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。试改正该图中的错误，并画出正确的结构图。图【答案】见下图考研专业课精品资料第18页，共49页13．指出图示轴系的结构错误或不合理之处，并简要说明理由（齿轮采用油润滑，轴承采用脂润滑）。图【答案】见下图。图考研专业课精品资料第19页，共49页2020年北京工业大学机械工程与应用电子技术学院机械设计基础考研复试仿真模拟五套题（三）说明：严格按照本科目最新复试题型和难度出题，共五套全仿真模拟试题含答案解析，复试首选。一、简答题1．图1为对心直动滚子从动件凸轮机构。已知R=40mm,=25mm,=10imn.试求:（1）凸轮的基圆半径（列出算式及数值）；（2）画出凸轮的理论廓线；（3）画出该瞬时凸轮机构的压力角；（4）从动件的位移（列出算式及数值）；（5）画出构件1、2的瞬心；（6）求出该瞬时从动件的速度（列出算式）；图1【答案】（1）因为凸轮实际廓线是圆，所以理论廓线也是圆，以A点为圆心，AB为半径。而基圆以0点为圆心，且与理论廓线圆相切，所以基圆半径为，即。（2）理论廓线是以A点为圆心，AB为半径的圆。（3）力的方向是过滚子圆心和凸轮圆圆心的直线方向，速度方向是导路方向。二者所夹锐角即压力角。（4）直动从动件位移是指滚子中心点位置相对于基圆的距离，即。考研专业课精品资料第20页，共49页图2（5）凸轮1与从动件2为高副接触，瞬心在二者接触点公法线上，具体位置则不能直接确定。根据三心定理，机架3、凸轮1、从动件2三个构件共有三个瞬心，且共线。因此，只要确定出另外两个瞬心，则可以通过三心定理间接地确定出构件1和2的瞬心位置。机架1和凸轮2为转动副连接，二者瞬心在转动副中心O上。机架3和从动件2为移动副连接，二者瞬心在垂直于移动副导路且过0点的无穷远处。因此，由三心定理可确定出图中瞬心位置。（6）根据瞬心的性质，在该瞬时，从动件2上点与凸轮1上点速度大小、方向都相等，因此，可以确定出从动件的速度为2．试分析带传动中心距、初拉力及带的根数的大小对带传动工作能力的影响。【答案】（1）带传动中心距小，结构紧凑，但若太小，太小，则带在单位时间绕过带轮的次数增加，增加了带的磨损，降低了带的寿命；同时和一定时，小，小，传动能力降低。大，外部结构尺寸大，但单位时间带绕过带轮的次数减少，延长了带的寿命；同时和一定时，大，大，带传动能力增加。（2）初拉力过小时，带传动能力低，易出现打滑；过大时，带的寿命降低，且轴和轴承的受力增大。（3）带的根数多，带的传动能力强，但带的根数越多，其受力越不均匀，设计时应限制根数，一般。3．试画出行程速度变化系数的铰链四杆机构。【答案】行程速度变化系数的铰链四杆机构图如下图所示。图考研专业课精品资料第21页，共49页值得注意的是，时极位夹角为，曲柄两位置反向共线，上图中，点在中垂线上。4．影响蜗杆传动啮合效率的因素有哪些？【答案】蜗杆传动的啮合效率，由此可知，影响啮合效率的因素有蜗杆分度圆柱上的导程角和齿面间当量摩擦角，而取决于蜗杆副的材料、表面硬度及相对滑动速度（越大，越小）；取决于模数m、蜗杆头数z1和分度圆直径d1。5．如下图所示为一铰链四杆机构，其连杆上一点的三个位置、、位于给定直线上。现在指定、、和固定铰链的位置如图所示，并指定长度，，简要说明机构设计的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 和步骤。图【答案】（相对运动法）（1）首先，选取长度比例尺作出点的三个位置、、和固定铰链、的位置。（2）以为圆心，以为半径作圆弧。（3）以、、为圆心，以为半径分别作圆弧与弧交于、、点。（4）连接、、，并作、，再将及“刚化”后移动到使、和相重合的位置，这时便得到、移动后的新位置、及。（5）连接，作中垂线，连接，作中垂线，两中垂线相交于点，得便是所求机构的第位置。6．如下图所示，一起重装置由电动机和齿轮减速器驱动，已知电动机功率为，转速为，最大起重量为，起升速度为。电动机及齿轮减速器的承载能力刚好满足要求。试问：（1）若不变，而起重量提高到时，电动机是否要换？齿轮是否能用？（2）若将最大速度提高到，最大起重量降为，电动机是否要换？齿轮是否能用？（3）若仅将传动比下降为，电动机和齿轮是否能用？考研专业课精品资料第22页，共49页图【答案】（1）若起升速度不变，则，当不变而提髙到时，功率P随之也要提高2P。此时电动机功率不够，需要更换电动机。由可知，当P提高到2P后，转矩T也增至2T，齿轮强度不够，也不能用。（2）若齿轮传动比不变，当最大起升速度提高到时，电动机转速也随之提高，需要更换电动机，但齿轮仍可使用。（3）若将传动比下降1倍为，电动机的转速不变，工作机转速将提高，所需功率增大，电动机将不能使用。而且齿轮由i下降1倍，速度变了，传动比也变了，使其主动轮所受转矩增大也不能使用。二、分析计算题7．如图所示由构件1、2、3、4所组成的杠杆机构中，虚线圆为转动副ABC、、中的摩擦圆，半径为，P为驱动力。Q为生产阻力，杠杆处于水平位置。（1）标出转动副ABC、、中总反力123242RRR、、的作用线位置和方向，并写出构件2的力平衡的方程式；（2）求出使Q等速上升时的驱动力P；（3）求该杠杆机构的效率【答案】总反力123242R,RR，的作用线位置及方向如下图所示，构件2的力平衡方程式为：1232420RRR123242RRR=0ab（2）由构件1,3受力可知，1232PRQR，，再将上述两式联立，可得22QbPa考研专业课精品资料第23页，共49页（3）理想情况下，驱动力0PQba，所以该杠杆机构的效率为：02=2baPPab8．有一混合摩擦径向滑动轴承，轴颈直径，轴承宽度，轴瓦材料为，试求：（1）当载荷，转速时，校核轴承是否满足非液体润滑轴承的使用条件。（2）当载荷时，轴的允许转速。（3）当轴的转速时的允许载荷。（4）轴的允许最大转速。【答案】根据轴瓦材料的型号，得（1）当载荷，转速时，由此可知，满足使用要求。（2）求轴的允许转速由可得故最大允许转速为。（3）由得所以允许的最大载荷。（4），因为，所以考研专业课精品资料第24页，共49页9．如图所示为一磨床的进刀机构。棘轮4与行星架H固联，齿轮3ֹ与丝杆固联。已知行星轮系中各轮齿数，，，进刀丝杠的导程。如果要求实现最小进刀量，试求棘轮的最少齿数。图【答案】⑪求实现最小进刀量时，丝杆相应的最小转角。（2）求行星轮系的传动比及行星架H的最小转角。由得，齿轮3与行星架转向相同。故（3）求棘轮的最少齿数。由故取棘轮的最少齿数10．在下图所示的轮系中，已知各轮齿数分别为，，，，，，，，求轮系的传动比。图【答案】（1）轮系的组成如下：2-H-r-3组成周转轮系；4-3-1-5组成周转轮系；6-5-7-3钮成行星轮系。（2）列方程，即考研专业课精品资料第25页，共49页（3）解方程组。令，代入式（1）、式（2），由式（3）得在式（2）左端的分子、分母同除以，得将式（4）代入式（5），整理后得在式（1）左端的分子、分母同除以，得从而将式（4）和式（6）代入式（8），整理后得11．已知一滚子链传动，，试求平均链速、最大链速和最小链速，并画图表示链速的变化规律。【答案】（1）平均速度（2）链轮直径主动链轮上一个节距所对应的中心角为链速变化规律如图所示。考研专业课精品资料第26页，共49页链速的变化图三、结构设计与改错题12．V带轮轮槽与带的安装情况如图所示，其中哪种情况是正确的？为什么?图【答案】图（a）正确。首先带的两侧面为工作面，底面不为工作面，应留有间隙，故图（b）错误；另外，为保证带有足够的工作面面积，带应装在轮槽内，故图（c）错。13．指出下图中轴承部件组合设计的错误并改正之。图【答案】题中图的轴承部件组合设计的错误之处如下：（1）①、②处缺键连接结构。（2）③处与齿轮配合的轴段长了。（3）④处安装半联轴器，轴上少定位轴肩。（4）⑤处轴承端盖与轴颈间无间隙，无密封件。（5）⑥处机体上加工表面与非加工表面没区分开。（6）⑦处轴承端盖上无退刀槽，机体上轴承座孔上无倒角。（7）⑧处少为减少加工面设计的凹坑。（8）⑨处轴颈太长。（9）⑩处轴上无轴肩。（10）⑪处少挡油板。（11）⑫处少调整垫片。（12）⑬处转动的半联轴器与固定不动的轴承端盖接触了。（13）⑭处套筒太厚了，不能满足轴承的安装尺寸要求。（14）⑮处轴承端盖内壁无起模斜度。（15）⑯处齿轮两端面相对于机体内壁的距离不相等。正确结构如下图所示。考研专业课精品资料第27页，共49页图考研专业课精品资料第28页，共49页2020年北京工业大学机械工程与应用电子技术学院机械设计基础考研复试仿真模拟五套题（四）说明：严格按照本科目最新复试题型和难度出题，共五套全仿真模拟试题含答案解析，复试首选。一、简答题1．试指出普通螺栓连接、双头螺柱连接和螺钉连接的结构特点，以及各用在什么场合。【答案】结构特点:普通螺栓连接在被连接件上制出通孔，螺栓一端配有螺母；双头螺柱连接在被连接件之一制出通孔，另一件（较厚件）上制出螺纹孔（盲孔），螺柱一端配有螺母；螺钉连接适用于被连接件可以开通孔，另一件（较厚件）上制出螺纹孔（盲孔），不需螺母。应用场合:普通螺栓连接适用于被连接件可以开通孔的场合；双头螺柱连接和螺钉连接适用于被连接件之一较厚，不宜制作通孔的场合；双头螺柱连接与螺钉连接相比，前者适用于经常拆卸的场合，而后者适用于不需要经常拆卸的场合。2．如图1所示的凸轮机构，其凸轮廓线的AB段是以C为圆心的一段圆弧。试求：（1）写出基圆半径的表达式；（2）在图中标出图示位置时凸轮的转角、推杆位移s、机构的压力角。图1【答案】（1）基圆半径的表达式为；（2）图示位置时凸轮的转角、推杆位移s、机构的压力角如图2所示。考研专业课精品资料第29页，共49页图23．计算下图所示对称八杆机构的自由度，已知AB=BC=CD=DA。对称八杆机构图【答案】由于该机构中AB平行且等于CD，因此，ABCD为平行四边形，也即A点与D点间的距离始终保持不变（或者说，B点与C点间的距离始终保持不变），故杆4及与其相连的两个转动副产生一个虚约束，所以可将杆4去掉，如下图所示。这样，该机构的活动构件数n=7。又因B、C两处均是复合铰链，所以PL=10，PH=0。该机构n=7，PL=10，PH=0，所以，该机构的自由度为考研专业课精品资料第30页，共49页图4．如图1所示为一摆动推杆盘形凸轮机构。设已知机构各部分（包括轴颈）的几何尺寸及作用于推杆上的生产阻力，又知各运动副中的摩擦系数和摩擦圆半径，如果不计各构件的重量及惯性力。试用图解法确定：（1）各运动副中的反力；（2）需加于凸轮轴上的平衡力矩；（3）该机构的机械效率。图1【答案】（1）各运动副中的总反力作用线位置与方向如图2（a）所示，以构件2为示力体，作力三角形，即可求出各运动副中的反力。（2）需加在凸轮轴上的平衡力偶矩为，由图可得，所以（逆时针方向）（3）理想情况下，各运动副的总反力作用线如图2（a）所示，作力三角形，求得考研专业课精品资料第31页，共49页图2所以，机构的效率为5．刚性联轴器和挠性联轴器的区别是什么？【答案】刚性联轴器适用于两轴能严格对中，并在工作中不发生相对位移的场合；挠性联轴器适用于两轴有偏斜（可分为同轴线、平行轴线和相交轴线）或在工作中有相对位移（可分为轴向位移、径向位移、角位移和综合位移）的场合。6．计算如下图所示机构的自由度（若存在局部自由度、复合铰链、虚约束，请指出）。图【答案】C为复合铰链；计算机构的自由度为：二、分析计算题考研专业课精品资料第32页，共49页7．如图所示，用8个M24（d1=20.752mm）的普通螺栓连接的钢制液压油缸，螺栓材料的许用应力，液压油缸的直径D=200mm，为满足紧密性要求，剩余预紧力，试求油缸内许用的最大压强户Pmax。图液压油缸【答案】（1）根据强度条件求出单个螺栓的最大许用拉力F0。（2）再求许用工作载荷F。根据解得依题意由2.6F=20814N，解得F=8005N。汽缸许用载荷根据解得8．根据工作条件决定在轴的两端背靠背地安装两个角接触球轴承（如下图）。设作用在轴上的轴向负荷=1000N，轴承所受的径向负荷R1=1200N，R2=2400N，轴径直径d=35mm，轴承转速n=960r/min，运转中有中度冲击载荷，常温下工作，预期计算寿命。试选择其轴承型号。（提示：由于外加轴向负荷已接近R1，故暂选接触角较大的AC型（）轴承。S=0.7R；e=0.68；A/R≤e，X=l，Y=0；A/R>e，X=0.41，Y=0.87）附:7207AC型轴承的。图考研专业课精品资料第33页，共49页【答案】如下图所示。图（1）求S:.（2）求A:所以所以①求：由于，故按计算。②计算：故选7207AC型轴承是合适的。9．刚体从位置转动到位置，刚体顺时针转动了30°，参考点在两个位置的坐标分别是，已知固定铰链为。（1）求由位置到位置的刚体位移矩阵。（2）求由位置到位置刚体的转动极。（3）列出设计铰接四杆机构实现此导引动作的约東方程，并優明求解步骤。【答案】（1）考研专业课精品资料第34页，共49页（2）极点是不动的，刚体运动前后坐标相同，则解得（3）设动铰链为，机构运动过程中动铰链到定铰链的距离不变，则将式（3）、（4）代入式（1）、（2），可得两个非线性方程，有4个未知量、、、，所以有无穷解。可以初步选定其中两个参量，然后解方程组，求出另外两个未知量。但这样解出来的结果也可能会出现不满足实际要求，还要对机构迸行检验。因而图解法求解这类问题就比较直观，但别忘了也要对机构迸行检验。（1）任选一点，作垂线，以为对称线，作，得的两极限位置、，且保证线段，由几何关系可知。（2）在下方作与距离为的水平纖，根据已知条件：，找到、。（3）根据已知条件，我到、。（4）作，以为圆心、为半径画圆，交下方与距离为的水平线于点，则。（5）量得，根据及比例尺求得适当增大曲柄长度（其他条件均不变）可增大急回系数。要注意判定增大曲柄后它还能不能整周转动。改变连杆、机架、摇杆的尺寸对急回系数都会有影响，这里不作讨论。10．图示一螺栓联接，螺栓分布于被联接零件1的对称平面0—0相距200mm处，上、下各两个，作用于被联接零件1上的载荷P=4000N，方向如图所示。设计时应使联接可靠，试求受最大载荷作用的螺栓所受的总的轴向载荷F0。附:结合面间的摩擦系数；可靠性系数=1.2；螺栓联接的相对刚度系数C1/（C1+C2）=0.3；根据被联接零件结合面间的紧密程度要求，应使剩余预紧力。考研专业课精品资料第35页，共49页图【答案】水平力：PH=P×sin30°=4000×sin30°=2000N铅垂力：翻转力矩:M=Pv×180=3464×180=623520N•mm单个螺栓所受轴向外力为：单个螺栓所受轴向外力最大值为：F=FH+FM=50O+779.4=1279.4N在Pv作用下，结合面间不致产生滑移所需施加的预紧力为：在F作用下，结合面不致产生分离所需施加的预紧力为：故取：所以考研专业课精品资料第36页，共49页11．如下图所示为一直动从动件盘形凸轮机构，若已知凸轮顺时针转动，基圆半径，从动件的运动规律，为使道计出的凸轮桃构受力状态良好，试结合凸轮机构压力角的计算公式说明应采取题图中的哪种方案？图【答案】图（a）采用对心直动从动件，当凸轮的转角为时，过从动件与凸轮的接触点B作法线痛，与过凸轮的轴心与导路垂直的水平线交于P点，根据凸轮机构压力角的定义知为凸轮机构在图示位置时的压力角，则图（b）釆用偏置直动从动件，取适当的偏距e，并使从动件偏于凸轮轴心左侧，则当凸轮转过角时，有图（c）采用偏置直动从动件，且从动件偏于凸轮轴心右侧，当凸轮转过角时，有比较上述三种情况可知，当凸轮顺时针方向旋转时，釆用适当的偏距亡且使从动件偏于凸轮轴心的左侧，即题图中（b）所示方案，可便推程压力角减小，从而改善了凸轮机构的受力情况，但是应当注意回程的压力角的计算公式中e前将取正号，因而使得回程压力角增大，但由于回程的许用压力角较大，故对机构的受力影晌不大。三、结构设计与改错题12．图示为带传动的张紧方案，试指出其不合理之处，并改正。（a）平带传动、（b）V带传动考研专业课精品资料第37页，共49页图【答案】应逆时针转动较好，使松边在上。图a方案中应使张紧轮放在松边外侧，靠近小轮，以增大小轮包角；图b方案中应使张紧轮放在松边内侧，避免带双向弯曲，并靠近大轮。13．分析如下图所示轴系结构设计的错误基础上，并画出正确的结构图。（允许只画轴线以上部分）注：齿轮采用油润滑，轴承采用脂润滑。图【答案】正确结构图如下图所示。图考研专业课精品资料第38页，共49页2020年北京工业大学机械工程与应用电子技术学院机械设计基础考研复试仿真模拟五套题（五）说明：严格按照本科目最新复试题型和难度出题，共五套全仿真模拟试题含答案解析，复试首选。一、简答题1．有一圆截面轴，材料为45号钢，正火处理，，承受转矩，试按转矩求轴的直径。【答案】按强度要求，应使得轴的直径为圆整后可取。2．下图1所示两个机构均有一个原动件。（1）计算该机构的自由度，并判断机构的运动是否确定；（2）取哪一个构件为原动件，该机构可成为Ⅱ级机构？（3）取哪一个构件为原动件，该机构可成为Ⅲ级机构？将此机构分解成基本杆组。图1【答案】（1）①图1机构运动构件数目为n=5，低副数目为PL=7，高副数目为PH=0，自由度F=1=原动件数目，其运动是确定的。②取构件4或构件5为原动件，该机构可成为Ⅱ级机构，如下图2所示。图2③取构件1为原动件，该机构可成为Ⅲ级机构，如下图3所示。考研专业课精品资料第39页，共49页图33．制动器什么情况下采用常闭式为宜？什么情况下采用常开式为宜？【答案】按工作状态分，有常闭式制动器和常开式制动器。常闭式制动器经常处于紧闸状态，施加外力时才能解除制动（例如起重机用制动器）；常开式制动器经常处于松开状态，施加外力时才能制动（例如车辆用制动器）。4．带传动弹性滑动是如何产生的？它和打滑有什么区别？能否通过正确设计来消除弹性滑动?它们各自对传动产生什么影响？打滑首先发生在哪个带轮上？为什么？【答案】胶带具有弹性，受拉后将产生弹性伸长，且带的变形量，因为，所以，带绕过主动轮时，伸长量将逐渐减小并沿轮面滑动，而使带的速度落后于主动轮的圆周速度。绕过从动轮时，带将逐渐伸长，也会沿轮面滑动，不过在这里是带速超前于从动轮的圆周速度。这种由于材料的弹性变形而产生的滑动称为弹性滑动。弹性滑动是由带的松、紧边拉力差造成弹性伸长量变化产生的带与轮之间的相对滑动，而打滑却是由于过载而产生带与轮之间的相对滑动。只要传递载荷，就有松、紧力拉力差，所以弹性滑动是带传动正常工作时固有的特性，不可避免。弹性滑动对传动的影响:①从动轮的圆周速度总是落后于主动轮的圆周速度，传动比不准确；②损失一部分能量。打滑的影响:打滑造成带的严重磨损，并使带的运动处于不稳定状态，使传动失效。因为带在大轮上的包角大于小轮上的包角，所以一般来说，打滑总是在小轮上先开始。5．在设计齿轮传动选择齿数时，应考虑哪些因素？【答案】（1），以避免产生根切；（2）在m不变的情况下，z太多，结构太大；（3）为考虑提高接触疲劳强度，增加传动平稳性，z可取多些；（4）当a不变时，z增加，可以减小模数，降低齿高，还能减小滑动速度，减少发生磨损和胶合的可能性；（5）对开式齿轮传动，可选用较小齿数较大模数m，使轮齿增厚，齿轮耐磨。考研专业课精品资料第40页，共49页6．已知及两连架杆的两对对应角位移，如下图所示。试用图解法设计四杆机构，即确定。图1【答案】反转法如图2所示：（1）连接，绕点反转（即为），得；连接，绕点反转，得（这是以为“机架”，为“连杆”的反转）。（2）作的中垂线，其交点即为。（3）连接，并与固连，连接，构成四杆机构。在图中量得相应长度即为所求。图2半角转动法如图3所示：（1）以为顶点、为始边作一，以为顶点、为始边作一，两直线交于一点即为相对转极，相对半角为半角的始边，为终边（筒他画法中是以为“机架”，另一连架杆为3连杆”的）。（2）以为顶点、为始边作一，以为顶点、为始边作一，两直线交于一点即为相对转极;为半角的始边，为终边。考研专业课精品资料第41页，共49页图（3）绕转动半角，让终边通过点;绕转动半角，让终边通过点，半角的始边与半角的始边交于一点，即为动铰链。⑷连接、，并与固连，连接，构成四杆机构。在图中量得相应长度即为所求。二、分析计算题7．图1所示的直动平底推杆盘形凸轮机构，凸轮为r=300mm的偏心圆，A0=200mm。求：（1）基圆半径和升程h（2）推程运动角、回程运动角、远休止角和近休止角；（3）凸轮机构的最大压力角和最小压力角；（4）推杆的位移s、速度和加速度a的方程式；（5）若凸轮以匀速转动，当成水平位置时推杆的速度。图1【答案】（1）如图2所示，连接OA，并延长与凸轮轮廓交于C点，AC长度即为凸轮的基圆半径，其值为考研专业课精品资料第42页，共49页图2（2）连接AO，并延长与凸轮轮廓交于D点。当凸轮处在C点位于A点正上方时，推杆处于最低位置，当凸轮运动至D点位于A点正上方时，推杆处于最高位置，所以（3）由于推杆的运动方向与凸轮的受力方向的夹角始终为0，所以（4）设AO连线与水平线的夹角为凸轮的转角，则推杆的位移为因而推杆的速度为推杆的加速度为（5）当AO成水平位置时，或，此时或8．如图所示凸轮机构中，已知凸轮的半径R=200mm，距离，从动杆的质量m2=20kg及凸轮的角速度。当OA线在水平的位置时，求从动杆的惯性力。考研专业课精品资料第43页，共49页图【答案】对高副机构进行运动分析。其中:。取画速度多边形如图（a）所示，得又根据重合点加速度关系其中:，取，作加速度多边形如图（b）所示，得，因此惯性力。图（a）图（b）考研专业课精品资料第44页，共49页9．有一轴部件，其轴承为向心角接触球轴承，安装形式及尺寸关系如下图所示。己知Fr=1000N，Fa=100N，轴承内部轴向力FS=0.7FR，径向动载荷系数及轴向动载荷系数分别为X=0.5，Y=1，轴承的基本额定动载荷C=11.2KN,温度系数f1=1，载荷系数fp=1，试求每个轴承的当量动载荷及轴承的基本额定寿命。图【答案】（1）受力分析如下图所示：图Fr=Fr1+Fr2以轴承一为支点Fr·200=Fr2·500解得Fr1=600N，Fr2=400N（2）计算派生轴向力S1＝0.7Fr1＝0.7*600＝420NS2＝0.7Fr2＝0.7*400＝280N（3）判断S1与S2+Fa的大小S2+Fa=280N+100N=380N<S1考研专业课精品资料第45页，共49页轴承“2”被压紧，轴承“1”放松（4）计算轴向力Fa1=420NFa2=Fa-S1=320N（5）计算当量动载荷P1=fp（X×Fr1+Y×Fa1）=0.5×600+1×420=720NP2=fp（X×Fr2+Y×Fa2）=0.5×400+1×320=520NP1>P2，取P1=720N（6）计算轴承寿命10．下图（a）所示为一齿轮机构与余弦机构组合的平面六杆机构，已知齿轮1的齿数z1=24，转动惯量J1=0.08kg·m2，角速度的平均值；齿轮2的齿数z2=52，转动惯量J2=0.15kg·m2；齿轮2上的C点到转动中心B点的距离b2=0.200m，滑块3及其销轴的质量m3=40kg，滑块4的质量m4=120kg。当滑块4的速度时，工作阻力F1=3000N；当滑块4的速度，设驱动力矩为常数。试求：（1）机构以齿轮1的角位移为等效构件角位移的等效转动惯量；（2）求驱动力矩；（3）求等效力矩；（4）求最大盈亏功；（5）无飞轮时，求齿轮1的速度波动不均匀系数；（6）有飞轮时，设，求齿轮1的速度波动不均匀系数。【答案】（1）计算等效转动惯量：由得，，的变化区间分别为（2）计算驱动力矩：考研专业课精品资料第46页，共49页当时，工作阻力做负功，此时，；当时，工作阻力Fr=0，无负载功，此时，。设齿轮2上的驱动力矩为M2，则由得M2为M2的平均值M2P为由，，，得齿轮1上的驱动力矩MdlMdl在一个周期内的平均值为（3）计算等效力矩Mel，如下图（b）所示：工作阻力Fr转化到齿轮1上的等效阻力矩Mel为齿轮1上的等效力矩Mel为（4）求最大盈亏功：在区间内，等效力矩Mel所做的功W1为在区间内，等效力矩Mel所做的功W2为令功的初始值为零，，，最大盈亏功为（5）求速度波动的不均匀系数：考研专业课精品资料第47页，共49页无飞轮时，曲柄1的速度波动不均匀系数为有飞轮时，曲柄1的速度波动不均匀系数为11．一对标准的渐开线直齿圆柱齿轮传动，已知z1=17，z2=42，，m=5mm，，。若将中心距加大至刚好连续传动，试求此时的啮合角，节圆直径，，中心距，两分度圆分离距离，轮齿径向间隙c。试问此时是否为无侧隙啮合？若不是，啮合节圆上的侧隙为多少？【答案】（1）求啮合角。因为所以显然，要求出啮合角，还必须先求出两轮的齿顶圆压力角。因为所以两轮的齿顶圆压力角为故啮合角为（2）求实际中心距和节圆直径、分别为.因为所以考研专业课精品资料第48页，共49页（3）求分度圆分离距离及轮齿径向间隙c。分离距离为.因为标准安装时，顶隙为标准值，所以实际安装时，其径向间隙应等于标准顶隙加上分度圆分离距离。顶隙为（4）此时两齿轮不是无侧隙啮合，是有侧隙啮合，其侧隙为三、结构设计与改错题12．图示减速器输出轴，齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。指出其中的结构错误，并说明原因。（指出5处即可）图【答案】错误1：键轴上两个键槽不在同一母线上；错误2：左轴承盖与轴直接接触；错误3：左轴承盖与箱体无调整密封垫片；错误4：轴套超过轴承内圈的定位高度；错误5：齿轮所处轴段长度过长，出规过定位，齿轮定位不可靠；错误6：键顶部与轮毂接触；错误7：无挡油盘；错误8：两轴承盖的端面处应减少加工面。考研专业课精品资料第49页，共49页13．改正如图1所示轴系结构中的错误，要求画出此轴系的正确装配图。图1【答案】正确装配如图2所示。解图2