n1 − n6 zz 36 × 70 35 H i14 = = − 3 4 = = − n4 − n6 z1 z3′ 18 × 24 6
（3 分）
（2）
将式（1）代入式（2）解得：
i16 = n1 41 = − n6 29
（2 分）
6
（3）
由蜗杆 6 和蜗轮 7 组成定轴轮系有：
i= 67 n6 z7 58 = = = 29 （2 分） n7 z6 2
哈尔滨工业大学
硕士研究生入学考试试题答案
机械制造及其自动化、机械电子工程
考试科目：_机械设计基础__ 考试科目代码：[ 839 ]
报考专业：__________________ 机械设计及理论、航空宇航制造工程
一 填空题（每空 1 分，共 20 分） 1. 螺纹连接和螺旋传动的设计中螺纹工作圈数不宜超过 10 圈是为了避免螺 纹牙上载荷分布不均的现象。 2. 在近乎水平布置的带传动中应将松边放在上侧是为了 增大传动包角 。
2. 某凸缘联轴器分别采用普通螺栓和铰制孔用螺栓连接两个半联轴器，试选
10
择螺栓类型补充完成螺栓连接处结构图（8 分） ； 上）
（请将图画在答题纸
评分标准： 结构如下图 左图采用普通螺栓 2 分，被连接件通孔 1 分，其它螺纹结构要素 1 分 右图采用铰制孔螺栓 2 分，被连接件配合孔 1 分，其它螺纹结构要素 1 分
答：齿宽系数大时，齿面接触应力和齿根弯曲应力都减小，承载能力提高； （2 分） 但载荷沿齿向分布不均匀（1 分） 。根据齿轮布置位置和齿面软硬程 度选取。 （2 分）
三、
四、解： 由曲柄存在条件可知：
4
(3 分) 令 时，可求得
LAD=312.48mm
（2 分）
而对应此杆长，最大传动角（钝角情况）为 可见符合要求 令
效率最高，梯形螺纹次之，普通螺纹传动效率最低。
2. 简述普通 V 带传动中单根普通 V 带所能传递的基本额定功率 P0 的意义及 影响其数值的主要因素。 （5 分） 答：带既不打滑又有一定疲劳强度条件下，在载荷平稳、特定带长、传动比 为 1，特定强化层条件下单根 V 所能带传递的功率为基本额定功率。 （2 分） 影响主要因素包括带的型号（1 分） ，带的速度（1 分） ，带轮直径（1 分）等。
2
3. 下图所示为齿轮传动布置的两种方案，已知转矩由 T1 处输入。试分析两种 方案哪种方案布置更合理并给出理由。 （5 分）
（a）
(b)
答： （a）更合理（2 分） 。轴的弯曲变形和扭转变形的综合作用可使载荷分布 不均匀状况得到改善，降低齿向载荷分布系数。 （3 分）
4. 如下图所示直齿圆柱齿轮齿根弯曲应力计算力学模型，试推导齿根弯曲疲 劳强度校核计算公式并说明公式中主要系数的物理意义。 （5 分）
= J Fo
∆W max
δωm
2
(kg ⋅ m 2 )； − J 0= 127.5
ω3 2 J= ( ) 0.95 (kg ⋅ m 2 ) FA ω1
（2 分） （1 分）
= P 3. 1
M = w 2364(w ) d m
九．分析计算题 （15 分） 如下图所示，某轴系部件由 7210 AC 型轴承支撑，轴承所受径向载荷分别为 Fr1= 3000 N，Fr2= 4000 N，传动件作用到轴上的轴向载荷为 Fa=3300 N。两端 轴承端盖均采用 M6 普通螺栓连接，螺栓数量为 Z=6，连接螺栓中心圆直径为 D=120 mm，初始预紧力为 F′=1500 N，被连接件刚度为连接螺栓刚度 2 倍。 连接螺栓的许用应力为[σ]=100 MPa。 1）计算分析所用连接螺栓强度是否满足要求。 2）分析可否将连接螺栓预紧力降为 F′=500 N。 3）计算滚动轴承 1 的当量动载荷。
十 结构设计题（共 20 分）
9
1. 某传动中间轴系采用一端游动一端固定结构，已知固定端和游动端支承均 采用深沟球轴承，试完成相应轴系结构设计。省略中间传动件结构（12 分） 。 （请将图画在答题纸上）
正确答案如下图： （15—20 分钟）
采分点： 固定端轴承轴肩与端盖固定：2 分 ； 固定端圆螺母与轴承座挡边固定： 4 分； 游动端轴承两点固定和游动间隙：2 分； 两端轴承端盖结构：2 分； 轴承游隙调整：2 分。
（4）
由式（3）和式（4）解得： i17 =
n1 = −41 n7
（1 分） （2 分）
轮 7 的转向采用左手定则确定为顺时针转向
八、解：由于忽略所有活动构件的质量和转动惯量， J FA = 公式中， J 0 =0；电机轴的角速度为：
= ω1 2π n1 = 60 145 π； 3
′ z1z2 = z2z3 25 π 6
1
准则是维持边界摩擦状态。 10. 润滑油的动力粘度的单位是 Pa.S 或 N.s/m2 , 其物理意义为使长宽高各为 1m 的流体顶面流层相对底面流层产生 1m/s 的运动速度，所需要的外力为 1N 时，流体的粘度为 1 N.s/m2 。
二．简答题 （每题 5 分，共 25 分） 1. 试根据螺纹牙型分析比较普通螺纹、矩形螺纹和梯形螺纹的自锁性能及传 动效率的高低。 （5 分） 答：普通螺纹牙型角 60 度，牙侧角 30 度；梯形螺纹牙型角 30 度，牙侧角 15 度；矩形螺纹牙型角和牙侧角均为 0 度。 （1.5 分） 自锁要求为螺旋升角小于当量摩擦角。 当量摩擦系数为 f/cosβ, 则牙侧角越大当量摩擦角越大，牙型自锁能力越高。 故普通螺纹自锁性能最好，矩形螺纹自锁性能最差。 传动效率 ，牙侧角越大传动效率越高，故矩形螺纹
7. 滚动轴承的基本代号包括 类型代号 、 尺寸系列代号和内径代号 三部分。 答案无顺序 8. 滚动轴承的设计计算准则中对于转动的滚动轴承主要进行寿命计算，对于 不转动、低速或摆动的轴承，主要是进行静强度计算。 9. 按照摩擦状态的分类，非液体摩擦滑动轴承一般工作在混合摩擦状态下， 其主要失效形式是磨损，严重是也发生胶合；非液体摩擦滑动轴承的设计
C
d
5
六、
、5 和 4 - 4′ 组成的定轴轮系有： 七、解： 由 1（ 1′ ）
3′
1′
3 2
4′
7
n1
1 4
6
5
n1 z 80 = − 4′ = − = −1 i14 = n4 z1′ 80 从而有： n4 = −n1
（3 分） （1）
（1 分） i14 的符号由画箭头方法确定。 由齿轮 1、2、3- 3′ 、4 和系杆 6 组成差动轮系有：
288.1 (N ⋅ m )
= M r2
P ωmax
2 =
27.4(N ⋅ m )
（3 分）
= Md
M r1 ×
4π 2π + M r2 × + 3 3 = 2π
201.2 (N ⋅ m )
∆W max = (M r 1 − M d ) ×
4π = 1092.2 (N ⋅ m ) 3
7
2. J FA=
11
3
答：
（2 分） YF-齿形系数，反映轮齿几何形状的影响； （1 分） YS 应力修正系数，考虑过渡圆角处应力集中和其它应力影响； （1 分） Yε-重合度系数，考虑载荷作用位置和重合度影响。 （1 分） 5. 简述齿轮传动强度计算中齿宽系数对齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强 度的影响及如何选择齿宽系数。 （5 分）
3. 普通 V 带传动中带的型号可根据 设计功率 和 小带轮转速 由选型图中 选取。 4. 普通 V 带传动中 V 带两侧面的夹角与 V 带轮槽角二者中带侧面夹角更大。 5. 斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件包括 法面模数相等 、 法面分度圆压力 角相等 和 螺旋角相等且旋向相反（字母表示也可）答案无顺序 6. 某轴与轮毂采用 A 型普通平键连接，键的剖面尺寸 b×h 按 由标准中选定，键的公称长度为 L，则实际键的工作长度为 。 轴的直径 L-b 。
8
解： 轴承内部轴向力 Fs1=0.7×Fr1=0.7×3000=2100 N, 方向向右； (2 分) Fs2=0.7×Fr2=0.7×4000=2800 N, 方向向左；(2 分) 轴承承受轴向力 Fa1=Fs1=2100N, Fa2= Fs1+FA= 2100+3300=5400 N (1.5 分) (1.5 分)
∆W max
2 δωm
− J0， （1 分）
ω ω ω1 = = 3 m
（2 分）
ωm =
δ =
ωmax + ωmin
2
ωmax − ωmin ωm
ωmax = 1.025ωm
ωmin = 0.975ωm
= M r1
（3 分）
P ωmin
1 =
3.677 × 1000 = 25 π 0.975 × 6 0.3677 × 1000 = 25 π 1.02D=363.52mm
(2 分)
而对应此杆长，最小传动角为
符合要求 所以 （2 分） （1 分）
五、解：
(1) 基圆半径的表达式为 r0= R + r ，基圆见图； （3 分） （2）如图所示； （6 分） （3） v = dω ，方向向上。 （3 分）
e
r
s
A R
α
d
B
ω
O
r
左侧螺栓承受的总轴向工作载荷为 F1=2100N, 右侧螺栓承受的总轴向工 作载荷为 F2=5400 N. 按照右侧螺栓设计。 右侧螺栓承受总工作拉力 F0=F’+Cb/(Cb+Cm)*（F2/Z）=1500+5400/3/6=1800 N (2 分) 螺栓小径为 =[ 4×1.3×1800/(3.14×100)]1/2=5.46 mm 故采用 M8 螺栓连接强度能够满足要求。 2） F’’=F’-Cm/(Cb+Cm)*F2=500-5400*2/3/6=500-600=-100 不能将连接螺栓预紧力降到 500N. 3) Fa1/Fr1=2100/3000=0.7>e=0.68 P1=XFr1+YFa1=0.41×3000+0.87×2100= (1.5 分) (1.5 分) (2 分) (1 分)