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1
目录
I 考查目标........................................................................................ 2
II 考试形式和试卷结构 ..................................................................2
III 考查内容及参考书..................................................................... 2
IV. 题型示例及参考答案.................................................................6
2
全国硕士研究生入学统一考试机械设计考试大纲
I 考查目标
机械设计是机械类、近机类专业中培养学生机械设计能力一门重要的技术基础课程。考
生应系统复习本课程考试内容，除学习和掌握通用零部件设计的基础理论外，也要对各种零
件的类型、特点、适用场合及工作原理、零件的失效形式、设计准则、零件的受力分析、设
计计算（即承载能力计算）、主要参数选择、常用材料及结构设计等各个方面了解和掌握。
试卷覆盖面广，涉及考试内容的各个方面。复习时既要重视分析计算，也要注重结构设计。
II 考试形式和试卷结构
一、试卷满分及考试时间
试卷满分为 150 分，考试时间 180 分钟。
二、答题方式
答题方式为闭卷、笔试。允许使用计算器，但不得使用带有公式和文本存储功能的计算器。
三、试卷内容与题型结构
通常有以下几种题型：
填空题 15 题，每小题 1 分，共 15 分
选择题 10 题，每小题 2 分，共 20 分
简答题 5 题，每小题 7 分，共 35 分
计算与分析题 4 题，每小题 10-20 分，共 60 分
结构设计与改错题 1 题，每小题 20 分，共 20 分
（说明：以上题型及分值分配仅作参考，根据需要可作调整）
III 考查内容及参考书
第一章 机械设计概论
1 教学内容
（1）机械设计基本方法；
（2）现代设计方法简介；
（3）标准化、通用化、系列化。
2 基本要求
了解机械设计的基本要求：机器设计的基本要求、机械零件设计的基本要求；了解机
械
设计的方法与一般步骤；了解现代常用设计方法；了解机械设计的“三化”：标准化、通
用化、系列化。
第二章 机械零件的强度
1 教学内容
（1）材料的疲劳特性；
（2）机械零件的疲劳强度计算；
（3）机械零件的接触强度。
2 基本要求
掌握疲劳曲线及其方程、极限应力线图及机械零件的疲劳强度计算，了解机械零件的
3
接触强度。
第三章 摩擦、磨损和润滑
1 教学内容
（1）摩擦；
（2）磨损；
（3）润滑；
（4）流体润滑原理简介。
2 基本要求
了解摩擦、磨损和润滑的基本知识，掌握摩擦磨损分类和磨损过程，掌握流体动力润滑
与弹性流体动力润滑的联系及区别。
第四章 螺纹联接和螺旋传动
1 教学内容
（1）螺纹；
（2）螺纹副受力分析、效率和自锁；
（3）螺纹联接的类型和标准连接件；
（4）螺纹联接的强度计算；
（5）螺栓组联接的力分析；
（6）螺纹联接的结构设计及应注意问题；
（7）螺旋传动。
2 基本要求
了解螺纹联接的基本类型、特点及应用场合，掌握螺栓组连接的设计以及螺纹连接的强
度计算，了解螺纹连接预紧和防松的目的和方法，了解提高螺纹连接强度的常用措施，了解
螺旋传动的设计方法。
第五章 键、花键联接及其他联接
1 教学内容
（1）键、花键联接；
（2）销连接；
（3）成型联接；
（4）涨紧联接；
（5）过盈联接。
2 基本要求
了解键联接、花键联接、销联接、成型联接、涨紧联接与过盈联接的类型、特点及应用
场合，掌握平键联接的失效形式、设计准则及强度计算。
第六章 带传动
1 教学内容
（1）概述：带传动的工作原理、特点和主要型式；
（2）带传动工作情况分析：受力分析、应力分析、弹性滑动、打滑及传动比；
（3）V带传动的设计计算；
（4）带传动结构设计；
（5）其它带传动简介。
4
2 基本要求
了解带传动的工作原理、特点和主要型式，Ｖ带轮设计、Ｖ带传动的张紧装置和带传动
的维护；掌握带的受力分析、应力分析、带传动的弹性滑动、打滑、传动比计算以及V带传
动的设计计算。
第七章 链传动
1 教学内容
（1）概述:链传动的特点及应用； 传动链的结构特点；
（2）滚子链轮的结构和材料；
（3）链传动工作情况分析：链传动的运动特性：运动不均匀性和动载荷；链传动的受
力分析；
（4）滚子链传动的设计计算：主要参数及其选择；
（5）链传动的布置、张紧和润滑。
2 基本要求
了解链传动的特点、链和链轮结构，掌握链传动的运动特性、主要参数选择和设计计算，
了解链传动的使用维护。
第八章 齿轮传动
1 教学内容
（1）概述：齿轮传动的应用和种类；
（2）齿轮传动的失效形式及设计准则；
（3）齿轮的材料及选择原则；
（4）齿轮传动的计算载荷；
（5）标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算；
（6）标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算；
（7）标准直齿锥齿轮传动的强度计算；
（8）齿轮传动的效率与润滑；
（9）齿轮结构；
（10）其它齿轮传动简介。
2 基本要求
了解齿轮传动的特点、类型和齿轮材料的选择；掌握齿轮传动的失效形式及设计准则；
掌握标准直齿圆柱齿轮、标准斜齿圆柱齿轮及标准锥齿轮的受力分析和强度计算。
第九章 蜗杆传动
1 教学内容
（1）概述：蜗杆传动的类型；
（2）普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算；
（3）普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算；
（4）普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算；
（5）蜗杆和蜗轮的材料及结构。
2 基本要求
了解蜗杆传动的特点和类型，掌握圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算，了解蜗杆
传动的热平衡计算，了解蜗杆和蜗轮的材料及结构，掌握蜗杆传动的受力分析和强度计算特
点。
5
第十章 轴
1 教学内容
（1）概述：轴的分类和常用材料；
（2）轴的结构设计；
（3）轴的设计计算。
2 基本要求
了解轴的类型及其常用材料，掌握轴的结构设计，掌握轴的强度和刚度计算。
第十一章 滚动轴承
1 教学内容
（1）概述：滚动轴承的结构和特点；
（2）滚动轴承的主要类型及代号；
（3）滚动轴承的载荷及应力；
（4）滚动轴承尺寸的选择：滚动轴承的寿命计算；
（5）滚动轴承装置的组合结构设计。
2 基本要求
了解滚动轴承的结构和特点，掌握滚动轴承的主要类型、常用代号及主要类型选择，掌
握滚动轴承的失效形式及寿命计算，掌握滚动轴承装置的设计。
第十二章 滑动轴承
1 教学内容
（1）概述；
（2）径向滑动轴承的结构；
（3）滑动轴承材料及润滑；
（4）非液体润滑滑动轴承的设计计算；
（5）流体动力润滑径向滑动轴承设计计算；
（6）其他型式滑动轴承简介。
2 基本要求
了解滑动轴承的特点、结构形式和轴瓦的结构及材料，了解润滑剂种类和润滑装置类型，
掌握非液体润滑滑动轴承、流体动力润滑径向滑动轴承的设计计算。
第十三章 联轴器和离合器
1 教学内容
（1）联轴器的种类、特性；
（2）联轴器选择及应用实例；
（3）离合器。
2 基本要求
了解连轴器、离合器和制动器的基本类型及选用。
第十四章 弹簧
1 教学内容
（1）概述；
（2）弹簧的材料、许用应力及制造；
6
（3）圆柱螺旋弹簧的设计计算。
2 基本要求
了解连常用弹簧的基本类型、材料、设计及选用。
参考书：
《机械原理与设计》（下册），马履中. 机械工业出版社，2009.
《机械设计》（第八版），濮良贵. 高等教育出版社，2006.
IV. 题型示例及参考答案
一．填空题
1．在基本额定动载荷C作用下，滚动轴承工作 转而不发生点蚀失效，其可靠度为90%。
2．在圆柱齿轮传动中，齿轮直径不变而减小模数 m，使轮齿的弯曲强度 、接触强
度 及传动的工作平稳性 。
3．有一普通圆柱蜗杆传动，已知蜗杆头数 Z1＝1，蜗杆轮齿的螺旋线方向为右旋，其分度
圆柱上导程角 ＝50
42＇38＇＇，蜗轮齿数Ｚ2＝45，模数 m＝8mm，压力角t＝200
，传动中
心距 a＝220mm，则传动比 i＝ ，蜗杆直径系数 q＝ ，蜗杆分度圆柱直径 d1
＝ mm，蜗轮螺旋角＝ 。
4．普通Ｖ带传动中，已知预紧力 F0＝2500N，传递圆周力 Fe=800N，若不计带的离心力，
则工作时，紧边拉力 F1＝ ，松边拉力 F2＝ 。
5．链轮的转速 ，节距 ，齿数越少，则链传动的动载荷就越大。
6．当轴上零件需在轴上作距离较短的相对滑动且传递转矩不大时，应选用 键连接，
当轴上零件需在轴上作距离较长的相对滑动，应选用 键连接。
7．某受预紧力 F0 和轴向工作拉力 F 的紧螺栓连接，如果螺栓和被连接件刚度相等，预紧力
F0＝8000N，在保证接合面不产生缝隙的条件下，允许的最大工作拉力 F＝ N。
二．选择题
1．在绘制零件极限应力的简化线图时，所必需的已知数据有 。
A． -1 0 K ψ σ B．-1 S K ψ σ
C． -1 S K D．-1 S 0 ψ σ
2．采用普通螺栓连接的凸缘联轴器，在传递转矩时， 。
A. 螺栓的横截面受剪切 B. 螺栓与螺栓孔配合面受挤压
C. 螺栓同时受剪切与挤压 D. 螺栓受拉伸与扭转作用
3．由试验知，有效应力集中、绝对尺寸和表面状态只影响零件的 。
7
A．应力幅a B．平均应力m；
C．应力幅和平均应力 D．最小应力min
4．蜗轮轮齿常用材料是 。
A. 40Cr B．GCrl5
C．ZCuSnl0P1 D．LYl2
5. 为了减轻摩擦副的表面疲劳磨损，下列措施中不合理的是 。
A．降低表面粗糙度 B. 增大润滑油粘度
C. 提高表面硬度 D. 提高相对滑动速度
6．螺旋副在摩擦系数一定时，螺纹的牙型角越大，则 。
A.当量摩擦系数越小，自锁性能越好 B.当量摩擦系数越小，自锁性能越差
C.当量摩擦系数越大，自锁性能越差 D.当量摩擦系数越大，自锁性能越好
7. 设计动压向心滑动轴承时，若宽径比 B/d 取得较大，则有_______。
A．轴承端泄量大，承载能力低，温度高 B．轴承端泄量小，承载能力高，温度高
C．轴承端泄量大，承载能力低，温度低 D．轴承端泄量小，承载能力高，温度低
8. 在有较大冲击和振动载荷的场合，联轴器应优先选用_______。
Ａ．夹壳联轴器 Ｂ．凸缘联轴器 Ｃ．套筒联轴器 Ｄ．弹性套柱销联轴器
9．对于受对称循环弯曲应力及剪应力的转轴，计算当量弯矩的公式 22
TMM ca
，
其中 应取 。
A． ≈0.3 B． ≈0.6 C． =1 D． ≈1.3
10．确定单根带所能传递极限功率 P0 的前提条件是 。
A．保证带不打滑 B．保证带不打滑、不弹性滑动
C．保证带不疲劳破坏 D．保证带不打滑、不疲劳破坏
三．简答题
1．带传动的弹性滑动是由于从动带轮的圆周速度与主动带轮的圆周速度不同而产生的。此
种说法是否正确?为什么?
2. 如图(a)和(b)所示的两轴上各安装一对角接触球轴承，为提高轴系刚度轴承应分别采用
正装还是反装方式好?为什么?
3．试分析下列四种摩擦副，在摩擦面间哪些摩擦副不能形成油膜压力，为什么？(v 为相对
8
运动速度，油有一定的粘度)
4.下图所示两种传动方案中，你认为哪种方案较合理？试分析并说明原因。（6 分）
a) b)
5．某套筒滚子链传动，经过一段时间使用后销轴和套筒发生了磨损，链节距也发生了变化
进而发生掉链和爬高的现象，这种现象主要发生在小链轮还是大链轮上？为什么？试问设计
时采取什么办法来纠正或改善这种状况？
四．如图所示为斜齿轮—锥齿轮—蜗杆传动系统，要求Ⅱ、Ⅲ轴上受到的轴向力抵消一部分。
试(在答题纸上重新画图解答)：
(1)合理确定斜齿轮 1、2 和蜗杆 5、蜗轮 6 的螺旋方向；
(2)分析出斜齿轮 2、锥齿轮 3、蜗轮 6 的受力情况，画出 Ft、Fa 和 Fr 的方向；
(3)标出各传动件的回转方向。
五．图示的方形盖板用四个 M12(d1＝10.106mm)的螺栓与箱体连接，位于对称中心Ｏ点处的
9
吊环受拉力 F∑，已知螺栓性能等级选用 8.8 级，屈服极限 640s
Mpa，许用安全系数
S=1.5，残余预紧力 F1＝0.6F，其中 F 为单个螺栓连接上的工作载荷。问：
(1)作用在吊环上的最大拉力 F∑多大？
(2)由于制造误差，吊环的位置由Ｏ移至Ｏ＇点，若测得ＯＯ＇＝ 5 2 mm，则此种情况
下吊环受拉力为 F∑时哪个螺栓连接所受的工作载荷为最大？此螺栓连接所受最大工作载荷
F 为多少？
六．有一径向滑动轴承，已知径向载荷 F＝60000N，轴承宽度 B＝120mm，轴颈直径 d＝120mm，
半径间隙＝0.060mm，轴瓦采用铅青铜，其[p]＝21～25Mpa，[v]＝12m／s，[pv]＝
30Mpa.m.s
-1
，轴颈的表面微观不平度的十点平均高度 Rz1＝0.00l6mm，轴瓦的表面微观不平
度的十点平均高度 Rz2＝0.0032mm，轴承平均温度下润滑油的粘度＝0.018Pa.s，转速 n＝
960r/min，安全系数 S=2。
试：
(1)验算此轴承是否产生过度磨损和发热；
(2)验算此轴承是否形成液体动力润滑。
附：
2 2
2
p
F F
C
dB B
， /
60 1000
nd
m s
，且 B/d=1 时有
0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.90 0.925 0.95 0.975
Cp 1.253 1.528 1.929 2.469 3.372 4.808 7.772 11.38 17.18 37.00
七. 如图示轴上反装两个圆锥滚子轴承 30209E，斜齿轮的分度圆直径ｄ＝200mm，其上作用
有圆周力 Fｔe＝2000N，径向力 Fre＝1200N，轴向力 Fae＝1000N，载荷系数 fp＝1.2。试求：
(1)两个轴承所受的径向载荷；
(2)两个轴承所受的当量动载荷；
(3) 哪个轴承的寿命较短?寿命 L10 为多大？
（已知 30209E 轴承的 67.8r
C kN ， 0
85.3 Nr
C k ）
轴承类型 派生轴
向力
Ｆd
e
F
F
r
a
e
F
F
r
a
判别系数
eX Y X Y
30209E Fr/2Y 1 0 0.4 1.5 0.4
10
八．单级斜齿圆柱齿轮减速器低速轴的轴系结构设计布局和尺寸如图示(图中比例 1：2)，
试完成该轴系的结构图（在答题纸上重新画出下图，并按照下列五项要求补充完整其结构图，
然后用序号表示出下列各要求实现之处，说明其实现方法）。要求：
1)采用双支点各单向固定，法兰式端盖，伸出端间隙密封；
2)选用一对角接触球轴承(脂润滑)正装如图示并安装在宽度为 L 的箱座上；
3)低速齿轮(油浴润滑)位于两轴承中间，半联轴器位于轴端；
4)保证轴上零件的定位、固定及轴系装拆，轴系热胀冷缩要求；
５)轴承端盖连接螺钉只画中心线。
参考答案
一．填空题
1．百万转
2．弯曲强度减小，接触强度不变，传动的工作平稳性增加
3．45，10，80mm，5
0
42＇38＇＇
4．2900N，2100N
5．高，大
6．导键，滑键
7.16000N
二．选择题
1．B 2．D 3．A 4．C 5．D 6．D 7．B 8．D 9．C 10．D
三、简答
1．不正确。带传动的弹性滑动是由于带是弹性体，工作时靠摩擦传动而使紧边、松边拉力
不等在带与带轮之间引起微量的相对运动。
2．a) 反装,锥齿轮悬臂缩短，刚度提高。ｂ）正装，齿轮相对轴承对称布置，采用正装，
11
支点距离短，刚度高。
3. a,b,d 不能，a,b 不能形成收敛油楔；d 没有一定的相对运动速度。
4．b 合理。带传动具有缓冲吸振及过载打滑保护作用，宜高速级。斜齿轮传动平稳应置于
直齿轮前。齿轮传动圆周速度高时，需要加工精度较高，否则动载荷增加。另外动力输入、
输出远离齿轮传动使轮齿轴向受力较均匀。
5．磨损后，节距变长，滚子沿大链轮外移，大链轮上易发生掉链和爬高的现象。设计时应
减小大链轮齿数，减少滚子沿大链轮的外移量。
四．解：
受力分析如图(略)，斜齿轮 1 左旋，2 右旋，蜗杆 5 右旋、蜗轮 6 右旋。
五．解：
１）∵ 640s
Mp
7.426
5.1
640
][
s
s
Mp
][
4
3.1
2
1
2
d
F
ca
NdF 3.263153.1/
4
][
2
12
F1＝0.6F，F2＝F1＋F＝1.6F，F＝F∑/4＝16447N
F∑≤65788N
２）FF1＝F∑/4，M=5 2 F∑，r＝100 2
1
5 2
4 40200 2
M
F FM
F
r
Fmax＝FF1＋FM1＝11 F∑/ 40
六．解：（1）
4.17Mp
120*120
60000
Bd
F
p
6.03m/s
1000*60
960*120*14.3
1000*60
dn
v
m/s15.25
1000*60
Mp
dn
Bd
F
pv
，满足要求。
（2）∵d＝120mm B＝120mm，∴ 1dB
∵ 0.0096mmm6.9)2.36.1(2)( 21
zz
RRsh
＝0.120 mm
001.0
60
06.0
r
303.2
120.0*03.6*018.0*2
001.0*60000
2
22
VB
F
Cp
Cp＝2.303 查表得 ＝0.735,
∴ )1(min
rh ＝0.06（1－ ）＝0.0159mm
当 hh min ，可以实现液体动压润滑
七．解：M=Faeｄ/2=100000N
12
Fv1＝350N, Fv2＝850N
FH1＝1000N, FH2＝1000N
Fr1＝1059.5N, Fr2＝1312.4N
1）Fd1＝Fr1/2Y＝353.2N
Fd2＝Fr2/2Y＝437.5N
2）∵Fd2＋Fae＝437.5+1000＝1437.5N＞Fd1
∴轴承 1 压紧、轴承 2 放松。
Fa1＝1437.5N
Fa2＝437.5N
3）Fa1/ Fr1＝1.35>e
X2＝0.4，Y2＝1.5
Fa2/ Fr2＝0.33>e
X1＝1，Y1＝0
4）P1＝fp(X1 *Fr1＋Y1* Fa1)=3096.06N
P2＝fp(X2 *Fr2＋Y2* Fa2)＝1574.88N
5）∵P2＞P1
∴ 6
3/10
1
10
1029382
3096
67800
P
C
L
r
合适。
八．略
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