科目代码：821

科目名称：《机械设计基础》（含机械原理、机械设计）

适用专业：机械工程学硕、机械专硕

一、考试要求

机械设计基础（含机械原理和机械设计）适用于学院机械工程专业研究生招生专业课考试。课程重点要求考生系统深入地掌握机械原理和机械设计的基本知识、基本理论和基本设计计算方法，并且能灵活运用。重点考察分析与解决常用机构、通用机械零部件和简单机械装置设计问题的能力。

二、考试形式与题型

考试为闭卷，考试时间180分钟，满分为150分。

试卷题型包括简答题、计算题、分析题等。

三、考试内容

机械设计基础（含机械原理和机械设计），其中机械原理部分占50%，机械设计部分占50%。

机械原理部分：

（一）平面机构的结构分析

1. 机构的构成：运动副的概念和运动副的类型；运动链；机构。

2. 机构运动简图：常用机构运动简图符号；平面机构运动简图的识别与绘制。

3. 机构具有确定运动的条件：机构自由度的概念；机构具有确定运动的条件；平面机构的自由度计算方法。

4. 机构组成原理： 基本杆组的概念；机构组成原理； 机构的结构分类及结构分析。

（二）平面机构运动分析及力分析

1. 速度瞬心法：瞬心的定义；平面机构瞬心位置的确定；瞬心在平面机构速度分析中的应用。

2. 矢量方程图解法II级机构运动分析： 矢量方程图解法的基本原理；应用矢量方程图解法对平面II级机构进行速度分析。

3. 考虑摩擦时机构受力分析：常见平面运动副(移动副、转动副、高副)中总反力作图分析；考虑摩擦时平面机构的受力分析与平衡力计算。

（三）平面连杆机构及其设计

1. 平面连杆机构的类型：铰链四杆机构的基本形式；平面四杆机构的演化形式。

2. 平面四杆机构的基本知识：铰链四杆机构有曲柄的条件；平面四杆机构的急回运动和行程速度变化系数；极位夹角、压力角、传动角、死点位置的概念与求取。

3. 平面四杆机构的运动设计：按连杆给定位置、按连架杆给定对应位置设计铰链四杆机构；机构倒置原理；按行程速比系数设计平面四杆机构。

4. 平面多杆机构：常用平面多杆机构的特性、组成机构设计与运动分析。

（四）凸轮机构及其设计

1. 凸轮机构的应用与分类：凸轮机构特点及应用场合；凸轮机构分类。

2. 推杆的常用运动规律：等速运动、等加速等减速运动、五次多项式、余弦加速度运动（简谐运动）、正弦加速度运动（摆线运动）规律的特点；刚性冲击与柔性冲击的概念及成因，组合运动规律设计。

3. 用图解法设计凸轮的轮廓曲线：反转法原理；对心（或偏置直动尖顶（或滚子、平底）推杆盘形凸轮轮廓设计。

4. 凸轮基本参数确定：凸轮机构的压力角求取，基圆半径和滚子半径的确定原则；反转法凸轮基本参数标注。

（五）齿轮机构及其设计

1. 齿轮机构的应用和分类：齿轮机构的分类，齿轮机构应用场合。

2. 渐开线齿轮啮合传动的特性：齿廓啮合基本定律；渐开线的形成及特性；渐开线齿廓的啮合传动的特点。

3. 渐开线标准直齿圆柱齿轮基本参数：基本参数和几何尺寸计算；一对渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件；标准中心距；实际啮合线段与理论啮合线段；重合度及齿轮连续传动的条件。

4. 变位齿轮：渐开线齿廓的展成原理；渐开线齿廓加工根切的原因；用标准齿条型刀具切制标准齿轮而不发生根切的最少齿数；变位齿轮传动的传动类型。

5.斜齿圆柱齿轮: 齿廓啮合特点，法平面与端平面参数间的关系，标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸；重合度，当量齿轮与当量齿数概念。

（六）轮系

1. 轮系的分类:定轴轮系；周转轮系及其构成与分类；复合轮系及其划分。

2. 轮系的传动比：定轴轮系传动比的计算；周转轮系传动比计算；复合轮系传动比的计算；各类轮系传动方向的判断。

3. 轮系的功用。

（七）机械的运转及其速度波动的调节

1. 机械系统等效动力学模型：机械运转的三个阶段、机器运动方程式；等效力和等效力矩、等效质量和等效转动惯量的等效原则及计算。

2. 周期性速度波动的调节：飞轮调速原理和飞轮转动惯量的近似计算方法。

（八）机械的平衡

刚性转子平衡：刚性转子静平衡和动平衡的原理和计算。

（九）机械系统传动方案的拟定

机械系统方案设计的过程；执行构件运动设计与工作循环图设计与分析；机构选型的基本知识；机械传动装置设计与分析。

机械设计部分：

（一）螺纹连接

1. 螺纹连接的基本类型和标准连接件：螺栓连接、双头螺栓连接、螺钉连接、紧定螺钉类型结构和适用场合。

2. 螺栓连接的预紧与防松：预紧的目的、控制预紧力的方法、防松的实质、防松的方法。

3. 螺栓组连接的设计：螺栓组连接的结构设计；螺栓组连接的受力分析的公式应用。

4．螺栓连接的强度计算：单个普通螺栓、铰制孔用螺栓的力学模型、失效形式及设计准则；承受预紧力的紧螺栓连接的强度计算、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接的受力变形图的特性及强度计算、承受工作剪力的紧螺栓连接强度计算。

5.提高螺栓组连接强度的措施。

（二）带传动

1.概述：带传动的类型、工作原理、特点及应用；普通V带与V带轮的规格和基本尺寸；基准长度、基准直径、包角概念。

2.带传动的理论基础：普通V带传动的受力分析、应力分析、弹性滑动与打滑的概念。

3.普通V带传动的设计计算：带传动的失效形式及设计准则；带传动的参数选择；带传动的设计计算。

（三）齿轮传动

1.齿轮传动的失效形式和设计准则：失效形式、设计准则；齿轮常用材料及热处理方式；齿轮传动的计算载荷的物理意义。

2.直齿圆柱齿轮的强度计算：斜齿传动的受力分析；齿轮传动的承载能力计算（包括齿面接触疲劳强度计算和齿根弯曲疲劳强度计算的力学模型），圆柱齿轮传动的设计（包括主要参数的选择与确定、几何尺寸计算与结构设计）；圆锥齿轮传动的受力分析。

（四）蜗杆传动

1.普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算： 普通圆柱蜗杆传动的主要参数；普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算。

2.普通圆柱蜗杆传动承载能力计算： 主要失效形式、设计准则；蜗杆传动的受力分析；蜗杆传动强度计算。

3.普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑剂热平衡计算： 蜗杆传动的效率；润滑、热平衡条件。

（五）滑动轴承

1.滑动轴承基本知识：轴承的结构、类型、特点；轴瓦材料与结构；非液体摩擦滑动轴承的失效形式、设计准则及计算。

2.流体动力润滑径向滑动轴承设计计算： 液体动压润滑的基本原理及液体动压径向滑动轴承的工作原理； 润滑剂的种类，主要性能指标及其影响因素。

（六）滚动轴承

1.滚动轴承的基本知识： 滚动轴承的构造，主要类型（6、7、3）及其代号、特点及其类型选择； 滚动轴承的代号（重点是基本代号）；滚动轴承的失效形式及设计准则。

2.滚动轴承的工作情况： 轴承工作时轴承元件上的载荷分布；轴承工作时轴承元件上载荷及应力变化。

3.滚动轴承尺寸的选择： 失效形式、基本额定寿命、基本额定动载荷、当量动载荷的几个重要概念，滚动轴承寿命计算公式的应用。

4.轴承装置的设计：轴承的配置、轴向紧固、游隙的调整、配合、预紧、润滑、密封装置。

（七）轴及轴毂连接

1.轴的用途及分类： 转轴、心轴和传动轴的概念和应用实例；

轴设计的内容；轴的常用材料。

2.轴的结构设计： 轴的结构设计要解决的几个主要问题；轴上零件的定位；提高轴的强度的常用措施。

3.轴的计算： 轴的受力分析、应力分析、轴的弯扭合成强度计算。

4.轴毂连接（重点是普通平键连接）。

 四、参考书目

《机械原理》. 孙桓，葛文杰. 高等教育出版社， 2021年5月第9版。

《机械设计》. 濮良贵，陈国定，吴立言.高等教育出版社， 2019年7月第10版。