机械设计基础考试题库及答案

机械设计基础考试题库及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.螺纹连接中，当被连接件之一较厚且需要经常装拆时，宜采用（）。A.螺栓连接B.双头螺柱连接C.螺钉连接D.紧定螺钉连接答案：B2.带传动中，弹性滑动发生的根本原因是（）。A.带的预紧力不足B.带与带轮间的摩擦力不够C.带的弹性变形与拉力变化D.主动轮与从动轮直径不等答案：C3.一对标准直齿圆柱齿轮传动，小齿轮齿数z1=20，大齿轮齿数z2=60，模数m=4mm，则中心距a为（）。A.160mmB.80mmC.240mmD.320mm答案：A（a=m(z1+z2)/2=4×(20+60)/2=160mm）4.滚动轴承的基本额定寿命是指（）。A.一批轴承中10%的轴承发生点蚀前的总转数B.一批轴承中90%的轴承发生点蚀前的总转数C.单个轴承发生点蚀前的总转数D.单个轴承不发生点蚀的最小转数答案：B5.平键连接的主要失效形式是（）。A.键的剪切破坏B.键的挤压破坏C.轮毂的挤压破坏D.轴的剪切破坏答案：C（较弱零件的工作面挤压破坏）6.下列螺纹中，自锁性能最好的是（）。A.三角形螺纹B.梯形螺纹C.锯齿形螺纹D.矩形螺纹答案：A（牙型角最大，当量摩擦系数最大）7.齿轮传动中，齿面接触疲劳强度主要取决于（）。A.模数B.齿数C.齿宽D.分度圆直径答案：D（接触强度公式中与分度圆直径直接相关）8.滑动轴承的主要失效形式是（）。A.点蚀B.胶合C.磨损D.断裂答案：C（边界润滑下的磨粒磨损或粘着磨损）9.联轴器与离合器的主要区别是（）。A.联轴器可补偿两轴偏移，离合器不能B.联轴器只能在停机时分离，离合器可在运转时分离C.联轴器传递扭矩大，离合器传递扭矩小D.联轴器用于高速轴，离合器用于低速轴答案：B10.轴的材料常用45钢，主要原因是（）。A.价格便宜B.强度高且易加工C.耐腐蚀性好D.耐磨性好答案：B（45钢综合力学性能优良，调质后满足多数轴的强度要求）二、填空题（每空1分，共20分）1.螺纹连接的防松方法可分为______防松、______防松和______防松三类。（摩擦；机械；永久）2.带传动的最大有效拉力Fec与______、______和______有关。（初拉力F0；摩擦系数f；包角α）3.齿轮传动的失效形式主要有______、______、______、______和齿面塑性变形。（齿面点蚀；齿面磨损；齿面胶合；轮齿折断）4.滚动轴承的基本结构由______、______、______和______组成。（内圈；外圈；滚动体；保持架）5.轴按承载性质可分为______、______和______。（心轴；转轴；传动轴）6.键连接按结构形式可分为______、______和______。（平键；半圆键；楔键）三、判断题（每题1分，共10分）1.螺纹的升角越小，自锁性能越好。（√）2.带传动中，打滑是可以避免的，而弹性滑动是不可避免的。（√）3.齿轮的模数越大，轮齿的抗弯强度越高。（√）4.滚动轴承的基本额定动载荷C是指轴承在额定寿命L10=106转时能承受的最大载荷。（√）5.平键连接中，键的两侧面是工作面，上表面与轮毂槽底之间有间隙。（√）6.轴的结构设计应满足强度、刚度、加工工艺和装配要求。（√）7.三角形螺纹多用于传动，矩形螺纹多用于连接。（×）（三角形螺纹用于连接，矩形螺纹用于传动）8.齿轮传动中，小齿轮的齿宽应比大齿轮稍宽，以补偿安装误差。（√）9.滑动轴承的润滑油粘度越高，承载能力越强，但摩擦损失也越大。（√）10.联轴器必须在机器停止运转后才能分离两轴，而离合器可在运转中分离。（√）四、简答题（每题5分，共20分）1.简述螺纹连接预紧的目的及预紧力的控制方法。答案：预紧目的：增强连接的可靠性和紧密性，防止受载后连接件间出现缝隙或相对滑移。控制方法：（1）扭矩法（通过控制拧紧力矩间接控制预紧力，公式T≈0.2Fd）；（2）测量螺栓伸长法（预紧力F=EAΔL/L，E为弹性模量，A为螺栓截面积，ΔL为伸长量，L为螺栓计算长度）；（3）液压拉伸法（利用液压装置使螺栓预伸长，然后旋紧螺母）。2.比较带传动与齿轮传动的优缺点。答案：带传动优点：缓冲吸振、过载打滑保护、中心距大、结构简单；缺点：传动比不准确、效率低（约90%-95%）、寿命短、需要张紧装置。齿轮传动优点：传动比恒定、效率高（约98%-99%）、寿命长、结构紧凑；缺点：无过载保护、对制造安装精度要求高、不适用于大中心距。3.简述滚动轴承类型选择的主要依据。答案：（1）载荷性质：径向载荷为主选深沟球轴承，轴向载荷为主选推力球轴承，联合载荷选角接触球轴承或圆锥滚子轴承；（2）转速要求：高转速选球轴承（如深沟球轴承），低转速选滚子轴承；（3）调心性能：轴易变形或安装误差大时选调心球轴承或调心滚子轴承；（4）安装空间：径向尺寸受限时选滚针轴承；（5）经济性：优先选深沟球轴承（价格低）。4.轴的结构设计中，为什么要设计轴肩和圆角？答案：轴肩用于轴向定位，固定齿轮、轴承等零件的轴向位置，确保工作时不发生窜动；圆角用于减小轴肩处的应力集中，避免因截面突变导致的疲劳裂纹。圆角半径应尽可能大，但需小于相配合零件的倒角或圆角，以保证定位可靠性。五、计算题（共30分）1.（10分）某螺栓连接承受横向工作载荷F=5000N，采用4个M16（d1=13.835mm）的普通螺栓连接，接合面摩擦系数f=0.15，可靠性系数Kf=1.2，许用拉应力[σ]=120MPa。试校核该螺栓连接的强度。解：（1）单个螺栓所需预紧力F0：横向载荷由接合面摩擦力平衡，4个螺栓的总摩擦力≥KfF，即4fF0≥KfFF0≥KfF/(4f)=1.2×5000/(4×0.15)=10000N（2）螺栓的拉应力σ：σ=4F0/(πd1²)=4×10000/(3.14×13.835²)≈66.2MPa[σ]=120MPa，σ<[σ]，强度足够。2.（10分）一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知z1=20，z2=60，m=4mm，α=20°，b1=80mm，b2=75mm，小齿轮转速n1=1450r/min，传递功率P=10kW，许用接触应力[σH1]=600MPa，[σH2]=550MPa，试校核齿面接触疲劳强度（节点区域系数ZH=2.5，弹性影响系数ZE=189.8MPa½，接触疲劳强度公式σH=ZHZE√(2KT1/(bd1²)×(u+1)/u)，u=z2/z1，T1=9550×10³P/n1）。解：（1）计算小齿轮转矩T1：T1=9550×10³×10/1450≈65862N·mm（2）计算分度圆直径d1：d1=mz1=4×20=80mm，u=z2/z1=3（3）计算接触应力σH：取b=b2=75mm（齿宽取较小值），K=1（假设载荷平稳，K=1）σH=2.5×189.8×√(2×1×65862/(75×80²)×(3+1)/3)=474.5×√(131724/(75×6400)×4/3)=474.5×√(131724/(144000))=474.5×√(0.9147)≈474.5×0.956≈453MPa[σH2]=550MPa>453MPa，[σH1]=600MPa>453MPa，接触强度足够。3.（10分）某转轴由一对深沟球轴承支承，已知轴承径向载荷Fr1=3000N，Fr2=2000N，轴向载荷Fa=500N，转速n=1000r/min，轴承基本额定动载荷C=35kN，载荷系数fp=1.2，温度系数ft=1.0，试计算轴承寿命Lh（深沟球轴承e=0.25，当Fa/Fr≤e时，X=1，Y=0；当Fa/Fr>e时，X=0.56，Y=1.99；当量动载荷P=fp(XFr+YFa)，寿命公式L10h=(106/60n)(C/P)³）。解：（1）确定轴承1和轴承2的轴向载荷：深沟球轴承只能承受径向载荷，轴向载荷由外部Fa=500N，假设轴承1承受Fa1=500N，轴承2承受Fa2=0（实际需考虑轴向力平衡，此处简化）。（2）计算当量动载荷P1、P2：轴承1：Fa1/Fr1=500/3000≈0.167≤e=0.25，故X1=1，Y1=0P1=fp(X1Fr1+Y1Fa1)=1.2×(1×3000+0×500)=3600N轴承2：Fa2/Fr2=