机械设计试卷及答案

机械设计试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.机械零件最常见的失效形式是（）。A.表面磨损B.过量变形C.腐蚀D.振动2.普通平键连接的主要失效形式是（）。A.键的剪切破坏B.轮毂的挤压破坏C.键的弯曲破坏D.轴的剪切破坏3.滚动轴承中，承受径向载荷为主且允许一定角偏差的轴承类型是（）。A.深沟球轴承B.角接触球轴承C.圆柱滚子轴承D.调心球轴承4.闭式软齿面齿轮传动的主要设计准则是（）。A.保证齿根弯曲疲劳强度B.保证齿面接触疲劳强度C.保证齿面磨损D.保证齿面胶合5.螺纹连接中，预紧的主要目的是（）。A.提高连接的可靠性和紧密性B.增加螺纹的强度C.减小螺纹的变形D.降低应力集中6.V带传动中，带的楔角为40°，而带轮的轮槽角通常（）。A.等于40°B.大于40°C.小于40°D.不确定7.轴的材料通常优先选用（）。A.铸铁B.合金调质钢C.碳素结构钢D.铸钢8.滑动轴承中，轴承材料的减摩性是指（）。A.抵抗磨损的能力B.表面形成边界膜的能力C.抵抗胶合的能力D.嵌入外来颗粒的能力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.联轴器需在停车时分离，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.联轴器结构复杂，离合器结构简单10.齿轮传动中，齿面接触疲劳强度计算的理论依据是（）。A.赫兹接触应力理论B.弯曲疲劳强度理论C.剪切强度理论D.挤压强度理论二、填空题（每空1分，共20分）1.机械零件的设计准则包括强度准则、刚度准则、______、______和可靠性准则。2.螺纹连接的防松方法可分为______防松、______防松和______防松三类。3.齿轮传动中，齿形系数Y_F仅与______有关，与______无关。4.滚动轴承的基本额定寿命是指一批相同轴承在相同条件下运转，______的轴承发生______前的总转数。5.轴按承载性质可分为______、______和______三类。6.V带传动的主要失效形式是______和______。7.滑动轴承的润滑方法可分为______润滑、______润滑和______润滑。8.键连接按结构形式可分为______、______和______三类。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述齿轮传动中齿面胶合的产生原因及预防措施。2.为什么滚动轴承的寿命计算中需要引入温度系数和载荷系数？3.对比普通平键与半圆键的特点及应用场合。4.简述轴的结构设计中“轴上零件定位”的具体要求及常用方法。5.分析带传动中弹性滑动与打滑的区别及对传动的影响。四、分析计算题（共20分）1.（10分）某轴由一对深沟球轴承（6208）支承，已知轴承所受径向载荷F_r=4500N，轴向载荷F_a=1200N，转速n=1450r/min，工作温度t=80℃（温度系数f_t=1.0），载荷系数f_p=1.2，试计算该轴承的基本额定寿命L_{10h}（6208轴承的基本额定动载荷C=29.5kN，e=0.27，当F_a/F_r≤e时，X=1，Y=0；当F_a/F_r>e时，X=0.56，Y=1.99）。2.（10分）设计一对闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动，已知传递功率P=10kW，小齿轮转速n_1=960r/min，传动比i=3.5，载荷平稳，单向传动，预期寿命10年（每年工作300天，每天8小时）。试确定小齿轮齿数z_1、模数m（取标准值）及中心距a（齿轮材料：小齿轮40Cr调质，硬度280HBS；大齿轮45钢调质，硬度240HBS；接触疲劳强度极限σ_Hlim1=700MPa，σ_Hlim2=600MPa；安全系数S_H=1.1；弹性系数Z_E=189.8MPa^{1/2}；节点区域系数Z_H=2.5；齿数比u=i；齿宽系数ψ_d=0.8）。五、设计题（共10分）设计一个带式输送机的减速装置传动方案（电动机驱动），要求：（1）画出传动系统简图（用简单符号表示各部件）；（2）说明各传动件的类型选择依据（如带传动、齿轮传动、轴承等）；（3）简述关键零件的材料及热处理要求（如齿轮、轴）。机械设计试卷答案一、单项选择题1.B2.B3.D4.B5.A6.C7.C8.B9.B10.A二、填空题1.耐磨性准则；振动稳定性准则2.摩擦；机械；永久3.齿数；模数4.90%；点蚀5.转轴；心轴；传动轴6.打滑；疲劳断裂7.手工；滴油；压力循环8.平键；半圆键；楔键三、简答题1.齿面胶合的原因：高速重载时，齿面间压力大、温度高，润滑油膜破裂，金属直接接触并粘连，随后相对滑动导致表层金属被撕脱。预防措施：采用高粘度润滑油或含极压添加剂的润滑油；降低齿面粗糙度；采用抗胶合性能好的材料（如渗碳淬火钢）；限制齿面接触应力和滑动速度。2.温度系数f_t：轴承工作温度超过100℃时，材料硬度降低，基本额定动载荷减小，需修正；载荷系数f_p：考虑实际载荷中的冲击、振动等不稳定因素，实际载荷大于名义载荷，需修正。3.普通平键：两侧面为工作面，对中性好，装拆方便，用于高速、高精度或承受变载、冲击的场合；半圆键：键槽为半圆型，可绕槽底摆动，适应轴上零件的倾斜，用于轻载、锥形轴端连接，但键槽较深，削弱轴的强度。4.定位要求：轴向定位需防止零件沿轴移动，周向定位需防止零件与轴相对转动。轴向定位常用方法：轴肩/轴环、套筒、圆螺母、弹性挡圈；周向定位常用方法：键连接、花键连接、过盈配合。5.弹性滑动：因带的弹性变形和拉力差引起的局部滑动，不可避免，导致从动轮转速低于主动轮（传动比不准确）；打滑：过载时带与带轮间全面滑动，是失效形式，需避免（会加剧磨损并中断传动）。四、分析计算题1.解：（1）计算F_a/F_r=1200/4500=0.267≤e=0.27，故X=1，Y=0；（2）当量动载荷P=XF_r+YF_a=1×4500+0×1200=4500N；（3）基本额定寿命L_{10}=（C/(f_pP)）^3×10^6=（29500/(1.2×4500)）^3×10^6≈（5.463）^3×10^6≈162.5×10^6转；（4）寿命L_{10h}=L_{10}/(60n)=162.5×10^6/(60×1450)≈1868h。2.解：（1）小齿轮转矩T_1=9550×P/n_1=9550×10/960≈99.48N·m；（2）接触疲劳许用应力：[σ_H1]=σ_Hlim1/S_H=700/1.1≈636.36MPa；[σ_H2]=600/1.1≈545.45MPa，取[σ_H]=545.45MPa；（3）模数公式m≥√[(2K_TT_1)/(ψ_dz_1^2u)×(Z_HZ_E/[σ_H])^2]，取K_T=1.1（载荷平稳），z_1=24（软齿面常用20~40），u=3.5；代入得m≥√[(2×1.1×99480)/(0.8×24^2×3.5)×(2.5×189.8/545.45)^2]≈√[(218856)/(0.8×576×3.5)×(474.5/545.45)^2]≈√[(218856/1612.8)×(0.869)^2]≈√[135.7×0.755]≈√101.5≈10.07mm，取标准模数m=10mm；（4）大齿轮齿数z_2=z_1×i=24×3.5=84；（5）中心距a=m(z_1+z_2)/2=10×(24+84)/2=540mm。五、设计题（1）传动系统简图：电动机→V带传动→圆柱齿轮减速器→联轴器→输送机滚筒。（2）传动件选择依据：-V带传动：缓冲吸振，过载打滑保护电机，适合电动机与减速器间的高速级传动；-圆柱齿轮传动：传动比准确，效率高，适合减速器内的减速传动（闭式软齿面，承载能力强）；-深沟球轴承：支承减速器高速轴，承受径向载荷；圆锥滚子轴承：支承低速轴，承受径向和少量轴向载荷；