2025年考研工学机械设计预测试卷（含答案）

2025年考研工学机械设计预测试卷（含答案）考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共10分。下列每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确选项的字母填在题后的括号内。）1.在机械设计中，零件可能发生的失效形式不包括以下哪一项？(A)疲劳断裂(B)塑性变形(C)磨损(D)化学腐蚀2.对于重要的、承受变载的螺栓连接，通常选用哪种螺栓头和螺母？(A)扁头螺栓，圆螺母(B)六角头螺栓，普通螺母(C)六角头螺栓，六角螺母(D)圆柱头螺栓，圆螺母3.一对渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是？(A)模数m和压力角α必须分别相等(B)模数m必须相等，压力角α可以不等(C)模数m和压力角α可以不等，只要传动比i相等(D)模数m和压力角α的比值必须相等4.当轴上承受的载荷方向固定时，轴上承受的弯矩通常属于？(A)静定弯矩(B)动定弯矩(C)扭转弯矩(D)惯性弯矩5.对于高速、重载的轴承配置，通常优先考虑采用？(A)深沟球轴承(B)角接触球轴承成对安装(C)推力球轴承(D)调心滚子轴承二、填空题（每小题2分，共10分。请将答案填写在题中的横线上。）6.机械设计中，通常根据______的高低来划分零件的设计质量等级。7.对于承受轴向拉伸载荷的普通螺栓连接，螺栓的主要失效形式通常是______。8.一对标准直齿圆柱齿轮，其齿数z₁=20，z₂=80，则传动比i₁₂=______。9.在进行轴的强度计算时，通常需要绘制出轴的______图和______图。10.选择滚动轴承类型时，需要综合考虑载荷的大小、方向、转速以及______等多种因素。三、简答题（每小题5分，共15分。）11.简述机械设计中“标准化”、“系列化”、“通用化”的意义。12.简述选择传动类型时，需要考虑哪些主要因素？13.简述提高轴的疲劳强度的常用措施。四、计算题（每小题10分，共30分。）14.某轴传递功率P=7.5kW，转速n=150r/min，轴上承受的扭矩T=0.56kN·m。若轴材料的许用剪应力[τ]=60MPa，试估算此轴所需的最小直径（不考虑弯矩影响，按纯扭强度条件计算）。15.一对标准直齿圆柱齿轮，模数m=3mm，压力角α=20°，小齿轮齿数z₁=24，大齿轮齿数z₂=72。试计算该对齿轮的传动比i₁₂，并计算大齿轮的分度圆直径d₂和齿距p₂。16.某轴上安装有一个键连接的齿轮，轴与齿轮材料均为45钢，键为普通平键，截面尺寸b×h=14mm×9mm。轴传递的扭矩T=1.2kN·m。若键连接的许用剪应力[τ]k=80MPa，许用挤压应力[σ]p=200MPa，试校核该键连接的强度。五、分析题（每小题10分，共20分。）17.分析影响螺栓连接强度的主要因素有哪些？在设计高强度螺栓连接时，通常采取哪些措施来提高其承载能力和可靠性？18.某传动轴同时承受弯矩M和扭矩T。简述当弯矩M一定时，如何通过调整设计参数来减小轴的最大弯曲应力σmax？（至少提出两种可行的途径）试卷答案一、选择题1.D2.C3.A4.A5.B二、填空题6.可靠性7.疲劳破坏（或剪断，视具体语境和螺栓尺寸，疲劳更常见）8.49.轴力（或弯矩），扭矩10.安装与维护方便性三、简答题11.答：标准化有利于提高产品质量、降低生产成本、便于设计制造和维修；系列化有利于充分利用资源、实现专业化生产；通用化有利于减少零件种类、降低库存、提高互换性。三者结合有助于提高效率、降低成本、促进技术进步。12.答：选择传动类型时需考虑：传递功率和转速范围；传动比要求；传动的可靠性、平稳性和精度要求；经济性（初投资、运行费用）；工作环境（温度、湿度、空间限制、粉尘等）；维护条件；使用寿命等。13.答：提高轴的疲劳强度措施包括：提高轴表面质量（降低表面粗糙度、制造精度，进行表面硬化处理如高频淬火、渗碳、氮化等）；改善应力集中（合理设计轴肩过渡圆角、键槽、孔等结构，采用滚压、喷丸等表面强化的冷加工方法）；选用合适的材料及热处理工艺；合理安排轴上零件的位置等。四、计算题14.解：根据纯扭强度条件，轴所需的最小直径d满足τ=T/(Wp)≤[τ]。扭矩T=0.56kN·m=0.56×103N·m。抗扭截面系数Wp对于实心圆轴，Wp=(πd³)/16。代入公式得：(16T)/(πd³)≤[τ]。d³≥(16T)/(π[τ])=(16×0.56×10³)/(π×60×10⁶)=1.507×10⁻⁴m³。d≥(1.507×10⁻⁴)^(1/3)≈0.053m=53mm。取最小直径d=53mm。15.解：传动比i₁₂=z₂/z₁=72/24=3。大齿轮分度圆直径d₂=m×z₂=3×72=216mm。大齿轮齿距p₂=π×m=π×3≈9.42mm。16.解：键连接的强度校核包括剪切强度和挤压强度。剪切强度校核：τ=T/(kbh)≤[τ]k。T=1.2kN·m=1.2×10³N·m，b=14mm=0.014m，h=9mm=0.009m。τ=(1.2×10³)/(0.014×0.009)≈98.2×10⁶Pa=98.2MPa<[τ]k=80MPa。错误！实际应τ=T/(k*b*h)=(1.2*10³)/(0.7*0.014*0.009)≈147.1MPa。剪切强度不满足。（此处按标准公式0.7*键长*键高计算截面面积，假设键长l等于轴径d，需注意实际键长应小于轴径，这里为简化计算假设l=d，导致结果偏小，实际剪切应力会更高。按此简化公式，τ≈147.1MPa>[τ]k=80MPa。）挤压强度校核：σp=T/(ld)≤[σ]p。键与轮槽的接触长度l≈h（简化计算）。轴径d假设等于键长l，d=l。假设轴径d=50mm（需与题意匹配，题目未给轴径，此处假设）。σp=(1.2×10³)/(0.009×0.05)=266.7×10⁶Pa=266.7MPa。σp>[σ]p=200MPa。挤压强度不满足。结论：该键连接的强度不足，主要原因是剪切强度和挤压强度均未满足许用值要求。五、分析题17.答：影响螺栓连接强度的主要因素有：螺栓本身的材料强度和疲劳强度、螺栓直径、螺纹余留长度、孔的精度、被连接件的材料、被连接件的表面质量及垫片的选择、预紧力的大小和均匀性、工作载荷的大小和性质（静载、动载、冲击）、环境因素（温度、腐蚀）等。设计高强度螺栓连接提高承载能力和可靠性的措施：选用高强度螺栓材料；保证足够的螺栓预紧力，并控制好预紧力；合理选择螺栓直径和数量；采用合理的被连接件结构（如设置垫片、避免应力集中）；进行恰当的防腐蚀处理；对于承受动载荷或冲击的连接，应进行疲劳强度校核等。18.答：减小轴的最大弯曲应力σmax的途径：(1)增大轴的直径d：根据弯曲强度σmax=Wp/M