2025年《机械设计基础》试题及答案

2025年《机械设计基础》试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.机械零件的最基本设计准则是（）。A.强度准则B.刚度准则C.耐磨性准则D.耐热性准则2.受横向载荷的普通螺栓连接中，螺栓杆受（）作用。A.剪切与挤压B.拉伸C.扭转与拉伸D.弯曲3.标准直齿圆柱齿轮传动中，若中心距不变，增大模数m，减小齿数z，则（）。A.接触强度提高，弯曲强度降低B.接触强度降低，弯曲强度提高C.接触强度与弯曲强度均提高D.接触强度与弯曲强度均降低4.滚动轴承的基本额定寿命是指（）。A.一批同型号轴承中90%不发生点蚀的寿命B.单个轴承不发生点蚀的最长寿命C.单个轴承不发生点蚀的平均寿命D.一批同型号轴承中10%不发生点蚀的寿命5.V带传动中，带的最大应力发生在（）。A.紧边进入小带轮处B.松边进入小带轮处C.紧边进入大带轮处D.松边进入大带轮处6.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7.圆柱齿轮传动中，轮齿的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8.滑动轴承的最小油膜厚度与（）无关。A.轴颈与轴承的半径间隙B.轴颈转速C.润滑油粘度D.轴承材料9.螺纹连接防松的根本目的是（）。A.增加螺纹连接的刚度B.防止螺纹副相对转动C.提高螺纹连接的强度D.减少螺纹连接的变形10.蜗杆传动中，若蜗杆头数z₁=2，蜗轮齿数z₂=60，模数m=5mm，蜗杆分度圆直径d₁=50mm，则传动比i为（）。A.30B.25C.20D.15二、填空题（每空1分，共15分）1.机械零件的常见失效形式包括断裂、表面破坏、变形和（）。2.普通螺栓连接中，被连接件间产生的摩擦力与（）和摩擦系数有关。3.齿轮传动中，齿面疲劳点蚀通常首先出现在（）附近。4.滚动轴承的基本额定动载荷C是指轴承在额定寿命L₁₀=（）转时能承受的最大载荷。5.V带传动中，带的弹性滑动是由（）引起的，而打滑是由（）引起的。6.轴按受载性质可分为转轴、心轴和（）。7.平键连接中，键的截面尺寸（b×h）通常根据（）从标准中选取。8.滑动轴承的偏心率ε=（）与半径间隙δ的比值。9.螺纹的公称直径是指（）直径。10.圆柱螺旋弹簧的旋绕比C=D/d，其中D为（），d为（）。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述螺纹连接预紧的目的及预紧力的控制方法。2.为什么闭式齿轮传动通常以接触疲劳强度设计为主，而开式齿轮传动以弯曲疲劳强度设计为主？3.滚动轴承组合设计中，常用的轴向固定方法有哪几种？各适用于什么场合？4.带传动中，为什么小带轮的包角α₁应不小于120°？若不满足应采取什么措施？5.简述轴的结构设计应满足的基本要求。四、分析计算题（共35分）1.（12分）某受轴向工作载荷的螺栓连接，已知螺栓的预紧力F₀=8000N，工作载荷F=5000N，螺栓的相对刚度K_c=0.25，被连接件的相对刚度K_b=0.75。试求：（1）螺栓所受的总拉力F₂；（2）被连接件间的残余预紧力F₁；（3）若螺栓材料的许用拉应力[σ]=120MPa，试计算螺栓的小径d₁（螺栓的拉应力公式：σ=4F₂/(πd₁²)）。2.（13分）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，齿宽b₁=80mm，b₂=75mm，小齿轮转速n₁=1450r/min，传递的转矩T₁=200N·m，齿轮材料均为45钢，表面淬火，硬度HRC50~55。试校核小齿轮的齿根弯曲疲劳强度（弯曲疲劳许用应力[σ_F1]=320MPa，弯曲疲劳强度系数Y_F1=2.8，应力修正系数Y_S1=1.55）。3.（10分）某机械装置中选用6208深沟球轴承，已知轴承的径向载荷F_r=4000N，轴向载荷F_a=1200N，转速n=1000r/min，载荷系数f_p=1.2，温度系数f_t=1.0。试计算该轴承的基本额定寿命L_h（6208轴承的基本额定动载荷C_r=29.5kN，e=0.22，当F_a/F_r≤e时，X=1，Y=0；当F_a/F_r>e时，X=0.56，Y=1.99）。五、综合设计题（共20分）设计一台带式输送机的传动装置，已知条件如下：-输送机卷筒直径D=400mm，输送速度v=1.2m/s；-工作机效率η_w=0.96，载荷平稳，单向运转，每天工作8小时，预期寿命5年（每年300天）；-原动机为Y132S-4型电动机（额定功率P=5.5kW，同步转速n=1500r/min，满载转速n_m=1440r/min）。要求：（1）确定传动方案（推荐采用带传动+齿轮传动的两级减速）；（2）计算传动装置的总传动比及各级传动比分配；（3）简述齿轮传动的设计步骤（需包括材料选择、参数确定、强度校核等关键环节）。答案一、单项选择题1.A2.B3.C4.A5.A6.B7.D8.D9.B10.A二、填空题1.功能失效2.预紧力3.节线4.10⁶5.带的弹性变形差；过载6.传动轴7.轴的直径8.偏心距e9.大径10.弹簧中径；弹簧丝直径三、简答题1.预紧目的：增强连接的可靠性、紧密性，防止受载后连接件间出现滑移或分离。控制方法：①测力矩扳手或定力矩扳手；②测量螺栓伸长量；③液压拉伸器。2.闭式传动润滑良好，齿面不易磨损，主要失效形式为点蚀，故以接触强度设计为主；开式传动润滑不良，齿面易磨损，磨损会加剧齿根弯曲应力，主要失效形式为弯曲疲劳折断，故以弯曲强度设计为主。3.常用方法：①两端固定（两端单向固定），适用于温度变化小、跨距不大的短轴；②一端固定、一端游动，适用于温度变化大、跨距较大的长轴；③两端游动，适用于多支点轴或要求补偿轴向位移的场合。4.包角越小，带与带轮的接触弧越短，摩擦力总和越小，易打滑。若α₁<120°，可采取措施：①增大中心距；②减小传动比；③加张紧轮。5.基本要求：①满足强度、刚度和振动稳定性；②轴上零件定位准确、固定可靠；③便于加工制造和装配；④减少应力集中；⑤节省材料、减轻重量。四、分析计算题1.（1）总拉力F₂=F₀+K_c·F=8000+0.25×5000=9250N（2）残余预紧力F₁=F₀-K_b·F=8000-0.75×5000=4250N（3）由σ=4F₂/(πd₁²)≤[σ]，得d₁≥√(4F₂/(π[σ]))=√(4×9250/(3.14×120))≈9.9mm2.齿宽b取b=75mm（大齿轮齿宽较小），圆周力F_t=2T₁/(d₁)=2×200000/(mz₁)=2×200000/(4×20)=5000N弯曲应力σ_F=F_t·Y_F1·Y_S1/(b·m)=5000×2.8×1.55/(75×4)=(5000×4.34)/300≈72.3MPa因σ_F=72.3MPa<[σ_F1]=320MPa，故弯曲强度满足。3.F_a/F_r=1200/4000=0.3>e=0.22，故X=0.56，Y=1.99当量动载荷P=f_p(XF_r+YF_a)=1.2×(0.56×4000+1.99×1200)=1.2×(2240+2388)=1.2×4628≈5553.6N基本额定寿命L₁₀=(C_r/P)^ε×10⁶/(60n)，深沟球轴承ε=3，故L_h=(29500/5553.6)³×10⁶/(60×1000)≈(5.31)³×10⁶/60000≈149.8×16.67≈2497h五、综合设计题（1）传动方案：电动机→V带传动→圆柱齿轮减速器→输送机卷筒。（2）总传动比i总=n_m/n_w，卷筒转速n_w=60v/(πD)=60×1.2/(3.14×0.4)≈57.3r/min，故i总=1440/57.3≈25.1。分配原则：带传动比i₁=2~4，齿轮传动比i₂=i总/i₁≈6~12，取i₁=3，则i₂≈8.37。（3）齿轮传动设计步骤：①材料选择：小齿轮40Cr（调质，280HBS），大齿轮45钢（正火，220HBS）；②初步确定参数：齿数z₁=24，z₂=z₁·i₂≈24×8.37≈201（取200），模数m=3mm（预估值）；③计算分度圆直径d₁=mz₁=72mm，d₂=600mm，中心距a=m(z₁+z₂)/2=3×224/2=33