《机械设计与制造》试题及答案

《机械设计与制造》试题及答案一、选择题（每题2分，共30分）1.下列哪种螺纹主要用于联接？（）A.三角形螺纹B.矩形螺纹C.梯形螺纹D.锯齿形螺纹答案：A。三角形螺纹牙型角大，自锁性能好，主要用于联接；矩形螺纹效率高，但自锁性差，常用于传动；梯形螺纹效率较高且工艺性好，常用于传动；锯齿形螺纹综合了矩形螺纹效率高和三角形螺纹自锁性好的特点，也用于传动。2.带传动中，弹性滑动（）。A.在张紧力足够时可以避免B.在传递功率较小时可以避免C.是不可避免的D.是可以避免的答案：C。弹性滑动是由于带的弹性变形和拉力差引起的，只要带传动传递功率，就会存在拉力差，所以弹性滑动是不可避免的。3.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.中心距D.齿宽答案：C。齿面接触疲劳强度的计算公式中，中心距是影响接触应力的重要参数，中心距越大，接触应力越小，齿面接触疲劳强度越高。模数主要影响齿根弯曲疲劳强度；齿数对齿面接触疲劳强度有一定影响，但不是主要因素；齿宽增加可提高承载能力，但不是决定齿面接触疲劳强度的关键。4.滚动轴承的基本额定寿命是指（）。A.一批同型号的轴承在相同条件下运转，其中90%的轴承所能达到的寿命B.一个轴承在正常条件下所能达到的寿命C.一批同型号的轴承在相同条件下运转，平均每个轴承所能达到的寿命D.一批同型号的轴承在相同条件下运转，其中10%的轴承所能达到的寿命答案：A。滚动轴承的基本额定寿命是指一批同型号的轴承在相同条件下运转，其中90%的轴承所能达到的寿命。5.联轴器与离合器的主要作用是（）。A.缓冲、减振B.传递运动和转矩C.防止机器发生过载D.补偿两轴的不同心或热膨胀答案：B。联轴器和离合器的主要作用是将两轴联接起来，传递运动和转矩。缓冲、减振是一些联轴器的附加功能；防止机器过载是安全联轴器或离合器的功能；补偿两轴的不同心或热膨胀是挠性联轴器的功能。6.下列哪种轴属于转轴？（）A.自行车的前轴B.汽车的传动轴C.减速器中的齿轮轴D.铁路机车的轮轴答案：C。转轴既传递转矩又承受弯矩，减速器中的齿轮轴既传递动力又承受齿轮啮合力产生的弯矩，属于转轴；自行车的前轴只承受弯矩，属于心轴；汽车的传动轴主要传递转矩，属于传动轴；铁路机车的轮轴主要承受弯矩，属于心轴。7.普通平键联接的主要失效形式是（）。A.键的剪断B.键的磨损C.键的弯曲破坏D.轮毂的挤压破坏答案：D。普通平键联接中，键的主要失效形式是工作面的压溃，对于轮毂来说就是挤压破坏；一般情况下，键的强度足够，很少发生剪断和弯曲破坏；磨损通常不是普通平键的主要失效形式。8.在设计V带传动时，V带的型号是根据（）选取的。A.传递的功率和小带轮转速B.带的线速度C.带轮的直径D.带轮的宽度答案：A。设计V带传动时，根据传递的功率和小带轮转速，查V带选型图来选取V带的型号。带的线速度、带轮直径和带轮宽度等参数在后续设计中确定。9.渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿形系数与（）有关。A.模数B.齿数C.齿宽D.压力角答案：B。渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿形系数只与齿数有关，与模数、齿宽和压力角无关。齿数越少，齿形系数越大。10.滚动轴承内圈与轴颈的配合采用（）。A.基孔制B.基轴制C.非基准制D.都可以答案：A。滚动轴承内圈与轴颈的配合采用基孔制，因为滚动轴承是标准件，内圈内径为基准孔。11.对于高速重载的齿轮传动，为了提高齿面接触强度，可采用（）。A.增大模数B.增加齿数C.提高齿面硬度D.减小齿宽答案：C。提高齿面硬度可以提高齿面的抗磨损和抗点蚀能力，从而提高齿面接触强度；增大模数主要提高齿根弯曲疲劳强度；增加齿数对齿面接触强度有一定提高，但效果不如提高齿面硬度明显；减小齿宽会降低承载能力，不利于提高齿面接触强度。12.带传动工作时，带中的最大应力发生在（）。A.松边与小带轮接触处B.紧边与小带轮接触处C.松边与大带轮接触处D.紧边与大带轮接触处答案：B。带传动工作时，带中的应力由拉应力、离心应力和弯曲应力组成。紧边拉应力大于松边拉应力，小带轮处的弯曲应力大于大带轮处的弯曲应力，所以最大应力发生在紧边与小带轮接触处。13.圆柱螺旋压缩弹簧的旋绕比C是指（）。A.弹簧外径与弹簧丝直径之比B.弹簧中径与弹簧丝直径之比C.弹簧内径与弹簧丝直径之比D.弹簧节距与弹簧丝直径之比答案：B。圆柱螺旋压缩弹簧的旋绕比C是弹簧中径与弹簧丝直径之比，它对弹簧的强度、刚度和制造工艺等有影响。14.在蜗杆传动中，通常（）为主动件。A.蜗杆B.蜗轮C.蜗杆或蜗轮都可以D.视具体情况而定答案：A。在蜗杆传动中，通常蜗杆为主动件，因为蜗杆的螺旋升角较小，具有自锁性，一般情况下只能由蜗杆带动蜗轮转动。15.下列哪种材料适合制造滑动轴承的轴瓦？（）A.45钢B.QT6003C.ZCuSn10P1D.20CrMnTi答案：C。ZCuSn10P1是铸造锡青铜，具有良好的减摩性、耐磨性和抗胶合能力，适合制造滑动轴承的轴瓦；45钢主要用于制造轴类零件；QT6003是球墨铸铁，常用于制造承受较大载荷的零件；20CrMnTi是合金渗碳钢，常用于制造齿轮等零件。二、填空题（每题2分，共20分）1.机械零件的主要失效形式有、、等。答案：断裂、磨损、变形。机械零件在工作过程中，由于各种原因可能会出现断裂，如疲劳断裂、过载断裂等；摩擦会导致零件表面磨损；受力作用下还可能发生弹性变形或塑性变形，当变形超过允许范围时就会影响零件的正常工作。2.带传动的张紧方法有和两种。答案：调整中心距、使用张紧轮。调整中心距可以通过增大两轮中心距使带张紧，适用于中心距可调的场合；使用张紧轮是在带传动中安装张紧轮，使带保持一定的张紧力，常用于中心距不可调的场合。3.齿轮传动的精度要求主要包括、、和四个方面。答案：运动精度、工作平稳性精度、接触精度、齿侧间隙。运动精度要求齿轮传动准确地传递运动，保证传动比恒定；工作平稳性精度是为了减少振动和噪声；接触精度要求齿面接触良好，以提高承载能力；齿侧间隙是为了补偿热膨胀、储存润滑油等。4.滚动轴承由、、和四部分组成。答案：内圈、外圈、滚动体、保持架。内圈装在轴颈上，外圈装在轴承座孔内，滚动体在内、外圈之间滚动，保持架的作用是隔开滚动体，使其均匀分布，减少摩擦和磨损。5.联轴器可分为和两大类。答案：刚性联轴器、挠性联轴器。刚性联轴器用于两轴对中良好的场合，不能补偿两轴的相对位移；挠性联轴器又分为无弹性元件挠性联轴器和有弹性元件挠性联轴器，能补偿两轴的相对位移，有弹性元件的挠性联轴器还能缓冲、减振。6.轴按承载情况可分为、和。答案：心轴、传动轴、转轴。心轴只承受弯矩，不传递转矩；传动轴主要传递转矩，不承受或只承受很小的弯矩；转轴既传递转矩又承受弯矩。7.螺纹联接的防松方法按工作原理可分为、和三类。答案：摩擦防松、机械防松、永久防松。摩擦防松是通过增加螺纹副之间的摩擦力来防止松动，如使用弹簧垫圈、双螺母等；机械防松是用机械装置将螺母和螺栓锁住，如开口销与槽形螺母、止动垫圈等；永久防松是通过焊接、冲点等方法使螺纹副不可拆卸。8.设计V带传动时，为了防止，应限制小带轮的最小直径。答案：带的弯曲应力过大。小带轮直径越小，带在小带轮上的弯曲半径越小，弯曲应力就越大，过大的弯曲应力会降低带的寿命，所以要限制小带轮的最小直径。9.渐开线齿轮的正确啮合条件是和。答案：两轮的模数相等、两轮的压力角相等。只有模数和压力角相等，才能保证两轮的齿形相同，实现正确的啮合传动。10.滑动轴承的润滑方法有、和等。答案：油润滑、脂润滑、固体润滑。油润滑能形成较厚的油膜，润滑效果好，可通过滴油、油浴、喷油等方式实现；脂润滑适用于低速、轻载、要求不高的场合，使用方便；固体润滑在一些特殊场合使用，如高温、低速、重载等。三、简答题（每题10分，共30分）1.简述带传动的优缺点。答案：优点：（1）适用于两轴中心距较大的传动，中心距可在较大范围内调整。（2）带具有弹性，能缓冲、减振，传动平稳，噪声小。（3）过载时带会在带轮上打滑，可防止其他零件损坏，起到过载保护作用。（4）结构简单，制造、安装和维护方便，成本低。缺点：（1）存在弹性滑动，不能保证准确的传动比。（2）带的寿命较短，一般为20003000小时。（3）传动效率较低，一般为0.920.96。（4）带传动需要张紧，对轴和轴承的压力较大，增加了轴和轴承的负荷。（5）外廓尺寸较大，不紧凑。2.简述齿轮传动的设计准则。答案：（1）对于闭式软齿面（齿面硬度≤350HBS）齿轮传动，通常先按齿面接触疲劳强度进行设计，确定齿轮的主要参数和尺寸，然后再按齿根弯曲疲劳强度进行校核。因为软齿面齿轮的主要失效形式是齿面疲劳点蚀，而齿根弯曲疲劳强度相对较高。（2）对于闭式硬齿面（齿面硬度＞350HBS）齿轮传动，一般先按齿根弯曲疲劳强度进行设计，确定齿轮的模数等参数，然后再按齿面接触疲劳强度进行校核。这是因为硬齿面齿轮的齿面抗点蚀能力较强，而齿根容易发生弯曲疲劳断裂。（3）对于开式齿轮传动，主要失效形式是齿面磨损和齿根弯曲疲劳断裂。由于磨损难以精确计算，通常只按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并将模数适当增大，以考虑磨损的影响。（4）此外，对于高速重载的齿轮传动，还需要考虑齿面胶合等失效形式，可采取提高齿面硬度、改善润滑条件等措施。3.简述滚动轴承的选择步骤。答案：（1）根据工作条件和要求，确定轴承的类型。考虑的因素包括：载荷的大小、方向和性质（如径向载荷、轴向载荷、联合载荷，是平稳载荷还是冲击载荷等）；转速的高低；对调心性能的要求；安装空间的限制等。例如，承受纯径向载荷时可选用深沟球轴承；承受较大轴向载荷时可选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承；在两轴相对倾斜较大的情况下可选用调心球轴承或调心滚子轴承。（2）根据轴承所承受的载荷和转速，计算轴承的当量动载荷。当量动载荷是一个假想的恒定载荷，在该载荷作用下，轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相等。（3）根据预期的使用寿命和计算得到的当量动载荷，计算所需的基本额定动载荷。基本额定动载荷是指一批相同的轴承，在相同条件下运转，其中90%的轴承所能承受的恒定径向载荷（对于向心轴承）或轴向载荷（对于推力轴承），运转10⁶转时不发生点蚀破坏。（4）根据计算得到的基本额定动载荷，从轴承产品样本中选取合适的轴承型号。所选轴承的基本额定动载荷应大于或等于计算值。（5）对所选轴承进行必要的校核，如极限转速校核、静强度校核等。极限转速校核是确保轴承在工作转速下能正常运转，不产生过热等问题；静强度校核是防止轴承在承受过大的静载荷时发生塑性变形。四、计算题（每题10分，共20分）1.已知一单级直齿圆柱齿轮传动，传递的功率P=7.5kW，小齿轮转速n₁=960r/min，传动比i=4，小齿轮齿数z₁=20，模数m=4mm，齿宽b₁=80mm，b₂=75mm，齿轮材料为45钢，调质处理，许用接触应力[σH₁]=550MPa，[σH₂]=500MPa，许用弯曲应力[σF₁]=180MPa，[σF₂]=160MPa。试校核该齿轮传动的齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度。解：（1）计算小齿轮的转矩T₁根据公式\(T_{1}=9.55\times10^{6}\frac{P}{n_{1}}\)，将\(P=7.5kW\)，\(n_{1}=960r/min\)代入可得：\(T_{1}=9.55\times10^{6}\frac{7.5}{960}\approx74609.38N\cdotmm\)（2）计算圆周力\(F_{t}\)根据公式\(F_{t}=\frac{2T_{1}}{d_{1}}\)，其中\(d_{1}=mz_{1}=4\times20=80mm\)，则\(F_{t}=\frac{2\times74609.38}{80}=1865.23N\)（3）齿面接触疲劳强度校核齿面接触应力计算公式为\(\sigma_{H}=Z_{H}Z_{E}\sqrt{\frac{2KT_{1}(u+1)}{bd_{1}^{2}u}}\)取载荷系数\(K=1.1\)，\(u=i=4\)，\(Z_{H}=2.5\)，\(Z_{E}=189.8\sqrt{MPa}\)，\(b=b_{2}=75mm\)\(\sigma_{H}=2.5\times189.8\sqrt{\frac{2\times1.1\times74609.38\times(4+1)}{75\times80^{2}\times4}}\)\(=2.5\times189.8\sqrt{\frac{2\times1.1\times74609.38\times5}{75\times80^{2}\times4}}\)\(\approx437.4MPa\)因为\(\sigma_{H}=437.4MPa\lt[σH₂]=500MPa\)且\(\sigma_{H}=437.4MPa\lt[σH₁]=550MPa\)，所以齿面接触疲劳强度足够。（4）齿根弯曲疲劳强度校核齿形系数\(Y_{F1}\)和\(Y_{F2}\)：查齿形系数表，当\(z_{1}=20\)时，\(Y_{F1}=2.8\)；\(z_{2}=i\timesz_{1}=4\times20=80\)，\(Y_{F2}=2.22\)应力修正系数\(Y_{S1}\)和\(Y_{S2}\)：查应力修正系数表，当\(z_{1}=20\)时，\(Y_{S1}=1.55\)；\(z_{2}=80\)时，\(Y_{S2}=1.77\)齿根弯曲应力计算公式为\(\sigma_{F}=\frac{2KT_{1}}{bd_{1}m}Y_{F}Y_{S}\)对于小齿轮：\(\sigma_{F1}=\frac{2\times1.1\times74609.38}{75\times80\times4}\times2.8\times1.55\)\(=\frac{2\times1.1\times74609.38\times2.8\times1.55}{75\times80\times4}\approx102.7MPa\)因为\(\sigma_{F1}=102.7MPa\lt[σF₁]=180MPa\)对于大齿轮：\(\sigma_{F2}=\frac{2\times1.1\times74609.38}{75\times80\times4}\times2.22\times1.77\)\(=\frac{2\times1.1\times74609.38\times2.22\times1.77}{75\times80\times4}\approx77.4MPa\)因为\(\sigma_{F2}=77.4MPa\lt[σF₂]=160MPa\)所以齿根弯曲疲劳强度足够。2.一滚动轴承，承受径向载荷\(F_{r}=3000N\)，轴向载荷\(F_{a}=1200N\)，转速\(n=1450r/min\)，预期寿命\(L_{h}'=15000h\)，试选择合适的深沟球轴承型号。解：（1）计算轴承的当量动载荷\(P\)对于深