2025年机设考试题及答案

2025年机设考试题及答案一、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.振动稳定性准则2.普通螺纹连接中，若被连接件之一较厚且需要经常拆卸，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3.滚动轴承中，主要承受径向载荷且允许较小轴向载荷的是（）。A.深沟球轴承B.角接触球轴承C.圆柱滚子轴承D.圆锥滚子轴承4.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.分度圆直径D.齿宽5.V带传动中，带的最大应力发生在（）。A.进入大带轮处B.离开大带轮处C.进入小带轮处D.离开小带轮处6.轴的结构设计中，轴肩的主要作用是（）。A.提高轴的强度B.便于轴的加工C.固定轴上零件的轴向位置D.减小应力集中7.滑动轴承的宽径比（B/d）过大时，最可能导致（）。A.轴承温升过高B.油膜承载能力下降C.端泄量增大D.轴瓦磨损不均8.链传动中，链节数通常取偶数的主要原因是（）。A.避免使用过渡链节B.提高传动平稳性C.减小多边形效应D.降低动载荷9.平键连接中，键的截面尺寸（b×h）通常根据（）选取。A.轴的直径B.轮毂的长度C.传递的转矩D.键的材料10.对于受对称循环变应力作用的零件，其持久极限的计算需考虑（）。A.平均应力的影响B.应力幅的影响C.静应力的影响D.应力集中的影响二、填空题（每空1分，共20分）1.机械零件的失效形式主要包括断裂、表面损伤、变形和__________。2.螺纹连接的防松方法可分为摩擦防松、机械防松和__________。3.齿轮齿面的主要失效形式有齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和__________。4.滚动轴承的基本额定寿命是指一批同型号轴承中__________不发生点蚀破坏的寿命。5.带传动的弹性滑动是由于__________引起的不可避免现象。6.轴按承载性质可分为心轴、转轴和__________。7.滑动轴承的润滑方法中，适用于高速重载场合的是__________润滑。8.链传动的运动不均匀性是由__________引起的，称为多边形效应。9.平键连接的主要失效形式是键、轴或轮毂的__________（静连接）或磨损（动连接）。10.机械设计中，安全系数的选择需综合考虑载荷的准确性、材料性能的均匀性和__________。11.螺栓连接的预紧力过大时，可能导致__________或螺栓断裂。12.齿轮传动的重合度越大，表明同时参与啮合的齿数__________，传动越平稳。13.滚动轴承的基本额定动载荷C是指轴承在额定转速下，可靠度为__________时的最大载荷。14.V带的型号由__________和基准长度共同确定。15.轴的强度计算中，对于弯扭复合作用的转轴，需采用__________强度理论进行校核。16.滑动轴承的最小油膜厚度hmin需大于轴颈和轴瓦表面的__________之和，以避免干摩擦。17.链传动中，链轮的齿数过多会导致__________，缩短链条寿命。18.平键连接中，键的长度应略短于轮毂的长度，以保证__________。19.受变应力作用的零件，其疲劳强度不仅与应力循环特性有关，还与__________、尺寸和表面质量有关。20.机械设计的基本要求包括功能要求、可靠性要求、经济性要求和__________。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.比较齿轮传动中软齿面（≤350HBS）和硬齿面（＞350HBS）的设计特点及选材原则。3.滚动轴承的组合设计需要考虑哪些基本问题？请列举三项并简要说明。4.带传动中，为什么小带轮的包角α1通常应不小于120°？若包角过小，可采取哪些措施？5.轴的结构设计需满足哪些基本要求？请至少列出四项。四、分析计算题（共30分）1.（10分）某气缸盖螺栓连接如图1所示（示意图略），已知气缸内径D=200mm，气体压力p=1.5MPa，螺栓数目z=8，螺栓材料的许用拉应力[σ]=120MPa，螺纹小径d1=16mm。试校核该螺栓连接的强度（提示：单个螺栓的工作拉力F=πD²p/(4z)）。2.（10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b=80mm，小齿轮转速n1=1450r/min，传递功率P=15kW，材料均为40Cr（表面淬火，硬度50~55HRC），小齿轮和大齿轮的接触疲劳许用应力分别为[σH1]=1000MPa、[σH2]=900MPa。试校核该齿轮传动的接触疲劳强度（接触疲劳强度公式：σH=ZE√[(2KT1)/(bd1²)(u+1)/u]，其中ZE=189.8√MPa，K=1.2，u=z2/z1，d1=mz1，T1=9550×10³P/n1）。3.（10分）某转轴的危险截面处，弯矩M=800N·m，扭矩T=600N·m，轴的直径d=50mm，材料为45钢（σb=650MPa，σs=360MPa，τs=200MPa），应力集中系数Kσ=1.5，尺寸系数εσ=0.85，表面质量系数β=0.9，许用安全系数[S]=1.5。试按第三强度理论校核该截面的强度（提示：当量应力σe=√(σ²+4τ²)，其中σ=32M/(πd³)，τ=16T/(πd³)）。参考答案一、单项选择题1.A2.B3.A4.C5.C6.C7.A8.A9.A10.B二、填空题1.功能失效2.永久防松3.塑性变形4.90%5.带的弹性变形和拉力差6.传动轴7.压力8.链条绕在链轮上形成的多边形9.压溃10.零件的重要性11.被连接件压溃12.越多13.90%14.截面尺寸15.第三或第四16.表面粗糙度17.链条磨损后跳齿18.轮毂与轴的良好接触19.应力集中20.环保要求三、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扭矩法（通过控制拧紧力矩间接控制预紧力）；②伸长法（测量螺栓的伸长量控制预紧力）；③液压拉伸法（利用液压拉伸器直接拉伸螺栓至预定长度）。2.软齿面设计特点：先热处理后切齿，加工成本低，适用于一般载荷；设计时通常按接触疲劳强度设计，再校核弯曲疲劳强度；选材多为中碳钢（如45钢）或中碳合金钢（如40Cr），经调质或正火处理。硬齿面设计特点：先切齿后热处理（如表面淬火、渗碳淬火），需磨齿精加工，成本高，适用于重载、高速场合；设计时通常按弯曲疲劳强度设计，再校核接触疲劳强度；选材多为低碳合金钢（如20CrMnTi）或中碳合金钢（如40Cr），经渗碳淬火或表面淬火处理。3.①轴向固定：防止轴承在轴或机座孔内轴向移动，常用方法有两端固定（适用于短轴）、一端固定一端游动（适用于长轴或温度变化大的场合）；②间隙调整：保证轴承正常运转所需的游隙，可通过垫片或调整环实现；③润滑与密封：选择合适的润滑剂（脂或油）和密封装置（如密封圈、挡油盘），防止异物进入和润滑剂泄漏。4.包角α1越小，带与小带轮的接触弧越短，摩擦力总和越小，易发生打滑；一般要求α1≥120°以保证足够的摩擦力。若包角过小，可采取措施：①增大中心距；②减小大、小带轮的直径差；③加张紧轮。5.①轴上零件的定位与固定（轴向和周向）；②便于零件的装拆（如阶梯轴设计）；③减小应力集中（如过渡圆角、键槽位置对齐）；④满足加工工艺性（如轴端倒角、退刀槽）；⑤保证轴的强度和刚度要求。四、分析计算题1.单个螺栓工作拉力：F=πD²p/(4z)=π×200²×1.5/(4×8)=(π×40000×1.5)/(32)=(60000π)/32≈5890N螺栓总拉力F0=F+F'（假设为受轴向变载荷的紧连接，预紧力F'=1.5F=8835N，总拉力F0=F+F'=14725N）螺栓拉应力σ=4F0/(πd1²)=4×14725/(π×16²)=58900/(804.25)≈73.2MPa＜[σ]=120MPa，强度合格。2.计算参数：d1=mz1=4×20=80mm，u=z2/z1=3，T1=9550×10³×15/1450≈98965.5N·mm接触应力σH=ZE√[(2KT1)/(bd1²)(u+1)/u]=189.8×√[(2×1.2×98965.5)/(80×80²)(4/3)]计算内部项：(2×1.2×98965.5)/(80×6400)=237517.2/512000≈0.464，(0.464×4/3)≈0.619σH=189.8×√0.619≈189.8×0.787≈149.4MPa比较许用应力：σH=149.4MPa＜[σH2]=900MPa（取较小值），接触疲劳强度合格。3.计算弯曲应力和扭转切应力：σ=32M/(πd³