2025年机械设计考试试题及答案

2025年机械设计考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某闭式齿轮传动中，大齿轮采用40Cr钢表面淬火，小齿轮采用20CrMnTi渗碳淬火，其主要目的是（）。A.提高齿面硬度，增强抗点蚀能力B.使大小齿轮寿命接近，降低制造成本C.减少齿面磨损，提高传动效率D.改善加工工艺性，简化热处理流程答案：B2.螺纹连接中，当被连接件之一较厚且需要经常拆卸时，应选用（）。A.螺栓连接B.双头螺柱连接C.螺钉连接D.紧定螺钉连接答案：B3.带传动中，弹性滑动的根本原因是（）。A.带的预紧力不足B.带与带轮间的摩擦力不够C.带的材料具有弹性且传递载荷时产生拉应力差D.带轮直径设计不合理答案：C4.滚动轴承6210的内径尺寸为（）。A.10mmB.20mmC.50mmD.100mm答案：C（内径=10×5=50mm）5.轴的结构设计中，轴肩的主要作用是（）。A.提高轴的强度B.便于轴上零件的周向固定C.便于轴上零件的轴向固定D.减小应力集中答案：C6.平键连接中，键的截面尺寸（b×h）通常根据（）选取。A.传递的转矩大小B.轴的直径C.轮毂的长度D.键的材料答案：B7.蜗杆传动中，为提高效率，最有效的措施是（）。A.增大蜗杆头数B.减小蜗杆分度圆直径C.提高蜗杆转速D.采用青铜蜗轮答案：A8.刚性联轴器与弹性联轴器的主要区别在于（）。A.能否补偿两轴的偏移B.传递转矩的大小C.结构的复杂程度D.适用的转速范围答案：A9.机械零件的安全系数选择主要考虑（）。A.零件的材料成本B.载荷的不确定性和计算的精确性C.零件的外观要求D.零件的加工工艺性答案：B10.齿轮传动中，齿面磨损的主要原因是（）。A.齿面接触应力过大B.齿面间存在相对滑动且有磨粒侵入C.齿面硬度不足D.齿轮制造精度低答案：B二、填空题（每空1分，共20分）1.机械零件的主要失效形式包括断裂、过量变形、表面损伤和（）。答案：功能失效2.螺纹连接防松的根本目的是防止螺纹副间的（）。答案：相对转动3.带传动的最大有效拉力与预紧力、包角和（）有关。答案：摩擦系数4.滚动轴承的基本额定寿命是指一批同型号轴承中（）不发生疲劳点蚀的寿命。答案：90%5.轴按承载性质可分为心轴、传动轴和（）。答案：转轴6.平键的主要类型有普通平键、导向平键和（）。答案：滑键7.齿轮传动中，软齿面（硬度≤350HBS）的设计通常先按（）强度设计，再校核（）强度。答案：接触疲劳；弯曲疲劳8.螺栓连接的预紧力过大可能导致（）或（）。答案：螺栓断裂；被连接件压溃9.蜗杆传动的失效形式主要有（）、（）和胶合。答案：点蚀；磨损10.联轴器与离合器的主要区别是：联轴器需在（）时连接或分离，离合器可在（）时连接或分离。答案：停机；运转三、简答题（每题8分，共32分）1.比较平键连接与花键连接的优缺点。答案：平键连接的优点是结构简单、装拆方便、对中性好；缺点是只能传递转矩，不能承受轴向力，且键槽对轴的强度削弱较大。花键连接的优点是接触面积大、承载能力高、对中性和导向性好、轴与毂的强度削弱小；缺点是制造工艺复杂、成本较高。2.说明齿轮传动设计中，软齿面与硬齿面的设计准则及原因。答案：软齿面（硬度≤350HBS）齿轮的设计准则是先按接触疲劳强度设计齿轮的主要尺寸（如分度圆直径），再校核弯曲疲劳强度。原因是软齿面齿轮的齿面硬度较低，容易发生点蚀失效，接触疲劳是主要失效形式。硬齿面（硬度>350HBS）齿轮的设计准则是先按弯曲疲劳强度设计齿轮的模数，再校核接触疲劳强度。原因是硬齿面齿轮的齿面硬度高，抗点蚀能力强，但齿芯韧性较低，容易发生齿根弯曲疲劳断裂，弯曲疲劳是主要失效形式。3.滚动轴承组合设计中，可能出现的轴向定位问题及解决措施。答案：常见问题包括：①轴的热膨胀导致轴承卡死或间隙过大；②多支点轴承的轴向定位不明确，引起窜动。解决措施：①对于单支点双向固定（一端固定、一端游动）的结构，固定端轴承承受双向轴向载荷，游动端轴承可轴向游动（如使用圆柱滚子轴承或调心滚子轴承），以补偿轴的热伸长；②对于多支点（如三支点）传动，需明确一个主定位点，其余支点采用游动结构，避免过定位。4.螺栓连接预紧的目的是什么？如何控制预紧力？答案：预紧的目的是增强连接的可靠性和紧密性，防止受载后被连接件间出现缝隙或相对滑移。控制预紧力的方法：①利用转矩扳手或定力矩扳手按规定力矩拧紧；②测量螺栓的伸长量（需已知螺栓的弹性模量和长度）；③对于重要连接，可采用液压拉伸器直接控制螺栓的预紧力。四、计算题（共28分）1.（10分）某转轴的危险截面处，轴径d=50mm，材料为45钢（σb=600MPa，σs=355MPa，σ-1=275MPa，τ-1=155MPa），已知该截面承受的弯矩M=1200N·m，扭矩T=800N·m，载荷稳定。若取安全系数S=1.5，试校核该截面的强度（注：折合系数α=0.6）。解：（1）计算弯曲应力σ=32M/(πd³)=32×1200/(π×50³×10^-9)=32×1200/(π×1.25×10^-4)=约244.5MPa（2）计算扭转切应力τ=16T/(πd³)=16×800/(π×50³×10^-9)=约128.3MPa（3）当量应力σe=√(σ²+(ατ)²)=√(244.5²+(0.6×128.3)²)=√(59780+5914)=√65694≈256.3MPa（4）许用应力[σ-1]=σ-1/S=275/1.5≈183.3MPa（5）σe=256.3MPa>[σ-1]，强度不足。2.（10分）设计一对闭式直齿圆柱齿轮传动，已知传递功率P=10kW，小齿轮转速n1=960r/min，传动比i=3，载荷平稳，单向运转，预期寿命Lh=10000h。小齿轮材料为40Cr（调质，硬度280HBS），大齿轮材料为45钢（调质，硬度240HBS）。试计算小齿轮的分度圆直径d1（注：接触疲劳强度公式：d1≥√[(2KT1(u+1)/(φdu))(ZEZH/[σH])²]，其中K=1.2，φd=0.8，ZE=189.8MPa^0.5，ZH=2.5，[σH1]=600MPa，[σH2]=500MPa）。解：（1）计算小齿轮转矩T1=9550×10³×P/n1=9550×10³×10/960≈99479N·mm（2）齿数比u=i=3（u≥1，取u=3）（3）接触疲劳许用应力[σH]=min([σH1],[σH2])=500MPa（4）代入公式：d1≥√[(2×1.2×99479×(3+1)/(0.8×3))×(189.8×2.5/500)²]=√[(2×1.2×99479×4/(2.4))×(474.5/500)²]=√[(2×1.2×99479×4/2.4)×(0.949)²]=√[(2×1.2×99479×1.6667)×0.900]=√[(397916)×0.900]≈√358124≈598.4mm（需圆整，实际设计中需调整参数）3.（8分）某受轴向工作载荷的螺栓连接，已知预紧力F0=8000N，工作载荷F=5000N，螺栓的相对刚度Cb/(Cb+Cm)=0.3，螺栓材料的许用拉应力[σ]=120MPa，螺栓小径d1=16mm。试计算螺栓的总拉力F2及校核其强度。解：（1）总拉力F2=F0+Cb/(Cb+Cm)×F=8000+0.3×5000=9500N（2）螺栓的拉应力σ=4F2/(πd1²)=4×9500/(π×16²)=38000/(804.25)≈47.2MPa（3）σ=47.2MPa<[σ]=120MPa，强度满足。五、综合分析题（共20分）设计一台带式输送机的传动装置，要求：电动机驱动，传动系统包含一级V带传动和一级圆柱齿轮减速器，工作条件为：输送带拉力F=5kN，速度v=1.2m/s，滚筒直径D=400mm，每天工作8小时，寿命5年（每年300天），载荷平稳。试完成以下步骤：1.确定电动机功率与转速；2.分配传动比（V带传动比i1=2~4，齿轮传动比i2=3~5）；3.简述齿轮材料、热处理及精度等级的选择依据；4.说明减速器输出轴的结构设计要点（至少4点）。答案要点：1.电动机功率计算：输送带所需功率Pw=Fv/1000=5000×1.2/1000=6kW；总效率η=η带×η齿轮×η轴承×η联轴器，取η带=0.96，η齿轮=0.97（闭式），η轴承=0.99（滚动），η联轴器=0.99，总η≈0.96×0.97×0.99×0.99≈0.91；电动机功率Pd=Pw/η≈6/0.91≈6.59kW，选7.5kW电动机。输送带滚筒转速n滚筒=60×1000v/(πD)=60×1000×1.2/(π×400)≈57.3r/min；电动机同步转速可选1440r/min（4极），则总传动比i总=1440/57.3≈25.1，分配i1=3，i2=25.1/3≈8.37（调整为i2=8）。2.传动比分配：V带传动比i1=3，齿轮传动比i2=8，总i=24，接近25.1，误差在允许范围内。3.齿轮材料