2025年机械设计试题库及答案

2025年机械设计试题库及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.螺纹连接中，当被连接件之一较厚且需要经常装拆时，宜选用（）。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：B2.平键连接中，键的截面尺寸（b×h）通常由（）确定。A.传递的转矩B.轴的直径C.轮毂的长度D.键的材料答案：B3.齿轮传动中，齿面疲劳点蚀通常首先出现在（）。A.齿顶附近B.齿根附近C.节线附近的齿根部分D.节线附近的齿顶部分答案：C4.滚动轴承中，主要承受径向载荷，也能承受少量轴向载荷的是（）。A.深沟球轴承B.角接触球轴承C.圆柱滚子轴承D.圆锥滚子轴承答案：A5.普通三角形螺纹的牙型角为60°，而梯形螺纹的牙型角为（）。A.30°B.45°C.55°D.60°答案：A6.带传动中，弹性滑动的主要原因是（）。A.带的预紧力不足B.带与带轮间的摩擦力不够C.带的材料不符合要求D.带的紧边与松边拉力差引起的弹性变形差异答案：D7.刚性联轴器与弹性联轴器的主要区别在于（）。A.是否能补偿两轴的偏移B.是否能传递较大转矩C.是否需要润滑D.是否适用于高速场合答案：A8.滑动轴承中，非液体摩擦润滑的主要目的是（）。A.形成完整油膜B.减少磨损C.提高承载能力D.降低温度答案：B9.机械系统中，若机械效率η＜0.5，则说明（）。A.机械自锁B.机械效率很高C.机械处于理想状态D.输入功率大于输出功率答案：A10.按承载性质分类，既承受弯矩又承受转矩的轴称为（）。A.心轴B.转轴C.传动轴D.曲轴答案：B二、填空题（每空1分，共20分）1.螺纹连接防松的实质是防止螺纹副的（）。答案：相对转动2.平键连接的主要失效形式是（）或（）。答案：键、轴或轮毂的工作面压溃；键的剪断3.齿轮弯曲疲劳强度计算中，危险截面通常用（）法确定。答案：30°切线4.滚动轴承的基本额定寿命是指一批相同轴承中（）的轴承能达到的寿命。答案：90%5.螺栓连接受轴向变载荷时，提高疲劳强度的关键是减小（）的应力幅。答案：螺栓6.直齿圆柱齿轮传动的接触疲劳强度主要与（）和（）有关。答案：齿面接触应力；材料的接触疲劳极限7.轴的结构设计中，轴肩的主要作用是（）。答案：固定零件并承受轴向力8.带传动中，小带轮的包角α一般应不小于（），以避免打滑。答案：120°9.滑动轴承的宽径比（B/d）过大时，容易引起（），过小则会增大（）。答案：偏载；轴承压强10.机械自锁的条件是（）。答案：驱动力的有效分力总是小于等于由它引起的最大摩擦力三、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。答案：预紧目的：增强连接的可靠性、紧密性，防止受载后被连接件间出现缝隙或相对滑移。控制方法：①扭矩法（通过控制拧紧力矩间接控制预紧力）；②测量螺栓伸长量法（直接测量螺栓弹性伸长量）；③液压拉伸法（利用液压使螺栓预伸长后再拧紧）。2.比较平键连接与楔键连接的优缺点。答案：平键连接：优点是结构简单、装拆方便、对中性好；缺点是不能承受轴向力，对轴的削弱较大。楔键连接：优点是能传递轴向力，对中性较差；缺点是楔紧后会使轴和轮毂产生偏心，影响传动精度，且键的楔紧力可能导致轴或轮毂变形。3.齿轮传动中，闭式传动与开式传动的失效形式有何不同？设计时应分别校核哪些强度？答案：闭式传动：润滑良好，主要失效形式为齿面疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断；设计时需校核接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。开式传动：润滑条件差，主要失效形式为齿面磨损和轮齿弯曲疲劳折断（磨损会加剧弯曲应力）；设计时通常只校核弯曲疲劳强度，并适当增大模数以考虑磨损影响。4.滚动轴承组合设计中，常用的轴向固定方法有哪些？各适用于什么场合？答案：①两端固定（两端单向固定）：适用于工作温度变化不大、轴的伸缩量较小的短轴（如一般机床主轴）；②一端固定、一端游动：适用于温度变化大、轴较长的场合（如带式输送机的长传动轴）；③两端游动：适用于多支点轴或要求轴能自由轴向移动的场合（如人字齿轮的其中一根轴）。5.轴的结构设计应满足哪些基本要求？答案：①足够的强度和刚度；②合理的轴上零件定位与固定（轴向和周向）；③良好的加工工艺性（如阶梯轴便于装拆，轴端倒角便于零件装配）；④减小应力集中（如过渡圆角、键槽布置）；⑤适应安装、调整和维修的需求（如留出拆卸空间）。四、计算题（共30分）1.（10分）某普通螺栓连接受横向载荷FΣ=8000N，采用4个M12（d1=10.106mm）的螺栓，螺栓材料为45钢（σs=355MPa），安全系数S=2，接合面摩擦系数f=0.15，可靠性系数Kf=1.2。试校核该螺栓连接的强度。解：（1）单个螺栓所需预紧力F0：由接合面不滑移条件：f·F0·z≥Kf·FΣF0≥Kf·FΣ/(f·z)=1.2×8000/(0.15×4)=16000N（2）螺栓的拉伸应力σ：σ=4×1.3F0/(πd1²)=4×1.3×16000/(π×10.106²)≈261.8MPa（3）许用应力[σ]=σs/S=355/2=177.5MPa（4）校核：σ=261.8MPa＞[σ]=177.5MPa，不满足强度要求。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，寿命10年（每年300天，每天8小时），小齿轮材料为40Cr（调质，σHlim1=600MPa），大齿轮材料为45钢（调质，σHlim2=500MPa），设接触疲劳强度安全系数SH=1.0，弹性系数ZE=189.8MPa^0.5，节点区域系数ZH=2.5，重合度系数Zε=0.85，试计算小齿轮分度圆直径d1。解：（1）计算转矩T1：T1=9550×10^6×P/n1=9550×10^6×10/960≈9.95×10^4N·mm（2）计算应力循环次数N：N1=60n1t=60×960×10×300×8=1.3824×10^9N2=N1/i=1.3824×10^9/3=4.608×10^8（3）接触疲劳许用应力[σH]：查接触疲劳寿命系数，N1＞10^9时，ZNT1=1.0；N2=4.608×10^8时，ZNT2≈1.05（线性插值）[σH1]=ZNT1·σHlim1/SH=1.0×600/1.0=600MPa[σH2]=ZNT2·σHlim2/SH=1.05×500/1.0=525MPa取[σH]=min{600,525}=525MPa（4）计算小齿轮分度圆直径d1：d1≥(2KT1(u+1)/u)^(1/3)×(ZEZHZε/[σH])^2取载荷系数K=1.1（平稳载荷），u=i=3d1≥(2×1.1×9.95×10^4×(3+1)/3)^(1/3)×(189.8×2.5×0.85/525)^2计算得d1≥62.3mm，取d1=65mm（圆整后）。3.（10分）某转轴的危险截面处，弯矩M=500N·m，转矩T=300N·m，轴的直径d=40mm，材料为45钢（σb=600MPa，σs=360MPa），许用弯曲应力[σ-1b]=60MPa，许用扭转切应力[τ-1]=35MPa，试按弯扭合成强度校核该截面强度（折合系数α=0.6）。解：（1）计算当量弯矩Me：Me=√(M²+(αT)²)=√(500²+(0.6×300)²)=√(250000+32400)=√282400≈531.4N·m（2）计算弯曲应力σ：σ=32Me/(πd³)=32×531.4×10³/(π×40³)≈32×531400/(π×64000)≈84.6MPa（3）校核：σ=84.6MPa＞[σ-1b]=60MPa，不满足强度要求（需增大轴径或改善材料）。五、分析题（共20分）1.（10分）图1所示为某减速器输出轴的轴系结构，试指出其中的5处错误并说明改进措施（图中：1-轴承端盖；2-滚动轴承；3-轴套；4-齿轮；5-轴；6-密封圈；7-端盖螺钉）。答案（示例）：（1）错误：轴承端盖与轴直接接触，无间隙，导致无法安装密封圈；改进：端盖内孔与轴之间留出间隙，安装密封圈。（2）错误：齿轮左侧无轴向定位，工作时可能轴向窜动；改进：在齿轮左侧轴肩处增加轴套或挡圈。（3）错误：轴承内圈左侧未固定，轴向定位不可靠；改进：在轴的左端增加轴肩或弹性挡圈固定轴承内圈。（4）错误：端盖螺钉穿过轴承端盖直接拧入箱体，无垫片，预紧力不足；改进：增加垫片，确保螺钉紧固。（5）错误：轴承采用两端固定，但轴较长且工作温度较高时，轴的热膨胀会导致轴承卡死；改进：改为一端固定、一端游动的轴向固定方式。2.（10分）比较硬齿面齿轮（硬度＞350HBS）与软齿面齿轮（硬度≤350HBS）的设计特点及应用场合。答案：设计特点：（1）软齿面齿轮：先加工齿形，再进行热处理（如调质），齿面硬度较低，加工成本低；设计时通常按接触疲劳强度设计，再校核弯曲疲劳强度；允许一定的塑性变