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30分）1.在V带传动中，若小带轮包角小于120°，最有效的改进措施是A.增大中心距  B.减小带轮直径  C.降低带速  D.改用窄V带答案：A2.一对标准直齿圆柱齿轮啮合，若模数m=4mm，齿数z1=20，z2=40，则标准中心距为A.120mm  B.160mm  C.200mm  D.240mm答案：A3.滚动轴承6208的基本额定动载荷C=29kN，当量动载荷P=5.8kN，则其寿命L10约为A.8.0×10^7r  B.1.0×10^8r  C.1.25×10^8r  D.1.6×10^8r答案：C4.在闭式硬齿面齿轮传动中，最常见的失效形式是A.齿面点蚀  B.齿面胶合  C.轮齿折断  D.齿面磨损答案：C5.螺纹联接防松的“机械防松”措施中，属于摩擦防松的是A.串联钢丝  B.止动垫片  C.双螺母  D.冲点答案：C6.轴的当量弯矩Meq=√(M²+(αT)²)中，α的物理意义是A.扭矩脉动系数  B.扭矩折算系数  C.弯矩折算系数  D.安全系数答案：B7.在普通平键联接中，若键长L=1.5d（d为轴径），则键的挤压强度验算公式为A.σp=2T/(d·k·l)  B.σp=4T/(d·h·l)  C.σp=T/(0.5d·h·l)  D.σp=2T/(d·h·l)答案：D8.带传动中，离心应力σc与带速v的关系为A.σc∝v  B.σc∝v²  C.σc∝√v  D.σc与v无关答案：B9.链传动多边形效应导致的速度波动程度主要取决于A.链节距p与链轮齿数z  B.链速v与润滑方式  C.中心距a与紧边长度  D.链排数与载荷答案：A10.对于液体动压径向滑动轴承，若宽径比B/d减小，则A.承载能力提高，温升降低  B.承载能力降低，温升降低C.承载能力提高，温升升高  D.承载能力降低，温升升高答案：B11.在齿轮强度计算中，齿形系数YFa与下列哪项无关A.齿数z  B.变位系数x  C.压力角α  D.模数m答案：D12.一对渐开线齿轮正确啮合的条件是A.模数相等  B.压力角相等  C.基圆齿距相等  D.分度圆直径相等答案：C13.滚动轴承“预紧”的主要目的是A.提高旋转精度与刚度  B.降低噪声  C.提高极限转速  D.减小摩擦答案：A14.在蜗杆传动中，为提高传动效率，应优先采用A.单头蜗杆  B.大直径系数q  C.多头蜗杆  D.铸铁蜗轮答案：C15.当轴承受复合载荷（Fr、Fa）时，角接触球轴承的当量动载荷P计算公式为A.P=Fr  B.P=Fa  C.P=XFr+YFa  D.P=√(Fr²+Fa²)答案：C二、填空题（每空2分，共20分）16.普通螺纹的公称直径是指螺纹的________径，强度计算时通常以________径作为危险截面。答案：大；小17.在闭式齿轮传动中，齿面接触疲劳强度主要取决于________应力，而齿根弯曲疲劳强度主要取决于________应力。答案：接触；弯曲18.平键标记“键16×100GB/T1096”中，16表示________，100表示________。答案：键宽；b=16mm；键长；L=100mm19.滚动轴承寿命曲线呈________分布，工程中常用________寿命作为设计依据。答案：威布尔；L1020.带传动中，最大有效圆周力Fmax与初拉力F0、包角α、摩擦因数f的关系式为________。答案：Fmax=2F0·(e^{fα}1)/(e^{fα}+1)21.轴系轴向固定常用的“两端固定”结构，其温度补偿措施是在一端轴承外圈与端盖间留________间隙，或采用________轴承。答案：0.2~0.5mm；深沟球22.链传动设计时，为减小速度波动，应尽量选择________链节距和________链轮齿数。答案：小；多23.液体动压轴承形成油膜的必要条件之一是轴颈表面相对滑动速度v≠0，且润滑油具有________性和________性。答案：黏；不可压缩24.蜗杆传动中，蜗轮齿面常用材料为________，其许用接触应力与________速度有关。答案：锡青铜；滑动25.在齿轮弯曲强度校核公式σF=YFa·YSa·Yε·Yβ·Ft/(b·m)中，Yε为________系数，Yβ为________系数。答案：重合度；螺旋角三、简答题（每题6分，共30分）26.试述带传动弹性滑动与打滑的区别，并指出其对传动的影响。答案：弹性滑动是由于带具有弹性，在主动轮上带速低于轮速，在从动轮上带速高于轮速，导致微量滑动，是不可避免的固有现象，造成传动比不恒定、效率下降；打滑是当有效圆周力超过最大摩擦力时，带沿整个轮面全面滑动，属于失效形式，导致传动失效、带温升剧增、磨损加剧。27.为什么闭式硬齿面齿轮传动通常先按弯曲强度设计，再校核接触强度？答案：硬齿面齿轮齿面硬度高（>350HB），接触疲劳极限高，齿面点蚀不易发生，而齿根弯曲疲劳成为薄弱环节；此外，硬齿面齿轮模数较小，齿厚较薄，弯曲强度裕度低，故需优先保证弯曲强度。28.简述滚动轴承“预紧”与“游隙”的概念及其对轴系性能的影响。答案：游隙是轴承内外圈相对位移量，分径向、轴向游隙，过大导致振动噪声增加，过小则摩擦发热；预紧是通过轴向力消除游隙产生负游隙，可提高轴系刚度、旋转精度，但过度预紧会增大摩擦、缩短寿命。29.轴按承载方式可分为哪几类？并各举一例说明其应用。答案：心轴——只受弯矩，如火车轮轴；传动轴——主要受扭矩，如汽车传动轴；转轴——同时受弯矩与扭矩，如减速器输出轴。30.链传动布置时，为什么要求紧边在上、松边在下？答案：紧边在上可利用链自重增大包角，防止松边垂度过大与链轮干涉；同时可抑制链条抖动，避免跳齿或脱链。四、计算题（共40分）31.（10分）一对标准直齿圆柱齿轮，m=3mm，z1=25，z2=75，齿宽b1=60mm，b2=55mm，输入功率P=10kW，n1=1440r/min，载荷系数KA=1.25，求：(1)分度圆直径d1、d2；(2)圆周力Ft；(3)单位齿宽载荷w=KA·Ft/b。答案：(1)d1=mz1=3×25=75mm，d2=3×75=225mm(2)T1=9.55×10^6·P/n1=9.55×10^6×10/1440=6.63×10^4N·mm  Ft=2T1/d1=2×6.63×10^4/75=1768N(3)w=1.25×1768/55=40.2N/mm32.（10分）V带传动设计：Pd=15kW，n1=1460r/min，n2=730r/min，每日工作16h，轻度冲击，选B型带，基准长度Ld=2240mm，基本额定功率P0=3.2kW，传动比i≈2，包角系数Kα=0.95，长度系数KL=1.05，求所需带的根数z。答案：设计功率Pc=KA·Pd=1.2×15=18kW单根带额定功率Pr=(P0+ΔP0)·Kα·KLΔP0=0.17kW（查表i=2）Pr=(3.2+0.17)×0.95×1.05=3.37×0.95×1.05=3.36kWz=Pc/Pr=18/3.36=5.36→取6根33.（10分）30206圆锥滚子轴承正装，承受Fr1=2000N，Fr2=1500N，外部轴向力FA=800N（指向轴承1），试求两轴承的轴向载荷Fa1、Fa2。（内部轴向力Fs=Fr/(2Y)，Y=1.6）答案：Fs1=2000/(2×1.6)=625N，Fs2=1500/3.2=469NFA+Fs2=800+469=1269N>Fs1，轴承1被压紧Fa1=FA+Fs2=1269NFa2=Fs2=469N34.（10分）一蜗杆传动：z1=2，z2=40，m=5mm，q=10，蜗杆转速n1=960r/min，蜗轮输出转矩T2=1.2×10^6N·mm，啮合效率η=0.8，求：(1)蜗杆导程角γ；(2)蜗轮螺旋角β；(3)蜗杆输入功率P1。答案：(1)tanγ=z1/q=2/10=0.2→γ=11.31°(2)β=γ=11.31°(3)T1=T2/(i·η)=1.2×10^6/(20×0.8)=7.5×10^4N·mmP1=2πn1T1/(60×10^6)=2π×960×7.5×10^4/(6×10^7)=7.54kW五、综合分析题（共30分）35.（15分）图示减速器输出轴系，已知：斜齿轮轴向力FA=1200N，指向轴承A；齿轮径向力FR=1800N，圆周力FT=3000N；轴承为7210AC角接触球轴承，正装，判断系数e=0.68，当Fa/Fr≤e时X=1，Y=0；Fa/Fr>e时X=0.41，Y=0.87；轴转速n=580r/min，要求寿命L10h≥15000h，验算轴承A、B是否满足寿命要求。（C=42kN，载荷系数fp=1.2）答案：(1)求支反力水平面：FRH=FT·l2/(l1+l2)=3000×100/300=1000N垂直面：FRV=FR·l2/(l1+l2)=1800×100/300=600N合成支反力FrA=√(1000²+600²)=1166N，FrB=√(2000²+1200²)=2332N(2)求轴向力Fs=0.68FrFsA=0.68×1166=793N，FsB=0.68×2332=1586NFA+FsA=1200+793=1993N>FsB，轴承B被压紧FaB=1993N，FaA=FsA=793N(3)当量动载荷FaA/FrA=793/1166=0.68=e→PA=fp·FrA=1.2×1166=1399NFaB/FrB=1993/2332=0.85>e→PB=fp(0.41×2332+0.87×1993)=1.2(956+1734)=3229N(4)寿命L10=(C/P)^3×10^6/(60n)LA=(42000/1399)^3×10^6/(60×580)=1.02×10^5h>15000hLB=(42000/3229)^3×10^6/34800=1.15×10^4h<15000h结论：轴承B寿命不足，需改型或调整。36.（15分）设计一闭式单级斜齿圆柱齿轮减速器，输入功率P=22kW，n1=970r/min，传动比i=4.5，双向运转，中等冲击，每日工作8h，每年300天，设计寿命10年。要求：(1)选择材料、热处理方式并给出齿面硬度；(2)按齿面接触强度初算中心距；(3)确定主要参数m、z1、z2、β、b；(4)校核齿根弯曲强度。答案：(1)材料：20CrMnTi，渗碳淬火，齿面硬度58~62HRC，芯部300HB(2)设计功率Pc=KA·P=1.4×22=30.8kW转矩T1=9.55×10^6×22/970=2.17×10^5N·mm接触强度初算：a≥483(i+1)√(KT1/(ψa[σH]²i))取ψa=0.4，[σH]=1500MPa，K=1.6a≥483×5.5×√(1.6×2.17×10^5/(0.4×1500²×4.5))≈185mm→取标准a=200mm(3)选mn=3mm，β=13°，z1=29，z2=i·z1=130校核：a=mn(z1+z2)/(2cosβ)=3×159/(2×0.974)=244mm>200mm，调整mn=2.5mm重新z1=33，z2=149，a=2.5×182/(2×0.974)=233mm→取a=