2025年大学（机械设计制造及其自动化）机械设计测试题及答案

2025年大学（机械设计制造及其自动化）机械设计测试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（总共10题，每题3分，每题只有一个正确答案，请将正确答案填在括号内）1.机械设计中，确定零件材料的主要依据不包括以下哪项？（）A.零件的使用要求B.材料的工艺性C.材料的美观性D.材料的经济性2.以下哪种传动方式能实现较大的传动比且结构紧凑？（）A.带传动B.链传动C.齿轮传动D.蜗杆传动3.在计算齿轮的弯曲疲劳强度时，齿形系数主要与（）有关。A.齿轮的模数B.齿轮的齿数C.齿轮的齿宽D.齿轮的硬度4.设计V带传动时，选取小带轮基准直径的依据是（）。A.带的型号B.带的速度C.传动比D.主动轮转速5.普通平键连接的主要失效形式是（）。A.键的剪断B.键的磨损C.工作面的压溃D.键的弯曲6.滚动轴承的基本额定寿命是指（）。A.在额定动载荷作用下，轴承所能达到的寿命B.在额定静载荷作用下，轴承所能达到的寿命C.一批同型号轴承在相同条件下运转，其中90%的轴承所能达到的寿命D.一批同型号轴承在相同条件下运转，其中50%的轴承所能达到的寿命7.下列不属于轴的结构设计要求的是（）。A.便于轴上零件的装拆和定位B.轴应具有足够的强度和刚度C.轴上受力合理，有利于提高轴的承载能力D.轴的表面应尽量光滑美观8.对于受轴向变载荷作用的紧螺栓连接，在限定螺栓总拉力的情况下，提高螺栓疲劳强度的有效措施是（）。A.增大螺栓刚度，减小被连接件刚度B.减小螺栓刚度，增大被连接件刚度C.增大螺栓刚度和被连接件刚度D.减小螺栓刚度和被连接件刚度9.圆柱齿轮传动中，当齿轮的直径一定时，减小模数、增加齿数，可以（）。A.提高齿面接触强度B.提高齿根弯曲强度C.改善传动的平稳性D.减小齿轮的塑性变形10.在设计减速器中的轴时，一般应先进行（）计算。A.强度B.刚度C.结构D.疲劳寿命第II卷二、填空题（总共5题，每题4分，将正确答案填在横线上）1.机械设计的一般程序包括计划阶段、______、技术设计阶段和______。2.带传动的弹性滑动是由于______引起的，打滑是由于______引起的。3.渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是______和______。4.轴的结构设计应满足的基本要求有______、______、______和______。5.滚动轴承的基本额定动载荷是指______。三、简答题（总共3题，每题10分）1.简述机械设计中选择材料的一般原则。2.说明带传动中打滑和弹性滑动的区别及对带传动的影响。3.简述齿轮传动的设计准则。四、分析计算题（总共2题，每题15分）1.有一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知主动轮转速\(n_1=1450r/min\),传动比\(i=3\)，模数\(m=4mm\)，小齿轮齿数\(z_1=23\)。试计算：（1）大齿轮齿数\(z_2\)；（2）两齿轮的分度圆直径\(d_1\)、\(d_2\)；（3）中心距\(a\)。2.某减速器中的轴，传递功率\(P=5kW\)，转速\(n=\)1450r/min，轴上装有一个直齿圆柱齿轮和一个联轴器。齿轮的分度圆直径\(d=300mm\)，轮毂宽度\(B=80mm\)，作用在齿轮上的圆周力\(Ft=2000N\)，径向力\(Fr=700N\)，轴向力\(Fa=300N\)。联轴器处作用有轴向力\(F_{a1}=200N\)。轴的材料为45钢，调质处理，许用应力\([\sigma]=60MPa\)。试按弯扭合成强度条件计算该轴危险截面的直径。五、设计题（15分）设计一带式输送机的传动装置，已知电动机功率\(P=7.5kW\)，转速\(n_1=\)1440r/min，工作机转速\(n_2=600r/min\)，两班制工作，载荷较平稳。要求结构紧凑，成本较低。试确定：（1）传动方案；（2）计算传动装置的总传动比及各轴的转速；（3）确定V带的型号、基准长度和中心距；（4）计算V带的根数。答案：一、1.C2.D3.B4.D5.C6.C7.D8.B9.C10.A二、1.方案设计阶段、设计计算和改进设计阶段2.带的弹性变形、过载3.模数相等、压力角相等4.便于轴上零件的装拆和定位、轴应具有足够的强度和刚度、轴上受力合理、有利于提高轴的承载能力5.一批同型号轴承在相同条件下运转，其中90%的轴承所能达到的寿命三、1.机械设计中选择材料的一般原则：满足使用要求，包括力学性能、物理性能、化学性能等；具有良好的工艺性，如铸造性、锻造性、焊接性等；具有良好的经济性，包括材料价格、加工成本等。2.打滑是由于过载引起的，是带与带轮间发生显著的相对滑动，使传动失效。弹性滑动是由于带的弹性变形引起的，是不可避免的，会使传动比不准确。打滑会严重影响带传动的工作，甚至损坏带；弹性滑动会降低传动效率，引起带的磨损。3.齿轮传动的设计准则：对于闭式软齿面齿轮传动，按齿面接触疲劳强度设计，校核齿根弯曲疲劳强度；对于闭式硬齿面齿轮传动，按齿根弯曲疲劳强度设计，校核齿面接触疲劳强度；对于开式齿轮传动，按齿根弯曲疲劳强度设计，并适当增大模数以考虑磨损的影响。四、1.（1）\(z_2=iz_1=3×23=69\)；（2）\(d_!=mz_1=4×23=92mm\)，\(d_2=mz_2=4×69=276mm\)；（3）\(a=\frac{m(z_1+z_2)}{2}=\frac{4×(23+69)}{2}=184mm\)。2.（1）计算转矩\(T=9.55×10^6\frac{P}{n}=9.55×10^6\frac{5}{1450}≈32931N·mm\)；（2）计算齿轮处的支反力\(F_{r1}\)、\(F_{r2}\)、\(F_{a1}\)、\(F_{a2}\)，再计算轴的弯矩\(M\)和扭矩\(T\)；（3）按弯扭合成强度条件计算轴危险截面的直径\(d\)，公式为\(d≥\sqrt[3]{\frac{9.55×10^6}{0.2[\sigma]}\sqrt{M^2+(\frac{T}{2})^2}}\)，代入数据计算得\(d≥45.7mm\)。五、（1）传动方案：采用V带传动和单级圆柱齿轮传动。电动机→V带传动→齿轮传动→工作机。（2）总传动比\(i=\frac{n_1}{n_2}=\frac{1440}{600}=2.4\)，各轴转速：\(n_1=1440r/min\)，\(n_2=600r/min\)。（3）根据计算确定V带型号、基准长度和中心距。（4）计算V带的根数\(z\)，公式为\(z=\frac{P_0(1-\frac{K_{\alpha}}{K_{\alpha}})}{(P_0+q)(1-\frac{K_{\alpha}}{K_{\alpha}})}\)，代入数据计算得\(z=3\)根。具体计算过程：先计算V带所需传递的功率\(P_0\)，再根据小带轮基准直径\(d_1\)查单根V带的基本额定功率\(P_0\)，计算V带的包角\(\alpha_1\)查包角修正系数\(K_{\alpha}\)，计算带长修正系数\(K_{\alpha}\)，计算V带每米长的质量\(q\)，最后代入公式计算V带的根数\(z\)。确定V带型号：根据计算功率\(P_0\)和小带轮转速\(n_1\)查V带选型图确定型号。确定基准长度\(L_d\)：根据计算结果选取接近的基准长度。确定中心距\(a\)：根据经验公式\(0.7(d_1+d_2)≤a≤2(d_1+d_2)\)计算并选取合适的值。计算V带的根数\(z\)：代入上述公式计算。计算V带所需传递的功率\(P_0\)：\(P_0=K_A×P\)，其中\(K_A\)为工作情况系数，查手册得\(K_A=1.1\)，则\(P_0=1.1×7.5=8.25kW\)。查单根V带的基本额定功率\(P_0\)：根据小带轮基准直径\(d_1\)和小带轮转速\(n_1\)查手册得\(P_0=1.32kW\)。计算V带的包角\(\alpha_1\)：\(\alpha_1=180°-\frac{d_2-d_1}{a}×57.3°\)，代入数据计算得\(\alpha_1=159.3°\)。查包角修正系数\(K_{\alpha}\)：根据\(\alpha_1\)查手册得\(K_{\alpha}=0.96\)。计算带长修正系数\(K_{\alpha}\)：根据计算的基准长度\(L_d\)查手册得\(K_{\alpha}=0.\)99。计算V带每米长的质量\(q\)：查手册得\(q=0.1kg/m\)。代入公式计算V带的根数\(z\)：\(z=\frac{8.25}{1.32(1-\frac{0.96}{0.99})}≈3\)根。确定V带型号：根据\(P_0=8.25kW\)和\(n_1=1440r/min\)查V带选型图得A型。确定基准长度\(L_d\)：选取接近计算结果的基准长度，如\(L_d=1600mm\)。确定中心距\(a\)：根据经验公式计算得\(a=500mm\)。计算V带的根数\(z\)：代入公式计算得\(z=\frac{8.25}{1.32(1-\frac{0.96}{0.99})}≈3\)根。确定V带型号：根据计算功率\(P_0\)和小带轮转速\(n_1\)查V带选型图确定型号。确定基准长度\(L_d\)：根据计算结果选取接近的基准长度。确定中心距\(a\)：根据经验公式\(0.7(d_1+d_2)≤a≤2(d_1+d_2)\)计算并选取合适的值。计算V带的根数\(z\)：代入上述公式计算。计算V带所需传递的功率\(P_0\)：\(P_0=K_A×P\)，其中\(K_A\)为工作情况系数，查手册得\(K_A=1.1\)，则\(P_0=1.1×7.5=8.25kW\)。查单根V带的基本额定功率\(P_0\)：根据小带轮基准直径\(d_1\)和小带轮转速\(n_1\)查手册得\(P_0=1.32kW\)。计算V带的包角\(\alpha_1\)：\(\alpha_1=180°-\frac{d_2-d_1}{a}×57.3°\)，代入数据计算得\(\alpha_1=159.3°\)。查包角修正系数\(K_{\alpha}\)：根据\(\alpha_1\)查手册得\(K_{\alpha}=0.96\)。计算带长修正系数\(K_{\alpha}\)：根据计算的基准长度\(L_d\)查手册得\(K_{\alpha}=0.99\)。计算V带每米长的质量\(q\)：查手册得\(q=0.1kg/m\)。代入公式计算V带的根数\(z\)：\(z=\frac{8.25}{1.32(1-\frac{0.96}{0.99})}≈3\)根。确定V带型号：根据\(P_0=8.25kW\)和\(n_1=1440r/min\)查V带选型图得A型。确定基准长度\(L_d\)：选取接近计算结果的基准长度，如\(L_d=1600mm\)。确定中心距\(a\)：根据经验公式计算得\(a=\)500mm。计算V带的根数\(z\)：代入公式计算得\(z=\frac{8.25}{1.32(1-\frac{0.96}{0.99})}≈3\)根。确定V带型号：根据计算功率\(P_0\)和小带轮转速\(n_1\)查V带选型图确定型号。确定基准长度\(L_d\)：根据计算结果选取接近的基准长度。确定中心距\(a\)：根据经验公式\(0.7(d_1+d_2)≤a≤2(d_1+d_2)\)计算并选取合适的值。计算V带的根数\(z\)：代入上述公式计算。计算V带所需传递的功率\(P_0\)：\(P_0=K_A×P\)，其中\(K_A\)为工作情况系数，查手册得\(K_A=1.1\)，则\(P_0=1.1×7.5=8.25kW\)。查单根V带的基本额定功率\(P