(2025年)机械设计基础期末考试卷及答案

(2025年)机械设计基础期末考试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.机械设计中，某零件材料的屈服极限σs=300MPa，安全系数n=1.5，则其许用应力[σ]为（）。A.200MPaB.150MPaC.450MPaD.300MPa2.承受横向载荷的普通螺栓连接中，螺栓杆主要承受（）。A.剪切与挤压B.拉伸C.扭转D.弯曲3.标准直齿圆柱齿轮传动中，若中心距不变，增大模数m，则（）。A.齿数z减少B.齿宽b增大C.齿顶高减小D.接触疲劳强度降低4.V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.带的材料弹性变形D.主动轮与从动轮直径不同5.深沟球轴承的基本额定寿命L10与基本额定动载荷C的关系为（）（ε=3）。A.L10=(C/P)^3×10^6转B.L10=(P/C)^3×10^6转C.L10=(C/P)^(1/3)×10^6转D.L10=(P/C)^(1/3)×10^6转6.按承载性质分类，只承受弯矩不传递扭矩的轴称为（）。A.转轴B.心轴C.传动轴D.曲轴7.平键连接中，键的截面尺寸（b×h）通常根据（）选取。A.传递的扭矩B.轴的直径C.轮毂长度D.许用挤压应力8.下列联轴器中，能补偿两轴较大偏移且具有缓冲吸振能力的是（）。A.凸缘联轴器B.齿式联轴器C.弹性套柱销联轴器D.万向联轴器9.圆柱螺旋压缩弹簧的中径D2=20mm，簧丝直径d=4mm，则其旋绕比C为（）。A.5B.0.2C.24D.1610.机械零件的疲劳断裂通常从（）开始。A.材料内部B.表面应力集中处C.截面中心D.次表面二、填空题（每空1分，共20分）1.机械设计的基本原则包括满足功能要求、可靠性要求、________、________和环保要求。2.螺纹连接防松的本质是防止螺纹副的________，常用方法有________防松、机械防松和永久防松。3.齿轮传动的主要失效形式有齿面磨损、齿面胶合、________、________和齿根弯曲疲劳折断。4.V带传动中，带的最大应力发生在________处，由拉应力、________和离心拉应力组成。5.滚动轴承的基本额定寿命是指一批相同轴承在相同条件下运转，________的轴承发生疲劳点蚀前的总转数。6.轴的强度计算方法主要有________、________和安全系数校核计算。7.平键连接的主要失效形式是________（静连接）或________（动连接）。8.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________时接合或分离。9.弹簧的主要功能包括缓冲吸振、________、________和测量力或力矩。10.机械系统设计的一般步骤包括需求分析、________、技术设计、________和试验改进。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.比较软齿面齿轮（硬度≤350HBS）与硬齿面齿轮（硬度＞350HBS）的设计特点及应用场合。3.解释V带传动中“弹性滑动”与“打滑”的区别，并说明打滑的危害。4.滚动轴承的基本代号由哪几部分组成？各部分分别表示什么含义？5.轴的结构设计需要满足哪些基本要求？四、计算题（共25分）1.（8分）某受轴向工作载荷的紧螺栓连接，螺栓材料为45钢（σs=355MPa），安全系数n=2，螺栓小径d1=13.835mm。已知预紧力F0=2000N，工作载荷F=1500N，剩余预紧力F'=1.2F。试校核该螺栓的拉伸强度。2.（9分）一对标准直齿圆柱齿轮传动，主动轮齿数z1=20，从动轮齿数z2=60，模数m=4mm，齿宽b=80mm，小齿轮转速n1=1450r/min，传递功率P=10kW，齿轮材料为40Cr（调质），小齿轮齿面硬度280HBS，大齿轮齿面硬度240HBS。设载荷系数K=1.2，接触疲劳许用应力[σH1]=600MPa，[σH2]=550MPa。试校核其接触疲劳强度（接触疲劳强度公式：σH=ZE√[(2KT1(u+1))/(bd1^2u)]，ZE=189.8√MPa，u=z2/z1，d1=mz1，T1=9550×10^3P/n1）。3.（8分）某转轴的危险截面处，弯矩M=500N·m，扭矩T=300N·m，轴的直径d=40mm，材料为45钢（σb=600MPa，σs=360MPa，σ-1=275MPa，τ-1=155MPa，ψσ=0.1）。若安全系数n=1.5，试按弯扭合成强度校核该截面（公式：σca=√(σb^2+(ψστb)^2)，σb=32M/(πd^3)，τb=16T/(πd^3)）。五、分析题（5分）某带式输送机的传动系统由电动机、V带传动、齿轮传动和滚筒组成。实际运行中发现：①V带传动的带频繁磨损；②齿轮传动的小齿轮齿面出现点蚀。试分析可能的原因，并提出改进措施。答案一、单项选择题1.A2.B3.A4.C5.A6.B7.B8.C9.A10.B二、填空题1.经济性要求、工艺性要求2.相对转动、摩擦3.齿面接触疲劳点蚀、塑性变形4.紧边进入小带轮、弯曲应力5.90%6.按扭转强度估算、按弯扭合成强度校核7.轮毂或键的挤压破坏、键的磨损8.停车、运转9.储存能量、控制运动10.方案设计、样机试制三、简答题1.预紧目的：增强连接的刚性、紧密性和防松能力，防止受载后接合面分离或滑移。控制方法：测力矩扳手、定力矩扳手、测量螺栓伸长量（或螺母转角）。2.软齿面齿轮：齿面硬度低，加工后可进行磨齿以外的精加工，通常成对调质处理，小齿轮硬度略高，设计时按接触疲劳强度设计，弯曲强度校核，适用于一般机械（如减速器）。硬齿面齿轮：齿面硬度高，需经淬火、渗碳等处理，常需磨齿，设计时按弯曲强度设计，接触强度校核，适用于重载、高速或小型化场合（如轧钢机齿轮）。3.弹性滑动：因带的弹性变形和拉力差引起的局部滑动，不可避免，导致从动轮转速低于主动轮；打滑：过载时带与带轮间全面滑动，可避免但会加剧磨损、传动失效。危害：带剧烈磨损、温度升高、传动中断。4.基本代号由类型代号、尺寸系列代号、内径代号组成。类型代号表示轴承类型（如6为深沟球轴承）；尺寸系列代号（宽度系列+直径系列）表示轴承大小；内径代号表示轴承内径（如04表示内径20mm）。5.要求：①轴上零件定位可靠（轴向、周向）；②满足加工和装配工艺性（如倒角、退刀槽、键槽布置）；③减少应力集中（如过渡圆角）；④强度、刚度足够；⑤经济性（如材料选择、结构简化）。四、计算题1.螺栓总拉力F2=F0+F-F'=2000+1500-1.2×1500=1700N（或F2=F'+F=1.2×1500+1500=3300N？需明确公式。正确应为F2=F0+(F-F0')，但剩余预紧力F'=F0-F，故F0=F'+F=1.2×1500+1500=3300N，总拉力F2=F0=3300N（轴向载荷下总拉力=预紧力+工作载荷×螺栓的相对刚度，但题目未给相对刚度，默认剩余预紧力F'=F0-F×(1-Kc)，Kc为被连接件刚度与总刚度比，通常取F'≥(0.2~0.6)F，本题F'=1.2F，可能为简化题设，总拉力F2=F'+F=1.2F+F=2.2F=3300N）。σ=4F2/(πd1²)=4×3300/(π×13.835²)≈21.8MPa许用应力[σ]=σs/n=355/2=177.5MPaσ＜[σ]，安全。2.T1=9550×10³×10/1450≈65862N·mmd1=mz1=4×20=80mm，u=z2/z1=3σH=189.8×√[(2×1.2×65862×(3+1))/(80×80²×3)]计算分子：2×1.2×65862×4=632,275.2分母：80×6400×3=1,536,000√(632275.2/1536000)=√0.411≈0.641σH=189.8×0.641≈121.6MPa[σH]取较小值550MPa，121.6＜550，安全。3.σb=32×500×10³/(π×40³)=32×500000/(π×64000)=16000000/(201061.93)≈79.6MPaτb=16×300×10³/(π×40³)=4800000/(201061.93)≈23.9MPaσca=√(79.6²+(0.1×23.9)²)=√(6336.16+5.71)=√6341.87≈79.6MPa许用应力[σ]=σ-1/(n)=275/1.5≈183.3MPa（或按弯扭合成安全系数nca=σ-1/σca=275/79.6≈3.46＞1.5，安全）。五、分析题①V带磨损原因：预紧力过大（加剧摩擦）、带轮直径过小（弯曲应力大）、带型号选择不