2025年机械设计期末考试试卷(复习题库)及答案

2025年机械设计期末考试试卷(复习题库)及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某农业机械中的传动齿轮长期在粉尘环境下工作，其主要失效形式最可能是（）。A.齿面疲劳点蚀B.齿面磨损C.齿根弯曲疲劳折断D.塑性变形2.设计受轴向变载荷的紧螺栓连接时，若仅将螺栓由45钢改为35CrMo（强度更高），其他参数不变，螺栓的疲劳强度（）。A.提高B.降低C.不变D.不确定3.带传动中，弹性滑动的本质是（）。A.带与带轮间的摩擦力不足B.带的弹性变形导致速度差C.带的初拉力过大D.带轮直径不匹配4.滚动轴承6210的内径尺寸为（）。A.10mmB.20mmC.50mmD.100mm5.齿轮传动中，为减小齿向载荷分布不均，可采取的措施是（）。A.增大模数B.减小齿宽C.提高齿面硬度D.采用鼓形齿6.普通平键连接的主要失效形式是（）。A.键的剪切破坏B.轮毂的挤压破坏C.轴的弯曲变形D.键的扭转断裂7.设计液体动压滑动轴承时，若宽径比（B/d）增大，轴承的承载能力（）。A.增大B.减小C.不变D.先增后减8.与滚子链传动相比，同步带传动的主要优点是（）。A.承载能力大B.传动比准确C.耐冲击D.寿命长9.轴的结构设计中，轴肩的主要作用是（）。A.提高轴的强度B.便于加工C.轴向定位零件D.减小应力集中10.计算齿轮弯曲疲劳强度时，危险截面通常位于（）。A.齿顶B.齿根C.节线附近D.分度圆二、填空题（每空1分，共15分）1.机械零件的设计准则主要包括强度准则、刚度准则、（）和（）。2.螺纹连接防松的本质是防止螺纹副间的（）。3.带传动的最大有效拉力随初拉力增大而（），随包角增大而（）。4.齿轮传动中，齿面接触疲劳强度主要与（）和（）有关。5.滚动轴承的基本额定寿命是指一批同型号轴承中（）不发生疲劳点蚀前的总转数。6.轴按受载情况分为心轴、转轴和（）；自行车前轴属于（）。7.滑动轴承的润滑方式选择主要取决于（）和（）。8.链传动的运动不均匀性是由（）引起的，称为（）效应。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述螺纹连接预紧的目的及常用的预紧方法。2.齿轮传动中，硬齿面（硬度＞350HBS）与软齿面（硬度≤350HBS）的设计准则有何不同？3.滚动轴承组合设计时，为何需要考虑“一端固定、一端游动”的配置方式？列举两种实现游动的结构。4.带传动中，为何小带轮的包角不宜过小？可采取哪些措施增大包角？5.轴的结构设计需要满足哪些基本要求？至少列举4项。四、计算题（共35分）1.（10分）某传动系统中，轴的材料为45钢（σb=650MPa，σ-1=280MPa，τ-1=155MPa），承受的弯矩M=1200N·m，扭矩T=800N·m，轴的直径d=50mm。若安全系数S=1.5，试校核该轴的弯扭组合强度（注：取折合系数α=0.6，许用弯曲应力[σ-1b]=σ-1/S，许用扭转切应力[τ-1]=τ-1/S）。2.（12分）设计一对闭式直齿圆柱齿轮传动，已知小齿轮转速n1=960r/min，传递功率P=10kW，齿数z1=20，z2=60，模数m=3mm，齿宽b1=60mm，b2=55mm（b1为小齿轮齿宽），小齿轮材料为20CrMnTi（渗碳淬火，齿面硬度58-62HRC），大齿轮材料为40Cr（表面淬火，齿面硬度50-55HRC）。试计算齿面接触疲劳强度的安全系数（注：接触疲劳许用应力[σH1]=1200MPa，[σH2]=1000MPa；弹性系数ZE=189.8√MPa；节点区域系数ZH=2.5；接触疲劳强度公式：σH=ZEZH√(2KT1(u+1)/(bd1²u))，其中T1=9550×10³P/n1，u=z2/z1，d1=mz1，K=1.2）。3.（13分）某机械装置中选用6308滚动轴承（基本额定动载荷C=40.8kN），轴承承受径向载荷Fr=5kN，轴向载荷Fa=2kN，载荷系数fp=1.2，温度系数ft=1.0。已知轴承的径向载荷系数X=0.56，轴向载荷系数Y=1.6，e=0.34（当Fa/Fr＞e时，X=0.56，Y=1.6；否则X=1，Y=0）。试计算该轴承的基本额定寿命Lh（寿命公式：L10=(C/P)ε×10⁶/60n，ε=3）。五、综合分析题（20分）某小型带式输送机的减速器输出轴需连接一个直齿圆柱齿轮（模数m=4mm，齿数z=30）和一个滚动轴承（型号6212），轴的转速n=300r/min，传递扭矩T=800N·m。要求：（1）画出输出轴的结构简图（标注主要尺寸：齿轮轮毂宽度、轴承宽度、轴肩高度、键槽位置等）；（2）说明轴的材料选择依据（推荐2种材料并比较）；（3）分析轴上可能的失效形式及预防措施；（4）简述轴承的配合选择（内圈与轴、外圈与轴承座）及润滑方式。答案一、单项选择题1.B2.A3.B4.C5.D6.B7.A8.B9.C10.B二、填空题1.耐磨性准则；振动稳定性准则2.相对转动3.增大；增大4.齿面硬度；齿轮直径（或中心距）5.90%的轴承6.传动轴；心轴7.轴颈圆周速度；轴承载荷8.链条绕上链轮时的多边形啮合；多边形三、简答题1.预紧目的：增强连接的刚性、紧密性和防松能力，防止受载后连接件分离或滑移。预紧方法：使用力矩扳手控制预紧力；通过测量螺栓伸长量控制预紧力；采用定力矩电动扳手等工具。2.软齿面齿轮：通常先按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度（因齿面较软，接触疲劳是主要失效）；硬齿面齿轮：因齿面硬度高，弯曲疲劳折断更易发生，故先按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核接触疲劳强度。3.配置原因：补偿轴的热胀冷缩，避免轴承因轴向变形受额外载荷。游动结构：①圆柱滚子轴承（内圈或外圈可轴向游动）；②深沟球轴承与轴采用间隙配合（外圈与轴承座固定）。4.包角过小会导致带与带轮接触弧缩短，摩擦力总和减小，易打滑。增大包角措施：增大中心距；减小大、小带轮直径差；加张紧轮（安装在松边内侧靠近大带轮处）。5.基本要求：①轴上零件的轴向、周向定位可靠；②减小应力集中（如圆角过渡）；③便于加工和装配（如轴端倒角、键槽统一方向）；④满足强度、刚度要求；⑤考虑润滑与密封（如设置油沟）。四、计算题1.计算弯曲应力σb=32M/(πd³)=32×1200/(π×50³×10⁻⁹)=32×1200/(π×1.25×10⁻⁴)=约245.5MPa扭转切应力τ=16T/(πd³)=16×800/(π×50³×10⁻⁹)=约162.3MPa折合应力σca=√(σb²+(ατ)²)=√(245.5²+(0.6×162.3)²)=√(60270+9430)=√69700≈264MPa许用弯曲应力[σ-1b]=280/1.5≈186.7MPa，σca＞[σ-1b]，不满足强度要求。2.T1=9550×10³×10/960≈99479N·mmd1=mz1=3×20=60mm，u=60/20=3，b=55mm（取较小齿宽）σH=189.8×2.5×√(2×1.2×99479×(3+1)/(55×60²×3))=474.5×√(2×1.2×99479×4/(55×3600×3))=474.5×√(955000/(594000))≈474.5×1.27≈603MPa安全系数S1=[σH1]/σH=1200/603≈1.99；S2=[σH2]/σH=1000/603≈1.66，取较小值1.66。3.Fa/Fr=2/5=0.4＞e=0.34，故X=0.56，Y=1.6当量动载荷P=fp(XFr+YFa)=1.2×(0.56×5+1.6×2)=1.2×(2.8+3.2)=1.2×6=7.2kNL10=(40.8/7.2)³×10⁶/60n（注：题目未给n，假设n=1000r/min，若题目遗漏，可补充说明）若n=1000r/min，则Lh=(5.667³×10⁶)/(60×1000)=181.6×10⁶/6×10⁴≈3027h（具体数值随n调整）。五、综合分析题（1）结构简图要点：齿轮轮毂宽度≥轴段长度（取齿轮宽度+2-3mm），轴承宽度与6212匹配（宽度B=26mm），轴肩高度h=(0.07-0.1)d（d为轴承内径，6212内径60mm，h≈4-6mm），键槽位于齿轮安装段（长度≤轮毂宽度），轴端倒角C1.5，轴承安装段与齿轮段用圆角过渡（r≥1mm）。（2）材料选择：推荐45钢（调质处理，σb=600-750MPa，综合性能好，成本低）；或40Cr（调质，σb=750-900MPa，强度更高，适用于重载）。45钢适用于一般载荷，40Cr适用于扭矩大或冲击载荷场合。（3）失效形式：①疲劳断裂（弯扭组合应力），预防措施：合理设计轴肩圆角，避免应力集中；②键连接挤压