2025年设计机械题库及答案

2025年设计机械题库及答案一、选择题（每题3分，共30分）1.下列螺纹连接防松方法中，属于机械防松的是（）。A.双螺母防松B.弹簧垫圈防松C.止动垫片防松D.黏结剂防松答案：C2.齿轮传动中，齿面接触疲劳强度主要与（）有关。A.模数B.齿数C.齿宽系数D.分度圆直径答案：D3.滚动轴承基本额定寿命是指同一批轴承中（）达到额定寿命时的寿命值。A.10%的轴承B.50%的轴承C.90%的轴承D.100%的轴承答案：C4.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答案：D5.轴的材料选择中，40Cr常用于（）。A.低速轻载的轴B.高速重载且要求耐磨的轴C.需表面淬火的轴D.承受冲击载荷的轴答案：B6.平键连接中，键的主要失效形式是（）。A.键的剪切破坏B.键的挤压破坏C.轮毂的挤压破坏D.轴的挤压破坏答案：C7.滑动轴承的主要失效形式是（）。A.点蚀B.胶合C.磨损D.塑性变形答案：B8.蜗杆传动中，为提高传动效率，最有效的措施是（）。A.增大蜗杆头数B.减小蜗杆直径系数C.提高蜗杆转速D.增加蜗轮齿数答案：A9.机械零件的疲劳强度计算中，应力比r=-1时对应（）。A.对称循环变应力B.脉动循环变应力C.静应力D.非对称循环变应力答案：A10.联轴器与离合器的主要区别是（）。A.联轴器可补偿两轴偏移，离合器不能B.联轴器需在停机时分离，离合器可在运转时分离C.联轴器传递扭矩更大D.离合器结构更简单答案：B二、简答题（每题8分，共40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：增强连接的可靠性和紧密性，防止受载后连接件出现滑移、分离或螺纹松动。预紧力控制方法：①控制拧紧力矩（通过力矩扳手或定力矩电动扳手）；②测量螺栓伸长量（通过千分尺测量拧紧前后的长度差）；③利用螺母转角法（根据螺栓弹性变形量与转角的关系控制预紧力）；④液压拉伸法（通过液压装置直接拉伸螺栓至预定伸长量后拧紧螺母）。2.比较齿轮传动中硬齿面与软齿面的设计特点。答案：硬齿面（齿面硬度＞350HBS）：齿面承载能力高，一般先热处理后精加工（如磨齿），设计时以接触疲劳强度或弯曲疲劳强度为主要计算依据，通常用于重载、高速或结构紧凑的场合；软齿面（齿面硬度≤350HBS）：齿面易加工，通常先加工后热处理（如调质或正火），设计时以接触疲劳强度为主要计算依据，通过调整模数和齿数满足强度要求，适用于一般载荷和精度要求的场合。3.滚动轴承的组合设计需考虑哪些问题？答案：①轴向固定：确定轴承的轴向定位方式（如两端固定、一端固定一端游动、两端游动），防止轴的轴向窜动；②间隙调整：通过垫片、调整环或螺纹件调整轴承的轴向间隙，保证运转精度；③配合选择：根据载荷性质、转速和安装要求确定轴承与轴、轴承座的配合松紧度；④润滑与密封：选择合适的润滑方式（脂润滑或油润滑）和密封装置（如密封圈、挡油盘），防止润滑剂泄漏和污染物侵入；⑤温度补偿：对于长轴或高温环境，需考虑轴承的热膨胀补偿，避免卡死。4.带传动的打滑与弹性滑动有何区别？答案：弹性滑动是由于带的紧边与松边拉力差引起的带的弹性变形差异，导致带在带轮上的局部滑动，是不可避免的物理现象，会造成传动比不准确但不会破坏传动；打滑是由于外载荷超过带与带轮间的最大摩擦力，导致带在带轮上全面滑动，是可以避免的失效形式，会加剧带的磨损并使传动中断。5.简述轴的结构设计原则。答案：①满足强度、刚度和振动稳定性要求；②便于零件的装拆和调整（如设置轴肩、退刀槽、砂轮越程槽）；③保证零件的定位和固定（轴向用轴肩、套筒、圆螺母，周向用键、花键、过盈配合）；④减小应力集中（轴肩处采用圆角过渡，避免直径突变）；⑤考虑加工工艺性（如轴段直径按阶梯递增，键槽布置在同一母线上）；⑥适应工作环境（如密封部位设置沟槽，暴露部位做表面处理）。三、计算题（每题15分，共30分）1.某齿轮减速器低速轴采用45钢（调质处理，σb=650MPa，σ-1=275MPa，τ-1=155MPa），已知轴的最小直径d=50mm，轴上作用的扭矩T=2500N·m，弯矩M=1200N·m，轴的表面质量系数β=0.9，尺寸系数εσ=0.85，有效应力集中系数Kσ=1.8，安全系数S=1.5。试校核该轴的疲劳强度（取折合系数α=0.6）。解：（1）计算弯曲应力σb=32M/(πd³)=32×1200/(π×50³×10^-9)=32×1200/(π×125×10^-6)=(3.84×10^6)/(3.927×10^-4)=约97.8MPa（注意单位换算：d=50mm=0.05m，d³=0.05³=1.25×10^-4m³）（2）计算扭转切应力τ=16T/(πd³)=16×2500/(π×50³×10^-9)=4×10^4/(3.927×10^-4)=约101.9MPa（3）计算当量应力σca=√(σb²+(ατ)²)=√(97.8²+(0.6×101.9)²)=√(9564.84+3732.5)=√13297.34≈115.3MPa（4）计算许用应力[σ-1]=σ-1/(Kσ/(εσβ))=275/(1.8/(0.85×0.9))=275/(1.8/0.765)=275/2.353≈116.9MPa（5）校核：σca=115.3MPa≤[σ-1]=116.9MPa，安全。2.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，预期寿命Lh=10000h，小齿轮材料为40Cr（表面淬火，HRC50-55，σHlim1=1200MPa），大齿轮材料为45钢（表面淬火，HRC45-50，σHlim2=1000MPa），取接触疲劳安全系数SH=1.1，载荷系数K=1.2，齿宽系数φd=0.8，齿数z1=24，试计算小齿轮分度圆直径d1（弹性影响系数ZE=189.8√MPa，接触疲劳寿命系数ZN1=1.0，ZN2=1.0）。解：（1）计算小齿轮转矩T1=9550×P/n1=9550×10/960≈99.48N·m=99480N·mm（2）确定许用接触应力[σH1]=σHlim1/SH=1200/1.1≈1090.9MPa，[σH2]=σHlim2/SH=1000/1.1≈909.1MPa，取[σH]=[σH2]=909.1MPa（3）接触疲劳强度公式：d1≥√[(2KT1/φd)(ZE²/[σH]²)(u+1)/u]，其中u=i=3（4）代入数据：d1≥√[(2×1.2×99480/0.8)(189.8²/909.1²)(4/3)]计算各部分：2×1.2×99480/0.8=2×1.2×124350=298440189.8²=36024.04，909.1²≈826462.8，36024.04/826462.8≈0.0436(4/3)≈1.333则d1≥√[298440×0.0436×1.333]≈√[298440×0.0581]≈√17340≈131.7mm取d1=135mm（圆整后满足强度要求）。四、综合分析题（20分）某带式输送机驱动装置需设计一级圆柱齿轮减速器，要求：①输入功率P=15kW，输入转速n1=1440r/min，传动比i=4；②工作环境多粉尘，每天工作16小时，寿命5年（每年300天）；③需考虑安装误差和热膨胀影响。试完成以下设计分析：（1）确定齿轮材料及热处理方式；（2）选择齿轮精度等级；（3）设计轴承组合定位方式；（4）提出润滑与密封方案。答案：（1）齿轮材料及热处理：输送机为中载、中速场合，小齿轮承受载荷更大，应选高强度材料。小齿轮可选20CrMnTi（渗碳淬火，HRC58-62），大齿轮选40Cr（表面淬火，HRC50-55），或均选45钢（小齿轮调质+表面淬火，大齿轮正火+表面淬火），以提高齿面硬度和耐磨性，适应粉尘环境。（2）齿轮精度等级：输送机为一般工业设备，转速n1=1440r/min，小齿轮分度圆线速度v=πd1n1/(60×1000)，假设d1=100mm，则v≈π×100×1440/(60×1000)=7.54m/s，属于中速，选8级精度（GB/T10095-2008），若对噪声要求较高可提高至7级。（3）轴承组合定位：减速器轴为水平布置，考虑热膨胀（轴工作时温度升高会伸长），应采用“一端固定，一端游动”的定位方式。固定端用一对角接触球轴承（或深沟球轴承+推力球轴承）承受双向轴向力，游动端用深沟球轴承（内圈与轴固定，外圈与轴承座间隙配合），允许轴沿轴向自由伸缩，避免