2026年机械设计原理应用题集机械设备结构与设计

2026年机械设计原理应用题集：机械设备结构与设计一、计算题（每题10分，共4题）1.轴的强度与刚度校核某工厂设计一台减速机输出轴，材料为45钢调质处理，轴径d1=40mm，d2=70mm，跨距L=600mm，传递扭矩T=800N·m，载荷平稳。试计算：（1）校核轴的强度（许用应力[σ]=160MPa）；（2）校核轴的刚度（许用挠度[δ]=0.0002L）。2.齿轮传动设计某矿山机械需要设计一对直齿圆柱齿轮，传递功率P=10kW，转速n1=1450rpm，传动比i=3.5，齿轮材料为20CrMnTi，齿面硬度HRC≥55，载荷有轻微冲击。试计算：（1）确定小齿轮齿数z1和大齿轮齿数z2；（2）计算齿轮模数m和分度圆直径d1、d2。3.滚动轴承寿命计算某水泥厂的输送辊道使用圆锥滚子轴承，型号为30210，载荷F=5000N，转速n=500rpm，预期寿命Lh=8000小时。试计算：（1）轴承的基本额定寿命L10h；（2）若改为深沟球轴承6210，其他条件不变，寿命有何变化？4.联轴器选型某化工设备需连接电机与泵，传递扭矩T=1200N·m，转速n=960rpm，工作环境有振动，允许相对位移0.05mm。试选择合适的联轴器类型及型号。二、简答题（每题8分，共5题）1.简述过盈配合的装配方法及适用场合。2.解释什么是滑动轴承的巴氏合金，及其优点。3.分析斜齿轮传动与直齿轮传动的区别，并说明适用条件。4.简述机械设计中“冗余设计”的概念及其意义。5.为什么大型起重机常采用箱式齿轮减速器？三、设计题（每题15分，共3题）1.设计一个简单连杆机构某农业机械需要设计一个曲柄摇杆机构，要求行程H=200mm，摇杆长度Ls=300mm，行程速比系数K=1.5。试计算：（1）确定曲柄长度Lr和连杆长度Lp；（2）绘制机构运动简图。2.设计轴套结构某食品机械输送轴需要安装一个轴套，轴径d=50mm，转速n=300rpm，工作温度≤80℃，介质为油性润滑。试设计轴套的材料、结构及尺寸。3.设计凸轮机构某自动化生产线需要设计一个盘形凸轮机构，从动件行程h=30mm，运动规律为简谐运动，凸轮转速n=120rpm。试计算：（1）凸轮基圆半径r0；（2）绘制凸轮轮廓曲线的位移段。四、论述题（每题20分，共2题）1.分析影响机械疲劳寿命的主要因素，并提出提高疲劳寿命的途径。2.比较静连接与动连接在机械设计中的区别，并举例说明。答案与解析一、计算题1.轴的强度与刚度校核（1）强度校核：扭矩T=800N·m，轴径d1=40mm，d2=70mm，材料许用应力[σ]=160MPa。弯矩M近似为T（简化计算），W截面模量：W=πd1^3/32=π(40)^3/32≈7.54×10^4mm^3σ=T/W=800×10^3/(7.54×10^4)≈10.6MPa<[σ]，满足强度要求。（2）刚度校核：挠度公式δ=32TL^3/(Eπd4)E（45钢调质）≈210GPa，L=600mm，d=40mm：δ=32×800×10^3×(600)^3/(210×10^3×π×(40)^4)≈0.019mm<[δ]，满足刚度要求。2.齿轮传动设计（1）齿数：z1=20，z2=20×3.5=70；（2）模数：P=10kW，n1=1450rpm，转矩T=9550P/n1≈95.5N·m，扭矩T=Fr×d1/2，F≈T/(d1/2)≈3.82kN。圆周力Ft=3.82kN，模数m=Ft/(z1π)≈3.82×10^3/(20π)≈61mm。d1=mz1≈1.22mm（不合理，需调整），实际取m=2，d1=40mm，z1=20，z2=70。3.滚动轴承寿命计算30210额定动载荷Cr≈315kN，L10h=(Cr/P)^10，P≈12000N：L10h=(315×10^3/12000)^10≈2.1×10^6转，对应寿命Lh≈2000小时（与预期不符，需选更大型号）。6210Cr≈42kN，L10h=(42000/12000)^10≈1.4×10^5转，对应寿命Lh≈1300小时。4.联轴器选型选择弹性柱销联轴器HL3型，传递扭矩能力≥1200N·m，允许位移0.05mm，振动环境下适用。二、简答题1.过盈配合装配方法：压入法、温差法（加热轴或冷却孔）。适用于重载、高精度连接，如轴与轴承。2.巴氏合金优点：减摩性好、磨合性能佳、成本较低。常用于轴承衬。3.斜齿轮vs直齿轮：斜齿轮传动平稳、承载能力强，直齿轮加工简单。斜齿轮用于高速、重载场合，直齿轮用于低速轻载。4.冗余设计：通过增加备用系统或部件提高可靠性，如飞机双备份系统。适用于关键设备，如核电站、医疗设备。5.箱式减速器优势：油封好、散热快、润滑均匀，适合重载、长寿命工况。三、设计题1.连杆机构设计（1）Lr≈150mm，Lp≈350mm；（2）简图：曲柄固定，摇杆摆动，角度关系满足运动学方程。2.轴套设计材料：青铜ZQSn10-1，外径d0=d+2（如52mm），内径d1=d（50mm），壁厚t=2-3mm。3.凸轮机构设计（1）r0≈30mm；（2）位移曲线为正弦曲线，凸轮轮廓为阿基米德螺旋线。四、论述题1.疲劳寿命影响因素及措施因素：应力集中、表面粗糙度、腐蚀、载荷循环。措施：表面强化（喷丸）