2025年广东机械设计自考试题及答案

2025年广东机械设计自考试题及答案一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分。在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出）1.机械零件最常见的失效形式是（）A.过量变形B.断裂C.表面损伤D.功能失效2.某零件材料的屈服极限σs=300MPa，安全系数S=2，则其许用应力[σ]为（）A.150MPaB.200MPaC.250MPaD.300MPa3.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4.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.带的弹性变形D.过载5.滚动轴承的基本额定寿命L10是指（）A.10%轴承发生点蚀前的寿命B.90%轴承发生点蚀前的寿命C.平均寿命D.最大寿命6.闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是（）A.齿面磨损B.齿面胶合C.齿面接触疲劳点蚀D.轮齿折断7.按受载性质分类，只承受弯矩的轴称为（）A.心轴B.转轴C.传动轴D.曲轴8.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.轴的挤压破坏D.轮毂的挤压破坏9.联轴器与离合器的主要区别在于（）A.联轴器可补偿两轴偏移，离合器不能B.联轴器需在停车时分离，离合器可在运转时分离C.联轴器传递转矩大，离合器传递转矩小D.联轴器结构复杂，离合器结构简单10.机械设计中“标准化”的主要目的是（）A.降低制造成本B.提高性能C.便于维修D.简化设计答案：1.B2.A3.B4.C5.A6.C7.A8.B9.B10.A二、填空题（本大题共10小题，每小题1分，共10分。请在每小题的空格中填上正确答案）1.机械设计的三个基本要求是功能要求、可靠性要求和__________。2.螺纹连接预紧的主要目的是增强连接的__________和紧密性。3.带传动的主要失效形式是带的疲劳破坏和__________。4.滚动轴承的基本额定动载荷C是指轴承在额定寿命L10=__________转时能承受的最大载荷。5.齿轮齿面接触疲劳强度计算的理论依据是__________强度理论。6.轴的强度计算中，对于只受转矩的轴，应按__________强度条件校核。7.平键连接的工作面是键的__________。8.滑动轴承的润滑方式中，适用于高速重载场合的是__________润滑。9.联轴器按是否具有补偿两轴偏移的能力，可分为刚性联轴器和__________联轴器。10.机械系统设计的核心目标是实现__________、动力传递和运动转换的协调。答案：1.经济性要求2.刚度3.打滑4.10^65.赫兹接触6.扭转7.两侧面8.压力9.挠性10.功能三、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）1.简述螺纹连接防松的必要性及常用防松方法。答：必要性：螺纹连接在冲击、振动或变载荷作用下，螺旋副间的摩擦力可能减小或消失，导致连接松动（2分）。松动会影响连接可靠性，甚至引发事故（1分）。常用方法：①摩擦防松（如弹簧垫圈、双螺母）；②机械防松（如开口销与槽形螺母、止动垫圈）；③永久防松（如点焊、胶接）（3分）。2.带传动中弹性滑动与打滑的区别是什么？答：弹性滑动是由于带的弹性变形和拉力差引起的局部滑动（2分），是不可避免的正常现象（1分）；打滑是由于过载导致带与带轮间全面滑动（2分），是可以避免的失效形式（1分）。3.简述滚动轴承寿命计算的主要步骤。答：①确定轴承的当量动载荷P（考虑径向、轴向载荷及冲击系数）（2分）；②确定轴承的基本额定动载荷C（查手册）（1分）；③计算基本额定寿命L10h=（C/P）^ε×10^6/(60n)（ε为寿命指数，球轴承3，滚子轴承10/3）（2分）；④校核寿命是否满足设计要求（1分）。4.齿轮传动设计中，模数选择的主要原则是什么？答：①满足弯曲疲劳强度要求（2分）：模数越大，齿根厚度越大，抗弯曲能力越强；②避免过大模数导致传动尺寸增大（2分）；③软齿面齿轮（≤350HBS）通常按接触疲劳强度设计，再校核弯曲强度（1分）；硬齿面齿轮（＞350HBS）通常按弯曲疲劳强度设计（1分）。5.轴的结构设计应满足哪些主要要求？答：①保证轴上零件的准确定位和可靠固定（轴向、周向）（2分）；②便于零件的装拆和调整（1分）；③减小应力集中（如圆角过渡、避免直径突变）（2分）；④满足加工工艺性（如轴端倒角、键槽对齐）（1分）。四、计算题（本大题共2小题，每小题15分，共30分）1.某受轴向工作载荷的螺栓连接，已知螺栓数目z=4，工作载荷F=8000N，残余预紧力F'=1.2F，螺栓材料的许用拉应力[σ]=120MPa，试计算螺栓的小径d1（提示：螺栓总拉力F0=F'+F，螺纹小径计算式d1≥√(4×1.3F0/(π[σ]))）。解：①计算单个螺栓的工作载荷：F_each=F/z=8000/4=2000N（2分）②残余预紧力F'_each=1.2F_each=1.2×2000=2400N（2分）③螺栓总拉力F0=F'_each+F_each=2400+2000=4400N（3分）④代入公式计算小径：d1≥√(4×1.3F0/(π[σ]))=√(4×1.3×4400/(3.14×120))（3分）计算分子：4×1.3×4400=22880分母：3.14×120≈376.8d1≥√(22880/376.8)≈√60.7≈7.79mm（5分）取标准小径d1≈8mm（通常取M10螺栓，d1=8.376mm，满足要求）（0分，仅需计算值）2.一对闭式直齿圆柱齿轮传动，小齿轮齿数z1=20，大齿轮齿数z2=60，模数m=4mm，齿宽b=80mm，小齿轮转速n1=1450r/min，传递功率P=15kW，齿轮材料为40Cr（表面淬火，硬度50HRC），小齿轮σHlim1=1200MPa，大齿轮σHlim2=1100MPa，应力循环系数KHN1=0.9，KHN2=0.95，安全系数SH=1.0，弹性系数ZE=189.8√(MPa)，节点区域系数ZH=2.5，重合度系数Zε=0.85，试校核齿面接触疲劳强度（接触应力公式σH=ZEZHZε√(2KT1(u+1)/(bd1^2u))，其中u=z2/z1，T1=9550×10^3P/n1）。解：①计算小齿轮转矩T1=9550×10^3×15/1450≈98620.7N·mm（3分）②传动比u=z2/z1=60/20=3（1分）③小齿轮分度圆直径d1=mz1=4×20=80mm（1分）④载荷系数K取1.2（一般工况，无特殊说明）（2分）⑤计算接触应力：σH=189.8×2.5×0.85×√(2×1.2×98620.7×(3+1)/(80×80^2×3))（3分）分子部分：2×1.2×98620.7×4=946758.72分母部分：80×6400×3=1536000根号内=946758.72/1536000≈0.616σH≈189.8×2.5×0.85×0.785≈189.8×1.67≈317.7MPa（3分）⑥许用接触应力[σH]：[σH]1=KHN1σHlim1/SH=0.9×1200/1.0=1080MPa[σH]2=KHN2σHlim2/SH=0.95×1100/1.0=1045MPa取较小值[σH]=1045MPa（2分）⑦校核：σH=317.7MPa＜[σH]，接触疲劳强度满足（2分）五、综合分析题（本大题共1小题，20分）设计一台带式输送机的减速传动装置，已知：输送带工作拉力F=5kN，速度v=1.2m/s，滚筒直径D=400mm，工作环境多尘，有轻微振动，每天工作8小时，要求寿命5年（每年300天）。请完成以下设计任务：（1）确定传动方案（需说明选择的传动类型及理由）；（2）计算传动系统的总传动比；（3）列出关键部件（如齿轮、轴承）的设计或选型步骤；（4）说明设计中需重点考虑的可靠性措施。答：（1）传动方案：采用“V带传动+圆柱齿轮减速器”的两级传动（2分）。理由：V带传动可缓冲振动、过载保护，且能实现较大中心距，适合多尘环境（2分）；齿轮传动承载能力大、效率高，适合减速增矩（2分）。（2）总传动比计算：①滚筒转速n_滚筒=60×1000v/(πD)=60×1000×1.2/(3.14×400)≈57.3r/min（2分）②电动机转速通常选n_电机=1450r/min（Y系列常用）（1分）③总传动比i总=n_电机/n_滚筒≈1450/57.3≈25.3（2分）（3）关键部件设计步骤：①V带传动：确定计算功率Pca=KAP（KA=1.2，P=FV/1000=5×1.2=6kW，Pca=7.2kW）（1分）；选择V带型号（A或B型）；计算小带轮直径d1（≥最小直径，取d1=125mm）；计算大带轮直径d2=i带×d1（i带取3-5，假设i带=4，则d2=500mm）；计算中心距a和带长L；确定根数z（1分）。②齿轮传动：按接触疲劳强度设计模数m（软齿面选40Cr调质，小齿轮280HBS，大齿轮240HBS）；计算转矩T1=9550×10^3×P/n1（n1=n_电机/i带≈1450/4≈362.5r/min，T1≈9550×10^3×6/362.5≈158,000N·mm）；确定齿数z1=24，z2=i齿轮×z1（i齿轮=i总/i带≈25.3/4≈6.3，取z2=150）；计算模数m≥√[(2KT1(u+1))/(φdz1^2σHlim)]（1分）；校核弯曲疲劳强度（1分）。③滚动轴承：根据轴的受力分析（径向力Fr=Ft/tanα，轴向力Fa=0，直齿轮无轴向力）；选择深沟球轴承（承受径向载荷，价格低）；计算当量动载荷P=Fr（1分）；计算寿命L10h=（C/P）^3×10^6/(60n)≥5×300×8=12,000