2025年机械设计基础2试题样卷库(问答题答案)

2025年机械设计基础2试题样卷库(问答题答案)1.简述机械设计的一般过程。机械设计是一个复杂且迭代的过程，通常包含以下几个关键阶段：-需求分析：这是设计的起始点，需要与客户、使用者进行充分沟通，明确机械产品的预期功能、性能指标、使用环境、生产批量、成本限制等要求。例如，设计一台用于食品加工的搅拌机，需要了解搅拌的物料特性（如粘度、颗粒大小）、搅拌的速度和均匀度要求、每日的使用时长以及设备购置预算等。-方案设计：根据需求分析的结果，构思多种可行的设计方案。这涉及到机械的工作原理、总体布局、运动形式等方面的规划。以搅拌机为例，可以考虑采用不同的搅拌方式（如桨式搅拌、螺旋搅拌）、传动机构（如皮带传动、齿轮传动）来实现搅拌功能。对每个方案进行初步的评估，包括可行性、成本、性能等方面，筛选出较优的方案。-技术设计：确定了初步方案后，进入详细的技术设计阶段。进行机械零件的设计计算，根据力学原理和材料特性，确定零件的形状、尺寸、公差等参数。对于搅拌机的搅拌轴，需要计算其承受的扭矩、弯矩，选择合适的材料和直径，以确保其强度和刚度满足要求。同时，进行装配图和零件图的绘制，明确各零件之间的装配关系和连接方式。-样机制造与试验：根据设计图纸制造样机，对样机进行性能测试和试验。检查机械是否能够实现预期的功能，各项性能指标是否达到设计要求。如果在试验过程中发现问题，需要对设计进行修改和优化，重复上述设计和试验过程，直到满足设计要求为止。-批量生产与改进：当样机通过试验验证后，进行批量生产。在生产过程中，收集用户反馈和生产数据，对机械进行持续改进和优化，以提高产品的质量和性能。2.简述平面四杆机构的基本类型及其特点。平面四杆机构根据各杆的长度关系和运动特性，可分为以下基本类型：-曲柄摇杆机构：-结构特点：具有一个曲柄（能作整周回转的连架杆）和一个摇杆（只能在一定范围内摆动的连架杆）。-运动特点：当曲柄为原动件时，可将曲柄的整周回转运动转换为摇杆的往复摆动。例如，雷达天线的俯仰机构，通过曲柄的转动带动摇杆摆动，实现天线的俯仰运动。当摇杆为原动件时，可将摇杆的摆动转换为曲柄的整周回转，但存在急回特性。即摇杆回程的平均速度大于工作行程的平均速度，这在一些需要快速返回的机械中得到应用，如牛头刨床的主运动机构。-双曲柄机构：-结构特点：两个连架杆均为曲柄，都能作整周回转。-运动特点：根据两曲柄的长度和转速关系，又可分为不等长双曲柄机构和等长双曲柄机构。不等长双曲柄机构中，两曲柄的角速度不同，常用于惯性筛等机械中，利用两曲柄角速度的变化使筛子产生复杂的运动，实现物料的筛选。等长双曲柄机构中，两曲柄长度相等且平行，两曲柄的角速度始终相等，如机车车轮的联动机构，保证了车轮的同步转动。-双摇杆机构：-结构特点：两个连架杆均为摇杆，只能在一定范围内摆动。-运动特点：双摇杆机构可实现两个摇杆之间的摆动传递。例如，汽车的转向机构采用双摇杆机构，通过驾驶员转动方向盘，带动一个摇杆摆动，再通过连杆传递给另一个摇杆，实现车轮的转向。3.简述凸轮机构的工作原理和分类。-工作原理：凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架组成。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，当凸轮作连续的转动或移动时，通过其轮廓曲线与从动件的接触，迫使从动件按预定的运动规律作往复移动或摆动。例如，在自动机床的进刀机构中，凸轮的转动带动从动件作直线运动，实现刀具的进给。-分类：-按凸轮的形状分类：-盘形凸轮：凸轮为圆盘形，其轮廓曲线位于圆盘的端面上。盘形凸轮结构简单，应用广泛，常用于各种机械的控制机构中。-圆柱凸轮：凸轮为圆柱体，其轮廓曲线位于圆柱面上。圆柱凸轮可以实现较复杂的运动规律，常用于自动机械的分度机构中。-移动凸轮：凸轮作直线移动，其轮廓曲线为平面曲线。移动凸轮常用于一些需要直线驱动的场合，如冲压机的送料机构。-按从动件的形式分类：-尖顶从动件：从动件的端部为尖顶，能与任意复杂的凸轮轮廓接触，实现任意的运动规律。但尖顶容易磨损，适用于传力较小、速度较低的场合。-滚子从动件：从动件的端部装有滚子，通过滚子与凸轮轮廓接触，减小了磨损，可用于传力较大、速度较高的场合。-平底从动件：从动件的端部为平底，与凸轮轮廓接触时，在一定条件下能使从动件的运动平稳，且受力较好，常用于高速凸轮机构中。4.简述螺纹连接的基本类型及其应用场合。螺纹连接是一种常用的可拆卸连接方式，基本类型及其应用场合如下：-螺栓连接：-普通螺栓连接：螺栓穿过被连接件的通孔，再用螺母拧紧。这种连接方式结构简单，装拆方便，应用广泛。适用于被连接件不太厚、能够从两边进行装配的场合，如桥梁结构、机械设备的机架连接等。-铰制孔用螺栓连接：螺栓杆与被连接件的孔采用基孔制过渡配合，能精确固定被连接件的相对位置，并能承受横向载荷。常用于承受横向载荷的场合，如减速器中箱体与箱盖的连接。-双头螺柱连接：螺柱的一端旋入被连接件的螺纹孔中，另一端通过螺母拧紧。适用于被连接件之一较厚、不宜制成通孔，且需要经常装拆的场合，如发动机缸体与缸盖的连接。-螺钉连接：螺钉直接拧入被连接件的螺纹孔中，不用螺母。这种连接方式结构简单，但不宜用于经常装拆的场合，以免损坏螺纹孔。常用于受力不大且不需要经常装拆的场合，如电器设备的外壳与底座的连接。-紧定螺钉连接：紧定螺钉拧入被连接件的螺纹孔中，其末端顶住另一被连接件的表面或凹坑，以固定两被连接件的相对位置。常用于固定两零件的相对位置，传递较小的力或转矩，如轴与轮毂的连接。5.简述带传动的工作原理、特点和主要失效形式。-工作原理：带传动是利用带与带轮之间的摩擦力来传递运动和动力的。主动轮通过摩擦力带动带运动，带再通过摩擦力带动从动轮转动，从而实现动力的传递。-特点：-优点：-适用于两轴中心距较大的场合，可实现远距离传动。-带具有弹性，能缓冲吸振，传动平稳，噪声小。-过载时带会在带轮上打滑，可防止其他零件损坏，起到过载保护作用。-结构简单，制造、安装和维护方便，成本低。-缺点：-存在弹性滑动，不能保证准确的传动比。-传动效率较低，带的寿命较短。-带传动需要张紧，对轴和轴承的作用力较大。-主要失效形式：-打滑：当传递的载荷超过带与带轮之间的最大摩擦力时，带会在带轮上打滑，导致传动失效。打滑通常发生在小带轮上，因为小带轮的包角较小，摩擦力相对较小。-疲劳破坏：带在工作过程中，反复承受拉伸、弯曲等交变应力，会产生疲劳裂纹，最终导致带的断裂。6.简述齿轮传动的特点和主要失效形式。-特点：-优点：-能保证恒定的传动比，传动准确可靠，可用于对传动比要求严格的场合，如机床的主轴传动。-传递功率和速度范围大，可用于高速、大功率的传动，如汽车发动机与变速器之间的传动。-传动效率高，一般可达95%-99%，能有效减少能量损失。-结构紧凑，使用寿命长，工作可靠性高。-缺点：-制造和安装精度要求高，成本较高。-不适用于两轴中心距较大的场合。-工作时会产生噪声和振动。-主要失效形式：-轮齿折断：轮齿在工作过程中，承受较大的弯曲应力，当应力超过材料的强度极限时，轮齿会发生折断。轮齿折断可分为疲劳折断和过载折断。疲劳折断是由于轮齿长期承受交变载荷，在齿根处产生疲劳裂纹，裂纹逐渐扩展导致轮齿折断。过载折断通常是由于突然的过载或冲击载荷引起的。-齿面磨损：齿面在相对滑动过程中，会发生磨损。磨损会使齿厚减薄，导致传动精度下降，甚至引起轮齿折断。齿面磨损的主要原因包括灰尘、磨粒等进入齿面，以及齿面间的相对滑动。-齿面点蚀：齿面在交变接触应力作用下，会产生微小的疲劳裂纹，裂纹扩展后，齿面金属会脱落，形成麻点状凹坑，称为点蚀。点蚀通常发生在齿面节线附近，是闭式齿轮传动的主要失效形式之一。-齿面胶合：在高速重载的齿轮传动中，齿面间的压力大、相对滑动速度高，会使齿面温度急剧升高，导致齿面金属发生粘结和撕裂，这种现象称为齿面胶合。齿面胶合会严重破坏齿面的正常工作，使传动失效。-齿面塑性变形：在重载作用下，齿面材料会产生塑性流动，导致齿面形状发生改变，影响齿轮的正常啮合。齿面塑性变形通常发生在软齿面齿轮传动中。7.简述轴的分类和设计时应考虑的主要因素。-分类：-按承受载荷的不同分类：-心轴：只承受弯矩，不传递转矩。心轴又可分为转动心轴和固定心轴。转动心轴如火车车轮的轴，在工作时随车轮一起转动；固定心轴如自行车的前轴，固定不动。-传动轴：主要传递转矩，不承受或只承受很小的弯矩。例如汽车变速器与后桥之间的传动轴，主要将发动机的动力传递到车轮。-转轴：既承受弯矩又传递转矩，是机械中最常见的轴。如机床的主轴，在工作时既要承受切削力产生的弯矩，又要传递转矩以带动刀具或工件旋转。-按轴线的形状分类：-直轴：轴线为直线，是最常用的轴。直轴又可分为光轴和阶梯轴，阶梯轴便于零件的安装和定位。-曲轴：轴线为曲线，常用于内燃机、压缩机等机械中，可将活塞的往复直线运动转换为曲轴的旋转运动。-挠性轴：轴线可任意弯曲，能在空间任意方向传递运动和动力，常用于一些特殊的机械装置中，如牙科医生使用的牙钻。-设计时应考虑的主要因素：-载荷和应力：分析轴所承受的载荷类型（如弯矩、转矩、轴向力等）和大小，计算轴的应力，确保轴具有足够的强度和刚度。根据载荷的性质和大小，选择合适的材料和轴的尺寸。-轴的结构：轴的结构应便于零件的安装、定位和拆卸。采用阶梯轴结构，设置轴肩、轴环等定位装置，保证零件在轴上的准确位置。同时，要考虑轴的加工工艺性，尽量减少轴的形状和尺寸的突变，避免应力集中。-材料选择：根据轴的工作条件和性能要求，选择合适的材料。常用的轴材料有碳钢和合金钢。碳钢价格便宜，加工性能好，应用广泛；合金钢具有较高的强度和韧性，适用于承受较大载荷和要求较高的场合，但成本较高。-热处理和表面处理：为了提高轴的强度、硬度和耐磨性，可对轴进行热处理（如淬火、回火等）和表面处理（如氮化、镀铬等）。不同的热处理和表面处理方法会影响轴的性能和使用寿命。-润滑和密封：良好的润滑可以减少轴与轴承之间的摩擦和磨损，提高传动效率。根据轴的工作条件，选择合适的润滑方式（如油润滑、脂润滑）和润滑剂。同时，要设置可靠的密封装置，防止润滑剂泄漏和外界杂质进入，保证轴的正常工作。8.简述滚动轴承的基本类型和选择时应考虑的主要因素。-基本类型：-深沟球轴承：主要承受径向载荷，也能承受一定的轴向载荷。深沟球轴承的结构简单，使用方便，是应用最广泛的一种滚动轴承。适用于高速、轻载的场合，如电动机、离心泵等的轴承。-角接触球轴承：能同时承受径向载荷和轴向载荷，其轴向承载能力随接触角的增大而增大。角接触球轴承一般成对使用，以承受双向轴向载荷。常用于需要承受较大轴向力的高速旋转场合，如机床主轴的轴承。-圆锥滚子轴承：能同时承受较大的径向载荷和轴向载荷，适用于重载、低速的场合。圆锥滚子轴承的内外圈可分离，便于安装和调整。常用于汽车后桥、减速器等的轴承。-推力球轴承：只能承受轴向载荷，不能承受径向载荷。推力球轴承分为单向推力球轴承和双向推力球轴承，分别用于承受单向和双向轴向载荷。常用于轴向载荷较大、转速较低的场合，如起重机的吊钩轴承。-调心球轴承和调心滚子轴承：具有调心性能，能自动适应两轴相对倾斜的变化，补偿安装误差。调心球轴承适用于轻载、高速的场合；调心滚子轴承适用于重载、低速的场合，如大型电机、矿山机械等的轴承。-选择时应考虑的主要因素：-载荷性质和大小：根据轴所承受的载荷类型（径向载荷、轴向载荷或两者兼有）和大小，选择合适类型和尺寸的轴承。对于承受纯径向载荷的场合，可选择深沟球轴承；对于承受较大轴向载荷的场合，可选择角接触球轴承或圆锥滚子轴承。-转速：不同类型的