机械设计制造及其自动化考试试题及答案

机械设计制造及其自动化考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，当中心距略有误差时，其传动比（）A.增大B.减小C.不变D.不能确定答案：C解析：渐开线齿轮具有传动比恒定的特性，只要两齿轮的基圆半径不变，即使中心距略有误差，其传动比也保持不变。因为渐开线齿轮的传动比等于两齿轮基圆半径的反比，而基圆半径是齿轮的固有参数，不会因中心距的微小变化而改变。2.带传动工作时，带中产生的应力不包括（）A.拉应力B.弯曲应力C.离心应力D.扭转应力答案：D解析：带传动工作时，带中产生的应力有拉应力（包括紧边拉应力和松边拉应力）、弯曲应力（带绕过带轮时产生）和离心应力（带在做圆周运动时产生），而扭转应力通常是在轴类零件承受扭矩时产生，带传动中一般不会产生扭转应力。3.在下列四种类型的联轴器中，能补偿两轴的相对位移以及缓和冲击、吸收振动的是（）A.凸缘联轴器B.齿式联轴器C.万向联轴器D.弹性套柱销联轴器答案：D解析：凸缘联轴器属于刚性联轴器，不能补偿两轴的相对位移，也没有缓冲吸振能力；齿式联轴器能补偿两轴的综合位移，但缓冲吸振能力较差；万向联轴器主要用于两轴有较大夹角的传动，对位移补偿和缓冲吸振的作用不明显；弹性套柱销联轴器是弹性联轴器，其中的弹性套可以补偿两轴的相对位移，同时能缓和冲击、吸收振动。4.滚动轴承的基本额定寿命是指（）A.一批同型号的轴承在相同条件下运转，其中90%的轴承所能达到的寿命B.一个轴承在正常运转条件下所能达到的寿命C.一批同型号的轴承在相同条件下运转，其中10%的轴承所能达到的寿命D.所有轴承能达到的平均寿命答案：A解析：滚动轴承的基本额定寿命是指一批同型号的轴承在相同条件下运转，其中90%的轴承所能达到的寿命。也就是说，在一批轴承中，有90%的轴承在达到基本额定寿命时还能正常工作，而另外10%的轴承可能已经提前失效。5.对于高速重载的齿轮传动，为了提高齿面接触强度，同时减小振动和噪声，可采用（）A.硬齿面齿轮B.软齿面齿轮C.中硬齿面齿轮D.都可以答案：C解析：硬齿面齿轮虽然齿面接触强度高，但在高速重载下容易产生振动和噪声；软齿面齿轮的齿面接触强度相对较低，不适合高速重载的工况；中硬齿面齿轮综合了硬齿面和软齿面齿轮的优点，既具有较高的齿面接触强度，又能在一定程度上减小振动和噪声，因此对于高速重载的齿轮传动，中硬齿面齿轮是比较合适的选择。6.普通平键连接的主要失效形式是（）A.键的剪切破坏B.键的挤压破坏C.轴的剪切破坏D.轮毂的挤压破坏答案：B解析：普通平键连接主要是靠键的侧面与轴和轮毂的键槽侧面相互挤压来传递转矩。在工作过程中，键的剪切强度一般是足够的，而键与轴、轮毂之间的挤压应力可能会导致键或轮毂的挤压破坏，所以普通平键连接的主要失效形式是键的挤压破坏。7.螺纹连接防松的根本问题在于（）A.增加螺纹连接的轴向力B.增加螺纹连接的摩擦力C.防止螺纹副的相对转动D.增加螺纹连接的刚度答案：C解析：螺纹连接在工作过程中，由于振动、冲击等原因，螺纹副之间可能会产生相对转动，从而导致连接松动。因此，螺纹连接防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转动。增加螺纹连接的轴向力、摩擦力和刚度等措施都可以在一定程度上提高防松效果，但最终目的都是为了防止螺纹副的相对转动。8.下列哪种刀具材料的耐热性最好（）A.高速钢B.硬质合金C.陶瓷D.金刚石答案：D解析：高速钢的耐热性一般在600℃-650℃；硬质合金的耐热性可达800℃-1000℃；陶瓷刀具材料的耐热性在1200℃-1400℃；而金刚石的耐热性非常高，在无氧条件下，其耐热温度可达1600℃，所以金刚石的耐热性最好。9.在机床型号CA6140中，字母C表示（）A.车床B.钻床C.磨床D.铣床答案：A解析：根据机床型号的编制规则，字母C表示车床。CA6140是一种普通车床，其中A表示结构特性代号，6表示卧式车床组，1表示卧式车床系，40表示床身上最大回转直径为400mm。10.以下哪种加工方法可以获得较高的尺寸精度和表面质量（）A.粗车B.精铣C.磨削D.钻削答案：C解析：粗车主要用于去除大量的余量，尺寸精度和表面质量较低；精铣可以获得一定的尺寸精度和表面质量，但相比之下，磨削加工能获得更高的尺寸精度和更小的表面粗糙度。钻削主要用于在工件上钻孔，尺寸精度和表面质量一般不高。所以磨削加工可以获得较高的尺寸精度和表面质量。二、填空题（每题2分，共20分）1.机械零件的主要失效形式有______、______、______等。答案：断裂、磨损、变形解析：断裂是指零件在载荷作用下发生破裂，使其失去正常的工作能力；磨损是指零件表面在相对运动过程中发生的物质损失现象，会导致零件尺寸和形状的改变；变形是指零件在载荷作用下发生的形状和尺寸的变化，过大的变形会影响零件的正常工作。2.带传动的打滑是指______，它是可以避免的。答案：带与带轮之间发生全面的相对滑动解析：当带传动的载荷超过一定限度时，带与带轮之间的摩擦力不足以传递全部的圆周力，带就会在带轮上发生全面的相对滑动，这种现象称为打滑。打滑会使带传动失去正常的工作能力，产生磨损和发热等问题，但只要合理设计带传动，避免过载，打滑是可以避免的。3.齿轮传动的主要失效形式有______、______、______、______和齿面胶合等。答案：轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面塑性变形解析：轮齿折断是由于轮齿承受的载荷过大或存在疲劳裂纹等原因导致轮齿断裂；齿面磨损是由于齿面间的相对滑动和摩擦引起的；齿面点蚀是由于齿面在交变接触应力作用下产生的疲劳点蚀现象；齿面塑性变形是由于齿面承受的压力过大，导致齿面材料发生塑性流动而产生的变形。4.轴按照所受载荷的不同可分为______、______和______。答案：心轴、转轴、传动轴解析：心轴只承受弯矩，不传递转矩，如自行车的前轴；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；传动轴主要传递转矩，不承受或只承受很小的弯矩，如汽车的传动轴。5.滚动轴承由______、______、______和保持架等四部分组成。答案：内圈、外圈、滚动体解析：内圈通常安装在轴颈上，与轴一起旋转；外圈安装在轴承座孔内，一般不转动；滚动体是滚动轴承的核心元件，它在内、外圈之间滚动，实现相对运动；保持架的作用是将滚动体均匀地隔开，避免滚动体之间的相互碰撞和摩擦。6.螺纹的公称直径是指______。答案：螺纹的大径解析：对于普通螺纹，其公称直径是指螺纹的大径，即与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径。大径是螺纹的主要尺寸参数，在螺纹的标注和设计中通常以大径来表示螺纹的规格。7.刀具的几何角度中，______影响切削刃的锋利程度和强度。答案：前角解析：前角是刀具前面与基面之间的夹角。前角越大，切削刃越锋利，切削力越小，但刀具的强度会降低；前角越小，切削刃的强度越高，但切削力会增大，切削刃不够锋利。因此，前角的大小需要根据工件材料、刀具材料和加工要求等因素进行合理选择。8.机床的运动按其功用可分为______和______两大类。答案：表面成形运动、辅助运动解析：表面成形运动是使工件获得所需表面形状的运动，它是机床最基本的运动，如车削时的主运动和进给运动；辅助运动是为了实现机床的各种辅助功能而进行的运动，如机床的快速移动、分度运动等。9.机械制造工艺过程是指______。答案：用机械加工的方法直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使之成为合格零件的过程解析：机械制造工艺过程是机械制造生产过程的主要组成部分，它包括毛坯制造、机械加工、热处理和装配等环节，通过这些环节将毛坯逐步加工成符合设计要求的零件。10.零件的加工精度包括______、______和______三个方面。答案：尺寸精度、形状精度、位置精度解析：尺寸精度是指零件的实际尺寸与设计尺寸的符合程度；形状精度是指零件的实际形状与设计形状的符合程度，如圆柱度、平面度等；位置精度是指零件的实际位置与设计位置的符合程度，如同轴度、垂直度等。三、简答题（每题10分，共30分）1.简述带传动的优缺点。优点：-适用于两轴中心距较大的传动。带传动可以在较大的中心距下实现动力传递，这在一些大型机械设备中非常实用，例如带式输送机，它可以通过带传动将动力传递到较远的地方。-带具有弹性，能缓冲吸振，传动平稳，噪声小。在运行过程中，带可以吸收一部分振动和冲击，使传动更加平稳，减少了对设备的损坏和噪声的产生，适用于对工作环境要求较高的场合，如纺织机械。-过载时带会在带轮上打滑，可防止其他零件损坏。当传动系统遇到过载情况时，带会在带轮上打滑，从而避免了其他零件因过载而损坏，起到了一定的安全保护作用。-结构简单，制造、安装和维护方便，成本低。带传动的结构相对简单，不需要复杂的制造工艺和高精度的加工设备，安装和维护也比较容易，成本较低，因此在许多机械传动中得到了广泛应用。缺点：-传动的外廓尺寸较大。由于带需要一定的张紧力和包角才能正常工作，因此带传动的外廓尺寸相对较大，占用的空间较多。-由于带的弹性滑动，不能保证准确的传动比。带在工作过程中会发生弹性滑动，导致带轮的圆周速度不一致，从而不能保证准确的传动比，这在一些对传动比要求较高的场合，如精密机床的传动中是不适用的。-带的寿命较短，需要经常更换。带在使用过程中会受到磨损、疲劳等因素的影响，寿命相对较短，需要经常更换，增加了使用成本和维护工作量。-传动效率较低。带传动在工作过程中会产生一定的能量损失，如带的弹性滑动、摩擦等，导致传动效率较低，一般在0.9-0.96之间。2.说明齿轮传动设计中，软齿面和硬齿面齿轮的选材和热处理方法有何不同。软齿面齿轮：-选材：一般选用中碳钢（如45钢）或中碳合金钢（如40Cr）等。这些材料具有较好的综合力学性能，价格相对较低，适合用于制造软齿面齿轮。-热处理方法：通常采用调质或正火处理。调质处理是将钢材加热到淬火温度，保温一定时间后淬火，然后再进行高温回火。经过调质处理后，齿轮的硬度一般在200-280HBS，具有较好的强度和韧性。正火处理是将钢材加热到临界温度以上，保温一定时间后在空气中冷却。正火处理后的齿轮硬度比调质处理略低，一般在170-220HBS，但成本较低，适用于一些对性能要求不太高的场合。硬齿面齿轮：-选材：多选用低碳合金钢（如20Cr、20CrMnTi等）或中碳合金钢（如40Cr、42CrMo等）。低碳合金钢具有良好的渗碳淬火性能，能够获得较高的表面硬度和耐磨性；中碳合金钢则可以通过表面淬火等方法提高齿面硬度。-热处理方法：对于低碳合金钢齿轮，常采用渗碳淬火处理。渗碳是将齿轮放入渗碳介质中加热，使碳原子渗入齿轮表面，然后进行淬火和低温回火。经过渗碳淬火处理后，齿面硬度可达58-63HRC，而心部仍保持较好的韧性。对于中碳合金钢齿轮，可采用表面淬火（如感应淬火、火焰淬火等）的方法。表面淬火是将齿轮表面快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，使齿面获得高硬度，而心部组织基本不变。表面淬火后齿面硬度一般在48-55HRC。3.简述轴的结构设计应满足的基本要求。-便于零件的装拆和调整：轴的结构应设计得便于轴上零件的安装和拆卸，例如在轴上设置轴肩、轴环、键槽等结构，以便于零件的定位和固定。同时，还应考虑到零件的调整和更换的方便性，如设置调整垫片等。-保证轴上零件的定位和固定：轴上的零件必须有可靠的定位和固定，以保证它们在工作过程中不会发生轴向和周向的移动。轴向定位通常采用轴肩、轴环、套筒、圆螺母等方式；周向定位一般采用键、花键、销等连接方式。-减小应力集中：轴的结构设计应尽量避免应力集中，以提高轴的疲劳强度。例如，在轴肩处应采用圆角过渡，避免直角过渡；在轴上开键槽、孔等结构时，应尽量减小其对轴的强度的影响。-良好的加工工艺性：轴的结构应具有良好的加工工艺性，便于制造和加工。例如，轴的直径应尽量采用标准尺寸，轴上的台阶数应尽量少，以减少加工工序和加工难度。-符合经济性要求：轴的设计应在满足使用要求的前提下，尽量降低成本。可以通过合理选择材料、优化结构尺寸等方式来实现经济性要求。四、计算题（每题15分，共30分）1.已知一对标准直齿圆柱齿轮传动，模数$m=5mm$，齿数$z_1=20$，$z_2=60$，试计算：（1）齿轮的分度圆直径$d_1$、$d_2$；（2）齿顶圆直径$d_{a1}$、$d_{a2}$；（3）齿根圆直径$d_{f1}$、$d_{f2}$；（4）中心距$a$。解：（1）根据分度圆直径公式$d=mz$，可得：齿轮1的分度圆直径$d_1=mz_1=5\times20=100mm$齿轮2的分度圆直径$d_2=mz_2=5\times60=300mm$（2）对于标准直齿圆柱齿轮，齿顶高系数$h_a^=1$，齿顶圆直径公式为$d_a=d+2h_a^m$，则：齿轮1的齿顶圆直径$d_{a1}=d_1+2h_a^m=100+2\times1\times5=110mm$齿轮2的齿顶圆直径$d_{a2}=d_2+2h_a^m=300+2\times1\times5=310mm$（3）齿根高系数$h_f^=1.25$，齿根圆直径公式为$d_f=d-2h_f^m$，则：齿轮1的齿根圆直径$d_{f1}=d_1-2h_f^m=100-2\times1.25\times5=87.5mm$齿轮2的齿根圆直径$d_{f2}=d_2-2h_f^m=300-2\times1.25\times5=287.5mm$（4）中心距公式为$a=\frac{d_1+d_2}{2}$，则：中心距$a=\frac{100+300}{2}=200mm$2.某轴用一对6208深沟球轴承支承，已知轴的转速$n=1450r/min$，轴承所受的径向载荷$F_{r1}=2000N$，$F_{r2}=3000N$，载荷系数$f_p=1.2$，试计算该对轴承的基本额定寿命$L_{h}$。解：（1）查6208深沟球轴承的相关参数：6208深沟球轴承的基本额定动载荷$C=29.5kN$，内部轴向力$S$的计算公式为$S=\frac{F_r}{2