机械设计考试题库(带答案)

机械设计考试题库(带答案)一、选择题1.带传动正常工作时不能保证准确的传动比是因为（）。A.带的材料不符合胡克定律B.带容易变形和磨损C.带在带轮上打滑D.带的弹性滑动答案：D解析：带传动在工作时，由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的相对滑动称为弹性滑动。弹性滑动是带传动正常工作时固有的特性，它使得带传动不能保证准确的传动比。而打滑是带传动的一种失效形式，不是不能保证准确传动比的原因；带的材料特性和磨损虽然会影响带的性能，但不是导致传动比不准确的主要原因。2.对于闭式软齿面齿轮传动，主要失效形式是（）。A.轮齿疲劳折断B.齿面磨损C.齿面胶合D.齿面疲劳点蚀答案：D解析：闭式软齿面齿轮传动中，由于齿面硬度较低，在交变接触应力的作用下，齿面容易产生疲劳点蚀，这是其主要的失效形式。轮齿疲劳折断多发生在闭式硬齿面或开式齿轮传动中；齿面磨损在开式齿轮传动中较为常见；齿面胶合一般在高速重载的闭式齿轮传动中容易出现。3.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.一个轴承在正常情况下所能达到的寿命C.一批同型号的轴承在相同条件下运转，平均每个轴承所能达到的寿命D.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。它是衡量滚动轴承寿命的一个重要指标。4.联轴器和离合器的主要作用是（）。A.缓冲、减振B.传递运动和转矩C.防止机器发生过载D.补偿两轴的不同心或热膨胀答案：B解析：联轴器和离合器的主要作用是将两轴连接在一起，传递运动和转矩。缓冲、减振一般是通过在联轴器中设置弹性元件来实现；防止机器过载通常采用安全联轴器或离合器；补偿两轴的不同心或热膨胀是某些联轴器的附加功能。5.在螺纹连接中，采用悬置螺母的主要目的是（）。A.减小螺栓的刚度B.增加被连接件的刚度C.使螺栓和被连接件的刚度接近相等D.使各圈螺纹牙的受力较均匀答案：D解析：悬置螺母可以使螺母的螺纹牙和螺栓的螺纹牙都能较好地变形，从而使各圈螺纹牙的受力较均匀，提高螺纹连接的可靠性。6.齿轮传动中，齿面接触强度主要取决于（）。A.齿轮的材料B.齿轮的模数C.齿轮的齿宽D.齿轮的分度圆直径答案：D解析：齿轮的齿面接触强度主要与齿轮的分度圆直径有关。根据齿面接触强度计算公式，分度圆直径越大，齿面接触应力越小，接触强度越高。齿轮的材料影响齿轮的综合性能；模数主要影响轮齿的弯曲强度；齿宽在一定程度上也会影响齿面接触强度，但不是主要因素。7.下列四种螺纹中，自锁性能最好的是（）。A.粗牙普通螺纹B.细牙普通螺纹C.梯形螺纹D.锯齿形螺纹答案：B解析：细牙普通螺纹的螺距小，升角小，自锁性能好。粗牙普通螺纹的螺距较大，自锁性能相对较差；梯形螺纹和锯齿形螺纹主要用于传动，自锁性能不如细牙普通螺纹。8.滑动轴承一般用在（）的场合。A.转速低、载荷小B.转速高、载荷大C.转速高、载荷小D.转速低、载荷大答案：B解析：滑动轴承具有工作平稳、噪声小、能承受较大的冲击载荷等优点，适用于转速高、载荷大的场合。而滚动轴承一般适用于转速高、载荷较小的场合。9.为了提高轴的强度，在轴的截面变化处采用过渡圆角，其目的是（）。A.减少应力集中B.使轴的外形美观C.便于轴的加工D.提高轴的刚度答案：A解析：在轴的截面变化处采用过渡圆角可以减小应力集中，提高轴的疲劳强度。轴的外形美观不是主要目的；过渡圆角对轴的加工有一定影响，但不是采用它的主要原因；过渡圆角对轴的刚度影响较小。10.V带传动中，带轮的基准直径是指（）。A.带轮的外径B.带轮的内径C.带轮的节圆直径D.带轮的平均直径答案：C解析：V带传动中，带轮的基准直径是指带轮的节圆直径。带在带轮上运转时，节圆处的线速度与带的速度相等。二、判断题1.带传动的弹性滑动是不可避免的，而打滑是可以避免的。（）答案：正确解析：弹性滑动是由于带的弹性变形而产生的，是带传动正常工作时固有的特性，不可避免。而打滑是当带传动的载荷超过带与带轮间的最大摩擦力时发生的，通过合理设计和使用带传动，可以避免打滑现象的发生。2.闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是齿面疲劳点蚀。（）答案：错误解析：闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是轮齿疲劳折断，因为硬齿面齿轮的齿面硬度较高，抗点蚀能力较强，而轮齿根部在交变弯曲应力的作用下容易发生疲劳折断。3.滚动轴承的基本额定动载荷是指在该载荷作用下，轴承的基本额定寿命为10^6转时所能承受的载荷。（）答案：正确解析：滚动轴承的基本额定动载荷是一个重要的参数，它是指在该载荷作用下，轴承的基本额定寿命为10^6转时所能承受的载荷。4.联轴器和离合器的区别在于：联轴器在机器运转过程中不能使两轴分离，而离合器可以在机器运转过程中使两轴分离或结合。（）答案：正确解析：联轴器通常是在机器停车后通过拆卸来分离两轴，在机器运转过程中不能使两轴分离；而离合器可以在机器运转过程中根据需要使两轴分离或结合，实现动力的传递和切断。5.螺纹连接的防松方法按工作原理可分为摩擦防松、机械防松和永久防松三类。（）答案：正确解析：螺纹连接的防松是为了防止螺纹副在工作过程中由于振动、冲击等原因而松动。常见的防松方法按工作原理可分为摩擦防松（如弹簧垫圈、双螺母等）、机械防松（如开口销与槽形螺母、止动垫圈等）和永久防松（如焊接、冲点等）三类。6.齿轮的模数越大，轮齿的弯曲强度越高。（）答案：正确解析：根据齿轮弯曲强度计算公式，模数越大，轮齿的齿厚越大，抵抗弯曲破坏的能力越强，轮齿的弯曲强度越高。7.普通平键连接主要用于传递转矩，不能承受轴向力。（）答案：正确解析：普通平键的两侧面是工作面，主要靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩，不能承受轴向力。如果需要承受轴向力，可以采用花键或其他类型的连接。8.滑动轴承的润滑油粘度越高，其承载能力越强。（）答案：错误解析：滑动轴承的润滑油粘度需要根据具体的工作条件来选择。在一定范围内，粘度越高，油膜承载能力越强，但粘度过高会增加摩擦功耗，降低效率，并且在高速时可能会导致发热等问题。所以并不是润滑油粘度越高，承载能力就越强。9.轴上的键槽一般应开在同一母线上，以方便加工。（）答案：正确解析：轴上的键槽开在同一母线上，可以在一次装夹中完成多个键槽的加工，提高加工效率，方便加工。10.带传动的包角越大，带与带轮间的摩擦力就越大，传动能力就越强。（）答案：正确解析：带传动的包角越大，带与带轮的接触弧长越长，带与带轮间的摩擦力就越大，能够传递的功率也就越大，传动能力越强。三、简答题1.简述带传动的优缺点。答：优点：-适用于两轴中心距较大的传动；-带具有良好的弹性，能缓冲、吸振，传动平稳，噪声小；-过载时带在带轮上打滑，可防止其他零件损坏，起安全保护作用；-结构简单，制造、安装和维护方便，成本低。缺点：-不能保证准确的传动比，因为存在弹性滑动；-带的寿命较短；-传动效率较低；-外形尺寸较大，占用空间多；-需要张紧装置，对轴和轴承的作用力较大。2.简述齿轮传动的设计准则。答：齿轮传动的设计准则根据不同的工作条件和失效形式而定：-闭式软齿面齿轮传动：主要失效形式是齿面疲劳点蚀，通常按齿面接触强度设计，按齿根弯曲强度校核。-闭式硬齿面齿轮传动：主要失效形式是轮齿疲劳折断，通常按齿根弯曲强度设计，按齿面接触强度校核。-开式齿轮传动：主要失效形式是齿面磨损和轮齿疲劳折断，一般按齿根弯曲强度设计，考虑磨损的影响，适当增大模数。-高速重载的齿轮传动：除了要满足齿面接触强度和齿根弯曲强度外，还需要考虑齿面胶合等失效形式，可采取提高齿面硬度、降低表面粗糙度、采用抗胶合能力强的润滑油等措施。3.简述滚动轴承的选择步骤。答：滚动轴承的选择步骤如下：-了解轴承的工作条件：包括载荷的大小、方向和性质（如径向载荷、轴向载荷、冲击载荷等），转速，工作温度，安装空间等。-确定轴承的类型：根据工作条件和要求，选择合适类型的滚动轴承，如深沟球轴承、角接触球轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承等。例如，只承受径向载荷时可选用深沟球轴承；同时承受径向和轴向载荷时可选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。-确定轴承的尺寸：根据计算出的当量动载荷和预期寿命，查滚动轴承的尺寸系列表，选择合适的轴承型号。一般先按基本额定动载荷选择，然后进行寿命校核。-进行轴承的校核：包括寿命校核、静强度校核（对于低速或摆动的轴承）等，以确保所选轴承满足工作要求。-考虑其他因素：如轴承的安装、拆卸、润滑、密封等问题，选择合适的安装方式和润滑、密封装置。4.简述螺纹连接的预紧目的和防松方法。答：预紧目的：-增强连接的可靠性和紧密性，防止被连接件间出现相对滑动或分离；-提高螺纹连接的疲劳强度，使螺纹副在工作时受载均匀；-对于受拉螺栓，预紧力可部分抵消工作载荷，提高螺栓的承载能力。防松方法：-摩擦防松：利用增加螺纹副间摩擦力的方法来防松，如弹簧垫圈、双螺母等。弹簧垫圈在拧紧螺母后，垫圈被压缩，其反弹力使螺纹副间保持较大的摩擦力；双螺母通过拧紧两个螺母，使两螺母间的螺纹段受拉，产生摩擦力防松。-机械防松：利用机械装置将螺纹副锁住，如开口销与槽形螺母、止动垫圈等。开口销穿过槽形螺母的槽和螺栓的小孔，防止螺母转动；止动垫圈的内舌嵌入螺栓的键槽，外舌弯入螺母的槽内，阻止螺母转动。-永久防松：通过焊接、冲点、胶接等方法使螺纹副固定，这种方法一般在不允许拆卸或很少拆卸的场合使用。5.简述轴的结构设计应满足的基本要求。答：轴的结构设计应满足以下基本要求：-保证轴上零件有准确的定位和可靠的固定：轴上的零件（如齿轮、带轮、联轴器等）需要通过键、花键、轴肩、轴环等结构进行周向和轴向定位，以保证其准确的位置和可靠的工作。-便于轴上零件的安装和拆卸：轴的结构应设计成便于零件从轴的一端或两端进行安装和拆卸，例如轴端应设有倒角，键槽应开在同一母线上等。-具有良好的制造工艺性：轴的形状应尽量简单，避免出现过多的台阶、凹槽等，以方便加工。轴上的尺寸公差、表面粗糙度等应根据工作要求合理确定。-减小应力集中：在轴的截面变化处（如台阶、键槽、圆角等）应采用适当的过渡圆角或其他措施，减小应力集中，提高轴的疲劳强度。-满足轴的强度和刚度要求：轴的结构设计应保证轴在工作时具有足够的强度和刚度，以承受所传递的转矩和载荷。四、计算题1.已知一单级直齿圆柱齿轮传动，主动齿轮1的转速n1=960r/min，齿数z1=20，从动齿轮2的齿数z2=50，传递的功率P=5kW。试求：-传动比i；-从动齿轮2的转速n2；-主动齿轮和从动齿轮所受的圆周力Ft1、Ft2和径向力Fr1、Fr2（齿轮的模数m=4mm，压力角α=20°）。解：-传动比i：传动比i=z2/z1=50/20=2.5-从动齿轮2的转速n2：根据传动比公式i=n1/n2，可得n2=n1/i=960/2.5=384r/min-主动齿轮和从动齿轮所受的圆周力和径向力：首先计算主动齿轮的分度圆直径d1=mz1=4×20=80mm=0.08m根据公式Ft=2000P/d1n1（单位：N），可得主动齿轮的圆周力Ft1=2000P/d1n1=2000×5/(0.08×960)≈130.2N由于Ft1=Ft2（作用力与反作用力），所以从动齿轮的圆周力Ft2=130.2N根据公式Fr=Fttanα，可得主动齿轮的径向力Fr1=Ft1tanα=130.2×tan20°≈47.3N同理，从动齿轮的径向力Fr2=Fr1=47.3N2.有一滚动轴承，承受的径向载荷Fr=3000N，轴向载荷Fa=1200N，转速n=1500r/min，预期寿命Lh'=5000h。试选择合适的深沟球轴承（已知fP=1.2，e=0.24，当Fa/Fr≤e时，X=1，Y=0；当Fa/Fr>e时，X=0.56，Y=1.4）。解：-计算Fa/Fr的值：Fa/Fr=1200/3000=0.4>e=0.24所以X=0.56，Y=1.4-计算当量动载荷P：根据公式P=fP(XFr+YFa)，可得P=1.2×(0.56×3000+1.4×1200)=1.2×(1680+1680)=4032N-计算所需的基本额定动载荷C：根据公式C=P(Lh/10^6)^(1/3)n（其中Lh为预期寿命，单位：h），可得C=4032×(5000×60×1500/10^6)^(1/3)≈4032×(450)^(1/3)≈4032×7.66≈30885N查深沟球轴承的尺寸系列表，选择6206轴承，其基本额定动载荷C=19500N<30885N，不合适；选择6207轴承，其基本额定动载荷C=25500N<30885N，不合适；选择6208轴承，其基本额定动载荷C=31000N>30885N，合适。所以选择6208深沟球轴承。3.一螺栓组连接如图所示，已知螺栓组承受的横向载荷FΣ=10000N，接合面间的摩擦系数f=0.15，可靠性系数Kf=1.2，螺栓数目z=4。试求：-单个螺栓所需的预紧力F0；-若螺栓材料的许用拉应力[σ]=120MPa，试确定螺栓的小径d1。解：-单个螺栓所需的预紧力F0：根据公式F0=KfFΣ/(zf)，可得F0=1.2×10000/(4×0.15)=20000N-确定螺栓的小径d1：根据紧螺栓连接的强度条件σ=1.3F0/(πd1^2/4)≤[σ]，可得d1≥√(5.2F0/π[σ])代入数据d1≥√(5.2×20000/(π×120))≈√(104000/376.8)≈√276.01≈16.6mm查螺栓的标准尺寸系列，选取M20的螺栓，其小径d1=17.294mm>16.6mm，满足要求。五、分析题1.分析带传动中弹性滑动和打滑的产生原因、后果及两者的区别。答：-弹性滑动产生原因：带是弹性体，在传动过程中，由于紧边和松边的拉力不同，导致带在紧边和松边的弹性变形量不同。当带从紧边绕上主动轮时，带所受拉力逐渐减小，弹性变形也逐渐减小，带相对于主动轮向后收缩，产生相对滑动；当带从松边绕上从动轮时，带所受拉力逐渐增大，弹性变形也逐渐增大，带相对