(非机类)机械设计基础试题及答案

(非机类)机械设计基础试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.机械设计中，零件的“工作能力”通常指（）。A.零件抵抗破坏的能力B.零件在规定条件下正常工作的能力C.零件承受最大载荷的能力D.零件的加工精度2.普通螺纹连接中，若被连接件之一较厚且需要经常装拆，宜选用（）。A.螺栓连接B.双头螺柱连接C.螺钉连接D.紧定螺钉连接3.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.带的材料不符合要求D.带的紧边与松边拉力差引起的弹性变形差异4.齿轮传动中，软齿面齿轮（硬度≤350HBS）的主要失效形式是（）。A.轮齿折断B.齿面磨损C.齿面点蚀D.齿面胶合5.滚动轴承的基本额定寿命是指（）。A.一批同型号轴承中10%发生疲劳点蚀前的寿命B.单个轴承发生疲劳点蚀前的平均寿命C.一批同型号轴承中90%发生疲劳点蚀前的寿命D.单个轴承能承受的最大寿命6.键连接的主要作用是（）。A.传递轴向力B.传递转矩C.固定零件轴向位置D.增强零件刚度7.蜗杆传动中，为提高传动效率，最有效的措施是（）。A.增大蜗杆头数B.减小蜗杆分度圆直径C.提高蜗杆转速D.采用青铜蜗轮8.轴的结构设计中，轴肩的主要作用是（）。A.便于加工B.增强轴的刚度C.固定零件轴向位置D.减小应力集中9.滑动轴承中，非液体摩擦润滑的主要目的是（）。A.完全消除摩擦B.减少磨损，避免胶合C.提高承载能力D.降低温度10.联轴器与离合器的主要区别是（）。A.联轴器可补偿两轴偏移，离合器不能B.联轴器需在停机时分离，离合器可在运转时分离C.联轴器传递转矩更大D.离合器结构更简单二、填空题（每空1分，共20分）1.机械零件的主要失效形式包括断裂、表面损伤、变形和（）。2.螺纹连接防松的根本目的是防止螺纹副的（）。3.带传动的最大有效拉力与预紧力、包角和（）有关。4.齿轮传动中，齿面接触疲劳强度计算的主要目的是防止（）失效。5.滚动轴承按承受载荷方向可分为向心轴承、推力轴承和（）。6.平键连接中，键的截面尺寸（b×h）通常根据（）从标准中选取。7.轴按受载性质可分为心轴、转轴和（）。8.滑动轴承的润滑剂主要有润滑油、润滑脂和（）。9.蜗杆传动中，蜗杆的头数越多，传动效率越（）。10.螺纹连接的预紧力过大可能导致（）或螺栓断裂。11.带传动中，小带轮包角一般应不小于（）度。12.齿轮的模数m反映了齿的（）大小。13.滚动轴承的基本额定动载荷C是指轴承在额定寿命（）转时能承受的最大载荷。14.键连接中，导向平键用于（）连接，允许轴上零件沿轴向移动。15.轴的材料常用（），重要场合可用合金钢。16.滑动轴承的临界pv值是（）和滑动速度的乘积，用于限制轴承的温升和磨损。17.联轴器型号的选择主要根据传递的转矩、（）和轴的直径。18.齿轮传动的重合度越大，说明同时啮合的齿数越（），传动越平稳。19.螺纹的公称直径是指（）的直径。20.带传动的弹性滑动是（）避免的，而打滑是（）避免的。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述螺纹连接预紧的目的及预紧力的控制方法。2.带传动中，为什么小带轮的直径不宜过小？3.齿轮传动中，硬齿面（硬度＞350HBS）与软齿面的设计准则有何不同？4.滚动轴承的寿命计算中，基本额定寿命与基本额定动载荷的关系是什么？5.轴的结构设计需要满足哪些基本要求？四、计算题（共30分）1.（10分）某受轴向载荷的普通螺栓连接，已知螺栓直径d=16mm（小径d1=14.376mm），预紧力F0=8000N，工作载荷F=4000N，螺栓材料的许用拉应力[σ]=120MPa。试校核该螺栓的强度（螺栓总拉力F2=F0+0.8F）。2.（10分）设计一带传动，已知电动机功率P=7.5kW，转速n1=1440r/min，从动轮转速n2=480r/min，两班制工作（16h/天），载荷平稳。试确定：（1）小带轮基准直径d1（取标准值，d1≥dmin=90mm）；（2）计算大带轮基准直径d2；（3）初定中心距a0=800mm时，计算带的基准长度Ld（公式：Ld≈2a0+π(d1+d2)/2+(d2-d1)²/(4a0)）。3.（10分）一对标准直齿圆柱齿轮传动，模数m=4mm，小齿轮齿数z1=20，大齿轮齿数z2=60，齿宽b=80mm，小齿轮转速n1=960r/min，齿轮材料为45钢（小齿轮调质，σHlim1=600MPa；大齿轮正火，σHlim2=500MPa），载荷系数K=1.2，接触疲劳强度安全系数S=1.0。试校核齿面接触疲劳强度（接触应力公式：σH=ZE√(2KT1(u+1)/(bd1²u))，其中ZE=189.8MPa^0.5，u=z2/z1，T1=9550×10³P/n1，P=10kW）。五、分析题（共20分）1.（10分）某机械传动系统由带传动和齿轮传动组成，带传动置于高速级，齿轮传动置于低速级。试分析：（1）为何带传动通常放在高速级？（2）若带传动的预紧力不足，可能出现哪些问题？2.（10分）某设备中的滚动轴承（深沟球轴承）出现早期疲劳点蚀，试从设计、制造、使用三方面分析可能的原因。答案一、选择题1.B2.B3.D4.C5.A6.B7.A8.C9.B10.B二、填空题1.功能失效2.相对转动3.摩擦系数4.齿面点蚀5.向心推力轴承6.轴的直径7.传动轴8.固体润滑剂9.高10.被连接件压溃11.12012.大小13.10^614.动15.碳素钢16.平均压强17.转速18.多19.大径20.不可；可以三、简答题1.预紧目的：增强连接的可靠性和紧密性，防止受载后连接件间出现滑移或分离。控制方法：①测力矩扳手或定力矩扳手；②测量螺栓伸长量；③利用螺母转角控制。2.小带轮直径过小会导致带的弯曲应力增大（σb≈Eδ/d1，δ为带厚），加速带的疲劳破坏；同时包角减小，降低带的传动能力。3.软齿面齿轮（≤350HBS）：先按接触疲劳强度设计，再校核弯曲疲劳强度；硬齿面齿轮（＞350HBS）：先按弯曲疲劳强度设计，再校核接触疲劳强度（因硬齿面齿面硬度高，点蚀不敏感，易发生轮齿折断）。4.基本额定寿命L10（10^6转）与基本额定动载荷C的关系为：L10=(C/P)^ε，其中P为当量动载荷，ε为寿命指数（球轴承ε=3，滚子轴承ε=10/3）。5.轴的结构设计要求：①保证零件的定位和固定（轴向、周向）；②便于加工和装配（如倒角、退刀槽）；③减小应力集中（如过渡圆角）；④满足强度、刚度要求；⑤考虑经济性（材料选择、工艺性）。四、计算题1.螺栓总拉力F2=F0+0.8F=8000+0.8×4000=11200N螺栓应力σ=4F2/(πd1²)=4×11200/(π×14.376²)≈70.2MPa＜[σ]=120MPa，安全。2.（1）小带轮直径d1：传动比i=n1/n2=1440/480=3，d2=i×d1。取d1=125mm（标准值，≥90mm）。（2）d2=3×125=375mm（需圆整为标准值，假设375mm为标准值）。（3）Ld≈2×800+π×(125+375)/2+(375-125)²/(4×800)=1600+785.4+19.5≈2404.9mm，取标准长度Ld=2500mm（或接近的标准值）。3.u=z2/z1=60/20=3，d1=mz1=4×20=80mm，T1=9550×10³×10/960≈99479N·mmσH=189.8×√[2×1.2×99479×(3+1)/(80×80²×3)]≈189.8×√(955900.8/460800)≈189.8×1.44≈273.3MPa许用接触应力[σH1]=σHlim1/S=600/1=600MPa，[σH2]=500/1=500MPa，σH＜[σH]，安全。五、分析题1.（1）带传动置于高速级的原因：高速级转速高、转矩小，带传动的有效拉力F=2T/d较小，可减小带的根数和尺寸；且带传动的缓冲吸振特性可保护齿轮传动。（2）