2025年大学机械设计基础期末试卷及答案

2025年大学机械设计基础期末试卷及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.下列螺纹连接防松方法中，属于机械防松的是（）。A.双螺母防松B.弹簧垫圈防松C.止动垫片防松D.胶黏剂防松2.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3.标准直齿圆柱齿轮传动中，若中心距不变，增大模数m，减小齿数z，则（）。A.齿根弯曲强度降低B.齿面接触强度提高C.重合度增大D.传动平稳性提高4.滚动轴承的基本额定寿命是指（）。A.一组轴承中10%的轴承发生点蚀前的总转数B.单个轴承不发生点蚀的最长寿命C.一组轴承中90%的轴承不发生点蚀的寿命D.轴承达到磨损极限前的寿命5.平键连接的主要失效形式是（）。A.键的剪切破坏B.轮毂的挤压破坏C.键的弯曲破坏D.轴的挤压破坏6.轴的材料通常优先选用（）。A.20CrB.45钢C.Q235D.ZG270-5007.蜗杆传动中，为了提高传动效率，最有效的措施是（）。A.增大蜗杆头数B.增大模数C.减小蜗杆直径系数D.提高蜗杆转速8.滑动轴承中，非液体摩擦润滑的主要目的是（）。A.完全避免金属直接接触B.减少磨损，降低摩擦阻力C.形成完整油膜D.提高承载能力9.对于受轴向变载荷的紧螺栓连接，提高其疲劳强度的有效措施是（）。A.增大螺栓刚度，减小被连接件刚度B.减小螺栓刚度，增大被连接件刚度C.同时增大螺栓和被连接件刚度D.同时减小螺栓和被连接件刚度10.齿轮传动中，齿面接触疲劳强度设计的主要目的是防止（）。A.齿面胶合B.齿面磨损C.齿面点蚀D.齿根折断二、填空题（每空1分，共15分）1.螺纹连接的预紧目的主要是增强连接的______和______，防止受载后被连接件间出现滑移或分离。2.带传动的最大有效拉力Fec与______、______和______有关。3.直齿圆柱齿轮的齿形系数YFa取决于______，与______无关。4.滚动轴承的基本额定动载荷C是指______。5.轴按承载性质可分为______、______和______。6.滑动轴承的摩擦状态分为______、______和混合摩擦。7.蜗杆传动的失效形式主要有______、______和磨损。三、判断题（每题1分，共10分）1.三角形螺纹的自锁性比梯形螺纹好，故常用于传动。（）2.带传动的打滑是可以避免的，而弹性滑动是不可避免的。（）3.齿轮传动中，小齿轮的齿面硬度通常比大齿轮高，以补偿其齿根弯曲应力较大的问题。（）4.滚动轴承的寿命计算中，当量动载荷P是指实际载荷转换为与基本额定动载荷条件相同的假想载荷。（）5.平键连接中，键的长度应略小于轮毂的长度，以避免轮毂装拆困难。（）6.转轴工作时既承受弯矩又承受扭矩，心轴只承受弯矩，传动轴只承受扭矩。（）7.滑动轴承的相对间隙ψ增大，承载能力提高，但磨损加剧。（）8.蜗杆传动中，蜗杆的头数越多，传动效率越高，但制造难度增大。（）9.受横向载荷的普通螺栓连接，螺栓主要承受剪切和挤压应力。（）10.齿轮的模数m越大，轮齿的抗弯能力越强。（）四、简答题（每题6分，共30分）1.简述螺纹连接预紧的目的及控制预紧力的常用方法。2.带传动为什么要限制小带轮的最小直径和带的最大、最小长度？3.齿轮传动设计中，小齿轮齿数z1的选择原则是什么？齿数过多或过少会带来哪些问题？4.滚动轴承组合设计时，为什么要考虑“一端固定、一端游动”的轴向固定方式？适用于什么场合？5.简述轴的结构设计应满足的基本要求。五、计算题（共25分）1.（8分）某受轴向载荷的紧螺栓连接，已知螺栓所受工作载荷F=5000N，剩余预紧力F''=1.5F，螺栓材料的许用拉应力[σ]=120MPa，试计算螺栓的小径d1（取螺纹系数C=1.3）。2.（9分）一对标准直齿圆柱齿轮传动，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=10kW，齿轮材料为45钢（调质），小齿轮齿面硬度240HBS，大齿轮齿面硬度200HBS，载荷系数K=1.2，试校核其齿面接触疲劳强度（接触疲劳许用应力[σH1]=580MPa，[σH2]=520MPa，接触疲劳强度公式：σH=ZEZH√(2KT1(u+1)/(bd1²u))，其中ZE=189.8√MPa，ZH=2.5，d1=mz1，u=z2/z1）。3.（8分）某转轴的危险截面处，弯矩M=800N·m，扭矩T=600N·m，轴的材料为45钢（σb=650MPa，σs=360MPa，许用弯曲应力[σ-1b]=55MPa），试按第三强度理论校核该截面的强度（当量应力σe=√(σ²+4τ²)，其中σ=32M/(πd³)，τ=16T/(πd³)，取d=50mm）。六、分析题（10分）下图为某齿轮减速器输出轴的轴系结构（示意图），指出图中存在的至少5处结构错误，并简要说明原因。（注：图中未标注部分假设合理）答案一、选择题1.C2.D3.B4.C5.B6.B7.A8.B9.B10.C二、填空题1.紧密性；可靠性2.初拉力F0；摩擦系数f；包角α3.齿数z；模数m4.一批相同轴承在额定载荷下，90%不发生点蚀的寿命为106转时的最大载荷5.转轴；心轴；传动轴6.干摩擦；液体摩擦7.点蚀；胶合三、判断题1.×2.√3.√4.√5.√6.√7.×8.√9.×10.√四、简答题1.预紧目的：增强连接的紧密性和可靠性，防止受载后被连接件间出现滑移、分离或接合面泄漏。控制预紧力的方法：①使用测力矩扳手或定力矩扳手；②测量螺栓伸长量；③对于重要连接，采用液压拉伸器。2.限制小带轮最小直径：避免带的弯曲应力过大（σb≈Eδ/d1，d1过小则σb过大，加速带的疲劳破坏）。限制带的最大长度：防止带在运转中产生过大的颤动；限制最小长度：避免包角过小（α过小会降低最大有效拉力Fec）。3.小齿轮齿数z1选择原则：在保证齿根弯曲强度的前提下，尽量取较多齿数（一般z1=20~40）。齿数过少：①齿根弯曲应力增大，易折断；②重合度降低，传动平稳性差；③模数增大，齿轮尺寸和重量增加。齿数过多：①齿轮尺寸增大，结构不紧凑；②易发生齿面磨损（尤其开式传动）。4.原因：当轴因温度变化或受力产生轴向伸缩时，“一端固定、一端游动”可补偿轴向变形，避免轴承卡死。适用场合：跨距较大（>300mm）或工作温度变化较大的轴系（如长轴、高温环境下的传动）。5.轴的结构设计基本要求：①满足强度、刚度和振动稳定性；②便于零件装拆和调整（如阶梯轴、键槽布置）；③保证零件定位可靠（轴向和周向定位）；④减小应力集中（如圆角过渡、避免直径突变）；⑤考虑加工工艺性（如退刀槽、砂轮越程槽）。五、计算题1.总拉力F0=F''+F=1.5×5000+5000=12500N螺栓强度条件：σ=1.3F0/(πd1²/4)≤[σ]解得d1≥√(4×1.3F0/(π[σ]))=√(4×1.3×12500/(3.14×120))≈√(173.3)≈13.17mm取d1≈13.2mm（实际工程中需查标准螺纹系列）2.小齿轮扭矩T1=9550×10³×P/n1=9550×10³×10/1450≈65862N·mm齿数比u=z2/z1=3，d1=mz1=4×20=80mmσH=189.8×2.5×√(2×1.2×65862×(3+1)/(80×80²×3))=474.5×√(2×1.2×65862×4/(80×6400×3))=474.5×√(632,275.2/(1,536,000))≈474.5×√0.411≈474.5×0.641≈304.3MPa因σH=304.3MPa<[σH2]=520MPa（取较小值），故接触疲劳强度满足。3.弯曲应力σ=32M/(πd³)=32×800×10³/(3.14×50³)=25,600,000/(392,500)≈65.2MPa扭转切应力τ=16T/(πd³)=16×600×10³/(3.14×50³)=9,600,000/(392,500)≈24.5MPa当量应力σe=√(65.2²+4×24.5²)=√(4251+2401)=√6652≈81.6MPa因σe=81.6MPa>[σ-1b]=55MPa，故强度不满足（注：实际设计中需调整轴径或材料）。六、分析题（示例）1.轴承端盖与轴直接接触，未留间隙