研发技术部考试试题含答案(机械设计类)

研发技术部考试试题含答案(机械设计类)一、选择题1.在机械设计中，以下哪种失效形式属于“静强度失效”？A.齿轮齿面的点蚀B.轴在交变应力下的疲劳断裂C.受静载螺栓的塑性变形或断裂D.滚动轴承的磨损答案：C解析：静强度失效是指零件在静载荷作用下，发生过大的塑性变形或断裂。A选项点蚀属于接触疲劳失效，B选项属于疲劳失效，D选项属于磨损失效，三者均与时间或应力循环次数相关，不属于静强度范畴。2.设计链传动时，增大链条节距p和增加链轮齿数z1，对传动的影响分别是？A.传动能力提高，多边形效应增强B.传动能力提高，多边形效应减弱C.传动能力下降，多边形效应增强D.传动能力下降，多边形效应减弱答案：B解析：链条节距p增大，其抗拉强度提高，故单排链的传动能力提高。增加小链轮齿数z1，可降低链传动的运动不均匀性（即多边形效应），使传动更平稳。3.一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知模数m=4mm，齿数z1=20，z2=60，则两齿轮的齿形系数Y_{Fa1}与Y_{Fa2}的关系是？A.Y_{Fa1}<Y_{Fa2}B.Y_{Fa1}=Y_{Fa2}C.Y_{Fa1}>Y_{Fa2}D.无法比较答案：C解析：齿形系数Y_{Fa}是考虑齿形对齿根弯曲应力影响的系数，主要与齿数（当量齿数）有关。齿数越少，齿根厚度相对越薄，齿形系数Y_{Fa}越大。本题中z1<z2，故Y_{Fa1}>Y_{Fa2}。4.在非液体摩擦滑动轴承的设计计算中，限制轴承压强p的主要目的是？A.防止轴承过度磨损B.防止轴承发生胶合C.防止轴承因温升过高而失效D.保证轴承的旋转精度答案：A解析：限制轴承平均压强p≤[p]，是为了保证润滑油不被过大的压力挤出，使轴瓦与轴颈之间保留边界油膜，从而避免轴瓦的过度磨损。5.当两个被连接件之一较厚，不宜制成通孔，且需要经常拆卸时，通常采用？A.螺栓连接B.双头螺柱连接C.螺钉连接D.紧定螺钉连接答案：B解析：双头螺柱连接适用于被连接件之一较厚、需经常拆卸或结构上受限制不能开通孔的场合。螺钉连接不宜用于经常拆卸处，以免损坏螺孔。6.在轴的弯扭合成强度校核中，引入应力校正系数α，是为了考虑？A.扭转切应力与弯曲应力的循环特性可能不同B.轴上存在应力集中C.轴的绝对尺寸影响D.轴表面质量的影响答案：A解析：应力校正系数α是将扭转切应力的循环特性折算为与弯曲应力循环特性相同时的折算系数。对于不变的转矩，α≈0.3；对于对称循环的转矩，α=1。7.滚动轴承的基本额定寿命L10是指？A.一批相同轴承中50%的轴承发生疲劳点蚀前所经历的总转数B.一批相同轴承中90%的轴承发生疲劳点蚀前所经历的总转数C.一个轴承发生疲劳点蚀前所经历的总转数D.一个轴承达到设计寿命所经历的总转数答案：B解析：基本额定寿命L10是指一批相同的轴承，在相同条件下运转，其中90%的轴承在发生疲劳点蚀前所能达到的总转数（或以恒定转速运转的总小时数）。8.设计V带传动时，限制小带轮最小基准直径d_{dmin}的主要目的是？A.限制带的弯曲应力，提高带的使用寿命B.限制带的离心拉应力C.保证带与带轮间有足够的摩擦力D.使传动结构紧凑答案：A解析：带绕经带轮时会产生弯曲应力，小带轮直径越小，带的弯曲应力越大，易导致带疲劳损坏。限制d_{dmin}可控制带的弯曲应力，延长带寿命。9.在闭式软齿面齿轮传动中，最常见的失效形式是？A.轮齿折断B.齿面点蚀C.齿面胶合D.齿面磨损答案：B解析：闭式软齿面（齿面硬度≤350HBS）齿轮传动，齿面接触疲劳强度相对较低，在循环接触应力作用下，最容易在节线附近靠近齿根处发生齿面点蚀。10.下列联轴器中，能补偿较大轴向位移、少量径向位移和角位移的是？A.凸缘联轴器B.齿式联轴器C.万向联轴器D.弹性柱销联轴器答案：B解析：齿式联轴器通过内外齿啮合传递转矩，由于齿侧间隙较大且齿廓呈鼓形，允许两轴有较大的综合位移，尤其是轴向位移。万向联轴器主要用于角位移补偿。二、填空题1.螺纹连接防松的根本问题在于防止螺纹副在受载时发生______。答案：相对转动2.在带传动中，由于带的弹性变形引起的带与带轮间的相对滑动称为______滑动。答案：弹性3.齿轮传动设计中，对于硬齿面闭式传动，通常先按______强度进行设计计算，再校核______强度。答案：齿根弯曲，齿面接触4.根据承受载荷的方向，滚动轴承主要分为______轴承、______轴承和______轴承。答案：向心，推力，向心推力（或角接触）5.轴的常用强度计算方法有：按______强度计算、按______强度计算和______。答案：扭转，弯扭合成，安全系数校核计算6.蜗杆传动的效率主要包括：啮合效率、______效率和______效率。答案：轴承摩擦，搅油7.在机械零件设计中，判定钢制零件是否发生疲劳断裂的应力极限称为______。答案：疲劳极限（或持久极限）8.非液体摩擦滑动轴承的计算准则为保证边界油膜不遭破坏，通常需验算______、______和______。答案：平均压强p，滑动速度v，pv值9.链传动中，链节数最好取为______数，链轮齿数最好取为______数。答案：偶，奇10.形成流体动压润滑的必要条件是：两相对运动表面间必须形成______的楔形间隙；被油膜分开的两表面必须有一定的______；润滑油必须有一定的粘度，且供油充分。答案：收敛，相对滑动速度三、判断题1.平键连接中，键的侧面是工作面，通过挤压传递转矩。答案：正确解析：平键连接依靠键的两侧面与键槽侧面的挤压来传递转矩，其顶面与轮毂键槽底面留有间隙。2.增大齿轮的模数m，可以提高齿轮的齿面接触疲劳强度。答案：错误解析：齿轮的齿面接触疲劳强度主要取决于齿轮的分度圆直径（或中心距）和齿宽，与模数无直接关系。模数主要影响齿根弯曲疲劳强度。3.滚动轴承的内圈与轴颈的配合采用基孔制，外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。答案：正确解析：滚动轴承是标准件，内圈孔与轴颈的配合采用基孔制，但公差带位于零线以下；外圈外径与座孔的配合采用基轴制，公差带位于零线以下。4.为了提高轴的刚度，采用合金钢代替碳钢是有效的措施。答案：错误解析：轴的刚度取决于材料的弹性模量E，而各种钢材的E值相差很小。因此，用合金钢代替碳钢并不能有效提高轴的刚度，只能提高其强度。5.蜗杆传动的传动比等于蜗轮齿数与蜗杆头数之比，也等于蜗杆与蜗轮分度圆直径之比。答案：错误解析：蜗杆传动的传动比i=n1/n2=z2/z1，但不等于分度圆直径之比d2/d1。因为d2=mz2，d1=qm(q为直径系数)，所以d2/d1=z2/q，不等于z2/z1。6.带传动中，打滑是由于过载引起的，是可以避免的；而弹性滑动是带传动的固有特性，是不可避免的。答案：正确解析：打滑是过载时带与带轮发生的全面滑动，应避免。弹性滑动是由带的紧边与松边拉力差引起的微量局部滑动，是带传动正常工作的固有现象。7.在相同条件下，V带传动比平带传动能传递更大的功率，这是因为V带的当量摩擦系数更大。答案：正确解析：V带利用楔形增压原理，在相同的张紧力下，其工作面产生的正压力大于平带，从而产生更大的摩擦力，即当量摩擦系数f_v=f/sin(φ/2)>f。8.滚动轴承的基本额定动载荷C是指轴承的基本额定寿命恰好为10^6转时所能承受的载荷。答案：正确解析：这是基本额定动载荷C的准确定义。对于向心轴承，C是纯径向载荷；对于推力轴承，C是纯轴向载荷。9.设计闭式蜗杆传动时，必须进行热平衡计算，主要是为了防止润滑油温度过高导致润滑失效。答案：正确解析：蜗杆传动效率低，发热量大。若散热不良，油温持续升高会使润滑油粘度下降，破坏润滑，导致齿面胶合。热平衡计算是控制油温在许可范围内的必要步骤。10.花键连接与平键连接相比，具有承载能力高、对中性好、导向性好等优点。答案：正确解析：花键连接是多齿传递载荷，承载能力高；齿槽浅，应力集中小；对轴强度削弱小；对中性及导向性好。四、简答题1.简述螺栓连接在变载荷作用下，采用减小螺栓刚度或增大被连接件刚度的方法可以提高螺栓疲劳强度的原因。答案与解析：在变载荷作用下，螺栓连接的疲劳强度取决于螺栓所受应力幅的大小。螺栓总拉力F2=工作载荷F+残余预紧力F1'。应力幅σ_a与工作载荷引起的螺栓拉力变化量ΔF_b有关，ΔF_b=[C_b/(C_b+C_m)]F，其中C_b为螺栓刚度，C_m为被连接件刚度。减小螺栓刚度C_b（如采用腰杆螺栓、空心螺栓）或增大被连接件刚度C_m（如采用刚性垫片），都可以使系数C_b/(C_b+C_m)减小，从而降低ΔF_b和应力幅σ_a，因此提高了螺栓的疲劳强度。2.说明闭式齿轮传动与开式齿轮传动在设计计算和失效形式上的主要区别。答案与解析：设计计算区别：闭式齿轮传动（齿轮封闭在箱体内，润滑良好）主要失效形式是齿面点蚀和齿根弯曲疲劳折断，因此需进行齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度计算。开式齿轮传动（齿轮外露，润滑不良）主要失效形式是齿面磨损和因磨损导致齿厚减薄后的齿根弯曲疲劳折断。由于磨损尚无完善计算方法，通常只按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，并用增大模数（10%~20%）的办法来考虑磨损的影响。失效形式区别：闭式软齿面以齿面点蚀为主，硬齿面以齿根折断为主；开式齿轮则以齿面磨损失效为主，最终导致轮齿折断。3.什么是滚动轴承的“正装”与“反装”（以角接触球轴承为例）？在支撑跨距相同的情况下，哪种安装方式使轴的刚度更高？答案与解析：正装（外圈窄边相对）：两轴承的支反力作用点距离（压力中心距离）小于轴承的跨距。反装（外圈宽边相对）：两轴承的支反力作用点距离大于轴承的跨距。在支撑跨距相同的情况下，反装方式下两轴承的压力中心距离更大，相当于轴的支撑跨距更大，因此轴的弯曲刚度更高，轴端挠度更小。但反装时轴承的调整和预紧不如正装方便。4.带传动中，为什么需要张紧装置？常见的张紧装置有哪几种形式？答案与解析：需要张紧的原因：①传动带工作一段时间后，会因塑性伸长而松弛，使初拉力F0减小，传动能力下降；②为保证带传动正常工作，必须维持足够的初拉力，张紧装置可定期或自动调整带的张紧程度。常见形式：①定期张紧装置：通过调节螺钉或滑轨定期调整中心距，如滑道式、摆架式。②自动张紧装置：利用电机自重或配重自动调整中心距，如浮动架式。③张紧轮装置：当中心距不可调时，采用张紧轮，通常置于松边内侧靠近大带轮处。5.轴的结构设计应满足哪些主要要求？答案与解析：①便于轴上零件的装拆与定位：设计阶梯轴，并确定合理的装配方案。②保证轴上零件的准确定位与固定：周向固定（键、花键、过盈配合等）和轴向固定（轴肩、套筒、圆螺母、弹性挡圈等）。③减少应力集中，提高疲劳强度：采用过渡圆角、卸载槽等。④具有良好的加工和装配工艺性：如加工螺纹、磨削、键槽等处需留有空刀槽或砂轮越程槽；多个键槽布置在同一母线上等。五、计算分析题1.某单级闭式直齿圆柱齿轮传动，已知传递功率P=5kW，小齿轮转速n1=960r/min，齿数比u=4，电动机驱动，工作载荷平稳，单向运转。小齿轮材料为40Cr调质（280HBS），大齿轮材料为45钢调质（240HBS）。若取齿宽系数φ_d=1.0，载荷系数K=1.5，按齿面接触疲劳强度设计，试求所需的小齿轮分度圆直径d1（mm）。（提示：接触疲劳强度设计公式：≥，区域系数Z_H=2.5，弹性系数Z_E=189.8，重合度系数Z_ε=0.9，小齿轮的许用接触应力[σ_H1]=600MPa，大齿轮的[σ_H2]=550MPa。）答案与解析：①计算小齿轮传递的转矩T1：=②确定计算用的许用接触应力[σ_H]：设计时取较小值，[σ_H]=min([σ_H1],[σ_H2])=550MPa。③代入设计公式计算d1：≥计算分步：分子部分：2×1.5×49739.6=149218.8(u+1)/u=5/4=1.25Z_HZ_EZ_ε=2.5×189.8×0.9=427.05(Z_HZ_EZ_ε/[σ_H])^2=(427.05/550)^2≈(0.77645)^2≈0.6029根号内数值：(149218.8×1.25×0.6029)≈149218.8×0.7536≈112,460≥故，按齿面接触疲劳强度计算所需的小齿轮分度圆直径d1至少为48.26mm。实际设计时需圆整并确定标准模数。2.图示为一轴系结构，采用一对角接触球轴承7208AC支撑，已知轴承所受径向载荷Fr1=2000N，Fr2=1000N，轴向外载荷FA=800N（方向指向轴承1），轴的转速n=1450r/min，载荷有轻微冲击，预期寿命Lh'≥5000h。试判断哪个轴承寿命更短，并计算其寿命是否满足要求。（已知：轴承7208AC的基本额定动载荷C=35.2kN，派生轴向力Fd=0.68Fr，e=0.68。当Fa/Fr≤e时，X=1，Y=0；当Fa/Fr>e时，X=0.41，Y=0.87。）答案与解析：①计算派生轴向力：Fd1=0.68Fr1=0.68×2000=1360N(方向指向轴承外圈开口，图示中通常向内)Fd2=0.68Fr2=0.68×1000=680N(方向与Fd1相反)②计算轴承所受的轴向载荷Fa1、Fa2：外部轴向力FA指向轴承1。比较“FA+Fd2”与“Fd1”：FA+Fd2=800+680=1480N>F