机械设计考试试题及其答案

机械设计考试试题及其答案一、选择题（每题2分，共30分）1.带传动工作时，设小带轮为主动轮，则带的最大应力发生在带（）。A.进入大带轮处B.离开大带轮处C.进入小带轮处D.离开小带轮处答案：C。带传动中，带的应力由紧边拉应力、松边拉应力、离心拉应力和弯曲应力组成。小带轮处带的弯曲应力较大，且紧边拉力大，所以带的最大应力发生在带进入小带轮处。2.链传动中，链节数应尽量避免采用奇数，这主要是因为采用奇数链节时（）。A.制造困难B.要使用过渡链节，过渡链节的强度低C.链传动的平稳性差D.链的磨损快答案：B。当链节数为奇数时，需要使用过渡链节，过渡链节的弯链板要受到附加的弯曲应力，其强度比普通链节低，所以链节数应尽量避免采用奇数。3.一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知=18，=A.>B.<C.=D.与齿轮的材料有关答案：A。根据齿轮弯曲强度的计算公式=，在一对齿轮传动中，K、、b、m相同，为齿形系数，为应力修正系数，小齿轮的齿数小于大齿轮的齿数，小齿轮的齿形系数和应力修正系数的乘积大于大齿轮的，所以>。4.滚动轴承的基本额定寿命是指（）。A.在额定动载荷作用下，轴承所能达到的寿命B.在额定工况和额定动载荷作用下，轴承所能达到的寿命C.同一批同型号的轴承在相同条件下运转，90%的轴承所能达到的寿命D.同一批同型号的轴承在相同条件下运转，10%的轴承所能达到的寿命答案：C。滚动轴承的基本额定寿命是指同一批同型号的轴承在相同条件下运转，90%的轴承所能达到的寿命。5.为了提高齿轮传动的接触强度，可采取的措施是（）。A.采用闭式传动B.增大传动的中心距C.减少齿数D.增大模数答案：B。齿轮传动的接触强度计算公式为=，增大传动的中心距a=，可以增大分度圆直径和，从而降低接触应力，提高接触强度。采用闭式传动主要是为了润滑和保护齿轮；减少齿数会使齿形系数增大，弯曲强度降低；增大模数主要是提高弯曲强度。6.平键连接的主要失效形式是（）。A.工作面的压溃和磨损B.键的剪断C.键的弯曲破坏D.键的扭转破坏答案：A。平键连接中，键的主要失效形式是工作面的压溃和磨损，一般按挤压强度进行计算。只有在使用很弱的键时，才会发生键的剪断。7.在蜗杆传动中，当其他条件相同时，增加蜗杆头数，则传动效率（）。A.提高B.降低C.不变D.可能提高也可能降低答案：A。蜗杆传动的效率η=(0.95∼0.97)，其中8.联轴器与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。联轴器和离合器的主要作用是连接两轴，使两轴一起转动并传递运动和转矩。缓冲、减振是弹性联轴器的部分作用；防止机器发生过载是安全联轴器和安全离合器的作用；补偿两轴的不同心或热膨胀是挠性联轴器的作用。9.设计V带传动时，选取小带轮基准直径≥，主要是为了（）。A.使结构紧凑B.限制带的弯曲应力C.保证带和带轮间的摩擦力D.提高带的寿命答案：B。带的弯曲应力=E（E为带的弹性模量，h为带的高度，d为带轮基准直径），选取小带轮基准直径≥10.下列螺纹中，常用于连接的螺纹是（）。A.三角形螺纹B.矩形螺纹C.梯形螺纹D.锯齿形螺纹答案：A。三角形螺纹的牙型角大，自锁性能好，常用于连接。矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹主要用于传动。11.对于受轴向变载荷的紧螺栓连接，在平均拉力不变的情况下，增加螺栓的刚度或减小被连接件的刚度，则（）。A.螺栓的总拉力增大，疲劳强度降低B.螺栓的总拉力减小，疲劳强度提高C.螺栓的总拉力不变，疲劳强度提高D.螺栓的总拉力不变，疲劳强度降低答案：D。在受轴向变载荷的紧螺栓连接中，螺栓的总拉力=+(F)，平均拉力不变时，增加螺栓的刚度或减小被连接件的刚度，螺栓所受的变载荷幅值增大，而总拉力不变，螺栓的疲劳强度降低。12.滑动轴承的偏心率χ越大，表示（）。A.轴承的承载能力越大B.轴承的承载能力越小C.轴颈中心与轴承中心的距离越小D.润滑油膜越厚答案：A。滑动轴承的偏心率χ=（e为轴颈中心与轴承中心的偏心距，δ为半径间隙），偏心率χ越大，偏心距e13.圆柱螺旋压缩弹簧的旋绕比C=（D为弹簧中径，d为弹簧丝直径），CA.弹簧较硬，易产生失稳现象B.弹簧较软，易产生失稳现象C.弹簧较硬，不易产生失稳现象D.弹簧较软，不易产生失稳现象答案：B。旋绕比C越大，弹簧丝直径d相对较小，弹簧较软。同时，C值过大，弹簧的稳定性变差，易产生失稳现象。14.在机械设计中，所谓的“等强度原则”是指（）。A.零件各点的应力相等B.零件各点的强度相等C.零件危险截面的应力相等D.使零件在各个截面上的强度都充分发挥答案：D。等强度原则是指使零件在各个截面上的强度都充分发挥，避免出现局部强度过高而其他部分强度不足的情况，从而提高材料的利用率。15.下列四种型号的滚动轴承中，只能承受径向载荷的是（）。A.6208B.30208C.51208D.N208答案：D。N型为圆柱滚子轴承，只能承受径向载荷。6型为深沟球轴承，能同时承受径向载荷和较小的轴向载荷；3型为圆锥滚子轴承，能同时承受较大的径向载荷和轴向载荷；5型为推力球轴承，只能承受轴向载荷。二、填空题（每题2分，共20分）1.带传动的打滑是指______，打滑一般发生在______轮上。答案：带和带轮间的摩擦力不足以传递所需的圆周力，带在带轮上发生全面滑动；小带。当传递的圆周力超过带与带轮间的最大摩擦力时，带会在带轮上发生全面滑动，即打滑。由于小带轮的包角一般小于大带轮的包角，小带轮上的摩擦力较小，所以打滑一般先发生在小带轮上。2.齿轮传动的主要失效形式有______、______、齿面胶合、齿面磨损和齿面塑性变形。答案：轮齿折断；齿面疲劳点蚀。轮齿折断是由于轮齿承受的载荷过大，超过了材料的强度极限；齿面疲劳点蚀是由于齿面在交变接触应力作用下，产生疲劳裂纹并扩展导致的。3.滚动轴承的类型选择应考虑的主要因素有______、______、转速、调心性能和安装及拆卸要求等。答案：载荷大小和方向；载荷性质。根据载荷的大小和方向选择合适类型的轴承，如径向载荷大时可选深沟球轴承或圆柱滚子轴承，有轴向载荷时可选角接触球轴承或圆锥滚子轴承；根据载荷性质，如冲击载荷大时，应选择能承受冲击的轴承。4.键连接的主要类型有______、______、楔键连接和切向键连接。答案：平键连接；半圆键连接。平键连接结构简单，装拆方便，应用广泛；半圆键连接的键能在轴槽中摆动，适用于锥形轴与轮毂的连接。5.蜗杆传动的失效形式主要有______、______和齿面胶合等。答案：齿面疲劳点蚀；齿面磨损。由于蜗杆传动中齿面间相对滑动速度较大，发热量大，所以齿面磨损和胶合现象较为突出，同时也会发生齿面疲劳点蚀和轮齿折断等失效形式。6.螺栓连接的预紧力是为了______，预紧力过大可能导致______。答案：增强连接的可靠性和紧密性；螺栓过载断裂。预紧力可以使连接件之间产生足够的摩擦力，防止连接松动，保证连接的可靠性和紧密性。但预紧力过大，会使螺栓所受的拉力过大，可能导致螺栓过载断裂。7.滑动轴承的润滑方法有______、______和压力润滑等。答案：滴油润滑；油环润滑。滴油润滑是通过油杯将润滑油一滴一滴地滴到轴承中；油环润滑是利用套在轴上的油环随轴转动，将油带到轴承中。压力润滑则是通过油泵将润滑油以一定压力输送到轴承中。8.弹簧的特性线是表示______和______之间关系的曲线。答案：弹簧所受载荷；弹簧变形量。弹簧的特性线直观地反映了弹簧在受力时的变形特性，不同类型的弹簧具有不同形状的特性线。9.机械零件的强度条件可以写成______和______两种形式。答案：σ≤[σ]；τ≤[τ]。分别为正应力强度条件和切应力强度条件，其中10.在设计V带传动时，V带的型号是根据______和______选取的。答案：计算功率；小带轮转速。根据计算功率和小带轮转速，查V带选型图，可选取合适型号的V带。三、简答题（每题10分，共30分）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，中心距的选择范围较宽，可以满足不同的设计要求。带具有良好的弹性，能缓冲、吸振，传动平稳，噪声小。在运行过程中可以减少振动和冲击对机器的影响，提高机器的使用寿命和工作可靠性。过载时带会在带轮上打滑，可防止其他零件损坏，起到过载保护的作用。结构简单，制造、安装和维护方便，成本低。不需要复杂的加工和装配工艺，降低了生产成本和维护难度。缺点：传动的外廓尺寸较大，不紧凑。由于带需要一定的张紧力和包角，使得带传动的整体尺寸较大，占用空间较多。由于带的弹性滑动，不能保证准确的传动比。弹性滑动会导致从动轮的转速低于理论转速，传动比不稳定。带的寿命较短，需要定期更换。带在使用过程中会受到磨损、疲劳等作用，寿命有限。传动效率较低，带与带轮之间的摩擦会消耗一部分能量，降低了传动效率。2.说明齿轮传动中，齿面接触强度和齿根弯曲强度计算的主要思路。答：齿面接触强度计算思路：齿轮传动的齿面接触应力可视为两圆柱体接触时的赫兹应力。将一对齿轮的啮合看作是两个半径分别为和的圆柱体的接触。根据赫兹公式，推导出齿面接触应力的计算公式=，其中为弹性影响系数，与材料的弹性模量和泊松比有关；为区域系数，与齿轮的齿形和啮合情况有关；K为载荷系数，考虑了载荷的不均匀性等因素；为小齿轮的转矩；u为齿数比；b为齿宽；为小齿轮的分度圆直径。设计时，要求齿面接触应力不超过许用接触应力[]，即≤[齿根弯曲强度计算思路：将轮齿看作是一个悬臂梁，齿根处的弯曲应力最大。根据材料力学的弯曲强度理论，推导出齿根弯曲应力的计算公式=，其中为齿形系数，与齿数有关；为应力修正系数，考虑了齿根圆角处的应力集中等因素；m为模数。设计时，要求齿根弯曲应力不超过许用弯曲应力[]，即≤[3.简述滚动轴承的寿命计算步骤。答：确定轴承的当量动载荷P：根据轴承所受的径向载荷和轴向载荷，以及轴承的类型和内部结构，通过公式P=X+Y计算当量动载荷，其中X为径向载荷系数，Y为轴向载荷系数，可查轴承手册得到。对于只受径向载荷的轴承，P=确定轴承的基本额定动载荷C：根据轴承的工作条件和预期寿命，确定预期寿命，将预期寿命换算为以转数计的寿命，=（n为轴承的转速）。然后根据寿命计算公式=（对于球轴承，ϵ=3；对于滚子轴承，ϵ=），可得到C=选择轴承型号：根据计算得到的基本额定动载荷C，查轴承手册，选择合适型号的轴承，使所选轴承的基本额定动载荷（径向基本额定动载荷）或（轴向基本额定动载荷）大于或等于计算得到的C。进行寿命校核（必要时）：如果所选轴承的型号与计算要求相差较大，或者工作条件较为特殊，需要对所选轴承的寿命进行校核，即根据所选轴承的基本额定动载荷或，重新计算轴承的寿命，并与预期寿命进行比较，判断是否满足要求。四、计算题（每题10分，共20分）1.有一普通V带传动，已知主动轮基准直径=100mm，从动轮基准直径=400mm，主动轮转速=1460r/min，传动中心距a=500mm，V带型号为A型