2026年机械设计基础与原理模拟试题(含答案)

2026年机械设计基础与原理模拟试题(含答案)一、单项选择题（共15小题，每小题2分，共30分。每小题只有一个正确答案，错选、不选均不得分）1.计算平面机构自由度时，若两构件在多处接触构成移动副且导路互相平行，则引入的约束类型为（）A.复合铰链B.局部自由度C.虚约束D.有效约束2.曲柄摇杆机构中，已知曲柄长度l₁=50mm，连杆长度l₂=120mm，摇杆长度l₃=100mm，机架长度l₄=150mm，若极位夹角θ=18°，则该机构的行程速比系数K为（）A.1.18B.1.22C.1.36D.1.453.尖顶直动从动件盘形凸轮机构中，凸轮基圆半径为r_b，升程为h，若其他参数不变，仅增大基圆半径，则凸轮机构的最大压力角会（）A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小4.渐开线标准直齿圆柱齿轮的参数为：模数m=4mm，齿数z=30，压力角α=20°，齿顶高系数h_a*=1，则其齿顶圆直径为（）A.120mmB.124mmC.128mmD.132mm5.定轴轮系中，主动轮1转速n₁=1440r/min，齿数z₁=20，z₂=40，z₂'=25，z₃=50，轮3为从动轮，传动比i₁₃为（）A.2B.3C.4D.56.下列螺纹联接防松方法中，属于摩擦防松的是（）A.开口销与槽形螺母B.止动垫圈C.双螺母D.冲点防松7.V带传动工作时产生弹性滑动的根本原因是（）A.带的预紧力不足B.带与带轮间的摩擦系数偏低C.带的紧边与松边存在拉力差D.带的过载8.链传动中，多边形效应会导致传动的运动不均匀性增大，下列措施中可减小多边形效应的是（）A.增大链轮齿数B.增大链条节距C.降低链轮转速D.减小链轮齿数9.闭式蜗杆传动若散热条件不足，最容易发生的失效形式是（）A.齿面点蚀B.齿面胶合C.轮齿折断D.齿面磨损10.向心滑动轴承形成流体动压润滑的必要条件不包括（）A.两工作表面间有楔形间隙B.两工作表面间有充足的具有合适粘度的润滑油C.两工作表面的相对运动速度足够高D.两工作表面的表面粗糙度Ra值不大于0.8μm11.某深沟球轴承的基本额定寿命为10⁶转时，所能承受的最大载荷为（）A.基本额定静载荷B.基本额定动载荷C.当量动载荷D.极限载荷12.自行车的前轮轴按照承载类型分类，属于（）A.转轴B.传动轴C.心轴D.曲轴13.两轴对中困难、工作时存在较大相对径向位移，且传递载荷较大，宜选用的联轴器类型是（）A.凸缘联轴器B.套筒联轴器C.十字滑块联轴器D.齿式联轴器14.圆柱螺旋压缩弹簧的簧丝直径d、弹簧中径D均不变，仅增大有效圈数n，则弹簧的刚度会（）A.增大B.减小C.不变D.先减小后增大15.刚性转子的动平衡需要满足的条件是（）A.惯性力系的合力为零B.惯性力系的合力矩为零C.惯性力系的合力和合力矩均为零D.转子的质量分布均匀二、多项选择题（共10小题，每小题3分，共30分。每小题有2~4个正确答案，全选对得3分，选对但不全得1分，错选、不选得0分）1.平面机构具有确定运动的条件包括（）A.自由度大于0B.自由度等于原动件数C.机构无虚约束D.机构无局部自由度2.下列凸轮从动件运动规律中，工作时存在柔性冲击的是（）A.等速运动规律B.等加速等减速运动规律C.简谐运动规律D.摆线运动规律3.渐开线直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件包括（）A.模数相等B.压力角相等C.齿数相等D.齿宽相等4.闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式包括（）A.轮齿折断B.齿面点蚀C.齿面胶合D.齿面塑性变形5.蜗杆传动相较于齿轮传动的优点包括（）A.传动比大且稳定B.传动平稳噪声小C.可实现自锁D.传动效率高6.下列螺纹联接类型中，适用于被联接件厚度不大、需要经常拆装的场合的是（）A.螺栓联接B.双头螺柱联接C.螺钉联接D.紧定螺钉联接7.V带传动的张紧方法包括（）A.定期调整中心距B.采用张紧轮C.增大带轮直径D.增加带的根数8.滚动轴承预紧的作用包括（）A.提高轴承的旋转精度B.减小轴承的振动和噪声C.提高轴承的承载能力D.延长轴承的使用寿命9.轴的结构设计中，需要满足的要求包括（）A.轴上零件定位准确可靠B.轴上零件装拆方便C.具有良好的加工工艺性D.尽量减小应力集中10.机械系统方案设计的核心步骤包括（）A.功能原理设计B.运动方案设计C.动力参数设计D.结构细节设计三、判断题（共10小题，每小题1分，共10分。正确填“√”，错误填“×”）1.平面机构中的虚约束对机构的运动没有限制作用，因此设计时可随意增加虚约束提升机构刚度。（）2.曲柄摇杆机构的死点位置是有害的，设计时必须采取措施避免出现死点。（）3.渐开线标准直齿圆柱齿轮的传动比不受中心距安装误差的影响，具有可分性。（）4.普通平键联接的工作面是键的上下表面，依靠挤压传递转矩。（）5.带传动的打滑是过载引起的失效形式，设计时应避免打滑发生。（）6.开式齿轮传动的主要失效形式是齿面磨损，因此设计时通常按磨损量计算模数。（）7.滚动轴承的寿命计算针对的是点蚀失效，静载荷计算针对的是塑性变形失效。（）8.为了保证轴上零件的轴向定位可靠，轴肩的圆角半径应大于零件毂孔的圆角半径。（）9.刚性联轴器可以补偿两轴的相对位移，适用于两轴对中困难的场合。（）10.机械的平衡包括刚性转子平衡、挠性转子平衡和机构平衡三类。（）四、简答题（共4小题，每小题5分，共20分）1.什么是机械的自锁？举例说明自锁的应用场景和危害。2.分别说明闭式软齿面齿轮传动、闭式硬齿面齿轮传动、开式齿轮传动的设计准则。3.解释滚动轴承基本额定动载荷、基本额定静载荷的定义，分别说明其适用的工况。4.轴的结构设计中，需要考虑哪些工艺性要求？五、计算题（共2小题，每小题15分，共30分。要求写出计算过程，仅给出结果不得分）1.计算图1所示平面机构的自由度（要求指出机构中的复合铰链、局部自由度、虚约束），并判断该机构是否具有确定运动（已知原动件数为1）。已知机构参数：原始活动构件数n=7，原始低副PL=9，原始高副PH=1，其中滚子处为局部自由度，两处平行导路移动副构成1处虚约束，3个构件铰接处为复合铰链。2.图2所示为混合轮系，已知各轮齿数z₁=20，z₂=30，z₂'=20，z₃=60，z₃'=25，z₄=50，z₄'=20，z₅=60，轮1的转速n₁=1440r/min，转向如图所示。试求：（1）轮系的传动比i₁₅；（2）轮5的转速n₅及转向。六、分析设计题（共1小题，30分）某带式输送机传动系统如图3所示，已知参数：输送带工作拉力F=2400N，输送带速度v=1.2m/s，传动滚筒直径D=500mm，连续单向运转，载荷平稳，两班制工作，预期使用寿命10年，每年工作300天，小齿轮轴输入转速n₁=960r/min，传动系统总效率η=0.85。完成以下设计任务：1.计算传动滚筒的转速n_d、输出转矩T_d及传动系统所需的输入功率P；2.选择传动滚筒轴两端的滚动轴承型号，说明选型依据并验算轴承寿命；3.选择电动机输出轴与小齿轮输入轴之间的联轴器类型，说明选型理由；4.图4为小齿轮轴的初步结构设计，指出其中的5处错误并说明改正方法。参考答案一、单项选择题1.C2.B3.B4.C5.C6.C7.C8.A9.B10.D11.B12.C13.D14.B15.C（解析：第2题K=(180+θ)/(180-θ)=198/162≈1.22；第4题d_a=m(z+2h_a*)=4*(30+2)=128mm；第5题i₁₃=(z₂z₃)/(z₁z₂')=(40*50)/(20*25)=4）二、多项选择题1.AB2.BC3.AB4.AB5.ABC6.AC7.AB8.ABD9.ABCD10.ABC三、判断题1.×虚约束对加工装配精度要求高，随意增加会导致机构卡死，不能随意添加。2.×死点并非完全有害，飞机起落架、夹具夹紧机构可利用死点实现锁紧功能。3.√渐开线传动的可分性由渐开线性质决定，中心距变化不改变传动比。4.×普通平键的工作面是两侧面，依靠侧面挤压传递转矩。5.√打滑会导致带磨损加剧、传动失效，设计时需保证工作载荷小于临界打滑载荷。6.×开式齿轮传动无成熟的磨损计算方法，通常按弯曲强度计算模数，再放大10%~20%补偿磨损。7.√寿命计算针对交变应力下的点蚀失效，静载荷计算针对低速重载下的接触塑性变形。8.×轴肩圆角半径应小于零件毂孔的圆角半径，保证零件端面贴紧轴肩实现可靠定位。9.×刚性联轴器无补偿能力，要求两轴严格对中，适用于对中精度高的场合。10.√四、简答题1.答：机械的自锁是指在一定的几何条件下，无论施加多大的驱动力，都无法使机构产生运动的现象，本质是驱动力产生的有效分力始终小于最大静摩擦力（2分）。应用场景：螺旋千斤顶、螺纹联接的防松、夹具夹紧机构，利用自锁实现可靠锁紧（1.5分）；危害：蜗轮蜗杆传动若发生自锁会导致传动效率降低，卸料斗机构自锁会导致物料无法正常卸出，影响设备正常运行（1.5分）。2.答：（1）闭式软齿面齿轮传动：齿面硬度≤350HBS，主要失效形式为齿面点蚀，其次为轮齿折断，设计时先按齿面接触疲劳强度计算模数、齿宽等参数，再校核齿根弯曲疲劳强度（2分）；（2）闭式硬齿面齿轮传动：齿面硬度>350HBS，主要失效形式为轮齿折断，其次为齿面点蚀，设计时先按齿根弯曲疲劳强度计算参数，再校核齿面接触疲劳强度（2分）；（3）开式齿轮传动：主要失效形式为齿面磨损和轮齿折断，无润滑或润滑条件差，设计时按齿根弯曲疲劳强度计算模数，再将模数放大10%~20%补偿磨损的影响，无需校核接触强度（1分）。3.答：（1）基本额定动载荷：是指滚动轴承的基本额定寿命恰好为10⁶转时，轴承所能承受的恒定载荷，该载荷下90%的轴承不会发生点蚀失效（2分），适用于轴承转速高于极限转速1/10的转动工况，用于轴承的寿命计算（0.5分）；（2）基本额定静载荷：是指轴承中受载最大的滚动体与滚道接触处的塑性变形量之和恰好为滚动体直径的1/10⁴时，所承受的最大静载荷（2分），适用于轴承转速极低、摆动或承受冲击静载荷的工况，用于轴承的静强度校核（0.5分）。4.答：轴的结构工艺性要求包括：（1）轴的直径变化尽可能少，减少加工工序；（2）轴上所有圆角、倒角、键槽等结构尺寸尽可能统一，减少换刀次数；（3）需要磨削的轴段应预留砂轮越程槽，需要车削螺纹的轴段应预留螺纹退刀槽；（4）轴端应加工45°倒角，方便零件装配；（5）同一轴上的多个键槽应布置在同一母线上，减少装夹次数。（每点1分，共5分）五、计算题1.解：（1）处理特殊约束：滚子为局部自由度，去除后活动构件数n=7-1=6（3分）；平行导路移动副为虚约束，去除后低副数PL=9-1=8（3分）；3个构件铰接处为复合铰链，低副数增加1，PL=8+1=9（2分）；高副数PH=1不变。（2）自由度计算：F=3n-2PL-PH=3×6-2×9-1=1（4分）。（3）机构自由度为1，与原动件数相等，因此该机构具有确定运动（3分）。2.解：（1）轮系划分：轮1、2、2'、3及系杆H构成周转轮系，轮3'、4、4'、5构成定轴轮系（3分）。（2）周转轮系传动比计算：给周转轮系施加公共转速-n_H转化为定轴轮系，传动比i₁₃^H=(n₁-n_H)/(n₃-n_H)=(-1)^1×(z₂z₃)/(z₁z₂')=(-30×60)/(20×20)=-4.5。轮3固定，n₃=0，代入得(n₁-n_H)/(-n_H)=-4.5，解得n_H=n₁/5.5≈261.82r/min，转向与n₁相同（6分）。（3）定轴轮系传动比计算：i₃'5=(n₃'/n₅)=(-1)^2×(z₄z₅)/(z₃'z₄')=(50×60)/(25×20)=6。n₃'=n_H，因此n₅=n_H/6≈43.64r/min（4分）。（4）转向判定：定轴轮系外啮合次数为2，轮5转向与轮1相同（2分）。六、分析设计题1.解：（1）滚筒转速n_d=60×1000v/(πD)=60×1000×1.2/(π×500)≈45.86r/min（3分）；（2）滚筒输出转矩T_d=F×D/2=2400×0.5/2=600N·m（3分）；（3）输入功率P=F×v/(1000η)=2400×1.2/(1000×0.85)≈3.39kW（3分）。2.解：（1）工况分析：滚筒轴转速低、仅受径向载荷、载荷平稳，预期寿命L_h=10×300×16=4800