2026年大二《(机械设计制造)机械设计基础》试题及答案

2026年大二《(机械设计制造)机械设计基础》试题及答案2025-2026学年第二学期机械设计制造及其自动化专业大二《机械设计基础》期末考试试题闭卷考试时长120分钟满分100分一、单项选择题（共15小题，每小题2分，总计30分。请将唯一正确答案的序号填入题干后的括号内）1.下列通用机械零件的失效形式中，属于非正常失效范畴的是（）A.45钢调质传动轴长期承受对称循环交变载荷作用，发生低应力疲劳断裂B.开式采煤机齿轮传动齿面在煤屑磨粒持续作用下，出现均匀磨损失效C.起吊5吨级重物的钢丝绳因瞬时过载超过材料屈服极限，发生塑性变形断裂D.大型离心压缩机滑动轴承在稳定液体润滑工况下，出现边界润滑轻微磨损2.M24-6H普通连接内螺纹的牙型角公称值为（）A.30°B.60°C.55°D.40°3.普通V带传动正常工作时，传动比无法严格保持恒定的核心原因是（）A.带的弹性滑动B.带的打滑C.带的疲劳蠕变D.带轮的加工误差4.渐开线直齿圆柱齿轮传动发生齿面接触疲劳点蚀失效，通常最先出现在（）A.齿顶节线附近的齿根表面B.节线附近靠近齿根的工作表面C.齿根圆角过渡区的非工作表面D.齿顶圆的工作边缘表面5.下列关于蜗杆传动的效率特性描述，正确的是（）A.蜗杆头数越多，传动效率越低B.蜗杆导程角大于当量摩擦角时可实现自锁C.多头大导程角蜗杆传动的发热问题比单头蜗杆更突出D.蜗杆传动的总效率包含啮合效率、轴承摩擦效率和搅油损失效率三部分6.按承载特性分类，下列心轴的典型应用场景是（）A.减速器中的传动轴B.火车轮对的车轴C.起重机的卷筒轴D.汽车发动机的曲轴7.代号为7212AC的角接触球轴承，其内部接触角的公称值为（）A.15°B.25°C.40°D.30°8.设计液体动压径向滑动轴承时，若其他参数保持不变，增大相对间隙ψ，轴承的承载能力和温升变化趋势为（）A.承载能力提升，温升升高B.承载能力下降，温升降低C.承载能力提升，温升降低D.承载能力下降，温升升高9.下列联轴器中，完全不具备补偿两轴相对偏移能力的是（）A.凸缘刚性联轴器B.齿式联轴器C.弹性套柱销联轴器D.十字滑块联轴器10.圆柱螺旋压缩弹簧的旋绕比C（也叫曲度系数）取值范围通常为4~16，若C值过小会导致的主要问题是（）A.弹簧卷制困难，工作时内侧弯曲应力激增B.弹簧尺寸过长，容易发生侧向失稳C.弹簧刚度不稳定，容易出现共振失效D.弹簧轴向尺寸太大，占用安装空间过多11.计算平面机构自由度时，若机构中存在多个重复约束同一运动方向的导路平行移动副，该类约束属于（）A.局部自由度B.虚约束C.高副D.复合铰链12.有一对外啮合渐开线直齿圆柱标准齿轮传动，已知z1=20，z2=50，模数m=5mm，标准安装时的啮合角α'为（）A.15°B.20°C.25°D.30°13.链传动设计中，限制链轮的最高转速主要是为了规避（）A.链传动的弹性滑动失效B.链板的冲击疲劳失效C.链条铰链的胶合失效D.链轮齿面的磨粒磨损失效14.下列关于标准普通平键连接的强度校核准则，描述正确的是（）A.普通平键连接的主要失效形式是键的剪切断裂，按剪切强度条件校核B.普通平键连接的主要失效形式是键和键槽的工作面压溃，按接触挤压强度校核C.普通平键连接的主要失效形式是键的弯曲断裂，按弯曲强度条件校核D.普通平键连接的主要失效形式是键的磨损，按磨损寿命条件校核15.机械零件的疲劳强度计算中，零件的尺寸系数εσ取值通常（）A.大于1B.等于1C.小于1D.与零件尺寸完全无关二、填空题（共20空，每空1分，总计20分。请将答案直接填写在题干横线的对应位置）1.常用的机械传动类型中，适用于大中心距、低速重载、要求平均传动比准确的传动是______。2.普通三角形连接螺纹的自锁性能优于梯形传动螺纹，核心原因是______。3.渐开线直齿圆柱齿轮的五个基本参数分别是齿数z、模数m、压力角α、______和______。4.蜗杆传动的正确啮合条件是：蜗杆的轴面模数等于蜗轮的端面模数，蜗杆的______等于蜗轮的端面压力角，且二者螺旋线的旋向相同。5.滚动轴承的基本额定动载荷定义为：轴承的基本额定寿命达到______转时，轴承所能承受的恒定径向载荷（向心轴承）或恒定轴向载荷（推力轴承）。6.平面机构具有确定运动的条件是______等于______。7.滑动轴承按其润滑膜的形成原理分类，可分为流体动压润滑轴承、______润滑轴承和混合润滑轴承三类。8.带传动的最大有效拉力的数值与初拉力、包角和摩擦系数三个参数正相关，其中______的取值直接决定了带传动的极限承载能力上限。9.铰链四杆机构的急回特性的判定依据是______，该参数数值越大，机构的急回运动特性越显著。10.弹簧在机械系统中的三大核心功能分别是缓冲吸振、控制运动和______。11.螺栓组连接设计中，对于受轴向变载荷的紧螺栓连接，降低螺栓刚度、增大被连接件刚度的主要目的是______，提升螺栓的疲劳寿命。12.凸轮机构的从动件常用运动规律中，______运动规律存在刚性冲击，适用于低速轻载工况；______运动规律不存在刚性冲击也不存在柔性冲击，理论上适用于高速工况。13.齿轮传动的设计准则中，对于闭式软齿面齿轮传动，通常按照______强度条件设计参数，再按照______强度条件校核承载能力。14.轴上零件的周向固定常用的连接方式有平键连接、______和过盈连接三类。15.常用的滚动轴承预紧方法分为定位预紧和定压预紧两类，______预紧方式的预紧力数值不会因轴系工作时的热伸长而发生改变。三、简答题（共4小题，每小题5分，总计20分。要求要点清晰、逻辑严谨，结合工程实际场景作答）1.为什么冲击变载荷工况下工作的螺纹连接必须采取防松措施？按照防松的核心原理不同可分为哪三类？每类原理下各列举2种工业常用的防松装置。2.请详细说明普通V带传动的弹性滑动和打滑两种现象的本质区别，分别描述两种现象对带传动工作性能的影响，并说明工程设计中如何避免打滑失效的发生。3.分别说明闭式硬齿面渐开线齿轮传动和开式齿轮传动的主要失效形式，以及两种工况下对应的设计准则，同时说明参数选择的核心注意事项。4.滚动轴承的组合轴向固定设计中，常见的轴系配置方案分为两端单向固定、一端双向固定一端游动、两端全游动三种，分别说明三种方案的适用工况，并各举出1个工业现场的典型应用实例。四、分析计算题（共2小题，总计15分）1.（7分）某小型自动化冲压送料机构的运动简图参数如下：总活动构件数n=7，其中包含1个绕固定轴转动的滚子局部自由度，运动副总数中低副PL=9，高副PH=2，其中存在1个对运动不起约束作用的导路平行虚约束。已知该机构原动件数为1，请按照平面机构自由度计算公式验证该机构是否具备确定的运动，若不满足确定运动条件，请给出调整方案。2.（8分）设计一压力容器的汽缸盖螺栓组连接，已知汽缸的内径D=250mm，汽缸内部工作压力p=1.2MPa，螺栓分布在直径D0=320mm的圆周上，要求汽缸工作时接合面处的残余预紧力取单个螺栓轴向工作载荷的1.5倍，螺栓材料选用性能等级4.6级的Q235钢，许用拉应力[σ]=120MPa，试计算确定所需的螺栓个数和螺栓的公称直径。五、综合应用题（总计15分）某小型农产品带式输送机的初步传动链方案如下：Y系列三相异步电动机（额定功率4kW，额定转速1440r/min）→链传动→普通V带传动→单级斜齿圆柱齿轮减速器→输送机滚筒，要求输送滚筒输出转速约为60r/min，总传动比i≈24。请结合机械设计基础的相关知识，分析该初步方案的不合理之处，绘制优化后的传动链布局方案，详细说明优化后每一级传动的参数选型要点、常见失效防范措施，同时说明减速器低速输出轴做结构设计时，实现轴上齿轮、轴承、联轴器的轴向定位与装拆便利性的核心设计要求。《机械设计基础》参考答案一、单项选择题答案1.C2.B3.A4.B5.D6.B7.C8.B9.A10.A11.B12.B13.C14.B15.C二、填空题答案1.链传动2.普通螺纹牙型角大，当量摩擦角更大3.齿顶高系数ha*顶隙系数c*4.导程角5.10^66.机构的自由度数原动件数7.流体静压8.小带轮包角9.极位夹角θ10.储存或输出能量11.降低螺栓的应力幅12.等速（一次多项式）正弦加速度（五次多项式）13.齿面接触疲劳齿根弯曲疲劳14.花键连接（或销连接、紧定螺钉连接）15.定压三、简答题参考答案1.正常工况下静载荷作用的螺纹连接依靠螺旋副的自锁特性即可保持连接锁紧，但在冲击、振动、变载荷或者高低温循环变化的工况下，螺旋副工作面之间的正压力会瞬间归零，自锁条件被破坏，螺纹副会发生相对转动，最终导致连接松脱，轻则引发设备精度失效，重则出现重物坠落、压力容器泄漏等安全事故，因此必须采取防松措施。按照防松原理可分为三类：第一类是摩擦防松，通过在螺旋副之间持续施加正压力，形成阻止螺纹副相对转动的摩擦力矩，典型实例为弹簧垫圈、对顶螺母、预涂螺纹锁固胶；第二类是机械防松，通过止动元件直接约束螺纹件和被连接件之间的相对转动自由度，典型实例为开口销与槽形螺母、止动垫圈、串联钢丝；第三类是永久防松，通过物理或化学方式破坏螺纹副的可运动属性，典型实例为点焊锁死、冲点铆接、结构胶固化黏结。2.弹性滑动是带传动正常工作时，因为带的弹性变形特性导致紧边和松边弹性伸长量不同引发的带与带轮之间的微量相对滑动，属于带传动的固有物理特性，无法完全消除，会导致传动比无法严格恒定、传动效率小幅下降、带的温度升高。打滑是当带传动的总有效拉力超过传动接触面的最大临界摩擦力时，带与带轮接触面发生显著的全面相对滑动，属于带传动的过载失效现象，会导致带的严重磨损、断裂，传动完全失效。工程设计中通过限制传递的最大载荷不超过带传动的额定有效拉力、合理设计小带轮包角、选择匹配的初拉力来避免打滑失效。3.闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是齿根弯曲疲劳断裂，齿面接触疲劳点蚀因为硬齿面的高硬度被有效抑制，对应的设计准则是按照齿根弯曲疲劳强度确定齿轮的模数参数，再校核齿面接触疲劳强度，参数选择时优先选取较多的小齿轮齿数，避免根切同时提升传动平稳性。开式齿轮传动的主要失效形式是齿面磨粒磨损，严重磨损后会出现齿根弯曲疲劳断裂，对应的设计准则是按照齿根弯曲疲劳强度设计参数，将计算得到的模数值放大10%~15%以补偿磨损量，不需要校核接触强度，参数选择时适当加大齿顶圆间隙，避免磨屑堆积加速磨损。4.两端单向固定方案是两个轴承分别约束轴系的一个方向的轴向移动，依靠轴承游隙预留热伸长补偿量，适用于工作温度低于70℃、跨距小于400mm的普通中小功率轴系，典型应用实例是二级圆柱齿轮减速器的高速轴系。一端双向固定一端游动方案是固定端轴承同时约束两个方向的轴向移动，游动端轴承可以轴向自由移动，适用于工作温度高、轴系跨距大于400mm的长轴系，典型应用实例是大型透平鼓风机的转子轴系。两端全游动方案两个轴承都不约束轴向移动，依靠轴系上的其他同轴回转件实现轴向定位，适用于需要自动补偿轴向热伸长的精密传动场景，典型应用实例是人字齿轮传动的高速输入轴系。四、分析计算题参考答案1.计算过程：首先去除局部自由度和虚约束的影响，实际参与机构运动的有效构件数n'=7-1=6，有效低副PL'=9-1=8，高副PH'=2，代入平面机构自由度公式F=3n'-2PL'-PH'=3*6-2*8-2=1。机构的有效自由度数为1，与给定原动件数1相等，因此该机构具备完全确定的运动，不需要额外调整。若原设计原动件数设定为2，可取消1个驱动电机或者增加1个冗余约束的虚约束构件，保证自由度与原动件数匹配。2.计算过程：第一步计算汽缸总轴向推力FΣ=p*πD²/4=1.2*10^6Pa*π*(0.25m)^2/4≈58905N，初选螺栓个数z=8，单个螺栓的轴向工作载荷F=FΣ/z≈7363N；第二步计算残余预紧力F''=1.5*F≈11045N，单个螺栓承受的总轴向拉力F0=F+F''≈18408N；第三步按照紧螺栓拉伸强度条件σ=1.3F0/(πd1²/4)≤[σ]，推导得到螺栓小径d1≥√(4*1.3*F0/(π[σ]))=√(4*1.3*18408/(π*120*10^6))≈15.9mm；查普通螺纹国家标准，M20粗牙螺纹的小径d1=17.294mm，满足强度要求；校核螺栓间距：螺栓分布圆周直径D0=320mm，螺栓间距t=πD0/z≈125.6mm，压力容器工作压力1.2MPa对应的最大允许螺栓间距为150mm，125.6mm满足密封要求，最终确定选用8个性能等级4.6级的M20普通六角头螺栓。五、综合应用题参考答案原方案的不合理之处有三点：第一点是链传动布置在1440r/min的高速级，链条的多边形效应会产生剧烈的动载荷、冲击和噪声，链条铰链的磨损和胶合失效速度会提升3倍以上，完全不适合高速场景；第二点是V带传动布置在减速器之