2026年机械设计基础期末考试题及答案

2026年机械设计基础期末考试题及答案一、单项选择题（每小题2分，共30分）1.某打包机送料机构中，经梳理得到活动构件总数为3，包含1个局部自由度，机构包含2个低副、1个高副，该机构的自由度为（）A.1B.2C.3D.4答案：A。解析：平面机构自由度计算公式为F=3n-2PL-PH，其中n为去除局部自由度后的有效活动构件数，n=3-1=2，PL=2，PH=1，代入得F=3×2-2×2-1=1，因此自由度为1。2.关于带传动中的打滑与弹性滑动，下列说法正确的是（）A.打滑总是先发生在大带轮上B.打滑可以避免，弹性滑动不能避免C.弹性滑动可以避免，打滑不能避免D.弹性滑动和打滑都无法避免答案：B。解析：弹性滑动是带传动固有特性，由带的弹性变形和两边拉力差导致，无法避免；打滑是过载导致摩擦力不足，是失效形式，只要合理设计控制载荷就可以避免，打滑总是先发生在包角更小的小带轮上，因此B正确。3.普通三角螺纹的公称直径指的是螺纹的（）A.大径B.中径C.小径D.平均直径答案：A。解析：普通螺纹的公称直径定义为螺纹大径，为螺纹的最大直径，也是标准规定的名义直径。4.凸轮机构从动件做等速运动规律时，会产生的冲击类型为（）A.刚性冲击B.柔性冲击C.无冲击D.刚性冲击和柔性冲击同时存在答案：A。解析：等速运动规律在行程的起点和终点，速度发生突变，加速度趋近于无穷大，产生无穷大的惯性力，因此会产生刚性冲击。5.闭式软齿面齿轮传动，正常工作条件下最主要的失效形式是（）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：闭式软齿面齿轮传动齿面硬度低于350HBS，接触疲劳强度较低，长期工作后在交变接触应力作用下，齿面表层会产生点状剥落，即齿面点蚀，是最主要的失效形式。6.角接触球轴承代号为7210AC，该轴承的内径尺寸为（）A.10mmB.20mmC.50mmD.100mm答案：C。解析：滚动轴承内径代号中，内径在10~495mm范围内，代号最后两位数字乘以5即为内径尺寸，10×5=50mm，因此内径为50mm。7.链传动设计中，限制小链轮最小齿数的主要目的是（）A.防止链节磨损后发生脱链B.减小动载荷，避免运动不均匀性过大C.使小链轮轮齿受力均匀D.防止链轮轴承发生过度磨损答案：B。解析：小链轮齿数越少，多边形效应越明显，运动不均匀性和动载荷越大，因此限制最小齿数是为了减小动载荷；限制最大链轮齿数才是为了防止磨损后脱链，因此B正确。8.一般用途的转轴，设计时优先选用的材料是（）A.高强度合金钢B.优质碳素结构钢C.灰铸铁D.铝合金答案：B。解析：优质碳素结构钢强度、韧性加工性能都能满足一般转轴的要求，成本低于合金钢，因此一般用途的转轴优先选用45钢等优质碳素结构钢。9.平面连杆机构中，机构传动角的大小对传动性能的影响是（）A.传动角越大，传动性能越好B.传动角越小，传动性能越好C.传动角越大，传动性能越差D.传动角大小和传动性能无关答案：A。解析：传动角是压力角的余角，传动角越大，压力角越小，驱动力对从动件的有效分力越大，有害分力越小，传动效率越高，因此传动角越大传动性能越好。10.阿基米德蜗杆传动中，下列传动比计算公式错误的是（）A.i=n1/n2B.i=d1/d2C.i=z2/z1D.i=v2/v1答案：B。解析：蜗杆传动的传动比等于主动轮蜗杆转速与从动轮蜗轮转速之比，也等于蜗轮齿数与蜗杆头数之比，分度圆直径d1=mq，d2=mz2，因此i=z2/z1=d2/(mqz1)≠d1/d2，因此B错误。11.受轴向变载荷的紧螺栓连接，下列方法中能有效提高螺栓疲劳强度的是（）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.同时增大螺栓刚度和被连接件刚度D.同时减小螺栓刚度和被连接件刚度答案：B。解析：轴向变载荷作用下，减小螺栓刚度、增大被连接件刚度可以减小螺栓受到的应力幅，从而提高螺栓的疲劳强度，因此B正确。12.滚动轴承的基本额定动载荷定义中，对应的轴承基本额定寿命为（）A.10^5转B.10^6转C.10^7转D.无限寿命答案：B。解析：滚动轴承的基本额定动载荷是指轴承寿命为10^6转时，轴承所能承受的载荷值，因此B正确。13.曲柄摇杆机构中，下列关于死点位置的描述，正确的是（）A.曲柄为主动件、摇杆为从动件时存在死点B.摇杆为主动件、曲柄为从动件时，死点出现在曲柄与连杆共线位置C.摇杆为主动件、曲柄为从动件时，死点出现在摇杆与连杆共线位置D.曲柄摇杆机构任何情况下都不存在死点答案：B。解析：死点出现在从动件传动角为0的位置，当摇杆主动曲柄从动时，曲柄与连杆共线位置传动角为0，因此该位置为死点，B正确。14.渐开线齿廓的形状完全取决于哪个参数（）A.分度圆半径B.齿顶圆半径C.基圆半径D.齿根圆半径答案：C。解析：渐开线的形状由基圆半径决定，基圆半径越小，渐开线越弯曲，基圆半径越大，渐开线越平缓，因此C正确。15.受循环变应力作用的机械零件，影响疲劳破坏的主要应力参数是（）A.最大应力B.最小应力C.平均应力D.应力幅答案：D。解析：循环变应力中，应力幅是导致疲劳裂纹萌生和扩展的主要因素，因此影响疲劳破坏的主要参数是应力幅，D正确。二、多项选择题（每小题3分，共30分）1.下列运动副中，属于平面高副的是（）A.凸轮机构中凸轮与从动件的接触B.齿轮机构中两个轮齿的啮合接触C.铰链机构中两个构件的转动连接D.滑块机构中滑块与导轨的移动连接答案：AB。解析：高副是点或线接触的运动副，低副是面接触的转动副和移动副，因此AB属于高副，CD属于低副。2.与齿轮传动相比，带传动的优点包括（）A.传动带有吸振缓冲能力，过载时发生打滑保护零件B.适合中心距较大的传动场景C.传动比准确，无误差D.维护简单，制造成本低答案：ABD。解析：带传动靠摩擦力传动，带会发生弹性滑动，因此传动比不准确，C错误，其余都是带传动的优点。3.对于闭式硬齿面齿轮传动，其设计准则是（）A.按齿根弯曲疲劳强度设计齿轮主要尺寸B.按齿面接触疲劳强度设计齿轮主要尺寸C.校核齿面接触疲劳强度D.校核齿根弯曲疲劳强度答案：AC。解析：闭式硬齿面齿轮硬度大于350HBS，主要失效为轮齿弯曲折断，因此先按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核齿面接触疲劳强度，AC正确。4.正常工作条件下，滚动轴承的主要失效形式是（）A.磨粒磨损B.疲劳点蚀C.静载荷下的塑性变形D.齿面胶合答案：BC。解析：滚动轴承在交变接触应力作用下，主要失效为疲劳点蚀，过载或静载荷下主要失效为塑性变形，因此BC正确。5.螺纹连接防松按照工作原理分类，包括哪几类（）A.摩擦防松B.机械防松C.粘结防松D.永久性防松答案：ABD。解析：螺纹防松按原理分为摩擦防松、机械防松、永久性防松三类，粘结防松属于摩擦防松的一种，因此ABD正确。6.曲柄摇杆机构能够产生急回运动的条件是（）A.曲柄为原动件B.摇杆为原动件C.极位夹角θ>0D.极位夹角θ<0答案：AC。解析：急回运动是曲柄主动时，从动件回程平均速度大于推程，当极位夹角大于0时就会产生急回运动，因此AC正确。7.轴按照所承受载荷性质分类，分为（）A.转轴B.心轴C.传动轴D.曲轴答案：ABC。解析：按载荷性质分为只承受弯矩的心轴、同时承受弯矩和扭矩的转轴、只承受扭矩的传动轴，曲轴是按结构分类的，因此ABC正确。8.对心直动从动件盘形凸轮机构的工作循环，包含下列哪几个运动阶段（）A.推程运动段B.远休止段C.回程运动段D.近休止段答案：ABCD。解析：凸轮转动一周，从动件依次完成推程、远休止、回程、近休止四个阶段，四个运动阶段完整组成一个工作循环，因此ABCD正确。9.与普通齿轮传动相比，蜗杆传动的优点包括（）A.传动比大且准确B.结构紧凑C.传动效率高D.工作平稳，噪声小答案：ABD。解析：蜗杆传动的缺点是传动效率低，发热大，因此C错误，其余都是蜗杆传动的优点。10.下列措施中，能够提高轴的疲劳强度的是（）A.减小轴截面尺寸突变，降低应力集中B.对轴表面进行喷丸、滚压等强化处理C.盲目增大轴的直径，不考虑结构重量D.合理布置轴上零件，减小轴承受的最大弯矩答案：ABD。解析：盲目增大轴直径不仅增加成本和重量，还不能有效提高疲劳强度，因此C错误，ABD都可以有效提高轴的疲劳强度。三、判断题（每小题2分，共20分）1.运动副是两个构件直接接触形成的可动连接。（）答案：√。解析：运动副的定义就是两个构件直接接触并能产生相对运动的连接，因此该说法正确。2.渐开线标准直齿圆柱齿轮经过正变位修正后，分度圆齿厚增大，齿顶高减小。（）答案：×。解析：正变位齿轮变位系数为正，分度圆齿厚增大，齿顶高也增大，齿根高减小，因此该说法错误。3.V带传动的传动能力高于平带传动，原因是V带传动产生的楔形摩擦效应，摩擦力更大。（）答案：√。解析：V带工作面是两侧面，楔形增压使摩擦力增大，相同条件下比平带传递更大功率，因此说法正确。4.定轴轮系的传动比等于所有从动轮齿数的乘积与所有主动轮齿数的乘积之比。（）答案：×。解析：该说法只对了传动比的大小，没有说明转向关系，完整的定轴轮系传动比需要包含转向符号，因此该说法错误。5.铰链四杆机构中，只要最短杆是连架杆，就一定是曲柄摇杆机构。（）答案：×。解析：曲柄摇杆机构需要同时满足格拉霍夫条件，即最短杆加最长杆长度之和小于等于其余两杆长度之和，否则不管哪个杆做机架都是双摇杆机构，因此该说法错误。6.滚动轴承是标准件，内圈与轴颈的配合一般采用基孔制。（）答案：√。解析：滚动轴承内孔是基准孔，因此和轴配合采用基孔制，外圈和座孔配合采用基轴制，说法正确。7.单个阿基米德蜗杆传动中，蜗杆头数越少，传动效率越高。（）答案：×。解析：蜗杆头数越少，导程角越小，当量摩擦角越大，传动效率越低，因此该说法错误。8.受横向载荷的普通螺栓连接，螺栓的主要失效形式是剪切和挤压破坏。（）答案：×。解析：普通螺栓连接靠摩擦力传递横向载荷，螺栓只受预紧力产生的拉应力，铰制孔螺栓才受剪切和挤压，因此该说法错误。9.凸轮机构的压力角越大，对从动件运动的有用分力越大，有害分力越小。（）答案：×。解析：压力角是驱动力方向与从动件速度方向的夹角，压力角越大，有用分力越小，有害分力越大，越容易发生自锁，因此该说法错误。10.闭式齿轮传动中，润滑的主要作用之一就是防止齿面发生胶合失效。（）答案：√。解析：闭式齿轮传动高速重载时容易发热，润滑油可以带走热量，降低温度，防止齿面胶合，因此说法正确。四、简答题（每小题8分，共32分）1.什么是机构的死点位置？简述死点位置的不利影响，举例说明工程中如何克服和利用死点位置。答案：当机构运动过程中，从动件的传动角变为0，驱动力对从动件回转中心的有效力矩为0，无法驱动机构继续运动，该位置称为机构的死点位置。死点位置的不利影响：会导致机构运动卡死，或者从动件运动方向不确定，影响机构正常工作。克服方法：对于连续运转的机构，一般可以利用机构运动构件的惯性力越过死点位置，例如单缸内燃机中，加装大质量飞轮，依靠飞轮的惯性带动曲柄通过死点；对于多曲柄机构，可以将多个机构的死点位置错开，例如多缸内燃机，各个气缸的曲柄按一定错角布置，保证不会同时处于死点位置。工程中也常常利用死点位置满足工作要求，例如机床夹具的夹紧机构，夹紧工件后，机构处于死点位置，即使工件对夹紧机构有反作用力，也不会松开，保证夹紧可靠；还有家用折叠椅的锁紧机构，展开后机构处于死点位置，承受人体重量不会自动折叠，实现可靠锁紧。2.为什么闭式软齿面齿轮传动一般按齿面接触疲劳强度设计，而闭式硬齿面齿轮传动一般按齿根弯曲疲劳强度设计？答案：齿轮传动的主要失效形式和承载能力控制因素和齿面硬度直接相关。对于闭式软齿面齿轮传动，齿面硬度一般低于350HBS，齿面接触疲劳强度较低，长期工作在交变接触应力作用下，最主要的失效形式是齿面点蚀，齿面接触疲劳强度成为限制齿轮承载能力的主要因素，因此设计时首先按照齿面接触疲劳强度计算得到齿轮的中心距和分度圆直径等主要尺寸，之后再校核齿根弯曲疲劳强度是否满足要求。而对于闭式硬齿面齿轮传动，齿面硬度高于350HBS，经过淬火等热处理，齿面接触强度较高，不容易发生齿面点蚀失效，主要失效形式是交变弯曲应力长期作用下齿根发生弯曲疲劳折断，齿根弯曲疲劳强度成为限制齿轮承载能力的主要因素，因此设计时首先按照齿根弯曲疲劳强度设计得到齿轮模数等主要参数，之后再校核齿面接触疲劳强度是否满足要求。对于开式齿轮传动，主要失效是齿面磨损和轮齿折断，一般只需要按齿根弯曲疲劳强度设计，适当增大模数预留磨损余量即可。3.带传动为什么需要设置张紧装置？工程中常用的张紧方法有哪几类，分别说明其适用场景。答案：带传动依靠带与带轮之间的摩擦力传递动力，带本身是弹性体，长期工作后会因为塑性变形和磨损导致长度增加，张紧力逐渐下降，传动能力降低，严重时会发生打滑无法正常工作，因此需要设置张紧装置，定期或自动补偿张紧力的损失。常用的张紧方法主要分为两类，分别是定期张紧和自动张紧。定期张紧是通过定期调整带的中心距恢复张紧力，分为中心距调整式和张紧轮式两种：中心距调整式通过调整固定电机的螺钉移动电机位置，增大中心距实现张紧，适合中心距可调、水平或倾斜角度不大的中大型传动；张紧轮式适合中心距无法调整的传动，将张紧轮压在带的松边，一般放在松边内侧靠近大带轮的位置，避免减小小带轮包角过多，影响传动能力。自动张紧是利用电机自身重量或者弹簧、配重的作用力，自动调整中心距，保持张紧力稳定，不需要人工定期调整，适合中小功率的传动，尤其是立式传动或经常变载荷工作的传动。4.简述滚动轴承和滑动轴承各自的优缺点，分别说明适合的应用场景。答案：滚动轴承的优点：摩擦阻力小，启动阻力小，效率高，润滑维护方便，更换简单，具有互换性，适合批量生产，成本较低，旋转精度高，径向间隙小。缺点：承受冲击载荷的能力较差，高速运转时振动噪声比滑动轴承大，相同承载能力下径向尺寸比滑动轴承大，无法做成剖分式结构，大型滚动轴承制造成本高。适合应用场景：大多数要求启动灵敏、旋转精度高、中低转速、批量生产的通用机械，例如普通机床、减速器、汽车变速器等，绝大多数场合都优先选用滚动轴承。滑动轴承的优点：承载能力大，抗冲击性能好，工作平稳噪声低，高速高精度场景下旋转精度高于滚动轴承，能够做成剖分式结构，适合大型转轴和径向尺寸要求小的场合。缺点：摩擦阻力大，启动功率大，润滑维护要求高，需要定期维护，互换性差，成本较高。适合应用场景：低速重载、冲击载荷大的场合，例如大型矿山机械、轧钢设备；高速高精度的场合，例如汽轮机主轴、精密磨床主轴；需要剖分结构的场合，例如大型柴油机曲轴的连杆轴承；还有径向尺寸要求很小的场合，也适合选用滑动轴承。五、计算分析题（每小题14分，共28分）1.某包装机的凸轮推料机构，构件组成为：固定机架，活动构件分别为主动凸轮、滚子、从动推杆、连杆、滑块，滚子安装在推杆端部与凸轮接触，推杆与机架构成移动副，推杆端部与连杆铰接，连杆另一端与滑块铰接，滑块与机架构成移动副，计算该机构的自由度，指出其中的局部自由度、虚约束和复合铰链。答案：该机构中，滚子绕自身轴线的转动不影响其他构件的运动，属于局部自由度，去除该局部自由度后，有效活动构件数n=4（分别为凸轮、推杆、连杆、滑块）。低副数量：转动副共3个，分别为凸轮与机架的转动副、推杆与连杆的转动副、连杆与滑块的转动副；移动副共2个，分别为推杆与机架的移动副、滑块与机架的移动副，因此低副总数PL=3+2=5。高副数量：凸轮与推杆（滚子去除后）的接触为线接触，属于高副，因此PH=1。代入平面机构自由度公式：F=3n-2PL-PH=3×4-2×5-1=12-10-1=1。本机构中不存在虚约束和复合铰链，仅存在1个局部自由度，自由度计算结果为1，机构具有确定运动，符合设计要求。2.某减速器输入轴采用一对深沟球轴承支承，轴承型号为6208，其基本额定动载荷C=25500N，已知两个轴承受到的径向载荷分别为Fr1=2000N，Fr2=3000N，轴上总的轴向载荷Fa=800N，全部由左端轴承承受，转速n=750r/min，工作时有轻微冲击，要求轴承使用寿命不低于10000小时，请计算轴承寿命并校核是否满足要求。（已知：深沟球轴承6208的参数e=0.27，当Fa/Fr>e时，X=0.56，Y=1.71；当Fa/Fr≤e时，X=1，Y=0；轻微冲击的载荷系数fp=1.1；球轴承寿命指数ε=3）答案：首先计算两个轴承的当量动载荷：对于左端轴承1：Fa/Fr1=800/2000=0.4>e=0.27，因此X1=0.56，Y1=1.71，当量动载荷P1=X1Fr1+Y1Fa=0.56×2000+1.71×800=1120+1368=2488N。对于右端轴承2：不受轴向载荷，Fa=0，Fa/Fr2=0<e，因此X2=1，Y2=0，当量动载荷P2=X2Fr2+Y2Fa=1×3000+0=3000N。P2>P1，因此按较大的当量动载荷P2计算轴承