2026年《机械设计基础》期末考试试题含答案

2026年《机械设计基础》期末考试试题含答案一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.在平面连杆机构中，若机构存在急回运动特性，则行程速比系数K满足的关系是（）A.K＜1B.K＝1C.K＞1D.K≥12.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.带运转过程中的离心应力作用C.带传递的有效拉力超过了带与带轮间的最大摩擦力D.带是弹性体，工作时紧边与松边拉力不等3.对于交错角为90°的普通圆柱蜗杆传动，蜗轮的螺旋方向与蜗杆的螺旋方向满足（）A.相同B.相反C.无确定关系D.蜗杆必须为右旋，蜗轮为左旋4.滚动轴承的基本额定寿命，定义为同一批轴承在相同工作条件下运转，（）的轴承不发生疲劳点蚀失效时所能承受运转的总转数。A.10%B.50%C.90%D.99%5.设计普通V带传动时，V带的型号主要依据（）选择。A.传递功率和小带轮转速B.小带轮直径和转速C.传动比大小D.中心距大小6.凸轮机构中，从动件采用等加速等减速运动规律时，会产生（）A.刚性冲击B.柔性冲击C.无冲击D.同时存在刚性冲击和柔性冲击7.受轴向工作载荷作用的紧螺栓连接，螺栓所受的总拉力等于（）A.工作载荷与预紧力之和B.残余预紧力与工作载荷之和C.预紧力与残余预紧力之和D.工作载荷减去残余预紧力8.闭式软齿面圆柱齿轮传动中，最主要的失效形式是（）A.轮齿弯曲折断B.齿面胶合C.齿面点蚀D.齿面磨损9.以曲柄为原动件的摆动导杆机构，其行程速比系数K满足（）A.K＞1B.K＝1C.K＜1D.K＝010.普通平键连接中，平键的工作面是（）A.顶面B.底面C.两侧面D.两端面单项选择题答案：1.C2.D3.A4.C5.A6.B7.B8.C9.A10.C二、多项选择题（本大题共5小题，每小题3分，共15分，多选、少选、错选均不得分）1.下列机械零件中，属于通用机械零件的是（）A.减速器箱体B.渐开线齿轮C.六角头螺栓D.盘形凸轮E.航空发动机涡轮叶片2.带传动工作时发生打滑，关于打滑的特征描述正确的有（）A.打滑是可以通过设计避免的B.打滑是带传动不可避免的固有特性C.打滑通常先发生在小带轮上D.打滑通常先发生在大带轮上E.打滑会导致带的磨损加剧，严重时会使传动失效3.与滑动轴承相比，滚动轴承的优点包括（）A.摩擦阻力小，传动效率高B.回转精度高，径向间隙小C.承受冲击载荷的能力更强D.润滑维护方便，互换性好E.径向整体尺寸更小4.为了提高齿轮传动齿面的抗点蚀能力，可以采用的措施有（）A.适当提高齿面硬度B.降低齿面加工粗糙度C.增大润滑油的粘度D.增大齿轮模数E.减小齿轮传动的中心距5.下列螺纹连接的防松方法中，属于摩擦防松的是（）A.对顶螺母防松B.弹簧垫圈防松C.开口销与六角开槽螺母防松D.厌氧胶粘结防松E.止动垫圈防松多项选择题答案：1.ABCD2.ACE3.ABD4.ABC5.ABD三、判断题（本大题共10小题，每小题1分，共10分，正确打√，错误打×）1.铰链四杆机构中，只要长度最短的构件，就一定是曲柄。（）2.开式齿轮传动设计时，通常按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核轮齿弯曲疲劳强度。（）3.滚动轴承承受的当量动载荷越大，在相同工作条件下，实际工作寿命越短。（）4.楔键连接因为在装配后会使轴与轮毂产生偏心倾斜，对中性差，因此不适合用于对中性要求高、高速运转的场合。（）5.蜗杆传动的传动比计算公式为i=d2/d1，其中d2为蜗轮分度圆直径，d1为蜗杆分度圆直径。（）6.做等速运动规律的从动件凸轮机构，只在行程的起点位置产生刚性冲击，终点位置无冲击。（）7.相同条件下，V带传动比平带传动能传递更大的功率，原因是V带依靠楔面摩擦增大了摩擦力，传动能力更强。（）8.受轴向静载荷的紧螺栓连接，螺栓只受轴向拉应力的作用，不受其他应力。（）9.定轴轮系的传动比符号表示轮系首末两轮的转向关系，外啮合一次符号改变一次。（）10.平面机构自由度计算公式F=3n-2PL-PH中，n代表机构中所有构件的总数。（）判断题答案：1.×2.×3.√4.√5.×6.×7.√8.×9.√10.×四、简答题（本大题共4小题，每小题5分，共20分）1.什么是机构的死点位置？简述死点位置在工程中的不利影响和实际应用。答案：机构的死点位置是指，当从动件的传动角γ=0°时，驱动力对从动件回转中心的有效力矩为零，此时无论施加多大的驱动力，都无法推动从动件产生运动，该机构位置即为死点位置。（2分）在工程应用中，死点位置的不利影响主要存在于以曲柄为从动件的机构中，例如活塞式内燃机、空气压缩机的曲柄滑块机构，当活塞运动到上下止点位置时，机构处于死点位置，会导致曲柄无法启动，甚至出现机构卡死的情况。工程中通常通过加装飞轮增大惯性，或者采用多个机构错位排列的方法使机构顺利越过死点位置。（1分）死点位置并非只会带来不利影响，很多工程机构也会利用死点的特性实现特定的功能，例如工程中常用的工件夹紧机构，夹紧后机构处于死点位置，即使工件对夹紧机构产生较大的反作用力，机构也不会自动松脱，保证夹紧的可靠性；再如可折叠的便携座椅、晾衣架，展开后依靠死点位置保持结构稳定，不会随意折叠，方便使用。（2分）2.为什么闭式蜗杆传动设计必须进行热平衡计算？常用的散热措施有哪些？答案：闭式蜗杆传动中，蜗杆与蜗轮啮合传动时，齿面间的相对滑动速度远大于齿轮传动，摩擦损耗产生的热量多，而闭式蜗杆传动的箱体封闭，散热条件差，热量无法及时散出会导致箱体内润滑油温度不断升高，润滑油粘度降低，润滑性能下降，加剧齿面磨损，严重时还会引发齿面胶合失效，因此必须进行热平衡计算，保证工作油温在润滑油允许的范围内，避免发生失效。（3分）常用的散热措施主要有：第一，在蜗杆减速器箱体表面增加散热肋片，增大散热面积，提升自然散热能力；第二，在蜗杆轴的伸出端加装冷却风扇，通过强制对流加快散热速度；第三，在减速器箱体的油池中布置冷却水管，利用冷却水带走润滑油中的热量；第四，对于大功率的蜗杆传动，采用压力喷油循环润滑，润滑油经过外部冷却装置冷却后再注入箱体，带走啮合产生的热量。（2分）3.与带传动和齿轮传动相比，链传动有哪些优缺点？答案：链传动是依靠链条与链轮轮齿的啮合传递运动和动力的传动形式，与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，平均传动比准确，传动可靠，传递相同功率时整体尺寸更小，作用在轴上的压轴力远小于带传动，对轴承的载荷更小，同时链传动可以在高温、多粉尘、潮湿等恶劣环境下工作，适应性更强。与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求更低，成本更低，传递距离更远。（3分）链传动的缺点主要有：瞬时链速和瞬时传动比会发生周期性变化，因此传动平稳性差，工作过程中会产生冲击、振动和噪声，不适合用于高速运转的场合，也不适合用于对传动平稳性要求很高的场合；此外，链传动磨损后链条会伸长，容易发生脱链，而且不适合用于反向传动和中心距很小的场合。（2分）4.滚动轴承安装时为什么要进行预紧？预紧的主要目的是什么？答案：滚动轴承的预紧是指在安装轴承时，通过施加一定的轴向力，消除轴承内部的原始游隙，并使滚动体与轴承内、外圈滚道之间产生微小的弹性预变形，从而让轴承在工作状态下保持张紧状态的工艺方法。（2分）预紧的主要目的包括：第一，提高轴承的旋转精度，减少轴承工作时的振动和噪声，提升轴系的回转精度，这对机床主轴等对回转精度要求高的场合非常重要；第二，提高轴承的支承刚度，避免轴工作时产生过大的径向跳动和轴向窜动，提升轴系的运转稳定性；第三，补偿滚动体和滚道磨损后产生的游隙增大，延长轴承的使用寿命，保证轴承长时间工作的精度。（3分）五、分析计算题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）1.已知某铰链四杆机构各杆长度分别为lAB=40mm，lBC=90mm，lCD=75mm，lAD=100mm，AD杆为机架。请回答下列问题：（1）判断该机构的类型，并说明判断依据；（2）计算该机构的极位夹角θ和行程速比系数K（结果保留两位小数）。答案：（1）首先验证格拉霍夫杆长条件：最短杆长度加最长杆长度=lAB+lAD=40+100=140mm，其余两杆长度和=lBC+lCD=90+75=165mm，140mm＜165mm，满足格拉霍夫杆长条件；（2分）由于最短杆AB是机架AD的邻杆，因此该机构为曲柄摇杆机构。（3分）（2）曲柄摇杆机构的两个极位为曲柄AB与连杆BC共线的两个位置，重叠共线时AC2=lBC-lAB=90-40=50mm，拉直共线时AC1=lBC+lAB=90+40=130mm；在△AC1D中，由余弦定理得：cosθ1=(AC1²+AD²-CD²)/(2·AC1·AD)=(130²+100²-75²)/(2×130×100)≈0.8183，得θ1≈35.03°；在△AC2D中，cosθ2=(AC2²+AD²-CD²)/(2·AC2·AD)=(50²+100²-75²)/(2×50×100)=0.6875，得θ2≈46.57°；极位夹角θ=θ2-θ1≈11.54°。（3分）行程速比系数K=(180°+θ)/(180°-θ)≈(180+11.54)/(180-11.54)≈1.14。（2分）2.某受轴向静载荷的紧螺栓连接，要求承受的总轴向工作载荷F=12000N，要求工作状态下残余预紧力F1不小于工作载荷的1.5倍，已知螺栓材料为45钢，屈服强度σs=320MPa，取安全系数S=1.5，不考虑扭转切应力的附加影响，试计算该螺栓所需的最小公称直径（结果保留一位小数）。答案：根据要求，残余预紧力F1=1.5F=1.5×12000=18000N，螺栓所受总拉力F2=F1+F=18000+12000=30000N；（3分）螺栓的许用应力[σ]=σs/S=320/1.5≈213.33MPa；（2分）根据紧螺栓连接的拉伸强度条件：σ=4F2/(πd1²)≤[σ]，可得d1≥√(4F2/(π[σ]))=√(4×30000/(3.1416×213.33))≈√179.05≈13.38mm；（3分）查普通粗牙螺纹标准，公称直径16mm的M16螺栓，小径d1=13.835mm，大于所需的最小小径13.38mm，因此该螺栓所需的最小公称直径为16mm。（2分）六、综合应用题（本大题共1小题，共15分）设计闭式直齿圆柱齿轮传动，已知小齿轮传递额定功率P1=10kW，小齿轮转速n1=960r/min，小齿轮齿数z1=25，大齿轮齿数z2=75，载荷平稳，单向传动，小齿轮材料为45钢调质，齿面硬度220HBS，大齿轮为45钢正火，齿面硬度180HBS，设计得到中心距a=200mm，模数m=4mm，齿宽系数ψa=0.4，试对该齿轮传动进行接触疲劳强度校核，判断是否满足设计要求。已知条件：载荷系数K=1.1，弹性影响系数ZE=189.8√MPa，小齿轮许用接触应力[σH1]=540MPa，大齿轮许用接触应力[σH2]=460MPa。答案：首先计算小齿轮的输入转矩T1：T1=9.55×10^6·P1/n1=9.55×10^6×10/960≈99479.2N·mm；（3分）计算传动参数：传动比u=z2/z1=75/25=3，小齿轮分度圆直径d1=mz1=4×25=100mm，齿宽b=ψa·a=0.4×200=80mm；（3分）齿面接触应力计算公式为σH=ZE√[2KT1(u+1)/(b