2026年普通考研机械设计考试练习题(频考类试题)带答案

2026年普通考研机械设计考试练习题(频考类试题)带答案1.单项选择题(1)受轴向变载荷作用的紧螺栓连接，当应力幅超过材料疲劳极限时，最容易发生的失效形式是（）A.螺栓杆塑性变形B.螺纹牙剪切折断C.螺栓杆疲劳断裂D.接合面分离(2)普通平键连接用于静连接时，正常工作条件下最主要的失效形式是（）A.键沿工作面剪切破坏B.工作面的挤压破坏C.键杆弯曲折断D.轮毂工作面磨损(3)V带传动能够传递动力的根本原理是（）A.带的紧边拉力大于松边拉力B.带本身的强度足够承受拉力C.带与带轮接触面之间产生的摩擦力D.带的张紧力提供足够的初拉力(4)相同外形尺寸条件下，下列各类滚动轴承中，承受径向载荷能力最大，仅能承受可忽略的微小轴向载荷的是（）A.深沟球轴承B.圆柱滚子轴承C.圆锥滚子轴承D.推力球轴承(5)闭式齿轮传动中，齿根弯曲疲劳裂纹一般起源于（）A.齿根受拉侧的齿根圆角处B.齿根受压侧的齿根圆角处C.节线附近的齿根位置D.齿顶位置(6)滚动轴承轴系设计中，采用一端双向固定、一端游动的支承结构形式，主要适用于（）A.轴的跨距较小，工作温度变化小的场合B.轴的跨距较大，工作温度变化大的场合C.承受重载冲击载荷的场合D.转速较低的场合(7)设计普通平键连接时，键的公称长度主要依据什么参数选择（）A.轴的直径B.轮毂长度C.传递转矩的大小D.键的材料强度(8)与圆柱齿轮传动相比，蜗杆传动具备的独特特点是（）A.传动效率更高B.导程角小于当量摩擦角时可实现反向自锁C.同等功率下结构更紧凑重量更轻D.适合大功率长期连续工作的场合单项选择题参考答案：(1)C(2)B(3)C(4)B(5)A(6)B(7)B(8)B2.填空题(1)对于受轴向变载荷的紧螺栓连接，为了降低螺栓应力幅、提高连接疲劳强度，可采取的措施是____螺栓刚度，____被连接件刚度。(2)滚子链传动设计中，限制小链轮最少齿数的主要目的是____。(3)闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是____，常规设计准则为____。(4)螺纹连接按防松工作原理分类，可分为摩擦防松、____和____三类。(5)V带传动中，能够传递的最大有效拉力主要与初拉力、____、____三个因素相关。(6)滚动轴承基本额定动载荷的定义是，轴承基本额定寿命为____转时，轴承所能承受的载荷。(7)按轴的受载性质分类，只承受弯矩不承受扭矩的轴称为____，只承受扭矩不承受弯矩的轴称为____。(8)闭式蜗杆传动工作中发热量较大，油温过高会导致润滑油____，最终引发____失效。填空题参考答案：(1)减小；增大(2)减小多边形效应，降低传动的动载荷与不均匀性(3)轮齿弯曲疲劳折断；按齿根弯曲疲劳强度设计，校核齿面接触疲劳强度(4)机械防松；永久防松（或铆接、焊接不可拆防松）(5)包角；摩擦系数(6)10^6(7)心轴；传动轴(8)粘度降低；胶合3.简答题(1)为什么受轴向工作载荷的普通紧螺栓连接必须进行预紧，且设计时要求剩余预紧力必须大于零？答：普通紧螺栓连接的工作性能高度依赖预紧产生的预紧力，预紧的作用主要体现在四个方面：第一，对于承受横向载荷的普通螺栓连接，预紧力产生的正压力可以让接合面获得足够的摩擦力，从而承受横向外载荷，避免连接发生滑移；第二，对于有密封性要求的连接，如压力容器缸盖连接，预紧可以填补接合面的微观间隙，保证接合面贴合紧密，防止工作过程中介质泄漏；第三，预紧可以提高连接的整体性和刚度，避免连接受载后出现过大的变形；第四，对于承受变载荷的螺栓连接，足够的预紧力可以降低螺栓的应力幅，提高螺栓的疲劳强度。剩余预紧力是螺栓承受轴向工作载荷后，仍然残留在接合面上的预紧压力，若剩余预紧力小于等于零，说明轴向工作载荷完全抵消了预紧力，会导致一系列失效风险：首先，接合面会出现分离缝隙，对于密封要求的连接直接失效；其次，对于承受横向载荷的连接，接合面分离后正压力消失，摩擦力不足，连接发生松动滑移，无法正常工作；第三，对于变载荷连接，剩余预紧力不足会导致螺栓总拉力的变化幅度增大，应力幅升高，大幅降低螺栓的疲劳寿命，容易引发疲劳断裂，因此设计中必须保证剩余预紧力大于零。(2)为什么大多数转轴都设计成阶梯轴结构？简述具体原因。答：阶梯轴是转轴设计中最常用的结构形式，主要原因可以归纳为以下五点：第一，满足轴上零件的装配和定位要求，阶梯轴的直径从轴端向中间依次增大，可以让轴上零件从轴端依次装配，避免装配过程中划伤配合面，同时轴肩和轴环结构可以为轴上零件提供准确的轴向定位支撑，保证零件的相对位置精度；第二，方便零件的拆卸维护，阶梯轴的轴肩结构为拆卸零件提供了受力位置，避免拆卸过程中损伤相邻轴段或零件；第三，符合轴的受载规律，合理利用材料，转轴承受的弯矩一般从轴端向中间逐渐增大，阶梯轴的直径随弯矩增大而增大，可以让不同轴段的应力接近材料的许用应力，既满足强度刚度要求，又避免了材料浪费，减轻轴的整体重量；第四，改善轴的加工工艺性，阶梯轴不同轴段的精度、表面粗糙度要求不同，可以分轴段加工，降低加工难度，同时对于需要磨削、车削螺纹的轴段，阶梯轴可以方便布置退刀槽、越程槽，满足加工工艺要求；第五，方便工艺处理，阶梯轴结构可以方便对轴段进行局部热处理、局部加工，满足不同位置的性能要求。(3)闭式蜗杆传动为什么必须进行热平衡计算？若热平衡计算不满足要求，可以采取哪些措施改善散热条件？答：蜗杆传动与齿轮传动相比，啮合齿面之间的相对滑动速度大，摩擦损耗大，因此传动效率低，工作过程中产生的热量多；而闭式蜗杆传动的箱体封闭，热量不易散出，工作过程中热量持续累积会导致油温不断升高，油温升高会降低润滑油的粘度，增大齿面之间的磨损，同时还会导致密封件老化失效，严重时会引发齿面胶合失效，因此必须通过热平衡计算，保证蜗杆传动工作时的油温在允许范围之内，避免发生上述失效。若热平衡计算不满足要求，即工作油温超过允许值，可以采取以下措施改善散热条件：第一，在箱体外面增加散热片，增大散热面积，提高自然散热能力；第二，在蜗杆轴端加装冷却风扇，通过强制通风对流散热，提高散热效率；第三，在箱体油池内加装冷却水管，通过循环水带走热量，降低油温；第四，采用压力喷油循环润滑，将热油抽出经过冷却器冷却后再送回箱体，实现强制冷却，这种方法适用于功率较大的蜗杆传动。(4)带传动为什么需要设置张紧装置？常见的张紧装置有哪几类，各自适用什么场合？答：带传动依靠摩擦力传递动力，工作需要足够的初拉力才能保证传动能力，而V带或平带都是由橡胶等弹性材料制造，工作一段时间后会因为塑性变形而伸长，导致初拉力下降，传动能力降低，甚至出现打滑失效，因此需要设置张紧装置，定期或自动调整带的初拉力，保证带传动正常工作。常见的张紧装置主要分为三类：第一类是定期张紧装置，通过定期调整中心距来张紧带，结构简单，成本低，适用于中心距可以调整的水平或倾斜角度不大的中低速传动场合；第二类是自动张紧装置，依靠自重或弹簧力自动补偿带的伸长，保持初拉力稳定，不需要人工调整，适用于中小功率、中心距不便调整或者对传动稳定性要求较高的场合；第三类是张紧轮张紧装置，在带的松边设置张紧轮张紧，不需要调整中心距，适用于中心距较大、中心距无法调整的传动场合，一般张紧轮设置在松边内侧，靠近大带轮的位置，避免带受到过大的反向弯曲，同时不会过度减小小带轮的包角。4.计算题(1)某压力容器的缸盖采用8个普通M16螺栓连接，已知容器内径D=250mm，容器内最大油压p=1.5MPa，要求连接工作时剩余预紧力F''=1.5F，其中F为单个螺栓承受的轴向工作载荷，螺栓小径d1=14.4mm，螺栓材料的屈服强度σs=360MPa，取安全系数S=1.5，试计算单个螺栓的总拉力，并校核螺栓的强度是否满足要求。解：①计算容器内总轴向力FΣ：FΣ=p×(πD²)/4=1.5×π×250²/4≈73631N②单个螺栓承受的轴向工作载荷F：F=FΣ/n=73631/8≈9204N③单个螺栓的总拉力F0：F0=F+F''=F+1.5F=2.5F=2.5×9204=23010N④计算螺栓的拉应力σ：σ=4F0/(πd1²)=4×23010/(π×14.4²)≈141MPa⑤计算螺栓的许用应力[σ]，并校核强度：[σ]=σs/S=360/1.5=240MPa由于σ=141MPa<[σ]=240MPa，因此螺栓强度满足要求。(2)一对闭式直齿圆柱软齿面齿轮传动，已知传递功率P=10kW，主动小齿轮转速n1=1450r/min，小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数z2=96，模数m=3mm，齿宽系数ψd=1，载荷系数K=1.2，小齿轮采用45钢调质，硬度220HBS，接触疲劳极限σHlim1=550MPa，寿命系数ZN1=1.05；大齿轮采用45钢正火，硬度180HBS，接触疲劳极限σHlim2=500MPa，寿命系数ZN2=1.12，取接触疲劳安全系数SH=1，弹性系数ZE=189.8√MPa，重合度系数Zε=0.9，试校核该对齿轮的齿面接触疲劳强度是否满足要求。解：①计算小齿轮传递的额定转矩T1：T1=9550×10^3×P/n1=9550×10^3×10/1450≈65862N·mm②计算小齿轮分度圆直径d1和齿宽b：d1=mz1=3×24=72mmb=ψd×d1=1×72=72mm③计算齿数比u：u=z2/z1=96/24=4④计算齿面接触应力σH：根据闭式齿轮接触应力计算公式：σH=ZEZε√[2KT1(u+1)/(bd1²u)]代入参数计算：2KT1(u+1)/(bd1²u)=2×1.2×65862×(4+1)/(72×72²×4)≈790344/1492992≈0.53开根号得√0.5