2026年机械设计基础期末试卷(附答案)

2026年机械设计基础期末试卷(附答案)一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某机械零件工作时承受稳定循环变应力，其最小应力σmin=20MPa，最大应力σmax=100MPa，则该应力循环特性r为（）。A.0.2B.0.5C.0.8D.1.02.普通平键连接中，键的主要失效形式是（）。A.键的剪切破坏B.键的挤压破坏C.轮毂的挤压破坏D.轴的剪切破坏3.设计受轴向变载荷的紧螺栓连接时，若保持剩余预紧力不变，采用弹性模量较小的螺栓材料，可使螺栓的应力幅（）。A.增大B.减小C.不变D.无法确定4.一对标准直齿圆柱齿轮传动，若小齿轮齿数z1=20，大齿轮齿数z2=60，模数m=4mm，则中心距a为（）。A.160mmB.120mmC.80mmD.40mm5.滚动轴承6208的内径尺寸为（）。A.8mmB.40mmC.80mmD.20mm6.下列传动方式中，传动比最稳定的是（）。A.带传动B.链传动C.齿轮传动D.摩擦轮传动7.轴的材料选用45钢并经调质处理，主要目的是提高（）。A.表面硬度B.整体综合力学性能C.耐磨性D.耐腐蚀性8.V带传动中，带的楔角为40°，带轮的轮槽角应（）40°。A.大于B.等于C.小于D.不确定9.齿轮传动中，齿面接触疲劳强度主要取决于（）。A.模数B.齿数C.齿宽D.分度圆直径10.滑动轴承采用液体动压润滑的必要条件不包括（）。A.轴颈与轴承间有楔形间隙B.轴颈有足够高的转速C.润滑油有适当的粘度D.外载荷方向固定二、填空题（每空1分，共15分）1.机械零件的常见失效形式包括断裂、（）、表面损伤和（）。2.螺纹连接的防松方法可分为（）防松、（）防松和（）防松三类。3.齿轮传动的主要失效形式有齿面磨损、（）、（）、齿面塑性变形和轮齿折断。4.带传动的弹性滑动是由（）引起的，是（）（可避免/不可避免）的。5.滚动轴承的基本额定寿命是指一批同型号轴承在相同条件下运转，（）的轴承发生疲劳点蚀前的总转数。6.轴按承载性质可分为心轴、（）和（）。7.联轴器与离合器的主要区别是：联轴器需在（）时连接或分离，离合器可在（）时连接或分离。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述机械设计中“失效”与“破坏”的区别，并举例说明。2.比较平键连接与楔键连接的特点，说明各自适用场合。3.齿轮传动中，为何通常将小齿轮的齿宽设计得比大齿轮略宽？4.滚动轴承的基本额定动载荷C与当量动载荷P有何区别？寿命计算公式L10=（C/P）^ε中ε的物理意义是什么？5.简述液体动压滑动轴承形成动压油膜的必要条件。四、分析计算题（共35分）1.（10分）某受轴向工作载荷的紧螺栓连接，螺栓材料为45钢（σs=360MPa），许用安全系数[S]=3，螺栓公称直径d=16mm（小径d1=13.835mm）。已知预紧力F0=8000N，工作载荷F=4000N，剩余预紧力F'=6000N。试校核该螺栓的强度是否满足要求（螺栓的应力计算公式为σ=1.3F0/（πd1²/4））。2.（12分）一对标准直齿圆柱齿轮传动，小齿轮z1=25，大齿轮z2=75，模数m=3mm，齿宽b1=60mm，b2=55mm，小齿轮转速n1=1450r/min，传递功率P=10kW。试计算：（1）分度圆直径d1、d2；（2）中心距a；（3）齿面接触应力计算中的节点区域系数ZH（已知节点处的啮合角α=20°，分度圆压力角α=20°，可查标准值）；（4）小齿轮的转矩T1（转矩公式T1=9550×10³P/n1）。3.（13分）某转轴受径向载荷Fr=5000N，轴向载荷Fa=1500N，采用两个角接触球轴承（7210C型，α=15°）正装（面对面安装）。已知轴承的基本额定动载荷C=35.2kN，载荷系数fp=1.2，径向动载荷系数X=0.44，轴向动载荷系数Y=1.3，e=0.37。试计算：（1）两轴承的径向支反力Fr1、Fr2（假设轴的跨距L=200mm，载荷作用点距左轴承距离a=80mm）；（2）两轴承的当量动载荷P1、P2；（3）若要求轴承寿命Lh≥10000h，校核该轴承是否满足要求（寿命公式Lh=（10^6/(60n)）×（C/(fpP)）^3，n=1000r/min）。五、综合设计题（20分）设计一台带式输送机的传动装置，要求：（1）采用电动机驱动，传动系统包含V带传动和一级圆柱齿轮减速器；（2）已知电动机功率P=7.5kW，转速n=1440r/min，输送机滚筒转速n滚筒=120r/min，工作环境有轻微振动，载荷平稳；（3）需完成以下设计步骤：①确定传动系统总传动比及分配；②选择V带型号并计算基准长度；③确定齿轮传动的模数、齿数（小齿轮齿数z1≥20）；④简述减速器箱体的结构设计要点（至少4点）。答案一、单项选择题1.A2.C3.B4.A5.B6.C7.B8.C9.D10.D二、填空题1.过量变形；功能失效2.摩擦；机械；永久3.齿面点蚀；齿面胶合4.带的弹性变形；不可避免5.90%6.转轴；传动轴7.停机；运转三、简答题1.失效指零件无法正常完成规定功能，破坏指零件发生断裂或严重变形等结构损伤。例如：齿轮齿面出现点蚀（失效但未破坏）；齿轮断齿（破坏且失效）。2.平键靠两侧面传递扭矩，对中性好，无轴向力，适用于高精度、高速或受变载场合；楔键靠上下面挤压传递扭矩，对中性差，会产生轴向力，适用于对中性要求低、低速、载荷平稳的场合。3.小齿轮齿宽略大于大齿轮，可补偿安装误差，确保两齿轮啮合时接触宽度不小于大齿轮齿宽，提高承载能力。4.基本额定动载荷C是轴承在额定寿命（10^6转）下能承受的最大载荷；当量动载荷P是将实际载荷转换为与基本额定动载荷条件一致的等效载荷。ε为寿命指数，球轴承ε=3，滚子轴承ε=10/3，反映载荷对寿命的影响程度。5.必要条件：①轴颈与轴承间有楔形间隙；②轴颈以足够高的转速旋转，带动润滑油从间隙大口流向小口；③润滑油有适当粘度；④外载荷方向固定且不超过极限值。四、分析计算题1.螺栓的计算应力σ=1.3F0/(πd1²/4)=1.3×8000/(3.14×13.835²/4)≈69.5MPa。许用应力[σ]=σs/[S]=360/3=120MPa。因σ=69.5MPa<[S]，故强度满足。2.（1）d1=mz1=3×25=75mm；d2=mz2=3×75=225mm；（2）a=(d1+d2)/2=(75+225)/2=150mm；（3）ZH=2.5（标准值，α=20°时）；（4）T1=9550×10³×10/1450≈65862N·mm。3.（1）Fr1=Fr×(L-a)/L=5000×(200-80)/200=3000N；Fr2=Fr×a/L=5000×80/200=2000N；（2）轴承1：Fa1=Fa×(L-a)/L=1500×120/200=900N；A1/Fr1=900/3000=0.3>e=0.37？不，0.3<0.37，故P1=fp(XFr1+YFa1)=1.2×(0.44×3000+1.3×900)=1.2×(1320+1170)=1.2×2490=2988N。轴承2：Fa2=Fa×a/L=1500×80/200=600N；A2/Fr2=600/2000=0.3<e=0.37，故P2=fp(XFr2+YFa2)=1.2×(0.44×2000+1.3×600)=1.2×(880+780)=1.2×1660=1992N。取P=P1=2988N；（3）Lh=(10^6/(60×1000))×(35200/(1.2×2988))^3≈(10000/6)×(35200/3585.6)^3≈1666.67×(9.817)^3≈1666.67×946≈1,576,666h>10000h，满足要求。五、综合设计题①总传动比i总=n电动机/n滚筒=1440/120=12。分配：V带传动i带=2~4（取i带=3），齿轮传动i齿=12/3=4。②V带选型：计算功率Pc=KAP=1.1×7.5=8.25kW（KA=1.1，轻微振动）。小带轮转速n1=1440r/min，查V带选型图，选A型带。小带轮直径dd1≥dmin（A型dmin=75mm，取dd1=100mm），大带轮直径dd2=i带×dd1=3×100=300mm。计算带长Ld≈2a0+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)²/(4a0)（假设中心距a0=500mm），得Ld≈2×500+3.14×400/2+(200)²/(4×500)=1000+628+20=1648mm，选标准长度Ld=1600mm（或1650mm，需调整中心距）。③齿轮传动：小齿轮z1=25，z2=i齿×z1=4×25=100。计算模数m≥√[(2KT1(u+1))/(φduσHlim²)]（取K=1.2，φd=1，σHlim=600MPa，T1=9550×10³×7.5/1440≈49740N·mm），代入得m