2025年機(jī)械設(shè)計(jì)測試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.在機(jī)械設(shè)計(jì)中，零件的安全系數(shù)是指（）A.零件的極限應(yīng)力與許用應(yīng)力之比B.零件的工作應(yīng)力與極限應(yīng)力之比C.零件的工作應(yīng)力與許用應(yīng)力之比D.零件的許用應(yīng)力與工作應(yīng)力之比2.平鍵連接的主要失效形式是（）A.工作面的壓潰和磨損B.鍵的剪切和彎曲破壞C.鍵的疲勞破壞D.鍵的扭轉(zhuǎn)破壞3.帶傳動工作時，帶中的應(yīng)力有（）A.拉應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和離心應(yīng)力B.拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力C.拉應(yīng)力和離心應(yīng)力D.彎曲應(yīng)力和離心應(yīng)力4.一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，若中心距和傳動比不變，減小模數(shù)，則（）A.重合度增大，齒面接觸強(qiáng)度降低B.重合度減小，齒面接觸強(qiáng)度降低C.重合度增大，齒面接觸強(qiáng)度提高D.重合度減小，齒面接觸強(qiáng)度提高5.滾動軸承的基本額定壽命是指（）A.一批同型號的軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中90%的軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時數(shù)B.一個軸承在正常工作條件下所能達(dá)到的最大壽命C.一個軸承在正常工作條件下所能達(dá)到的平均壽命D.一批同型號的軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中10%的軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時數(shù)6.對于受軸向變載荷的緊螺栓連接，為提高螺栓的疲勞強(qiáng)度，可采取的措施是（）A.增大螺栓剛度，減小被連接件剛度B.減小螺栓剛度，增大被連接件剛度C.同時增大螺栓和被連接件的剛度D.同時減小螺栓和被連接件的剛度7.聯(lián)軸器與離合器的主要作用是（）A.緩沖、減振B.傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩C.防止機(jī)器發(fā)生過載D.補(bǔ)償兩軸的偏移8.下列螺紋中，常用于連接的是（）A.三角形螺紋B.矩形螺紋C.梯形螺紋D.鋸齒形螺紋9.為了提高齒輪傳動的接觸強(qiáng)度，可采取的措施是（）A.增大模數(shù)B.增加齒數(shù)C.增大齒寬D.減小齒寬10.滑動軸承的相對間隙ψ是指（）A.軸頸與軸瓦之間的直徑間隙與軸頸直徑之比B.軸頸與軸瓦之間的半徑間隙與軸頸半徑之比C.軸頸與軸瓦之間的直徑間隙與軸頸半徑之比D.軸頸與軸瓦之間的半徑間隙與軸頸直徑之比11.當(dāng)兩軸的相對偏移較大，且有較大的振動和沖擊時，宜選用（）A.剛性聯(lián)軸器B.彈性聯(lián)軸器C.安全聯(lián)軸器D.離合器12.設(shè)計(jì)V帶傳動時，選取小帶輪基準(zhǔn)直徑d?≥d?min，主要是為了（）A.使帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸合理B.限制帶的彎曲應(yīng)力C.保證帶與帶輪之間有足夠的摩擦力D.便于安裝和調(diào)整13.齒輪傳動中，齒面接觸疲勞強(qiáng)度主要取決于（）A.模數(shù)B.齒數(shù)C.齒寬系數(shù)D.分度圓直徑14.鏈傳動中，鏈條的節(jié)數(shù)宜?。ǎ〢.奇數(shù)B.偶數(shù)C.任意數(shù)D.質(zhì)數(shù)15.對于高速重載的滑動軸承，為了提高軸承的承載能力，應(yīng)選用（）A.低粘度的潤滑油B.高粘度的潤滑油C.潤滑脂D.固體潤滑劑二、填空題（每題2分，共20分）1.機(jī)械零件的失效形式主要有______、______、______等。2.平鍵的剖面尺寸（b×h）通常是根據(jù)______來選擇，鍵的長度L一般是根據(jù)______來確定。3.帶傳動的主要失效形式是______和______。4.齒輪傳動的主要失效形式有______、______、______、______和齒面膠合等。5.滾動軸承由______、______、______和保持架等四部分組成。6.螺栓連接的預(yù)緊力是為了______和______。7.聯(lián)軸器可分為______和______兩大類。8.螺紋的公稱直徑是指它的______，對于外螺紋，其大徑是指______。9.滑動軸承按其承受載荷的方向可分為______和______。10.鏈傳動的運(yùn)動特性主要有______和______。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述帶傳動的工作原理和特點(diǎn)。2.說明齒輪傳動的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并分別闡述軟齒面和硬齒面齒輪傳動的設(shè)計(jì)方法。3.分析滾動軸承的壽命計(jì)算和靜強(qiáng)度計(jì)算的目的和適用場合。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.已知一緊螺栓連接，螺栓的許用拉應(yīng)力[σ]=120MPa，螺栓所受的軸向工作載荷F=2000N，殘余預(yù)緊力F?=1.5F，試計(jì)算該螺栓的小徑d?。2.一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，已知模數(shù)m=4mm，齒數(shù)z?=20，z?=60，中心距a=160mm，齒寬b?=80mm，b?=75mm，小齒輪轉(zhuǎn)速n?=960r/min，載荷系數(shù)K=1.1，試計(jì)算該齒輪傳動的圓周力F?、徑向力F?和軸向力F?（該齒輪傳動為直齒圓柱齒輪，無軸向力）。答案一、單項(xiàng)選擇題1.答案：A解析：安全系數(shù)的定義為零件的極限應(yīng)力與許用應(yīng)力之比，即$S=\frac{\sigma_{lim}}{[\sigma]}$，其中$\sigma_{lim}$為極限應(yīng)力，$[\sigma]$為許用應(yīng)力。所以選項(xiàng)A正確。2.答案：A解析：平鍵連接工作時，鍵的兩側(cè)面是工作面，主要承受擠壓和剪切作用。對于普通平鍵連接，主要失效形式是工作面的壓潰和磨損；對于導(dǎo)向平鍵連接，主要失效形式是工作面的磨損。所以選項(xiàng)A正確。3.答案：A解析：帶傳動工作時，帶中的應(yīng)力有拉應(yīng)力（包括緊邊拉應(yīng)力和松邊拉應(yīng)力）、彎曲應(yīng)力和離心應(yīng)力。拉應(yīng)力是由于帶傳遞拉力產(chǎn)生的；彎曲應(yīng)力是帶繞過帶輪時產(chǎn)生的；離心應(yīng)力是帶在作圓周運(yùn)動時產(chǎn)生的離心力引起的。所以選項(xiàng)A正確。4.答案：A解析：當(dāng)中心距和傳動比不變時，減小模數(shù)，齒數(shù)增多，重合度增大。而齒面接觸強(qiáng)度與分度圓直徑有關(guān)，減小模數(shù)會使分度圓直徑減小，根據(jù)齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算公式，齒面接觸強(qiáng)度降低。所以選項(xiàng)A正確。5.答案：A解析：滾動軸承的基本額定壽命是指一批同型號的軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中90%的軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時數(shù)。所以選項(xiàng)A正確。6.答案：B解析：對于受軸向變載荷的緊螺栓連接，減小螺栓剛度，增大被連接件剛度，可以使螺栓所受的變載荷幅值減小，從而提高螺栓的疲勞強(qiáng)度。所以選項(xiàng)B正確。7.答案：B解析：聯(lián)軸器與離合器的主要作用是傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器用于將兩軸連接在一起，使它們一起轉(zhuǎn)動并傳遞轉(zhuǎn)矩；離合器則可以在工作過程中隨時使兩軸分離或接合。所以選項(xiàng)B正確。8.答案：A解析：三角形螺紋的牙型角大，自鎖性能好，常用于連接。矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋主要用于傳動。所以選項(xiàng)A正確。9.答案：C解析：增大齒寬可以增加齒輪的接觸面積，從而提高齒輪傳動的接觸強(qiáng)度。增大模數(shù)主要提高齒根彎曲強(qiáng)度；增加齒數(shù)對接觸強(qiáng)度影響不大；減小齒寬會降低接觸強(qiáng)度。所以選項(xiàng)C正確。10.答案：A解析：滑動軸承的相對間隙$\psi$是指軸頸與軸瓦之間的直徑間隙$\Delta$與軸頸直徑$d$之比，即$\psi=\frac{\Delta}kaueigm$。所以選項(xiàng)A正確。11.答案：B解析：當(dāng)兩軸的相對偏移較大，且有較大的振動和沖擊時，宜選用彈性聯(lián)軸器。彈性聯(lián)軸器可以補(bǔ)償兩軸的偏移，同時具有緩沖、減振的作用。剛性聯(lián)軸器不能補(bǔ)償兩軸的偏移；安全聯(lián)軸器主要用于防止機(jī)器發(fā)生過載；離合器用于隨時使兩軸分離或接合。所以選項(xiàng)B正確。12.答案：B解析：設(shè)計(jì)V帶傳動時，選取小帶輪基準(zhǔn)直徑$d?\geqd?min$，主要是為了限制帶的彎曲應(yīng)力。帶輪直徑越小，帶的彎曲應(yīng)力越大，過小的帶輪直徑會使帶的彎曲應(yīng)力過大，降低帶的壽命。所以選項(xiàng)B正確。13.答案：D解析：齒輪傳動中，齒面接觸疲勞強(qiáng)度主要取決于分度圓直徑。根據(jù)齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算公式，分度圓直徑越大，齒面接觸應(yīng)力越小，接觸強(qiáng)度越高。模數(shù)主要影響齒根彎曲強(qiáng)度；齒數(shù)對接觸強(qiáng)度影響較??；齒寬系數(shù)影響齒面接觸應(yīng)力的分布。所以選項(xiàng)D正確。14.答案：B解析：鏈傳動中，鏈條的節(jié)數(shù)宜取偶數(shù)。因?yàn)楫?dāng)鏈條節(jié)數(shù)為偶數(shù)時，鏈條接頭處可以采用開口銷或彈簧卡片等方式連接，連接可靠；當(dāng)鏈條節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，需要采用過渡鏈節(jié)，過渡鏈節(jié)的強(qiáng)度較低，容易發(fā)生破壞。所以選項(xiàng)B正確。15.答案：B解析：對于高速重載的滑動軸承，為了提高軸承的承載能力，應(yīng)選用高粘度的潤滑油。高粘度的潤滑油可以形成較厚的油膜，承受較大的載荷，同時也能起到較好的潤滑和散熱作用。低粘度的潤滑油適用于高速輕載的場合；潤滑脂適用于低速、間歇工作的場合；固體潤滑劑一般用于特殊工況。所以選項(xiàng)B正確。二、填空題1.答案：斷裂、磨損、變形解析：機(jī)械零件的失效形式多種多樣，斷裂是指零件在載荷作用下發(fā)生破裂；磨損是指零件表面在相對運(yùn)動中產(chǎn)生的物質(zhì)損耗；變形是指零件在載荷作用下發(fā)生形狀和尺寸的改變。2.答案：軸的直徑、輪轂長度解析：平鍵的剖面尺寸（b×h）通常是根據(jù)軸的直徑來選擇，可查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中的標(biāo)準(zhǔn)。鍵的長度L一般是根據(jù)輪轂長度來確定，通常鍵長略短于輪轂長度。3.答案：打滑、疲勞破壞解析：帶傳動的主要失效形式是打滑和疲勞破壞。打滑是指帶在帶輪上發(fā)生相對滑動，導(dǎo)致傳動失效；疲勞破壞是指帶在反復(fù)交變應(yīng)力作用下，發(fā)生疲勞裂紋擴(kuò)展，最終斷裂。4.答案：輪齒折斷、齒面磨損、齒面點(diǎn)蝕、齒面塑性變形解析：齒輪傳動的主要失效形式有輪齒折斷（包括疲勞折斷和過載折斷）、齒面磨損（包括磨粒磨損和膠合磨損）、齒面點(diǎn)蝕（在交變接觸應(yīng)力作用下，齒面產(chǎn)生麻點(diǎn)剝落）、齒面塑性變形（在重載作用下，齒面材料發(fā)生塑性流動）和齒面膠合等。5.答案：內(nèi)圈、外圈、滾動體解析：滾動軸承由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架等四部分組成。內(nèi)圈通常裝在軸頸上，外圈裝在軸承座孔內(nèi)，滾動體在內(nèi)、外圈之間滾動，保持架的作用是隔開滾動體，防止它們相互碰撞和摩擦。6.答案：增強(qiáng)連接的可靠性、緊密性解析：螺栓連接的預(yù)緊力是為了增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性。預(yù)緊力可以使被連接件之間產(chǎn)生摩擦力，防止連接松動；同時，預(yù)緊力還可以使連接緊密，防止介質(zhì)泄漏。7.答案：剛性聯(lián)軸器、彈性聯(lián)軸器解析：聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器兩大類。剛性聯(lián)軸器用于兩軸對中良好、無相對位移的場合；彈性聯(lián)軸器可以補(bǔ)償兩軸的相對位移，同時具有緩沖、減振的作用。8.答案：大徑、螺紋的最大直徑解析：螺紋的公稱直徑是指它的大徑，對于外螺紋，其大徑是指螺紋的最大直徑；對于內(nèi)螺紋，其大徑是指螺紋的最小直徑。9.答案：徑向滑動軸承、推力滑動軸承解析：滑動軸承按其承受載荷的方向可分為徑向滑動軸承和推力滑動軸承。徑向滑動軸承主要承受徑向載荷；推力滑動軸承主要承受軸向載荷。10.答案：多邊形效應(yīng)、動載荷解析：鏈傳動的運(yùn)動特性主要有多邊形效應(yīng)和動載荷。多邊形效應(yīng)是指鏈條繞在鏈輪上形成多邊形，導(dǎo)致鏈速和傳動比的周期性變化；動載荷是由于鏈速的變化、鏈條的慣性力等因素引起的。三、簡答題1.答：-工作原理：帶傳動是利用帶作為中間撓性件，依靠帶與帶輪之間的摩擦力來傳遞運(yùn)動和動力的。當(dāng)主動輪轉(zhuǎn)動時，通過摩擦力帶動帶運(yùn)動，帶又帶動從動輪轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動和動力的傳遞。-特點(diǎn)：-優(yōu)點(diǎn)：-適用于兩軸中心距較大的傳動；-帶具有彈性，可緩沖吸振，傳動平穩(wěn)，噪聲??；-過載時帶會在帶輪上打滑，可防止其他零件損壞，起安全保護(hù)作用；-結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和維護(hù)方便，成本低。-缺點(diǎn)：-傳動效率較低，帶的壽命較短；-傳動比不準(zhǔn)確，存在彈性滑動；-外廓尺寸較大，緊湊性差；-需要張緊裝置，對軸和軸承的作用力較大。2.答：-設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：齒輪傳動的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是在滿足工作要求的前提下，保證齒輪傳動的強(qiáng)度、壽命和可靠性。一般情況下，應(yīng)根據(jù)齒輪的工作條件、失效形式等因素，分別對齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。對于高速重載的齒輪傳動，還需要考慮齒面膠合和齒面磨損等失效形式。-軟齒面齒輪傳動的設(shè)計(jì)方法：軟齒面齒輪（齒面硬度≤350HBS）的主要失效形式是齒面點(diǎn)蝕，通常先按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定齒輪的主要參數(shù)（如模數(shù)、齒數(shù)、分度圓直徑等），然后再按齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行校核。設(shè)計(jì)公式為：$d_1\geq\sqrt[3]{\frac{2K_T1}{\varphi_d}\frac{u\pm1}{u}(\frac{Z_E}{[\sigma_H]})^2}$其中，$d_1$為小齒輪分度圓直徑，$K$為載荷系數(shù)，$T_1$為小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，$\varphi_d$為齒寬系數(shù)，$u$為傳動比，$Z_E$為彈性影響系數(shù)，$[\sigma_H]$為許用接觸應(yīng)力。-硬齒面齒輪傳動的設(shè)計(jì)方法：硬齒面齒輪（齒面硬度＞350HBS）的主要失效形式是輪齒折斷，通常先按齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定齒輪的模數(shù)，然后再按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行校核。設(shè)計(jì)公式為：$m\geq\sqrt[3]{\frac{2K_T1Y_{\varepsilon}Y_{\beta}}{\varphi_dz_1^2}\frac{u\pm1}{u}\frac{Y_FaY_Sa}{[\sigma_F]}}$其中，$m$為模數(shù)，$Y_{\varepsilon}$為重合度系數(shù)，$Y_{\beta}$為螺旋角系數(shù)，$Y_Fa$為齒形系數(shù)，$Y_Sa$為應(yīng)力修正系數(shù)，$[\sigma_F]$為許用彎曲應(yīng)力。3.答：-壽命計(jì)算的目的和適用場合：-目的：滾動軸承的壽命計(jì)算是為了保證軸承在規(guī)定的工作條件下，在預(yù)定的使用壽命內(nèi)正常工作，不發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕。通過壽命計(jì)算，可以確定軸承的型號和尺寸，以滿足工作要求。-適用場合：主要適用于承受交變載荷的滾動軸承，如機(jī)床主軸軸承、汽車發(fā)動機(jī)軸承等。在這些場合中，軸承的疲勞點(diǎn)蝕是主要的失效形式，壽命計(jì)算可以有效地預(yù)測軸承的使用壽命，避免過早失效。-靜強(qiáng)度計(jì)算的目的和適用場合：-目的：滾動軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算是為了保證軸承在承受靜載荷或緩慢擺動載荷時，不發(fā)生塑性變形。通過靜強(qiáng)度計(jì)算，可以防止軸承在過大的靜載荷作用下，滾動體與滾道接觸處產(chǎn)生過大的塑性變形，導(dǎo)致軸承無法正常工作。-適用場合：主要適用于承受較大靜載荷或沖擊載荷的滾動軸承，如起重機(jī)吊鉤軸承、軋鋼機(jī)軸承等。在這些場合中，軸承可能會受到瞬間的巨大載荷作用，靜強(qiáng)度計(jì)算可以確保軸承在這種情況下不發(fā)生塑性變形。四、計(jì)算題1.解：-首先計(jì)算螺栓所受的總拉力$F_0$：已知?dú)堄囝A(yù)緊力$F_1=1.5F$，工作載荷$F=2000N$，則總拉力$F_0=F_1+F=1.5F+F=2.5F=2.5×2000=5000N$。-然后根據(jù)緊螺栓連接的強(qiáng)度條件計(jì)算螺栓的小徑$d_1$：緊螺栓連接的強(qiáng)度條件為$\sigma=\frac{1.3F_0}{\frac{\pi}{4}d_1^2}\leq[\sigma]$，則$d_1\geq\sqrt{\frac{1.3F_0}{\frac{\pi}{4}[\sigma]}}$。將$F_0=5000N$，$[\sigma]=120MP