2025年機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化考試機(jī)械設(shè)計(jì)模擬試卷考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.一對(duì)漸開線直齒圓柱齒輪要能正確嚙合，必須滿足的條件之一是（）。A.模數(shù)相等B.壓力角相等C.齒數(shù)相等D.中心距相等2.在進(jìn)行平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析或力分析時(shí)，通常采用（）。A.圖解法B.解析法C.實(shí)驗(yàn)法D.數(shù)值模擬法3.自鎖現(xiàn)象是指機(jī)構(gòu)在驅(qū)動(dòng)力的作用下（）。A.無法運(yùn)動(dòng)B.無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng)C.無法承受載荷D.無法自鎖4.用于連接兩軸并傳遞扭矩的聯(lián)軸器，當(dāng)兩軸有相對(duì)位移時(shí)，彈性聯(lián)軸器比剛性聯(lián)軸器（）。A.承載能力更高B.傳動(dòng)效率更低C.允許的位移更大D.結(jié)構(gòu)更復(fù)雜5.平鍵連接的主要失效形式是（）。A.鍵的磨損B.鍵的斷裂C.軸的壓潰D.軸的磨損6.滾動(dòng)軸承的基本額定壽命是指一批相同的軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，有（）%的軸承發(fā)生疲勞破壞時(shí)的壽命。A.90B.95C.90%或95%(根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)具體規(guī)定)D.997.通常情況下，與滾動(dòng)軸承相比，滑動(dòng)軸承具有（）的優(yōu)點(diǎn)。A.高速性能好B.噪音低C.維護(hù)成本低D.承載能力大8.設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)軸時(shí)，為了提高軸的強(qiáng)度，通常采用（）。A.增大直徑B.減少直徑C.增加長(zhǎng)度D.改變材料9.在螺栓連接中，用于承受橫向載荷的螺栓是（）。A.普通螺栓B.鉸制孔螺栓C.緊定螺栓D.螺柱10.彈簧在受壓時(shí)，若其長(zhǎng)度縮短，則稱為（）。A.拉伸彈簧B.壓縮彈簧C.扭轉(zhuǎn)彈簧D.橡膠彈簧二、判斷題1.()斜齒圓柱齒輪的齒廓曲線是漸開線。2.()機(jī)構(gòu)自由度越大，其運(yùn)動(dòng)確定性越好。3.()任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)都可以用平面機(jī)構(gòu)來模擬。4.()鍵連接屬于可拆連接。5.()銷連接主要用于定位，也可以傳遞扭矩。6.()深溝球軸承可以承受徑向載荷，也可以承受一定的軸向載荷。7.()軸的強(qiáng)度計(jì)算通常是指計(jì)算軸的危險(xiǎn)截面上的抗彎強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度。8.()螺紋連接的預(yù)緊力越大越好。9.()彈簧的剛度越大，表示其抵抗變形的能力越強(qiáng)。10.()V帶傳動(dòng)屬于摩擦傳動(dòng)，其傳動(dòng)比是恒定的。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述平面四桿機(jī)構(gòu)中存在死點(diǎn)的條件是什么？死點(diǎn)位置有何特點(diǎn)？2.與平鍵連接相比，花鍵連接有哪些優(yōu)點(diǎn)？3.選擇滾動(dòng)軸承類型時(shí)，通常需要考慮哪些主要因素？4.簡(jiǎn)述提高軸強(qiáng)度的常用設(shè)計(jì)措施有哪些？四、計(jì)算題1.一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，已知模數(shù)m=3mm，壓力角α=20°，小齒輪齒數(shù)z1=21，大齒輪齒數(shù)z2=66。試計(jì)算該對(duì)齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比i和中心距a。2.一軸上安裝有一個(gè)斜齒輪，傳遞功率P=4kW，轉(zhuǎn)速n=1450r/min，斜齒輪的螺旋角β=12°，法向模數(shù)mn=2mm，法向壓力角αn=20°。試計(jì)算該斜齒輪所受的圓周力Ft、徑向力Fr和軸向力Fa。（假設(shè)效率η=0.97）3.一軸傳遞扭矩T=800N·m，軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，許用彎曲應(yīng)力[σ]=60MPa，許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力[τ]=35MPa。若采用僅承受扭矩的實(shí)心圓軸，試按強(qiáng)度條件初步計(jì)算軸的直徑d。五、綜合題某軸上需要安裝一對(duì)滾動(dòng)軸承，軸的轉(zhuǎn)速n=1500r/min，承受的徑向載荷Fr=3000N，軸向載荷Fa=1000N，預(yù)期壽命Lh（按額定壽命計(jì)算）要求大于8000小時(shí)。試根據(jù)這些條件，進(jìn)行軸承類型的選擇（至少列出兩種可能的類型并說明理由），并簡(jiǎn)述選擇軸承時(shí)需要考慮的主要參數(shù)（如壽命、類型、精度等級(jí)等）。試卷答案一、選擇題1.A2.B3.B4.C5.C6.C7.B8.A9.B10.B二、判斷題1.√2.√3.×4.√5.√6.√7.√8.×9.√10.×三、簡(jiǎn)答題1.答案：存在死點(diǎn)的條件是：機(jī)構(gòu)中存在至少一個(gè)周轉(zhuǎn)副，且該周轉(zhuǎn)副的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與其相鄰構(gòu)件的預(yù)期驅(qū)動(dòng)方向相反。死點(diǎn)位置的特點(diǎn)是：從動(dòng)件在該位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)力無論多大，都無法使其產(chǎn)生預(yù)期方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。解析思路：判斷是否存在死點(diǎn)，需分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞到從動(dòng)件時(shí)，是否存在輸入構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)力無法有效克服死點(diǎn)位置處的摩擦力（或力矩平衡）的情況。這通常發(fā)生在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力作用于連桿時(shí)。死點(diǎn)的識(shí)別關(guān)鍵在于判斷周轉(zhuǎn)副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)方向與驅(qū)動(dòng)方向是否相反。2.答案：花鍵連接的優(yōu)點(diǎn)有：承載能力高；對(duì)中性好；導(dǎo)向性好；強(qiáng)度高，壽命長(zhǎng)；可制成滑移花鍵，用于實(shí)現(xiàn)軸向移動(dòng)。解析思路：對(duì)比平鍵連接，花鍵連接的齒槽分布在軸上，使軸的強(qiáng)度削弱較小，且齒側(cè)與轂孔壁接觸面積大，承載能力強(qiáng)。同時(shí)，齒槽的存在有利于保證軸和轂的對(duì)中精度。對(duì)于需要軸向移動(dòng)的連接，花鍵可以方便地實(shí)現(xiàn)滑移。3.答案：選擇滾動(dòng)軸承類型時(shí)，通常需要考慮的主要因素有：載荷類型（徑向載荷、軸向載荷或聯(lián)合載荷的大小和方向）；轉(zhuǎn)速高低；安裝空間限制；調(diào)心要求；經(jīng)濟(jì)性；軸的剛性；工作環(huán)境（溫度、潤(rùn)滑、污染等）。解析思路：不同類型的滾動(dòng)軸承（球軸承、滾子軸承；深溝球、角接觸、圓錐滾子等）在承載能力、極限轉(zhuǎn)速、調(diào)心性能、成本等方面各有特點(diǎn)。選擇時(shí)需綜合考慮具體工作條件對(duì)軸承性能的要求。4.答案：提高軸強(qiáng)度的常用設(shè)計(jì)措施有：選擇合適的材料（如采用強(qiáng)度更高、韌性更好的材料）；合理設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)形狀（如采用階梯軸、增大軸肩過渡圓角半徑、開卸載槽等以減小應(yīng)力集中）；進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算（抗彎、抗扭、表面強(qiáng)度等）；提高表面質(zhì)量（如采用表面淬火、噴丸、滾壓等提高表面硬度、殘余壓應(yīng)力）。解析思路：軸的強(qiáng)度主要包括抗彎強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度。設(shè)計(jì)時(shí)需從材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩方面入手。材料是基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)形狀，可以有效提高軸的承載能力和疲勞壽命，特別是要避免或減緩應(yīng)力集中。四、計(jì)算題1.答案：i=z2/z1=66/21=3.14a=(m(z1+z2))/2=(3*(21+66))/2=132mm解析思路：*傳動(dòng)比計(jì)算：根據(jù)定軸輪系傳動(dòng)比公式，i=n1/n2=z2/z1。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得到i。*中心距計(jì)算：標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的中心距a是兩齒輪分度圓半徑之和，即a=r1+r2=m(z1+z2)/2。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得到a。2.答案：Ft=T/(d*η)=(800*1000)/(mn*z1*η)=(800*1000)/(2*21*0.97)=19358N(近似)Fr=Ft*tan(αn)=19358*tan(20°)=19358*0.364=7061NFa=Ft*tan(β)=19358*tan(12°)=19358*0.212=4105N解析思路：*圓周力Ft：根據(jù)扭矩與圓周力的關(guān)系T=Ft*(d/2)，其中d=mn/sin(β)(法向分度圓直徑)。但更常用的計(jì)算公式是T=Ft*(mn*z1)/(2*η)。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得到Ft。*（注：原解析思路中d應(yīng)為mn/z1，但標(biāo)準(zhǔn)公式常直接關(guān)聯(lián)T,mn,z1,η，此處按常見簡(jiǎn)化公式或教材推導(dǎo)公式計(jì)算，需確認(rèn)教材具體表達(dá)，若按T=Ft*(mn*z1)/(2*η)更直接，則Ft=800kW/1450rpm/0.97*(2mm*21齒)/(2*π/60*1450rpm)=19358N）**徑向力Fr：根據(jù)作用在法向平面上的力關(guān)系，F(xiàn)r=Ft*tan(αn)。*軸向力Fa：對(duì)于斜齒輪，軸向力Fa=Ft*tan(β)。3.答案：按抗扭強(qiáng)度計(jì)算：d≥√(16T/(π[τ]))=√(16*800*1000/(π*35))=√(12800000/109.96)=√116.6=10.8mm按抗彎強(qiáng)度計(jì)算：W=πd3/32,M≈T(簡(jiǎn)化估算，不考慮彎矩影響)σ=T*(16/(πd3))=[τ]=>d≥√(16T/(π[τ]))=...(同上)=10.8mm解析思路：*強(qiáng)度條件：軸作為只承受扭矩的軸（或主要承受扭矩），通常按抗扭強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)。強(qiáng)度條件為τ=T*(16/(πd3))≤[τ]。解此不等式得到直徑d的下限。*計(jì)算過程：代入扭矩T=800N·m，許用切應(yīng)力[τ]=35MPa，計(jì)算得到d的估算值。*結(jié)果比較與選擇：由于是初步計(jì)算，且假設(shè)只受扭矩，抗彎強(qiáng)度通常有足夠儲(chǔ)備。因此，主要依據(jù)抗扭強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果，選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)直徑。需注意，實(shí)際設(shè)計(jì)中可能需要考慮鍵槽等引起的應(yīng)力集中，或同時(shí)考慮彎矩影響。五、綜合題答案：軸承類型選擇：方案一：選用角接觸球軸承（如7208C）。理由：角接觸球軸承能同時(shí)承受較大的徑向載荷和軸向載荷，內(nèi)外圈可分離，便于安裝調(diào)整。根據(jù)載荷比e=Fa/Fr=1000/3000=0.33，查手冊(cè)7208C的e值約為0.3，屬于中等載荷比范圍，可選用單列角接觸球軸承。需成對(duì)安裝并正確配置（如成對(duì)背對(duì)背或面對(duì)面）。方案二：選用圓錐滾子軸承（如3210）。理由：圓錐滾子軸承能同時(shí)承受較大的徑向載荷和單向或雙向的軸向載荷，承載能力比同尺寸的球軸承高，但極限轉(zhuǎn)速較低，內(nèi)外圈需成對(duì)使用并預(yù)緊。適用于轉(zhuǎn)速不高、載荷較大的場(chǎng)合。選擇軸承時(shí)需考慮的主要參數(shù)：1.壽命（Lh）：根據(jù)轉(zhuǎn)速、載荷和工作壽命要求，計(jì)算或選擇滿足額定壽命Lh>8000小時(shí)要求的軸承。2.類型：根據(jù)載荷方向（徑向和軸向）、大小、轉(zhuǎn)速、安裝空間、調(diào)心要求等選擇合適的軸承類型（球軸承或滾子軸承，角接觸、圓錐、深溝等）。3.尺寸（內(nèi)徑、外徑、寬度）：滿足安裝空間要求，并選擇與軸和軸承座相匹配的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。4.精度等級(jí)：根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度要求選擇合適的軸承精度等級(jí)。5.極限轉(zhuǎn)速：確保所選軸承的極限轉(zhuǎn)速大于實(shí)際工作轉(zhuǎn)速。6.配置方式：對(duì)于角接觸和圓錐滾子軸承，需要考慮其安裝配置方式（如成對(duì)安裝的配置角）以實(shí)現(xiàn)所需的徑向和軸向剛度和承載能力。7.成本：在滿足性能要求的前提下，考慮經(jīng)濟(jì)性。解析思路：*方案一（角接觸球軸承）：分析載荷類型（徑向和軸向并