2025年機械設計制造及其自動化專升本重點題型練習（含答案）考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在機械設計中，通常將工作載荷保持不變或變化很小的情況稱為（）。A.沖擊載荷B.循環(huán)載荷C.變載荷D.靜載荷2.對于重要的或尺寸較大的平鍵連接，為了提高鍵的承載能力，常采用（）。A.普通平鍵B.導向平鍵C.半圓鍵D.剛性聯軸器3.在齒輪傳動中，通常用來衡量齒輪承載能力和接觸疲勞強度的指標是（）。A.傳動比B.齒數C.齒輪模數D.齒面接觸應力4.軸承的基本額定壽命是指一批相同型號的軸承在相同條件下運轉，（）。A.90%的軸承發(fā)生疲勞點蝕前的總轉數或總小時數B.50%的軸承發(fā)生疲勞點蝕前的總轉數或總小時數C.10%的軸承發(fā)生疲勞點蝕前的總轉數或總小時數D.所有軸承發(fā)生疲勞點蝕前的總轉數或總小時數5.下列哪種連接方式主要用于傳遞扭矩和軸向力？（）A.銷連接B.螺紋連接C.鍵連接D.過盈配合6.機構自由度是指機構運動時其（）的數目。A.運動副B.獨立運動參量C.零件D.運動約束7.在機械設計中，通常用（）來表示軸的剛度。A.強度B.剛度C.穩(wěn)定性D.效率8.下列哪種加工方法屬于切削加工？（）A.鑄造B.鍛造C.焊接D.車削9.表面粗糙度是指加工表面上具有的（）的微觀幾何形狀特性。A.宏觀幾何誤差B.微觀幾何形狀C.絕對尺寸D.相對位置10.下列哪個選項屬于冷加工工藝？（）A.拉伸B.車削C.鑄造D.熱軋二、填空題（每空1分，共15分）1.一對漸開線直齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是兩齒輪的模數和壓力角必須分別相等。2.軸按承載情況不同可分為轉軸、心軸和傳動軸。3.鍵連接是一種常用的標準連接，主要用于軸和輪轂之間的周向固定和傳遞扭矩。4.常用的滾動軸承潤滑方式有油潤滑和脂潤滑。5.機械原理的研究對象是機構的運動和力。6.在機械設計中，提高零件疲勞強度的常用措施包括提高表面質量、減小應力集中等。7.金屬材料的強度指標通常用屈服極限和強度極限來衡量。8.互換性是指機器或部件在裝配時，不需要選配或修配，就能順利裝配并達到規(guī)定性能要求。9.數控加工是指在數控機床上，按照預先編制好的加工程序自動進行零件加工。10.機械制造工藝過程通常由若干個工序組成。三、判斷題（每題1分，共10分）1.靜載荷是指大小和方向都不隨時間變化的載荷。（）2.鍵連接中，平鍵的工作面是鍵的上下表面。（）3.齒輪傳動的重合度越大，傳動越平穩(wěn)，承載能力越高。（）4.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。（）5.機構具有確定運動的條件是自由度大于零。（）6.軸的剛度是指軸抵抗變形的能力。（）7.焊接是一種連接方法，連接強度較高，但通常屬于不可逆連接。（）8.表面粗糙度值越小，表示零件表面越光滑。（）9.鑄造是一種使熔融金屬在鑄型中冷卻凝固成鑄件的方法，屬于壓力加工。（）10.任何機械都能實現速度變換功能。（）四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述機械設計的基本要求。2.簡述帶傳動與鏈傳動相比的主要優(yōu)缺點。3.簡述提高齒輪耐磨性的措施。4.簡述機械加工工藝規(guī)程的作用。五、計算題（每題10分，共30分）1.一對標準直齒圓柱齒輪，模數m=3mm，齒數z1=20，z2=60。試計算該對齒輪的傳動比i12、中心距a以及分度圓直徑d1和d2。2.一根直徑d=40mm的圓軸，在兩端受徑向載荷Fa=10kN和軸向載荷Fb=8kN的作用。試求軸危險截面上的最大拉應力和最大剪應力。（假設軸為鋼制，材料許用應力可忽略）3.某軸上安裝一個平鍵，鍵的材料為45鋼，鍵的尺寸為b×h×L=14mm×9mm×100mm。軸傳遞的扭矩T=200N·m。試計算鍵連接的擠壓應力σs。（鍵與軸、輪轂的接觸高度h1取h/2）六、分析題（10分）試分析影響軸疲勞強度的主要因素，并提出相應的提高軸疲勞強度的措施。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.D4.A5.C6.B7.B8.D9.B10.A解析思路：1.靜載荷定義：大小和方向不隨時間變化的載荷。A沖載、B循環(huán)載、C變載均隨時間變化。2.半圓鍵適合較大直徑軸且需自動定心。A普通平鍵應用最廣但無定心；B導向平鍵用于動連接；D是連接軸與軸。3.齒面接觸應力是衡量齒輪接觸疲勞壽命的關鍵指標。A傳動比影響速比；B齒數影響傳動比和尺寸；C模數影響尺寸和承載能力。4.基本額定壽命指90%軸承壽命。B是50%；C是10%；D是所有軸承。5.鍵連接主要靠鍵與鍵槽側面擠壓傳遞扭矩。A銷連接用于定位或傳遞軸向力；B螺紋連接用于緊固；D過盈配合主要靠變形力。6.自由度是確定機構位置所需的獨立運動參量數。A運動副是連接形式；C零件是組成單位；D約束是限制運動。7.剛度指抵抗彈性變形能力。A強度是抵抗破壞能力；C穩(wěn)定性是失穩(wěn)臨界能力；D效率是能量損失情況。8.切削加工是用切削刀具切除多余材料。A鑄造、B鍛造、C焊接均為成形工藝。9.表面粗糙度描述微觀幾何形狀誤差。A宏觀幾何誤差指形狀誤差；C絕對尺寸指大??；D相對位置指同零件間位置。10.冷加工變形在常溫下進行。A拉伸是冷塑性變形；B車削為切削加工（熱加工）；C鑄造為熔融成形；D熱軋是熱加工。二、填空題1.漸開線直齒圓柱齒輪正確嚙合條件：模數m和壓力角α必須分別相等。2.軸按承載情況分為：轉軸、心軸和傳動軸。3.鍵連接是常用標準連接，用于軸和輪轂周向固定和傳遞扭矩。4.滾動軸承潤滑方式：油潤滑和脂潤滑。5.機械原理研究對象：機構的運動和力。6.提高零件疲勞強度的措施：提高表面質量、減小應力集中等。7.金屬材料強度指標：屈服極限（σs）和強度極限（σb）。8.互換性定義：機器或部件裝配無需選配或修配，達到規(guī)定性能要求。9.數控加工定義：在數控機床上，按預先編制加工程序自動進行零件加工。10.機械制造工藝過程組成：若干個工序。解析思路：1.根據漸開線齒輪嚙合原理，為使齒廓嚙合正確，兩輪模數和壓力角必須一致。2.軸根據受力可分為承受主要扭矩的轉軸、主要承受彎矩的心軸和同時承受扭矩與彎矩的傳動軸。3.鍵連接依靠鍵側與鍵槽側面的擠壓作用傳遞扭矩，實現周向固定。4.滾動軸承潤滑方式主要有浸油、飛濺、強制循環(huán)油潤滑和潤滑脂潤滑。5.機械原理主要研究機構的運動規(guī)律（運動分析）和力分析（受力分析）。6.疲勞裂紋通常起源于表面或應力集中處，提高表面光潔度和消除或減緩應力集中能顯著提高疲勞強度。7.材料能在彈性變形階段承受的最大應力是屈服極限，能承受的最大應力是強度極限，這兩個極限是衡量強度的主要指標。8.互換性是現代制造業(yè)的基礎，確保零件、部件具有可替換性。9.數控加工是計算機數字控制機床自動完成零件加工的過程。10.工藝過程是指從毛坯到成品的一系列加工操作，工序是工藝過程的基本單元。三、判斷題1.√2.√3.√4.√5.×6.√7.√8.√9.×10.×解析思路：1.靜載荷定義明確，無變化。2.平鍵連接中，鍵的上表面與輪轂鍵槽上表面、下表面與軸鍵槽底面是配合面，工作時靠側面受力。3.重合度表示同時嚙合的齒對數，齒對數多，載荷分布更均勻，傳動平穩(wěn)性提高，承載能力增強。4.深溝球軸承內外圈滾道為球面，能同時承受徑向載荷和雙向軸向載荷，但軸向承載能力相對其他類型軸承較低。5.機構自由度F=3n-2pL。F=0時機構剛性約束，不能運動；F>0時機構可能有多種運動狀態(tài)，需約束確定運動；F<0時機構存在冗余約束。只有F=1或F=0的機構才具有確定運動。6.剛度定義為單位載荷引起的變形量，是衡量抵抗彈性變形能力的物理量。7.焊接通過熔焊形成連接，通常不可拆卸，連接強度取決于焊接質量，工藝相對簡單。8.表面粗糙度Ra值越小，表示輪廓峰谷起伏越小，表面越光滑。9.鑄造是熔融金屬在鑄型中冷卻成形，屬鑄造工藝范疇，不是壓力加工（壓力加工指通過外力使金屬變形）。10.齒輪機構可實現定傳動比傳動，但摩擦傳動（如帶、鏈）可實現變速比傳動，例如無級變速器。四、簡答題1.機械設計的基本要求：*功能實現：滿足預定的使用功能和技術性能指標。*可靠性與壽命：在規(guī)定使用期限內和規(guī)定條件下，保持必要的功能，不發(fā)生失效。*經濟性：設計、制造、使用和維修等全生命周期成本最低。*安全性：保證操作人員和設備的安全。*可實現性與維護性：結構簡單、工藝可行、易于制造、安裝、調試、使用和維修。*美觀性：（根據產品類型）外觀設計符合審美要求。*環(huán)保性：符合環(huán)境保護要求，如節(jié)能、減少污染等。2.帶傳動與鏈傳動相比的主要優(yōu)缺點：*優(yōu)點（帶傳動）：*結構簡單，成本較低。*可靠性高，能緩沖吸振，運行平穩(wěn)。*過載時能自動打滑，起安全保護作用。*可用于中心距較大的傳動。*缺點（帶傳動）：*傳動效率較低（有滑動和摩擦損失）。*速度較高時，帶易疲勞、磨損、壽命較短。*不能保證精確的傳動比。*對軸有較大的壓軸力。*不宜在惡劣環(huán)境下工作。*優(yōu)點（鏈傳動）：*傳動效率較高（較帶傳動）。*承載能力較大，可用于重載傳動。*中心距適應范圍大。*能保持精確的傳動比（齒輪鏈輪）。*對軸的壓軸力較小。*能在惡劣環(huán)境下工作。*缺點（鏈傳動）：*運行不夠平穩(wěn)，有沖擊和噪音。*不能保持絕對精確的傳動比（非齒輪鏈輪）。*磨損后易發(fā)生跳鏈和脫鏈。*高速時噪音較大，壽命相對帶傳動短。3.提高齒輪耐磨性的措施：*選擇合適的材料及熱處理：選用耐磨性好的材料（如合金鋼），并進行適當的熱處理（如調質、滲碳淬火、氮化等）以提高硬度和耐磨性。*提高齒面硬度：通過表面硬化處理（如高頻淬火、滲碳淬火、氮化等）使齒面硬度高于心部，從而提高耐磨性。*改善潤滑條件：使用合適的潤滑劑（油類、脂類），并確保潤滑良好，避免干摩擦或邊界摩擦，形成油膜可以減少磨損。*減小齒面粗糙度值：提高齒面加工精度和光潔度，減少磨粒磨損。*選擇合適的齒面接觸強度計算系數：在設計時考慮磨損因素。*采用跑合工藝：新齒輪裝配后進行跑合，可以分布接觸應力，降低初始接觸粗糙度，提高磨合后的接觸質量和耐磨性。4.機械加工工藝規(guī)程的作用：*指導生產：是工廠進行生產活動的技術依據，規(guī)定了零件加工的順序、方法、參數等。*組織生產：是生產計劃、調度、勞動組織、設備布置、工裝準備等的依據。*保證產品質量：確保零件加工達到圖紙要求的精度和表面質量。*確定生產成本：工藝方案的選擇直接影響材料消耗、工時消耗和設備費用，是成本核算的基礎。*合理利用資源：合理安排工序，提高設備、工裝和人力資源的利用率。*便于技術交流和管理：提供統(tǒng)一的技術文件，便于工人理解操作，便于技術管理和質量檢驗。五、計算題1.解：*傳動比i12=z2/z1=60/20=3*中心距a=(z1+z2)*m/2=(20+60)*3/2=90mm*分度圓直徑d1=z1*m=20*3=60mm*分度圓直徑d2=z2*m=60*3=180mm2.解：*軸危險截面（直徑為d處）上的合成應力比較復雜，但根據題意，可能是指分別計算最大拉應力和最大剪應力。*軸受徑向力Fa=10kN，可分解為作用在軸心處的Fa1=Fa=10kN（產生壓應力）和作用在距離軸心r=d/2處的Fa2=Fa*cos(切線角)，但更簡單的是考慮Fa產生的彎曲應力和壓應力，以及Fb產生的剪切應力。*危險截面在受力點附近。設Fa作用點為A，Fb作用點為B，危險截面可能在A點右側或B點左側。*為簡化，假設危險截面在Fa作用點右側極小距離處（考慮Fa引起的彎曲和剪切）。*彎曲應力σb=M/W，其中M≈Fa*(d/2)，W=πd3/32。M≈10kN*(40mm/2)=200N·mmW=π*(40mm)3/32≈2513mm3σb≈200N·mm/2513mm3≈0.08N/mm2=0.08MPa*壓應力σc=Fa1/A=10kN/(π*(40mm)2/4)≈0.79MPa*剪應力τ=Fv/Q，其中Fv≈Fb=8kN，Q為剪切面面積的一半。假設剪切面為半圓軸。Q=π*(40mm)2/8≈628mm2τ=8kN/628mm2≈0.13N/mm2=0.13MPa*最大拉應力發(fā)生在Fa作用點左側極小距離處（壓應力轉為拉應力），約為σc≈0.79MPa。*最大剪應力發(fā)生在危險截面上，由Fb引起，約為τ≈0.13MPa。*（注：此計算簡化了實際應力合成，實際工程中需考慮更精確的應力分析，如彎扭合成應力）3.解：*鍵連接的擠壓應力發(fā)生在鍵與軸、鍵與輪轂的接觸面上。*鍵傳遞的扭矩T=T=Tr=Tt*cos(φ)，其中Tr為徑向力，Tt為切向力，φ為摩擦角（靜連接cos(φ)≈1）。*Tt=T/cos(φ)≈200N·m/cos(30°)≈230.9N·m*徑向力Tr=T/tan(φ)≈200N·m/tan(30°)≈346.4N·m（此計算不適用，應直接用Tt）*切向力Tt=T/cos(φ)≈200N·m/cos(0°)=200N·m（假設靜連接，φ=0）*鍵承受的切向力F=Tt/(L/2)=200N·m/(100mm/2)=4N*擠壓應力σs=F/A=F/(b*h1)=4N/(14mm*(9mm/2))=4N/63mm2≈0.06N/mm2=0.06MPa*（注：以上計算有誤，Tt應為Fk*Lk，Fk=N/k，k為鍵側有效寬度，Lk為接觸長度。更正如下）*鍵有效傳遞切向力Fk=N/k=Tt/(Lk/2)，其中N為鍵所受總壓力，k=b-1，Lk為鍵與軸槽有效接觸長度，通常取Lk=L-5。*Lk=100mm-5mm=95mm*k=14mm-1mm=13mm*N=Fk*(Lk/2)=Tt*(Lk/2k)=200N·m*(95mm/(2*13mm))≈730.8N*鍵受擠壓應力σs=N/(b*h1)=730.8N/(14mm*(9mm/2))=730.8N/63mm2≈11.6N/mm2=11.6MPa*（注：此計算仍可能簡化，實際應力分布復雜，但此為基于