機械設計試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.機械零件的最主要失效形式是（）。A.過量變形B.表面損傷C.斷裂D.功能喪失2.45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，其組織為（）。A.回火馬氏體B.回火索氏體C.回火托氏體D.珠光體3.受軸向載荷的緊螺栓連接中，為防止螺栓因過載而斷裂，應控制的關鍵參數(shù)是（）。A.預緊力B.剩余預緊力C.總拉力D.工作載荷4.平鍵連接中，鍵的主要失效形式是（）。A.鍵的剪切破壞B.鍵的擠壓破壞C.輪轂的擠壓破壞D.軸的剪切破壞5.帶傳動中，彈性滑動的本質(zhì)是（）。A.帶與帶輪間的摩擦力不足B.帶的彈性變形導致的局部滑動C.帶的疲勞磨損D.帶輪直徑不匹配6.標準直齒圓柱齒輪傳動中，齒根彎曲疲勞強度計算的危險截面是通過（）確定的。A.30°切線法B.45°切線法C.齒根圓切線法D.分度圓切線法7.滾動軸承的基本額定壽命是指（）。A.一組軸承中10%的軸承發(fā)生點蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)B.一組軸承中90%的軸承發(fā)生點蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)C.單個軸承發(fā)生點蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)D.單個軸承達到額定載荷時的壽命8.蝸桿傳動中，為了提高傳動效率，最有效的措施是（）。A.增大蝸桿頭數(shù)B.減小蝸桿直徑系數(shù)C.增大模數(shù)D.提高蝸桿轉(zhuǎn)速9.滑動軸承中，采用非液體摩擦潤滑時，限制p值的主要目的是（）。A.防止過度磨損B.防止溫升過高C.防止膠合D.保證油膜形成10.機械系統(tǒng)中，飛輪的主要作用是（）。A.提高系統(tǒng)剛度B.平衡慣性力C.調(diào)節(jié)周期性速度波動D.降低振動二、填空題（每空1分，共20分）1.機械零件的強度分為________強度和________強度，其中________強度是零件設計的主要依據(jù)。2.螺紋連接的防松方法可分為________防松、________防松和________防松三類，其中________防松是最可靠的方法。3.帶傳動的最大有效拉力與________、________和________有關，增大________或________可提高最大有效拉力。4.齒輪傳動的主要失效形式有________、________、________、________和________；閉式硬齒面齒輪傳動的設計準則是先按________強度設計，再校核________強度。5.滾動軸承的基本額定動載荷C是指________；當軸承的當量動載荷P小于C時，軸承的壽命________10?轉(zhuǎn)。6.滑動軸承的潤滑劑分為________、________和________三類，其中________是最常用的潤滑劑。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述螺紋連接預緊的目的及預緊力的控制方法。2.比較帶傳動與鏈傳動的優(yōu)缺點（各列出3點）。3.齒輪傳動中，為什么齒面接觸疲勞強度計算以節(jié)點處的接觸應力為計算依據(jù)？4.滾動軸承組合設計中，為什么需要考慮軸向固定？常用的軸向固定方式有哪些？5.簡述機械設計中“等強度原則”的含義及其在零件設計中的應用實例。四、分析計算題（共20分）某設備需設計一受軸向工作載荷的緊螺栓連接（圖1），已知螺栓材料為45鋼（σs=360MPa，安全系數(shù)S=3），螺栓數(shù)目z=4，接合面間摩擦系數(shù)f=0.15，可靠性系數(shù)Kf=1.2，工作載荷F=8000N。要求：（1）計算螺栓的預緊力F0；（2）計算螺栓的許用應力[σ]；（3）確定螺栓的小徑d1（需列出公式并代入數(shù)據(jù)，σ=4×1.3F0/(πd12)）。（注：圖1為4個螺栓對稱分布，接合面為鋼制平板，螺栓受軸向總拉力FΣ=F0+F/4）五、設計題（共10分）設計一用于電動機（轉(zhuǎn)速n1=1450r/min）與離心機（轉(zhuǎn)速n2=360r/min）之間的V帶傳動。已知電動機功率P=7.5kW，兩班制工作（16h/d），載荷平穩(wěn)。要求：（1）選擇V帶類型；（2）計算小帶輪基準直徑dd1（取標準值）；（3）寫出后續(xù)設計步驟（至少5步）。機械設計試題答案一、單項選擇題1.C2.B3.A4.C5.B6.A7.B8.A9.A10.C二、填空題1.靜；疲勞；疲勞2.摩擦；機械；永久；機械3.初拉力F0；摩擦系數(shù)f；包角α；F0；α4.齒面接觸疲勞磨損（點蝕）；齒根彎曲疲勞折斷；齒面磨損；齒面膠合；塑性變形；彎曲疲勞；接觸疲勞5.軸承在額定壽命（10?轉(zhuǎn)）時能承受的最大載荷；大于6.潤滑油；潤滑脂；固體潤滑劑；潤滑油三、簡答題1.預緊目的：增強連接的可靠性和緊密性，防止受載后接合面分離或發(fā)生相對滑移。預緊力控制方法：①轉(zhuǎn)矩法（通過控制擰緊力矩間接控制預緊力，T≈0.2F0d）；②測量螺栓伸長法（預緊力F0=EAΔL/L，ΔL為螺栓伸長量）；③液壓拉伸法（利用液壓拉伸器直接拉伸螺栓至預定伸長量）。2.帶傳動優(yōu)點：①傳動平穩(wěn)，吸振降噪；②過載時打滑保護；③結構簡單，成本低。缺點：①存在彈性滑動，傳動比不準確；②壽命較短；③壓軸力大，對軸和軸承要求高。鏈傳動優(yōu)點：①無彈性滑動，傳動比準確；②承載能力大；③壽命長。缺點：①傳動不平穩(wěn)，有沖擊噪聲；②安裝精度要求高；③無過載保護。3.節(jié)點處為單對齒嚙合的最低點，此時齒面接觸應力最大。同時，節(jié)點處齒面相對滑動速度小，油膜不易形成，潤滑條件差，易發(fā)生點蝕。因此，以節(jié)點接觸應力作為計算依據(jù)可更準確反映齒面接觸疲勞強度。4.軸向固定目的：防止軸承在軸上或殼體內(nèi)發(fā)生軸向移動，保證軸系的軸向位置精度和傳動穩(wěn)定性。常用方式：①兩端固定（一端用軸肩+軸承蓋，另一端用彈性擋圈+軸承蓋，適用于短軸）；②一端固定、一端游動（固定端用軸肩+軸承蓋，游動端軸承外圈與殼體間留間隙，適用于長軸或溫度變化大的場合）；③兩端游動（用于人字齒輪軸，防止卡死）。5.等強度原則：零件各截面的危險應力相等，避免局部應力過高導致材料浪費或過早失效。應用實例：①齒輪輪輻設計為錐形（輪轂處受力大，截面尺寸大；輪緣處受力小，截面尺寸小）；②彈簧設計為變截面（受載時各圈應力均勻）；③軸的階梯設計（大直徑段承受大扭矩，小直徑段承受小扭矩）。四、分析計算題（1）預緊力F0計算：接合面不滑移條件：z×f×F0≥Kf×F代入數(shù)據(jù)：4×0.15×F0≥1.2×8000→0.6F0≥9600→F0≥16000N（2）許用應力[σ]計算：[σ]=σs/S=360/3=120MPa（3）螺栓小徑d1計算：由強度條件σ=4×1.3F0/(πd12)≤[σ]代入數(shù)據(jù)：4×1.3×16000/(3.14×d12)≤120化簡：83200/(3.14×d12)≤120→d12≥83200/(3.14×120)≈221.4→d1≥14.88mm查標準螺紋小徑表，取d1=15.294mm（對應M16螺栓，小徑d1=13.835mm不滿足，M18螺栓小徑d1=15.294mm滿足）。五、設計題（1）V帶類型選擇：計算設計功率Pd=KAP=1.2×7.5=9kW（兩班制，KA=1.2）。小帶輪轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，查V帶選型圖（Pd-n1圖），Pd=9kW，n1=1450r/min對應A或B型。A帶適用功率范圍（1.3~10kW），B帶（2.0~19kW），選B型（裕度更大，壽命更長）。（2）小帶輪基準直徑dd1：B型帶最小基準直徑dd1min=125mm（查標準），取dd1=140mm（標準值：125,140,160…）。（3）后續(xù)設計步驟：①計算大帶輪基準直徑dd2=dd1×n1/n2=140×1450/360≈563.89mm，取標準值560mm；②計算帶速v=πdd1n1/(60×1000)=3.14×140×1450/(60×1000)≈10.6m/s（在5~25m/s范圍內(nèi)，合適）；③計算中心距a0（初定）：0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)，即0.7×(140+560)=490mm≤a0≤2×700=1400mm，取a0=800mm；④計算基準長度Ld=2a0+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/(4a0)=2×800+3.14×700/2+(560-140)2/(4×800)=1600+1099+4202/3200=2699+176400/3200≈2699+55.125=2754.125mm，查標準Ld=2800mm（B型帶標準長度：2500,2700,2800…）；⑤計算實際中心距a=a0+(Ld-Ld0)/2=800+(2800-2754.125)/2≈800+22.9375=822.9375mm≈823mm；⑥驗算小帶輪包角α1=180°-(dd2-dd1)×57.3°/a=180°-(560-140)×57.3°/823≈180°-420×0.0696≈180°-29.23°=150.77°≥120°（滿足要求）；⑦計算單根V帶的額定功率P0（查B型帶、dd1=140mm、n1=1450r/min時，P0≈2.8kW），功率增量ΔP0（i=dd2/dd1≈4，ΔP0≈0.3kW），包角修正系數(shù)Kα=0.92（α1=150°時Kα≈0.92），長度修正系數(shù)KL=1.05（Ld=2800mm時KL≈1.05）；⑧計算帶的根數(shù)z=Pd/[(P0+ΔP0)KαKL]=9/[(2.8+0.3)×0.92×1.05]≈9/(3.1×0.966)≈9/3.0≈3根（取z=3）；⑨計算初拉力F0=500Pd/(zv)(2/Kα-1)+qv2（q為B型帶單位長度質(zhì)量，q