機(jī)械設(shè)計(jì)考試題及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.螺紋連接防松的根本目的是（）。A.增加連接剛度B.減少螺紋副的變形C.防止螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)D.提高連接的緊密性2.閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是（）。A.齒面磨損B.齒面膠合C.齒面點(diǎn)蝕D.輪齒折斷3.某機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，軸承需同時(shí)承受較大徑向載荷和單向軸向載荷，應(yīng)優(yōu)先選用（）。A.深溝球軸承B.推力球軸承C.調(diào)心球軸承D.圓錐滾子軸承4.平鍵連接的主要失效形式是（）。A.鍵的剪切破壞B.輪轂的壓潰C.軸的扭轉(zhuǎn)變形D.鍵的彎曲破壞5.帶傳動(dòng)中，當(dāng)中心距不可調(diào)時(shí)，常用的張緊方法是（）。A.安裝張緊輪B.增大初拉力C.減小帶輪直徑D.更換更寬的帶6.機(jī)械中最常用的軸材料是（）。A.Q235B.45鋼C.20CrD.ZG270-5007.滑動(dòng)軸承中，適用于高速、重載且要求摩擦系數(shù)小的軸承材料是（）。A.錫基軸承合金（巴氏合金）B.銅合金C.灰鑄鐵D.工程塑料8.需補(bǔ)償兩軸間較大徑向偏移，但不能緩沖減振的聯(lián)軸器是（）。A.彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器B.凸緣聯(lián)軸器C.齒式聯(lián)軸器D.萬(wàn)向聯(lián)軸器9.鏈傳動(dòng)中，若鏈條垂度過(guò)大，最可能出現(xiàn)的問(wèn)題是（）。A.鏈節(jié)磨損加劇B.跳齒或脫鏈C.噪聲增大D.傳動(dòng)效率降低10.受軸向變載荷的螺栓連接中，為降低螺栓的應(yīng)力幅，應(yīng)（）。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(shí)增大螺栓和被連接件剛度D.同時(shí)減小螺栓和被連接件剛度二、填空題（每空1分，共10分）1.機(jī)械零件的接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算中，應(yīng)力循環(huán)特性r=0表示______循環(huán)。2.普通螺栓連接受橫向載荷時(shí)，螺栓桿主要受______應(yīng)力作用。3.帶傳動(dòng)中，小帶輪包角α的計(jì)算公式為α=180°-（d?-d?）×60°/a（d?、d?為大、小帶輪直徑，a為中心距），單位為_(kāi)_____。4.齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算中，齒形系數(shù)YF主要與齒輪的______有關(guān)。5.滾動(dòng)軸承的基本額定壽命L??是指______%可靠度下的壽命。6.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，軸肩的主要作用是______。7.平鍵連接中，鍵的高度應(yīng)與輪轂鍵槽的深度______（填“相等”或“不等”）。8.滑動(dòng)軸承的最小油膜厚度h?應(yīng)______（填“大于”或“小于”）軸承材料的許用油膜厚度[h?]。9.鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比不恒定，主要是由于______引起的。10.圓柱齒輪傳動(dòng)中，小齒輪的齒寬通常比大齒輪寬______mm，以補(bǔ)償安裝誤差。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述螺紋連接預(yù)緊的目的及控制預(yù)緊力的常用方法。2.帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)與打滑有何區(qū)別？各自的后果是什么？3.閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)與閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有何不同？為什么？4.滾動(dòng)軸承的基本額定動(dòng)載荷C與當(dāng)量動(dòng)載荷P有何區(qū)別？壽命計(jì)算公式L??=（C/P）^ε中，ε的物理意義是什么？5.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿(mǎn)足哪些基本要求？列舉至少4項(xiàng)。四、分析計(jì)算題（每題12分，共36分）1.某氣缸蓋螺栓連接如圖所示（示意圖略），氣缸內(nèi)徑D=200mm，氣體壓力p=1.5MPa，螺栓數(shù)量z=8，接合面間摩擦系數(shù)f=0.15，可靠性系數(shù)Kf=1.2。試計(jì)算單個(gè)螺栓所需的預(yù)緊力F?（要求寫(xiě)出關(guān)鍵公式及計(jì)算步驟）。2.一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），大齒輪材料為45鋼（正火），小齒輪齒數(shù)z?=24，大齒輪齒數(shù)z?=72，模數(shù)m=4mm，齒寬b?=80mm（小齒輪），b?=75mm（大齒輪），傳遞轉(zhuǎn)矩T?=1800N·mm，載荷系數(shù)K=1.3。試校核小齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度（已知：齒形系數(shù)YF1=2.65，應(yīng)力修正系數(shù)YS1=1.59，許用彎曲應(yīng)力[σF1]=320MPa）。3.某機(jī)械裝置中選用6208深溝球軸承（基本額定動(dòng)載荷C=29.5kN），軸承承受的徑向載荷Fr=4kN，軸向載荷Fa=1.2kN，載荷系數(shù)fP=1.2，工作轉(zhuǎn)速n=1450r/min。試計(jì)算該軸承的基本額定壽命L??h（已知：e=0.22，當(dāng)Fa/Fr≤e時(shí)，X=1，Y=0；當(dāng)Fa/Fr>e時(shí)，X=0.56，Y=1.99）。五、設(shè)計(jì)題（14分）設(shè)計(jì)某減速器輸出軸的結(jié)構(gòu)（示意圖略），軸上需安裝：①直齒圓柱齒輪（輪轂寬度80mm，與軸通過(guò)平鍵連接）；②兩個(gè)深溝球軸承（型號(hào)6212，寬度28mm，內(nèi)圈定位）；③半聯(lián)軸器（輪轂寬度60mm，與軸通過(guò)平鍵連接）。要求：（1）畫(huà)出軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（標(biāo)注主要尺寸和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)）；（2）說(shuō)明軸上零件的軸向定位與固定方式；（3）指出至少3項(xiàng)提高軸疲勞強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施。機(jī)械設(shè)計(jì)考試答案一、選擇題1.C2.C3.D4.B5.A6.B7.A8.C9.B10.B二、填空題1.脈動(dòng)2.拉3.度（°）4.齒數(shù)5.906.軸向定位7.相等8.大于9.鏈條的多邊形效應(yīng)10.5-10三、簡(jiǎn)答題1.預(yù)緊目的：防止連接松動(dòng)，保證接合面的緊密性（如密封）；提高螺栓的疲勞強(qiáng)度（通過(guò)增大預(yù)緊力使螺栓受載時(shí)總拉力變化幅度減?。??？刂品椒ǎ孩倥ぞ胤ǎㄍㄟ^(guò)扭矩扳手控制擰緊力矩）；②測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)量（直接測(cè)量預(yù)緊后的伸長(zhǎng)量）；③屈服點(diǎn)法（使螺栓材料接近屈服）。2.區(qū)別：彈性滑動(dòng)是由于帶的彈性變形和拉力差引起的局部微量滑動(dòng)（不可避免）；打滑是過(guò)載時(shí)帶與輪面間全面滑動(dòng)（可避免）。后果：彈性滑動(dòng)導(dǎo)致帶傳動(dòng)比不準(zhǔn)確、效率降低；打滑導(dǎo)致傳動(dòng)失效，帶嚴(yán)重磨損。3.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則差異：閉式軟齒面（硬度≤350HBS）以接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)為主，校核彎曲疲勞強(qiáng)度；閉式硬齒面（硬度>350HBS）以彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)為主，校核接觸疲勞強(qiáng)度。原因：軟齒面齒輪接觸疲勞強(qiáng)度較低，易發(fā)生點(diǎn)蝕；硬齒面齒輪齒芯強(qiáng)度高，但齒根彎曲強(qiáng)度較低，易發(fā)生折斷。4.區(qū)別：基本額定動(dòng)載荷C是軸承在基本額定壽命（10?轉(zhuǎn)）時(shí)能承受的最大載荷（表征軸承承載能力的固有參數(shù)）；當(dāng)量動(dòng)載荷P是將實(shí)際載荷（徑向、軸向）轉(zhuǎn)換為等效的徑向載荷（用于壽命計(jì)算）。ε的意義：壽命指數(shù)，對(duì)球軸承ε=3，滾子軸承ε=10/3，反映載荷對(duì)壽命的影響程度。5.基本要求：①軸上零件的軸向和周向定位可靠；②減少應(yīng)力集中（如過(guò)渡圓角、避免直徑突變）；③滿(mǎn)足加工工藝性（如退刀槽、中心孔）；④便于裝配（如軸端倒角、階梯軸直徑由小到大）；⑤具有足夠的強(qiáng)度和剛度。四、分析計(jì)算題1.解：氣缸內(nèi)總壓力F=πD2p/4=π×2002×1.5/4=47123.9N（保留到整數(shù)）。單個(gè)螺栓的軸向工作載荷F?=F/z=47123.9/8≈5890.5N。接合面不滑移條件：fF?z≥KfF→F?≥KfF/(fz)=1.2×47123.9/(0.15×8)=47123.9N?？紤]螺栓總拉力F?=F?+F?（當(dāng)F?≥KfF/(fz)時(shí)，剩余預(yù)緊力F?=F?-F?≥0），但本題僅需預(yù)緊力F?≥47123.9N（取整為47124N）。2.解：齒寬b=min(b?,b?)=75mm（計(jì)算時(shí)取小齒輪齒寬）。圓周力Ft=2T?/(d?)=2×1800/(mz?)=2×1800/(4×24)=37.5N。彎曲應(yīng)力σF=K×Ft×YF×YS/(b×m)=1.3×37.5×2.65×1.59/(75×4)=1.3×37.5×4.2135/300≈1.3×157.99/300≈0.683MPa。因σF=0.683MPa<<[σF1]=320MPa，故彎曲強(qiáng)度滿(mǎn)足。3.解：Fa/Fr=1.2/4=0.3>e=0.22，故X=0.56，Y=1.99。當(dāng)量動(dòng)載荷P=XFr+YFa=0.56×4+1.99×1.2=2.24+2.388=4.628kN?；绢~定壽命L??=(C/(fP×P))^3×10?/r=(29.5/(1.2×4.628))^3×10?/1450≈(29.5/5.5536)^3×689.66≈(5.312)^3×689.66≈149.8×689.66≈103,300h。五、設(shè)計(jì)題（要點(diǎn)）（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：階梯軸，從左到右依次為：聯(lián)軸器安裝段（直徑d?）→軸肩（定位聯(lián)軸器）→齒輪安裝段（直徑d?>d?）→軸肩（定位齒輪）→軸承安裝段（直徑d?>d?）→軸肩（定位軸承內(nèi)圈）→右端擋圈（固定軸承）。標(biāo)注關(guān)鍵尺寸：d?（聯(lián)軸器孔徑+鍵槽）、d?（齒輪孔徑+鍵槽）、d?（軸承內(nèi)徑）、各段長(zhǎng)度（如聯(lián)軸器段長(zhǎng)60mm，齒輪段長(zhǎng)80mm，軸承段長(zhǎng)28mm）、過(guò)渡圓角r、鍵槽位置等。（2）軸向定位與固定：-聯(lián)軸器：左端軸肩（定位）+右端軸端擋圈（固定）；-齒輪：左端軸肩