機械設計試卷模擬試卷（附答案）一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.機械零件的最基本設計準則是（）。A.強度準則B.剛度準則C.耐磨性準則D.振動穩(wěn)定性準則2.受軸向變載荷的緊螺栓連接中，若保持殘余預緊力不變，提高螺栓疲勞強度的有效措施是（）。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剛度D.同時減小螺栓和被連接件剛度3.平鍵連接中，鍵的截面尺寸（b×h）通常根據(jù)（）選取。A.傳遞的轉矩大小B.軸的直徑C.輪轂的長度D.軸的材料4.普通V帶傳動中，帶的楔角為40°，帶輪的輪槽角（）。A.等于40°B.大于40°C.小于40°D.與帶速有關5.一對標準直齒圓柱齒輪傳動，小齒輪齒面硬度為280HBS，大齒輪齒面硬度為240HBS，其設計準則為（）。A.按接觸疲勞強度設計，校核彎曲疲勞強度B.按彎曲疲勞強度設計，校核接觸疲勞強度C.只需校核接觸疲勞強度D.只需校核彎曲疲勞強度6.滾動軸承的基本額定壽命是指（）。A.一批同型號軸承中10%的軸承發(fā)生點蝕前的總轉數(shù)B.一批同型號軸承中90%的軸承發(fā)生點蝕前的總轉數(shù)C.單個軸承發(fā)生點蝕前的總轉數(shù)D.單個軸承不發(fā)生點蝕的最大轉數(shù)7.滑動軸承中，潤滑油的粘度隨溫度升高而（）。A.增大B.減小C.不變D.先增后減8.聯(lián)軸器與離合器的主要區(qū)別是（）。A.聯(lián)軸器可補償兩軸偏移，離合器不能B.聯(lián)軸器只能在停機時分離，離合器可在運轉時分離C.聯(lián)軸器傳遞轉矩大，離合器傳遞轉矩小D.聯(lián)軸器用于高速軸，離合器用于低速軸9.下列螺紋連接中，需要控制預緊力的是（）。A.凸緣聯(lián)軸器的連接螺栓B.機座與基礎的連接螺栓C.汽缸蓋的連接螺栓D.軸端緊定螺釘10.設計圓柱螺旋壓縮彈簧時，彈簧指數(shù)C（中徑D與鋼絲直徑d的比值）通常?。ǎ?。A.1~3B.4~16C.18~25D.25以上二、填空題（每空1分，共15分）1.機械零件的主要失效形式包括斷裂、表面損傷、變形和__________。2.螺紋連接防松的本質是防止螺紋副的__________。3.平鍵連接的主要失效形式是__________（靜連接）或__________（動連接）。4.V帶傳動中，帶的最大應力發(fā)生在__________處。5.齒輪傳動的主要失效形式有輪齒折斷、齒面磨損、齒面膠合、__________和__________。6.滾動軸承按承受載荷的方向可分為__________軸承、__________軸承和__________軸承。7.滑動軸承的軸瓦常用材料有__________、__________和非金屬材料。8.軸按受載性質可分為心軸、__________和__________。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述螺紋連接預緊的目的及控制預緊力的常用方法。2.比較平鍵連接與楔鍵連接的特點及應用場合。3.說明帶傳動中彈性滑動與打滑的區(qū)別及各自的后果。4.齒輪傳動中，硬齒面（硬度＞350HBS）與軟齒面（硬度≤350HBS）的設計準則有何不同？為什么？5.滾動軸承組合設計中，常用的軸向固定方法有哪些？各適用于什么場合？四、分析計算題（共25分）1.（8分）某受軸向靜載荷的緊螺栓連接，螺栓公稱直徑d=16mm（小徑d1=14.376mm），預緊力F0=8000N，工作載荷F=4000N，殘余預緊力F1=5000N。螺栓材料的許用拉應力[σ]=120MPa，試校核該螺栓的強度。2.（9分）設計一普通V帶傳動，已知電動機功率P=7.5kW，轉速n1=1450r/min，從動輪轉速n2=400r/min，兩班制工作（16h/d），載荷平穩(wěn)。試確定：（1）計算功率Pc；（2）小帶輪基準直徑dd1（取標準值）；（3）驗算小帶輪包角α1（帶長Ld=2000mm，中心距a≈500mm）。3.（8分）一對標準直齒圓柱齒輪傳動，模數(shù)m=4mm，齒數(shù)z1=20，z2=60，小齒輪轉速n1=960r/min，齒寬b1=80mm，b2=75mm，材料均為45鋼（小齒輪調(diào)質，σHlim1=600MPa；大齒輪正火，σHlim2=500MPa），載荷系數(shù)K=1.2，接觸疲勞強度安全系數(shù)SH=1.0。試校核其接觸疲勞強度（接觸疲勞強度公式：σH=ZEZH√(2KT1(u+1)/(bd12u))，其中ZE=189.8√MPa，ZH=2.5，u=z2/z1，d1=mz1）。五、綜合設計題（10分）設計一臺帶式輸送機的傳動裝置，要求：（1）傳動方案包含電動機、V帶傳動、單級圓柱齒輪減速器、聯(lián)軸器；（2）說明各部件的選型依據(jù)（如電動機功率、轉速，V帶型號，齒輪材料及熱處理，軸承類型等）；（3）簡述減速器內(nèi)部軸系部件的設計要點（如軸的材料、軸承組合固定方式、潤滑與密封）。參考答案一、單項選擇題1.A2.B3.B4.C5.A6.B7.B8.B9.C10.B二、填空題1.功能失效2.相對轉動3.壓潰；磨損4.緊邊進入小帶輪5.齒面接觸疲勞（點蝕）；塑性變形6.向心；推力；向心推力7.軸承合金（巴氏合金）；青銅8.傳動軸；轉軸三、簡答題1.預緊目的：增強連接的可靠性、緊密性，防止受載后連接件間出現(xiàn)滑移或分離。控制方法：①使用測力矩扳手或定力矩扳手；②測量螺栓伸長量；③對于重要連接，采用應變片測量。2.平鍵連接：鍵的兩側面為工作面，靠擠壓和剪切傳遞轉矩；對中性好，適用于高精度、高速或受變載的場合。楔鍵連接：鍵的上下面為工作面，靠摩擦力傳遞轉矩；對中性差，會引起軸與輪轂的偏斜，適用于對中性要求不高、低速或固定連接的場合。3.彈性滑動：因帶的彈性變形和拉力差引起的局部滑動，是不可避免的正常現(xiàn)象；后果是導致從動輪轉速低于理論值（滑動率ε≈1%~2%）。打滑：因過載導致帶與帶輪間全面滑動，是失效現(xiàn)象；后果是帶嚴重磨損、傳動失效。4.軟齒面齒輪：先按接觸疲勞強度設計尺寸，再校核彎曲疲勞強度；因齒面較軟，易發(fā)生點蝕，接觸強度是主要限制因素。硬齒面齒輪：先按彎曲疲勞強度設計尺寸，再校核接觸疲勞強度；因齒面硬，彎曲折斷風險大，彎曲強度是主要限制因素。5.常用方法：①兩端固定（兩支點各單向固定）：適用于溫度變化小、軸較短的場合；②一端固定、一端游動：適用于溫度變化大、軸較長的場合；③兩端游動：適用于人字齒輪傳動的高速軸（需另一軸固定）。四、分析計算題1.螺栓所受總拉力F2=F1+F=5000+4000=9000N螺栓應力σ=4F2/(πd12)=4×9000/(3.14×14.3762)≈55.8MPa因σ=55.8MPa＜[σ]=120MPa，故強度足夠。2.（1）查表得工作情況系數(shù)KA=1.2（兩班制、載荷平穩(wěn)），Pc=KA×P=1.2×7.5=9kW（2）小帶輪轉速n1=1450r/min，傳動比i=n1/n2≈3.625，推薦dd1≥dmin（如A型帶dmin=75mm），取dd1=100mm（標準值），則大帶輪dd2=i×dd1≈362.5mm，取355mm（標準值），實際i=355/100=3.55，n2=1450/3.55≈408r/min（允許）。（3）包角α1≈180°-57.3°×(dd2-dd1)/a=180°-57.3°×(355-100)/500≈180°-29.2°=150.8°≥120°，滿足要求。3.小齒輪轉矩T1=9550×103×P/n1（假設P=1kW，題目未明確，此處補充），若P=1kW，則T1=9550×103×1/960≈9948N·mmu=z2/z1=3，d1=mz1=4×20=80mm，b=min(b1,b2)=75mmσH=189.8×2.5×√(2×1.2×9948×(3+1)/(75×802×3))≈474.5×√(95500.8/1440000)≈474.5×0.258≈122.4MPa許用接觸應力[σH]=min(σHlim1/SH,σHlim2/SH)=min(600/1,500/1)=500MPa因σH=122.4MPa＜[σH]=500MPa，接觸疲勞強度足夠。五、綜合設計題（1）傳動方案：電動機→V帶傳動→單級圓柱齒輪減速器→聯(lián)軸器→輸送機滾筒。（2）選型依據(jù)：-電動機：根據(jù)輸送機功率P=FV/1000（假設F=2000N，v=1.5m/s，則P=3kW），取1.2倍儲備系數(shù)，選4kW、1440r/min的Y系列電動機。-V帶：計算功率Pc=KA×P=1.3×4=5.2kW，選A型帶（適用功率范圍1.3~10kW），小帶輪dd1=100mm（標準值），大帶輪dd2=315mm（i=3.15）。-齒輪：低速級傳動比i=總傳動比/帶傳動比（總傳動比≈1440/(v×60/πD)，假設滾筒D=400mm，v=1.5m/s，則n滾筒=1.5×60/(π×0.4)≈71.6r/min，總傳動比≈1440/71.6≈20，帶傳動比≈3，齒輪傳動比≈6.67）。齒輪材料選20CrMnTi（滲碳淬火，硬齒面），小齒輪z1=20，大齒輪z2=134（i≈6.7），模數(shù)m=3mm（按彎曲強度設計）。-軸承：減速器