機(jī)械設(shè)計(jì)模擬試卷答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.機(jī)械零件的最基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是（）。A.強(qiáng)度準(zhǔn)則B.剛度準(zhǔn)則C.耐磨性準(zhǔn)則D.振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則答案：A解析：強(qiáng)度是保證零件不發(fā)生斷裂或塑性變形的基本要求，是所有機(jī)械零件設(shè)計(jì)的首要準(zhǔn)則。2.普通平鍵連接的主要失效形式是（）。A.鍵的剪切破壞B.鍵的擠壓破壞C.輪轂的擠壓破壞D.鍵的彎曲破壞答案：C解析：平鍵連接中，鍵、軸、輪轂三者中輪轂的材料強(qiáng)度通常較低（如鑄鐵），因此主要失效形式是輪轂的擠壓破壞。3.滾動(dòng)軸承的基本額定壽命是指（）。A.一批同型號(hào)軸承中10%發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)B.一批同型號(hào)軸承中90%發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)C.單個(gè)軸承在額定載荷下的壽命D.單個(gè)軸承在實(shí)際載荷下的壽命答案：A解析：基本額定壽命定義為：一批同型號(hào)軸承中90%未發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕時(shí)的壽命（即10%失效時(shí)的壽命），用L??表示。4.齒輪傳動(dòng)中，齒面接觸疲勞強(qiáng)度主要取決于（）。A.模數(shù)B.齒數(shù)C.齒寬D.分度圓直徑答案：D解析：接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式中，接觸應(yīng)力與分度圓直徑的平方根成反比，因此分度圓直徑是主要影響因素。5.螺紋連接防松的根本目的是（）。A.增加螺紋連接的剛度B.防止螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)C.提高螺紋連接的強(qiáng)度D.減小螺紋連接的變形答案：B解析：螺紋連接在沖擊、振動(dòng)等載荷下可能因螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而松脫，防松的核心是阻止這種相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。6.軸的材料常用45鋼，其最終熱處理一般為（）。A.正火B(yǎng).退火C.調(diào)質(zhì)D.表面淬火答案：C解析：45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）后可獲得良好的綜合力學(xué)性能，適合作為軸類零件的材料。7.帶傳動(dòng)中，彈性滑動(dòng)的主要原因是（）。A.帶的預(yù)緊力不足B.帶與帶輪間的摩擦力不夠C.帶的材料不符合要求D.帶的緊邊與松邊拉力差引起的彈性變形差答案：D解析：彈性滑動(dòng)是由于帶的緊邊與松邊拉力不同，導(dǎo)致帶在輪上的彈性變形量不同，從而產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。8.向心球軸承（60000型）主要承受（）。A.徑向載荷B.軸向載荷C.徑向和軸向聯(lián)合載荷D.沖擊載荷答案：A解析：向心球軸承的接觸角為0°，主要用于承受徑向載荷，也可承受較小的軸向載荷。9.圓柱齒輪傳動(dòng)中，當(dāng)齒輪直徑不變而減小模數(shù)、增加齒數(shù)時(shí)，其（）。A.彎曲強(qiáng)度提高，接觸強(qiáng)度不變B.彎曲強(qiáng)度降低，接觸強(qiáng)度不變C.彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度均提高D.彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度均降低答案：B解析：模數(shù)減小會(huì)降低齒根厚度，導(dǎo)致彎曲強(qiáng)度降低；分度圓直徑不變時(shí)，接觸應(yīng)力與模數(shù)無關(guān)，因此接觸強(qiáng)度不變。10.滑動(dòng)軸承的最小油膜厚度與（）有關(guān)。A.軸頸轉(zhuǎn)速B.潤滑油粘度C.軸承間隙D.以上均是答案：D解析：最小油膜厚度h?的計(jì)算公式為h?=ψr(1-ε)，其中ψ為相對(duì)間隙（與軸承間隙相關(guān)），ε為偏心率（與載荷、轉(zhuǎn)速、粘度相關(guān)），因此三者均影響h?。二、填空題（每空1分，共15分）1.機(jī)械設(shè)計(jì)中，零件的失效形式主要包括斷裂、塑性變形、表面損傷（如磨損、點(diǎn)蝕、膠合）和（）。答案：過量變形（或剛度不足）2.普通V帶的截面尺寸由（）確定，其長度基準(zhǔn)是（）。答案：計(jì)算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速；基準(zhǔn)長度（節(jié)線長度）3.螺紋連接的預(yù)緊力是為了（），其大小通常通過（）或（）方法控制。答案：增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性；控制扭矩；測(cè)量螺栓伸長量4.齒輪傳動(dòng)中，齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的危險(xiǎn)截面是用（）法確定的，其強(qiáng)度公式中的齒形系數(shù)Y_F僅與（）有關(guān)。答案：30°切線；齒數(shù)和變位系數(shù)5.滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算公式L??=(C/P)^ε中，C為（），P為（），ε為壽命指數(shù)（球軸承取（），滾子軸承?。ǎ４鸢福夯绢~定動(dòng)載荷；當(dāng)量動(dòng)載荷；3；10/36.軸按承載性質(zhì)可分為（）、（）和（）三類，其中減速器中的低速軸屬于（）。答案：心軸；轉(zhuǎn)軸；傳動(dòng)軸；轉(zhuǎn)軸三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并說明軟齒面與硬齒面齒輪的設(shè)計(jì)區(qū)別。答：齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則需根據(jù)失效形式確定：（1）閉式傳動(dòng)：軟齒面（硬度≤350HBS）主要失效為齒面接觸疲勞點(diǎn)蝕，設(shè)計(jì)時(shí)先按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核彎曲疲勞強(qiáng)度；硬齒面（硬度＞350HBS）主要失效為齒根彎曲疲勞斷裂，設(shè)計(jì)時(shí)先按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核接觸疲勞強(qiáng)度。（2）開式傳動(dòng)：主要失效為齒面磨損和齒根彎曲斷裂，通常按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，并適當(dāng)增大模數(shù)以考慮磨損影響。2.為什么滾動(dòng)軸承需要成對(duì)使用？列舉兩種常用的成對(duì)安裝方式及其特點(diǎn)。答：滾動(dòng)軸承成對(duì)使用的原因：（1）承受雙向軸向載荷；（2）限制軸的雙向軸向位移；（3）提高支撐剛度和旋轉(zhuǎn)精度。常用安裝方式及特點(diǎn)：（1）背對(duì)背安裝（外圈窄邊相對(duì)）：軸承的載荷作用線呈外八字形，跨距大，支撐剛度高，適用于承受較大彎矩的場(chǎng)合；（2）面對(duì)面安裝（外圈寬邊相對(duì)）：載荷作用線呈內(nèi)八字形，跨距小，可減小軸的懸伸長度，適用于軸向載荷較大或軸的熱膨脹需向一端伸長的場(chǎng)合。3.分析帶傳動(dòng)中“彈性滑動(dòng)”與“打滑”的區(qū)別，并說明其對(duì)傳動(dòng)的影響。答：區(qū)別：（1）彈性滑動(dòng)是由于帶的緊邊與松邊拉力差引起的彈性變形差導(dǎo)致的局部滑動(dòng)，是不可避免的正?，F(xiàn)象；（2）打滑是由于過載導(dǎo)致帶與帶輪間的摩擦力不足以傳遞載荷，帶在輪上全面滑動(dòng)，是可以避免的失效現(xiàn)象。影響：（1）彈性滑動(dòng)會(huì)導(dǎo)致帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比不準(zhǔn)確（從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速低于理論值），并增加帶的磨損；（2）打滑會(huì)使傳動(dòng)失效，加劇帶的磨損，嚴(yán)重時(shí)燒毀帶。4.簡述軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則（至少列出4條）。答：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則：（1）滿足強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性要求；（2）便于零件的裝拆和調(diào)整（如設(shè)計(jì)軸肩、倒角、退刀槽等）；（3）保證零件的定位和固定（軸向固定用軸肩、套筒、圓螺母等；周向固定用鍵、花鍵等）；（4）減小應(yīng)力集中（如過渡圓角、避免直徑突變）；（5）考慮加工工藝性（如軸段直徑按階梯分布，同一軸上鍵槽對(duì)齊）。5.比較普通平鍵連接與花鍵連接的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合。答：普通平鍵連接：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、對(duì)中性好；缺點(diǎn)：只能傳遞單向轉(zhuǎn)矩，鍵槽對(duì)軸和輪轂的強(qiáng)度削弱較大；應(yīng)用：載荷不大、對(duì)中性要求較高的場(chǎng)合（如齒輪與軸的連接）。花鍵連接：優(yōu)點(diǎn)：鍵數(shù)多、接觸面積大，承載能力高；鍵槽淺，對(duì)軸和輪轂的強(qiáng)度削弱??；對(duì)中性和導(dǎo)向性好；缺點(diǎn)：制造工藝復(fù)雜、成本高；應(yīng)用：載荷大、對(duì)中性要求高或需軸向滑動(dòng)的場(chǎng)合（如汽車變速箱中的滑動(dòng)齒輪與軸的連接）。四、分析計(jì)算題（共35分）1.（10分）某受軸向工作載荷的緊螺栓連接，螺栓材料為45鋼（σ_s=360MPa），許用安全系數(shù)[S]=3，螺栓直徑d=16mm（小徑d?=14.123mm）。已知預(yù)緊力F?=12kN，工作載荷F=8kN，剩余預(yù)緊力F'=0.6F?。試校核螺栓的強(qiáng)度。解：（1）計(jì)算螺栓的總拉力F?=F'+F=0.6×12+8=15.2kN=15200N；（2）計(jì)算螺栓的應(yīng)力截面積A_c=πd?2/4=π×(14.123)2/4≈156.7mm2；（3）計(jì)算拉應(yīng)力σ=4F?/(πd?2)=4×15200/(π×14.1232)≈97MPa；（4）考慮螺紋扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響，當(dāng)量應(yīng)力σ_v=1.3σ=1.3×97≈126.1MPa；（5）許用應(yīng)力[σ]=σ_s/[S]=360/3=120MPa；（6）比較σ_v=126.1MPa＞[σ]=120MPa，因此螺栓強(qiáng)度不足。2.（15分）某單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器，已知小齒輪齒數(shù)z?=20，大齒輪齒數(shù)z?=60，模數(shù)m=4mm，齒寬b=80mm，小齒輪轉(zhuǎn)速n?=960r/min，傳遞功率P=10kW，齒輪材料為40Cr（小齒輪調(diào)質(zhì)，硬度280HBS；大齒輪正火，硬度220HBS）。試計(jì)算小齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度是否滿足要求（取K=1.3，Y_F1=2.8，Y_S1=1.55，[σ_F1]=180MPa）。解：（1）計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩T?=9550×103×P/n?=9550×103×10/960≈99479N·mm；（2）計(jì)算圓周力F_t=2T?/(d?)=2×99479/(mz?)=2×99479/(4×20)=2486.98N；（3）計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力σ_F=K×F_t×Y_F×Y_S/(b×m)=1.3×2486.98×2.8×1.55/(80×4)；計(jì)算分子部分：1.3×2486.98≈3233.07；3233.07×2.8≈9052.6；9052.6×1.55≈14031.5；分母部分：80×4=320；σ_F=14031.5/320≈43.85MPa；（4）比較σ_F=43.85MPa＜[σ_F1]=180MPa，因此小齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求。3.（10分）某軸用兩個(gè)6208深溝球軸承支撐，已知軸承徑向載荷F_r1=2500N，F(xiàn)_r2=1500N，軸的轉(zhuǎn)速n=1450r/min，載荷系數(shù)f_p=1.2，溫度系數(shù)f_t=1.0。試計(jì)算軸承的壽命（6208軸承的基本額定動(dòng)載荷C=29.5kN，壽命指數(shù)ε=3）。解：（1）深溝球軸承僅承受徑向載荷，當(dāng)量動(dòng)載荷P=f_p×F_r；對(duì)于軸承1：P?=1.2×2500=300