機械設(shè)計模擬試題（附答案）一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.受橫向載荷的普通螺栓連接中，螺栓桿承受的主要載荷是（）。A.剪切與擠壓B.拉伸C.扭轉(zhuǎn)與拉伸D.彎曲與剪切2.標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動中，若中心距不變，增大模數(shù)m，則（）。A.齒數(shù)z減少，彎曲強度提高B.齒數(shù)z增加，接觸強度提高C.齒數(shù)z減少，接觸強度降低D.齒數(shù)z增加，彎曲強度降低3.滾動軸承的基本額定壽命是指同一批軸承中（）的軸承能達(dá)到的壽命。A.90%B.95%C.99%D.100%4.軸的材料通常優(yōu)先選用（）。A.20鋼B.45鋼C.Q235D.鑄鋼5.平鍵連接的主要失效形式是（）。A.鍵的剪切破壞B.輪轂的擠壓破壞C.鍵的彎曲破壞D.軸的剪切破壞6.蝸桿傳動中，若蝸桿頭數(shù)z?=2，蝸輪齒數(shù)z?=40，模數(shù)m=5mm，蝸桿分度圓直徑d?=50mm，則傳動比i為（）。A.20B.25C.40D.507.下列滾動軸承中，能同時承受徑向載荷和較大軸向載荷的是（）。A.深溝球軸承B.角接觸球軸承C.圓柱滾子軸承D.調(diào)心球軸承8.齒輪傳動中，齒面疲勞點蝕的主要原因是（）。A.齒面接觸應(yīng)力循環(huán)變化B.齒面摩擦力過大C.齒面材料硬度不足D.潤滑不良9.對于受軸向變載荷的緊螺栓連接，提高其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10.V帶傳動中，帶的最大應(yīng)力發(fā)生在（）。A.松邊進入小帶輪處B.緊邊進入大帶輪處C.緊邊進入小帶輪處D.松邊進入大帶輪處二、填空題（每空1分，共20分）1.機械設(shè)計的基本要求包括功能要求、______、______、經(jīng)濟性要求和環(huán)保要求。2.螺紋連接的防松方法可分為______防松、______防松和______防松三類。3.齒輪傳動的主要失效形式有齒面疲勞點蝕、______、______、齒面膠合和齒面塑性變形。4.滾動軸承的基本額定動載荷C是指軸承在額定壽命L??=______轉(zhuǎn)時，所能承受的最大載荷。5.軸按承載性質(zhì)可分為心軸、______和______；按軸線形狀可分為直軸、______和曲軸。6.平鍵的截面尺寸（b×h）通常根據(jù)______從標(biāo)準(zhǔn)中選取，鍵的長度L應(yīng)略短于輪轂的長度，且需滿足______的要求。7.帶傳動的主要失效形式是______和______；設(shè)計時應(yīng)保證帶不發(fā)生______且具有足夠的______。8.蝸桿傳動的熱平衡計算目的是防止______，導(dǎo)致潤滑失效和齒面膠合，通常通過______或______來降低溫度。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述螺紋連接預(yù)緊的目的及預(yù)緊力的控制方法。2.齒輪傳動設(shè)計中，軟齒面（≤350HBS）與硬齒面（＞350HBS）的設(shè)計準(zhǔn)則有何不同？3.滾動軸承組合設(shè)計時，為什么需要考慮軸向固定？常用的軸向固定方式有哪些？4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足哪些基本要求？請列舉至少4項。5.V帶傳動中，為什么小帶輪的包角α?不宜過??？如何增大α?？四、分析計算題（共25分）1.（10分）某受軸向工作載荷的緊螺栓連接，螺栓數(shù)量z=4，螺栓材料的許用拉應(yīng)力[σ]=120MPa，螺栓小徑d?=13.835mm。已知被連接件接合面間的摩擦系數(shù)f=0.15，可靠性系數(shù)Kf=1.2，工作載荷F=8000N。試校核該螺栓連接的強度（螺栓所受總拉力F?=F+F'，其中剩余預(yù)緊力F'=0.6F）。2.（15分）一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，小齒輪z?=20，大齒輪z?=60，模數(shù)m=4mm，齒寬b?=80mm，b?=75mm，小齒輪轉(zhuǎn)速n?=1450r/min，傳遞功率P=10kW，齒輪材料為45鋼（小齒輪調(diào)質(zhì)，σ_Hlim1=600MPa；大齒輪正火，σ_Hlim2=500MPa），應(yīng)力循環(huán)系數(shù)K_HN1=1.0，K_HN2=1.1，安全系數(shù)S_H=1.1。試計算該齒輪傳動的接觸疲勞強度是否滿足要求（接觸疲勞強度校核公式：σ_H=Z_HZ_E√(2KT?(u+1)/(bd?2u))≤[σ]_H，其中Z_H=2.5，Z_E=189.8MPa^0.5，u=z?/z?，T?=9.55×10^6P/n?）。五、設(shè)計題（15分）設(shè)計一根用于安裝齒輪和滾動軸承的轉(zhuǎn)軸（示意圖如下），要求：（1）標(biāo)注軸上主要零件的定位與固定方式（齒輪、軸承、軸端零件）；（2）考慮軸的加工工藝性（如倒角、圓角、鍵槽布置）；（3）說明軸承組合的軸向固定方式（如兩端固定或一端固定一端游動）。參考答案一、單項選擇題1.B2.A3.A4.B5.B6.A7.B8.A9.B10.C二、填空題1.可靠性要求；安全性要求2.摩擦；機械；永久3.齒根彎曲疲勞折斷；齒面磨損4.10^65.轉(zhuǎn)軸；傳動軸；曲軸6.軸徑d；強度7.打滑；疲勞破壞；打滑；疲勞壽命8.油溫過高；加散熱片；安裝風(fēng)扇三、簡答題1.預(yù)緊目的：增強連接的剛性、緊密性和防松能力，防止受載后接合面分離或相對滑移。控制方法：①測力矩扳手或定力矩扳手控制預(yù)緊力；②測量螺栓伸長量；③液壓拉伸器。2.軟齒面齒輪：先按接觸疲勞強度設(shè)計尺寸，再校核彎曲疲勞強度（因接觸疲勞是主要失效形式）；硬齒面齒輪：先按彎曲疲勞強度設(shè)計尺寸，再校核接觸疲勞強度（因硬齒面齒面硬度高，彎曲疲勞更易發(fā)生）。3.軸向固定目的：防止軸承在軸或軸承座內(nèi)軸向移動，保證齒輪等傳動件的正確嚙合位置。常用方式：①兩端固定（適用于溫度變化小、跨距短的軸）；②一端固定一端游動（適用于溫度變化大、跨距長的軸）。4.基本要求：①軸上零件的準(zhǔn)確定位與固定；②良好的加工工藝性（如減少階梯、統(tǒng)一圓角半徑）；③足夠的強度和剛度；④減小應(yīng)力集中（如鍵槽布置在同一母線上）；⑤便于安裝與拆卸。5.包角α?過小會降低帶與帶輪的接觸面積，減小摩擦力，易導(dǎo)致打滑。增大α?的方法：①增大中心距；②減小大、小帶輪直徑差；③加張緊輪（置于松邊內(nèi)側(cè)靠近大帶輪處）。四、分析計算題1.解：總拉力F?=F+F'=8000+0.6×8000=12800N（單個螺栓）螺栓應(yīng)力σ=4F?/(πd?2)=4×12800/(3.14×13.8352)≈85.2MPa因[σ]=120MPa，σ=85.2MPa≤[σ]，故強度滿足。2.解：（1）計算u=z?/z?=60/20=3；d?=mz?=4×20=80mm；b=b?=75mm（取較小齒寬）（2）計算T?=9.55×10^6×10/1450≈65862N·mm（3）計算接觸應(yīng)力σ_H=2.5×189.8×√(2×1×65862×(3+1)/(75×802×3))≈2.5×189.8×√(5269008/(75×6400×3))≈2.5×189.8×√(5269008/1440000)≈2.5×189.8×√3.66≈2.5×189.8×1.91≈907MPa（4）計算許用接觸應(yīng)力[σ]_H：[σ]_H1=σ_Hlim1×K_HN1/S_H=600×1.0/1.1≈545.5MPa[σ]_H2=σ_Hlim2×K_HN2/S_H=500×1.1/1.1=500MPa取[σ]_H=500MPa（因大齒輪許用應(yīng)力更低）（5）比較：σ_H=907MPa＞[σ]_H=500MPa，接觸疲勞強度不滿足。五、設(shè)計題（示例）（1）定位與固定：-齒輪：軸向通過軸肩（左）和套筒（右）定位，周向通過平鍵連接；-滾動軸承（深溝球軸承）：左軸承內(nèi)圈通過軸肩定位、右端通過軸用彈性擋圈固定；右軸承內(nèi)圈通過套筒（與齒輪共享）定位、右端通過軸端擋圈固定；軸承外圈