自考本科機(jī)械工程2025年機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)試卷（含答案）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是（）。A.主動(dòng)件數(shù)等于從動(dòng)件數(shù)B.機(jī)構(gòu)自由度大于1C.機(jī)構(gòu)自由度等于原動(dòng)件數(shù)D.機(jī)構(gòu)自由度等于02.在四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿的長度相等且平行，該機(jī)構(gòu)稱為（）。A.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)B.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)C.雙曲柄機(jī)構(gòu)D.雙搖桿機(jī)構(gòu)3.滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承相比，其主要優(yōu)點(diǎn)之一是（）。A.噪音小B.承載能力大C.旋轉(zhuǎn)精度高D.維護(hù)方便4.用于連接兩個(gè)旋合軸且能傳遞較大扭矩的連接件是（）。A.螺栓連接B.鍵連接C.銷連接D.過盈配合連接5.在機(jī)械設(shè)計(jì)中，通常將工作應(yīng)力低于材料極限應(yīng)力，并留有足夠安全裕度的設(shè)計(jì)原則稱為（）。A.強(qiáng)度設(shè)計(jì)B.剛度設(shè)計(jì)C.剛度與強(qiáng)度均滿足要求D.可靠性設(shè)計(jì)6.對(duì)于承受彎曲載荷的細(xì)長軸，其主要的失效形式是（）。A.疲勞斷裂B.塑性變形C.局部失穩(wěn)（屈曲）D.蠕變7.平鍵連接中，鍵的兩側(cè)面是工作面，其主要承受的載荷是（）。A.拉力B.壓力C.剪力D.扭矩8.選擇滾動(dòng)軸承類型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮的主要因素是（）。A.軸承的極限轉(zhuǎn)速B.軸承的尺寸大小C.軸承的極限載荷D.軸承的旋轉(zhuǎn)精度9.下列材料中，最適合制造承受重載、轉(zhuǎn)速高、要求高耐磨性的軸的是（）。A.Q235-AB.45鋼C.40CrD.20CrMnTi10.對(duì)軸進(jìn)行表面淬火處理的主要目的是為了提高軸的（）。A.疲勞強(qiáng)度B.局部硬度C.剛度D.切削加工性能二、填空題（每題2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式是F=3n-2p-p'，其中n代表______，p代表______，p'代表______。2.帶傳動(dòng)屬于______傳動(dòng)，其主要依靠帶的______來傳遞動(dòng)力。3.滑動(dòng)軸承根據(jù)摩擦狀態(tài)不同，可分為______軸承和動(dòng)壓軸承。4.鍵連接中，平鍵的剖面形狀是______形。5.當(dāng)量應(yīng)力是指考慮應(yīng)力狀態(tài)影響，將實(shí)際應(yīng)力折算為______的應(yīng)力。6.軸上零件的軸向固定，常用______、套筒、螺母和擋圈等方式。7.選擇軸承潤滑劑時(shí)，主要考慮的因素有軸承的工作溫度、轉(zhuǎn)速、載荷大小和______。8.減速器的傳動(dòng)方案通常由______、______和______三部分組成。9.零件的疲勞強(qiáng)度與其應(yīng)力循環(huán)特性______。10.提高軸的剛度的主要途徑是增大軸的______或采用______結(jié)構(gòu)。三、判斷題（每題2分，共20分。請(qǐng)將“正確”或“錯(cuò)誤”填在括號(hào)內(nèi)）1.任何四桿機(jī)構(gòu)中，若存在一個(gè)曲柄，則該機(jī)構(gòu)一定能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。（______）2.潤滑油的主要作用是減少摩擦、降低溫度、清洗磨損和防止腐蝕。（______）3.銷連接主要用于定位，也可傳遞不大的載荷。（______）4.當(dāng)量彎矩是實(shí)際彎矩和扭矩的組合值，用于計(jì)算彎曲應(yīng)力。（______）5.軸的直徑越大，其扭轉(zhuǎn)剛度越高。（______）6.所有滾動(dòng)軸承在安裝后都需要預(yù)緊，以提高其剛度和壽命。（______）7.V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比是恒定的。（______）8.過盈配合是一種無鍵連接方式，裝配后能承受較大的軸向力。（______）9.校核軸的強(qiáng)度時(shí)，通常需要計(jì)算危險(xiǎn)截面上的最大合成應(yīng)力。（______）10.機(jī)構(gòu)自由度大于0的機(jī)構(gòu)就一定能運(yùn)動(dòng)。（______）四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。2.與平鍵連接相比，花鍵連接有哪些優(yōu)點(diǎn)？3.簡述提高滑動(dòng)軸承耐磨性的措施。4.簡述選擇軸材料時(shí)應(yīng)考慮哪些主要因素。五、計(jì)算題（每題10分，共30分）1.圖示為一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，各構(gòu)件長度分別為：l?=100mm,l?=60mm,l?=80mm,l?=100mm。若構(gòu)件?為主動(dòng)件，做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。試判斷該機(jī)構(gòu)屬于哪種類型？并簡述判斷依據(jù)。（注：此處無圖，請(qǐng)根據(jù)一般四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行判斷，如為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，需說明哪個(gè)為曲柄）2.一鋼制軸傳遞功率P=7.5kW，轉(zhuǎn)速n=300r/min，軸上有一鍵槽。若軸的材料許用彎曲應(yīng)力[σ]=160MPa，軸的計(jì)算直徑d需取多大？（假設(shè)鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱系數(shù)為0.9，忽略扭矩影響，僅考慮彎曲強(qiáng)度）3.某軸系部件采用滾動(dòng)軸承支承。已知軸頸d=40mm，轉(zhuǎn)速n=1200r/min，承受徑向載荷F?=3000N，軸向載荷F?=1000N。軸承預(yù)期壽命L?=8000小時(shí)。試選擇合適的深溝球軸承型號(hào)（提示：需根據(jù)載荷類型和大小，參考軸承樣本選擇，此處僅需說明選擇思路和步驟，無需給出具體型號(hào)）。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.D5.A6.C7.C8.C9.C10.A解析：1.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是機(jī)構(gòu)自由度等于原動(dòng)件數(shù)。2.兩連架桿長度相等且平行，根據(jù)格拉肖夫定理判斷，若最短桿與最長桿長度之和小于其余兩桿長度之和，且與機(jī)架形成四桿機(jī)構(gòu)，則為雙曲柄機(jī)構(gòu)。3.滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承相比，主要優(yōu)點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)精度高、噪音小、效率高。4.過盈配合連接能傳遞較大扭矩，且連接牢固可靠。5.工作應(yīng)力低于材料極限應(yīng)力并留有足夠安全裕度的設(shè)計(jì)原則是強(qiáng)度設(shè)計(jì)的基本要求。6.細(xì)長軸受壓時(shí)，容易發(fā)生彈性屈曲（失穩(wěn)），這是其主要失效形式之一。7.平鍵連接依靠鍵的兩側(cè)面與鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞載荷，主要承受剪力。8.選擇滾動(dòng)軸承類型時(shí)，軸承的極限載荷能力是首要考慮因素，它決定了軸承能承受的載荷大小。9.45鋼是中等強(qiáng)度碳素結(jié)構(gòu)鋼，40Cr是合金結(jié)構(gòu)鋼，20CrMnTi是表面淬火用合金結(jié)構(gòu)鋼。對(duì)于承受重載、轉(zhuǎn)速高、要求高耐磨性的軸，40Cr或20CrMnTi等合金鋼更為合適，但題目中選擇45鋼可能考慮其應(yīng)用廣泛性及經(jīng)濟(jì)性，或題目意圖考察常用材料，此處按最常用高強(qiáng)度中碳鋼選擇。10.表面淬火能將軸表面硬度提高，從而顯著提高軸的疲勞強(qiáng)度。二、填空題1.主動(dòng)件數(shù),低副數(shù),高副數(shù)2.依靠摩擦力,傳遞動(dòng)力3.靜壓4.矩形5.對(duì)稱循環(huán)下的疲勞極限6.軸肩7.工作條件（環(huán)境）8.傳動(dòng)裝置,齒輪系,輸出機(jī)構(gòu)9.負(fù)相關(guān)（應(yīng)力循環(huán)特性越接近脈動(dòng)循環(huán)，疲勞強(qiáng)度越高）10.慣性矩,階梯三、判斷題1.錯(cuò)誤2.正確3.正確4.正確5.正確6.錯(cuò)誤（不是所有軸承都需要預(yù)緊，取決于應(yīng)用需求）7.錯(cuò)誤（V帶是摩擦傳動(dòng)，存在彈性滑動(dòng)，傳動(dòng)比不恒定）8.正確9.正確10.錯(cuò)誤（機(jī)構(gòu)自由度大于0只是機(jī)構(gòu)可能運(yùn)動(dòng)的條件，是否能確定運(yùn)動(dòng)還取決于運(yùn)動(dòng)副類型和原動(dòng)件數(shù)是否滿足確定性條件)解析：1.具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是F=原動(dòng)件數(shù)，自由度大于0只是可能運(yùn)動(dòng)。2.潤滑油的主要作用包括減少摩擦、散熱、清潔、防銹等。3.銷連接主要用于定位，也可以傳遞一定的載荷，常用于軸轂連接或零件間連接。4.當(dāng)量彎矩是為了將彎曲應(yīng)力和扭剪應(yīng)力組合，按等效原則計(jì)算一個(gè)能反映兩者綜合效應(yīng)的彎矩。5.軸的扭轉(zhuǎn)剛度與其截面慣性矩成正比，與材料彈性模量成正比，直徑增大，慣性矩增大，剛度提高。6.只有特定應(yīng)用（如需要提高剛度、剛度穩(wěn)定性和疲勞壽命）的軸承才需要預(yù)緊。7.V帶是靠摩擦力傳動(dòng)，帶與輪之間會(huì)因變形產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致實(shí)際傳動(dòng)比略小于理論值。8.過盈配合依靠材料的彈性變形來裝配，裝配后能產(chǎn)生很大的結(jié)合壓力，從而傳遞很大的軸向力和扭矩。9.軸的強(qiáng)度校核通常需要計(jì)算承受最大應(yīng)力或最不利載荷組合的危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力。10.機(jī)構(gòu)自由度大于0，只表示該機(jī)構(gòu)可能存在運(yùn)動(dòng)，但要實(shí)現(xiàn)確定運(yùn)動(dòng)，還必須滿足F=原動(dòng)件數(shù)，且運(yùn)動(dòng)副類型正確。四、簡答題1.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是機(jī)構(gòu)的自由度F等于原動(dòng)件數(shù)W。只有滿足這個(gè)條件，當(dāng)給定原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)后，機(jī)構(gòu)中其他構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)才是完全確定的。2.花鍵連接相比平鍵連接的優(yōu)點(diǎn)有：承載能力高、對(duì)中性好、連接強(qiáng)度高、適用范圍廣（可適用于較長的軸）、可傳遞較大扭矩、磨損后易于修復(fù)等。3.提高滑動(dòng)軸承耐磨性的措施包括：選用合適的軸承材料（如軸承合金、青銅、鋁基合金等），進(jìn)行表面處理（如鍍鉻、磷化、氮化等），保證滑動(dòng)表面有足夠的潤滑（選擇合適的潤滑劑和潤滑方式，保證潤滑良好），控制工作溫度，保持清潔等。4.選擇軸材料時(shí)應(yīng)考慮的主要因素有：載荷大小和性質(zhì)（強(qiáng)度、剛度要求）、工作條件（溫度、介質(zhì)、轉(zhuǎn)速）、耐磨性要求、經(jīng)濟(jì)性（材料價(jià)格、加工工藝性）、是否需要熱處理以及零件的結(jié)構(gòu)形狀等。五、計(jì)算題1.解：根據(jù)各桿長度關(guān)系判斷。構(gòu)件長度分別為l?=100mm,l?=60mm,l?=80mm,l?=100mm。l?+l?=100+80=180mml?+l?=60+100=160mm因?yàn)閘?+l?>l?+l?(180mm>160mm)，且構(gòu)件?、構(gòu)件?為最短桿和最長桿，根據(jù)格拉肖夫定理，此四桿機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)（當(dāng)構(gòu)件?為機(jī)架時(shí)）。判斷依據(jù)是構(gòu)件長度滿足格拉肖夫條件，且機(jī)架連接的是最短桿和最長桿。2.解：計(jì)算軸所需傳遞的扭矩T。T=9550*P/n=9550*7.5kW/300r/min=238.75N·m考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱，軸的計(jì)算直徑d需滿足：Wz=πd3/32≈0.1d3（近似計(jì)算，忽略鍵槽形狀細(xì)節(jié)）d3≥T/(0.9*[σ]*Wz)=T/(0.9*160MPa*0.1d3)d3≥238.75N·m/(0.9*160*10?Pa*0.1d3)d3≥238.75/14.4*10??m3d3≥16.53*10??m3d≥(16.53*10??)^(1/3)m≈0.0253m=25.3mm考慮標(biāo)準(zhǔn)直徑系列，應(yīng)選擇d≥28mm。答：軸的計(jì)算直徑d需取不小于28mm。3.解：選擇軸承需考慮載荷類型和大小。此處徑向載荷F?=3000N，軸向載荷F?=1000N，屬于純徑向載荷（因F?/F?=1/3<e，e為徑向系數(shù)，深溝球軸承e≈0.3），轉(zhuǎn)速n=1200r/min，預(yù)期壽命L?=8000小時(shí)。計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P：對(duì)于深溝球軸承，純徑向載荷時(shí)P=F?=3000N。計(jì)算基本額定動(dòng)載荷C：需要根據(jù)P和L?選擇軸承型號(hào)。查閱軸承樣本，找到在P=3000N下，能提供預(yù)期壽命L?≥8000小時(shí)的深溝球軸承。（此處需參考實(shí)際軸承樣本數(shù)據(jù)，例如查表可知，深溝球軸承6210，C=4