2025年專升本機(jī)械工程專業(yè)機(jī)械設(shè)計復(fù)習(xí)試卷（含答案）考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填入括號內(nèi)）1.在機(jī)械設(shè)計中，通常將失效形式分為疲勞失效、斷裂失效、磨損失效、腐蝕失效等。其中，零件在承受循環(huán)應(yīng)力作用下，其應(yīng)力低于材料的極限強(qiáng)度，但經(jīng)過長時間作用發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為（）。A.靜強(qiáng)度破壞B.疲勞斷裂C.蠕變斷裂D.局部塑性變形2.對于重要的、承載大的螺栓連接，通常采用（）的方式，以提高連接的剛度和強(qiáng)度。A.控制螺栓預(yù)緊力B.增加螺栓直徑C.使用高強(qiáng)度螺栓材料D.減少螺栓數(shù)量3.在選擇滾動軸承時，主要考慮的因素不包括（）。A.承載能力（徑向、軸向）B.轉(zhuǎn)速范圍C.安裝空間限制D.軸的剛度4.平鍵連接主要用于傳遞扭矩，其工作面是（）。A.鍵的上下表面B.鍵的左右表面C.鍵的兩側(cè)面D.鍵的頂面和底面5.設(shè)計軸時，為了提高軸的強(qiáng)度，通常采用（）措施。A.增大軸的直徑B.減少軸的長度C.采用空心軸D.以上都是6.對于承受變載荷的軸，其危險截面通常選擇在（）。A.軸徑最大的截面B.軸徑最小的截面C.受力最大的截面D.軸的直徑變化處7.自鎖性是指螺旋副在（）時能夠依靠摩擦力自動維持其位置而不松脫的特性。A.受軸向力B.受扭轉(zhuǎn)載荷C.旋轉(zhuǎn)運動D.受軸向力和扭轉(zhuǎn)載荷共同作用8.在機(jī)械設(shè)計中，選擇材料時，優(yōu)先考慮的因素通常是（）。A.成本最低B.最高的性能指標(biāo)C.使用條件下的性能要求和經(jīng)濟(jì)性D.最輕的重量9.齒輪傳動中，齒面點蝕通常是（）失效形式。A.齒輪齒體斷裂B.齒輪齒面磨損C.齒輪齒面疲勞點蝕D.齒輪齒面膠合10.潤滑油粘度的主要影響因素是（）。A.溫度B.壓力C.潤滑油種類D.A和B二、填空題（每空1分，共15分。請將正確答案填入橫線上）1.機(jī)械設(shè)計的基本原則包括______、______、______、______和標(biāo)準(zhǔn)化。2.螺栓連接的失效形式主要有______、______和______。3.滾動軸承的基本額定壽命是指一批相同的軸承在______下，10%的軸承發(fā)生______前的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時數(shù)。4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足______、______、______和______等要求。5.平帶傳動的傳動比取決于主動輪直徑d?和從動輪直徑d?的______，即i??=d?/d?。6.設(shè)計彈簧時，對于受動載荷的彈簧，除了滿足強(qiáng)度和剛度要求外，還需考慮______和______問題。三、判斷題（每題1分，共10分。請將“正確”或“錯誤”填入括號內(nèi)）1.（）對于靜載荷作用的零件，只需進(jìn)行強(qiáng)度計算即可。2.（）鍵連接屬于可拆卸連接。3.（）所有滾動軸承都能自行調(diào)心。4.（）當(dāng)量彎矩是考慮了扭轉(zhuǎn)剪力影響的等效彎矩。5.（）螺栓擰緊后，螺栓和被連接件都受到預(yù)緊力的作用。6.（）設(shè)計軸時，應(yīng)盡可能采用較大的直徑以增加強(qiáng)度。7.（）平鍵連接能傳遞較大的扭矩，但不能傳遞軸向力。8.（）材料強(qiáng)度越高，其疲勞極限也一定越高。9.（）潤滑的主要目的是減少摩擦和磨損。10.（）密封的主要目的是防止?jié)櫥托孤┖屯饨珉s質(zhì)進(jìn)入。四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述機(jī)械設(shè)計過程的主要階段及其內(nèi)容。2.比較平鍵連接和花鍵連接的優(yōu)缺點。3.簡述選擇滾動軸承類型時應(yīng)考慮的主要因素。4.簡述提高螺栓連接強(qiáng)度的常用措施。五、計算題（每題10分，共30分）1.一軸傳遞功率P=7.5kW，轉(zhuǎn)速n=150r/min，材料的許用彎曲應(yīng)力[σ]=60MPa。若軸按矩形截面梁計算（寬度b=30mm，高度h=60mm），試校核該軸的強(qiáng)度是否足夠。（注：可簡化計算，不考慮圓軸的應(yīng)力集中等因素）2.一螺栓連接兩鋼板，螺栓直徑d=16mm，材料許用應(yīng)力[σ]=180MPa，連接處所需夾緊力F=8000N。試計算螺栓的許用載荷，并判斷是否需要控制預(yù)緊力。（提示：螺栓受拉）3.一對直齒圓柱齒輪傳動，材料為20CrMnTi滲碳淬火，齒面許用接觸應(yīng)力[σ_H]=850MPa，齒根許用彎曲應(yīng)力[σ_F]=350MPa。已知傳遞扭矩T=300N·m，主動輪分度圓直徑d?=100mm，從動輪分度圓直徑d?=200mm，齒數(shù)z?=20，z?=40。試簡述如何進(jìn)行齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度的初步校核（不必計算結(jié)果）。---試卷答案一、選擇題1.B解析：疲勞斷裂是指零件在循環(huán)應(yīng)力作用下，應(yīng)力低于極限強(qiáng)度但經(jīng)長時間作用發(fā)生的斷裂，符合題意。2.A解析：控制螺栓預(yù)緊力可以使螺栓連接在承受工作載荷時保持一定的預(yù)緊力，提高連接剛度和承載能力，防止松動，尤其對于重要連接。3.D解析：選擇滾動軸承主要考慮承載能力、轉(zhuǎn)速、安裝空間、經(jīng)濟(jì)性、壽命等因素，軸的剛度是設(shè)計軸本身需要考慮的問題，不是選擇軸承的直接因素。4.C解析：平鍵連接依靠鍵的兩側(cè)面與鍵槽側(cè)面的貼合來傳遞扭矩。5.D解析：增大軸徑、采用空心軸（在滿足強(qiáng)度和剛度前提下）、減少軸長、合理布置軸承和支承點等都能提高軸的強(qiáng)度。6.D解析：軸的危險截面通常是在軸徑變化處（如鍵槽、銷孔、軸肩過渡處）、載荷集中處或應(yīng)力集中處。7.D解析：自鎖性是指螺旋副在承受軸向力和扭轉(zhuǎn)載荷共同作用時依靠摩擦力自動維持其位置而不松脫。8.C解析：選擇材料時需綜合考慮使用性能（強(qiáng)度、剛度、耐磨性、耐熱性等）、工藝性、經(jīng)濟(jì)性，并非一味追求高性能或低成本。9.C解析：齒面點蝕是齒輪齒面在交變接觸應(yīng)力作用下產(chǎn)生的疲勞現(xiàn)象，是齒輪傳動常見的失效形式。10.D解析：潤滑油的粘度受溫度和壓力的影響，溫度升高粘度降低，壓力增大粘度略有升高。二、填空題1.可靠性、經(jīng)濟(jì)性、實用性、安全性解析：這是機(jī)械設(shè)計中普遍遵循的基本原則。2.螺栓斷裂、螺母松動、連接失效解析：這些是螺栓連接常見的失效形式。3.基準(zhǔn)載荷、基本額定壽命解析：基本額定壽命是在基準(zhǔn)載荷下，10%的軸承發(fā)生失效前的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時數(shù)。4.強(qiáng)度、剛度、耐磨性、工藝性解析：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計需滿足使用性能和制造安裝要求。5.反比解析：平帶傳動比i??=d?/d?，當(dāng)d?>d?時，i??>1；當(dāng)d?<d?時，i??<1。6.阻尼、振動解析：動載荷下彈簧還需考慮沖擊或振動引起的阻尼和振動問題。三、判斷題1.錯誤解析：靜載荷零件除強(qiáng)度外，可能還需考慮剛度、穩(wěn)定性、磨損等問題。2.正確解析：平鍵連接是可拆卸連接，拆裝方便。3.錯誤解析：只有自調(diào)心球軸承才能自行調(diào)心，其他類型軸承不能。4.正確解析：當(dāng)量彎矩是將扭轉(zhuǎn)載荷折算成等效彎矩，考慮了彎曲應(yīng)力和扭剪應(yīng)力的共同作用。5.正確解析：螺栓擰緊后，螺栓受拉力，被連接件受壓緊力。6.錯誤解析：增大軸徑會增加材料消耗和成本，并非總是最優(yōu)選擇，需綜合考慮強(qiáng)度、剛度、重量和成本。7.錯誤解析：平鍵連接主要用于傳遞扭矩，也能傳遞較小的軸向力。8.錯誤解析：材料的強(qiáng)度高并不必然意味著疲勞極限高，疲勞極限還受材料成分、組織、加工工藝等多種因素影響。9.正確解析：減少摩擦和磨損是潤滑最基本也是最重要的作用。10.正確解析：密封的主要功能是防止?jié)櫥托孤┖屯饨缁覊m、水分等雜質(zhì)進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。四、簡答題1.機(jī)械設(shè)計過程通常包括以下主要階段：①需求分析與方案構(gòu)思階段：明確設(shè)計任務(wù)，進(jìn)行市場調(diào)研，分析用戶需求，提出初步的設(shè)計概念和多種可行方案；②方案評估與決策階段：對各種方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、可靠性等方面的比較評估，選擇最優(yōu)方案；③技術(shù)設(shè)計階段：對選定的方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，包括確定主要參數(shù)、繪制詳細(xì)的零件圖和裝配圖、進(jìn)行必要的計算和校核；④樣機(jī)試制與測試階段：制作樣機(jī)，進(jìn)行實驗驗證，發(fā)現(xiàn)并修正設(shè)計中的問題；⑤生產(chǎn)準(zhǔn)備與定型階段：完成設(shè)計定型，準(zhǔn)備生產(chǎn)所需的技術(shù)文件和工藝資料，投入批量生產(chǎn)。2.平鍵連接優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本較低、連接可靠、可傳遞較大扭矩。缺點：鍵槽會削弱軸和輪轂的強(qiáng)度，對中精度不高，不能自鎖?；ㄦI連接優(yōu)點：齒槽與軸成一體或輪轂與軸孔成一體（花鍵軸或花鍵孔），齒形均勻，承載能力強(qiáng)，對中精度高，強(qiáng)度高。缺點：制造復(fù)雜，成本較高。3.選擇滾動軸承類型時應(yīng)考慮：①載荷性質(zhì)和大?。◤较蛄Α⑤S向力）；②轉(zhuǎn)速高低；③安裝空間限制和調(diào)心要求；④經(jīng)濟(jì)性；⑤工作溫度；⑥對軸系剛度和變形的影響；⑦維護(hù)要求（如是否需要潤滑密封）。4.提高螺栓連接強(qiáng)度的常用措施：①采用高強(qiáng)度螺栓材料；②合理選擇螺栓直徑和數(shù)量；③控制螺栓預(yù)緊力，確保連接可靠性；④改善螺栓頭和螺母的支撐條件，減少應(yīng)力集中；⑤采用合理的防松結(jié)構(gòu)；⑥避免在螺栓桿上加工孔或凹槽；⑦保證被連接件表面的平整度。五、計算題1.解：軸傳遞的扭矩T=9550P/n=9550*7.5/150N·mm=482.5N·mm矩形截面軸的截面模量W=(b*h2)/6=(30*602)/6=54000mm3軸的彎曲應(yīng)力σ=T/W=482.5*103/54000=8.95MPa[σ]=60MPa,σ=8.95MPa<[σ]答：該軸的強(qiáng)度足夠。2.解：螺栓直徑d=16mm，假設(shè)螺栓承受的拉力接近所需夾緊力F=8000N（簡化計算）。螺栓材料的許用應(yīng)力[σ]=180MPa，螺栓危險截面面積A=πd2/4≈3.14*(16)2/4=201.06mm2螺栓的許用載荷[F]'=[σ]*A=180*103*201.06≈3.62*10?N=36200N所需夾緊力F=8000N<[F]'=36200N答：螺栓的許用載荷遠(yuǎn)大于所需夾緊力，理論上足夠。但由于簡化假設(shè)，實際設(shè)計中需更精確計算（如考慮預(yù)緊力、摩擦力等），并控制預(yù)緊力。3.解：①齒面接觸強(qiáng)度校核：需計算節(jié)點處的接觸應(yīng)力σ_H，并與材料的許用接觸應(yīng)力[σ_H]=850MPa比較。計算涉及中心距a、模數(shù)m、齒數(shù)z?、z?、螺旋角β（此處假設(shè)為直齒輪，β=0）等參數(shù)，σ_H=σ_H2*ε_α*Z_H*Z_E*U*sqrt(T?/(d?*m2*z?2)*ε_β)，其中T?為從動輪扭矩，U=d?/d?，ε_α、Z_H、Z_E、ε_β為修正系數(shù)。需判斷σ_H≤[σ_H]。②齒根彎