2025年《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》試題及答案一、單項(xiàng)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.耐熱性準(zhǔn)則2.受橫向載荷的普通螺栓連接中，螺栓桿受（）作用。A.剪切與擠壓B.拉伸C.扭轉(zhuǎn)與拉伸D.彎曲3.標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)中，若中心距不變，增大模數(shù)m，減小齒數(shù)z，則（）。A.接觸強(qiáng)度提高，彎曲強(qiáng)度降低B.接觸強(qiáng)度降低，彎曲強(qiáng)度提高C.接觸強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度均提高D.接觸強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度均降低4.滾動(dòng)軸承的基本額定壽命是指（）。A.一批同型號軸承中90%不發(fā)生點(diǎn)蝕的壽命B.單個(gè)軸承不發(fā)生點(diǎn)蝕的最長壽命C.單個(gè)軸承不發(fā)生點(diǎn)蝕的平均壽命D.一批同型號軸承中10%不發(fā)生點(diǎn)蝕的壽命5.V帶傳動(dòng)中，帶的最大應(yīng)力發(fā)生在（）。A.緊邊進(jìn)入小帶輪處B.松邊進(jìn)入小帶輪處C.緊邊進(jìn)入大帶輪處D.松邊進(jìn)入大帶輪處6.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7.圓柱齒輪傳動(dòng)中，輪齒的齒面接觸疲勞強(qiáng)度主要取決于（）。A.模數(shù)B.齒數(shù)C.齒寬D.分度圓直徑8.滑動(dòng)軸承的最小油膜厚度與（）無關(guān)。A.軸頸與軸承的半徑間隙B.軸頸轉(zhuǎn)速C.潤滑油粘度D.軸承材料9.螺紋連接防松的根本目的是（）。A.增加螺紋連接的剛度B.防止螺紋副相對轉(zhuǎn)動(dòng)C.提高螺紋連接的強(qiáng)度D.減少螺紋連接的變形10.蝸桿傳動(dòng)中，若蝸桿頭數(shù)z?=2，蝸輪齒數(shù)z?=60，模數(shù)m=5mm，蝸桿分度圓直徑d?=50mm，則傳動(dòng)比i為（）。A.30B.25C.20D.15二、填空題（每空1分，共15分）1.機(jī)械零件的常見失效形式包括斷裂、表面破壞、變形和（）。2.普通螺栓連接中，被連接件間產(chǎn)生的摩擦力與（）和摩擦系數(shù)有關(guān)。3.齒輪傳動(dòng)中，齒面疲勞點(diǎn)蝕通常首先出現(xiàn)在（）附近。4.滾動(dòng)軸承的基本額定動(dòng)載荷C是指軸承在額定壽命L??=（）轉(zhuǎn)時(shí)能承受的最大載荷。5.V帶傳動(dòng)中，帶的彈性滑動(dòng)是由（）引起的，而打滑是由（）引起的。6.軸按受載性質(zhì)可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和（）。7.平鍵連接中，鍵的截面尺寸（b×h）通常根據(jù)（）從標(biāo)準(zhǔn)中選取。8.滑動(dòng)軸承的偏心率ε=（）與半徑間隙δ的比值。9.螺紋的公稱直徑是指（）直徑。10.圓柱螺旋彈簧的旋繞比C=D/d，其中D為（），d為（）。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.為什么閉式齒輪傳動(dòng)通常以接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)為主，而開式齒輪傳動(dòng)以彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)為主？3.滾動(dòng)軸承組合設(shè)計(jì)中，常用的軸向固定方法有哪幾種？各適用于什么場合？4.帶傳動(dòng)中，為什么小帶輪的包角α?應(yīng)不小于120°？若不滿足應(yīng)采取什么措施？5.簡述軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求。四、分析計(jì)算題（共35分）1.（12分）某受軸向工作載荷的螺栓連接，已知螺栓的預(yù)緊力F?=8000N，工作載荷F=5000N，螺栓的相對剛度K_c=0.25，被連接件的相對剛度K_b=0.75。試求：（1）螺栓所受的總拉力F?；（2）被連接件間的殘余預(yù)緊力F?；（3）若螺栓材料的許用拉應(yīng)力[σ]=120MPa，試計(jì)算螺栓的小徑d?（螺栓的拉應(yīng)力公式：σ=4F?/(πd?2)）。2.（13分）一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，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，b?=75mm，小齒輪轉(zhuǎn)速n?=1450r/min，傳遞的轉(zhuǎn)矩T?=200N·m，齒輪材料均為45鋼，表面淬火，硬度HRC50~55。試校核小齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度（彎曲疲勞許用應(yīng)力[σ_F1]=320MPa，彎曲疲勞強(qiáng)度系數(shù)Y_F1=2.8，應(yīng)力修正系數(shù)Y_S1=1.55）。3.（10分）某機(jī)械裝置中選用6208深溝球軸承，已知軸承的徑向載荷F_r=4000N，軸向載荷F_a=1200N，轉(zhuǎn)速n=1000r/min，載荷系數(shù)f_p=1.2，溫度系數(shù)f_t=1.0。試計(jì)算該軸承的基本額定壽命L_h（6208軸承的基本額定動(dòng)載荷C_r=29.5kN，e=0.22，當(dāng)F_a/F_r≤e時(shí)，X=1，Y=0；當(dāng)F_a/F_r>e時(shí)，X=0.56，Y=1.99）。五、綜合設(shè)計(jì)題（共20分）設(shè)計(jì)一臺(tái)帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)裝置，已知條件如下：-輸送機(jī)卷筒直徑D=400mm，輸送速度v=1.2m/s；-工作機(jī)效率η_w=0.96，載荷平穩(wěn)，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，每天工作8小時(shí)，預(yù)期壽命5年（每年300天）；-原動(dòng)機(jī)為Y132S-4型電動(dòng)機(jī)（額定功率P=5.5kW，同步轉(zhuǎn)速n=1500r/min，滿載轉(zhuǎn)速n_m=1440r/min）。要求：（1）確定傳動(dòng)方案（推薦采用帶傳動(dòng)+齒輪傳動(dòng)的兩級減速）；（2）計(jì)算傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及各級傳動(dòng)比分配；（3）簡述齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟（需包括材料選擇、參數(shù)確定、強(qiáng)度校核等關(guān)鍵環(huán)節(jié)）。答案一、單項(xiàng)選擇題1.A2.B3.C4.A5.A6.B7.D8.D9.B10.A二、填空題1.功能失效2.預(yù)緊力3.節(jié)線4.10?5.帶的彈性變形差；過載6.傳動(dòng)軸7.軸的直徑8.偏心距e9.大徑10.彈簧中徑；彈簧絲直徑三、簡答題1.預(yù)緊目的：增強(qiáng)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?？刂品椒ǎ孩贉y力矩扳手或定力矩扳手；②測量螺栓伸長量；③液壓拉伸器。2.閉式傳動(dòng)潤滑良好，齒面不易磨損，主要失效形式為點(diǎn)蝕，故以接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)為主；開式傳動(dòng)潤滑不良，齒面易磨損，磨損會(huì)加劇齒根彎曲應(yīng)力，主要失效形式為彎曲疲勞折斷，故以彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)為主。3.常用方法：①兩端固定（兩端單向固定），適用于溫度變化小、跨距不大的短軸；②一端固定、一端游動(dòng)，適用于溫度變化大、跨距較大的長軸；③兩端游動(dòng)，適用于多支點(diǎn)軸或要求補(bǔ)償軸向位移的場合。4.包角越小，帶與帶輪的接觸弧越短，摩擦力總和越小，易打滑。若α?<120°，可采取措施：①增大中心距；②減小傳動(dòng)比；③加張緊輪。5.基本要求：①滿足強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性；②軸上零件定位準(zhǔn)確、固定可靠；③便于加工制造和裝配；④減少應(yīng)力集中；⑤節(jié)省材料、減輕重量。四、分析計(jì)算題1.（1）總拉力F?=F?+K_c·F=8000+0.25×5000=9250N（2）殘余預(yù)緊力F?=F?-K_b·F=8000-0.75×5000=4250N（3）由σ=4F?/(πd?2)≤[σ]，得d?≥√(4F?/(π[σ]))=√(4×9250/(3.14×120))≈9.9mm2.齒寬b取b=75mm（大齒輪齒寬較小），圓周力F_t=2T?/(d?)=2×200000/(mz?)=2×200000/(4×20)=5000N彎曲應(yīng)力σ_F=F_t·Y_F1·Y_S1/(b·m)=5000×2.8×1.55/(75×4)=(5000×4.34)/300≈72.3MPa因σ_F=72.3MPa<[σ_F1]=320MPa，故彎曲強(qiáng)度滿足。3.F_a/F_r=1200/4000=0.3>e=0.22，故X=0.56，Y=1.99當(dāng)量動(dòng)載荷P=f_p(XF_r+YF_a)=1.2×(0.56×4000+1.99×1200)=1.2×(2240+2388)=1.2×4628≈5553.6N基本額定壽命L??=(C_r/P)^ε×10?/(60n)，深溝球軸承ε=3，故L_h=(29500/5553.6)3×10?/(60×1000)≈(5.31)3×10?/60000≈149.8×16.67≈2497h五、綜合設(shè)計(jì)題（1）傳動(dòng)方案：電動(dòng)機(jī)→V帶傳動(dòng)→圓柱齒輪減速器→輸送機(jī)卷筒。（2）總傳動(dòng)比i總=n_m/n_w，卷筒轉(zhuǎn)速n_w=60v/(πD)=60×1.2/(3.14×0.4)≈57.3r/min，故i總=1440/57.3≈25.1。分配原則：帶傳動(dòng)比i?=2~4，齒輪傳動(dòng)比i?=i總/i?≈6~12，取i?=3，則i?≈8.37。（3）齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)步驟：①材料選擇：小齒輪40Cr（調(diào)質(zhì)，280HBS），大齒輪45鋼（正火，220HBS）；②初步確定參數(shù)：齒數(shù)z?=24，z?=z?·i?≈24×8.37≈201（取200），模數(shù)m=3mm（預(yù)估值）；③計(jì)算分度圓直徑d?=mz?=72mm，d?=600mm，中心距a=m(z?+z?)/2=3×224/2=33