2024年4月機械設(shè)計階段測試卷考試時間：______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在題后的括號內(nèi)）1.在機械設(shè)計中，通常將工作溫度高于120℃的場合稱為（）。A.低溫環(huán)境B.常溫環(huán)境C.高溫環(huán)境D.特殊環(huán)境2.平鍵連接的主要失效形式是（）。A.鍵的磨損B.鍵的斷裂C.軸的壓潰D.軸的磨損3.與平鍵連接相比，花鍵連接的主要優(yōu)點是（）。A.對中精度高B.對軸的削弱程度小C.制造方便D.承載能力大4.滾動軸承的基本額定壽命是指一批相同的軸承在相同條件下運轉(zhuǎn)時，有（）%的軸承發(fā)生疲勞破壞前的總轉(zhuǎn)數(shù)或運轉(zhuǎn)時間。A.90B.80C.95D.505.在滾動軸承的組合設(shè)計中，為了使軸能承受一定的雙向軸向力，通常采用（）。A.單列向心軸承B.單列圓錐滾子軸承C.深溝球軸承D.圓錐滾子軸承與推力軸承組合6.標準直齒圓柱齒輪傳動的正確嚙合條件是（）。A.m?=m?,α?=α?B.m?≠m?,α?≠α?C.m?=m?,α?≠α?D.m?≠m?,α?=α?7.與直齒圓柱齒輪相比，斜齒圓柱齒輪傳動的主要優(yōu)點是（）。A.承載能力大B.傳動平穩(wěn)C.結(jié)構(gòu)緊湊D.對中要求高8.蝸桿傳動中，通常用（）來衡量其傳動平穩(wěn)性和傳動精度。A.傳動比B.傳動效率C.蝸桿頭數(shù)D.蝸桿分度圓直徑9.在機械設(shè)計中，選擇材料時，通常優(yōu)先考慮的因素是（）。A.成本最低B.強度最高C.工藝性最好D.壽命最長10.對軸進行表面淬火處理的目的是為了提高軸的（）。A.材料強度B.心部韌性C.表面硬度和耐磨性D.抗腐蝕性二、判斷題（每題1分，共10分。請將“√”或“×”填在題后的括號內(nèi)）1.鍵連接是一種可拆連接。（）2.所有軸都必須進行強度計算。（）3.滾動軸承的壽命與其載荷大小成反比。（）4.角接觸球軸承和圓錐滾子軸承可以承受徑向力和軸向力。（）5.直齒圓柱齒輪傳動的中心距a與模數(shù)m成正比。（）6.斜齒圓柱齒輪傳動的軸向力與其螺旋角β有關(guān)，β越大，軸向力越大。（）7.蝸桿傳動的傳動比i等于蝸桿頭數(shù)z?與蝸輪齒數(shù)z?之比。（）8.過盈連接是一種不可拆連接。（）9.在機械設(shè)計中，所有零件都必須進行剛度計算。（）10.疲勞極限是指材料在循環(huán)載荷作用下不發(fā)生斷裂的最大應力。（）三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述平鍵連接的工作原理和類型。2.與滑動軸承相比，滾動軸承有哪些主要優(yōu)點？3.簡述選擇滾動軸承類型時應考慮的主要因素。4.簡述直齒圓柱齒輪傳動的失效形式及其預防措施。四、計算題（每題10分，共30分）1.一軸上安裝有一個平鍵連接的齒輪，傳遞扭矩T=1000N·mm，軸徑d=30mm，鍵的寬度b=8mm，高度h=7mm，鍵長L=40mm。試計算該鍵連接的擠壓應力σp和剪切應力τ。（假設(shè)鍵連接按靜強度設(shè)計）2.有一對標準直齒圓柱齒輪傳動，已知模數(shù)m=2mm，小齒輪齒數(shù)z?=20，大齒輪齒數(shù)z?=40，試計算該傳動的中心距a和傳動比i。（假設(shè)為外嚙合傳動）3.有一級直齒圓柱齒輪減速器，輸入功率P?=5kW，轉(zhuǎn)速n?=960rpm，輸出轉(zhuǎn)速n?=300rpm。若該減速器的效率η=0.9，試計算該減速器的輸出功率P?和總傳動比i。（假設(shè)為單級減速器）五、綜合題（15分）某軸系部件采用單列深溝球軸承支承，軸頸d=40mm，轉(zhuǎn)速n=1200rpm，承受徑向載荷Fr=3000N，軸向載荷Fa=1000N。工作溫度低于100℃，要求軸承預期壽命Lh≥5000小時。試根據(jù)以上條件，選擇合適的深溝球軸承型號，并進行壽命校核。（要求寫出選擇依據(jù)和計算過程，無需查表，可假設(shè)所選軸承的基本額定動載荷Cr和額定壽命Lh與樣本值一致）試卷答案一、選擇題1.C解析：機械設(shè)計通常將工作溫度高于120℃的環(huán)境劃分為高溫環(huán)境。2.B解析：平鍵連接的主要失效形式是工作面（鍵與鍵槽、軸與鍵槽）因過大的擠壓應力導致鍵或軸（通常是較軟的軸）的工作面發(fā)生壓潰破壞。3.A解析：花鍵連接與平鍵連接相比，鍵齒沿軸周分布，能更好地傳遞扭矩，且鍵槽對軸的削弱較小，更重要的是，花鍵連接的對中精度更高。4.C解析：滾動軸承的基本額定壽命是指一批相同的軸承在相同條件下運轉(zhuǎn)時，有90%的軸承發(fā)生疲勞破壞前的總轉(zhuǎn)數(shù)或運轉(zhuǎn)時間。5.D解析：為了使軸能承受雙向軸向力，需要同時限制軸的軸向移動，這通常采用一對方向相反安裝的圓錐滾子軸承，或者一個向心軸承和一個推力軸承組合。6.A解析：標準直齒圓柱齒輪的正確嚙合條件是兩齒輪的模數(shù)m必須相等，且壓力角α必須相等，這樣才能保證齒輪正確嚙合傳動。7.B解析：斜齒圓柱齒輪傳動由于齒面是漸開線螺旋面，嚙合過程是逐漸進入和逐漸退出，因此傳動更平穩(wěn)，噪音更小。8.C解析：蝸桿傳動的平穩(wěn)性與傳動精度主要取決于蝸桿的頭數(shù)和精度等級，頭數(shù)越多，傳動越平穩(wěn)。9.A解析：在選擇材料時，成本通常是首要考慮的因素，但在滿足使用性能的前提下，應優(yōu)先考慮成本最低的方案。10.C解析：對軸進行表面淬火處理，可以使軸的表面硬度增加，從而提高其耐磨性和抵抗疲勞的能力，而心部保持原有的韌性和強度。二、判斷題1.√解析：鍵連接是通過鍵的側(cè)面與鍵槽的配合來傳遞扭矩的，屬于可拆連接。2.×解析：并非所有軸都必須進行強度計算，例如一些傳遞力較小的軸或非承載軸，可能只需要進行剛度計算或結(jié)構(gòu)設(shè)計。3.√解析：根據(jù)滾動軸承的壽命公式，壽命與其載荷的冪次方成反比，通常為指數(shù)關(guān)系，載荷越大，壽命越短。4.√解析：角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)特點使其能夠同時承受徑向力和軸向力。5.×解析：直齒圓柱齒輪傳動的中心距a是由兩齒輪的齒數(shù)和模數(shù)決定的，a=(z?+z?)m/2，中心距與模數(shù)成正比，但與齒數(shù)和成比例。6.√解析：斜齒圓柱齒輪傳動的軸向力Fα與其螺旋角β、法向力Fn有關(guān)，F(xiàn)α=tan(β)Fn，β越大，軸向力越大。7.√解析：蝸桿傳動的傳動比i定義為輸出轉(zhuǎn)速n?與輸入轉(zhuǎn)速n?之比，也等于蝸桿頭數(shù)z?與蝸輪齒數(shù)z?之比，即i=n?/n?=z?/z?。8.√解析：過盈連接是利用零件間的過盈量產(chǎn)生的壓緊力來傳遞載荷和固定零件，屬于不可拆連接。9.×解析：并非所有零件都必須進行剛度計算，剛度計算主要針對那些對變形敏感的零件，如軸、薄壁件等。10.√解析：疲勞極限是指材料在規(guī)定循環(huán)次數(shù)下不發(fā)生疲勞破壞的最大應力，是衡量材料抗疲勞性能的重要指標。三、簡答題1.簡述平鍵連接的工作原理和類型。解析：平鍵連接的工作原理是利用平鍵的側(cè)面與軸上鍵槽和輪轂上鍵槽的配合來傳遞扭矩。平鍵連接的類型主要有普通平鍵（用于靜連接）、導向平鍵（用于動連接，鍵與鍵槽配合，輪轂可沿鍵移動）和滑鍵（用于動連接，鍵固定在輪轂上，可沿軸上的鍵槽移動）。2.與滑動軸承相比，滾動軸承有哪些主要優(yōu)點？解析：滾動軸承與滑動軸承相比，主要優(yōu)點包括：摩擦阻力小，啟動靈敏；徑向尺寸小，承載能力大（特別是動載荷）；潤滑簡便，易于維護；可以承受較大的軸向力（某些類型）；便于互換和裝配。3.簡述選擇滾動軸承類型時應考慮的主要因素。解析：選擇滾動軸承類型時應考慮的主要因素包括：載荷的大小、方向和性質(zhì)（徑向力、軸向力、動載荷、靜載荷）；轉(zhuǎn)速高低；安裝空間限制；調(diào)心要求；經(jīng)濟性；對溫度變化的敏感性；維護條件等。4.簡述直齒圓柱齒輪傳動的失效形式及其預防措施。解析：直齒圓柱齒輪傳動的失效形式主要有兩種：齒面磨損和齒根斷裂。齒面磨損是由于齒面間的相對滑動和嚙合齒面間的磨粒或粘著引起的，預防措施包括：提高齒面硬度、選擇合適的潤滑劑、保持齒輪清潔、設(shè)計合理的齒面形狀等。齒根斷裂是由于齒根彎曲應力超過材料的疲勞極限引起的，預防措施包括：選擇合適的材料、增大齒根圓角半徑、進行齒根強化處理（如滾壓、噴丸）、進行齒根彎曲強度計算等。四、計算題1.一軸上安裝有一個平鍵連接的齒輪，傳遞扭矩T=1000N·mm，軸徑d=30mm，鍵的寬度b=8mm，高度h=7mm，鍵長L=40mm。試計算該鍵連接的擠壓應力σp和剪切應力τ。（假設(shè)鍵連接按靜強度設(shè)計）解析：擠壓應力σp計算公式為：σp=T/(0.5*b*h*L)=1000N·mm/(0.5*8mm*7mm*40mm)=1000/(1120)N/mm2≈0.89N/mm2。剪切應力τ計算公式為：τ=T/(0.5*b*L)=1000N·mm/(0.5*8mm*40mm)=1000/(160)N/mm2=6.25N/mm2。2.有一對標準直齒圓柱齒輪傳動，已知模數(shù)m=2mm，小齒輪齒數(shù)z?=20，大齒輪齒數(shù)z?=40，試計算該傳動的中心距a和傳動比i。（假設(shè)為外嚙合傳動）解析：中心距a計算公式為：a=(z?+z?)*m/2=(20+40)*2mm/2=60mm。傳動比i計算公式為：i=z?/z?=40/20=2。3.有一級直齒圓柱齒輪減速器，輸入功率P?=5kW，轉(zhuǎn)速n?=960rpm，輸出轉(zhuǎn)速n?=300rpm。若該減速器的效率η=0.9，試計算該減速器的輸出功率P?和總傳動比i。（假設(shè)為單級減速器）解析：輸出功率P?計算公式為：P?=P?*η=5kW*0.9=4.5kW。總傳動比i計算公式為：i=n?/n?=960rpm/300rpm=3.2。五、綜合題某軸系部件采用單列深溝球軸承支承，軸頸d=40mm，轉(zhuǎn)速n=1200rpm，承受徑向載荷Fr=3000N，軸向載荷Fa=1000N。工作溫度低于100℃，要求軸承預期壽命Lh≥5000小時。試根據(jù)以上條件，選擇合適的深溝球軸承型號，并進行壽命校核。（要求寫出選擇依據(jù)和計算過程，無需查表，可假設(shè)所選軸承的基本額定動載荷Cr和額定壽命Lh與樣本值一致）解析：首先，根據(jù)軸頸d=40mm，初步選擇尺寸系列為320的深溝球軸承，例如3208。假設(shè)所選軸承的基本額定動載荷Cr=44kN（樣本值）。計算當量動載荷P：P=f?*(Fr+f?*Fa)=1*(3000N+0.4*1000N)=3000N+400N=3400N。計算壽命Lh：Lh=(Cr/P)^(10/3)*60n