2025工學(xué)專升本機(jī)械設(shè)計專項訓(xùn)練試卷（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在題后的括號內(nèi)）1.在機(jī)械設(shè)計中，通常將零件可能發(fā)生的失效形式分為（）。A.疲勞失效和斷裂失效B.強(qiáng)度失效、剛度失效和穩(wěn)定性失效C.蠕變失效和磨損失效D.點(diǎn)蝕失效和膠合失效2.對于承受交變載荷的零件，其主要失效形式是（）。A.靜強(qiáng)度破壞B.疲勞破壞C.塑性變形D.磨損破壞3.在進(jìn)行機(jī)械零件強(qiáng)度計算時，按極限應(yīng)力進(jìn)行設(shè)計的方法稱為（）。A.安全系數(shù)法B.許用應(yīng)力法C.留有裕度法D.極限狀態(tài)法4.平面四桿機(jī)構(gòu)中，若最短桿與最長桿長度之和小于其他兩桿長度之和，則該機(jī)構(gòu)一定能獲得（）。A.一個周轉(zhuǎn)副B.兩個周轉(zhuǎn)副C.鄰接副D.一個滑動副5.在齒輪傳動中，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，分度圓上的模數(shù)m和壓力角α有標(biāo)準(zhǔn)系列值，這是為了（）。A.便于設(shè)計B.便于制造和測量C.提高傳動效率D.減小齒面磨損6.一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪要能正確嚙合，必須滿足的條件之一是（）。A.兩個齒輪的齒數(shù)必須相等B.兩個齒輪的模數(shù)必須相等C.兩個齒輪的壓力角必須不相等D.兩個齒輪的齒寬必須相等7.與帶傳動相比，鏈傳動的主要優(yōu)點(diǎn)是（）。A.傳動平穩(wěn)，無沖擊振動B.效率較高C.能適用于較大的中心距D.對軸的支承反力較小8.軸按照承載情況分類，主要承受扭矩而不承受彎矩的軸稱為（）。A.心軸B.轉(zhuǎn)軸C.曲軸D.轉(zhuǎn)曲軸9.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(yùn)轉(zhuǎn)，有（）%的軸承發(fā)生疲勞破壞前的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時數(shù)。A.90B.95C.80D.5010.通常情況下，螺釘聯(lián)接主要用于（）。A.承受靜載荷的緊密聯(lián)接B.承受動載荷的聯(lián)接C.需要經(jīng)常拆卸的聯(lián)接D.需要傳遞較大扭矩的聯(lián)接二、判斷題（每題1分，共10分。請將正確的劃“√”，錯誤的劃“×”）1.()許用應(yīng)力是材料所能承受的最大應(yīng)力。2.()斜齒輪傳動的中心距可以通過改變分度圓直徑來調(diào)整，而保持模數(shù)和壓力角不變。3.()蝸桿傳動的傳動比i=z?/z?，其中z?為蝸桿頭數(shù)，z?為蝸輪齒數(shù)。4.()鍵連接主要用于軸和輪轂之間的周向固定和傳遞扭矩。5.()軸的剛度計算主要是為了保證軸不發(fā)生過大的變形。6.()滾動軸承的壽命與載荷的平方成反比。7.()任何機(jī)械零件的設(shè)計都必須考慮標(biāo)準(zhǔn)化和通用化原則。8.()平衡精度等級越高的轉(zhuǎn)子，其許用轉(zhuǎn)速越低。9.()靜載荷是指大小和方向都不隨時間變化的載荷。10.()選擇滾動軸承類型時，應(yīng)優(yōu)先考慮軸承的壽命和成本。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述機(jī)械設(shè)計的基本要求。2.簡述提高齒輪傳動強(qiáng)度的常用措施。3.簡述軸上零件軸向固定的常用方法。4.簡述選擇滾動軸承類型時需要考慮的主要因素。四、計算題（共30分）1.（8分）有一對標(biāo)準(zhǔn)外嚙合直齒圓柱齒輪，已知模數(shù)m=3mm，壓力角α=20°，小齒輪齒數(shù)z?=21，大齒輪齒數(shù)z?=66。試計算這對齒輪的傳動比i、中心距a、分度圓直徑d?和d?、齒頂圓直徑da?和da?、齒根圓直徑df?和df?。2.（10分）一軸傳遞功率P=7.5kW，轉(zhuǎn)速n=600r/min，軸的材料為45鋼，許用彎曲應(yīng)力[σ]=160MPa。假設(shè)軸上載荷有輕微沖擊，試按強(qiáng)度條件初步估算該軸的最小直徑（不考慮扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力）。3.（12分）某傳動裝置選用深溝球軸承6210，其基本額定動載荷C=36.8kN，基本額定靜載荷C?=30.5kN。該軸承在正常工作溫度下，承受的徑向載荷F?=3000N，軸向載荷F?'=800N。試計算該軸承的當(dāng)量動載荷P和當(dāng)量靜載荷P?，并判斷該軸承是否滿足靜載荷要求（假設(shè)f?=1.0，f?=1.0）。4.（10分）設(shè)計一平鍵聯(lián)接，用于連接直徑d=40mm的軸和輪轂。傳遞的扭矩T=200N·m，軸的材料為45鋼，輪轂材料為鑄鐵HT200。試確定平鍵的尺寸（鍵寬b、鍵高h(yuǎn)、鍵長l）并校核其強(qiáng)度。---試卷結(jié)束---試卷答案一、選擇題1.B2.B3.A4.A5.B6.B7.C8.B9.B10.A*解析思路：*選項B涵蓋了機(jī)械零件最常見的三種失效形式：因應(yīng)力超過極限而產(chǎn)生的斷裂或屈服（強(qiáng)度失效），因變形過大導(dǎo)致的失穩(wěn)（穩(wěn)定性失效），以及因變形量過大影響功能或壽命（剛度失效）。其他選項描述的是特定類型的失效或條件。二、判斷題1.×*解析思路：*許用應(yīng)力是考慮到安全因素后，允許零件實際工作的最高應(yīng)力，它等于材料的極限應(yīng)力除以安全系數(shù)，并非材料本身能承受的最大應(yīng)力。2.×*解析思路：*標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動的中心距a=(m(z?+z?))/2。要改變中心距而保持模數(shù)m和壓力角α不變，必須改變兩個齒輪的齒數(shù)z?和z?。3.×*解析思路：*蝸桿傳動的傳動比i=n?/n?=z?/z?。題目給出的公式i=z?/z?是錯誤的。4.√*解析思路：*這是平鍵連接的基本功能和用途，通過鍵的側(cè)面與軸和輪轂鍵槽的配合，實現(xiàn)周向固定并傳遞扭矩。5.√*解析思路：*剛度是指零件抵抗彈性變形的能力。軸的剛度不足會導(dǎo)致傳動失準(zhǔn)、零件磨損加劇或失去穩(wěn)定，因此保證足夠剛度是軸設(shè)計的重要目標(biāo)。6.×*解析思路：*滾動軸承的壽命（通常指疲勞壽命）與載荷的冪次方成指數(shù)關(guān)系，而不是簡單的反比關(guān)系。基本額定壽命L??與當(dāng)量動載荷P的關(guān)系近似為L??∝(C/P)^x，其中x是一個大于1的指數(shù)（對于球軸承約3，對于滾子軸承約10/3）。7.×*解析思路：*標(biāo)準(zhǔn)化和通用化是重要的設(shè)計原則，但并非“任何”零件都必須遵守。某些高度定制化或特殊的零件可能不需要遵循完全的標(biāo)準(zhǔn)。8.×*解析思路：*平衡精度等級越高，表示轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的振動和噪聲越小，因此其許用轉(zhuǎn)速通常越高，對支承系統(tǒng)的要求也越低。9.√*解析思路：*這是靜載荷的基本定義，其大小和方向在時間上保持不變。10.×*解析思路：*選擇滾動軸承類型需綜合考慮多方面因素，包括載荷類型（徑向/軸向）、大小和方向，轉(zhuǎn)速，安裝空間，調(diào)心要求，經(jīng)濟(jì)性，可靠性要求等，成本只是其中一個方面。三、簡答題1.機(jī)械設(shè)計的基本要求通常包括：可靠性（在規(guī)定壽命和條件下不失效）、功能性（滿足使用目的的各項性能指標(biāo)）、經(jīng)濟(jì)性（成本低、效率高、制造成本低、使用成本低）、工藝性（便于制造、裝配、維修）、安全性（保護(hù)人員和設(shè)備安全）、美學(xué)性（外觀造型）等。*解析思路：*回答應(yīng)涵蓋機(jī)械設(shè)計需要滿足的多個維度，從核心的功能可靠到經(jīng)濟(jì)制造再到安全美觀。2.提高齒輪傳動強(qiáng)度的常用措施包括：選擇強(qiáng)度高的材料；提高齒面硬度（如熱處理）；增大模數(shù)；增大齒數(shù)（但需注意影響傳動比和尺寸）；采用正變位設(shè)計；改善齒面接觸強(qiáng)度（如提高齒面硬度、潤滑、跑合）；改善齒根彎曲強(qiáng)度（如增大齒根圓角半徑、降低齒高、采用正變位）；采用齒面耐磨、減摩處理等。*解析思路：*從材料、熱處理、幾何參數(shù)（模數(shù)、齒數(shù)、齒形）、潤滑、表面處理等多個方面闡述提高齒輪強(qiáng)度的方法。3.軸上零件軸向固定的常用方法包括：用軸肩限制零件的軸向移動；用套筒限制零件的軸向移動；用螺母和墊圈（螺帽壓緊）；用彈性擋圈；用緊定螺釘（常用于較輕載或薄壁零件）；用花鍵連接。*解析思路：*列舉幾種典型的軸向固定方式及其基本原理。4.選擇滾動軸承類型時需要考慮的主要因素包括：載荷的大小、方向和性質(zhì)（徑向、軸向、沖擊）；轉(zhuǎn)速高低；安裝空間和限制；調(diào)心要求（軸系變形大或支承跨距大）；經(jīng)濟(jì)性；對振動和噪音的要求；使用環(huán)境和維護(hù)條件等。*解析思路：*從載荷、轉(zhuǎn)速、空間、性能、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境等多個角度說明選擇軸承類型的依據(jù)。四、計算題1.解：i=z?/z?=66/21=3.14a=(m*(z?+z?))/2=(3*(21+66))/2=141.5mmd?=m*z?=3*21=63mmd?=m*z?=3*66=198mmda?=d?+2*h=63+2*(m*h)=63+2*(3*1.25)=70.5mm(h≈m*1.25)da?=d?+2*h=198+2*(3*1.25)=205.5mmdf?=d?-2*(h+c)=63-2*(1.25+0.25)=57mm(c≈m*0.25)df?=d?-2*(h+c)=198-2*(1.25+0.25)=192mm*解析思路：*根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)直齒輪的基本幾何參數(shù)計算公式進(jìn)行計算。注意齒高h(yuǎn)≈m*1.25，齒頂高系數(shù)ha*=1，齒根高系數(shù)hf*=1.25，頂隙c≈m*0.25。2.解：T=9550*P/n=9550*7.5/600=119.375N·m初估軸徑，按純彎曲強(qiáng)度計算，d≈17√(T/[σ]/W)W=(π*d3)/32(圓軸截面模量)d≈17√(119.375*32/(160*10^6))=17√(0.241)≈17*0.491≈8.35mm考慮到有輕微沖擊，可適當(dāng)增大直徑，或查表選用標(biāo)準(zhǔn)直徑。假設(shè)取d=9mm（此直徑過小，實際設(shè)計應(yīng)更大，此處為計算示例）。若按d=40mm重新估算，W=(π*403)/32=12566km3d≈17√(119.375*32/(160*10^6/12566))=17√(0.241/0.00127)=17√189≈17*13.75≈233.25mm顯然，按純彎曲估算直徑遠(yuǎn)小于實際需要，實際設(shè)計需同時考慮扭矩和彎矩。*解析思路：*先按扭矩進(jìn)行初步估算（忽略彎矩，偏于保守），使用公式d≈C√(T/[σ])，其中C為常數(shù)（17適用于鋼材），[σ]為許用彎曲應(yīng)力。但實際工程中，轉(zhuǎn)軸通常需要同時考慮扭矩和彎矩。此處計算結(jié)果偏小，僅為演示公式應(yīng)用。3.解：P=f?*(F?+α*F?')=1.0*(3000+1.0*800)=3800NP?=f?*max(F?,F?')=1.0*max(3000,800)=3800NL??(h)=(C/P)^(10/3)=(36800/3800)^(10/3)≈(9.68)^(3.33)≈454L??(h)≈454轉(zhuǎn)(或L??(h)=60*n*L?(h)=60*600*454≈15864000小時)L?(h)=L??(h)/(10^6*(f?*f?)^3)=454/(10^6*(1.0*1.0)^3)=454/10^6=0.00045410^6轉(zhuǎn)P?=3800N≤C?=30500N結(jié)論：當(dāng)量靜載荷P?小于基本額定靜載荷C?，滿足靜載荷要求。*解析思路：*根據(jù)公式計算當(dāng)量動載荷P和當(dāng)量靜載荷P?。利用基本額定動載荷C和基本額定靜載荷C?，結(jié)合壽命公式判斷軸承是否滿足靜載荷要求。4.解：查表選取平鍵：鍵寬b=8mm，鍵高h(yuǎn)=7mm。鍵長l：通常l≈(8~10)d=(8~10)*40=320~400mm。根據(jù)輪轂長度和安裝條件，取l=35mm。校核強(qiáng)度：τ=4T/(b*h*l)=4*200*1000/(8*7*35)=4*200000/1960≈410.2MPa查表得許用應(yīng)力[τ]≈100~120MPa。取[τ]=100MPa。τ=410.2MPa>[τ]=100MPa。不滿足強(qiáng)度要求。調(diào)整方案：增大鍵長l。若取l=50mm，則τ=4*200000/(8*7*50)=4*200000/2800≈285.7MPa。τ=285.7MPa>[τ]=100MPa仍不滿足。若取l=60mm，則τ=4*200000/(8*7*60)=4*200000/3360≈238.1MPa。τ=238.1MPa>[τ]=100MPa仍不滿足。