2025機(jī)械工程專升本機(jī)械設(shè)計(jì)模擬試卷及答案考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、單項(xiàng)選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的，請將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號內(nèi)。）1.在機(jī)械設(shè)計(jì)中，用于傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)速較高的軸通常稱為（）。A.心軸B.轉(zhuǎn)軸C.傳動(dòng)軸D.曲軸2.對于承受純扭矩的軸，其橫截面上的應(yīng)力狀態(tài)主要是（）。A.拉應(yīng)力B.壓應(yīng)力C.剪應(yīng)力D.彎曲應(yīng)力3.在滾動(dòng)軸承中，通常用于承受純徑向載荷的軸承類型是（）。A.深溝球軸承B.角接觸球軸承C.推力球軸承D.圓錐滾子軸承4.在機(jī)械連接中，螺栓連接主要用于連接兩個(gè)或多個(gè)零件，并傳遞載荷。對于承受沖擊或振動(dòng)載荷的場合，通常優(yōu)先選用（）。A.普通螺栓連接B.鉸制孔螺栓連接C.鉚釘連接D.焊接連接5.平帶傳動(dòng)與三角帶傳動(dòng)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)之一是（）。A.傳遞功率大B.中心距小C.傳動(dòng)效率高D.對軸的傾角無要求6.設(shè)計(jì)軸時(shí)，為了提高軸的強(qiáng)度，常采用的方法之一是（）。A.增大軸的直徑B.減少軸的長度C.采用變截面設(shè)計(jì)D.提高軸的材料強(qiáng)度7.齒輪傳動(dòng)中，若要實(shí)現(xiàn)兩軸交錯(cuò)的傳動(dòng)，通常采用（）。A.直齒圓柱齒輪B.斜齒圓柱齒輪C.直齒圓錐齒輪D.蝸輪蝸桿8.在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了便于安裝和固定零件，軸的直徑往往在軸肩處設(shè)計(jì)成（）。A.漸變增大B.漸變減小C.突然變化D.保持不變9.下列材料中，通常不適合用作制造要求高強(qiáng)度、高耐磨性的齒輪的是（）。A.20CrMnTiB.40CrC.QT800-2D.38SiMnMo10.螺紋連接的預(yù)緊目的是為了（）。A.增大螺栓的疲勞強(qiáng)度B.防止螺栓松動(dòng)C.提高連接的剛度D.減小連接的變形二、判斷題（每小題1分，共10分。請將判斷結(jié)果填在題后的括號內(nèi)，正確的填“√”，錯(cuò)誤的填“×”。）1.()簡支梁受集中力作用時(shí)，其支座反力大小相等，方向相反。2.()鍵連接主要用于軸和輪轂之間的周向固定和傳遞扭矩。3.()滾動(dòng)軸承的極限轉(zhuǎn)速一般高于滑動(dòng)軸承的極限轉(zhuǎn)速。4.()帶傳動(dòng)是依靠帶與帶輪之間的摩擦力來傳遞動(dòng)力的。5.()軸的設(shè)計(jì)主要包括強(qiáng)度計(jì)算和剛度計(jì)算兩個(gè)方面。6.()任何情況下，提高軸的轉(zhuǎn)速都會(huì)降低其疲勞強(qiáng)度。7.()角接觸球軸承必須成對使用才能正常工作。8.()螺紋的升角越大，其傳動(dòng)效率越高。9.()齒輪傳動(dòng)的重合度越大，傳動(dòng)越平穩(wěn)，承載能力越高。10.()潤滑油的主要作用是減少摩擦、磨損和冷卻。三、填空題（每小題2分，共20分。請將答案填在題中的橫線上。）1.機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求通常包括功能性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、_________________和_________________。2.構(gòu)件在載荷作用下抵抗變形的能力稱為_________________。3.一對漸開線直齒圓柱齒輪能夠正確嚙合的條件是兩輪的____________________________________________和__________________________________________相同。4.軸按承載情況可分為心軸、轉(zhuǎn)軸和___________________________________________。5.選擇滾動(dòng)軸承類型時(shí)，主要考慮的因素有載荷性質(zhì)、大小、轉(zhuǎn)速、____________________________________________________________________和成本等。6.帶傳動(dòng)中，帶的緊邊和松邊拉力之差稱為___________________________________________。7.螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算通常包括_____________________________________________________________和__________________________________________兩種情況。8.彈簧是一種能___________________________________________________________________的機(jī)械零件。9.在機(jī)械設(shè)計(jì)中，公差是指允許尺寸的變動(dòng)量。10.潤滑油的選擇主要依據(jù)工作溫度、載荷大小、_______________________________________________________________________________________和設(shè)備類型等因素。四、簡答題（每小題5分，共15分。）1.簡述提高軸強(qiáng)度的常用設(shè)計(jì)措施。2.與平鍵連接相比，花鍵連接有哪些優(yōu)點(diǎn)？3.簡述選擇滾動(dòng)軸承類型時(shí)應(yīng)考慮的主要因素。五、計(jì)算題（每小題10分，共30分。）1.一鋼制簡支梁，跨長L=4m，在跨中受集中力F=20kN作用。梁的截面為矩形，寬度b=100mm，高度h=150mm。試求梁的最大彎曲正應(yīng)力和最大彎曲剪應(yīng)力。（梁的許用彎曲應(yīng)力[σ]=160MPa，許用剪應(yīng)力[τ]=80MPa，不考慮梁的自重，材料的彈性模量E=200GPa，泊松比ν=0.3）。請列出計(jì)算過程，并判斷該梁是否滿足強(qiáng)度要求。2.一對標(biāo)準(zhǔn)安裝的外嚙合漸開線直齒圓柱齒輪，齒數(shù)為Z1=20，Z2=80，模數(shù)m=4mm，壓力角α=20°。試計(jì)算該對齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比i12、中心距a以及齒寬b=20mm時(shí)的重合度εα。（假設(shè)齒頂高系數(shù)ha*=1，頂隙系數(shù)c*=0.25）請列出計(jì)算過程。3.一螺栓連接承受軸向工作載荷F=30kN。螺栓材料的許用拉伸應(yīng)力[σ]=120MPa，連接采用M10普通螺栓（d1=8.5mm），擰緊力矩產(chǎn)生的預(yù)緊力FP=0.6Fa（Fa為螺栓所受的總拉伸力）。試求螺栓所受的總拉伸力Fa，并校核螺栓的拉伸強(qiáng)度是否足夠。---試卷答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.C3.A4.A5.C6.A7.D8.A9.C10.B解析：1.B：轉(zhuǎn)軸主要承受彎矩和扭矩。2.C：純扭矩作用下，橫截面上只有剪應(yīng)力。3.A：深溝球軸承主要承受徑向載荷，也能承受一定的軸向載荷。4.A：普通螺栓連接為受拉連接，適用于沖擊、振動(dòng)或交變載荷工況。5.C：三角帶傳動(dòng)依靠楔形增壓作用，效率高于平帶。6.A：增大直徑是提高抗彎截面模量的最直接方法。7.D：蝸輪蝸桿能實(shí)現(xiàn)空間交錯(cuò)軸傳動(dòng)。8.A：軸肩用于定位和安裝。9.C：QT800-2是球墨鑄鐵，強(qiáng)度高，但耐磨性相對鋼較低，不適合高精度、高轉(zhuǎn)速齒輪。10.B：預(yù)緊主要是為了消除間隙，防止工作載荷下松動(dòng)。二、判斷題1.√2.√3.√4.×(帶傳動(dòng)也有摩擦傳動(dòng)，但主要靠正壓力產(chǎn)生的摩擦力)5.√6.×(提高轉(zhuǎn)速會(huì)降低疲勞強(qiáng)度，但合理潤滑可部分改善)7.√8.×(升角過大，效率反而會(huì)降低)9.√10.√三、填空題1.可靠性，經(jīng)濟(jì)性2.剛度3.模數(shù)m，壓力角α4.傳動(dòng)軸5.安裝與維護(hù)方便性6.有效拉力7.靜載荷，動(dòng)載荷（或：靜強(qiáng)度，疲勞強(qiáng)度）8.儲存和釋放能量9.（正確）10.運(yùn)動(dòng)速度四、簡答題1.解析思路：提高軸強(qiáng)度的措施應(yīng)從抵抗彎矩和扭矩兩個(gè)方面考慮。*提高軸的強(qiáng)度：增大軸的直徑（增大截面模量W或極截面模量Wp），采用強(qiáng)度更高的材料，合理設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)形狀（如采用變截面軸、加強(qiáng)筋等），改善應(yīng)力集中（如增大過渡圓角半徑、減少鍵槽和孔的尺寸比例、表面強(qiáng)化處理如淬火、噴丸等）。*（若題目允許，可簡述剛度要求）提高軸的剛度：主要是增大軸的直徑或采用彈性模量更高的材料。2.解析思路：花鍵連接與平鍵連接相比，在連接強(qiáng)度、承載能力、對中性、導(dǎo)向性及壽命等方面有優(yōu)勢。*連接強(qiáng)度高：齒槽較深，齒根強(qiáng)度高，承載能力強(qiáng)。*對中性好：多齒均勻承載，能傳遞較大扭矩且軸與輪轂同心性好。*導(dǎo)向性好：可在軸上滑動(dòng)定位。*壽命長：齒面接觸，磨損均勻，壽命比平鍵長。*（缺點(diǎn)：制造成本較高）。3.解析思路：選擇滾動(dòng)軸承類型需綜合考慮實(shí)際工作條件。*載荷：徑向載荷為主選類型（深溝球、角接觸），軸向載荷為主選類型（推力球/滾子），徑向和軸向載荷都較大時(shí)考慮角接觸或圓錐滾子。*轉(zhuǎn)速：高速優(yōu)先選球軸承（深溝球、角接觸球）。*安裝與維護(hù)：考慮方便性、成本、是否需要預(yù)緊等。*經(jīng)濟(jì)性：在滿足性能前提下，優(yōu)先選用價(jià)格較低的軸承。*特殊要求：如高溫、低溫、腐蝕環(huán)境等需選用特殊軸承。五、計(jì)算題1.解析思路：*計(jì)算最大彎矩：M_max=F*L/2=20kN*4m/2=40kN·m。*計(jì)算截面慣性矩：I_z=b*h^3/12=0.1m*(0.15m)^3/12=2.81e-5m^4。*計(jì)算最大彎曲正應(yīng)力：σ_max=M_max*c/I_z=M_max*(h/2)/I_z=40e3N·m*(0.15m/2)/2.81e-5m^4≈108.7MPa。*計(jì)算最大剪應(yīng)力：τ_max=3*V_max*Q_s/(2*b*I_z)，其中V_max=F/2=20kN/2=10kN，Q_s=b*(h/2)*(h/4)=0.1m*(0.15m/2)*(0.15m/4)=5.625e-5m^3。τ_max=3*10e3N*5.625e-5m^3/(2*0.1m*2.81e-5m^4)≈29.7MPa。*強(qiáng)度校核：σ_max(108.7MPa)<[σ](160MPa)，τ_max(29.7MPa)<[τ](80MPa)。*結(jié)論：該梁滿足強(qiáng)度要求。2.解析思路：*計(jì)算傳動(dòng)比：i_12=Z_2/Z_1=80/20=4。*計(jì)算中心距：a=(Z_1+Z_2)*m/2=(20+80)*4mm/2=200mm。*計(jì)算齒頂圓半徑：ra=(Z_1+2ha*)*m/2=(20+2*1)*4mm/2=44mm，rb=Z_1*m*cosα/2=20*4mm*cos20°/2≈37.59mm。*無齒側(cè)間隙中心距：a'=(Z_1+Z_2)*m/2=200mm。*瞬時(shí)傳動(dòng)比變化引起齒廓間相對滑動(dòng)，導(dǎo)致實(shí)際中心距略小于理論中心距，重合度εα與中心距a'有關(guān)。對于標(biāo)準(zhǔn)安裝，通常查表或用公式近似估算。此處假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)安裝下給出結(jié)果：*重合度εα≈1.98（標(biāo)準(zhǔn)值范圍約為1.7-1.98，取決于參數(shù)）。*結(jié)論：傳動(dòng)比i_12=4，中心距a=200mm，重合度εα≈1.98。3.解析思路：*計(jì)算螺栓總拉伸力Fa：Fa=F+FP