2025機械工程專業(yè)專升本機械設計真題試卷及答案考試時間：______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.在機械零件的強度計算中，許用應力是（）。A.極限應力B.工作應力C.極限應力與安全系數(shù)的比值D.極限應力與工作安全系數(shù)的乘積2.對于承受變載荷的零件，通常需要考慮其（）。A.靜強度B.疲勞強度C.塑性變形D.硬度3.鍵連接主要用于（）。A.軸與軸上零件的周向固定和傳遞扭矩B.軸與軸上零件的軸向固定C.齒輪與軸的過盈配合D.軸承的軸向固定4.選擇滾動軸承類型時，主要考慮的因素之一是（）。A.軸承的旋轉(zhuǎn)精度B.軸承的極限轉(zhuǎn)速C.軸承的承載能力D.軸承的價格5.螺栓連接中，采用螺栓頭和螺母下墊圈的主要目的是（）。A.增大螺栓的強度B.減小螺栓的預緊力C.防止螺栓頭或螺母松動D.減小連接處的接觸應力6.在機械設計中，通常將零件的失效形式分為（）。A.疲勞失效、斷裂失效、磨損失效、腐蝕失效B.彎曲失效、壓縮失效、剪切失效C.點蝕、膠合、磨損D.塑性變形、彈性變形7.平鍵連接中，鍵的尺寸通常根據(jù)（）來確定。A.軸的直徑B.輪轂的直徑C.傳遞的扭矩D.A和B綜合考慮8.滾動軸承的基本額定壽命是指（）。A.一半的滾動體出現(xiàn)疲勞點蝕時的總轉(zhuǎn)數(shù)B.一半的軸承達到疲勞失效時的總轉(zhuǎn)數(shù)C.軸承達到極限轉(zhuǎn)速時的總轉(zhuǎn)數(shù)D.軸承達到最大載荷時的總轉(zhuǎn)數(shù)9.齒輪傳動中，為了減小齒面接觸應力，通常采用（）。A.正確嚙合B.提高齒面硬度C.增大模數(shù)D.減小齒數(shù)10.彈簧的剛度系數(shù)表示（）。A.彈簧受載后產(chǎn)生的變形B.彈簧單位變形所需的力C.彈簧的強度D.彈簧的疲勞壽命二、填空題（每空2分，共20分。請將正確答案填在題中的橫線上）1.機械設計中，通常根據(jù)______和______來確定零件的尺寸。2.螺栓連接有松連接和緊連接之分，其主要區(qū)別在于______是否預先施加。3.選擇滾動軸承時，需要根據(jù)載荷的大小、方向和性質(zhì)，以及轉(zhuǎn)速、安裝空間、經(jīng)濟性等因素選擇合適的______和______。4.平鍵連接屬于______連接，其連接強度不高，但結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便。5.齒輪傳動的失效形式主要有齒面______、齒根______和齒面膠合等。6.在進行軸的強度計算時，通常需要校核軸的______強度和______強度。7.按照承載情況不同，軸可以分為______、______和______。8.常用的軸系支承結(jié)構(gòu)有______和______兩種形式。9.彈簧根據(jù)其功能可分為______、______和______等。10.潤滑劑按其主要物理狀態(tài)可分為______、______和______。三、判斷題（每題2分，共10分。請將正確的在括號內(nèi)打“√”，錯誤的打“×”）1.()靜載荷作用下，零件的強度計算只需要考慮其屈服極限。2.()鍵連接可以傳遞軸向力。3.()滾動軸承的基本額定壽命與載荷的大小成反比。4.()平鍵連接中，鍵槽對軸的強度削弱較大。5.()彈簧的剛度系數(shù)越大，其剛度越好。四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述機械零件設計的基本要求。2.簡述滑動軸承和滾動軸承各自的優(yōu)缺點。3.簡述選擇螺栓連接松緊的主要考慮因素。4.簡述齒輪傳動中，提高齒面接觸強度的常用方法。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，軸的材料為45鋼，試估算此軸所需的最小直徑。（假設彎矩和扭矩均需考慮，材料的許用彎曲應力[σ]=60MPa）2.一螺栓連接，采用M10普通螺栓，螺栓材料為Q235鋼，許用拉伸應力[σ]=80MPa。若連接處的總載荷F=2000N，試求螺栓的許用預緊力。（假設螺栓強度等級為4.6級）3.一對標準直齒圓柱齒輪傳動，模數(shù)m=3mm，齒數(shù)z1=20，z2=80，傳遞扭矩T1=50Nm。若齒輪材料的許用接觸應力[σH]=600MPa，試估算該對齒輪傳動的許用扭矩T2。（不考慮動載系數(shù)和齒面硬度的影響）---試卷答案一、選擇題1.C2.B3.A4.C5.C6.A7.D8.A9.B10.B二、填空題1.載荷，材料許用應力2.螺栓預緊力3.類型，型號4.非鍵聯(lián)接（或答案：機械）5.磨損，斷裂6.彎曲，剪切7.心軸，轉(zhuǎn)軸，傳動軸8.兩端固定，一端固定一端自由（或一端固定一端鉸支）9.拉伸，壓縮，扭轉(zhuǎn)10.液體，氣體，半固體（或潤滑脂）三、判斷題1.×2.×3.√4.√5.√四、簡答題1.答：機械零件設計的基本要求通常包括：強度（滿足承載能力，不發(fā)生斷裂、過度變形）、剛度（滿足變形要求，不發(fā)生過大的彈性變形）、耐磨性（保證零件工作表面的摩擦狀態(tài)，延長使用壽命）、可靠性（在規(guī)定壽命和條件下正常工作）、工藝性（便于制造、裝配和維修）、經(jīng)濟性（成本低廉）、標準化、系列化和通用化等。2.答：滑動軸承優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、徑向尺寸小、承載能力大、抗沖擊性能好、高速性能好、成本較低。缺點：摩擦損失大、效率較低、磨損后難以調(diào)整間隙、潤滑要求高。滾動軸承優(yōu)點：摩擦小、效率高、潤滑方便、可高速運轉(zhuǎn)、徑向尺寸小。缺點：成本較高、抗沖擊性能較差、有噪音、對安裝精度要求高。3.答：選擇螺栓連接松緊的主要考慮因素包括：連接所承受的載荷類型（靜載荷或動載荷）、工作條件（溫度、振動等）、被連接件的材料和結(jié)構(gòu)、是否需要防松、以及是否需要承受擰緊力矩等。松連接主要用于承受不大載荷、溫度變化較大或需要經(jīng)常拆卸的場合；緊連接用于承受較大載荷、需要承受沖擊或振動、或需要精確固定位置的場合。4.答：提高齒面接觸強度的常用方法包括：提高齒面硬度（如通過熱處理提高齒輪材料的表面硬度）、增大齒輪模數(shù)（提高齒面承載面積）、采用較大的齒寬系數(shù)（提高接觸線長度，但需注意齒面載荷分布問題）、選擇合適的材料組合（如配對齒輪采用不同彈性模量的材料）、進行表面處理（如滲碳、氮化）等。五、計算題1.解析：估算軸徑通常使用扭轉(zhuǎn)強度公式初估扭矩，再考慮彎曲影響。扭矩T=9550P/n=9550*7.5/150=482.5Nm。初步估算直徑d≈C*√(T/[σt])，C為常數(shù)，取C≈105（鋼制實心軸，彎矩和扭矩均需考慮時），則d≈√(482.5*10^3/(60*10^6/2))≈√(4.07*10^6)=2017mm。此結(jié)果過小，說明初步估算方法不適用或參數(shù)取值不當。應分別計算僅考慮扭矩和僅考慮彎矩的直徑，然后根據(jù)強度理論組合。僅考慮扭轉(zhuǎn)強度：d_t≈C_t*√(T/[σt])，取C_t≈7.8（鋼），d_t≈√(482.5*10^3/(60*10^6/2))≈√(4.07*10^6)=2017mm。此結(jié)果仍不合理，說明扭矩占比小，需重新考慮估算方法或直接使用彎曲強度估算。改用僅考慮彎曲強度估算：d_b≈C_b*√(M/[σw])，M≈P/(d_b*pi/16)，代入估算：d_b≈C_b*√(16P/(d_b*pi*[σw]))，解得d_b≈C_b*√(16P/pi*[σw])。取C_b≈32（假設彎矩較大情況），d_b≈32*√(16*7.5/(pi*60*10^6))≈32*√(0.0128/(pi*60*10^6))≈32*√(2.13*10^-10)=32*4.63*10^-5=1.47mm。此結(jié)果也極不合理，說明僅考慮彎曲也不適用。實際工程中，軸徑估算需更復雜的方法或經(jīng)驗數(shù)據(jù)。（注：此題按標準公式計算難度較大，且結(jié)果不合理，提示出題或解析存在問題。若必須給出答案，可假設純扭矩或純彎曲，但需說明。假設僅考慮扭矩，d≈7.8*√(482.5/30)=7.8*√16.08=7.8*4.01=31.3mm。但這與實際情況嚴重不符，僅為形式上滿足公式。）答案（假設性）：d≈32mm(基于扭矩估算，但結(jié)果不理想，提示題目或解析設定不當)2.解析：螺栓的許用預緊力F_a=[σ]A，其中A為螺栓危險截面面積。對于M10螺栓，螺紋小徑d1≈10mm-1.0mm=9.0mm。A=πd1^2/4≈π*9.0^2/4≈63.6mm^2。許用預緊力F_a=80*10^6*63.6*10^-6=5088N。考慮到實際應用中通常會留有一定安全系數(shù)，且題目未明確是否考慮安全系數(shù)，直接計算結(jié)果可作為理論值參考。答案：F_a≈5000N3.解析：估算許用扭矩需考慮接觸強度。接觸應力公式σ_H=Z_H*σ_Hlim/K_H，其中Z_H為節(jié)點區(qū)域系數(shù)（對于直齒輪，Z_H≈2.5），σ_Hlim為試驗接觸疲勞極限，K_H為接觸載荷系數(shù)（題目未給，可假設為1），F(xiàn)_t為圓周力，F(xiàn)_t=T1/(d1*m/2)=2*T1/(z1*m)。代入數(shù)據(jù)F_t=2*50/(20*3)=4.17kN。接觸應力σ_H=2.5*600/1=1500MPa。許用扭矩