2025年機(jī)械設(shè)計(jì)原理綜合試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.在閉式齒輪傳動中，為提高齒面接觸疲勞強(qiáng)度，最優(yōu)先采取的措施是A.增大模數(shù)B.提高齒面硬度C.增加齒寬D.選用高粘度潤滑油答案：B2.某軸系采用一對角接觸球軸承背靠背安裝，若軸向力FA由左向右，則軸承Ⅰ、Ⅱ的內(nèi)部軸向力方向分別為A.向左、向左B.向右、向右C.向左、向右D.向右、向左答案：C3.在V帶傳動設(shè)計(jì)中，限制小帶輪最小基準(zhǔn)直徑的主要目的是A.防止打滑B.降低彎曲應(yīng)力C.避免包角過小D.減小離心應(yīng)力答案：B4.對于受軸向變載荷的緊螺栓連接，當(dāng)螺栓剛度Cb與被連接件剛度Cm之比增大時(shí)，螺栓的疲勞強(qiáng)度A.提高B.降低C.不變D.先升后降答案：A5.在普通圓柱蝸桿傳動中，若模數(shù)m、蝸桿頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)z2不變，將蝸桿分度圓直徑d1增大，則傳動效率A.增大B.減小C.不變D.先增后減答案：A6.某45鋼調(diào)質(zhì)軸受對稱循環(huán)彎矩，其綜合影響系數(shù)Kσ=2.0，材料彎曲疲勞極限σ1=300MPa，則該軸的許用彎曲疲勞極限為A.600MPaB.300MPaC.150MPaD.75MPa答案：C7.在滾子鏈傳動中，限制鏈輪最大齒數(shù)zmax的主要目的是A.防止跳齒B.降低動載荷C.避免多邊形效應(yīng)加劇D.減小磨損答案：C8.對于閉式硬齒面齒輪，常見的失效形式是A.齒面點(diǎn)蝕B.齒面膠合C.輪齒折斷D.齒面磨粒磨損答案：C9.在軸系軸向固定中，采用“一端固定、一端游動”方案適用于A.溫升小的短軸B.溫升大的長軸C.純徑向載荷D.軸向載荷極小答案：B10.當(dāng)滾動軸承的基本額定壽命L10=8000h時(shí)，其可靠度為A.90%B.95%C.99%D.50%答案：A二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分，多選少選均不得分）11.下列措施中，能夠降低齒輪傳動動載荷系數(shù)Kv的有A.提高制造精度B.增大齒寬C.齒頂修緣D.采用鼓形齒E.提高齒面硬度答案：A、C、D12.影響V帶傳動最大有效圓周力Fec的因素包括A.初拉力F0B.小輪包角α1C.帶與輪槽摩擦系數(shù)fD.帶速vE.帶輪寬度答案：A、B、C、D13.下列關(guān)于滾動軸承軸向固定敘述正確的有A.兩端固定適用于溫升小的短軸B.一端固定一端游動適用于長軸C.兩端游動可用于人字齒輪軸D.固定端可用一對角接觸軸承背靠背安裝E.游動端可用深溝球軸承內(nèi)圈固定外圈游動答案：A、B、D、E14.提高螺栓連接疲勞強(qiáng)度的措施有A.減小螺栓剛度B.增大被連接件剛度C.采用細(xì)牙螺紋D.螺紋滾壓強(qiáng)化E.增大預(yù)緊力答案：A、B、D15.下列關(guān)于蝸桿傳動熱平衡計(jì)算敘述正確的有A.必須計(jì)算嚙合摩擦功率損失B.必須計(jì)算軸承摩擦功率損失C.必須計(jì)算攪油損失D.當(dāng)油溫超過80℃時(shí)需采取散熱措施E.散熱面積按箱體外表面積計(jì)算答案：A、B、C、D三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯誤打“×”）16.齒輪的齒形系數(shù)YFa與模數(shù)無關(guān)。答案：√17.滾子鏈節(jié)距p越大，多邊形效應(yīng)越不明顯。答案：×18.對于普通螺栓連接，殘余預(yù)緊力F″必須大于零。答案：√19.角接觸球軸承的接觸角α越大，其承受軸向載荷的能力越小。答案：×20.在蝸桿傳動中，導(dǎo)程角γ越大，傳動效率越高。答案：√21.軸的臨界轉(zhuǎn)速僅與軸的剛度有關(guān)，與載荷大小無關(guān)。答案：√22.帶傳動中，彈性滑動是可以完全避免的。答案：×23.齒面點(diǎn)蝕首先出現(xiàn)在節(jié)線附近靠近齒根部位。答案：√24.滾動軸承的基本額定動載荷C是指可靠度為90%時(shí)的載荷。答案：√25.采用鼓形齒可以顯著降低齒向載荷分布系數(shù)Kβ。答案：√四、填空題（每空2分，共20分）26.某標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，模數(shù)m=4mm，小輪齒數(shù)z1=20，大輪齒數(shù)z2=60，其標(biāo)準(zhǔn)中心距a=________mm。答案：16027.在V帶傳動中，若小輪基準(zhǔn)直徑dd1=125mm，轉(zhuǎn)速n1=1440r/min，則帶速v≈________m/s。答案：9.4228.某螺栓連接預(yù)緊力F′=20kN，工作拉力F=16kN，螺栓相對剛度Cb/(Cb+Cm)=0.25，則螺栓總拉力F0=________kN。答案：2429.某深溝球軸承基本額定動載荷Cr=30.7kN，當(dāng)量動載荷P=6.14kN，則其基本額定壽命L10≈________×10^6r。答案：12530.某45鋼軸受對稱循環(huán)彎矩，σ1=300MPa，Kσ=2.0，尺寸系數(shù)εσ=0.88，表面質(zhì)量系數(shù)β=0.92，則其許用疲勞極限σ1e=________MPa。答案：121.431.滾子鏈08A的節(jié)距p=________mm。答案：12.732.在蝸桿傳動中，蝸桿頭數(shù)z1=2，蝸輪齒數(shù)z2=40，則傳動比i=________。答案：2033.某軸系采用一對30206圓錐滾子軸承面對面安裝，已知徑向力FrⅠ=2000N，F(xiàn)rⅡ=1500N，軸向力FA=800N（向右），則軸承Ⅰ的軸向載荷FaⅠ=________N。答案：128034.齒輪的齒寬系數(shù)φd=b/d1，當(dāng)φd=1.2，小輪分度圓直徑d1=100mm，則齒寬b=________mm。答案：12035.在帶傳動中，若小輪包角α1=150°，當(dāng)量摩擦系數(shù)f′=0.3，則歐拉公式給出的最大有效拉力比F1/F2≈________。答案：3.00五、簡答題（每題6分，共18分）36.簡述齒輪傳動中齒面膠合失效的機(jī)理，并給出三種工程預(yù)防措施。答案：齒面膠合是由于高速重載下齒面局部溫升過高，油膜破裂，金屬表面發(fā)生粘著、撕裂的現(xiàn)象。預(yù)防措施：（1）采用極壓工業(yè)齒輪油，提高油膜抗膠合能力；（2）降低齒面粗糙度，提高跑合質(zhì)量；（3）選用不同材料或不同硬度的齒輪副，避免同材粘著。37.說明滾動軸承“基本額定壽命L10”的定義，并解釋為什么實(shí)際工程常采用L10而非平均壽命。答案：L10是指一批相同軸承在相同工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中90%的軸承未發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕時(shí)的總轉(zhuǎn)數(shù)（或小時(shí)數(shù)）。由于軸承疲勞壽命離散性大，呈威布爾分布，L10具有明確的工程可靠性指標(biāo)，便于統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而平均壽命分散度大，不利于安全設(shè)計(jì)。38.比較“一端固定、一端游動”與“兩端固定”軸系方案的適用場合及優(yōu)缺點(diǎn)。答案：一端固定一端游動適用于溫升高、軸長的場合，優(yōu)點(diǎn)是可補(bǔ)償熱膨脹，避免軸向卡死；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜。兩端固定適用于溫升低、軸短的場合，結(jié)構(gòu)簡單，但需預(yù)留熱補(bǔ)償間隙，否則易卡死。六、計(jì)算題（共77分）39.（15分）某輸送機(jī)減速裝置采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，已知：功率P=7.5kW，小輪轉(zhuǎn)速n1=960r/min，z1=20，z2=80，模數(shù)m=3mm，齒寬b=60mm，齒面寬系數(shù)φd=1.0，載荷系數(shù)K=KAKvKβ=1.4，材料彈性系數(shù)ZE=189.8√MPa，節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH=2.5，重合度系數(shù)Zε=0.9，許用接觸應(yīng)力[σH]=580MPa。（1）計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)SH；（2）判斷該齒輪傳動是否滿足接觸強(qiáng)度要求。解：（1）小輪分度圓直徑d1=mz1=3×20=60mm轉(zhuǎn)矩T1=9.55×10^6×P/n1=9.55×10^6×7.5/960=7.46×10^4N·mm接觸應(yīng)力σH=ZE·ZH·Zε√(2KT1(u+1)/(bd12u))其中u=z2/z1=4σH=189.8×2.5×0.9√(2×1.4×7.46×10^4×5/(60×602×4))=189.8×2.5×0.9√(1.045×10^6/8.64×10^5)=189.8×2.5×0.9×1.10=470MPa安全系數(shù)SH=[σH]/σH=580/470=1.23（2）SH>1，滿足接觸強(qiáng)度要求。40.（16分）某蝸桿減速器輸入功率P1=5kW，輸入轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，蝸桿頭數(shù)z1=2，蝸輪齒數(shù)z2=40，模數(shù)m=5mm，蝸桿分度圓直徑d1=50mm，嚙合效率η1=0.85，軸承效率η2=0.99，攪油效率η3=0.97，散熱面積A=0.8m2，環(huán)境溫度t0=20℃，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)ks=15W/(m2·℃)，若要求油溫不超過70℃，校核該減速器的熱平衡是否滿足。解：總效率η=η1η2η3=0.85×0.99×0.97=0.817發(fā)熱量Q=P1(1η)=5000×(10.817)=915W散熱量Qc=ksA(tt0)=15×0.8×(7020)=600WQ>Qc，不滿足，需增大散熱面積或加風(fēng)扇。41.（18分）某軸系如圖所示，兩支承采用一對7210AC角接觸球軸承背靠背安裝，軸中部受徑向力FR=3000N，軸向力FA=1200N（向右），跨距L=200mm，載荷作用中點(diǎn)距左支承a=80mm，軸承參數(shù)：e=0.68，X=0.41，Y=0.87，Cr=42.0kN，n=960r/min。（1）計(jì)算兩軸承的徑向載荷FrⅠ、FrⅡ；（2）計(jì)算軸向載荷FaⅠ、FaⅡ；（3）計(jì)算當(dāng)量動載荷PⅠ、PⅡ；（4）計(jì)算軸承Ⅰ的基本額定壽命L10h。解：（1）支反力FrⅠ=FR·(La)/L=3000×120/200=1800NFrⅡ=FRFrⅠ=1200N（2）內(nèi)部軸向力FsⅠ=0.68FrⅠ=1224N（向左）FsⅡ=0.68FrⅡ=816N（向右）FA+FsⅡ=1200+816=2016N>FsⅠ∴軸承Ⅰ壓緊，軸承Ⅱ放松FaⅠ=FA+FsⅡ=2016NFaⅡ=FsⅡ=816N（3）當(dāng)量動載荷FaⅠ/FrⅠ=2016/1800=1.12>ePⅠ=XFrⅠ+YFaⅠ=0.41×1800+0.87×2016=1800+1754=3554NFaⅡ/FrⅡ=816/1200=0.68=ePⅡ=FrⅡ=1200N（4）壽命L10=(Cr/PⅠ)^3×10^6=(42000/3554)^3×10^6=1.65×10^6rL10h=L10×10^6/(60n)=1.65×10^6/(60×960)=28.6×10^3h42.（14分）某閉式齒輪減速器輸出軸傳遞功率P=15kW，轉(zhuǎn)速n=300r/min，軸材料40Cr調(diào)質(zhì)，σb=750MPa，σ1=360MPa，τ1=210MPa，綜合影響系數(shù)Kσ=2.2，Kτ=1.8，尺寸系數(shù)εσ=0.78，ετ=0.74，表面質(zhì)量系數(shù)β=0.92，彎曲安全系數(shù)Sσ=2.0，扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)Sτ=1.5。按第三強(qiáng)度理論估算該軸的最小直徑dmin（僅考慮疲勞強(qiáng)度）。解：轉(zhuǎn)矩T=9.55×10^6×15/300=4.775×10^5N·mm許用疲勞極限σ1e=σ1βεσ/Kσ=360×0.92×0.78/2.2=118MPaτ1e=τ1βετ/Kτ=210×0.92×0.74/1.8=79MPa當(dāng)量彎矩Me=√(M2+(ψT)2)，純扭轉(zhuǎn)M=0ψ=0.3（脈動）Me=0.3×4.775×10^5=1.43×10^5N·mmdmin≥?(Me/(0.1[σ1e]))=?(1.43×10^5/(0.1×118))=?12120=23mm考慮鍵槽增大5%，dmin=24mm43.（14分）某鋼制壓力容器端蓋采用8個(gè)M16（小徑d1=13.835mm）普通螺栓連接，容器內(nèi)徑D=200mm，工作壓力p=1.2MPa，螺栓材料屈服極限σs=640MPa，安全系數(shù)Ss=2.5，殘余預(yù)緊力要求為工作拉力的1.5倍，控制預(yù)