2025年大學(xué)（機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化）機(jī)械設(shè)計(jì)測(cè)試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（總共10題，每題3分，每題只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確答案填在括號(hào)內(nèi)）1.機(jī)械設(shè)計(jì)中，確定零件材料的主要依據(jù)不包括以下哪項(xiàng)？（）A.零件的使用要求B.材料的工藝性C.材料的美觀性D.材料的經(jīng)濟(jì)性2.以下哪種傳動(dòng)方式能實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比且結(jié)構(gòu)緊湊？（）A.帶傳動(dòng)B.鏈傳動(dòng)C.齒輪傳動(dòng)D.蝸桿傳動(dòng)3.在計(jì)算齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度時(shí)，齒形系數(shù)主要與（）有關(guān)。A.齒輪的模數(shù)B.齒輪的齒數(shù)C.齒輪的齒寬D.齒輪的硬度4.設(shè)計(jì)V帶傳動(dòng)時(shí)，選取小帶輪基準(zhǔn)直徑的依據(jù)是（）。A.帶的型號(hào)B.帶的速度C.傳動(dòng)比D.主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速5.普通平鍵連接的主要失效形式是（）。A.鍵的剪斷B.鍵的磨損C.工作面的壓潰D.鍵的彎曲6.滾動(dòng)軸承的基本額定壽命是指（）。A.在額定動(dòng)載荷作用下，軸承所能達(dá)到的壽命B.在額定靜載荷作用下，軸承所能達(dá)到的壽命C.一批同型號(hào)軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中90%的軸承所能達(dá)到的壽命D.一批同型號(hào)軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中50%的軸承所能達(dá)到的壽命7.下列不屬于軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的是（）。A.便于軸上零件的裝拆和定位B.軸應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度C.軸上受力合理，有利于提高軸的承載能力D.軸的表面應(yīng)盡量光滑美觀8.對(duì)于受軸向變載荷作用的緊螺栓連接，在限定螺栓總拉力的情況下，提高螺栓疲勞強(qiáng)度的有效措施是（）。A.增大螺栓剛度，減小被連接件剛度B.減小螺栓剛度，增大被連接件剛度C.增大螺栓剛度和被連接件剛度D.減小螺栓剛度和被連接件剛度9.圓柱齒輪傳動(dòng)中，當(dāng)齒輪的直徑一定時(shí)，減小模數(shù)、增加齒數(shù)，可以（）。A.提高齒面接觸強(qiáng)度B.提高齒根彎曲強(qiáng)度C.改善傳動(dòng)的平穩(wěn)性D.減小齒輪的塑性變形10.在設(shè)計(jì)減速器中的軸時(shí)，一般應(yīng)先進(jìn)行（）計(jì)算。A.強(qiáng)度B.剛度C.結(jié)構(gòu)D.疲勞壽命第II卷二、填空題（總共5題，每題4分，將正確答案填在橫線上）1.機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序包括計(jì)劃階段、______、技術(shù)設(shè)計(jì)階段和______。2.帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)是由于______引起的，打滑是由于______引起的。3.漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是______和______。4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求有______、______、______和______。5.滾動(dòng)軸承的基本額定動(dòng)載荷是指______。三、簡(jiǎn)答題（總共3題，每題10分）1.簡(jiǎn)述機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇材料的一般原則。2.說明帶傳動(dòng)中打滑和彈性滑動(dòng)的區(qū)別及對(duì)帶傳動(dòng)的影響。3.簡(jiǎn)述齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。四、分析計(jì)算題（總共2題，每題15分）1.有一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，已知主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速\(n_1=1450r/min\),傳動(dòng)比\(i=3\)，模數(shù)\(m=4mm\)，小齒輪齒數(shù)\(z_1=23\)。試計(jì)算：（1）大齒輪齒數(shù)\(z_2\)；（2）兩齒輪的分度圓直徑\(d_1\)、\(d_2\)；（3）中心距\(a\)。2.某減速器中的軸，傳遞功率\(P=5kW\)，轉(zhuǎn)速\(n=\)1450r/min，軸上裝有一個(gè)直齒圓柱齒輪和一個(gè)聯(lián)軸器。齒輪的分度圓直徑\(d=300mm\)，輪轂寬度\(B=80mm\)，作用在齒輪上的圓周力\(Ft=2000N\)，徑向力\(Fr=700N\)，軸向力\(Fa=300N\)。聯(lián)軸器處作用有軸向力\(F_{a1}=200N\)。軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，許用應(yīng)力\([\sigma]=60MPa\)。試按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算該軸危險(xiǎn)截面的直徑。五、設(shè)計(jì)題（15分）設(shè)計(jì)一帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)裝置，已知電動(dòng)機(jī)功率\(P=7.5kW\)，轉(zhuǎn)速\(n_1=\)1440r/min，工作機(jī)轉(zhuǎn)速\(n_2=600r/min\)，兩班制工作，載荷較平穩(wěn)。要求結(jié)構(gòu)緊湊，成本較低。試確定：（1）傳動(dòng)方案；（2）計(jì)算傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及各軸的轉(zhuǎn)速；（3）確定V帶的型號(hào)、基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距；（4）計(jì)算V帶的根數(shù)。答案：一、1.C2.D3.B4.D5.C6.C7.D8.B9.C10.A二、1.方案設(shè)計(jì)階段、設(shè)計(jì)計(jì)算和改進(jìn)設(shè)計(jì)階段2.帶的彈性變形、過載3.模數(shù)相等、壓力角相等4.便于軸上零件的裝拆和定位、軸應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度、軸上受力合理、有利于提高軸的承載能力5.一批同型號(hào)軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中90%的軸承所能達(dá)到的壽命三、1.機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇材料的一般原則：滿足使用要求，包括力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能等；具有良好的工藝性，如鑄造性、鍛造性、焊接性等；具有良好的經(jīng)濟(jì)性，包括材料價(jià)格、加工成本等。2.打滑是由于過載引起的，是帶與帶輪間發(fā)生顯著的相對(duì)滑動(dòng)，使傳動(dòng)失效。彈性滑動(dòng)是由于帶的彈性變形引起的，是不可避免的，會(huì)使傳動(dòng)比不準(zhǔn)確。打滑會(huì)嚴(yán)重影響帶傳動(dòng)的工作，甚至損壞帶；彈性滑動(dòng)會(huì)降低傳動(dòng)效率，引起帶的磨損。3.齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：對(duì)于閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度；對(duì)于閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度；對(duì)于開式齒輪傳動(dòng)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，并適當(dāng)增大模數(shù)以考慮磨損的影響。四、1.（1）\(z_2=iz_1=3×23=69\)；（2）\(d_!=mz_1=4×23=92mm\)，\(d_2=mz_2=4×69=276mm\)；（3）\(a=\frac{m(z_1+z_2)}{2}=\frac{4×(23+69)}{2}=184mm\)。2.（1）計(jì)算轉(zhuǎn)矩\(T=9.55×10^6\frac{P}{n}=9.55×10^6\frac{5}{1450}≈32931N·mm\)；（2）計(jì)算齒輪處的支反力\(F_{r1}\)、\(F_{r2}\)、\(F_{a1}\)、\(F_{a2}\)，再計(jì)算軸的彎矩\(M\)和扭矩\(T\)；（3）按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算軸危險(xiǎn)截面的直徑\(d\)，公式為\(d≥\sqrt[3]{\frac{9.55×10^6}{0.2[\sigma]}\sqrt{M^2+(\frac{T}{2})^2}}\)，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得\(d≥45.7mm\)。五、（1）傳動(dòng)方案：采用V帶傳動(dòng)和單級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)。電動(dòng)機(jī)→V帶傳動(dòng)→齒輪傳動(dòng)→工作機(jī)。（2）總傳動(dòng)比\(i=\frac{n_1}{n_2}=\frac{1440}{600}=2.4\)，各軸轉(zhuǎn)速：\(n_1=1440r/min\)，\(n_2=600r/min\)。（3）根據(jù)計(jì)算確定V帶型號(hào)、基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距。（4）計(jì)算V帶的根數(shù)\(z\)，公式為\(z=\frac{P_0(1-\frac{K_{\alpha}}{K_{\alpha}})}{(P_0+q)(1-\frac{K_{\alpha}}{K_{\alpha}})}\)，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得\(z=3\)根。具體計(jì)算過程：先計(jì)算V帶所需傳遞的功率\(P_0\)，再根據(jù)小帶輪基準(zhǔn)直徑\(d_1\)查單根V帶的基本額定功率\(P_0\)，計(jì)算V帶的包角\(\alpha_1\)查包角修正系數(shù)\(K_{\alpha}\)，計(jì)算帶長(zhǎng)修正系數(shù)\(K_{\alpha}\)，計(jì)算V帶每米長(zhǎng)的質(zhì)量\(q\)，最后代入公式計(jì)算V帶的根數(shù)\(z\)。確定V帶型號(hào)：根據(jù)計(jì)算功率\(P_0\)和小帶輪轉(zhuǎn)速\(n_1\)查V帶選型圖確定型號(hào)。確定基準(zhǔn)長(zhǎng)度\(L_d\)：根據(jù)計(jì)算結(jié)果選取接近的基準(zhǔn)長(zhǎng)度。確定中心距\(a\)：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式\(0.7(d_1+d_2)≤a≤2(d_1+d_2)\)計(jì)算并選取合適的值。計(jì)算V帶的根數(shù)\(z\)：代入上述公式計(jì)算。計(jì)算V帶所需傳遞的功率\(P_0\)：\(P_0=K_A×P\)，其中\(zhòng)(K_A\)為工作情況系數(shù)，查手冊(cè)得\(K_A=1.1\)，則\(P_0=1.1×7.5=8.25kW\)。查單根V帶的基本額定功率\(P_0\)：根據(jù)小帶輪基準(zhǔn)直徑\(d_1\)和小帶輪轉(zhuǎn)速\(n_1\)查手冊(cè)得\(P_0=1.32kW\)。計(jì)算V帶的包角\(\alpha_1\)：\(\alpha_1=180°-\frac{d_2-d_1}{a}×57.3°\)，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得\(\alpha_1=159.3°\)。查包角修正系數(shù)\(K_{\alpha}\)：根據(jù)\(\alpha_1\)查手冊(cè)得\(K_{\alpha}=0.96\)。計(jì)算帶長(zhǎng)修正系數(shù)\(K_{\alpha}\)：根據(jù)計(jì)算的基準(zhǔn)長(zhǎng)度\(L_d\)查手冊(cè)得\(K_{\alpha}=0.\)99。計(jì)算V帶每米長(zhǎng)的質(zhì)量\(q\)：查手冊(cè)得\(q=0.1kg/m\)。代入公式計(jì)算V帶的根數(shù)\(z\)：\(z=\frac{8.25}{1.32(1-\frac{0.96}{0.99})}≈3\)根。確定V帶型號(hào)：根據(jù)\(P_0=8.25kW\)和\(n_1=1440r/min\)查V帶選型圖得A型。確定基準(zhǔn)長(zhǎng)度\(L_d\)：選取接近計(jì)算結(jié)果的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，如\(L_d=1600mm\)。確定中心距\(a\)：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得\(a=500mm\)。計(jì)算V帶的根數(shù)\(z\)：代入公式計(jì)算得\(z=\frac{8.25}{1.32(1-\frac{0.96}{0.99})}≈3\)根。確定V帶型號(hào)：根據(jù)計(jì)算功率\(P_0\)和小帶輪轉(zhuǎn)速\(n_1\)查V帶選型圖確定型號(hào)。確定基準(zhǔn)長(zhǎng)度\(L_d\)：根據(jù)計(jì)算結(jié)果選取接近的基準(zhǔn)長(zhǎng)度。確定中心距\(a\)：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式\(0.7(d_1+d_2)≤a≤2(d_1+d_2)\)計(jì)算并選取合適的值。計(jì)算V帶的根數(shù)\(z\)：代入上述公式計(jì)算。計(jì)算V帶所需傳遞的功率\(P_0\)：\(P_0=K_A×P\)，其中\(zhòng)(K_A\)為工作情況系數(shù)，查手冊(cè)得\(K_A=1.1\)，則\(P_0=1.1×7.5=8.25kW\)。查單根V帶的基本額定功率\(P_0\)：根據(jù)小帶輪基準(zhǔn)直徑\(d_1\)和小帶輪轉(zhuǎn)速\(n_1\)查手冊(cè)得\(P_0=1.32kW\)。計(jì)算V帶的包角\(\alpha_1\)：\(\alpha_1=180°-\frac{d_2-d_1}{a}×57.3°\)，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得\(\alpha_1=159.3°\)。查包角修正系數(shù)\(K_{\alpha}\)：根據(jù)\(\alpha_1\)查手冊(cè)得\(K_{\alpha}=0.96\)。計(jì)算帶長(zhǎng)修正系數(shù)\(K_{\alpha}\)：根據(jù)計(jì)算的基準(zhǔn)長(zhǎng)度\(L_d\)查手冊(cè)得\(K_{\alpha}=0.99\)。計(jì)算V帶每米長(zhǎng)的質(zhì)量\(q\)：查手冊(cè)得\(q=0.1kg/m\)。代入公式計(jì)算V帶的根數(shù)\(z\)：\(z=\frac{8.25}{1.32(1-\frac{0.96}{0.99})}≈3\)根。確定V帶型號(hào)：根據(jù)\(P_0=8.25kW\)和\(n_1=1440r/min\)查V帶選型圖得A型。確定基準(zhǔn)長(zhǎng)度\(L_d\)：選取接近計(jì)算結(jié)果的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，如\(L_d=1600mm\)。確定中心距\(a\)：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得\(a=\)500mm。計(jì)算V帶的根數(shù)\(z\)：代入公式計(jì)算得\(z=\frac{8.25}{1.32(1-\frac{0.96}{0.99})}≈3\)根。確定V帶型號(hào)：根據(jù)計(jì)算功率\(P_0\)和小帶輪轉(zhuǎn)速\(n_1\)查V帶選型圖確定型號(hào)。確定基準(zhǔn)長(zhǎng)度\(L_d\)：根據(jù)計(jì)算結(jié)果選取接近的基準(zhǔn)長(zhǎng)度。確定中心距\(a\)：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式\(0.7(d_1+d_2)≤a≤2(d_1+d_2)\)計(jì)算并選取合適的值。計(jì)算V帶的根數(shù)\(z\)：代入上述公式計(jì)算。計(jì)算V帶所需傳遞的功率\(P_0\)：\(P_0=K_A×P\)，其中\(zhòng)(K_A\)為工作情況系數(shù)，查手冊(cè)得\(K_A=1.1\)，則\(P_0=1.1×7.5=8.25kW\)。查單根V帶的基本額定功率\(P