(2025年)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)期末考試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.機(jī)械設(shè)計(jì)中，某零件材料的屈服極限σs=300MPa，安全系數(shù)n=1.5，則其許用應(yīng)力[σ]為（）。A.200MPaB.150MPaC.450MPaD.300MPa2.承受橫向載荷的普通螺栓連接中，螺栓桿主要承受（）。A.剪切與擠壓B.拉伸C.扭轉(zhuǎn)D.彎曲3.標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)中，若中心距不變，增大模數(shù)m，則（）。A.齒數(shù)z減少B.齒寬b增大C.齒頂高減小D.接觸疲勞強(qiáng)度降低4.V帶傳動(dòng)中，彈性滑動(dòng)的主要原因是（）。A.帶的預(yù)緊力不足B.帶與帶輪間的摩擦力不夠C.帶的材料彈性變形D.主動(dòng)輪與從動(dòng)輪直徑不同5.深溝球軸承的基本額定壽命L10與基本額定動(dòng)載荷C的關(guān)系為（）（ε=3）。A.L10=(C/P)^3×10^6轉(zhuǎn)B.L10=(P/C)^3×10^6轉(zhuǎn)C.L10=(C/P)^(1/3)×10^6轉(zhuǎn)D.L10=(P/C)^(1/3)×10^6轉(zhuǎn)6.按承載性質(zhì)分類，只承受彎矩不傳遞扭矩的軸稱為（）。A.轉(zhuǎn)軸B.心軸C.傳動(dòng)軸D.曲軸7.平鍵連接中，鍵的截面尺寸（b×h）通常根據(jù)（）選取。A.傳遞的扭矩B.軸的直徑C.輪轂長度D.許用擠壓應(yīng)力8.下列聯(lián)軸器中，能補(bǔ)償兩軸較大偏移且具有緩沖吸振能力的是（）。A.凸緣聯(lián)軸器B.齒式聯(lián)軸器C.彈性套柱銷聯(lián)軸器D.萬向聯(lián)軸器9.圓柱螺旋壓縮彈簧的中徑D2=20mm，簧絲直徑d=4mm，則其旋繞比C為（）。A.5B.0.2C.24D.1610.機(jī)械零件的疲勞斷裂通常從（）開始。A.材料內(nèi)部B.表面應(yīng)力集中處C.截面中心D.次表面二、填空題（每空1分，共20分）1.機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原則包括滿足功能要求、可靠性要求、________、________和環(huán)保要求。2.螺紋連接防松的本質(zhì)是防止螺紋副的________，常用方法有________防松、機(jī)械防松和永久防松。3.齒輪傳動(dòng)的主要失效形式有齒面磨損、齒面膠合、________、________和齒根彎曲疲勞折斷。4.V帶傳動(dòng)中，帶的最大應(yīng)力發(fā)生在________處，由拉應(yīng)力、________和離心拉應(yīng)力組成。5.滾動(dòng)軸承的基本額定壽命是指一批相同軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，________的軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)。6.軸的強(qiáng)度計(jì)算方法主要有________、________和安全系數(shù)校核計(jì)算。7.平鍵連接的主要失效形式是________（靜連接）或________（動(dòng)連接）。8.聯(lián)軸器與離合器的主要區(qū)別是：聯(lián)軸器需在________時(shí)連接或分離，離合器可在________時(shí)接合或分離。9.彈簧的主要功能包括緩沖吸振、________、________和測量力或力矩。10.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟包括需求分析、________、技術(shù)設(shè)計(jì)、________和試驗(yàn)改進(jìn)。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述螺紋連接預(yù)緊的目的及預(yù)緊力的控制方法。2.比較軟齒面齒輪（硬度≤350HBS）與硬齒面齒輪（硬度＞350HBS）的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及應(yīng)用場合。3.解釋V帶傳動(dòng)中“彈性滑動(dòng)”與“打滑”的區(qū)別，并說明打滑的危害。4.滾動(dòng)軸承的基本代號由哪幾部分組成？各部分分別表示什么含義？5.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足哪些基本要求？四、計(jì)算題（共25分）1.（8分）某受軸向工作載荷的緊螺栓連接，螺栓材料為45鋼（σs=355MPa），安全系數(shù)n=2，螺栓小徑d1=13.835mm。已知預(yù)緊力F0=2000N，工作載荷F=1500N，剩余預(yù)緊力F'=1.2F。試校核該螺栓的拉伸強(qiáng)度。2.（9分）一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，主動(dòng)輪齒數(shù)z1=20，從動(dòng)輪齒數(shù)z2=60，模數(shù)m=4mm，齒寬b=80mm，小齒輪轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，傳遞功率P=10kW，齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），小齒輪齒面硬度280HBS，大齒輪齒面硬度240HBS。設(shè)載荷系數(shù)K=1.2，接觸疲勞許用應(yīng)力[σH1]=600MPa，[σH2]=550MPa。試校核其接觸疲勞強(qiáng)度（接觸疲勞強(qiáng)度公式：σH=ZE√[(2KT1(u+1))/(bd1^2u)]，ZE=189.8√MPa，u=z2/z1，d1=mz1，T1=9550×10^3P/n1）。3.（8分）某轉(zhuǎn)軸的危險(xiǎn)截面處，彎矩M=500N·m，扭矩T=300N·m，軸的直徑d=40mm，材料為45鋼（σb=600MPa，σs=360MPa，σ-1=275MPa，τ-1=155MPa，ψσ=0.1）。若安全系數(shù)n=1.5，試按彎扭合成強(qiáng)度校核該截面（公式：σca=√(σb^2+(ψστb)^2)，σb=32M/(πd^3)，τb=16T/(πd^3)）。五、分析題（5分）某帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、V帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和滾筒組成。實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)：①V帶傳動(dòng)的帶頻繁磨損；②齒輪傳動(dòng)的小齒輪齒面出現(xiàn)點(diǎn)蝕。試分析可能的原因，并提出改進(jìn)措施。答案一、單項(xiàng)選擇題1.A2.B3.A4.C5.A6.B7.B8.C9.A10.B二、填空題1.經(jīng)濟(jì)性要求、工藝性要求2.相對轉(zhuǎn)動(dòng)、摩擦3.齒面接觸疲勞點(diǎn)蝕、塑性變形4.緊邊進(jìn)入小帶輪、彎曲應(yīng)力5.90%6.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算、按彎扭合成強(qiáng)度校核7.輪轂或鍵的擠壓破壞、鍵的磨損8.停車、運(yùn)轉(zhuǎn)9.儲(chǔ)存能量、控制運(yùn)動(dòng)10.方案設(shè)計(jì)、樣機(jī)試制三、簡答題1.預(yù)緊目的：增強(qiáng)連接的剛性、緊密性和防松能力，防止受載后接合面分離或滑移。控制方法：測力矩扳手、定力矩扳手、測量螺栓伸長量（或螺母轉(zhuǎn)角）。2.軟齒面齒輪：齒面硬度低，加工后可進(jìn)行磨齒以外的精加工，通常成對調(diào)質(zhì)處理，小齒輪硬度略高，設(shè)計(jì)時(shí)按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，彎曲強(qiáng)度校核，適用于一般機(jī)械（如減速器）。硬齒面齒輪：齒面硬度高，需經(jīng)淬火、滲碳等處理，常需磨齒，設(shè)計(jì)時(shí)按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，接觸強(qiáng)度校核，適用于重載、高速或小型化場合（如軋鋼機(jī)齒輪）。3.彈性滑動(dòng)：因帶的彈性變形和拉力差引起的局部滑動(dòng)，不可避免，導(dǎo)致從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速低于主動(dòng)輪；打滑：過載時(shí)帶與帶輪間全面滑動(dòng)，可避免但會(huì)加劇磨損、傳動(dòng)失效。危害：帶劇烈磨損、溫度升高、傳動(dòng)中斷。4.基本代號由類型代號、尺寸系列代號、內(nèi)徑代號組成。類型代號表示軸承類型（如6為深溝球軸承）；尺寸系列代號（寬度系列+直徑系列）表示軸承大?。粌?nèi)徑代號表示軸承內(nèi)徑（如04表示內(nèi)徑20mm）。5.要求：①軸上零件定位可靠（軸向、周向）；②滿足加工和裝配工藝性（如倒角、退刀槽、鍵槽布置）；③減少應(yīng)力集中（如過渡圓角）；④強(qiáng)度、剛度足夠；⑤經(jīng)濟(jì)性（如材料選擇、結(jié)構(gòu)簡化）。四、計(jì)算題1.螺栓總拉力F2=F0+F-F'=2000+1500-1.2×1500=1700N（或F2=F'+F=1.2×1500+1500=3300N？需明確公式。正確應(yīng)為F2=F0+(F-F0')，但剩余預(yù)緊力F'=F0-F，故F0=F'+F=1.2×1500+1500=3300N，總拉力F2=F0=3300N（軸向載荷下總拉力=預(yù)緊力+工作載荷×螺栓的相對剛度，但題目未給相對剛度，默認(rèn)剩余預(yù)緊力F'=F0-F×(1-Kc)，Kc為被連接件剛度與總剛度比，通常取F'≥(0.2~0.6)F，本題F'=1.2F，可能為簡化題設(shè)，總拉力F2=F'+F=1.2F+F=2.2F=3300N）。σ=4F2/(πd12)=4×3300/(π×13.8352)≈21.8MPa許用應(yīng)力[σ]=σs/n=355/2=177.5MPaσ＜[σ]，安全。2.T1=9550×103×10/1450≈65862N·mmd1=mz1=4×20=80mm，u=z2/z1=3σH=189.8×√[(2×1.2×65862×(3+1))/(80×802×3)]計(jì)算分子：2×1.2×65862×4=632,275.2分母：80×6400×3=1,536,000√(632275.2/1536000)=√0.411≈0.641σH=189.8×0.641≈121.6MPa[σH]取較小值550MPa，121.6＜550，安全。3.σb=32×500×103/(π×403)=32×500000/(π×64000)=16000000/(201061.93)≈79.6MPaτb=16×300×103/(π×403)=4800000/(201061.93)≈23.9MPaσca=√(79.62+(0.1×23.9)2)=√(6336.16+5.71)=√6341.87≈79.6MPa許用應(yīng)力[σ]=σ-1/(n)=275/1.5≈183.3MPa（或按彎扭合成安全系數(shù)nca=σ-1/σca=275/79.6≈3.46＞1.5，安全）。五、分析題①V帶磨損原因：預(yù)緊力過大（加劇摩擦）、帶輪直徑過?。◤澢鷳?yīng)力大）、帶型號選擇不