2025年機械設(shè)計期末考試試卷(復(fù)習(xí)題庫)及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.某農(nóng)業(yè)機械中的傳動齒輪長期在粉塵環(huán)境下工作，其主要失效形式最可能是（）。A.齒面疲勞點蝕B.齒面磨損C.齒根彎曲疲勞折斷D.塑性變形2.設(shè)計受軸向變載荷的緊螺栓連接時，若僅將螺栓由45鋼改為35CrMo（強度更高），其他參數(shù)不變，螺栓的疲勞強度（）。A.提高B.降低C.不變D.不確定3.帶傳動中，彈性滑動的本質(zhì)是（）。A.帶與帶輪間的摩擦力不足B.帶的彈性變形導(dǎo)致速度差C.帶的初拉力過大D.帶輪直徑不匹配4.滾動軸承6210的內(nèi)徑尺寸為（）。A.10mmB.20mmC.50mmD.100mm5.齒輪傳動中，為減小齒向載荷分布不均，可采取的措施是（）。A.增大模數(shù)B.減小齒寬C.提高齒面硬度D.采用鼓形齒6.普通平鍵連接的主要失效形式是（）。A.鍵的剪切破壞B.輪轂的擠壓破壞C.軸的彎曲變形D.鍵的扭轉(zhuǎn)斷裂7.設(shè)計液體動壓滑動軸承時，若寬徑比（B/d）增大，軸承的承載能力（）。A.增大B.減小C.不變D.先增后減8.與滾子鏈傳動相比，同步帶傳動的主要優(yōu)點是（）。A.承載能力大B.傳動比準(zhǔn)確C.耐沖擊D.壽命長9.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，軸肩的主要作用是（）。A.提高軸的強度B.便于加工C.軸向定位零件D.減小應(yīng)力集中10.計算齒輪彎曲疲勞強度時，危險截面通常位于（）。A.齒頂B.齒根C.節(jié)線附近D.分度圓二、填空題（每空1分，共15分）1.機械零件的設(shè)計準(zhǔn)則主要包括強度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、（）和（）。2.螺紋連接防松的本質(zhì)是防止螺紋副間的（）。3.帶傳動的最大有效拉力隨初拉力增大而（），隨包角增大而（）。4.齒輪傳動中，齒面接觸疲勞強度主要與（）和（）有關(guān)。5.滾動軸承的基本額定壽命是指一批同型號軸承中（）不發(fā)生疲勞點蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)。6.軸按受載情況分為心軸、轉(zhuǎn)軸和（）；自行車前軸屬于（）。7.滑動軸承的潤滑方式選擇主要取決于（）和（）。8.鏈傳動的運動不均勻性是由（）引起的，稱為（）效應(yīng)。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述螺紋連接預(yù)緊的目的及常用的預(yù)緊方法。2.齒輪傳動中，硬齒面（硬度＞350HBS）與軟齒面（硬度≤350HBS）的設(shè)計準(zhǔn)則有何不同？3.滾動軸承組合設(shè)計時，為何需要考慮“一端固定、一端游動”的配置方式？列舉兩種實現(xiàn)游動的結(jié)構(gòu)。4.帶傳動中，為何小帶輪的包角不宜過??？可采取哪些措施增大包角？5.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足哪些基本要求？至少列舉4項。四、計算題（共35分）1.（10分）某傳動系統(tǒng)中，軸的材料為45鋼（σb=650MPa，σ-1=280MPa，τ-1=155MPa），承受的彎矩M=1200N·m，扭矩T=800N·m，軸的直徑d=50mm。若安全系數(shù)S=1.5，試校核該軸的彎扭組合強度（注：取折合系數(shù)α=0.6，許用彎曲應(yīng)力[σ-1b]=σ-1/S，許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力[τ-1]=τ-1/S）。2.（12分）設(shè)計一對閉式直齒圓柱齒輪傳動，已知小齒輪轉(zhuǎn)速n1=960r/min，傳遞功率P=10kW，齒數(shù)z1=20，z2=60，模數(shù)m=3mm，齒寬b1=60mm，b2=55mm（b1為小齒輪齒寬），小齒輪材料為20CrMnTi（滲碳淬火，齒面硬度58-62HRC），大齒輪材料為40Cr（表面淬火，齒面硬度50-55HRC）。試計算齒面接觸疲勞強度的安全系數(shù)（注：接觸疲勞許用應(yīng)力[σH1]=1200MPa，[σH2]=1000MPa；彈性系數(shù)ZE=189.8√MPa；節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH=2.5；接觸疲勞強度公式：σH=ZEZH√(2KT1(u+1)/(bd12u))，其中T1=9550×103P/n1，u=z2/z1，d1=mz1，K=1.2）。3.（13分）某機械裝置中選用6308滾動軸承（基本額定動載荷C=40.8kN），軸承承受徑向載荷Fr=5kN，軸向載荷Fa=2kN，載荷系數(shù)fp=1.2，溫度系數(shù)ft=1.0。已知軸承的徑向載荷系數(shù)X=0.56，軸向載荷系數(shù)Y=1.6，e=0.34（當(dāng)Fa/Fr＞e時，X=0.56，Y=1.6；否則X=1，Y=0）。試計算該軸承的基本額定壽命Lh（壽命公式：L10=(C/P)ε×10?/60n，ε=3）。五、綜合分析題（20分）某小型帶式輸送機的減速器輸出軸需連接一個直齒圓柱齒輪（模數(shù)m=4mm，齒數(shù)z=30）和一個滾動軸承（型號6212），軸的轉(zhuǎn)速n=300r/min，傳遞扭矩T=800N·m。要求：（1）畫出輸出軸的結(jié)構(gòu)簡圖（標(biāo)注主要尺寸：齒輪輪轂寬度、軸承寬度、軸肩高度、鍵槽位置等）；（2）說明軸的材料選擇依據(jù)（推薦2種材料并比較）；（3）分析軸上可能的失效形式及預(yù)防措施；（4）簡述軸承的配合選擇（內(nèi)圈與軸、外圈與軸承座）及潤滑方式。答案一、單項選擇題1.B2.A3.B4.C5.D6.B7.A8.B9.C10.B二、填空題1.耐磨性準(zhǔn)則；振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則2.相對轉(zhuǎn)動3.增大；增大4.齒面硬度；齒輪直徑（或中心距）5.90%的軸承6.傳動軸；心軸7.軸頸圓周速度；軸承載荷8.鏈條繞上鏈輪時的多邊形嚙合；多邊形三、簡答題1.預(yù)緊目的：增強連接的剛性、緊密性和防松能力，防止受載后連接件分離或滑移。預(yù)緊方法：使用力矩扳手控制預(yù)緊力；通過測量螺栓伸長量控制預(yù)緊力；采用定力矩電動扳手等工具。2.軟齒面齒輪：通常先按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強度（因齒面較軟，接觸疲勞是主要失效）；硬齒面齒輪：因齒面硬度高，彎曲疲勞折斷更易發(fā)生，故先按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計，再校核接觸疲勞強度。3.配置原因：補償軸的熱脹冷縮，避免軸承因軸向變形受額外載荷。游動結(jié)構(gòu)：①圓柱滾子軸承（內(nèi)圈或外圈可軸向游動）；②深溝球軸承與軸采用間隙配合（外圈與軸承座固定）。4.包角過小會導(dǎo)致帶與帶輪接觸弧縮短，摩擦力總和減小，易打滑。增大包角措施：增大中心距；減小大、小帶輪直徑差；加張緊輪（安裝在松邊內(nèi)側(cè)靠近大帶輪處）。5.基本要求：①軸上零件的軸向、周向定位可靠；②減小應(yīng)力集中（如圓角過渡）；③便于加工和裝配（如軸端倒角、鍵槽統(tǒng)一方向）；④滿足強度、剛度要求；⑤考慮潤滑與密封（如設(shè)置油溝）。四、計算題1.計算彎曲應(yīng)力σb=32M/(πd3)=32×1200/(π×503×10??)=32×1200/(π×1.25×10??)=約245.5MPa扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ=16T/(πd3)=16×800/(π×503×10??)=約162.3MPa折合應(yīng)力σca=√(σb2+(ατ)2)=√(245.52+(0.6×162.3)2)=√(60270+9430)=√69700≈264MPa許用彎曲應(yīng)力[σ-1b]=280/1.5≈186.7MPa，σca＞[σ-1b]，不滿足強度要求。2.T1=9550×103×10/960≈99479N·mmd1=mz1=3×20=60mm，u=60/20=3，b=55mm（取較小齒寬）σH=189.8×2.5×√(2×1.2×99479×(3+1)/(55×602×3))=474.5×√(2×1.2×99479×4/(55×3600×3))=474.5×√(955000/(594000))≈474.5×1.27≈603MPa安全系數(shù)S1=[σH1]/σH=1200/603≈1.99；S2=[σH2]/σH=1000/603≈1.66，取較小值1.66。3.Fa/Fr=2/5=0.4＞e=0.34，故X=0.56，Y=1.6當(dāng)量動載荷P=fp(XFr+YFa)=1.2×(0.56×5+1.6×2)=1.2×(2.8+3.2)=1.2×6=7.2kNL10=(40.8/7.2)3×10?/60n（注：題目未給n，假設(shè)n=1000r/min，若題目遺漏，可補充說明）若n=1000r/min，則Lh=(5.6673×10?)/(60×1000)=181.6×10?/6×10?≈3027h（具體數(shù)值隨n調(diào)整）。五、綜合分析題（1）結(jié)構(gòu)簡圖要點：齒輪輪轂寬度≥軸段長度（取齒輪寬度+2-3mm），軸承寬度與6212匹配（寬度B=26mm），軸肩高度h=(0.07-0.1)d（d為軸承內(nèi)徑，6212內(nèi)徑60mm，h≈4-6mm），鍵槽位于齒輪安裝段（長度≤輪轂寬度），軸端倒角C1.5，軸承安裝段與齒輪段用圓角過渡（r≥1mm）。（2）材料選擇：推薦45鋼（調(diào)質(zhì)處理，σb=600-750MPa，綜合性能好，成本低）；或40Cr（調(diào)質(zhì)，σb=750-900MPa，強度更高，適用于重載）。45鋼適用于一般載荷，40Cr適用于扭矩大或沖擊載荷場合。（3）失效形式：①疲勞斷裂（彎扭組合應(yīng)力），預(yù)防措施：合理設(shè)計軸肩圓角，避免應(yīng)力集中；②鍵連接擠壓