2025年《機(jī)械設(shè)計》習(xí)題庫及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.受橫向載荷的普通螺栓連接中，螺栓桿承受的主要應(yīng)力是（）。A.剪切應(yīng)力B.拉伸應(yīng)力C.扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力D.彎曲應(yīng)力答案：B2.齒輪傳動中，齒面接觸疲勞強(qiáng)度主要與（）有關(guān)。A.模數(shù)B.齒數(shù)C.分度圓直徑D.齒寬答案：C3.滾動軸承的基本額定壽命是指同一批軸承中（）的軸承能達(dá)到的壽命。A.90%B.95%C.99%D.100%答案：A4.設(shè)計鍵連接時，鍵的截面尺寸（寬度×高度）通常根據(jù)（）選取。A.軸的直徑B.輪轂長度C.傳遞的扭矩D.鍵的材料答案：A5.帶傳動中，彈性滑動的根本原因是（）。A.帶的預(yù)緊力不足B.帶與帶輪間的摩擦力不夠C.帶的材料不符合要求D.帶的緊邊與松邊拉力差引起的彈性變形差異答案：D6.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，軸肩的主要作用是（）。A.提高軸的強(qiáng)度B.便于軸上零件的定位和固定C.減少應(yīng)力集中D.改善軸的加工工藝性答案：B7.圓柱螺旋壓縮彈簧的彈簧絲直徑d增大時，彈簧的剛度（）。A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小答案：A8.蝸桿傳動中，為了提高傳動效率，最有效的措施是（）。A.增大蝸桿頭數(shù)B.增大模數(shù)C.減小蝸桿分度圓直徑D.降低滑動速度答案：A9.受變載荷的緊螺栓連接中，若保持剩余預(yù)緊力不變，將螺栓的剛度減小、被連接件的剛度增大，則螺栓的應(yīng)力幅（）。A.增大B.減小C.不變D.先減小后增大答案：B10.滾動軸承中，角接觸球軸承的公稱接觸角越大，其（）。A.軸向承載能力越強(qiáng)B.徑向承載能力越強(qiáng)C.極限轉(zhuǎn)速越高D.耐沖擊性能越好答案：A二、填空題（每空1分，共15分）1.螺紋連接防松的實質(zhì)是防止螺紋副的（）。答案：相對轉(zhuǎn)動2.齒輪傳動的主要失效形式有齒面磨損、齒面膠合、（）和（）。答案：齒面點蝕；輪齒折斷3.軸按承載性質(zhì)可分為（）、（）和（）。答案：心軸；轉(zhuǎn)軸；傳動軸4.帶傳動的主要失效形式是（）和（）。答案：打滑；帶的疲勞破壞5.滾動軸承的基本額定動載荷C是指軸承在（）壽命為（）轉(zhuǎn)時所能承受的最大載荷。答案：基本額定；10^66.設(shè)計滑動軸承時，為了避免軸瓦材料發(fā)生膠合，需限制（）值；為了避免軸承過度磨損，需限制（）值。答案：p·v；p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。答案：預(yù)緊目的：增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，防止受載后連接件出現(xiàn)相對滑移或分離。控制方法：（1）測力矩扳手或定力矩扳手控制預(yù)緊力；（2）測量螺栓伸長量；（3）對于重要連接，采用液壓拉伸器或加熱螺栓的方法。2.齒輪傳動中，為何閉式傳動通常以接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計為主，開式傳動以彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計為主？答案：閉式傳動潤滑良好，齒面磨損較慢，主要失效形式為齒面點蝕，故以接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計為主；開式傳動潤滑條件差，齒面易磨損，可能在點蝕前因磨損導(dǎo)致齒厚減薄而折斷，因此以彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計為主，同時需適當(dāng)增大模數(shù)考慮磨損影響。3.簡述滾動軸承組合設(shè)計中“兩端固定”和“一端固定、一端游動”兩種支撐方式的適用場合。答案：兩端固定：適用于工作溫度變化不大、軸的伸縮量較小的短軸（如一般減速器中的軸），通過兩個軸承各限制一個方向的軸向位移。一端固定、一端游動：適用于工作溫度變化大、軸的伸縮量較大的長軸（如汽輪機(jī)主軸），固定端軸承限制雙向軸向位移，游動端軸承允許軸自由伸縮，避免熱膨脹引起的附加載荷。4.帶傳動中，為何小帶輪的包角不能太?。咳绾卧龃蟀?？答案：包角越小，帶與帶輪的接觸弧越短，接觸面上的摩擦力總和越小，易發(fā)生打滑。一般要求小帶輪包角α1≥120°。增大包角的方法：（1）增大中心距；（2）減小兩帶輪直徑差；（3）采用張緊輪裝置。5.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足哪些基本要求？答案：（1）保證軸上零件的準(zhǔn)確定位和可靠固定；（2）便于軸上零件的裝拆和調(diào)整；（3）減小應(yīng)力集中，提高軸的疲勞強(qiáng)度；（4）具有良好的加工工藝性（如倒角、退刀槽等）；（5）滿足軸的強(qiáng)度、剛度和振動穩(wěn)定性要求。四、計算題（共35分）1.（8分）某受軸向變載荷的緊螺栓連接，已知螺栓的預(yù)緊力F0=8000N，工作載荷F在0~4000N之間變化。螺栓的剛度Cb=2×10^6N/mm，被連接件的剛度Cm=6×10^6N/mm。試求：（1）螺栓所受的最大拉力F2；（2）螺栓的應(yīng)力幅σa（螺栓小徑d1=10mm，許用應(yīng)力[σ]=120MPa）。解：（1）螺栓的剩余預(yù)緊力F1=F0(Cm/(Cb+Cm))Fmin=8000N（因Fmin=0時，F(xiàn)1=F0）。當(dāng)工作載荷最大為F=4000N時，螺栓的總拉力F2=F0+(Cb/(Cb+Cm))F=8000+(2/(2+6))×4000=8000+1000=9000N。（2）螺栓的最小拉力F1'=F0(Cm/(Cb+Cm))Fmax=8000(6/8)×4000=8000-3000=5000N。應(yīng)力幅σa=(F2F1')/(2×(πd12/4))=(9000-5000)/(2×(π×102/4))=4000/(2×78.54)=4000/157.08≈25.47MPa。2.（9分）設(shè)計一對閉式軟齒面直齒圓柱齒輪傳動，已知傳遞功率P=10kW，小齒輪轉(zhuǎn)速n1=960r/min，齒數(shù)比u=3，載荷平穩(wěn)，單向傳動，壽命10年（每年工作300天，每天2班，每班8小時），小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)，硬度280HBS），大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)，硬度240HBS）。試確定小齒輪齒數(shù)z1、模數(shù)m（取標(biāo)準(zhǔn)值）及齒寬b（b=φd×d1，φd=1.0）。（注：接觸疲勞強(qiáng)度公式：σH=ZE√[(2KT1(u+1))/(φdz12ub)]≤[σH]，ZE=189.8MPa^0.5，K=1.2，[σH1]=600MPa，[σH2]=550MPa，T1=9550×103×P/n1）解：（1）計算轉(zhuǎn)矩T1=9550×103×10/960≈99479N·mm。（2）許用接觸應(yīng)力取較小值[σH]=550MPa（大齒輪硬度低）。（3）代入公式求z12m3（因d1=mz1，b=φdd1=φdmz1）：σH2=ZE2×(2KT1(u+1))/(φdz12ub)=ZE2×(2KT1(u+1))/(φd2z13um3)整理得m3z13≥(ZE2×2KT1(u+1))/(φd2u[σH]2)代入數(shù)據(jù)：m3z13≥(189.82×2×1.2×99479×4)/(12×3×5502)≈(36024×2×1.2×99479×4)/(3×302500)≈(36024×955000)/(907500)≈38000取z1=24（軟齒面通常z1=20~40），則m3≥38000/(243)=38000/13824≈2.75，取m=2mm（標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)）。（4）驗證：d1=mz1=2×24=48mm，b=φdd1=48mm，圓整為b2=48mm，b1=53mm（小齒輪寬5~10mm）。3.（9分）某軸用一對7210C型角接觸球軸承（α=15°，基本額定動載荷C=35.2kN，e=0.38，當(dāng)Fa/Fr≤e時，X=1,Y=0；Fa/Fr>e時，X=0.41,Y=0.87），軸的轉(zhuǎn)速n=1450r/min，軸承所受徑向載荷Fr1=3000N，F(xiàn)r2=2000N，軸向外載荷Fae=800N（方向向左）。試計算軸承的壽命Lh（載荷系數(shù)fp=1.0）。解：（1）計算內(nèi)部軸向力Fs=0.68Fr（7210C型軸承，α=15°時Fs≈0.68Fr）。Fs1=0.68×3000=2040N（向右），F(xiàn)s2=0.68×2000=1360N（向左）。（2）軸向載荷Fa1、Fa2：軸向外載荷Fae=800N向左，故軸承1的軸向力平衡：Fs1=Fa1+Fae→Fa1=Fs1Fae=2040-800=1240N（因Fs1>Fs2+Fae=1360+800=2160N？不，重新分析：正確平衡：軸承1的軸向合力應(yīng)等于軸承2的內(nèi)部軸向力加外載荷。假設(shè)軸向左移動，軸承1被壓緊，軸承2被放松：Fa1=Fs2+Fae=1360+800=2160N，F(xiàn)a2=Fs2=1360N（若Fa1>Fs1=2040N，則軸承1的實際軸向力為Fa1=2160N，超過Fs1，需由軸承1的約束提供額外力）。（3）計算當(dāng)量動載荷P：對于軸承1：Fa1/Fr1=2160/3000=0.72>e=0.38，故X1=0.41，Y1=0.87，P1=fp(X1Fr1+Y1Fa1)=1×(0.41×3000+0.87×2160)=1230+1879.2=3109.2N。對于軸承2：Fa2/Fr2=1360/2000=0.68>e=0.38，X2=0.41，Y2=0.87，P2=1×(0.41×2000+0.87×1360)=820+1183.2=2003.2N。（4）壽命取較小值（P大的壽命短），L10h=(10^6/(60n))×(C/P1)^ε（球軸承ε=3）。L10h=(10^6/(60×1450))×(35200/3109.2)^3≈(10^6/87000)×(11.32)^3≈11.49×1452≈16690小時。4.（9分）某鋼制實心軸傳遞扭矩T=2000N·m，軸的材料為45