2025年設(shè)計(jì)機(jī)械題庫及答案一、選擇題（每題3分，共30分）1.下列螺紋連接防松方法中，屬于機(jī)械防松的是（）。A.雙螺母防松B.彈簧墊圈防松C.止動墊片防松D.黏結(jié)劑防松答案：C2.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.齒寬系數(shù)D.分度圓直徑答案：D3.滾動軸承基本額定壽命是指同一批軸承中（）達(dá)到額定壽命時(shí)的壽命值。A.10%的軸承B.50%的軸承C.90%的軸承D.100%的軸承答案：C4.帶傳動中，彈性滑動的主要原因是（）。A.帶的預(yù)緊力不足B.帶與帶輪間的摩擦力不夠C.帶的材料不符合要求D.帶的緊邊與松邊拉力差引起的彈性變形差答案：D5.軸的材料選擇中，40Cr常用于（）。A.低速輕載的軸B.高速重載且要求耐磨的軸C.需表面淬火的軸D.承受沖擊載荷的軸答案：B6.平鍵連接中，鍵的主要失效形式是（）。A.鍵的剪切破壞B.鍵的擠壓破壞C.輪轂的擠壓破壞D.軸的擠壓破壞答案：C7.滑動軸承的主要失效形式是（）。A.點(diǎn)蝕B.膠合C.磨損D.塑性變形答案：B8.蝸桿傳動中，為提高傳動效率，最有效的措施是（）。A.增大蝸桿頭數(shù)B.減小蝸桿直徑系數(shù)C.提高蝸桿轉(zhuǎn)速D.增加蝸輪齒數(shù)答案：A9.機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算中，應(yīng)力比r=-1時(shí)對應(yīng)（）。A.對稱循環(huán)變應(yīng)力B.脈動循環(huán)變應(yīng)力C.靜應(yīng)力D.非對稱循環(huán)變應(yīng)力答案：A10.聯(lián)軸器與離合器的主要區(qū)別是（）。A.聯(lián)軸器可補(bǔ)償兩軸偏移，離合器不能B.聯(lián)軸器需在停機(jī)時(shí)分離，離合器可在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)分離C.聯(lián)軸器傳遞扭矩更大D.離合器結(jié)構(gòu)更簡單答案：B二、簡答題（每題8分，共40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)滑移、分離或螺紋松動。預(yù)緊力控制方法：①控制擰緊力矩（通過力矩扳手或定力矩電動扳手）；②測量螺栓伸長量（通過千分尺測量擰緊前后的長度差）；③利用螺母轉(zhuǎn)角法（根據(jù)螺栓彈性變形量與轉(zhuǎn)角的關(guān)系控制預(yù)緊力）；④液壓拉伸法（通過液壓裝置直接拉伸螺栓至預(yù)定伸長量后擰緊螺母）。2.比較齒輪傳動中硬齒面與軟齒面的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。答案：硬齒面（齒面硬度＞350HBS）：齒面承載能力高，一般先熱處理后精加工（如磨齒），設(shè)計(jì)時(shí)以接觸疲勞強(qiáng)度或彎曲疲勞強(qiáng)度為主要計(jì)算依據(jù)，通常用于重載、高速或結(jié)構(gòu)緊湊的場合；軟齒面（齒面硬度≤350HBS）：齒面易加工，通常先加工后熱處理（如調(diào)質(zhì)或正火），設(shè)計(jì)時(shí)以接觸疲勞強(qiáng)度為主要計(jì)算依據(jù)，通過調(diào)整模數(shù)和齒數(shù)滿足強(qiáng)度要求，適用于一般載荷和精度要求的場合。3.滾動軸承的組合設(shè)計(jì)需考慮哪些問題？答案：①軸向固定：確定軸承的軸向定位方式（如兩端固定、一端固定一端游動、兩端游動），防止軸的軸向竄動；②間隙調(diào)整：通過墊片、調(diào)整環(huán)或螺紋件調(diào)整軸承的軸向間隙，保證運(yùn)轉(zhuǎn)精度；③配合選擇：根據(jù)載荷性質(zhì)、轉(zhuǎn)速和安裝要求確定軸承與軸、軸承座的配合松緊度；④潤滑與密封：選擇合適的潤滑方式（脂潤滑或油潤滑）和密封裝置（如密封圈、擋油盤），防止?jié)櫥瑒┬孤┖臀廴疚锴秩?；⑤溫度補(bǔ)償：對于長軸或高溫環(huán)境，需考慮軸承的熱膨脹補(bǔ)償，避免卡死。4.帶傳動的打滑與彈性滑動有何區(qū)別？答案：彈性滑動是由于帶的緊邊與松邊拉力差引起的帶的彈性變形差異，導(dǎo)致帶在帶輪上的局部滑動，是不可避免的物理現(xiàn)象，會造成傳動比不準(zhǔn)確但不會破壞傳動；打滑是由于外載荷超過帶與帶輪間的最大摩擦力，導(dǎo)致帶在帶輪上全面滑動，是可以避免的失效形式，會加劇帶的磨損并使傳動中斷。5.簡述軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則。答案：①滿足強(qiáng)度、剛度和振動穩(wěn)定性要求；②便于零件的裝拆和調(diào)整（如設(shè)置軸肩、退刀槽、砂輪越程槽）；③保證零件的定位和固定（軸向用軸肩、套筒、圓螺母，周向用鍵、花鍵、過盈配合）；④減小應(yīng)力集中（軸肩處采用圓角過渡，避免直徑突變）；⑤考慮加工工藝性（如軸段直徑按階梯遞增，鍵槽布置在同一母線上）；⑥適應(yīng)工作環(huán)境（如密封部位設(shè)置溝槽，暴露部位做表面處理）。三、計(jì)算題（每題15分，共30分）1.某齒輪減速器低速軸采用45鋼（調(diào)質(zhì)處理，σb=650MPa，σ-1=275MPa，τ-1=155MPa），已知軸的最小直徑d=50mm，軸上作用的扭矩T=2500N·m，彎矩M=1200N·m，軸的表面質(zhì)量系數(shù)β=0.9，尺寸系數(shù)εσ=0.85，有效應(yīng)力集中系數(shù)Kσ=1.8，安全系數(shù)S=1.5。試校核該軸的疲勞強(qiáng)度（取折合系數(shù)α=0.6）。解：（1）計(jì)算彎曲應(yīng)力σb=32M/(πd3)=32×1200/(π×503×10^-9)=32×1200/(π×125×10^-6)=(3.84×10^6)/(3.927×10^-4)=約97.8MPa（注意單位換算：d=50mm=0.05m，d3=0.053=1.25×10^-4m3）（2）計(jì)算扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ=16T/(πd3)=16×2500/(π×503×10^-9)=4×10^4/(3.927×10^-4)=約101.9MPa（3）計(jì)算當(dāng)量應(yīng)力σca=√(σb2+(ατ)2)=√(97.82+(0.6×101.9)2)=√(9564.84+3732.5)=√13297.34≈115.3MPa（4）計(jì)算許用應(yīng)力[σ-1]=σ-1/(Kσ/(εσβ))=275/(1.8/(0.85×0.9))=275/(1.8/0.765)=275/2.353≈116.9MPa（5）校核：σca=115.3MPa≤[σ-1]=116.9MPa，安全。2.設(shè)計(jì)一對閉式直齒圓柱齒輪傳動，已知傳遞功率P=10kW，小齒輪轉(zhuǎn)速n1=960r/min，傳動比i=3，載荷平穩(wěn)，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，預(yù)期壽命Lh=10000h，小齒輪材料為40Cr（表面淬火，HRC50-55，σHlim1=1200MPa），大齒輪材料為45鋼（表面淬火，HRC45-50，σHlim2=1000MPa），取接觸疲勞安全系數(shù)SH=1.1，載荷系數(shù)K=1.2，齒寬系數(shù)φd=0.8，齒數(shù)z1=24，試計(jì)算小齒輪分度圓直徑d1（彈性影響系數(shù)ZE=189.8√MPa，接觸疲勞壽命系數(shù)ZN1=1.0，ZN2=1.0）。解：（1）計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩T1=9550×P/n1=9550×10/960≈99.48N·m=99480N·mm（2）確定許用接觸應(yīng)力[σH1]=σHlim1/SH=1200/1.1≈1090.9MPa，[σH2]=σHlim2/SH=1000/1.1≈909.1MPa，取[σH]=[σH2]=909.1MPa（3）接觸疲勞強(qiáng)度公式：d1≥√[(2KT1/φd)(ZE2/[σH]2)(u+1)/u]，其中u=i=3（4）代入數(shù)據(jù)：d1≥√[(2×1.2×99480/0.8)(189.82/909.12)(4/3)]計(jì)算各部分：2×1.2×99480/0.8=2×1.2×124350=298440189.82=36024.04，909.12≈826462.8，36024.04/826462.8≈0.0436(4/3)≈1.333則d1≥√[298440×0.0436×1.333]≈√[298440×0.0581]≈√17340≈131.7mm取d1=135mm（圓整后滿足強(qiáng)度要求）。四、綜合分析題（20分）某帶式輸送機(jī)驅(qū)動裝置需設(shè)計(jì)一級圓柱齒輪減速器，要求：①輸入功率P=15kW，輸入轉(zhuǎn)速n1=1440r/min，傳動比i=4；②工作環(huán)境多粉塵，每天工作16小時(shí)，壽命5年（每年300天）；③需考慮安裝誤差和熱膨脹影響。試完成以下設(shè)計(jì)分析：（1）確定齒輪材料及熱處理方式；（2）選擇齒輪精度等級；（3）設(shè)計(jì)軸承組合定位方式；（4）提出潤滑與密封方案。答案：（1）齒輪材料及熱處理：輸送機(jī)為中載、中速場合，小齒輪承受載荷更大，應(yīng)選高強(qiáng)度材料。小齒輪可選20CrMnTi（滲碳淬火，HRC58-62），大齒輪選40Cr（表面淬火，HRC50-55），或均選45鋼（小齒輪調(diào)質(zhì)+表面淬火，大齒輪正火+表面淬火），以提高齒面硬度和耐磨性，適應(yīng)粉塵環(huán)境。（2）齒輪精度等級：輸送機(jī)為一般工業(yè)設(shè)備，轉(zhuǎn)速n1=1440r/min，小齒輪分度圓線速度v=πd1n1/(60×1000)，假設(shè)d1=100mm，則v≈π×100×1440/(60×1000)=7.54m/s，屬于中速，選8級精度（GB/T10095-2008），若對噪聲要求較高可提高至7級。（3）軸承組合定位：減速器軸為水平布置，考慮熱膨脹（軸工作時(shí)溫度升高會伸長），應(yīng)采用“一端固定，一端游動”的定位方式。固定端用一對角接觸球軸承（或深溝球軸承+推力球軸承）承受雙向軸向力，游動端用深溝球軸承（內(nèi)圈與軸固定，外圈與軸承座間隙配合），允許軸沿軸向自由伸縮，避免