2025年機械設計基礎考試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.機械零件的最主要失效形式是（）。A.過量變形B.斷裂C.表面損傷D.功能失效2.零件的疲勞強度與靜強度的本質區(qū)別在于（）。A.應力循環(huán)特性不同B.材料的塑性變形能力不同C.失效時的應力水平不同D.應力集中的影響程度不同3.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.鍵的彎曲破壞D.軸的擠壓破壞4.V帶傳動中，彈性滑動的主要原因是（）。A.帶的預緊力不足B.帶與帶輪間的摩擦力不夠C.帶的材料彈性變形D.緊邊與松邊的拉力差5.標準直齒圓柱齒輪傳動中，若中心距不變，增大模數(shù)m，減小齒數(shù)z，則（）。A.齒根彎曲強度提高B.齒面接觸強度降低C.傳動平穩(wěn)性提高D.重合度增大6.滾動軸承的基本額定壽命是指（）。A.一組軸承中10%的軸承發(fā)生點蝕前的總轉數(shù)B.單個軸承發(fā)生點蝕前的總轉數(shù)C.一組軸承中90%的軸承發(fā)生點蝕前的總轉數(shù)D.單個軸承在額定載荷下的壽命7.螺紋連接防松的根本目的是（）。A.增加螺紋連接的剛度B.防止螺紋副相對轉動C.提高螺紋的疲勞強度D.減小螺紋的應力集中8.軸的結構設計中，軸肩的主要作用是（）。A.便于加工B.提高軸的強度C.軸向定位零件D.減小應力集中9.齒輪傳動中，齒面接觸疲勞強度設計的主要目的是防止（）。A.齒面磨損B.齒面膠合C.齒面塑性變形D.齒面點蝕10.對于受軸向變載荷的緊螺栓連接，提高其疲勞強度的有效措施是（）。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.同時增大螺栓和被連接件剛度D.同時減小螺栓和被連接件剛度二、填空題（每空1分，共15分）1.機械零件的設計準則主要包括強度準則、剛度準則、（）、（）和可靠性準則。2.螺紋連接的預緊力過大可能導致（），預緊力過小可能導致（）。3.帶傳動的主要失效形式是（）和（）。4.齒輪傳動中，軟齒面齒輪（硬度≤350HBS）的設計一般先按（）強度設計，再校核（）強度。5.滾動軸承的基本額定動載荷C是指（）。6.軸按承載性質可分為心軸、（）和（）。7.V帶的截面型號按尺寸從小到大依次為（）、A、B、C、D、E。8.鍵連接中，（）鍵對中性好，常用于高精度或頻繁拆卸的場合；（）鍵靠楔緊作用傳遞扭矩，可能影響軸與輪轂的對中性。三、簡答題（每題6分，共30分）1.比較平鍵連接與楔鍵連接的優(yōu)缺點，并說明各自的適用場合。2.齒輪傳動中，齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度的設計準則分別是什么？影響兩者的主要參數(shù)有哪些？3.帶傳動中為什么要限制最小中心距和最大傳動比？4.滾動軸承組合設計中，常用的軸向固定方式有哪幾種？各適用于什么場合？5.簡述提高螺栓連接疲勞強度的主要措施（至少列出4項）。四、分析計算題（共25分）1.（10分）某受軸向靜載荷的緊螺栓連接，螺栓材料為45鋼（σs=360MPa），許用安全系數(shù)[S]=3，螺栓小徑d1=10mm，預緊力F0=8000N，工作載荷F=5000N，剩余預緊力F'=1.2F。試校核該螺栓的強度（螺栓軸向拉應力公式：σ=4×(F0+F')/(πd12)）。2.（15分）一對標準直齒圓柱齒輪傳動，小齒輪齒數(shù)z1=20，大齒輪齒數(shù)z2=60，模數(shù)m=4mm，齒寬b=80mm，小齒輪轉速n1=1450r/min，傳遞功率P=10kW，載荷系數(shù)K=1.5，材料彈性系數(shù)ZE=189.8MPa^0.5，節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH=2.5，許用接觸應力[σH]=600MPa。試校核其齒面接觸疲勞強度（接觸應力公式：σH=ZHZE√(2KT1(u+1)/(bd12u))，其中u=z2/z1，T1=9550×103P/n1）。五、綜合設計題（10分）設計一臺帶式運輸機的傳動裝置，已知：運輸機卷筒直徑D=400mm，運輸帶速度v=1.2m/s，卷筒效率η=0.96，工作機載荷平穩(wěn)，單向運轉，要求傳動裝置壽命為5年（每年工作300天，每天8小時）。試完成以下設計步驟：1.確定電動機的功率和轉速（提示：卷筒軸功率Pw=FV/1000，F(xiàn)=1000×(2T)/D，T為卷筒扭矩；電動機功率Pd=Pw/(η1η2)，η1為傳動裝置效率，η2為卷筒效率；卷筒轉速n=60×1000v/(πD)）。2.選擇傳動方案（要求包含兩種傳動類型，如帶傳動+齒輪傳動），并說明理由。參考答案一、單項選擇題1.B2.A3.B4.D5.A6.C7.B8.C9.D10.B二、填空題1.耐磨性準則；振動穩(wěn)定性準則2.螺栓過載斷裂；連接松動3.打滑；帶的疲勞破壞4.接觸；彎曲5.軸承在額定壽命（10^6轉）時能承受的最大載荷6.轉軸；傳動軸7.Y8.平；楔三、簡答題1.平鍵連接：優(yōu)點是靠鍵的側面?zhèn)鬟f扭矩，對中性好，裝拆方便；缺點是不能承受軸向力。適用于高精度、高速或頻繁拆卸的場合。楔鍵連接：靠鍵的上下面與輪轂、軸的楔緊作用傳遞扭矩，可承受單向軸向力；缺點是對中性差，易引起軸與輪轂的偏心。適用于對中性要求不高、低速或單向軸向力的場合。2.接觸疲勞強度設計準則：σH≤[σH]，防止齒面點蝕；主要影響參數(shù)：分度圓直徑d1（或中心距a）、齒寬b、齒數(shù)比u、材料彈性系數(shù)ZE等。彎曲疲勞強度設計準則：σF≤[σF]，防止齒根斷裂；主要影響參數(shù)：模數(shù)m、齒數(shù)z、齒形系數(shù)YFa、應力修正系數(shù)YSa等。3.限制最小中心距：避免帶的長度過短，單位時間內繞轉次數(shù)增加，加速帶的疲勞破壞；同時減小包角，降低摩擦力。限制最大傳動比：避免小帶輪包角過?。é?過?。?，導致摩擦力不足，易打滑；同時帶在小帶輪上的彎曲應力過大，縮短壽命。4.軸向固定方式：①兩端固定（兩端單向固定）：適用于溫度變化小、跨距短的軸；②一端固定、一端游動：適用于溫度變化大、跨距長的軸（如蝸桿軸）；③兩端游動：適用于人字齒輪軸（需另一個軸固定）。5.措施：①減小螺栓剛度（如采用細長螺栓、空心螺栓）；②增大被連接件剛度（如采用剛性墊片）；③降低應力幅（如減小工作載荷變化范圍）；④改善螺紋牙間載荷分布（如采用懸置螺母）；⑤減小應力集中（如增大過渡圓角、采用滾壓螺紋）；⑥表面強化處理（如噴丸、滾壓）。四、分析計算題1.螺栓所受總拉力FΣ=F'+F=1.2×5000+5000=11000N（或FΣ=F0+F-F'=8000+5000-6000=7000N？需明確公式。實際緊螺栓連接總拉力FΣ=F'+F，剩余預緊力F'=1.2F=6000N，故FΣ=6000+5000=11000N）。拉應力σ=4FΣ/(πd12)=4×11000/(3.14×102)=140.86MPa。許用應力[σ]=σs/[S]=360/3=120MPa。因σ=140.86MPa>[σ]=120MPa，故強度不足。（注：可能題目中公式應為σ=4F0/(πd12)，需根據(jù)教材定義調整。若預緊力F0=8000N，則σ=4×8000/(3.14×102)=101.9MPa<120MPa，強度足夠。需明確題目中“軸向靜載荷”下總拉力是否為F0+F或FΣ=F0+F(1-Cb/(Cb+Cm))，但本題簡化為σ=4×(F0+F')/(πd12)，可能出題意圖為校核總拉力。）2.計算T1=9550×103×10/1450≈65862N·mm。u=z2/z1=3，d1=mz1=4×20=80mm。σH=2.5×189.8×√(2×1.5×65862×(3+1)/(80×802×3))=474.5×√(2×1.5×65862×4/(80×6400×3))=474.5×√(789344/(1536000))≈474.5×√0.514≈474.5×0.717≈340MPa≤[σH]=600MPa，故接觸強度足夠。五、綜合設計題1.卷筒速度v=1.2m/s，卷筒直徑D=400mm=0.4m，卷筒轉速n=60×1000v/(πD)=60×1000×1.2/(3.14×400)≈57.3r/min。卷筒軸功率Pw=FV/1000，F(xiàn)=2T/D（T=9550×Pw/n），但簡化計算：Pw=(F×v)/1000，而F=(2T)/D，T=9550×103×Pw/n→聯(lián)立得Pw=(v×n×D×F)/(2×9550×103)，但更簡單的方式：Pw=(1000×v×F)/1000=v×F。實際應通過效率計算：運輸機有效功率Pw=(F×v)/1000，其中F為運輸帶拉力。假設卷筒扭矩T=F×D/2，則Pw=T×n×2π/(60×1000)=(F×D/2)×n×2π/(60×1000)=F×D×n×π/(60×1000)。但題目提示Pw=FV/1000，F(xiàn)=1000×(2T)/D，可能簡化為Pw=(2T×v)/D。假設傳動裝置效率η1=0.9（帶傳動0.95×齒輪傳動0.97≈0.92，取0.9），則電動機功率Pd=Pw/(η1×η)=(1000×v×F/1000)/(0.9×0.96)=(v×F)/(0.864)。需補充F的假設值（如F=2000N），則Pw=1.2×2000/1000=2.4kW，Pd=2.4/(0.9×0.96)=2.78kW，選3kW電動機。電動機