《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》試題及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.機(jī)械設(shè)計(jì)中，當(dāng)零件受變應(yīng)力作用時(shí)，其失效形式主要為（）。A.靜強(qiáng)度破壞B.疲勞破壞C.塑性變形D.磨損2.普通平鍵連接的主要失效形式是（）。A.鍵的剪切破壞B.鍵的擠壓破壞C.輪轂的擠壓破壞D.軸的剪切破壞3.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.彈性墊圈防松C.開口銷與槽形螺母防松D.膠接防松4.V帶傳動(dòng)中，帶的最大應(yīng)力發(fā)生在（）。A.帶進(jìn)入大帶輪處B.帶離開大帶輪處C.帶進(jìn)入小帶輪處D.帶離開小帶輪處5.一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，若中心距不變，增大模數(shù)m，則（）。A.齒數(shù)減少，齒厚增加B.齒數(shù)增加，齒厚減少C.齒數(shù)減少，齒厚減少D.齒數(shù)增加，齒厚增加6.滾動(dòng)軸承的基本額定壽命是指（）。A.一組同型號(hào)軸承中90%的軸承發(fā)生點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)B.單個(gè)軸承發(fā)生點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)C.一組同型號(hào)軸承中50%的軸承發(fā)生點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)D.軸承達(dá)到疲勞極限時(shí)的轉(zhuǎn)數(shù)7.轉(zhuǎn)軸的主要失效形式是（）。A.扭斷B.彎斷C.疲勞斷裂或過量變形D.表面磨損8.圓柱螺旋壓縮彈簧的彈簧絲直徑d、彈簧中徑D、有效圈數(shù)n均增大一倍時(shí)，彈簧的剛度（）。A.增大8倍B.增大4倍C.減小8倍D.減小4倍9.齒輪傳動(dòng)中，為減小齒面接觸疲勞磨損，可采取的措施是（）。A.減小齒寬B.降低齒面硬度C.增大模數(shù)D.增大中心距10.滑動(dòng)軸承的最小油膜厚度與（）無關(guān)。A.軸頸和軸承的表面粗糙度B.軸承的寬徑比C.潤滑油的黏度D.軸頸的轉(zhuǎn)速二、填空題（每空1分，共20分）1.機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則主要包括強(qiáng)度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、（）、（）和可靠性準(zhǔn)則。2.螺紋連接的預(yù)緊目的是（），防松的根本目的是（）。3.V帶傳動(dòng)的主要失效形式是（）和（）。4.齒輪傳動(dòng)的齒面疲勞點(diǎn)蝕通常首先出現(xiàn)在（）附近，其發(fā)生的主要原因是（）。5.滾動(dòng)軸承按承受載荷的方向可分為（）、（）和（）三類。6.軸按受載情況可分為（）、（）和（），其中轉(zhuǎn)軸同時(shí)承受（）和（）。7.圓柱螺旋彈簧的旋向分為（）和（），工程中常用（）。8.滑動(dòng)軸承的液體動(dòng)壓潤滑形成的必要條件包括（）、（）和（）。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述平鍵連接的工作原理及設(shè)計(jì)時(shí)的主要校核內(nèi)容。2.比較帶傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)（各列出3點(diǎn)）。3.說明齒輪傳動(dòng)中“硬齒面”與“軟齒面”的劃分依據(jù)及設(shè)計(jì)時(shí)的主要區(qū)別。4.滾動(dòng)軸承的基本額定動(dòng)載荷C與基本額定靜載荷C0的定義有何不同？設(shè)計(jì)時(shí)如何選擇使用？5.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足哪些基本要求？列舉5項(xiàng)。四、分析計(jì)算題（共25分）1.（8分）某受軸向工作載荷的緊螺栓連接，已知螺栓的預(yù)緊力F0=8000N，工作載荷F=5000N，螺栓的相對(duì)剛度Cb/(Cb+Cm)=0.3，被連接件的材料為鑄鐵，許用應(yīng)力[σ]=60MPa，螺栓的小徑d1=10mm。試計(jì)算：（1）螺栓所受的總拉力F2；（2）校核螺栓的強(qiáng)度是否滿足要求。2.（9分）一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，小齒輪齒數(shù)z1=20，大齒輪齒數(shù)z2=60，模數(shù)m=4mm，齒寬b1=80mm，b2=75mm，小齒輪轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，傳遞功率P=10kW，齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，小齒輪齒面硬度240HBS，大齒輪齒面硬度200HBS。試計(jì)算小齒輪的齒根彎曲應(yīng)力σF（已知：齒形系數(shù)YFa1=2.8，應(yīng)力修正系數(shù)YSa1=1.55，重合度系數(shù)Yε=0.85，載荷系數(shù)K=1.2）。3.（8分）某深溝球軸承的基本額定動(dòng)載荷C=35kN，工作轉(zhuǎn)速n=1000r/min，當(dāng)量動(dòng)載荷P=5kN，預(yù)期壽命Lh’=10000h。試校核該軸承的壽命是否滿足要求（壽命指數(shù)ε=3）。五、綜合設(shè)計(jì)題（15分）設(shè)計(jì)某減速器的輸出軸（低速軸），已知：傳遞功率P=15kW，轉(zhuǎn)速n=120r/min，軸上安裝一個(gè)直齒圓柱齒輪（分度圓直徑d=300mm，齒寬b=80mm，齒輪材料為40Cr，表面淬火，齒面硬度50HRC），齒輪通過平鍵與軸連接（鍵的尺寸b×h=20×12mm，鍵長(zhǎng)L=70mm），軸承采用深溝球軸承（型號(hào)6216，基本額定動(dòng)載荷C=64kN，基本額定靜載荷C0=47kN），軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，許用彎曲應(yīng)力[σ-1b]=60MPa。要求：（1）畫出軸的結(jié)構(gòu)示意圖（標(biāo)注主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：軸段直徑、長(zhǎng)度、倒角、鍵槽等）；（2）校核軸的強(qiáng)度（按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算，忽略軸向力，扭矩修正系數(shù)α=0.6）。答案一、選擇題1.B2.C3.C4.C5.A6.A7.C8.C9.D10.A二、填空題1.壽命準(zhǔn)則；振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則2.增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性；防止螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)（松動(dòng)）3.打滑；帶的疲勞破壞（脫層、斷裂）4.節(jié)線；節(jié)線處齒面接觸應(yīng)力最大且潤滑條件差（油楔作用弱）5.向心軸承；推力軸承；向心推力軸承（或角接觸軸承）6.心軸；傳動(dòng)軸；轉(zhuǎn)軸；彎矩；扭矩7.左旋；右旋；右旋8.軸頸與軸承間有楔形間隙；軸頸與軸承表面間有足夠的相對(duì)滑動(dòng)速度；潤滑油有一定的黏度且能連續(xù)供應(yīng)三、簡(jiǎn)答題1.工作原理：平鍵連接通過鍵的兩側(cè)面與軸、輪轂的鍵槽側(cè)面相互擠壓傳遞扭矩。設(shè)計(jì)時(shí)主要校核內(nèi)容：輪轂的擠壓強(qiáng)度（σp=2T/(dhl)≤[σp]），若強(qiáng)度不足可采用雙鍵（相隔180°布置）或增大鍵的尺寸。2.帶傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)平穩(wěn)、吸振；過載打滑保護(hù)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。缺點(diǎn)：傳動(dòng)比不準(zhǔn)確；效率較低；需要張緊裝置。鏈傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)比準(zhǔn)確；效率高；可在惡劣環(huán)境工作。缺點(diǎn)：傳動(dòng)不平穩(wěn)（多邊形效應(yīng)）；噪聲大；成本較高。3.劃分依據(jù)：齒面硬度≤350HBS為軟齒面，＞350HBS為硬齒面。設(shè)計(jì)區(qū)別：軟齒面齒輪一般先熱處理后切齒，按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，彎曲強(qiáng)度校核；硬齒面齒輪先切齒后熱處理（淬火、滲碳），需磨齒，按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，接觸強(qiáng)度校核。4.基本額定動(dòng)載荷C：軸承在額定壽命（106轉(zhuǎn)）時(shí)能承受的最大載荷；基本額定靜載荷C0：軸承靜止或低速時(shí)，受載最大滾動(dòng)體與滾道接觸中心產(chǎn)生塑性變形量之和為0.0001d（d為滾動(dòng)體直徑）時(shí)的載荷。設(shè)計(jì)時(shí)，若軸承主要受動(dòng)載荷，用C校核壽命；若主要受靜載荷或低速，用C0校核靜強(qiáng)度。5.基本要求：①滿足軸上零件的定位（軸向、周向）；②便于零件的裝拆；③具有良好的工藝性（如倒角、退刀槽）；④減少應(yīng)力集中（如過渡圓角）；⑤軸的各段直徑和長(zhǎng)度合理（與零件孔徑、寬度匹配）。四、分析計(jì)算題1.（1）總拉力F2=F0+Cb/(Cb+Cm)×F=8000+0.3×5000=9500N（2）螺栓強(qiáng)度校核：σ=4×1.3F2/(πd12)=4×1.3×9500/(3.14×102)=4×12350/314≈158.2MPa因[σ]=60MPa，σ＞[σ]，故強(qiáng)度不滿足要求。2.扭矩T1=9550×P/n1=9550×10/1450≈65.86N·m=65860N·mm齒寬b取b=75mm（小齒輪齒寬應(yīng)比大齒輪寬5-10mm，此處取大齒輪齒寬）彎曲應(yīng)力σF=K×T1×YFa1×YSa1×Yε/(b×m2×z1)=1.2×65860×2.8×1.55×0.85/(75×42×20)計(jì)算分子：1.2×65860=79032；2.8×1.55=4.34；4.34×0.85≈3.689；79032×3.689≈291,600分母：75×16×20=24,000σF≈291600/24000≈12.15MPa3.軸承壽命L10h=(106/(60n))×(C/P)^ε=(106/(60×1000))×(35/5)^3=(1000/60)×343≈16.667×343≈5716.7h因L10h=5716.7h＜Lh’=10000h，故壽命不滿足要求。五、綜合設(shè)計(jì)題（1）軸的結(jié)構(gòu)示意圖（文字描述）：-軸段1（軸承安裝段）：直徑d1=80mm（6216軸承內(nèi)徑80mm），長(zhǎng)度l1=30mm（略小于軸承寬度，6216軸承寬度26mm，取30mm便于安裝）；-軸段2（齒輪安裝段）：直徑d2=90mm（比d1大5-10mm，滿足軸肩定位），長(zhǎng)度l2=80mm（與齒輪齒寬匹配）；-軸段3（另一端軸承安裝段）：直徑d3=80mm，長(zhǎng)度l3=30mm；-鍵槽：在軸段2上開鍵槽，尺寸b×h=20×12mm，鍵長(zhǎng)L=70mm（略小于軸段2長(zhǎng)度）；-倒角：各軸段過渡處倒角C1.5；-退刀槽：軸承安裝段與軸肩間設(shè)退刀槽，尺寸1×1mm。（2）強(qiáng)度校核：扭矩T=9550×P/n=9550×15/120≈1193.75N·m=1,193,750N·mm齒輪圓周力Ft=2T/d=2×1,193,750/300≈7958.3N彎矩M=Ft×(l2/2)=7958.3×(80/2)=7958.3×40=318,332N·mm當(dāng)量彎矩Me=√(M2+(αT)2)=√(3183322+(