2025年大機(jī)械設(shè)計考試題及答案一、選擇題（每題3分，共30分）1.以下哪種螺紋常用于連接，且自鎖性能較好？A.三角形螺紋B.矩形螺紋C.梯形螺紋D.鋸齒形螺紋答案：A解析：三角形螺紋牙型角大，當(dāng)量摩擦系數(shù)大，自鎖性能好，常用于連接。矩形螺紋效率高，但自鎖性差，常用于傳動。梯形螺紋和鋸齒形螺紋也主要用于傳動。2.平鍵連接的主要失效形式是（）。A.工作面的壓潰和磨損B.鍵的剪切C.鍵的彎曲D.鍵的扭轉(zhuǎn)答案：A解析：平鍵連接工作時，靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。對于靜連接，主要失效形式是工作面的壓潰；對于動連接，主要失效形式是工作面的磨損。鍵的剪切和彎曲一般不是平鍵連接的主要失效形式，平鍵也不存在扭轉(zhuǎn)失效。3.在齒輪傳動設(shè)計中，軟齒面齒輪通常是指齒面硬度（）。A.≤350HBSB.>350HBSC.≤450HBSD.>450HBS答案：A解析：根據(jù)齒輪齒面硬度的不同，可分為軟齒面齒輪（齒面硬度≤350HBS）和硬齒面齒輪（齒面硬度>350HBS）。軟齒面齒輪常用于對精度要求不高、載荷較小的場合。4.帶傳動工作時，帶中的應(yīng)力不包括（）。A.拉應(yīng)力B.彎曲應(yīng)力C.離心應(yīng)力D.扭轉(zhuǎn)應(yīng)力答案：D解析：帶傳動工作時，帶中存在三種應(yīng)力：拉應(yīng)力（由緊邊和松邊拉力產(chǎn)生）、彎曲應(yīng)力（帶繞過帶輪時產(chǎn)生）和離心應(yīng)力（帶在做圓周運(yùn)動時產(chǎn)生）。帶傳動不存在扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。5.滾動軸承的基本額定壽命是指一批同型號的軸承，在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中（）的軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前所能達(dá)到的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時數(shù)。A.1%B.5%C.10%D.90%答案：C解析：滾動軸承的基本額定壽命是指一批同型號的軸承，在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中10%的軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前所能達(dá)到的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時數(shù)。6.聯(lián)軸器和離合器的主要作用是（）。A.緩沖、減振B.傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩C.防止機(jī)器發(fā)生過載D.補(bǔ)償兩軸的偏移答案：B解析：聯(lián)軸器和離合器的主要作用是將兩軸連接在一起，傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩。緩沖、減振是某些聯(lián)軸器的附加功能；防止機(jī)器發(fā)生過載是安全聯(lián)軸器或離合器的功能；補(bǔ)償兩軸的偏移也是部分聯(lián)軸器的功能，但傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩是其最主要的作用。7.以下哪種軸的材料應(yīng)用最為廣泛？A.碳鋼B.合金鋼C.不銹鋼D.有色金屬答案：A解析：碳鋼具有良好的力學(xué)性能和加工性能，價格相對較低，因此在軸的設(shè)計中應(yīng)用最為廣泛。合金鋼一般用于對強(qiáng)度、韌性等要求較高的場合；不銹鋼主要用于有耐腐蝕要求的環(huán)境；有色金屬在軸的設(shè)計中應(yīng)用相對較少。8.在設(shè)計滑動軸承時，若寬徑比B/d過大，可能會導(dǎo)致（）。A.軸承端泄油量大B.軸承的平均壓力減小C.軸承的溫度升高D.軸承的承載能力降低答案：C解析：寬徑比B/d過大時，軸承的散熱條件變差，容易導(dǎo)致軸承的溫度升高。寬徑比過小會使軸承端泄油量大；寬徑比的大小對軸承平均壓力的影響較小；一般情況下，適當(dāng)增大寬徑比可以提高軸承的承載能力。9.對于閉式硬齒面齒輪傳動，其設(shè)計準(zhǔn)則通常是（）。A.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計，然后校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度B.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計，然后校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度C.只按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計D.只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計答案：B解析：閉式硬齒面齒輪傳動，齒面接觸強(qiáng)度較高，而齒根彎曲強(qiáng)度相對較弱，因此通常按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計，確定齒輪的模數(shù)等參數(shù)，然后校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度。10.以下哪種彈簧常用于緩沖和減振？A.圓柱螺旋壓縮彈簧B.圓柱螺旋拉伸彈簧C.碟形彈簧D.空氣彈簧答案：D解析：空氣彈簧具有良好的彈性和減振性能，常用于緩沖和減振，如汽車的懸掛系統(tǒng)等。圓柱螺旋壓縮彈簧和拉伸彈簧主要用于承受軸向載荷；碟形彈簧常用于承受大載荷和短行程的場合。二、填空題（每題2分，共20分）1.螺紋連接的防松方法按工作原理可分為______、______和______三類。答案：摩擦防松、機(jī)械防松、永久防松解析：摩擦防松是通過增加螺紋副之間的摩擦力來防止松動，如彈簧墊圈、對頂螺母等；機(jī)械防松是利用機(jī)械裝置將螺母和螺栓鎖住，如開口銷與六角開槽螺母、止動墊圈等；永久防松是通過焊接、沖點(diǎn)等方法使螺紋副不可拆卸，達(dá)到防松的目的。2.齒輪傳動的主要失效形式有______、______、______、______和______。答案：輪齒折斷、齒面磨損、齒面膠合、齒面疲勞點(diǎn)蝕、塑性變形解析：輪齒折斷是由于輪齒承受的載荷過大或存在應(yīng)力集中等原因?qū)е?；齒面磨損是由于齒面間的相對滑動和摩擦引起；齒面膠合是在高速重載或低速重載的情況下，齒面間的油膜破裂，金屬直接接觸并相互粘連造成；齒面疲勞點(diǎn)蝕是由于齒面在交變接觸應(yīng)力作用下產(chǎn)生的；塑性變形是在過大的載荷作用下，齒面金屬發(fā)生塑性流動而產(chǎn)生的。3.帶傳動的彈性滑動是由于______引起的，是______避免的；而打滑是由于______引起的，是______避免的。答案：帶的彈性變形、不可、過載、可以解析：帶傳動工作時，由于緊邊和松邊的拉力不同，帶的彈性變形也不同，從而導(dǎo)致帶在帶輪上產(chǎn)生相對滑動，這種現(xiàn)象稱為彈性滑動，它是帶傳動的固有特性，不可避免。打滑是當(dāng)帶傳動的載荷超過帶與帶輪間的最大摩擦力時，帶與帶輪之間發(fā)生全面滑動的現(xiàn)象，通過合理設(shè)計和使用帶傳動可以避免打滑。4.滾動軸承按承受載荷的方向可分為______、______和______三類。答案：向心軸承、推力軸承、向心推力軸承解析：向心軸承主要承受徑向載荷；推力軸承主要承受軸向載荷；向心推力軸承既能承受徑向載荷，又能承受軸向載荷。5.軸按所受載荷的不同可分為______、______和______三類。答案：心軸、傳動軸、轉(zhuǎn)軸解析：心軸只承受彎矩，不傳遞轉(zhuǎn)矩，如自行車的前軸；傳動軸主要傳遞轉(zhuǎn)矩，不承受或只承受很小的彎矩，如汽車的傳動軸；轉(zhuǎn)軸既承受彎矩又傳遞轉(zhuǎn)矩，如齒輪減速器中的軸。6.滑動軸承的潤滑方法有______、______和______等。答案：手工潤滑、滴油潤滑、油環(huán)潤滑解析：手工潤滑是通過人工定期向軸承內(nèi)加油，適用于低速、輕載和不重要的場合；滴油潤滑是利用油杯使?jié)櫥鸵坏我坏蔚氐稳胼S承，能保證一定的供油量；油環(huán)潤滑是利用套在軸上的油環(huán)將油帶到軸承中，適用于中速和高速的場合。7.聯(lián)軸器可分為______和______兩大類。答案：剛性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器解析：剛性聯(lián)軸器用于兩軸對中精度較高、工作時兩軸相對位移較小的場合；撓性聯(lián)軸器又可分為無彈性元件的撓性聯(lián)軸器和有彈性元件的撓性聯(lián)軸器，前者能補(bǔ)償兩軸的相對位移，后者除了能補(bǔ)償相對位移外，還具有緩沖、減振的作用。8.彈簧的主要功能有______、______、______和______等。答案：緩沖和減振、控制運(yùn)動、儲存和釋放能量、測量力和力矩解析：彈簧在機(jī)械系統(tǒng)中具有多種功能，如汽車的減震彈簧用于緩沖和減振；發(fā)動機(jī)的氣門彈簧用于控制氣門的運(yùn)動；鐘表中的發(fā)條用于儲存和釋放能量；彈簧秤中的彈簧用于測量力的大小。9.設(shè)計機(jī)械零件時，應(yīng)滿足的基本要求有______、______、______和______等。答案：強(qiáng)度要求、剛度要求、壽命要求、工藝性要求解析：強(qiáng)度要求是指零件在工作時不發(fā)生斷裂或塑性變形；剛度要求是指零件在載荷作用下的彈性變形不超過允許的范圍；壽命要求是指零件在規(guī)定的工作條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，能正常工作；工藝性要求是指零件具有良好的加工工藝性和裝配工藝性，以降低生產(chǎn)成本。10.齒輪的精度等級通常由______、______和______三個方面的精度組成。答案：運(yùn)動精度、工作平穩(wěn)性精度、接觸精度解析：運(yùn)動精度是指齒輪傳遞運(yùn)動的準(zhǔn)確性，保證從動齒輪的轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角的誤差在允許范圍內(nèi)；工作平穩(wěn)性精度是指齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，避免因沖擊、振動和噪聲等影響工作性能；接觸精度是指齒輪在嚙合過程中，齒面接觸的良好程度，以保證齒輪的承載能力和使用壽命。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述螺紋連接預(yù)緊的目的和方法。答案：預(yù)緊的目的：-增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，防止連接松動和泄漏。例如在壓力容器的螺栓連接中，預(yù)緊可以保證容器的密封性，防止介質(zhì)泄漏。-提高連接的疲勞強(qiáng)度。預(yù)緊力可以使螺紋連接件在承受工作載荷之前就受到一定的壓應(yīng)力，當(dāng)工作載荷作用時，連接件所受的拉應(yīng)力變化幅度減小，從而提高疲勞強(qiáng)度。預(yù)緊的方法：-轉(zhuǎn)矩法：通過控制擰緊力矩來達(dá)到所需的預(yù)緊力?？梢允褂昧匕馐?，根據(jù)公式T=KFd（其中T為擰緊力矩，K為擰緊系數(shù)，F(xiàn)為預(yù)緊力，d為螺紋公稱直徑）計算出所需的擰緊力矩，然后用扳手?jǐn)Q緊到該力矩值。-測量伸長法：在擰緊螺栓前，測量螺栓的原始長度，擰緊后再次測量螺栓的長度，通過控制螺栓的伸長量來確定預(yù)緊力。螺栓的伸長量與預(yù)緊力之間存在一定的關(guān)系，可根據(jù)材料的彈性模量等參數(shù)計算得出。-控制螺母轉(zhuǎn)角法：先將螺母初步擰緊，然后再將螺母轉(zhuǎn)過一定的角度，使螺栓產(chǎn)生一定的伸長，從而達(dá)到所需的預(yù)緊力。這種方法簡單易行，但精度相對較低。2.分析帶傳動中彈性滑動和打滑的區(qū)別和聯(lián)系。答案：區(qū)別：-產(chǎn)生原因：彈性滑動是由于帶的彈性變形和緊邊、松邊拉力差引起的，是帶傳動的固有特性；打滑是由于過載，即帶傳動的載荷超過了帶與帶輪間的最大摩擦力而引起的。-現(xiàn)象表現(xiàn)：彈性滑動表現(xiàn)為帶在帶輪上的局部相對滑動，帶的速度在帶輪的接觸弧上是變化的；打滑表現(xiàn)為帶與帶輪之間發(fā)生全面的相對滑動，帶不能正常傳遞轉(zhuǎn)矩，帶傳動失效。-對傳動的影響：彈性滑動會使帶傳動的傳動比不準(zhǔn)確，降低傳動效率，但不會導(dǎo)致傳動失效；打滑會使帶傳動無法正常工作，嚴(yán)重時會損壞帶和帶輪。聯(lián)系：-彈性滑動和打滑都是帶傳動中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象，它們都與帶和帶輪之間的摩擦力有關(guān)。-當(dāng)彈性滑動發(fā)展到一定程度，帶傳動的載荷繼續(xù)增加，就可能導(dǎo)致打滑的發(fā)生。3.簡述滾動軸承的選擇步驟。答案：-確定軸承的類型：根據(jù)軸承的工作條件（如載荷的大小、方向和性質(zhì)，轉(zhuǎn)速的高低，工作溫度等）、安裝空間的限制以及對軸承的特殊要求（如調(diào)心性能、精度等）來選擇合適的軸承類型。例如，承受徑向載荷為主時，可選擇深溝球軸承；承受軸向載荷為主時，可選擇推力球軸承；同時承受徑向和軸向載荷時，可選擇角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。-確定軸承的尺寸：根據(jù)所承受的載荷大小和性質(zhì)，計算出軸承的當(dāng)量動載荷P或當(dāng)量靜載荷P0。然后根據(jù)軸承的預(yù)期壽命Lh或可靠性要求，選擇合適的基本額定動載荷C或基本額定靜載荷C0。根據(jù)計算得到的C或C0值，從軸承產(chǎn)品樣本中選取合適的軸承型號，使所選軸承的基本額定動載荷或基本額定靜載荷大于計算值。-校核軸承的工作能力：在選定軸承型號后，需要對軸承的壽命、極限轉(zhuǎn)速等進(jìn)行校核。對于一般的工作條件，主要校核軸承的壽命；對于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承，還需要校核其極限轉(zhuǎn)速，確保所選軸承能夠滿足工作要求。-考慮其他因素：如軸承的安裝、拆卸、潤滑和密封等問題。選擇合適的安裝和拆卸方法，保證軸承的安裝精度；選擇合適的潤滑劑和潤滑方式，確保軸承的正常潤滑；選擇合適的密封裝置，防止灰塵、水分等進(jìn)入軸承，影響其使用壽命。四、計算題（每題10分，共20分）1.有一單級直齒圓柱齒輪減速器，已知小齒輪的齒數(shù)z1=20，大齒輪的齒數(shù)z2=60，模數(shù)m=4mm，齒寬b=80mm，小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1=1000N·m，載荷系數(shù)K=1.2，齒輪材料的許用接觸應(yīng)力[σH1]=600MPa，[σH2]=550MPa，試校核該齒輪傳動的齒面接觸疲勞強(qiáng)度。解：（1）計算齒輪的分度圓直徑小齒輪的分度圓直徑d1=mz1=4×20=80mm大齒輪的分度圓直徑d2=mz2=4×60=240mm（2）計算齒輪的圓周速度\(v=\frac{\pid_1n_1}{60\times1000}\)，由于本題未給出轉(zhuǎn)速\(n_1\)，但可根據(jù)轉(zhuǎn)矩和圓周力的關(guān)系\(T_1=F_t\frac{d_1}{2}\)先求出圓周力\(F_t\)\(F_t=\frac{2T_1}{d_1}=\frac{2\times1000\times1000}{80}=25000N\)（3）計算齒面接觸應(yīng)力齒面接觸應(yīng)力的計算公式為\(\sigma_H=Z_HZ_EZ_{\varepsilon}\sqrt{\frac{2KT_1}{bd_1}(\frac{u+1}{u})}\)其中，\(u=\frac{z_2}{z_1}=\frac{60}{20}=3\)，\(Z_H=2.5\)（標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪），\(Z_E=189.8\sqrt{MPa}\)（鋼對鋼齒輪），\(Z_{\varepsilon}=0.9\)代入數(shù)據(jù)可得：\(\sigma_H=2.5\times189.8\sqrt{\frac{2\times1.2\times1000\times1000}{80\times80}(\frac{3+1}{3})}\)\(=2.5\times189.8\sqrt{\frac{2400000}{6400}\times\frac{4}{3}}\)\(=2.5\times189.8\sqrt{500}\)\(\approx2.5\times189.8\times22.36\)\(\approx1060.7MPa\)（4）校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度比較齒面接觸應(yīng)力\(\sigma_H\)與許用接觸應(yīng)力\([\sigma_H1]\)和\([\sigma_H2]\)的大小\(\sigma_H=1060.7MPa\)，\([\sigma_H1]=600MPa\)，\([\sigma_H2]=550MPa\)因為\(\sigma_H>[\sigma_H1]\)且\(\sigma_H>[\sigma_H2]\)，所以該齒輪傳動的齒面接觸疲勞強(qiáng)度不滿足要求。2.已知一滾動軸承承受的徑向載荷\(F_r=3000N\)，軸向載荷\(F_a=1500N\)，轉(zhuǎn)速\(n=1000r/min\)，預(yù)期壽命\(L_{h}=10000h\)，試選擇合適的深溝球軸承。解：（1）計算當(dāng)量動載荷\(P\)對于深溝球軸承，當(dāng)\(\frac{F_a}{F_r}\leqe\)時，\(P=F_r\)；當(dāng)\(\frac{F_a}{F_r}>e\)