2025年大学大二（机械设计制造及其自动化）机械设计基础试题及解析.doc

2025年大学大二（机械设计制造及其自动化）机械设计基础试题及解析

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题，共40分）
答题要求：本卷共20小题，每小题2分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案的序号填在题后的括号内。

1. 机器与机构的本质区别在于（ ）
A. 是否能完成有用的机械功或转换机械能
B. 是否由许多构件组合而成
C. 各构件间能否产生相对运动
D. 两者没有区别
2. 平面运动副的最大约束数为（ ）
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
3. 渐开线齿轮传动的重合度ε与以下哪个因素无关（ ）
A. 齿轮的模数
B. 齿轮的齿数
C. 齿轮的齿宽
D. 齿轮的中心距
4. 一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知两齿轮齿数分别为40和80，并且测得小齿轮的齿顶圆直径为4mm，则大齿轮的齿顶圆直径为（ ）
A. 82mm
B. 84mm
C. 86mm
D. 88mm
5. 设计V带传动时，选取V带的型号主要依据（ ）
A. 带的紧边拉力
B. 带的有效拉力
C. 计算功率和小带轮转速
D. 带的预紧力
6. 链传动中，链节数宜采用（ ）
A. 奇数
B. 偶数
C. 质数
D. 无所谓
7. 为保证带传动的工作能力，一般规定小带轮的包角α1（ ）
A. ≥90°
B. ≥100°
C. ≥120°
D. ≥150°
8. 普通平键连接工作时，键的主要失效形式为（ ）
A. 键受剪切破坏
B. 键侧面受挤压破坏
C. 剪切和挤压同时产生
D. 磨损
9. 下列不属于轴的结构设计要求的是（ ）
A. 便于轴上零件的装拆和定位
B. 轴应具有足够的强度和刚度
C. 轴上受力合理，有利于提高轴的疲劳强度
D. 轴的外形应美观
10. 下列联轴器中，能补偿两轴的相对位移并可缓冲吸振的是（ ）
A. 凸缘联轴器
B. 齿式联轴器
C. 弹性柱销联轴器
D. 万向联轴器
11. 下列滚动轴承中，只能承受径向载荷的是（ ）
A. 深沟球轴承
B. 圆柱滚子轴承
C. 角接触球轴承
D. 推力球轴承
12. 在机械设计中，一般要求零件工作时的应力σ（ ）
A. ≤σs
B. ≤σb
C. ≤[σ]
D. ≤σ-1
13. 下列材料中，常用于制造轴的是（ ）
A. 45钢调质
B. HT200
C. ZCuSn10P1
D. 65Mn
14. 计算紧螺栓连接的拉伸强度时，考虑螺栓所受的扭转切应力，将拉伸载荷增加到原来的（ ）
A. 1.1倍
B. 1.3倍
C. 1.5倍
D. 2倍
15. 带传动中，带的弹性滑动现象是（ ）
A. 不可避免的
B. 可以避免的
C. 打滑的前奏
D. 有害的
16. 对于闭式软齿面齿轮传动，主要失效形式是（ ）
A. 齿面疲劳点蚀
B. 齿面磨损
C. 齿面胶合
D. 轮齿折断
17. 渐开线标准直齿圆柱齿轮分度圆上的压力角α为（ ）
A. 15°
B. 20°
C. 25°
D. 30°
18. 下列哪种螺纹主要用于连接（ ）
A. 梯形螺纹
B. 锯齿形螺纹
C. 普通螺纹
D. 矩形螺纹
19. 一对齿轮传动中，大、小齿轮的齿面接触应力（ ）
A. σH1>σH2
B. σH1<σH2
C. σH1=σH2
D. 不确定
20. 圆柱齿轮传动中，当齿轮的直径一定时，减小模数，增加齿数，可以（ ）
A. 提高齿轮的弯曲强度
B. 提高齿面接触强度
C. 改善传动的平稳性
D. 改善齿根的弯曲疲劳强度

第II卷（非选择题，共60分）

一、填空题（每空1分，共10分）
1. 机器一般由______、______、______和______四个部分组成。
2. 平面四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，则以最短杆为机架时，该机构为______机构。
3. 带传动的主要失效形式为______和______。
4. 链传动的主要失效形式有______、______、______和______。
5. 轴的结构设计应满足的要求有______、______、______和______。

二、简答题（每题5分共20分）
1. 简述机械零件设计的一般步骤。
2. 简述渐开线的性质。
3. 简述带传动的工作原理。
4. 简述滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷的概念。

三、分析计算题（每题10分，共20分）
1. 已知一标准直齿圆柱齿轮传动，模数m = 4mm，齿数z1 = 20，z2 = 40，试计算两齿轮的分度圆直径d1、d2，齿顶圆直径da1、da2，齿根圆直径df1、df2。
2. 有一V带传动，传递功率P = 5kW，小带轮转速n1 = 1450r/min，试计算小带轮上的有效拉力Fe。

四、综合应用题（10分）
某机器中有一对直齿圆柱齿轮传动，已知传递功率P = 7.5kW，小齿轮转速n1 = 960r/min，传动比i = 1.5，工作平稳，单向传动，两班制工作，预期寿命为5年（每年按250天计算）。试设计这对齿轮传动。（材料选择、参数计算等，要求写出主要计算步骤）

答案
1. A
2. B
3. C
4. B
5. C
6. B
7. C
8. B
9. D
10. C
11. B
12. C
13. A
14. A
15. A
16. A
17. B
18. C
19. C
20. C

填空题答案
1. 原动部分、传动部分、执行部分、控制部分
2. 双曲柄
3. 打滑、疲劳破坏
4. 链板疲劳破坏、滚子和套筒的冲击疲劳破坏、销轴与套筒的胶合磨损、链条铰链的磨损
5. 便于轴上零件的装拆和定位、轴应具有足够的强度和刚度、轴上受力合理，有利于提高轴的疲劳强度、尽量减小应力集中

简答题答案
1. 机械零件设计一般步骤：确定零件的工作要求和功能；选择合适的材料；进行结构设计；计算作用在零件上的载荷；对零件进行强度、刚度等方面的计算；绘制零件工作图等。
2. 渐开线性质：发生线沿基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长；渐开线上任意一点的法线必切于基圆；渐开线齿廓上各点的压力角不同，离基圆越远压力角越大；渐开线的形状取决于基圆大小；基圆内无渐开线。
3. 带传动工作原理：带传动是依靠带与带轮之间的摩擦力来传递运动和动力的。当主动轮转动时，通过摩擦力带动从动轮转动，实现运动和动力的传递。
4. 滚动轴承基本额定寿命：一批相同的轴承，在相同条件下运转，其中90%的轴承在发生点蚀前所能达到的总转数或工作小时数。基本额定动载荷：滚动轴承基本额定寿命为106转时，轴承所能承受的载荷。

分析计算题答案
1. 分度圆直径：d1 = mz1 = 4×20 = 80mm，d2 = mz2 = 4×40 = 160mm；齿顶圆直径：da1 = d1 + 2ha = 80 + 2×4 = 88mm（ha = m），da2 = d2 + 2ha = 160 + 2×4 = 168mm；齿根圆直径：df1 = d1 - 2hf = 80 - 2×1.25×4 = 70mm（hf = 1.25m），df2 = d2 - 2hf = 160 - 2×1.25×4 = 150mm。
2. 有效拉力Fe = 1000P/v（v = πd1n1/1000），先求v = π×d1×1450/（1000），d1未知，由P = 5kW，Fe = 1000×5/v，计算可得Fe。

综合应用题答案
1. 确定齿轮材料：小齿轮选45钢调质，大齿轮选45钢正火。
2. 计算齿轮转速：n2 = n1/i = 960/1.5 = 640r/min。
3. 计算齿轮圆周速度：v = πd1n1/1000，先估算d1，根据经验公式d1≥50√P/n1，可得d1≥50√7.5/960≈13.9mm，取d1 = 20mm，v = π×20×960/1000≈60.3m/min。
4. 计算载荷系数K：查手册，根据工作平稳、单向传动、两班制工作等条件，K = 1.1。
5. 计算模数m：由弯曲疲劳强度公式计算m，先计算齿宽b，b = ψd d1，ψd取0.8，b = 0.8×20 = 16mm，计算得m≥2.5，取m = 3mm。
6. 计算其他参数：d1 = mz1 = 3×20 = 60mm，d2 = mz2 = 3×30 = 90mm等，后续计算齿顶圆、齿根圆等尺寸，再进行齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度校核确保满足要求。