2025年大学（机械设计制造及其自动化）机械设计测试题及答案.doc

2025年大学（机械设计制造及其自动化）机械设计测试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（总共10题，每题3分，每题只有一个正确答案，请将正确答案填在括号内）
1. 机械设计中，确定零件材料的主要依据不包括以下哪项？（ ）
A. 零件的使用要求
B. 材料的工艺性
C. 材料的美观性
D. 材料的经济性
2. 以下哪种传动方式能实现较大的传动比且结构紧凑？（ ）
A. 带传动
B. 链传动
C. 齿轮传动
D. 蜗杆传动
3. 在计算齿轮的弯曲疲劳强度时，齿形系数主要与（ ）有关。
A. 齿轮的模数
B. 齿轮的齿数
C. 齿轮的齿宽
D. 齿轮的硬度
4. 设计V带传动时，选取小带轮基准直径的依据是（ ）。
A. 带的型号
B. 带的速度
C. 传动比
D. 主动轮转速
5. 普通平键连接的主要失效形式是（ ）。
A. 键的剪断
B. 键的磨损
C. 工作面的压溃
D. 键的弯曲
6. 滚动轴承的基本额定寿命是指（ ）。
A. 在额定动载荷作用下，轴承所能达到的寿命
B. 在额定静载荷作用下，轴承所能达到的寿命
C. 一批同型号轴承在相同条件下运转，其中90%的轴承所能达到的寿命
D. 一批同型号轴承在相同条件下运转，其中50%的轴承所能达到的寿命
7. 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，有利于提高轴的承载能力
D. 轴的表面应尽量光滑美观
8. 对于受轴向变载荷作用的紧螺栓连接，在限定螺栓总拉力的情况下，提高螺栓疲劳强度的有效措施是（ ）。
A. 增大螺栓刚度，减小被连接件刚度
B. 减小螺栓刚度，增大被连接件刚度
C. 增大螺栓刚度和被连接件刚度
D. 减小螺栓刚度和被连接件刚度
9. 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. 提高齿面接触强度
B. 提高齿根弯曲强度
C. 改善传动的平稳性
D. 减小齿轮的塑性变形
10. 在设计减速器中的轴时，一般应先进行（ ）计算。
A. 强度
B. 刚度
C. 结构
D. 疲劳寿命

第II卷
二、填空题（总共5题，每题4分，将正确答案填在横线上）
1. 机械设计的一般程序包括计划阶段、______、技术设计阶段和______。
2. 带传动的弹性滑动是由于______引起的，打滑是由于______引起的。
3. 渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是______和______。
4. 轴的结构设计应满足的基本要求有______、______、______和______。

5. 滚动轴承的基本额定动载荷是指______。

三、简答题（总共3题，每题10分）
1. 简述机械设计中选择材料的一般原则。
2. 说明带传动中打滑和弹性滑动的区别及对带传动的影响。
3. 简述齿轮传动的设计准则。

四、分析计算题（总共2题，每题15分）
1. 有一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知主动轮转速\(n_1 = 1450r/min\) , 传动比\(i = 3\)，模数\(m = 4mm\)，小齿轮齿数\(z_1 = 23\)。试计算：（1）大齿轮齿数\(z_2\)；（2）两齿轮的分度圆直径\(d_1\)、\(d_2\)；（3）中心距\(a\)。
2. 某减速器中的轴，传递功率\(P = 5kW\)，转速\(n = \)1450r/min，轴上装有一个直齿圆柱齿轮和一个联轴器。齿轮的分度圆直径\(d = 300mm\)，轮毂宽度\(B = 80mm\)，作用在齿轮上的圆周力\(Ft = 2000N\)，径向力\(Fr = 700N\)，轴向力\(Fa = 300N\)。联轴器处作用有轴向力\(F_{a1}=200N\)。轴的材料为45钢，调质处理，许用应力\([\sigma]=60MPa\)。试按弯扭合成强度条件计算该轴危险截面的直径。

五、设计题（15分）
设计一带式输送机的传动装置，已知电动机功率\(P = 7.5kW\)，转速\(n_1 = \)1440r/min，工作机转速\(n_2 = 600r/min\)，两班制工作，载荷较平稳。要求结构紧凑，成本较低。试确定：（1）传动方案；（2）计算传动装置的总传动比及各轴的转速；（3）确定V带的型号、基准长度和中心距；（4）计算V带的根数。

答案：
一、1.C 2.D 3.B 4.D 5.C 6.C 7.D 8.B 9.C 10.A
二、1. 方案设计阶段、设计计算和改进设计阶段 2. 带的弹性变形、过载 3. 模数相等、压力角相等 4. 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、有利于提高轴的承载能力 5. 一批同型号轴承在相同条件下运转，其中90%的轴承所能达到的寿命
三、1. 机械设计中选择材料的一般原则：满足使用要求，包括力学性能、物理性能、化学性能等；具有良好的工艺性，如铸造性、锻造性、焊接性等；具有良好的经济性，包括材料价格、加工成本等。 2. 打滑是由于过载引起的，是带与带轮间发生显著的相对滑动，使传动失效。弹性滑动是由于带的弹性变形引起的，是不可避免的，会使传动比不准确。打滑会严重影响带传动的工作，甚至损坏带；弹性滑动会降低传动效率，引起带的磨损。 3. 齿轮传动的设计准则：对于闭式软齿面齿轮传动，按齿面接触疲劳强度设计，校核齿根弯曲疲劳强度；对于闭式硬齿面齿轮传动，按齿根弯曲疲劳强度设计，校核齿面接触疲劳强度；对于开式齿轮传动，按齿根弯曲疲劳强度设计，并适当增大模数以考虑磨损的影响。
四、1. （1）\(z_2 = iz_1 = 3×23 = 69\)；（2）\(d_! = mz_1 = 4×23 = 92mm\)，\(d_2 = mz_2 = 4×69 = 276mm\)；（3）\(a = \frac{m(z_1 + z_2)}{2} = \frac{4×(23 + 69)}{2} = 184mm\)。 2. （1）计算转矩\(T = 9.55×10^6\frac{P}{n} = 9.55×10^6\frac{5}{1450}≈32931N·mm\)；（2）计算齿轮处的支反力\(F_{r1}\)、\(F_{r2}\)、\(F_{a1}\)、\(F_{a2}\)，再计算轴的弯矩\(M\)和扭矩\(T\)；（3）按弯扭合成强度条件计算轴危险截面的直径\(d\)，公式为\(d≥\sqrt[3]{\frac{9.55×10^6}{0.2[\sigma]}\sqrt{M^2 + (\frac{T}{2})^2}}\)，代入数据计算得\(d≥45.7mm\)。
五、（1）传动方案：采用V带传动和单级圆柱齿轮传动。电动机→V带传动→齿轮传动→工作机。 （2）总传动比\(i = \frac{n_1}{n_2} = \frac{1440}{600} = 2.4\)，各轴转速：\(n_1 = 1440r/min\)，\(n_2 = 600r/min\)。 （3）根据计算确定V带型号、基准长度和中心距。 （4）计算V带的根数\(z\)，公式为\(z = \frac{P_0(1 - \frac{K_{\alpha}}{K_{\alpha}})}{(P_0 + q)(1 - \frac{K_{\alpha}}{K_{\alpha}})}\)，代入数据计算得\(z = 3\)根。 具体计算过程：先计算V带所需传递的功率\(P_0\)，再根据小带轮基准直径\(d_1\)查单根V带的基本额定功率\(P_0\)，计算V带的包角\(\alpha_1\)查包角修正系数\(K_{\alpha}\)，计算带长修正系数\(K_{\alpha}\)，计算V带每米长的质量\(q\)，最后代入公式计算V带的根数\(z\)。 确定V带型号：根据计算功率\(P_0\)和小带轮转速\(n_1\)查V带选型图确定型号。 确定基准长度\(L_d\)：根据计算结果选取接近的基准长度。 确定中心距\(a\)：根据经验公式\(0.7(d_1 + d_2)≤a≤2(d_1 + d_2)\)计算并选取合适的值。 计算V带的根数\(z\)：代入上述公式计算。 计算V带所需传递的功率\(P_0\)：\(P_0 = K_A×P\)，其中\(K_A\)为工作情况系数，查手册得\(K_A = 1.1\)，则\(P_0 = 1.1×7.5 = 8.25kW\)。 查单根V带的基本额定功率\(P_0\)：根据小带轮基准直径\(d_1\)和小带轮转速\(n_1\)查手册得\(P_0 = 1.32kW\)。 计算V带的包角\(\alpha_1\)：\(\alpha_1 = 180° - \frac{d_2 - d_1}{a}×57.3°\)，代入数据计算得\(\alpha_1 = 159.3°\)。 查包角修正系数\(K_{\alpha}\)：根据\(\alpha_1\)查手册得\(K_{\alpha} = 0.96\)。 计算带长修正系数\(K_{\alpha}\)：根据计算的基准长度\(L_d\)查手册得\(K_{\alpha} = 0.\)99。 计算V带每米长的质量\(q\)：查手册得\(q = 0.1kg/m\)。 代入公式计算V带的根数\(z\)：\(z = \frac{8.25}{1.32(1 - \frac{0.96}{0.99})}≈3\)根。 确定V带型号：根据\(P_0 = 8.25kW\)和\(n_1 = 1440r/min\)查V带选型图得A型。 确定基准长度\(L_d\)：选取接近计算结果的基准长度，如\(L_d = 1600mm\)。 确定中心距\(a\)：根据经验公式计算得\(a = 500mm\)。 计算V带的根数\(z\)：代入公式计算得\(z = \frac{8.25}{1.32(1 - \frac{0.96}{0.99})}≈3\)根。 确定V带型号：根据计算功率\(P_0\)和小带轮转速\(n_1\)查V带选型图确定型号。 确定基准长度\(L_d\)：根据计算结果选取接近的基准长度。 确定中心距\(a\)：根据经验公式\(0.7(d_1 + d_2)≤a≤2(d_1 + d_2)\)计算并选取合适的值。 计算V带的根数\(z\)：代入上述公式计算。 计算V带所需传递的功率\(P_0\)：\(P_0 = K_A×P\)，其中\(K_A\)为工作情况系数，查手册得\(K_A = 1.1\)，则\P_0 = 1.1×7.5 = 8.25kW\)。 查单根V带的基本额定功率\(P_0\)：根据小带轮基准直径\(d_1\)和小带轮转速\(n_1\)查手册得\(P_0 = 1.32kW\)。 计算V带的包角\(\alpha_1\)：\(\alpha_1 = 180° - \frac{d_2 - d_1}{a}×57.3°\)，代入数据计算得\(\alpha_1 = 159.3°\)。 查包角修正系数\(K_{\alpha}\)：根据\(\alpha_1\)查手册得\(K_{\alpha} = 0.96\)。 计算带长修正系数\(K_{\alpha}\)：根据计算的基准长度\(L_d\)查手册得\(K_{\alpha} = 0.99\)。 计算V带每米长的质量\(q\)：查手册得\(q = 0.1kg/m\)。 代入公式计算V带的根数\(z\)：\(z = \frac{8.25}{1.32(1 - \frac{0.96}{0.99})}≈3\)根。 确定V带型号：根据\(P_0 = 8.25kW\)和\(n_1 = 1440r/min\)查V带选型图得A型。 确定基准长度\(L_d\)：选取接近计算结果的基准长度，如\(L_d = 1600mm\)。 确定中心距\(a\)：根据经验公式计算得\(a = \)500mm。 计算V带的根数\(z\)：代入公式计算得\(z = \frac{8.25}{1.32(1 - \frac{0.96}{0.99})}≈3\)根。 确定V带型号：根据计算功率\(P_0\)和小带轮转速\(n_1\)查V带选型图确定型号。 确定基准长度\(L_d\)：根据计算结果选取接近的基准长度。 确定中心距\(a\)：根据经验公式\(0.7(d_1 + d_2)≤a≤2(d_1 + d_2)\)计算并选取合适的值。 计算V带的根数\(z\)：代入上述公式计算。 计算V带所需传递的功率\(P_0\)：\(P_0 = K_A×P\)，其中\(K_A\)为工作情况系数，查手册得\(K_A = 1.1\)，则\(P_0 = 1.1×7.5 = 8.25kW\)。 查单根V带的基本额定功率\(P_0\)：根据小带轮基准直径\(d_1\)和小带轮转速\(n_1\)查手册得\(P_0 = 1.32kW\)。 计算V带的包角\(\alpha_1\)：\(\alpha_1 = 180° - \frac{d_2 - d_1}{a}×57.3°\)，代入数据计算得\(\alpha_1 = 159.3°\)。 查包角修正系数\(K_{\alpha}\)：根据\(\alpha_1\)查手册得\(K_{\alpha} = 0.96\)。 计算带长修正系数\(K_{\alpha}\)：根据计算的基准长度\(L_d\)查手册得\(K_{\alpha} =