2025年大学（工学）机械设计基础试题及解析.doc

2025年大学（工学）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. 机械设计中，计算载荷与名义载荷的关系是（ ）
A. 计算载荷大于名义载荷
B. 计算载荷小于名义载荷
C. 计算载荷等于名义载荷
D. 不确定

2. 带传动工作时，带内应力不包括以下哪种（ ）
A. 拉应力
B. 弯曲应力
C. 离心应力
D. 扭转应力

3. 普通平键连接的主要失效形式是（ ）
A. 键被剪断
B. 工作面被压溃
C. 键被磨损
D. 键被弯曲

4. 渐开线齿轮传动的重合度ε（ ）
A. 恒大于1
B. 恒小于1
C. 可能大于1，可能小于1
D. 恒等于1

5. 一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知传动比i = 3，主动轮转速n1 = 1500r/min，中心距a = 200mm，模数m = 4mm，则从动轮转速n2和齿数z1、z2分别为（ ）
A. n2 = 500r/min，z1 = 20，z2 = 60
B. n2 = 500r/min，z1 = 30，z2 = 90
C. n2 = 4500r/min，z1 = 20，z2 = 60
D. n2 = 4500r/min，z1 = 30，z2 = 90

6. 链传动中，链节数宜取（ ）
A. 奇数
B. 偶数
C. 质数
D. 无所谓

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
B. 轴应具有足够的强度和刚度
C. 轴上零件应定位准确、固定可靠
D. 轴的外形应尽量复杂

8. 滚动轴承的基本额定寿命是指（ ）
A. 一批轴承中90%的轴承所能达到的寿命
B. 一批轴承中50%的轴承所能达到的寿命
C. 单个轴承所能达到的寿命
D. 不确定

9. 联轴器和离合器的主要区别是（ ）
A. 联轴器靠啮合传动，离合器靠摩擦传动
B. 联轴器靠摩擦传动，离合器靠啮合传动
C. 联轴器使两轴随时接合或分离，离合器则在工作中始终接合
D. 联轴器在工作中始终接合，离合器使两轴随时接合或分离

10. 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

11. 下列哪种机构能实现间歇运动（ ）
A. 曲柄摇杆机构
B. 双曲柄机构
C. 凸轮机构
D. 齿轮机构

12. 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，则为了获得双曲柄机构，应（ ）
A. 以最短杆为机架
B. 以最短杆的相邻杆为机架
C. 以最短杆的对面杆为机架
D. 以最长杆为机架

13. 凸轮机构中，从动件的运动规律取决于（ ）
A. 凸轮的转速
B. 凸轮的轮廓曲线
C. 凸轮的大小
D. 从动件的形状

14. 下列不属于机械设计基本要求的是（ ）
A. 满足预定的功能要求
B. 满足可靠性要求
C. 满足经济性要求
D. 追求外观华丽

15. 带传动中，带的弹性滑动是（ ）
A. 不可避免的
B. 可以避免的
C. 取决于带的材质
D. 取决于带轮的直径

16. 圆柱齿轮传动中，齿宽系数φd的取值范围一般为（ ）
A. 0.1～0.2
B. 0.2～0.齿宽系数φd的取值范围一般为（ ）
A. 0.1～0.2
B. 0.2～0.4
C. 0.4～0.6
D. 0.6～0.8

17. 链传动的平均传动比（ ）
A. i = 常数
B. i ≠ 常数
C. 有时是常数，有时不是常数
D. 不确定

18. 轴上零件的周向固定方法不包括（ ）
A. 键连接
B. 销连接
C. 过盈配合
D. 轴肩

19. 滚动轴承的类型代号由（ ）位数字表示。
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4

20. 下列哪种联轴器适用于两轴对中性好、低速、重载的场合（ ）
A. 弹性套柱销联轴器
B. 凸缘联轴器
C. 弹性柱销联轴器
D. 万向联轴器

第II卷（非选择题，共60分）

（一）填空题（共10分，每空1分）
答题要求：请在每题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。

1. 机械设计中，计算载荷等于名义载荷乘以______。
2. 带传动的打滑现象首先发生在______带轮上。
3. 平键的剖面尺寸b×h应根据______来选择。
4. 渐开线齿轮的标准压力角α =______。
5. 一对齿轮传动，其传动比i =______。
6. 链传动中，链节距p越大，承载能力越______。
7. 轴的结构设计主要包括确定轴的______、各部分的______和______等。
8. 滚动轴承的基本额定动载荷C是指______。
9. 联轴器和离合器都是用于连接两轴，使两轴一起______的装置。
10. 凸轮机构中，凸轮的基圆半径越小，压力角越______。

（二）简答题（共20分，每题5分）
答题要求：简要回答问题，答案应简洁明了。

1. 简述带传动的工作原理及特点。
2. 简述齿轮传动的失效形式有哪些。
3. 简述轴的结构设计应考虑哪些因素。
4. 简述滚动轴承的安装和拆卸注意事项。

（三）分析计算题（共20分，每题10分）
答题要求：写出详细的计算过程和答案。

1. 已知一普通V带传动，传递功率P = 7.5kW，小带轮基准直径d1 = 100mm，转速n1 = 1450r/min，带与带轮间的摩擦系数f = 0.16，包角α1 = 150°，单根V带的基本额定功率P0 = 1.32kW，单根V带的额定有效拉力Fe = 160N，求所需V带的根数z。
2. 有一对标准直齿圆柱齿轮传动，模数m = 4mm，齿数z1 = 20，z2 = 40，求：（1）齿轮的分度圆直径d1、d2；（2）中心距a；（3）齿厚s和齿宽b（取b = 10m）。

（四）综合分析题（共10分）
答题要求：阅读以下材料，回答问题。

材料：某机器中的一级圆柱齿轮减速器，输入轴转速n1 = 1450r/min，传递功率P = 5kW，要求结构紧凑，工作可靠。现初步确定采用标准直齿圆柱齿轮传动，模数m = 4mm，小齿轮齿数z1 = 20。

问题：
1. 计算大齿轮齿数z2、传动比i、分度圆直径d1、d2、中心距a。（5分）
2. 分析该齿轮传动的受力情况，并说明如何提高其承载能力。（5分）

（五）设计题（共10分）
答题要求：根据题目要求进行设计，写出设计思路和主要设计参数。

设计一个用于传递动力的带传动，已知条件如下：
传递功率P = 3kW，小带轮转速n1 = 1450r/min，两班制工作，每天工作16小时，预期使用寿命Lh = 50000小时。

请确定：
1. 带型；（3分）
2. 小带轮基准直径d1；（3分）
3. 计算V带的基准长度Ld，并确定实际的V带长度。（4分）

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

第II卷答案
（一）填空题答案
1. 工作情况系数KA
2. 小
3. 轴的直径
4. 20°
5. z2/z1
6. 高
7. 结构形状、尺寸、配合
8. 滚动轴承基本额定寿命为106转时所能承受的载荷
9. 旋转并传递运动和动力
10. 大

（二）简答题答案
1. 带传动工作原理：依靠带与带轮之间的摩擦力传递运动和动力。特点：具有缓冲吸振、过载保护、结构简单、成本低等优点，但传动比不准确、效率较低、带寿命较短。
2. 齿轮传动失效形式有：轮齿折断、齿面接触疲劳磨损、齿面胶合、齿面塑性变形、齿侧间隙过大导致的振动和噪声等。
3. 轴的结构设计应考虑因素：便于轴上零件的装拆，轴应具有足够强度和刚度，轴上零件定位准确、固定可靠，有利于提高轴的疲劳强度，结构应尽量简单等。
4. 滚动轴承安装注意事项：安装前要清洗、检查；安装时要保证对中良好，避免过大冲击；注意安装顺序。拆卸注意事项：拆卸力要作用在轴上，避免损伤轴承；采用合适的拆卸工具等。

（三）分析计算题答案
1. （1）计算单根V带所能传递的功率P0：
P0 = 1.32kW
（2）计算V带的计算功率Pc：
Pc = KA×P = 1.1×7.5 = 8.25kW
（3）计算所需V带的根数z：
z = Pc/(P0 - P0') = 8.25/(1.32 - 0) ≈ 6.25，取z = 7根
其中P0'为单根V带因包角和带长修正后的额定功率，这里α1 = 150°，带长合适，P0' = P0 = 1.32kW。
2. （1）分度圆直径：
d1 = mz1 = 4×20 = 80mm
d2 = mz2 = 4×40 = 160mm
（2）中心距：
a = (d1 + d2)/2 = (80 + 160)/2 = 120mm
（3）齿厚：
s = πm/2 = 3.14×4/2 = 6.28mm
齿宽b = 10m = 10×4 = 40mm

（四）综合分析题答案
1. （1）传动比：
i = z2/z = 40/20 = 2
大齿轮齿数z2 = 40
分度圆直径：
d1 = mz1 = 4×20 = 80mm
d2 = mz2 = 4×40 = 160mm
中心距：
a = (d1 + d2)/2 = (80 + 160)/2 = 120mm
2. 受力情况：齿轮传动中，齿面受接触应力，齿根受弯曲应力。提高承载能力措施：增大模数、增加齿数、采用合适材料提高齿面硬度和齿芯强度、合理设计齿宽等。

（五）设计题答案
1. 根据P = 3kW，n1 = 1450r/min，查普通V带选型图，选取A型V带。
2. 根据V带轮最小基准直径表，选取小带轮基准直径d1 = 100mm。
3. 计算V带基准长度Ld：
初步计算Ld' = 2a0 + πd2/2 + πd1/2 + (d2 - d1)2/4a0
a0为初定中心距，这里取a0 = 500mm
Ld' = 2×500 + 3.14×160/2 + 3.14×100/2 + (160 - 100)2/4×500 ≈ 1605.7mm
根据V带基准长度系列，选取Ld = 1600mm
实际中心距a = a0 + (Ld - Ld')/2 = 500 + (1600 - 1605.7)/2 ≈ 497.2mm，取a = 500mm