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2025年大学机械设计基础（结构设计）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5题，每题4分，每题只有一个正确答案，请将正确答案填在括号内）
1. 在机械设计中，确定零件结构形状时，不需要考虑的因素是（ ）
A. 零件的功能要求
B. 材料的性能
C. 加工工艺的便利性
D. 零件的颜色
2. 对于承受轴向力的螺栓连接，在设计时应优先考虑（ ）
A. 增加螺栓的直径
B. 增加螺栓的长度
C. 采用高强度螺栓
D. 合理的预紧力
3. 齿轮传动中，齿面接触疲劳强度主要取决于（ ）
A. 齿轮的模数
B. 齿宽
C. 中心距
D. 齿面硬度
4. 轴的结构设计中，键槽的位置应尽量（ ）
A. 靠近轴的端部
B. 远离轴的端部
C. 位于轴的中间
D. 随意设置
5. 在设计带传动时，小带轮的包角一般应不小于（ ）
A. 90°
B. 120°
C. 150°
D. 180°

第II卷
一、简答题（总共2题，每题10分）
1. 简述机械结构设计的一般步骤。
2. 说明轴的结构设计应满足哪些基本要求。

二、分析题（总共1题，每题15分）
分析下图所示的齿轮轴结构，指出其中存在的不合理之处，并说明理由。

三、计算题（总共1题，每题15分）已知一普通V带传动，传递功率P = 5kW，带速v = 5m/s，小带轮基准直径dd1 = 100mm，大带轮基准直径dd2 = 300mm，带与带轮间的当量摩擦系数fv = 0.5，包角α1 = 150°。试计算该V带传动所需的有效拉力Fe和V带的型号。

四、设计题（总共1题，每题20分）
设计一单级圆柱齿轮减速器中的低速轴。已知传递功率P = 4kW，转速n = 300r/min，载荷有轻微冲击。要求确定轴的结构形状、尺寸，并选择合适的键。

材料：轴选用45钢，调质处理，硬度220 - 250HBS；齿轮选用45钢，调质处理，硬度24HRC；键选用普通平键。

五、案例分析题（总共1题，每题15分）
某机器的传动系统中，一对圆柱齿轮传动出现了早期磨损的情况。请分析可能导致这种情况的原因，并提出相应的改进措施。

答案：
第I卷：1. D 2. D 3. C 4. B 5. C
第II卷：
一、1. 机械结构设计一般步骤：明确设计要求，包括功能、性能、可靠性等；确定总体方案，如结构形式、运动方式等；进行结构分析，计算受力、强度等；详细设计零部件，确定尺寸、形状等；进行优化设计，提高性能和经济性；绘制设计图纸，编制技术文件。
2. 轴的结构设计基本要求：具有足够的强度和刚度，以保证正常工作不发生断裂和过大变形；合理的结构形状，便于加工、装配和维修；良好的工艺性，减少加工难度和成本；合理的定位和固定，保证零件的正确位置和轴向、周向固定；便于安装和拆卸，满足装配工艺要求。
二、不合理之处及理由：键槽布置在同一母线上，不利于轴的强度；轴肩过高，不利于齿轮的安装；没有考虑轴上零件的定位和固定方式。
三、有效拉力Fe = 1000N，根据计算结果查V带选型图，可选A型V带。
四、略（根据设计步骤逐步确定轴的结构、尺寸和键的选择）
五、可能原因：齿轮材料选择不当，硬度不匹配；润滑不良；安装精度不够，中心距不准确；载荷过大或有冲击。改进措施：更换合适材料的齿轮；改善润滑条件；提高安装精度，调整中心距；优化载荷分布，避免过大冲击。