机械工程原理及设计练习题

综合试卷第=PAGE1*2-11页（共=NUMPAGES1*22页） 综合试卷第=PAGE1*22页（共=NUMPAGES1*22页）PAGE①姓名所在地区姓名所在地区身份证号密封线1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和所在地区名称。2.请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写您的答案。3.不要在试卷上乱涂乱画，不要在标封区内填写无关内容。一、选择题1.机械工程的基本原理包括：

A.力学原理

B.热力学原理

C.电学原理

D.以上都是

2.机械设计的基本要求包括：

A.结构可靠

B.工作效率高

C.成本低

D.以上都是

3.机械零件的失效形式主要有：

A.疲劳断裂

B.腐蚀

C.塑性变形

D.以上都是

4.机械传动系统包括：

A.传动轴

B.齿轮

C.带轮

D.以上都是

5.机械设计中的强度校核主要包括：

A.耐磨性校核

B.耐热性校核

C.耐振性校核

D.以上都是

答案及解题思路：

1.答案：D

解题思路：机械工程的基本原理涵盖了力学、热力学、电学等多个领域，因此选项D“以上都是”是正确的。

2.答案：D

解题思路：机械设计的基本要求涉及结构的安全性、工作的效率以及成本控制等多个方面，因此选项D“以上都是”是正确的。

3.答案：D

解题思路：机械零件的失效形式多种多样，包括疲劳断裂、腐蚀和塑性变形等，因此选项D“以上都是”是正确的。

4.答案：D

解题思路：机械传动系统由多种部件组成，包括传动轴、齿轮和带轮等，因此选项D“以上都是”是正确的。

5.答案：D

解题思路：机械设计中的强度校核需要考虑多种因素，包括耐磨性、耐热性和耐振性等，因此选项D“以上都是”是正确的。二、填空题1.机械设计的基本步骤包括：需求分析、方案设计、计算与结构设计、样机试制与测试、定型与生产。

2.机械零件的失效形式主要有：断裂失效、疲劳失效、磨损失效、腐蚀失效。

3.机械传动的类型包括：带传动、链传动、齿轮传动、液压传动。

4.机械设计中的强度校核主要包括：强度校核、刚度校核、稳定性校核。

5.机械设计中的几何精度主要包括：形状精度、位置精度、加工精度。

答案及解题思路：

1.答案：需求分析、方案设计、计算与结构设计、样机试制与测试、定型与生产。

解题思路：机械设计首先需要进行需求分析，明确设计目的和要求。接着，根据需求进行方案设计，考虑多种可能性。之后，通过计算来确定结构设计的合理性，并进行样机试制与测试，最后进行定型并投入生产。

2.答案：断裂失效、疲劳失效、磨损失效、腐蚀失效。

解题思路：机械零件在运行过程中可能因为材料功能、使用环境、工作条件等因素导致不同的失效形式。断裂失效是指零件在外力作用下发生断裂；疲劳失效是指在交变应力作用下发生的失效；磨损失效是指零件在运动中由于摩擦而逐渐损耗；腐蚀失效是指零件在腐蚀介质作用下发生的破坏。

3.答案：带传动、链传动、齿轮传动、液压传动。

解题思路：机械传动是使动力传递和运动传递的方式，包括多种类型。带传动通过带轮和带实现动力传递；链传动通过链条和链轮实现动力传递；齿轮传动通过齿轮的啮合传递动力和运动；液压传动利用流体传递能量。

4.答案：强度校核、刚度校核、稳定性校核。

解题思路：机械设计中的强度校核是为了保证零件在受力后不发生破坏；刚度校核是为了保证零件在受力后不会过度变形影响使用；稳定性校核是为了保证系统在操作过程中保持稳定运行。

5.答案：形状精度、位置精度、加工精度。

解题思路：几何精度是指机械零件尺寸和形状的准确性，形状精度是指零件的轮廓精度，位置精度是指零件各个要素之间的相互位置关系精度，加工精度是指加工过程中达到的尺寸精度和形状精度。三、判断题1.机械设计的主要目的是提高机械的工作效率。（）

2.机械零件的磨损是不可避免的。（）

3.机械设计中的结构强度校核主要考虑零件的受力情况。（）

4.机械传动系统的效率越高，机械的工作效率也越高。（）

5.机械设计中的几何精度越高，机械的工作功能越好。（）

答案及解题思路：

1.答案：√

解题思路：机械设计的主要目的是为了实现特定功能，提高工作效率是其中之一，但并非唯一目的。设计时还需考虑可靠性、安全性、经济性等因素。

2.答案：√

解题思路：机械零件在运行过程中由于摩擦、冲击等因素会导致磨损，这是机械运行过程中的自然现象，因此磨损是不可避免的。

3.答案：√

解题思路：结构强度校核是保证机械零件在预定工作条件下不发生破坏的重要环节，主要考虑零件在受力时的应力、应变情况，以保证结构强度满足要求。

4.答案：×

解题思路：机械传动系统的效率是指输入功率与输出功率的比值，它反映了能量传递过程中的损失。机械传动系统的效率高，并不直接等同于机械的工作效率高，因为机械的工作效率还受到其他因素的影响，如机械的负载、能量损失等。

5.答案：√

解题思路：机械设计中的几何精度是指零件尺寸、形状、位置等参数的准确度。几何精度越高，零件间的配合越精确，从而提高机械的工作功能和可靠性。四、简答题1.简述机械设计的基本步骤。

答案：

机械设计的基本步骤通常包括：需求分析、方案设计、结构设计、强度校核、工艺性审查、设计计算、样品制作、样机试验、完善设计、编写技术文件。

解题思路：

解答时，先简要介绍机械设计的基本流程，然后详细列举每一步的具体内容。强调每一步的重要性及其在整体设计中的作用。

2.简述机械零件的失效形式及其原因。

答案：

机械零件的失效形式主要有磨损、疲劳断裂、腐蚀、变形等。其原因包括材料因素、设计因素、制造因素、使用和维护因素等。

解题思路：

首先列出机械零件常见的失效形式，然后分析导致这些失效形式的原因。强调材料、设计、制造、使用和维护等方面的因素。

3.简述机械传动系统的类型及其特点。

答案：

机械传动系统主要有齿轮传动、皮带传动、链传动、摩擦传动等。其中，齿轮传动具有精度高、传动比稳定等特点；皮带传动具有结构简单、成本较低、运行平稳等特点；链传动具有结构紧凑、效率较高、适应性强等特点；摩擦传动具有工作可靠、调节方便等特点。

解题思路：

首先列举常见的机械传动系统类型，然后分别介绍每种类型的特点。强调不同传动系统的适用场景和优势。

4.简述机械设计中的强度校核方法。

答案：

机械设计中的强度校核方法主要有：静力学强度校核、动力学强度校核、热力学强度校核。其中，静力学强度校核包括屈服强度校核、疲劳强度校核；动力学强度校核包括振动强度校核、冲击强度校核；热力学强度校核包括高温强度校核、低温强度校核。

解题思路：

先介绍机械设计中的强度校核方法，然后详细说明每种方法的校核内容和适用条件。强调不同校核方法在实际设计中的应用。

5.简述机械设计中的几何精度及其影响因素。

答案：

机械设计中的几何精度主要指零件的形状、位置和尺寸精度。其影响因素包括材料特性、加工方法、装配方法、测量方法等。

解题思路：

先解释几何精度的概念，然后说明影响几何精度的因素。强调不同因素对几何精度的影响程度。五、论述题1.论述机械设计中结构强度校核的重要性。

答案：

结构强度校核在机械设计中具有极其重要的地位。结构强度校核能够保证机械在正常工作条件下不会发生破坏，从而保证操作人员的安全和设备的使用寿命。通过结构强度校核，可以优化设计，减少材料浪费，降低制造成本。结构强度校核有助于提高机械的可靠性和稳定性，延长机械的使用周期。

解题思路：

（1）阐述结构强度校核的定义和作用。

（2）分析结构强度校核对安全、成本、可靠性和稳定性的影响。

（3）结合实际案例，说明结构强度校核在机械设计中的重要性。

2.论述机械设计中几何精度对机械工作功能的影响。

答案：

几何精度是机械设计中的一个重要指标，它直接影响到机械的工作功能。高几何精度可以保证机械部件之间的配合更加紧密，减少磨损，提高机械的精度和寿命。反之，低几何精度会导致机械部件之间配合不良，增加磨损，降低机械的工作功能。

解题思路：

（1）解释几何精度的概念及其在机械设计中的重要性。

（2）分析几何精度对机械工作功能的影响，如精度、寿命、磨损等。

（3）结合实际案例，说明几何精度对机械工作功能的具体影响。

3.论述机械设计中如何提高机械的工作效率。

答案：

提高机械的工作效率是机械设计的重要目标之一。一些提高机械工作效率的方法：

（1）优化设计，减少不必要的运动和能量损失。

（2）采用高效传动系统，如采用高速齿轮、同步带等。

（3）合理选择材料和加工工艺，提高机械的耐磨性和耐腐蚀性。

（4）优化控制系统，实现自动化和智能化。

解题思路：

（1）阐述提高机械工作效率的意义。

（2）分析提高机械工作效率的方法，如优化设计、传动系统、材料和加工工艺、控制系统等。

（3）结合实际案例，说明提高机械工作效率的具体措施。

4.论述机械设计中如何降低机械的制造成本。

答案：

降低机械的制造成本是机械设计中的一个重要目标。一些降低机械制造成本的方法：

（1）优化设计，减少材料用量和加工工序。

（2）采用标准件和通用件，降低采购成本。

（3）合理选择加工工艺，提高生产效率。

（4）加强质量管理，减少废品率。

解题思路：

（1）阐述降低机械制造成本的意义。

（2）分析降低机械制造成本的方法，如优化设计、标准件和通用件、加工工艺、质量管理等。

（3）结合实际案例，说明降低机械制造成本的具体措施。

5.论述机械设计中如何提高机械的可靠性。

答案：

提高机械的可靠性是机械设计的关键目标之一。一些提高机械可靠性的方法：

（1）进行充分的结构强度校核，保证机械在恶劣环境下仍能正常工作。

（2）优化设计，提高机械的耐磨性和耐腐蚀性。

（3）选用优质材料和零部件，降低故障率。

（4）加强维护和保养，保证机械长期稳定运行。

解题思路：

（1）阐述提高机械可靠性的意义。

（2）分析提高机械可靠性的方法，如结构强度校核、优化设计、优质材料和零部件、维护和保养等。

（3）结合实际案例，说明提高机械可靠性的具体措施。六、计算题1.已知某轴的直径为40mm，材料为45号钢，计算该轴的许用扭转应力。

2.已知某齿轮的模数为5mm，齿数20，计算该齿轮的齿顶圆直径。

3.已知某带轮的直径为200mm，转速为1000r/min，计算该带轮的功率。

4.已知某轴的转速为1000r/min，直径为50mm，计算该轴的临界转速。

5.已知某齿轮的齿数20，模数5mm，计算该齿轮的齿顶高。

答案及解题思路：

1.计算许用扭转应力：

答案：σt允许=[σt]=100MPa

解题思路：根据材料手册，45号钢的许用扭转应力[σt]为100MPa。

2.计算齿轮的齿顶圆直径：

答案：da=mz2.5m=5202.55=107.5mm

解题思路：齿轮的齿顶圆直径计算公式为da=mz2.5m，其中m为模数，z为齿数。

3.计算带轮的功率：

答案：P=(Tω)/9.55=(20010002π)/9.55=423.4kW

解题思路：带轮的功率计算公式为P=(Tω)/9.55，其中T为带轮所传递的扭矩，ω为转速，π为圆周率。

4.计算轴的临界转速：

答案：n_k=πD/(60k)=314.16/(600.4)=2618.3r/min

解题思路：轴的临界转速计算公式为n_k=πD/(60k)，其中D为轴的直径，k为与轴的结构和材料有关的系数。

5.计算齿轮的齿顶高：

答案：ha=m=5mm

解题思路：齿轮的齿顶高计算公式为ha=m，其中m为模数。七、综合题1.设计一个简易的机械装置，实现物体的提升。

题目描述：设计一个简易的机械装置，该装置能够将重10kg的物体从地面提升至2米高的位置。要求装置结构简单，操作方便，并且能够保证提升过程安全可靠。

解答：

设计思路：可以采用杠杆原理设计一个简易的撬棍装置，或者使用滑轮组来减轻提升物体的力。两种设计方案的具体描述。

方案一：撬棍装置

材料选择：选用木材或金属制作杠杆，保证其足够坚固。

结构设计：设计一个支点，物体放置在支点下方，操作者通过杠杆的一端施加力，利用杠杆原理实现物体的提升。

安全措施：在杠杆的末端安装软垫，以避免对物体造成损伤。

方案二：滑轮组

材料选择：使用钢制滑轮和轴承，保证滑轮组的耐用性。

结构设计：设置一套滑轮组，将重物与滑轮连接，通过手动或电动方式旋转滑轮，利用滑轮组的机械优势降低提升力。

安全措施：在滑轮组和重物之间加装安全绳，防止意外脱落。

2.设计一个简易的机械装置，实现物体的搬运。

题目描述：设计一个简易的机械装置，用于在水平面上搬运一个重20kg的箱子，从一点移动到另一点。要求装置移动平稳，转向灵活，且操作简单。

解答：

设计思路：可以设计一个带有轮子的手推车，利用轮子的滚动摩擦小于滑动摩擦的特性，实现箱子的平稳搬运。

方案设计：

材料选择：选用轻便且结实的铝合金材料制作车架。

结构设计：在车架上安装两个或四个轮子，轮子直径要适中，保证箱子在搬运过程中的平稳性。

安全措施：车架底部安装减震装置，减少搬运过程中对箱子的震动。

3.设计一个简易的机械装置，实现物体的旋转。

题目描述：