机械设计制造原理练习题集

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.机械设计制造中，下列哪个原则优先考虑？

A.经济性

B.可靠性

C.重量最小化

D.美观性

2.下列哪种材料通常用于制造高速转动的轴承？

A.钢铁

B.铝合金

C.铸铁

D.不锈钢

3.机械设计时，以下哪种公差要求对提高精度最为重要？

A.尺寸公差

B.形状公差

C.位置公差

D.表面粗糙度

4.在机械设计制造中，热处理工艺对哪些方面有显著影响？

A.强度

B.硬度

C.塑性

D.以上都是

5.机械设计制造中，以下哪种方法可以减小摩擦？

A.润滑

B.减少运动速度

C.采用滑动摩擦代替滚动摩擦

D.增加接触面积

答案及解题思路：

1.B.可靠性

解题思路：在机械设计制造中，可靠功能保证机器或部件在预期的条件下正常工作，优先考虑可靠性可以提高设备的整体功能和使用寿命。

2.D.不锈钢

解题思路：不锈钢具有良好的耐腐蚀功能和耐磨功能，适用于高速转动的轴承，可以延长轴承的使用寿命。

3.C.位置公差

解题思路：位置公差直接关系到零部件间的配合精度，是影响机械传动精度和功能的关键因素。

4.D.以上都是

解题思路：热处理工艺可以提高材料的强度、硬度和塑性，对机械设计制造中的零部件功能有显著影响。

5.A.润滑

解题思路：润滑可以在接触面之间形成一层保护膜，减小摩擦系数，从而减小摩擦力。其他选项虽然也可能在一定程度上减小摩擦，但润滑是常用且有效的方法。二、填空题1.机械设计的基本原则包括_______、_______、_______、_______等。

答案：可靠性、经济性、合理性、先进性

解题思路：机械设计的基本原则应综合考虑机械的可靠性，以保证长期稳定运行；经济性，以降低成本和提高效率；合理性，满足设计功能要求的同时结构设计应合理；先进性，采用新技术和新材料以提高功能。

2.机械零件的强度、刚度和稳定性是保证_______、_______、_______的基础。

答案：使用寿命、工作精度、安全运行

解题思路：机械零件的强度、刚度和稳定性直接关系到机械的使用寿命，工作精度和安全性。保证这些功能是机械正常运行的基础。

3.在机械设计制造中，_______是影响零件失效的主要因素之一。

答案：应力集中

解题思路：应力集中是机械零件在制造过程中常见的缺陷，它会导致应力局部升高，从而成为零件失效的主要因素之一。

4.轴承是机械中重要的_______，主要承受_______、_______、_______等载荷。

答案：支承件，径向载荷，轴向载荷，倾覆载荷

解题思路：轴承在机械中起到支承作用，主要承受径向载荷（如旋转部件的径向力）、轴向载荷（如轴向力）和倾覆载荷（如由于旋转产生的离心力）。

5.机械设计中，_______是指两个或多个运动构件之间在运动过程中的相对位置和相对速度的对应关系。

答案：运动副

解题思路：运动副是机械系统中实现构件之间相对运动的连接件，它决定了两个或多个运动构件之间的相对位置和相对速度的对应关系。三、判断题1.机械设计制造中，强度、刚度和稳定性是相互独立的，不受其他因素的影响。（×）

解题思路：强度、刚度和稳定性是机械设计中的重要功能，它们之间存在相互影响。强度是指抵抗变形和断裂的能力，刚度是指抵抗变形的能力，稳定性是指抵抗失稳的能力。在机械设计中，这三个功能是相互关联的，一个功能的改变可能会影响到其他功能。

2.在机械设计制造中，提高零件的耐磨性可以通过减小表面粗糙度来实现。（√）

解题思路：表面粗糙度是指表面上的微观不平整度。表面粗糙度越小，表面间的相对运动阻力越大，从而提高了零件的耐磨性。因此，减小表面粗糙度是提高零件耐磨性的有效方法之一。

3.机械设计制造中，材料的热处理工艺对其力学功能没有影响。（×）

解题思路：材料的热处理工艺能够改变材料的内部结构，从而影响其力学功能。例如通过淬火处理可以增加材料的硬度，通过退火处理可以改善材料的韧性。因此，热处理工艺对材料的力学功能有着显著的影响。

4.在机械设计制造中，提高机械系统的可靠性可以通过提高单个零件的可靠性来实现。（√）

解题思路：机械系统的可靠性是指系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。提高单个零件的可靠性可以增加整个系统的可靠性，因为系统的可靠性取决于组成系统的所有零件的可靠性。

5.机械设计制造中，提高机械系统的精度可以通过减小零件的公差来实现。（√）

解题思路：公差是指零件尺寸允许的变动量。减小零件的公差可以降低零件之间的配合误差，从而提高机械系统的精度。在机械设计制造中，通过严格控制零件的公差，可以保证机械系统的功能满足设计要求。四、简答题1.简述机械设计制造的基本原则。

答：机械设计制造的基本原则包括：可靠性原则、实用性原则、经济性原则、标准化原则、模块化原则、创新性原则、安全性原则、环保性原则。

解题思路：从机械设计制造的基本原则出发，分析各个原则的具体内容和实际应用。

2.简述机械零件的失效形式及其原因。

答：机械零件的失效形式主要有疲劳断裂、磨损、腐蚀、塑性变形等。失效原因包括材料缺陷、设计不合理、加工工艺不当、使用不当、环境因素等。

解题思路：分析机械零件的常见失效形式，结合各种失效原因进行阐述。

3.简述提高机械零件耐磨性的方法。

答：提高机械零件耐磨性的方法有：选用耐磨材料、优化设计结构、提高加工精度、采用表面处理技术、改善润滑条件等。

解题思路：从材料、设计、加工、表面处理、润滑等方面阐述提高机械零件耐磨性的方法。

4.简述提高机械系统可靠性的方法。

答：提高机械系统可靠性的方法有：合理选材、优化设计、加强制造工艺、提高装配质量、采用故障诊断技术、进行定期维护等。

解题思路：从材料、设计、制造、装配、维护等方面分析提高机械系统可靠性的方法。

5.简述提高机械系统精度的方法。

答：提高机械系统精度的方法有：精确选材、优化设计、采用精密加工技术、提高装配精度、采用误差补偿技术、加强测量与控制等。

解题思路：从材料、设计、加工、装配、测量等方面阐述提高机械系统精度的方法。

答案及解题思路：

1.答案：机械设计制造的基本原则包括可靠性原则、实用性原则、经济性原则、标准化原则、模块化原则、创新性原则、安全性原则、环保性原则。

解题思路：从机械设计制造的基本原则出发，分析各个原则的具体内容和实际应用。

2.答案：机械零件的失效形式主要有疲劳断裂、磨损、腐蚀、塑性变形等。失效原因包括材料缺陷、设计不合理、加工工艺不当、使用不当、环境因素等。

解题思路：分析机械零件的常见失效形式，结合各种失效原因进行阐述。

3.答案：提高机械零件耐磨性的方法有：选用耐磨材料、优化设计结构、提高加工精度、采用表面处理技术、改善润滑条件等。

解题思路：从材料、设计、加工、表面处理、润滑等方面阐述提高机械零件耐磨性的方法。

4.答案：提高机械系统可靠性的方法有：合理选材、优化设计、加强制造工艺、提高装配质量、采用故障诊断技术、进行定期维护等。

解题思路：从材料、设计、制造、装配、维护等方面分析提高机械系统可靠性的方法。

5.答案：提高机械系统精度的方法有：精确选材、优化设计、采用精密加工技术、提高装配精度、采用误差补偿技术、加强测量与控制等。

解题思路：从材料、设计、加工、装配、测量等方面阐述提高机械系统精度的方法。五、计算题1.已知一轴的直径为40mm，长度为500mm，材料为45钢，热处理为调质处理，求该轴的许用扭转应力。

解题步骤：

查阅相关资料，获取45钢调质处理的许用扭转应力值。

应用公式计算许用扭转应力。

2.设一齿轮齿面硬度为HRC60，齿面粗糙度为Ra6.3μm，求其耐磨性。

解题步骤：

利用齿轮的硬度与耐磨性之间的关系公式。

考虑齿面粗糙度对耐磨性的影响。

计算耐磨性指标。

3.一轴承的内径为30mm，外径为50mm，材料为GCr15，热处理为渗碳淬火，求其许用接触应力。

解题步骤：

查找GCr15渗碳淬火处理的许用接触应力值。

应用轴承接触应力计算公式。

计算许用接触应力。

4.某齿轮转速为1000r/min，齿数20，材料为20CrMnTi，求该齿轮的许用弯曲应力。

解题步骤：

查阅20CrMnTi材料的许用弯曲应力值。

利用齿轮弯曲应力计算公式。

计算许用弯曲应力。

5.一机械零件的表面粗糙度为Ra12.5μm，求其磨损量。

解题步骤：

使用磨损量计算公式，结合表面粗糙度值。

考虑材料属性和载荷条件。

计算磨损量。

答案及解题思路：

1.许用扭转应力计算

许用扭转应力[τ]=σt/[S]

σt为材料的抗扭剪切强度极限，[S]为许用安全系数

[S]通常取值为[S]=0.6（根据材料功能和设计要求）

σt=470MPa（45钢调质处理的抗扭剪切强度极限）

[τ]=470MPa/0.6≈783.33MPa

2.齿轮耐磨性计算

耐磨性M=KHRCRa

K为材料常数，根据齿轮材料和硬度确定

HRC为齿轮齿面硬度

Ra为齿面粗糙度

M=K606.3μm（具体K值需查阅资料）

3.轴承许用接触应力计算

许用接触应力[σ]=σc/[S]

σc为材料的抗接触强度极限，[S]为许用安全系数

[S]通常取值为[S]=1.5（根据材料功能和设计要求）

σc=800MPa（GCr15渗碳淬火处理的抗接触强度极限）

[σ]=800MPa/1.5≈533.33MPa

4.齿轮许用弯曲应力计算

许用弯曲应力[σ]=σb/[S]

σb为材料的抗弯曲强度极限，[S]为许用安全系数

[S]通常取值为[S]=1.1（根据材料功能和设计要求）

σb=735MPa（20CrMnTi材料的抗弯曲强度极限）

[σ]=735MPa/1.1≈668.18MPa

5.机械零件磨损量计算

磨损量W=KRa

K为材料常数，根据材料属性确定

Ra为表面粗糙度

W=K12.5μm（具体K值需查阅资料）六、论述题1.论述机械设计制造中的强度、刚度和稳定性之间的关系。

a.强度

强度的定义及在机械设计中的重要性

强度计算方法及理论依据

影响机械零件强度的因素

b.刚度

刚度的定义及在机械设计中的重要性

刚度计算方法及理论依据

影响机械零件刚度的因素

c.稳定性

稳定性的定义及在机械设计中的重要性

稳定性计算方法及理论依据

影响机械零件稳定性的因素

d.强度、刚度和稳定性的关系

三者之间的相互关系

在机械设计中的应用及协调

举例说明

2.论述提高机械零件耐磨性的重要性及其方法。

a.耐磨性的重要性

零件磨损对机械系统的影响

耐磨性对机械功能和寿命的影响

b.提高耐磨性的方法

材料选择及表面处理

结构设计优化

润滑系统设计

举例说明

3.论述提高机械系统可靠性的重要性及其方法。

a.可靠性的重要性

可靠性对机械系统功能的影响

可靠性对机械设备寿命的影响

b.提高可靠性的方法

设计阶段可靠性分析

零件选择与材料

制造与加工工艺

维护与管理

举例说明

4.论述提高机械系统精度的意义及其方法。

a.精度的意义

精度对机械系统功能的影响

精度对机械设备寿命的影响

b.提高精度的方法

设计阶段精度控制

加工与装配精度控制

检验与测试

举例说明

5.论述材料在机械设计制造中的作用及其选择原则。

a.材料在机械设计制造中的作用

材料对机械功能的影响

材料对机械加工工艺的影响

b.材料选择原则

使用功能要求

加工工艺性

经济性

环境保护

举例说明

答案及解题思路：

1.在机械设计制造中，强度、刚度和稳定性是三个重要的功能指标。强度是指零件抵抗外力作用而不发生破坏的能力；刚度是指零件抵抗变形的能力；稳定性是指零件在外力作用下保持平衡的能力。强度、刚度和稳定性之间存在一定的关系，它们在机械设计中互相影响，需要根据实际应用需求进行协调设计。

2.提高机械零件耐磨性对于保证机械系统的功能和寿命。提高耐磨性的方法包括材料选择、表面处理、结构设计优化和润滑系统设计等。

3.提高机械系统可靠性可以延长设备使用寿命，降低维护成本，保证生产效率。提高可靠性的方法包括设计阶段可靠性分析、零件选择与材料、制造与加工工艺、维护与管理等。

4.提高机械系统精度对于提高机械功能和产品质量。提高精度的方法包括设计阶段精度控制、加工与装配精度控制、检验与测试等。

5.材料在机械设计制造中起着重要作用，其选择原则包括使用功能要求、加工工艺性、经济性和环境保护等方面。根据实际需求，选择合适的材料可以保证机械的功能和寿命。七、设计题1.设计一个用于运输物品的传送带系统，要求给出传动机构的类型、尺寸及材料选择。

解答：

传动机构类型：皮带传动或链传动

尺寸：根据传送带宽度、承载能力和传动速度计算，例如传送带宽度为500mm，中心距为2m，转速为30r/min。

材料选择：皮带选用橡胶或聚氨酯材料，链传动选用高强度碳钢或不锈钢链条。

2.设计一个用于加工零件的数控机床，要求给出机床的主要技术参数、结构布局及控制系统选择。

解答：

主要技术参数：

加工中心高：1000mm

工作台尺寸：600mmx600mm

主轴转速：1000012000r/min

快速移动速度：30m/min

精度：±0.01mm

结构布局：

钢筋混凝土底座

刚性立柱

X、Y、Z轴导轨

工作台

主轴箱

伺服电机及驱动器

控制系统选择：采用Siemens或Fanuc等知名品牌的数控系统。

3.设计一个用于检测零件尺寸的量具，要求给出量具的类型、结构及测量原理。

解答：

量具类型：千分尺、量块、卡尺等

结构：

千分尺：采用螺纹传动，结构简单，精度高

量块：由多个尺寸精确的块体组成，用于比对测量

卡尺：包括内卡尺、外卡尺和深度卡尺，用于不同形状的测量

测量原理：

千分尺：通过旋转螺纹实现测量，读数精确到0.001mm

量块：直接比对被测尺寸与量块尺寸，简单直观

卡尺：利用尺口与被测物体接触，通过刻度或数字显示读取尺寸

4.设计一个用于提高机械系统可靠性的故障诊断系统，要求给出系统架构、功能模块及算法设计。

解答：

系统架构：

数据采集模块

故障特征提取模块

故障诊断模块

人机交互模块

功能模块：

数据采集：实时采集系统运行数据

特征提取：对数据进行处理，提取故障特征

诊断算法：采用模式识别、机器学习等方法进行故障诊断

人机交互：显示诊断结果，提供操作界面

算法设计：

使用支持向量机（SVM）进行故障分类

应用决策树算法进行故障诊断路径规划

5.设计一个用于提高机械系统精度的误差补偿系统，要求给出系统结构、工作原理及补偿方法。

解答：

系统结构：

传感器模块：测量系统误差

控制模块：接收传感器数据，执行补偿指令

执行器模块：根据控制指令调整系统参数

工