机械设计基础概念与计算题

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.机械设计的基本任务是什么？

A.创造新的机械产品

B.提高机械产品的功能

C.降低机械产品的成本

D.以上都是

2.机械系统中的基本运动形式有哪些？

A.旋转运动

B.平移运动

C.旋转和平移复合运动

D.以上都是

3.机械零件的失效形式主要有哪些？

A.疲劳断裂

B.腐蚀

C.塑性变形

D.以上都是

4.机械设计的基本原则是什么？

A.安全可靠

B.经济合理

C.结构简单

D.以上都是

5.机械设计中的尺寸链计算主要应用于哪些方面？

A.机构运动精度分析

B.机构尺寸精度分析

C.机构装配精度分析

D.以上都是

6.机械零件的强度计算主要依据哪些理论？

A.材料力学

B.弹性力学

C.流体力学

D.以上都是

7.机械传动系统中的传动比计算公式是什么？

A.i=n1/n2

B.i=d1/d2

C.i=F1/F2

D.以上都是

8.机械零件的耐磨性主要取决于哪些因素？

A.材料的硬度

B.表面粗糙度

C.工作条件

D.以上都是

答案及解题思路：

1.答案：D

解题思路：机械设计的基本任务包括创造新的机械产品、提高机械产品的功能、降低机械产品的成本等，因此答案为D。

2.答案：D

解题思路：机械系统中的基本运动形式包括旋转运动、平移运动以及它们的复合运动，因此答案为D。

3.答案：D

解题思路：机械零件的失效形式主要有疲劳断裂、腐蚀、塑性变形等，因此答案为D。

4.答案：D

解题思路：机械设计的基本原则包括安全可靠、经济合理、结构简单等，因此答案为D。

5.答案：D

解题思路：机械设计中的尺寸链计算主要应用于机构运动精度分析、机构尺寸精度分析以及机构装配精度分析等方面，因此答案为D。

6.答案：D

解题思路：机械零件的强度计算主要依据材料力学、弹性力学、流体力学等理论，因此答案为D。

7.答案：D

解题思路：机械传动系统中的传动比计算公式可以是i=n1/n2、i=d1/d2或i=F1/F2，因此答案为D。

8.答案：D

解题思路：机械零件的耐磨性主要取决于材料的硬度、表面粗糙度以及工作条件等因素，因此答案为D。二、填空题1.机械设计的基本步骤包括_______、_______、_______等。

答案：需求分析、总体设计、详细设计、实验与测试、试制与验证。

解题思路：机械设计从需求分析开始，确定设计目标和技术要求，然后进行总体设计，制定设计方案，接着是详细设计，确定零件尺寸和配合等，实验与测试验证设计的合理性和功能，最后进行试制与验证，保证产品满足设计要求。

2.机械零件的失效形式主要有_______、_______、_______等。

答案：断裂、磨损、腐蚀。

解题思路：机械零件在长期使用中可能会出现多种失效形式，如断裂是由于材料内部或外部的应力超过材料强度导致的；磨损是两物体表面相互接触并滑动产生的损失；腐蚀是金属材料与环境介质发生化学或电化学反应引起的。

3.机械设计中的强度计算主要依据_______、_______、_______等理论。

答案：材料力学、弹性力学、塑性力学。

解题思路：机械设计中的强度计算通常基于材料力学的基本原理，考虑材料在受力时的变形和破坏情况；弹性力学研究材料的变形和应力分布；塑性力学则涉及材料在超过屈服点后的变形和应力状态。

4.机械传动系统中的传动比计算公式为_______。

答案：$i=\frac{n_1}{n_2}=\frac{ω_1}{ω_2}=\frac{\omega_1}{\omega_2}$或$i=\frac{T_2}{T_1}$。

解题思路：传动比是输出轴转速与输入轴转速的比值，可以表示为角速度或扭矩的比值。传动比计算公式反映了传动系统的速度或扭矩变化。

5.机械零件的耐磨性主要取决于_______、_______、_______等因素。

答案：材料硬度、表面粗糙度、摩擦副材料。

解题思路：机械零件的耐磨性与其材料性质和表面处理密切相关。材料硬度高的零件抵抗磨损的能力更强；表面粗糙度低，有助于减小摩擦系数，减少磨损；摩擦副材料的选择也会显著影响耐磨性。三、判断题1.机械设计的基本任务是在满足使用要求的前提下，力求提高机器的经济性。（√）

解题思路：机械设计的基本任务确实是在满足使用要求的前提下，通过优化设计来提高机器的经济性。经济性包括材料使用效率、能耗最小化、维修与运行成本的控制等方面。

2.机械零件的失效形式主要有疲劳断裂、磨损、塑性变形等。（√）

解题思路：机械零件在长期使用中确实主要面临疲劳断裂、磨损、塑性变形等失效形式。这些失效形式通常是由于材料的力学功能、工作条件（如载荷、温度等）和环境因素（如润滑、腐蚀等）的影响。

3.机械设计中的强度计算主要依据材料力学、结构力学、弹性力学等理论。（√）

解题思路：在机械设计中，强度计算确实依赖于材料力学、结构力学和弹性力学等基础理论。这些理论提供了计算和分析材料在不同载荷下功能的数学模型和原理。

4.机械传动系统中的传动比计算公式为i=n1/n2。（×）

解题思路：传动比计算公式实际上是i=n2/n1，其中n1是主动轴转速，n2是从动轴转速。这里的公式是反过来的。

5.机械零件的耐磨性主要取决于材料功能、工作条件、润滑条件等因素。（√）

解题思路：机械零件的耐磨性确实与材料功能、工作条件（如接触压力、温度等）、润滑条件（如润滑油脂类型、润滑效果等）等多种因素密切相关。

答案及解题思路：

1.答案：正确（√）

解题思路：如前所述，经济性是机械设计中的一个重要目标，旨在保证设计满足使用要求的同时尽可能减少成本和资源消耗。

2.答案：正确（√）

解题思路：失效形式是机械设计中需要考虑的关键因素，这些形式影响机械的可靠性和寿命。

3.答案：正确（√）

解题思路：强度计算是保证机械设计安全性的基础，相关理论提供了计算强度所需的数学和物理框架。

4.答案：错误（×）

解题思路：正确的传动比计算公式是i=n2/n1，主动轴转速n1除以从动轴转速n2得到传动比。

5.答案：正确（√）

解题思路：耐磨性是一个综合功能，它受到材料性质、工作环境和润滑等多个因素的共同影响。四、简答题1.简述机械设计的基本任务。

答案：

机械设计的基本任务包括：实现机械设备的高效率、可靠性、耐用性、安全性和经济性；满足特定的工作要求和环境条件；合理地选择材料和结构，保证设计的美观性和工艺性。

解题思路：

在解答此题时，首先明确机械设计的目的是服务于机械设备的功能和功能需求。然后从效率、可靠性、耐用性、安全性和经济性五个方面阐述设计的基本任务，同时提到材料和结构选择的合理性和美观性与工艺性的结合。

2.简述机械零件的失效形式。

答案：

机械零件的失效形式主要包括：疲劳断裂、塑性变形、断裂、腐蚀、磨损、过度振动等。

解题思路：

机械零件在使用过程中可能会因为多种因素导致失效。从材料学、力学和环境因素的角度分析，列出可能出现的失效形式，并简要说明每个失效形式的基本特点。

3.简述机械设计的基本原则。

答案：

机械设计的基本原则有：可靠性原则、经济性原则、实用性原则、安全性原则、美观性原则、标准化原则、模块化原则、轻量化原则等。

解题思路：

在解答此题时，可以从设计的目标和考量出发，列出保证设计质量的几个核心原则，并对每个原则进行简要的解释。

4.简述机械设计中的尺寸链计算。

答案：

尺寸链计算是机械设计中对相互配合零件尺寸关系进行计算的方法，主要包括解尺寸链和求极限偏差等。其主要目的是保证零件在装配后的精度要求。

解题思路：

简述尺寸链计算的目的和用途，然后具体说明尺寸链计算的两个主要方面：解尺寸链和求极限偏差的计算过程及其在机械设计中的作用。

5.简述机械零件的强度计算。

答案：

机械零件的强度计算主要涉及材料的应力与强度之间的关系，包括静力强度计算和动力强度计算。计算内容包括抗拉、抗压、抗弯、抗扭等基本强度校核，保证零件在工作中的强度满足要求。

解题思路：

此题需从强度的概念入手，阐述机械零件强度计算的分类（静力和动力），并简要介绍不同类型的强度计算方法和校核内容，强调保证零件强度的必要性。五、计算题1.已知齿轮的齿数分别为z1=20，z2=40，求传动比i和模数m。

解题步骤：

传动比i的计算公式为：i=z2/z1

模数m的计算通常需要知道齿轮的齿宽b和齿高h，但题目未提供这些信息，因此无法直接计算模数m。

答案：

传动比i=40/20=2

模数m无法确定，需更多信息。

2.已知轴的直径为d=40mm，转速为n=1000r/min，求轴的临界转速。

解题步骤：

轴的临界转速ncr的计算公式为：ncr=(0.1~0.2)dsqrt(n)

取中间值进行计算，取0.15dsqrt(n)

答案：

ncr=0.1540sqrt(1000)≈0.154031.62≈1907.2r/min

3.已知齿轮的齿数分别为z1=20，z2=40，求齿轮的齿顶圆直径。

解题步骤：

齿轮的齿顶圆直径da的计算公式为：da=m(z2)

模数m和齿数z未知，无法直接计算。

答案：

齿顶圆直径da无法确定，需更多信息。

4.已知轴的直径为d=40mm，转速为n=1000r/min，求轴的扭转应力。

解题步骤：

轴的扭转应力τ的计算公式为：τ=(Tl)/(πI_p)

其中，T为扭矩，l为轴长，I_p为轴的极惯性矩。

需要更多的信息来计算扭矩T。

答案：

扭转应力τ无法确定，需更多信息。

5.已知齿轮的齿数分别为z1=20，z2=40，求齿轮的齿顶圆直径。

解题步骤：

齿轮的齿顶圆直径da的计算公式为：da=m(z2)

同样，由于模数m未知，无法直接计算。

答案：

齿顶圆直径da无法确定，需更多信息。

答案及解题思路：

1.答案：传动比i=2；模数m无法确定。

解题思路：传动比直接由齿数比得出，模数需要齿轮的其他参数。

2.答案：轴的临界转速ncr≈1907.2r/min。

解题思路：使用临界转速公式，取中间值进行计算。

3.答案：齿顶圆直径da无法确定。

解题思路：缺少模数和齿数，无法计算齿顶圆直径。

4.答案：扭转应力τ无法确定。

解题思路：缺少扭矩信息，无法计算扭转应力。

5.答案：齿顶圆直径da无法确定。

解题思路：缺少模数和齿数，无法计算齿顶圆直径。六、应用题1.设计一齿轮减速器

输入转速：n1=1500r/min

输出转速：n2=300r/min

输出扭矩：T2=200N·m

齿轮材料：45钢

2.设计一轴

轴的直径：d=40mm

转速：n=1000r/min

轴的材料：45钢

3.设计一齿轮

齿数：z1=20，z2=40

模数：m=2mm

齿轮材料：45钢

4.设计一轴承

额定载荷：C=30000N

工作温度：T=80℃

轴承材料：GCr15

5.设计一链条传动

链条型号：A

链轮齿数：z1=20，z2=40

链轮直径：d1=50mm，d2=100mm

链条长度：L=2m

答案及解题思路：

1.齿轮减速器设计

解题思路：

首先计算减速器的传动比：i=n1/n2=1500/300=5。

然后根据输出扭矩T2和传动比计算输入扭矩T1：T1=T2/i=200N·m/5=40N·m。

选择合适的齿轮副，通常需要通过设计软件或经验公式来确定齿轮的尺寸，包括齿数、齿宽、齿高和压力角等。

根据材料45钢的功能数据，计算齿轮的许用应力，保证设计强度。

答案：

减速器传动比：i=5

输入扭矩：T1=40N·m

齿轮尺寸需通过专业软件或经验公式确定

2.轴设计

解题思路：

根据轴的直径和转速，计算轴的临界转速，保证轴的稳定性。

使用材料45钢的许用应力，根据弯矩、扭矩和应力集中等因素计算轴的直径。

保证轴的直径满足强度和刚度的要求。

答案：

轴直径：d=40mm

临界转速：需根据具体计算确定

强度和刚度满足要求

3.齿轮设计

解题思路：

根据齿数、模数和材料，计算齿轮的几何尺寸。

确定齿轮的齿形参数，如压力角、齿高和齿宽。

根据齿轮材料和制造工艺，计算齿轮的强度和寿命。

答案：

齿数：z1=20，z2=40

模数：m=2mm

齿形参数：需根据标准确定

强度和寿命：需根据材料功能确定

4.轴承设计

解题思路：

根据额定载荷和工作温度，选择合适的轴承类型和尺寸。

计算轴承的预紧力，保证轴承的工作功能。

根据材料GCr15的功能，保证轴承的耐磨性和耐腐蚀性。

答案：

额定载荷：C=30000N

工作温度：T=80℃

轴承类型和尺寸：需根据载荷和工作温度确定

预紧力：需根据轴承类型和工作条件确定

5.链条传动设计

解题思路：

根据链轮的齿数和直径，计算链条的节距。

确定链条的型号，根据链条型号和长度计算链条的尺寸。

根据链轮的负载和工作速度，计算链条的强度和寿命。

答案：

链轮齿数：z1=20，z2=40

链轮直径：d1=50mm，d2=100mm

链条型号：A

链条长度：L=2m

链条尺寸：需根据链条型号和长度确定

强度和寿命：需根据链轮负载和工作速度确定七、论述题1.论述机械设计的基本原则及其在机械设计中的应用。

在机械设计中，基本原则是指指导机械设计过程的一系列理论依据和规范。几个主要的机械设计基本原则及其应用：

功能适应性原则：机械设计应满足预定的功能和功能要求。

可靠性原则：设计应保证机械在规定条件下稳定工作，具有足够的可靠性。

安全性原则：设计中要充分考虑安全因素，防止发生。

经济性原则：在满足功能的前提下，尽量降低成本，提高效益。

标准化原则：采用标准件和标准设计，简化设计、制造和维修过程。

2.论述机械零件的失效形式及其预防措施。

机械零件的失效形式主要有：

磨损：由于摩擦、腐蚀等因素引起的零件表面损坏。

疲劳破坏：由于反复应力引起的材料疲劳断裂。

断裂：由于材料本身的缺陷或设计不合理导致的断裂。

变形：由于外力作用导致的零件形状或尺寸的改变。

预防措施包括：

选择合适的材料和热处理工艺。

优化设计，减小应力集中。

加强润滑，减少磨损。

采用防腐蚀措施。

3.论述机械设计中的尺寸链计算及其在机械设计中的应用。

尺寸链计算是机械设计中保证装配精度的重要手段。其主要应用包括：

确定零件尺寸：根据装配要求确定零件的精确尺寸。

控制装配精度：通过尺寸链分析，预测和调整装配误差。

优化设计