1、机械设计历年真题试卷汇编 1 及答案与解析一、单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。1 材料为 45 号钢经调质处理的轴由计算发现处于危险的共振区，解决的措施应当是( )。中科院 2007 研（A）采用其它钢材（B）采取表面硬化处理（C）改变表面粗糙度（D）改变轴的直径2 在机械零件的强度条件式中，常用到“计算载荷” ，而“计算载荷”一般( )。上海大学 2005 研（A）小于名义载荷（B）大于静载荷而小于动载荷（C）接近于额定载荷（D）大于名义载荷而接近于实际载荷3 零件的工作安全系数为( )。中南大学 2005 研（A）零件的极限应力比许用应力（B）零件的工作应力比许用应力
2、（C）零件的极限应力比零件的工作应力（D）零件的工作应力比零件的极限应力4 45 号钢经调质后的对称循环疲劳极限 -1307 MPa，应力循环基数 N0510 6 次，疲劳曲线指数 m9，当实际应力循环次数 N10 6 时，有限寿命的疲劳极限 -1N 为( )MPa。 同济大学 2010 研 （A）257（B） 367（C） 474（D）4255 滚动轴承工作时，滚动体的应力循环特征是( )。北京交通大学 2001 研（A）r1（B） r1（C） r0（D）0r16 受稳定径向载荷的一转轴，轴截面产生的弯曲应力为( )应力。武汉理工大学2004 研（A）静（B）对称循环变（C）脉动循环变（D）
3、非对称循环变7 对于受循环变应力作用的零件，影响疲劳破坏的主要因素是( )。中南大学2002 研（A）最大应力（B）平均应力（C）应力幅8 为了减轻摩擦副的表面疲劳磨损，下列措施中( )不是正确的措施。中科院2007 研（A）合理选择表面粗糙度（B）合理控制相对滑动速度（C）合理选择表面硬度（D）合理选择润滑油粘度9 为连接承受横向工作载荷的两块薄钢板，一般采用( )。北京交通大学 2001 研（A）螺栓连接（B）双头螺柱连接（C）螺钉连接（D）紧定螺钉连接10 对于紧螺栓连接，当螺栓的总拉力 F2 和残余预紧力 F4 不变，若将螺栓由实心变成空心，则螺栓的应力幅 ，与预紧力 F0 会发生变化
4、( )。中南大学 2005 研（A） a 增大， F0 应适当减小（B） a 增大，F 0 应适当增大（C） a 减小，F 0 应适当减小（D） a 减小， F0 应适当增大11 在受轴向变载荷作用的紧螺栓连接中，为提高螺栓的疲劳强度，可采取的措施是( )。同济大学 2010 研（A）增大螺栓刚度 Cb，减小被连接件刚度 Ca（B）减小 Cb，增大 Ca（C）增大 Cb 和 Ca（D）减小 Cb 和 Ca二、填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。12 若一零件的应力循环特性，r05， a70 Nmm 2，此时 m 为( )， max 为( )， min 为( ) 。中南大学 200
5、0 研13 磨损通常分为 5 种类型，其中( )磨损是干摩擦状态下的主要失效形式。哈尔滨工业大学 2010 研14 向有传动精度要求的滑动摩擦表面加注润滑剂的主要目的是( )。哈尔滨工业大学 2010 研15 螺纹的螺旋升角愈小，螺纹的自锁性能力( )。中科院 2007 研16 在同样材料条件下，三角螺纹的摩擦力矩( )矩形螺纹的摩擦力矩，因此它多用于( )中，而矩形螺纹则多用于( ) 中。哈尔滨工业大学 2009 研17 机械零件的设计准则有哪些?武汉理工大学 2006 研18 何为互换性? 互换性在机械制造业中的作用是什么? 中国科学技术大学 2011 研19 导轨的基本要求有哪些?中科院
6、 2005 研20 影响机械零件疲劳极限的综合影响系数 K与哪些因素有关?中南大学 2004 研21 何谓螺旋传动的空回误差?消除空回的方法有哪些? 中国科学技术大学 2011 研22 一零件用合金钢制成，其危险截面上最大应力 max250 MPa ，最小应力min50MPa，该截面处应力综合影响系数 K166，该合金钢的力学性能为：对称循环极限应力 -1440 MPa脉动循环疲劳极限 0720 MPa ，屈服极s800 MPa。强度极限 b900 MPa 。 要求： (1)按比例绘制零件的简化极限应力线图； (2)按 rc 求与工作应力点相应的极限应力幅 a、极限平均应力 m 和极限应力 m
7、ax； (3)按 rc 校核此零件危险截面上的安全系数 Sca。同济大学 2010 研23 已知某一合金钢的 -1370 MPa， s880 MPa， 0625 MPa。试： (1)按比例绘制此材料试件的简化的 a m 极限应力线图； (2)设此试件受 max300 MPa， min120 MPa 的变应力作用。用所绘制的极限应力线图求出该试件在这种情况下(按 rC 的变化规律)的极限应力 r上海大学 2006 研24 图 511 所示为螺栓组连接的三种方案，已知 L320 mm，a 80 mm，试求螺栓组连接的三种方案中。受力最大的螺栓所受的力各为多少，7 并分析哪个方案较好? 同济大学 2
8、010 研25 钢制液压油缸如图 512 所示。油压 p1 N mm2。油缸内径 D160mm，缸筒与缸底采用 8 个螺栓均布连接，螺栓连接的相对刚性系数 03，预紧力F025F E(FE 为螺栓的工作载荷 )。螺栓的许用应力120N mm 2。试求： (1)单个螺栓的总拉伸载荷。 (2)单个螺栓所受的残余预紧力。 (3)连接螺栓的小径(保留两位小数)。 哈尔滨工业大学 2003 研26 如图 513 所示为一托架，竖直向下的载荷 Q 20 kN 作用于托架宽度方向的对称线上，用四个普通螺栓将托架连接在一钢制横梁上，螺栓的相对刚度为 03，假设被连接件都不会被压溃。接合面的抗弯剖面模量 W12
9、7110 6 mm3 试计算：(1)该螺栓组连接的接合面不出现间隙所需的螺栓预紧力 F至少应大于多少? (2)若受力最大螺栓处接合面间的残余预紧力 F要保证 7000 N，计算该螺栓所需预紧力 F。所受的总拉力 Fa。哈尔滨工业大学 2010 研 27 如图 515 所示：滑块由差动螺旋带动在导轨上移动。螺纹 1 为 M121，螺纹2 为 M10075，螺纹 1 为右旋，(1) 手柄按图示方向(从左向右看为顺耐针)转 1 圈时。滑块移动距离为多少?(2)若螺纹 2 螺旋方向改变。手柄按图示方向(从左向右看为顺时针)转 1 圈时。滑块移动距离为多少? 中科院 2006 研机械设计历年真题试卷汇编
10、 1 答案与解析一、单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。1 【正确答案】 D【试题解析】 改变轴的直径，则轴的刚度发生变化，零件的固有频率也发生变化。A 项，由于金属材料的弹性模量基本相同，因此，改变材料不能改变轴的刚度； B项，采取表面硬化处理能提高轴的疲劳强度，但不能改变轴的刚度；C 项，改变表面粗糙度只能改变接触刚度。【知识模块】 机械设计总论2 【正确答案】 D【试题解析】 机械工作中的实际载荷近似用计算载荷 Fc 表征，且 Fc 是名义载荷(即额定载荷)F 与载荷系数 K 的乘积，即 FcKF。其中，载荷系数 K 是考虑载荷随时间作用和分布的不均匀性以及其他零件受力
11、情况等因素后选取的系数，其值大于 1。【知识模块】 机械设计总论3 【正确答案】 C【试题解析】 在对零件的强度进行校核时用到工作安全系数，其值小于等于许用安全系数时零件安全，其表达式为 。【知识模块】 机械设计总论4 【正确答案】 B【试题解析】 根据有限寿命区间内任意循环次数 N 的疲劳极限表达式可得 -1N -1 MPa367【知识模块】 机械零件的强度5 【正确答案】 C【试题解析】 当滚动轴承工作时，滚动体受的最小应力 min0，因而应力比为 r 0。【知识模块】 机械零件的强度6 【正确答案】 B【试题解析】 转轴所承受的的弯矩是不变的，随着轴的转动，其拉压应力区交变。所以对于一点
12、来说，轴截面的弯曲应力是正负变化的，故为对称循环变应力。【知识模块】 机械零件的强度7 【正确答案】 C【试题解析】 对于受循环变应力作用的零件，最小应力不变的情况下，应力幅越小，零件的疲劳强度越高。【知识模块】 机械零件的强度8 【正确答案】 B【试题解析】 为了减轻摩擦副的表面疲劳磨损，可以考虑的措施包括：根据摩擦副磨损的类型，正确选用摩擦副的材料；选用合适的润滑剂和润滑方法； 采用表面耐磨处理，提高机械零件的加工精度和表面质量；在结构设计中考虑耐磨问题；改善机械的工作条件，正确的使用和维护机器。【知识模块】 摩擦、磨损及润滑概述9 【正确答案】 A【知识模块】 螺纹连接和螺旋传动10 【
13、正确答案】 D【试题解析】 总拉力 F2 和残余预紧力 F4 不变，说明工作载荷 F 不变，最大拉应力不变。螺栓由实心变成空心后，螺栓刚度 Cb 减小，根据公式 F2F 0 ，可知预紧力 F0 增大，故最小拉应力增大，则应力幅 a 减小。【知识模块】 螺纹连接和螺旋传动11 【正确答案】 B【试题解析】 在保持预紧力不变的情况下，减小螺栓刚度 Cb，或增大被连接件刚度 Ca，都可以减小总拉力的变动范围(即减小应力幅)，从而达到提高螺栓疲劳强度的目的。【知识模块】 螺纹连接和螺旋传动二、填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。12 【正确答案】 210 Nmm 2；280 Nmm 2；
14、140 N mm 2。【试题解析】 根据题意可得 解得： max280 Nmm 2min140 N mm 2 则平均应力： m 210N/mm 2。【知识模块】 机械零件的强度13 【正确答案】 磨粒【知识模块】 摩擦、磨损及润滑概述14 【正确答案】 降低摩擦 减轻磨损【试题解析】 在摩擦面加注润滑剂不仅可以降低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭侵蚀，而且采用循环润滑时还能起到散热降温的作用。【知识模块】 摩擦、磨损及润滑概述15 【正确答案】 愈好【试题解析】 螺纹自锁的条件是螺旋升角 小于等于螺旋副的当量摩擦角 v，即v。【知识模块】 螺纹连接和螺旋传动16 【正确答案】 小于；连接；传动。【
15、试题解析】 三角螺纹多用于连接，矩形螺纹传动效率高，多用于传动。【知识模块】 螺纹连接和螺旋传动17 【正确答案】 机械零件的设计准则 (1)强度准则 强度准则是最基本的设计准则，是指零件中的应力不得超过允许的限度。对一次断裂来讲，应力不超过材料的强度极限；对于疲劳破坏来讲，应力不超过零件的疲劳极限；对残余变形来讲，应力不超过材料的屈服极限，其代表性表达式为 lin 考虑到各种偶然性或难以精确分析的影响，要除以设计安全系数 S，即为许用应力，其表达式为 (2)刚度准则 零件在载荷作用下产生的弹性变形量 y 小于或等于机器工作性能所允许的极限值y(即许用变形量)，则称满足了刚度要求，其表达式为
16、yy (3) 寿命准则 影响寿命的主要因素：腐蚀、磨损和疲劳是三个不同范畴的问题，它们各自发展过程的规律完全不同。迄今为止，还没有提出实用有效的腐蚀寿命、磨损寿命的定量计算方法，因而不以讨论。对于疲劳寿命，通常是以求出使用寿命的疲劳极限或额定载荷来作为计算的依据。 (4)振动稳定性准则 振动是指机械零件发生周期性的弹性变形现象。所谓的振动稳定性，是指在设计时要使机器中受激振作用的各零件的固有频率与激振源的频率错开。令 f 表示零件的固有频率，f p 表示激振源的频率，则通常应保证如下的条件 085f p或 115f p 如果不能满足上述条件，则可用改变零件及系统的刚性，改变支撑位置，增加或减少
17、辅助支承等办法来改变 f 的大小。此外，提高回转件的动平衡精度，采用隔振元件把激振源与零件隔离，或者增加阻尼以减小受激振动零件的振幅等措施，都可以改善零件的振动稳定性。 (5)可靠性准则 可靠性用可靠度来度量。所谓零部件或机械系统的可靠度，是指它们各自在规定的工作条件下和规定的工作时间(寿命)内，无故障地完成规定功能的能力(或概率)。可靠性准则是指将常规设计中视为常量的设计参数如实地作为随机变量对待，把概率统计理论运用到机械设计中来，按照零部件或机械系统应有的定量的可靠度来设计它们。【知识模块】 机械设计总论18 【正确答案】 互换性指在机械和仪器制造工业中，在同一规格的一批零件或部件中，任取
18、其一，不需任何挑选或附加修配就能装在机器上，达到规定的性能要求。互换性在机械制造业中的作用：从使用方面看，当零件损坏以后，可以用同样规格的零件换上，快速简单；从制造方面看，互换性是提高生产水平和进行文明生产的有力手段。装配时，不需辅助加工和修配，故能减轻装配工人的劳动强度，缩短装配周期，并且可使装配工人按流水作业方式进行工作，以致进行自动装配，从而大大提高效率。【知识模块】 机械设计总论19 【正确答案】 导轨的基本要求包括以下 8 点：(2)精度保持性：在工作过程中保持原有几何精度的能力；(3)运动灵敏度和定位精度：运动构件能实现的最小行程和停止在指定位置的能力；(4)运动轻便、平稳、低速无
19、爬行现象；(5)抗振性好：导轨副承受受迫振动和冲击的能力；(6)耐磨性好，温变不敏感；(7)足够的刚度：抵抗受力变形的能力；(8)工艺性好：在满足设计要求的前提下，应尽量做到制造和维修方便，成本低廉。【知识模块】 机械设计总论20 【正确答案】 综合影响系数 K K 由此可知，影响机械零件疲劳极限的综合影响系数的因素主要有：有效应力集中系数 k尺寸系数 表面质量系数 、强化系数 q。等。应力集中处裂纹更容易萌生和扩展，明显降低材料的疲劳极限；零件尺寸越大，其疲劳强度越低；表面粗糙度数值越大，零件表面越粗糙，疲劳强度越低。【知识模块】 机械零件的强度21 【正确答案】 (1)螺旋副间存在间隙，若
20、螺杆的转动方向改变，在螺杆转动某一角度后螺母才产生反向运动，此时将产生空回误差。(2)消除空回的方法即在保证螺旋副相对运动要求的前提下消除螺杆与螺母之间的间隙，主要包括：利用单向作用力消除； 利用调整螺母消除； 轴向调整法；利用塑料螺母消除。【知识模块】 螺纹连接和螺旋传动22 【正确答案】 (1)要绘制此材料试件的简化的极限应力线图，应确定以下几点坐标，如图 3 一 10 所示。 与纵轴交点 A(0， -1)，即(0，440)；与横轴交点 S(s，0)，即(800，0)；曲线经过的另一点 B( )，即(360 ，360)。连接点 A、B，并延长，与过点 S 与横轴正方向成135角的直线交于点
21、 E。折线 ABES 即为所求零件的简化极限应力线图。 注：在折线 ABES 以内为疲劳和塑性安全区；在折线 ABES 以外为疲劳和塑性失效区。 (2)应力幅为 a( max min)2150 MPa 平均应力为 m(max min)2100 MPa 受循环弯曲应力时，材料常数为 0222 在 rc 的情况下，根据公式有极限应力所在点的极限应力幅为 a2434 MPa 极限平均应力为 m1622 MPa 极限应力为 max a m4056 MPa 。 (3)rc 时，分两种情况。 当工作应力点在疲劳强度区 AOE 区域内时，按疲劳强度进行计算，则安全系数 S ca162 当工作应力点在屈服强度
22、区 OES 区域内时，按静强度进行计算，则安全系数 S ca 32【知识模块】 机械零件的强度23 【正确答案】 (1)要绘制此材料试件的简化的极限应力线图，应确定以下几点坐标，如图 311 与纵轴交点 A(0， -1)，即(0，370)；与横轴交点 C(s，0) ，即(880，0) ；曲线经过的另一点 D( )，即(312 5，3125) 。连接点 A、D，并延长，与过点 C 与横轴正方向成 135角的直线交于点 G。折线 ADGC 即为所求极限应力线。 (2)设材料的工作应力点为M(m， a)，则： m MPa90 MPa a MPa210MPa 将点 M 标在图 311 中。 工作应力按
23、 rC的规律变化，则连接 OM，并延长与极限应力线相交于点 M，点 M即为该材料的极限应力所在点。由图 311 可量得，极限平均应力与极限应力幅分别为 m 140 MPa， a340 MPa 所以极限应力为 r m a140 MPa 340 MPa480 MPa【知识模块】 机械零件的强度24 【正确答案】 (1)方案一：在横向力 F 作用下，每个螺栓受到的横向载荷F1 ，在旋转力矩作用下，1、3 两个螺栓受到的横向载荷 F2 ，2 螺栓不受到载荷，由力的合成可知，1、3 两个螺栓受到的合力最大，且为 F 1max203 F (2)方案二：在力 F 作用下，每个螺栓受到的横向载荷F1 ，在旋转
24、力矩作用下，1、3 螺栓受到的旋转载荷两个螺栓受到的横向载荷F2 ，由力的合成可知，螺栓 3 受到的合力最大 F 2max 233 F (3) 方案三：在力 F 作用下，每个螺栓受到的横向载荷 F1 ，在旋转力矩作用下，每个螺栓受到的横向载荷 F2 ，由力的合成可知，螺栓 2 受到的合力最大 F 3max163 F 比较各个方案螺栓最大的受力可知，方案三中的螺栓在 3 个方案中受的力最小，因而应该采用方案三较好。【知识模块】 螺纹连接和螺旋传动25 【正确答案】 (1)单个螺栓所受的工作载荷 F E N2513 N 单个螺栓的总拉伸荷载 F aF 0F E 25F E03F E282513 N
25、70364 N (2)单个螺栓所受的残余预紧力 F 1F 0(1 )FE25F E07F E182513 N45234 N (3)根据螺栓连接最危险截面的强度条件可得所需螺栓小径： d 1mm985 mm。【知识模块】 螺纹连接和螺旋传动26 【正确答案】 (1) 螺栓组连接受力分析 将载荷 Q 向螺栓组中心简化，可得如图 514 所示的力： 轴向载荷 Q20 kN 倾覆力矩 MQL 320036 kN?m 。计算受力最大螺栓的工作载荷 F 在轴向载荷 Q 作用下，每个螺栓承受的轴向载荷 F 1N5000N 在倾覆力矩 M 作用下，单个螺栓受到的最大工作载荷为 F 2N6408 7N 根据力的
26、合成可知轴线右侧两个螺栓所受轴向工作载荷最大，均为 FF 1 F2114087 N 根据接合面间不出现间隙条件确定螺栓所需的预紧力 F，即 pmin0 pminMPa0 代入数据得 pminMPa0。 解得所需的螺栓预紧力：F11260 N (2)由 FF(1 )F 可得， 所需预紧力 F F F 7000N07114087N1498609N 所受的总拉力 F 0F F114087 N7000 N184087 N。【知识模块】 螺纹连接和螺旋传动27 【正确答案】 (1)当两螺纹均为右旋时，当手柄按图示方向旋转一圈时，螺杆向右移动距离为 l11 mm，滑块在螺杆上向左移动的距离 l2075 mm，所以滑块向右移动的距离 L1075025 mm； (2)当螺纹 2 旋向反向，即当螺纹 1 右旋，螺纹 2 左旋时，手柄瞬时针转一圈时，螺杆向右移动距离 l11 mm，滑块在螺杆上向右移动距离 l2075 mm，所以滑动向右移动距离为L1075175 mm。【知识模块】 螺纹连接和螺旋传动
