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2025年机械设计笔试题及答案

一、单项选择题（每题3分，共15分）

1.某平面机构中，共有5个活动构件，其中包含2个低副（转动副）和3个高副（齿轮副），则该机构的自由度为（）。

A.0B.1C.2D.3

2.下列齿轮传动类型中，能实现两交错轴（夹角90°）传动的是（）。

A.直齿圆柱齿轮B.斜齿圆柱齿轮C.直齿圆锥齿轮D.交错轴斜齿轮（螺旋齿轮）

3.某受轴向变载荷的螺栓连接中，若需提高连接的疲劳强度，最有效的措施是（）。

A.增大被连接件刚度B.减小螺栓刚度C.增大预紧力D.采用空心螺栓

4.某减速器高速轴选用深沟球轴承，低速轴选用圆柱滚子轴承，主要原因是（）。

A.高速轴需承受径向载荷，低速轴需承受轴向载荷

B.高速轴需调心，低速轴需承受冲击

C.高速轴转速高、载荷小，适合球轴承；低速轴载荷大，滚子轴承承载能力强

D.高速轴需轴向定位，低速轴需游动支撑

5.设计承受循环变应力的机械零件时，若材料的对称循环疲劳极限为σ-1，零件的应力集中系数为Kσ，尺寸系数为εσ，表面质量系数为β，则零件的持久极限σ-1D的计算公式为（）。

A.σ-1D=σ-1/(Kσ/εσβ)B.σ-1D=σ-1/(Kσ·εσ·β)

C.σ-1D=σ-1·Kσ/(εσβ)D.σ-1D=σ-1·(Kσ·εσ·β)

二、填空题（每题2分，共10分）

1.平面四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，且以最短杆的邻边为机架时，机构为______。

2.普通V带传动中，带的基准长度是指______处的周线长度。

3.滚动轴承的基本额定寿命是指一批同型号轴承在相同条件下运转，______的轴承发生疲劳点蚀前的总转数或工作小时数。

4.轴的结构设计中，轴肩的主要作用是______。

5.齿轮传动中，齿面接触疲劳强度的计算依据是______理论，其校核公式的核心参数是______。

三、简答题（每题8分，共40分）

1.简述凸轮机构中压力角的定义及其对机构性能的影响。

2.带传动中“弹性滑动”与“打滑”有何区别？如何避免打滑？

3.简述轴的结构设计应满足的主要要求（至少列出4项）。

4.平键连接与楔键连接在工作原理和应用上有何差异？

5.滚动轴承的寿命计算中，当量动载荷P的含义是什么？如何确定其值？

四、计算题（共30分）

1.（10分）某气缸盖螺栓连接如图所示（示意图略），气缸内径D=200mm，气体压力p=1.5MPa，共有8个螺栓均布于直径D0=250mm的圆周上。螺栓材料为45钢（σs=360MPa），安全系数S=3，试校核螺栓的拉伸强度（假设被连接件刚度远大于螺栓刚度，螺栓仅受轴向工作载荷）。

2.（10分）一对标准直齿圆柱齿轮传动，小齿轮齿数z1=20，大齿轮齿数z2=60，模数m=4mm，齿宽b=80mm，小齿轮转速n1=1450r/min，传递功率P=15kW，齿轮材料为20CrMnTi（表面淬火，硬度58-62HRC），小齿轮齿面接触疲劳极限σHlim1=1500MPa，大齿轮σHlim2=1400MPa，应力循环次数N1=107，N2=3.3×106，接触疲劳寿命系数ZN1=1.0，ZN2=1.05，安全系数SH=1.1，试校核齿面接触疲劳强度（接触疲劳强度公式：σH=ZE√[(2KT1)/(bd12)(u+1)/u]，ZE=189.8√MPa）。

3.（10分）某转轴的危险截面处，弯矩M=500N·m，扭矩T=300N·m，轴的直径d=40mm，材料为40Cr（σb=750MPa，σ-1=350MPa，τ-1=200MPa），应力集中系数Kσ=1.8，Kτ=1.5，尺寸系数εσ=0.85，ετ=0.8，表面质量系数βσ=βτ=0.9，安全系数S=1.5，试校核该截面的弯扭合成强度（按第三强度理论，许用应力幅[σ-1]=σ-1/(S·Kσ/(εσβσ))，许用切应力幅[τ-1]=τ-1/(S·Kτ/(ετβτ))）。

五、综合分析题（15分）

设计一台用于带式输送机的单级圆柱齿轮减速器，已知：电动机功率P=7.5kW，转速n=1440r/min，输送机滚筒转速n2=60r/min，工作环境多尘，有轻微冲击，单向运转，寿命10年（每年工作300天，每天8小时）。试完成以下任务：

（1）确定减速器的传动比；

（2）选择齿轮材料及热处理方式（需说明理由）；

（3）简述齿轮模数和齿数的选择原则（需考虑强度、噪声、结构尺寸等因素）；

（4）设计输出轴的支撑方案（