2025年機(jī)械設(shè)計(jì)工程師考試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（共10題，每題2分，共20分）1.下列材料中，最適合用于制造高速、重載且需耐沖擊的齒輪的是（）。A.Q235（普通碳素鋼）B.45鋼（正火處理）C.20CrMnTi（滲碳淬火）D.HT250（灰鑄鐵）2.滾動(dòng)軸承中，若需同時(shí)承受較大徑向載荷和單向軸向載荷，應(yīng)優(yōu)先選用（）。A.深溝球軸承B.角接觸球軸承（70000型）C.圓柱滾子軸承（N0000型）D.推力球軸承（50000型）3.螺紋連接中，當(dāng)被連接件之一較厚且需經(jīng)常拆卸時(shí)，應(yīng)選用（）。A.螺栓連接B.雙頭螺柱連接C.螺釘連接D.緊定螺釘連接4.某軸的材料為40Cr，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后硬度為280HBW，其許用彎曲應(yīng)力[σ-1b]約為（）。（已知40Cr調(diào)質(zhì)后σb=750MPa，σ-1=300MPa，尺寸系數(shù)ψε=0.85，表面質(zhì)量系數(shù)β=0.95，安全系數(shù)S=1.5）A.150MPaB.180MPaC.200MPaD.220MPa5.齒輪傳動(dòng)中，軟齒面（硬度≤350HBW）與硬齒面（硬度>350HBW）的主要失效形式分別為（）。A.齒面磨損/齒面膠合B.齒面接觸疲勞折斷/齒根彎曲疲勞折斷C.齒面塑性變形/齒面磨損D.齒面接觸疲勞點(diǎn)蝕/齒根彎曲疲勞折斷6.V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，小帶輪包角α1一般應(yīng)不小于（），否則需增大中心距或加張緊輪。A.90°B.120°C.150°D.180°7.下列公差配合中，屬于基孔制間隙配合的是（）。A.φ50H7/f6B.φ50F7/h6C.φ50H7/p6D.φ50P7/h68.機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算中，若應(yīng)力比r=-1（對(duì)稱循環(huán)），則平均應(yīng)力σm和應(yīng)力幅σa的關(guān)系為（）。A.σm=σaB.σm=0，σa=σmaxC.σm=σmax，σa=0D.σm=σa/29.滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)中，若寬徑比B/d過(guò)大，最可能導(dǎo)致的問(wèn)題是（）。A.軸承溫升過(guò)高B.油膜承載能力不足C.端泄量增大，潤(rùn)滑不良D.軸瓦邊緣接觸，局部壓力過(guò)大10.聯(lián)軸器與離合器的主要區(qū)別在于（）。A.聯(lián)軸器可補(bǔ)償兩軸偏移，離合器不能B.聯(lián)軸器需在停機(jī)時(shí)分離，離合器可在運(yùn)轉(zhuǎn)中分離C.聯(lián)軸器傳遞扭矩更大D.聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)更復(fù)雜二、填空題（共10空，每空1分，共10分）1.機(jī)械設(shè)計(jì)中，“等強(qiáng)度設(shè)計(jì)”的核心思想是使零件各截面的________相等。2.普通平鍵的工作面是________，其主要失效形式為________（輕載時(shí)）或________（重載時(shí)）。3.齒輪模數(shù)m的選擇主要影響齒輪的________，模數(shù)越大，齒輪的________能力越強(qiáng)。4.滾動(dòng)軸承的基本額定壽命L10是指________%的軸承在額定載荷下能達(dá)到的壽命。5.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，軸肩的主要作用是________；為避免應(yīng)力集中，軸肩處需設(shè)計(jì)________。6.帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)是由于________引起的不可避免現(xiàn)象，而打滑是由于________導(dǎo)致的失效形式。三、簡(jiǎn)答題（共5題，每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述機(jī)械零件設(shè)計(jì)中“失效”的定義及常見失效形式（至少列出4種）。2.比較平鍵連接與花鍵連接的優(yōu)缺點(diǎn)，并說(shuō)明各自適用場(chǎng)合。3.齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，軟齒面（≤350HBW）與硬齒面（>350HBW）的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有何差異？4.滾動(dòng)軸承組合設(shè)計(jì)時(shí)，為何需要考慮“軸向固定”與“熱膨脹補(bǔ)償”？常用的軸向固定方式有哪些（至少列出2種）？5.簡(jiǎn)述機(jī)械密封（端面密封）的工作原理及主要組成部分。四、計(jì)算題（共2題，每題15分，共30分）1.某傳動(dòng)軸傳遞的扭矩T=800N·m，軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)處理，σb=650MPa，σs=360MPa，許用切應(yīng)力[τ]=30MPa）。（1）若軸為實(shí)心圓截面，計(jì)算其最小直徑d1（取π≈3.14）；（2）若改為空心圓截面（內(nèi)外徑比α=d/D=0.6），在相同強(qiáng)度下，計(jì)算空心軸的外徑D2，并比較實(shí)心軸與空心軸的質(zhì)量比（密度ρ相同）。2.某機(jī)械裝置中使用一對(duì)角接觸球軸承（7210C型，接觸角α=15°），軸承承受的徑向載荷Fr1=2500N，F(xiàn)r2=1800N，軸向載荷Fa=1200N（方向如圖1所示）。已知7210C型軸承的基本額定動(dòng)載荷C=34kN，e=0.37，當(dāng)Fa/Fr≤e時(shí)，X=1，Y=0；當(dāng)Fa/Fr>e時(shí)，X=0.41，Y=0.87。試計(jì)算：（1）兩軸承的軸向載荷Fa1、Fa2；（2）兩軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P1、P2；（3）若軸承工作轉(zhuǎn)速n=1500r/min，載荷系數(shù)fp=1.2，計(jì)算軸承的基本額定壽命L10h（公式：L10=(C/(fpP))^(10/3)×10^6/(60n)）。（注：圖1示意兩軸承正裝，軸向左端為軸承1，右端為軸承2，軸向載荷Fa向左作用于軸上）五、綜合分析題（共1題，20分）某企業(yè)現(xiàn)有一臺(tái)二級(jí)圓柱齒輪減速器（高速級(jí)為斜齒，低速級(jí)為直齒），使用過(guò)程中出現(xiàn)以下問(wèn)題：（1）高速級(jí)斜齒輪齒面出現(xiàn)大量點(diǎn)蝕；（2）低速級(jí)直齒輪齒根發(fā)生疲勞折斷；（3）輸出軸與聯(lián)軸器連接的平鍵發(fā)生壓潰失效。假設(shè)減速器的輸入功率、轉(zhuǎn)速及傳動(dòng)比均符合設(shè)計(jì)要求，試分析上述問(wèn)題的可能原因，并提出具體改進(jìn)措施（需結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)理論，從材料、熱處理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝等方面展開）。參考答案一、單項(xiàng)選擇題1.C2.B3.B4.A5.D6.B7.A8.B9.D10.B二、填空題1.工作應(yīng)力（或危險(xiǎn)截面應(yīng)力）2.兩側(cè)面；鍵的剪斷；鍵或輪轂的壓潰3.承載能力；抗彎曲疲勞4.905.軸向定位；過(guò)渡圓角（或倒角）6.帶的彈性變形；過(guò)載三、簡(jiǎn)答題1.失效定義：零件在工作中因形狀、尺寸、材料性能變化而失去設(shè)計(jì)功能的現(xiàn)象。常見失效形式：斷裂（如疲勞斷裂、靜強(qiáng)度斷裂）、表面損傷（點(diǎn)蝕、磨損、膠合）、過(guò)量變形（彈性變形或塑性變形超差）、功能失效（如連接松動(dòng)、密封失效）。2.平鍵連接優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便、對(duì)中性好；缺點(diǎn)：不能承受軸向力，對(duì)軸的削弱較大（需開鍵槽）。適用場(chǎng)合：傳遞扭矩且軸向位置固定的連接（如齒輪與軸的連接）。花鍵連接優(yōu)點(diǎn)：接觸面積大、承載能力高、對(duì)中性和導(dǎo)向性好、軸的削弱?。蝗秉c(diǎn)：加工成本高。適用場(chǎng)合：重載、定心精度要求高或需軸向滑動(dòng)的連接（如汽車變速箱軸與齒輪的連接）。3.軟齒面設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：先按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪尺寸（確定模數(shù)和齒數(shù)），再校核彎曲疲勞強(qiáng)度；硬齒面設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：先按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)（確定模數(shù)），再校核接觸疲勞強(qiáng)度。原因：軟齒面齒面硬度低，易發(fā)生點(diǎn)蝕，接觸疲勞為主要失效；硬齒面齒面硬而脆，易發(fā)生齒根折斷，彎曲疲勞為主要失效。4.軸向固定目的：防止軸承在軸上或殼體中軸向移動(dòng)，保證傳動(dòng)精度；熱膨脹補(bǔ)償目的：軸工作時(shí)因溫升伸長(zhǎng)，需預(yù)留軸向間隙避免卡死。常用軸向固定方式：兩端固定（適用于短軸）、一端固定一端游動(dòng)（適用于長(zhǎng)軸或高溫場(chǎng)合）。5.機(jī)械密封工作原理：由動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面貼合（配合輔助密封），在介質(zhì)壓力和彈簧力作用下形成微小間隙，通過(guò)液膜潤(rùn)滑實(shí)現(xiàn)密封。組成部分：動(dòng)環(huán)、靜環(huán)（密封端面）、彈性元件（彈簧）、輔助密封圈（O型圈）、傳動(dòng)件（防轉(zhuǎn)銷）。四、計(jì)算題1.（1）實(shí)心軸最小直徑：由扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件τ=9550×10^3×T/(0.2d^3)≤[τ]，代入T=800N·m，[τ]=30MPa，得d≥(9550×10^3×800/(0.2×30))^(1/3)≈(1.273×10^9)^(1/3)≈108.5mm，取d1=110mm。（2）空心軸外徑D2：空心軸抗扭截面系數(shù)Wp=πD^3(1-α^4)/16，強(qiáng)度條件：T/Wp≤[τ]，即D≥[16T/(π[τ](1-α^4))]^(1/3)代入α=0.6，T=800N·m，[τ]=30MPa，1-α^4=1-0.6^4=1-0.1296=0.8704，D≥[16×800×10^6/(3.14×30×0.8704)]^(1/3)≈[1.227×10^8]^(1/3)≈49.7mm，取D2=50mm。質(zhì)量比：實(shí)心軸體積V1=πd12/4×L，空心軸體積V2=π(D22-d2)/4×L=πD22(1-α2)/4×L，質(zhì)量比m1/m2=V1/V2=d12/[D22(1-α2)]=1102/[502×(1-0.62)]=12100/[2500×0.64]=12100/1600≈7.56。2.（1）軸向載荷計(jì)算：7210C型軸承內(nèi)部軸向力Fs=Fr/(2Y)（Y=0.87），F(xiàn)s1=Fr1/(2Y)=2500/(2×0.87)≈1437N，F(xiàn)s2=Fr2/(2Y)=1800/(2×0.87)≈1034N。軸向載荷Fa=1200N向左，軸承1受向左的Fa，軸承2受向右的Fs2，判斷哪邊軸承被“壓緊”：軸的軸向力平衡：Fa+Fs2=1200+1034=2234N>Fs1=1437N，故軸承1被壓緊，軸承2被放松。因此，F(xiàn)a1=Fa+Fs2=2234N，F(xiàn)a2=Fs2=1034N。（2）當(dāng)量動(dòng)載荷：軸承1：Fa1/Fr1=2234/2500≈0.89>e=0.37，故X1=0.41，Y1=0.87，P1=fp(X1Fr1+Y1Fa1)=1.2×(0.41×2500+0.87×2234)=1.2×(1025+1943)=1.2×2968≈3562N；軸承2：Fa2/Fr2=1034/1800≈0.57>e=0.37，故X2=0.41，Y2=0.87，P2=fp(X2Fr2+Y2Fa2)=1.2×(0.41×1800+0.87×1034)=1.2×(738+899)=1.2×1637≈1964N。（3）基本額定壽命：L10h=(C/(fpP))^(10/3)×10^6/(60n)，取P較大的軸承1計(jì)算（壽命由小值決定）：L10h=(34000/3562)^(10/3)×10^6/(60×1500)≈(9.545)^3.333×10^6/90000≈(9.545^3×9.545^0.333)×11.11≈(869×2.12)×11.11≈1842×11.11≈20460h。五、綜合分析題問(wèn)題（1）高速級(jí)斜齒輪齒面點(diǎn)蝕：可能原因：齒面硬度不足（軟齒面未進(jìn)行表面強(qiáng)化處理）、潤(rùn)滑油粘度低（油膜厚度不足）、齒面接觸應(yīng)力超過(guò)許用接觸疲勞強(qiáng)度。改進(jìn)措施：改用20CrMnTi滲碳淬火（硬度58-62HRC）提高齒面硬度；選用高粘度潤(rùn)滑油（如N220工業(yè)齒輪油）；優(yōu)化齒輪參數(shù)（增大分度圓直徑或齒數(shù)，降低接觸應(yīng)力）。問(wèn)題（2）低速級(jí)直齒輪齒根折斷：可能原因：齒根彎曲應(yīng)力超過(guò)許用彎曲疲勞強(qiáng)度（模數(shù)過(guò)?。X根過(guò)渡圓角過(guò)?。☉?yīng)力集中嚴(yán)重）、材料韌性不足（如45鋼未調(diào)質(zhì)處理）。改進(jìn)