2025年機械設計與制造考試試卷及答案一、單項選擇題（共10題，每題2分，共20分）1.機械設計中，“等強度設計”的核心目標是（）。A.使零件各截面材料的應力均達到材料的許用應力B.使零件各部分重量相等C.使零件各截面的幾何尺寸相同D.使零件各部分的剛度一致2.下列材料中，適合用于制造重載齒輪且需表面高硬度、心部高韌性的是（）。A.Q235（普通碳素鋼）B.40Cr（合金調質鋼）C.20CrMnTi（合金滲碳鋼）D.ZG270-500（鑄鋼）3.某軸的直徑標注為φ50H7/g6，其中“g6”表示（）。A.孔的公差帶代號，基本偏差為g，公差等級6級B.軸的公差帶代號，基本偏差為g，公差等級6級C.孔的公差帶代號，基本偏差為H，公差等級7級D.軸的公差帶代號，基本偏差為h，公差等級6級4.切削加工中，影響已加工表面粗糙度的主要因素是（）。A.切削速度與進給量B.刀具材料與機床功率C.工件材料與切削深度D.冷卻方式與刀具壽命5.滾動軸承6208的內徑尺寸為（）。A.8mmB.40mmC.20mmD.80mm6.螺栓連接中，當被連接件之一較厚且需要經(jīng)常拆卸時，應選用（）。A.普通螺栓連接B.雙頭螺柱連接C.螺釘連接D.緊定螺釘連接7.齒輪傳動中，齒面接觸疲勞強度主要取決于（）。A.模數(shù)B.齒數(shù)C.齒寬D.分度圓直徑8.下列鑄造工藝中，適用于生產(chǎn)形狀復雜、尺寸精度高的鋁合金薄壁零件的是（）。A.砂型鑄造B.金屬型鑄造C.壓力鑄造D.熔模鑄造9.機械零件的失效形式中，最常見的是（）。A.過量變形B.斷裂C.表面損傷D.功能失效10.設計帶傳動時，若小帶輪包角過小，最可能導致的問題是（）。A.帶的壽命縮短B.傳動效率降低C.帶的打滑D.帶的彈性滑動加劇二、填空題（共10空，每空1分，共10分）1.機械設計的基本要求包括功能要求、可靠性要求、經(jīng)濟性要求和__________要求。2.材料的力學性能指標中，衡量材料抵抗塑性變形能力的是__________。3.加工中心與普通數(shù)控機床的主要區(qū)別在于具有__________功能。4.齒輪的模數(shù)m是指__________與齒數(shù)z的比值。5.螺紋連接防松的根本目的是防止螺紋副的__________。6.切削三要素包括切削速度、進給量和__________。7.滾動軸承的基本額定壽命是指一批相同軸承中__________的軸承能達到的壽命。8.鑄造工藝中，分型面是指__________之間的接觸面。9.軸按受載情況可分為心軸、傳動軸和__________。10.表面粗糙度的評定參數(shù)中，最常用的是__________（符號表示）。三、簡答題（共5題，每題6分，共30分）1.簡述機械零件設計中“安全系數(shù)”的定義及其選取原則。2.比較鍛造與鑄造的工藝特點，各列舉兩種典型應用場景。3.說明表面粗糙度對零件使用性能的影響（至少列出3點）。4.簡述齒輪傳動中“齒向載荷分布不均”的產(chǎn)生原因及改善措施。5.解釋“加工精度”與“加工誤差”的關系，并說明其對零件質量的影響。四、計算題（共3題，每題12分，共36分）1.某齒輪軸受徑向載荷F=5000N，軸的材料為45鋼（σb=600MPa，σs=355MPa），許用彎曲應力[σ-1b]=60MPa。軸的危險截面直徑d=40mm，試校核該截面的彎曲強度（彎曲應力公式：σ=32M/(πd3)，其中M=F×L，L=100mm）。2.某普通V帶傳動，已知小帶輪基準直徑d1=125mm，大帶輪基準直徑d2=250mm，中心距a=400mm，求：（1）小帶輪包角α1（公式：α1≈180°-(d2-d1)/a×57.3°）；（2）帶的基準長度Ld（公式：Ld≈2a+π(d1+d2)/2+(d2-d1)2/(4a)）。3.某螺栓連接承受橫向載荷F=8000N，采用4個M12（小徑d1=10.106mm）的普通螺栓，接合面摩擦系數(shù)f=0.15，可靠性系數(shù)Kf=1.2，試計算螺栓所需的預緊力F0（公式：F0≥Kf×F/(z×f)，z為螺栓數(shù)量）。五、綜合分析題（共1題，14分）某企業(yè)需設計一臺小型減速箱，要求傳遞功率P=5kW，輸入轉速n1=1440r/min，傳動比i=4，單向運轉，工作環(huán)境有輕微振動。請從以下方面進行設計分析：（1）選擇齒輪類型（圓柱齒輪/圓錐齒輪），并說明理由；（2）確定齒輪材料及熱處理工藝（列舉兩種組合方案）；（3）提出軸的結構設計要點（至少3點）；（4）說明軸承的類型選擇（滾動軸承/滑動軸承）及配置方式。答案一、單項選擇題1.A2.C3.B4.A5.B6.B7.D8.C9.B10.C二、填空題1.安全性2.屈服強度（σs）3.自動換刀4.分度圓直徑5.相對轉動6.背吃刀量（切削深度）7.90%8.鑄型組元9.轉軸10.Ra三、簡答題1.安全系數(shù)n定義為材料的極限應力（如σs或σb）與零件的許用應力[σ]的比值（n=σlim/[σ]）。選取原則：①載荷與應力計算的準確性（誤差大則n大）；②材料性能的均勻性（不均勻則n大）；③零件的重要性（關鍵件則n大）；④工作環(huán)境（惡劣則n大）。2.鍛造：利用塑性變形加工，材料致密、力學性能好，適用于承受重載的零件（如曲軸、齒輪毛坯）；鑄造：液態(tài)成型，可制造復雜形狀，適用于箱體、機座等。典型應用：鍛造—汽車連桿、模具；鑄造—發(fā)動機缸體、機床床身。3.影響：①表面粗糙度大，接觸面積小，磨損加??；②粗糙表面易存腐蝕性介質，加速腐蝕；③粗糙表面應力集中明顯，降低疲勞強度；④影響配合精度（如間隙配合易磨損，過盈配合結合力下降）。4.原因：軸的彎曲變形、軸承游隙、齒輪制造與安裝誤差等導致載荷沿齒寬分布不均。改善措施：①提高軸、軸承及齒輪的制造與安裝精度；②采用鼓形齒或修形齒；③增大軸的剛度（如加粗軸徑）；④合理設計軸承跨距。5.加工精度指零件加工后實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀、位置）與理想值的符合程度；加工誤差是實際值與理想值的偏離量，二者為矛盾的統(tǒng)一體。加工誤差越小，加工精度越高，零件的配合性能、耐磨性、疲勞強度等使用性能越好，但加工成本也越高，需根據(jù)零件功能要求合理控制誤差范圍。四、計算題1.彎曲力矩M=F×L=5000N×0.1m=500N·m彎曲應力σ=32M/(πd3)=32×500/(π×0.043)=32×500/(3.14×6.4×10??)=32×500/2.0096×10??≈79.6MPa因[σ-1b]=60MPa，σ=79.6MPa＞[σ-1b]，故強度不足。2.（1）α1≈180°-(250-125)/400×57.3°=180°-(125/400)×57.3°≈180°-17.9°=162.1°（2）Ld≈2×400+π×(125+250)/2+(250-125)2/(4×400)=800+3.14×375/2+15625/1600≈800+588.75+9.77≈1398.52mm3.預緊力F0≥Kf×F/(z×f)=1.2×8000/(4×0.15)=9600/0.6=16000N五、綜合分析題（1）齒輪類型選擇圓柱齒輪：因傳動比為4（中等范圍），且減速箱為平行軸傳動，圓柱齒輪結構緊湊、傳動效率高，適合該工況；圓錐齒輪多用于相交軸傳動，本場景無需。（2）材料及熱處理方案：方案一：小齒輪20CrMnTi（滲碳鋼），滲碳淬火（表面硬度58-62HRC），心部強韌性好；大齒輪40Cr（調質鋼），調質處理（220-250HBW），成本較低且滿足強度要求。方案二：小齒輪42CrMo（合金調質鋼），表面淬火（50-55HRC）；大齒輪35SiMn（合金調質鋼），調質處理（200-230HBW），適用于中等載荷且需簡化工藝的場景。（3）軸的結構設計要點：①階梯軸設計，便于零件安裝與定位（如軸肩定位齒輪、軸承）；②軸上鍵槽與圓角過渡，避免應力集中（圓角半徑≥0.02d，鍵槽底部倒圓）；③軸承安