2025年機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)考試試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某閉式軟齒面齒輪傳動中，大、小齒輪的材料均為40Cr，表面淬火處理。為提高其接觸疲勞強(qiáng)度，最有效的措施是（）。A.增大模數(shù)B.提高齒面硬度C.增加齒數(shù)D.減小齒寬2.下列公差配合中，屬于過盈配合的是（）。A.φ50H7/g6B.φ50H7/s6C.φ50H7/f7D.φ50H7/h63.帶傳動中，彈性滑動的主要原因是（）。A.帶的預(yù)緊力不足B.帶與帶輪間的摩擦力不夠C.帶的材料彈性變形D.主動輪與從動輪圓周速度不等4.機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度與靜強(qiáng)度的本質(zhì)區(qū)別在于（）。A.應(yīng)力循環(huán)特性B.材料的屈服極限C.零件的尺寸效應(yīng)D.表面粗糙度5.設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)軸時(shí)，其直徑的初步計(jì)算是根據(jù)（）。A.扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度B.彎曲強(qiáng)度C.彎扭合成強(qiáng)度D.接觸強(qiáng)度6.下列加工方法中，屬于展成法加工齒輪的是（）。A.銑齒B.拉齒C.滾齒D.磨齒7.切削加工中，切削熱的主要來源是（）。A.刀具與工件的摩擦B.切屑的塑性變形C.切屑與刀具的摩擦D.工件與機(jī)床的摩擦8.滾動軸承的基本額定壽命是指（）。A.一組軸承中10%的軸承發(fā)生點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)B.一組軸承中90%的軸承發(fā)生點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)C.單個(gè)軸承在額定載荷下的壽命D.單個(gè)軸承在最大載荷下的壽命9.螺紋連接中，采用雙螺母防松的原理是（）。A.增大預(yù)緊力B.增加螺紋副的摩擦力矩C.機(jī)械鎖止D.破壞螺紋副的運(yùn)動關(guān)系10.下列材料中，最適合制造高速、重載齒輪的是（）。A.Q235B.45鋼C.20CrMnTiD.HT200二、填空題（每空1分，共20分）1.機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原則包括功能性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性和__________。2.公差等級中，IT01表示__________（填“最高”或“最低”）精度等級。3.帶傳動的主要失效形式是__________和__________。4.齒輪傳動中，齒面接觸疲勞強(qiáng)度主要與__________有關(guān)，齒根彎曲疲勞強(qiáng)度主要與__________有關(guān)。5.軸按承載性質(zhì)可分為__________、__________和__________。6.切削用量三要素是__________、__________和__________。7.滾動軸承的基本額定動載荷C是指__________。8.螺紋連接的預(yù)緊目的是__________和__________。9.機(jī)械加工工藝規(guī)程的主要文件包括__________和__________。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述齒輪傳動的主要失效形式及其對應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。2.說明形位公差與尺寸公差的關(guān)系（包括獨(dú)立原則和相關(guān)原則）。3.機(jī)械加工工藝規(guī)程在生產(chǎn)中的作用有哪些？4.滾動軸承組合設(shè)計(jì)時(shí)，需滿足哪些基本要求？5.刀具前角的作用是什么？如何根據(jù)加工條件選擇前角大??？四、計(jì)算題（共20分）1.（10分）某標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，已知小齒輪齒數(shù)z?=20，大齒輪齒數(shù)z?=60，模數(shù)m=4mm，齒寬b?=80mm，b?=75mm，小齒輪轉(zhuǎn)速n?=1450r/min，傳遞功率P=15kW，齒輪材料為40Cr（表面淬火，硬度50HRC），小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為σ_Hlim1=1200MPa，σ_Hlim2=1100MPa，應(yīng)力循環(huán)系數(shù)K_N1=0.9，K_N2=0.95，安全系數(shù)S_H=1.0。試校核該齒輪傳動的接觸疲勞強(qiáng)度（接觸疲勞強(qiáng)度公式：σ_H=Z_HZ_E√(2KT?(u+1)/(bd?2u))，其中Z_H=2.5，Z_E=189.8MPa^0.5，K=1.2，u=z?/z?）。2.（10分）某轉(zhuǎn)軸的危險(xiǎn)截面處，彎矩M=1200N·m，扭矩T=800N·m，軸的直徑d=50mm，材料為45鋼（σ_b=650MPa，σ_s=360MPa，τ_s=200MPa），許用彎曲應(yīng)力[σ_b-1]=60MPa，許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力[τ-1]=35MPa。試按第三強(qiáng)度理論校核該截面的強(qiáng)度（第三強(qiáng)度理論公式：σ_eq3=√(σ_b2+4τ2)）。五、綜合分析題（20分）某企業(yè)擬設(shè)計(jì)一臺小型車床的主軸箱，其中一根齒輪軸需傳遞扭矩T=500N·m，轉(zhuǎn)速n=800r/min，軸上安裝有一個(gè)斜齒圓柱齒輪（分度圓直徑d=120mm，螺旋角β=15°）和兩個(gè)深溝球軸承（跨距L=200mm）。請從以下方面分析該齒輪軸的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）材料選擇與熱處理工藝；（2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（包括軸肩、鍵槽、倒角等細(xì)節(jié)）；（3）齒輪與軸的連接方式及公差配合選擇；（4）軸承的組合設(shè)計(jì)（包括固定方式、潤滑與密封）；（5）加工工藝的合理性（如加工順序、熱處理時(shí)機(jī)）。答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.B3.C4.A5.A6.C7.B8.B9.B10.C二、填空題1.工藝性（或環(huán)境適應(yīng)性）2.最高3.打滑；疲勞破壞（或帶的磨損）4.齒輪分度圓直徑（或齒面接觸應(yīng)力）；模數(shù)（或齒根彎曲應(yīng)力）5.心軸；轉(zhuǎn)軸；傳動軸6.切削速度；進(jìn)給量；背吃刀量（或切削深度）7.一批同型號軸承在額定動載荷下，90%的軸承不發(fā)生點(diǎn)蝕的壽命（10^6轉(zhuǎn)）8.增強(qiáng)連接的可靠性；緊密性9.機(jī)械加工工藝過程卡；機(jī)械加工工序卡三、簡答題1.齒輪傳動的主要失效形式包括：（1）齒面接觸疲勞磨損（點(diǎn)蝕）：設(shè)計(jì)時(shí)需校核接觸疲勞強(qiáng)度；（2）齒根彎曲疲勞折斷：設(shè)計(jì)時(shí)需校核彎曲疲勞強(qiáng)度；（3）齒面膠合：高速重載時(shí)需采用抗膠合材料或提高齒面硬度；（4）齒面磨損：開式傳動需增大模數(shù)并定期潤滑；（5）塑性變形：軟齒面齒輪在重載下可能發(fā)生，需提高齒面硬度。2.形位公差與尺寸公差的關(guān)系：（1）獨(dú)立原則：尺寸公差與形位公差各自獨(dú)立，分別滿足要求，用于功能要求嚴(yán)格區(qū)分的場合；（2）相關(guān)原則：形位公差與尺寸公差相關(guān)聯(lián)，包括包容要求（E）、最大實(shí)體要求（M）和最小實(shí)體要求（L）。例如，包容要求規(guī)定實(shí)際要素應(yīng)遵守最大實(shí)體邊界，尺寸公差控制形狀誤差，適用于配合要求嚴(yán)格的場合（如圓柱配合）。3.機(jī)械加工工藝規(guī)程的作用：（1）指導(dǎo)生產(chǎn)：是車間安排生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度工人作業(yè)的依據(jù)；（2）保證質(zhì)量：規(guī)定了加工方法和工藝參數(shù)，確保零件符合設(shè)計(jì)要求；（3）技術(shù)積累：記錄先進(jìn)工藝和操作經(jīng)驗(yàn)，便于技術(shù)傳承；（4）成本控制：優(yōu)化工藝路線，減少浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本；（5）設(shè)備規(guī)劃：為車間設(shè)備選型、布局提供依據(jù)。4.滾動軸承組合設(shè)計(jì)的基本要求：（1）軸向固定：防止軸承在軸上或殼體內(nèi)軸向移動，常用兩端固定或一端固定一端游動；（2）間隙調(diào)整：保證軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的游隙，可通過墊片或螺紋調(diào)整；（3）支撐剛度：軸承座和軸的剛度需足夠，避免變形影響精度；（4）潤滑與密封：選擇合適的潤滑劑（脂或油），采用密封裝置防止雜質(zhì)進(jìn)入；（5）熱膨脹補(bǔ)償：長軸需考慮溫度引起的軸向伸長，采用游動端軸承補(bǔ)償。5.刀具前角的作用：（1）影響切削力：前角增大，切削變形減小，切削力降低；（2）影響切削溫度：前角增大，切屑與前刀面摩擦減小，切削溫度降低；（3）影響刀具壽命：前角過大，刀具強(qiáng)度降低，易磨損或崩刃；前角過小，切削力增大，刀具易磨損。前角選擇原則：（1）加工材料：塑性材料（如鋼）選較大前角（15°~25°）；脆性材料（如鑄鐵）選較小前角（5°~15°）；（2）加工精度：精加工選大前角以減小表面粗糙度；粗加工選較小前角以保證刀具強(qiáng)度；（3）刀具材料：高速鋼刀具韌性好，前角可較大（10°~20°）；硬質(zhì)合金刀具脆性大，前角較?。?°~15°）。四、計(jì)算題1.接觸疲勞強(qiáng)度校核：（1）計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩：T?=9.55×10^6×P/n?=9.55×10^6×15/1450≈99241N·mm（2）分度圓直徑：d?=mz?=4×20=80mm（3）齒數(shù)比：u=z?/z?=60/20=3（4）接觸應(yīng)力計(jì)算：σ_H=Z_HZ_E√(2KT?(u+1)/(bd?2u))=2.5×189.8×√(2×1.2×99241×(3+1)/(75×802×3))計(jì)算根號內(nèi)部分：2×1.2×99241×4/(75×6400×3)=(952713.6)/(1440000)≈0.6616σ_H≈2.5×189.8×√0.6616≈2.5×189.8×0.813≈387.5MPa（5）許用接觸應(yīng)力：[σ_H1]=K_N1×σ_Hlim1/S_H=0.9×1200/1.0=1080MPa[σ_H2]=K_N2×σ_Hlim2/S_H=0.95×1100/1.0=1045MPa取較小值[σ_H]=1045MPa（6）結(jié)論：σ_H=387.5MPa＜[σ_H]，接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。2.軸的強(qiáng)度校核：（1）彎曲應(yīng)力：σ_b=32M/(πd3)=32×1200×103/(π×503)=38400000/(392699)≈97.8MPa（2）扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：τ=16T/(πd3)=16×800×103/(π×503)=12800000/(392699)≈32.6MPa（3）第三強(qiáng)度理論當(dāng)量應(yīng)力：σ_eq3=√(σ_b2+4τ2)=√(97.82+4×32.62)=√(9564.8+4259.8)=√13824.6≈117.6MPa（4）許用應(yīng)力對比：σ_eq3=117.6MPa＞[σ_b-1]=60MPa（注：此處需注意，第三強(qiáng)度理論通常用于靜強(qiáng)度校核，若為交變應(yīng)力，應(yīng)使用疲勞強(qiáng)度校核，但題目要求按第三強(qiáng)度理論，故直接對比）。結(jié)論：該截面強(qiáng)度不滿足要求（或需重新設(shè)計(jì)軸徑）。五、綜合分析題（1）材料選擇與熱處理：軸需承受彎矩、扭矩和齒輪徑向/軸向力，應(yīng)選擇綜合力學(xué)性能好的材料。推薦20CrMnTi（滲碳鋼）或40Cr（調(diào)質(zhì)鋼）。若為高速重載，選20CrMnTi，經(jīng)滲碳淬火（表面硬度58~62HRC，心部硬度30~45HRC），提高表面耐磨性和心部強(qiáng)度；若為中載，選40Cr，調(diào)質(zhì)處理（220~280HBW）后表面淬火（45~50HRC），兼顧強(qiáng)度和韌性。（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：-軸肩：齒輪處設(shè)定位軸肩（高度h=0.07d~0.1d，d為軸徑），軸承處設(shè)低軸肩（h=0.04d~0.07d），避免應(yīng)力集中；-鍵槽：采用平鍵連接（GB/T1096），鍵槽與軸肩過渡處倒圓（r≥1mm），減少應(yīng)力集中；-倒角：所有軸端和臺階處設(shè)45°倒角（C1~C2），方便裝配；-工藝結(jié)構(gòu)：預(yù)留中心孔（A型或B型），便于加工時(shí)定位；（3）齒輪與軸的連接：采用平鍵或花鍵連接。平鍵結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適用于中載；花鍵連接承載能力高，對中性好，適用于重載。公差配合選H7/js6（過渡配合），保證齒輪與軸的同軸度和傳遞扭矩的可靠性。（4）軸承組合設(shè)計(jì)：-固定方式：因軸受雙向軸向力，采用兩端固定式（深溝球軸承承受徑向力，軸向力由軸肩和軸承端蓋固定）；若軸較長（L＞300mm），改為一端固定一端游動（游動端軸承外圈與殼體間隙配合）；-潤滑：轉(zhuǎn)速n=800r/min（中等轉(zhuǎn)速），采用脂潤滑（鋰基脂），軸承腔填充量為1/3~1/2；-密封：